气体火花开关作为重要部件被大量地应用于直线感应加速器和Z箍缩等大型脉冲功率装置中。绝缘结构设计不合理会使得气体火花开关中出现局部电场畸变和电荷积聚等现象。在高电压脉冲下长时间或高频次运行时, 火花开关中的绝缘子会发生沿面闪络现象, 直接影响到脉冲功率装置的正常运行。鉴于此, 对气体火花开关中的绝缘结构进行了有限元电场分析, 用表面电荷的积聚定性解释了沿面闪络发生的原因。通过对绝缘子的几何结构和电极尺寸的优化设计, 有效降低了绝缘子表面和电极表面的电场强度, 其中阳极三结合点场强从9.4 kV/mm降至1.5 kV/mm, 阴极三结合点场强从2.95 kV/mm降至0.98 kV/mm, 绝缘子表面最高场强从10.8 kV/mm降至4.95 kV/mm。优化后的绝缘结构电场分布较为合理, 降低了由于表面电荷的积聚而引发沿面闪络的概率。

从绝缘和机械强度两方面优化设计了一种应用于强流电子束二极管的陶瓷真空界面。首先，依据真空沿面闪络机理及其影响因素，针对外径220 mm的陶瓷板，应用ANSYS静电场模拟，通过对阴极电极形状和阳极外壳尺寸的调整，使得陶瓷沿面电场和阴、阳极三结合点场强均得到了有效控制。模拟结果显示: 陶瓷沿面电场分布均匀，阴、阳极三结合点场强小于30 kV/cm，电场线与陶瓷表面所成角度基本保持在45°; 其次，针对陶瓷与电极的约束结构，通过静力和瞬态冲击分析，确定了该陶瓷界面可承受的最大静压和冲击波最大峰压分别为4.8 MPa和60 MPa; 最后，在脉宽200 ns的脉冲功率驱动源上进行了实验研究，陶瓷真空界面平均绝缘场强达到44 kV/cm，二极管运行稳定，机械性能可靠，实验结果与理论设计相符。

提出了一种变插入层电导率和介电常数的三层(A-B-A)绝缘结构。分析了插入层(A)电导率和介电常数对三层绝缘结构真空-绝缘子-阴极三结合点处和真空-插入层绝缘子(A)-主绝缘子(B)三结合点处电场的影响, 结果发现通过控制插入层电导率和介电常数可以有效降低真空-绝缘子-阴极三结合点处的电场又不至于使真空-插入层绝缘子-主绝缘子三结合点处电场过高。考虑了介质表面带电的情况, 分析插入层介质表面带不同极性电荷对真空-绝缘子-阴极和真空-插入层绝缘子-主绝缘子两个三结合点电场分布的影响。估计了三层绝缘结构真空沿面闪络电压的变化趋势, 发现在插入层电导率或介电常数不断增大时, 真空沿面闪络电压会呈现先上升后下降, 最后趋于稳定。

为了研制出便携式的具有较高性能的高能闪光X射线系统,需要发展新型紧凑型的高能闪光X射线二极管,要求其体积小,能工作在较高电压下.简要介绍了冷阴极X射线二极管的结构和工作原理;阐述了二极管绝缘结构设计原则,设计了一种新型的紧凑型轴向绝缘结构的X射线二极管;在高压端和地电极之间采用绝缘环和金属均压环交替叠加进行轴向绝缘,有利于减小二次电子发射几率,降低绝缘体表面爬电几率,缩短轴向绝缘距离.二极管工作电压为1 MV,轴向绝缘距离约260 mm,结合ANSYS数值模拟软件进行了静电场数值计算.二极管轴向绝缘区最大工作场强为95 kV/cm,各阳极三相点最大场强为26 kV/cm.计算结果表明:二极管的工作场强低于真空闪络场强;所有三相点的工作场强均满足绝缘要求.

桌面毛细管快放电X射线激光实验装置,是研究高压大电流放电直接激励X射线激光放大技术的快脉冲发生器。其特点是电压高、电流大、脉冲陡、干扰强、空间小。常规绝缘结构的高压无感电阻测量系统难以满足其高电压脉冲测量的要求。研究了一种新型绝缘结构高压无感电阻电压测量传感器及两级分压测量系统,介绍了传感器的绝缘结构原理、测量系统的组成以及高电压测量结果,并从理论上验证和分析了测量系统的测量结果及相对误差。实验结果表明,新型绝缘结构高压无感电阻能同时具有较高电位梯度和较小电感的优点,设计的电压测量系统峰值误差小,抗干扰能力强,可以较好地满足毛细管快放电X射线激光实验装置中的高电压测量。