在电子束泵浦气体激光实验中,大面积均匀电子束是获得高效能激光输出的必要条件.介绍了利用SPG-200脉冲功率源产生大面积均匀电子束的实验.SPG-200是基于SOS的全固态重复频率脉冲功率源,其开路电压大于350 kV.用于产生电子束的真空二极管阴极长294 mm,宽24 mm,两端均为半径为12 mm的半圆,栅网平面为阳极面,两者之间的距离在0～49 mm可调,阴极发射的电子束通过用于隔离激光气室和二极管真空室的压力膜及其支撑栅网引出.分别以石墨和天鹅绒为阴极材料,获得了大面积电子束输出,给出了二极管参数的测量结果,并对电子束发射均匀性进行了诊断.实验结果表明:在阴极材料为石墨、阴阳极间隙为5～9 mm时,二极管电压为240～280 kV,二极管电流为0.7～1.8 kA,输出的电子束很不均匀;在阴极材料为天鹅绒、阴阳极间隙为31～46 mm时,二极管电压为200～250 kV,二极管电流为1.5～1.7 kA,输出的电子束均匀性较好.

从Lawson和Humphries公式以及强流束中的储能导出ν/γ的表达式(ν为Budker参数,γ为相对论因子),对它的物理含义作了充分说明.可用它来表征强流束的总体性质,它代表了强流束的自场横向电磁能与轴向动能之比.

介绍了一种用于等离子体焦点装置(DPF装置)中子波形测量的塑料闪烁体探测器,该探测器由ST401型塑料闪烁体、XP2262B型光电倍增管构成.利用银活化中子探测器和DPF装置对该塑料闪烁体探测器进行标定,确定其中子灵敏度为0.022 5 pC每中子,中子产额测量范围达到109～1011每脉冲,可以满足DPF装置中子参数测量的需要.

介绍了脉冲功率技术在离子准分子、准分子和软X射线激光研究中的应用情况.给出了三种激光产生对泵浦源电学参数的要求,并给出实现这些电学参数的实验装置以及实验装置的性能指标.在软X射线激光研究方面,利用10级Marx发生器和Blumlein传输线,建立了最高电流峰值40kA,前沿为26.6 ns的毛细管放电装置,并实现了46.9 nm激光输出.建立了输出电压600kV、输出电流20 kA的电子束装置,并作为泵浦源实现了离子准分子光腔效应.为了泵浦S2准分子,采用横向放电方式和低电感放电回路,实现了电压脉冲宽度为29.2ns的窄脉冲放电.

设计了一种具有环槽电极结构的新型伪火花开关,进行了空气介质下的耐压特性实验,并与传统的同轴多通道结构的伪火花开关耐压特性进行了对比.给出了伪火花开关工作的气压范围(1～100 Pa)和两种伪火花开关的最大耐压.实验结果显示,新型环槽结构伪火花开关最大耐压达到41 V,而传统同轴多通道开关的最大高耐压只有28.4 kV,新设计开关的最大耐压和耐压稳定性都明显高于同轴多通道开关.

对外径230 mm的陶瓷绝缘板,依据强流真空二极管径向绝缘的设计思想,设计加工了"锥-柱"型阳极外壳,并在传输线内筒和阴极杆末端位置增加了均压罩和屏蔽环结构.利用静电场有限元程序计算了陶瓷-真空界面电场分布,通过对外壳细节结构以及均压罩、屏蔽环形状和位置的调整,使得真空界面上沿面场强和三结合点处场强均得到了有效控制.在单线长脉冲加速器上进行了实验研究,结果显示,二极管能够耐受400 kV、脉宽大于200 ns的脉冲电压,运行稳定,达到了理论设计要求.

通过比较测量磁化特性的几种方法,采用脉冲电容器快速放电方法,获取了ns级上升前沿的快脉冲,对高频响应比较好、适合于直线型脉冲变压器(LTD)的非晶态合金、硅钢带磁芯进行了快脉冲磁化特性实验.通过测试磁芯在快脉冲下初级电流和开路次级电压,获得了磁芯的磁滞回线;测出了它们在不同的磁感应强度随时间的变化率(dB/dt)时的相对磁导率.试验表明两种磁芯样品的相对磁导率随着dB/dt增大而减小,非晶态合金2605SA1样品磁环在dB/dt大于20 T/μs时,相对磁导率小于1 000,硅钢薄带磁芯在dB/dt大于4 T/μs时,相对磁导率小于1 000.

介绍了沿面闪络开关的发展状况和基本原理,实验研究了真空条件下激光触发介质沿面闪络特性.实验采用固体Nd:YAG纳秒激光器作为触发源,对试样施加正直流高压,电压范围1～6 kV,试样绝缘子为直径50 mm的尼龙6.通过研究不同激光能量、波长和聚焦形状对介质闪络的影响,总结出适用于沿面闪络开关的激光触发形式.实验表明:在一定电场和真空度下闪络的时延和抖动将随着输入激光能量的提高而减小,而激光可触发的电压范围将提高;激光波长减小有助于提高触发的稳定性;激光焦斑的形状是沿面闪络触发的最大影响因素,采用具有一定能量密度、焦斑横跨两电极的带状激光来触发闪络是闪络开关的理想选择.

研制了一台300 kV/3 ns快前沿脉冲电压源.为了得到快的前沿,设计了低电感的峰化电容和输出开关.其中峰化电容采用3个薄膜电容同轴串联设计,结构紧凑,分布电感小,电极端部的气隙结构使其能承受更高的脉冲高压,实验证明这种结构的峰化电容能承受前沿17 ns、峰值大于300 kV的脉冲高压.输出开关采用高气压小间隙SF6开关,最高工作气压1 MPa,具有较小的分布电感和火花通道电感.经实验调试,由该峰化电容和输出开关组成的峰化回路在500 kV Marx发生器的驱动下,在150 Ω负载上可得到峰值电压大于300 kV、前沿小于3 ns的脉冲电压输出.

介绍了平台式和斜坡式两种结构的表面放电辐射源,研究了在1.0 μF和1.5 μF储能电容、15～30 kV充电电压等实验条件下两种辐射源的放电特性,并对实验结果进行了比较分析.得到如下结论:对于斜坡式辐射源,增加电极间距可导致放电回路面积增大,因此等效电阻和等效电感也将增加;在相同电压及电容值条件下,斜坡式辐射源的放电电流、平均沉积功率均小于平台式辐射源的相应值,但放电沉积效率略大;电压升高使放电周期、电流达到峰值时间及放电沉积效率呈减小趋势,对于同一种辐射源,使用1.5 μF电容时放电回路参数更加匹配,放电沉积效率得到提高.

基于Rompe-Weizel火花动态电阻公式,数值计算了电容器经火花开关放电时负载电阻上的输出电压.在相同电参数条件下,计算所得的峰值电压为54 kV,前沿为2.0 ns,与实验所得的55 kV和2.3 ns基本吻合.基于Braginskii火花动态电阻公式,在假定火花开关电导率恒定与电导率渐变的条件下,利用传输线放电电路数值计算了气体火花开关的非线性动态电阻.与已有实验测量结果(0.7～0.9 Ω)对比,发现电导率渐变模型(0.5～0.8 Ω)更适合用于反映火花开关的动态电阻变化过程.进而在此模型中引入了负载电阻项,通过计算负载端的透射电流,数值计算得单脉冲形成线对负载放电时的电压脉冲前沿为7～9 ns,而利用单线经高压氢气自击穿火花开关放电得到初步实验结果为8 ns.

对折叠型平板Blumlein线的特征参数进行了理论分析,采用模拟软件对传输线中的电磁场分布和波的传播过程进行了计算.根据理论分析和计算结果设计并制作了耐压600 kV、延时40 ns、特征阻抗为5 Ω的折叠型平板Blumlein线,该Blumlein线以Kapton薄膜为介质、以铜板为导体,腔体尺寸为1.2 m×40 cm×40 cm,初步实验在水电阻匹配负载上得到幅值为400 kV、脉宽36 ns的电压波形和幅值为40 kA的电流波形.在同样体积下进一步设计制作了耐压600 kV、延时150 ns、特征阻抗为15 Ω的折叠Blumlein线,得到幅值为450 kV、脉宽150 ns的电压波形和幅值为18 kA的电流波形.

研制了一种重复频率快脉冲硬X射线发生器,该发生器的主要设备包括纳秒脉冲功率源、亚纳秒脉冲发生器、功率负载二极管装置、真空系统和二极管运行监测探测器5部分.对该发生器的工作原理、结构特点进行了介绍,通过建立的发生器运行电参数监测以及辐射场参数测量手段,对源的运行电流、电压参数以及辐射场参数进行了初步监测和分析,并考验了源运行的稳定性.结果表明:该发生器结构以及运行方式灵活、稳定性好,实现了射线的能量上限、能谱、强度、脉宽等多种重要参数在线可调,且射线有一定的强度,可以为快响应探头标定等实验提供合适的纳秒、皮秒脉冲硬X射线辐射场.

介绍一种基于新型大功率半导体反向导通型双晶复合晶体管(RSD)开关的重复频率脉冲电流源.重复频率脉冲源主要包括半导体RSD开关、快速可控硅和磁开关等元件.初步实验产生的脉冲峰值电流约6.2 kA,脉冲宽度约10 μs,电流上升率可达18 kA/μs,工作电压约1 kV,可工作于单次和重复频率1,10和100 Hz等状态.

利用KARAT程序对亚纳秒毫米波返波管进行了粒子模拟,并在电压可调范围10～150 kV、负载阻抗50 Ω的RADAN303脉冲源上开展了亚纳秒毫米波返波管器件实验研究.在电子束电压200 kV、电流500 A、脉冲宽度1.65 ns、引导磁场1.7 T情况下,得到毫米波输出,辐射功率40 MW,脉冲宽度500 ps,频率37.6 GHz,重复频率10 Hz,辐射模式TE11.

对基于短电子束脉冲超辐射机理的X波段相对论返波管进行了优化设计和粒子模拟,结果表明:在超辐射机理作用下,该器件能实现高峰值功率和高功率转换效率的微波辐射.在小型Tesla脉冲源基础上设计了阻抗变换段、二极管、磁场系统等装置,建立了一套小型窄脉冲电子加速器,以此为实验平台在低磁场条件下进行了器件的初步实验研究.在磁场0.73 T、束压约380 kV、束流约4.5 kA、脉宽3.1 ns条件下,实验获得的微波脉冲峰值功率约360 MW,脉宽1.10 ns,上升沿800 ps,频率9.15 GHz,功率转换效率为21%.

对爆磁压缩发生器中爆炸管2维动力学简化模型进行了模拟计算,分析表明:径向膨胀速度会随径向位置(或者时间)的变化而变化,因此膨胀角也会随径向位置(或者时间)发生变化.对各时间点(或位置点)处的膨胀速度进行了平均,求得理论上的平均膨胀速度,再将该平均膨胀速度与实验测量值进行了比较.模拟结果给出了径向膨胀速度受到端头效应影响的情况,这可为改进实验结果提供参考.由于径向速度与轴向速度的比值一般在5以上,用作爆炸管的物质质量越大,这一比值就越大,因此选择密度较大的金属材料作为爆炸管,可减少滑移.应用2D简化模型计算出的膨胀角数值,与Gurney模型以及1D模型进行了比较,它们之间的差别可能主要来自2D效应.

为了研究负载为μH量级的间接馈电两级级联柱-锥构型的爆磁压缩产生器的基本物理过程和能量转换机理,利用描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序MFCG(Ⅴ),以实验模型结构参数为基础模拟计算了一系列模型,分析了磁压对金属套筒径向膨胀速度及膨胀过程的影响.计算结果表明:套筒的径向膨胀速度取决于爆轰压与磁压的共同作用,在爆磁压缩过程的绝大部分时间里,向外膨胀的爆轰压都远大于向内压缩的磁压,因而套筒的径向膨胀速度主要是由爆轰压决定;但是在功率放大级的后半段,也就是发生器电流增长最快阶段,磁压也迅速增长,它的增长大大降低了套筒的径向膨胀速度;在功率放大级的后期,磁压已经超过爆轰压,它对系统设计的影响已经不能完全忽略.

在详细分析快波结构中的束波互作用基础上,采用2.5维PIC粒子模拟软件设计了一种回旋器件.该器件采用摇摆器形成回旋电子束,并采用强耦合方式和优化的互作用段长度,在束压250 kV、束流200 A、脉宽1 ns的电子束驱动下,模拟获得了峰值功率7 MW、频率38.5 GHz的微波短脉冲输出,峰值功率转换效率达到14%.其峰值输出功率与束脉宽之间的平方关系符合超辐射效应的特征.

对波导的截止特性作了理论分析,并分析了利用该特性进行高功率微波功率测量的可行性及准确性.在远场条件下,利用该特性对工作频率为1.75 GHz的磁绝缘线振荡器进行了微波功率测量.测量结果表明:微波源辐射功率2.3 GW,辐射模式为TM01主模,实测辐射模式方向图与模拟计算结果一致,微波脉宽大于40 ns,未发现明显的功率击穿现象;使用波导截止特性测量微波功率是可行的,有利于防止接收喇叭的功率击穿,测量精度较高.

提出了一种适用于毫米波行波放大器的慢波电路--沟道板慢波电路,该慢波电路的基本结构与沟道梯型慢波电路相似,但其环与金属壁间使用金属板相连.使用场论方法分析了沟道板慢波电路,得到的色散结果与CST的模拟结果之间的误差在1.5%以内.计算表明,沟道板慢波电路与沟道梯型慢波电路的耦合阻抗特性相似,且沟道板电路的色散相对较弱,具有更宽的带宽.

粒子模拟了电子碰撞空气产生的等离子体对同轴慢波结构高功率微波器件的影响,并且在充空气条件下对器件结构参数进行了进一步优化.模拟表明,气压越高,产生的二极管电流越大,二极管电压越低,频率越低.等离子体离子对电子束的空间电荷中和及等离子体电子对微波的能量吸收共同影响输出微波功率的大小.在一定的气压范围内,提高气压能够提高输出功率,此时等离子体离子对电子束的空间电荷中和起主导作用.气压高于一定值时,所产生的等离子体电子强烈吸收微波,输出功率迅速下降,甚至引起脉冲缩短.此外,由于等离子体的存在,器件最佳相互作用区长度以及最优端面反射系数均有可能发生改变.最后还对慢波结构周期数以及漂移段长度等进行了研究,优化的器件内、外导体周期数为11和8.5,慢波结构前端以及内外慢波结构末端分别接4, 17和2 mm的漂移段,在气压4 Pa下获得了1.64 GW的输出功率,效率39%.

针对目前高功率微波相位难以精确控制的情况,结合高功率微波空间功率合成的应用,对有源天线阵列的平行波束和交叉波束的空间功率合成作了初步研究.分析表明:当关注的是远区主方向邻近的小立体角区域时,若能做到控相激励,宜采用紧凑阵的平行波束合成;若不能控相,宜采用稀疏阵的平行波束合成.当关注的是远处目标物邻近的区域时,若能做到控相激励,宜采用紧凑阵的平行波束合成;若不能控相,则宜采用稀疏阵的交叉波束合成,但波束交汇区域能量呈网状分布,进行阵布局、倾斜角设计时,要在目标尺度、目标距离、单源功率、工作频率等诸多因素间权衡考虑.

利用时域有限差分(FDTD)方法计算了不同内孔缝位置情况下微波脉冲与带缝嵌套圆柱形腔体系统的耦合过程;分别分析了内孔缝位置对外部带缝腔体和内部带缝腔体耦合特性的影响.结果表明:除了内孔缝附近区域以外,内孔缝位置对外腔耦合特性的影响很小,可以忽略不计;但内孔缝位置对内腔耦合特性的影响较大,而且内腔的屏蔽性能由外腔内的耦合场分布以及内孔缝的位置共同决定.

结合负载限制型磁绝缘线振荡器(MILO)和渐变型MILO的特点提出并设计了P波段混合型MILO的结构,主要以负载限制型MILO结构作为雏形,将其内部仅含有的1根提取叶片用3根长度渐变的慢波叶片组成的渐变段替换.该结构可更好地实现束波相互作用,并使提取间隙电场与MILO输出同轴结构处的电场达到更好的匹配,增加微波输出功率.器件纵向总长度为47 cm,外筒直径为44 cm.优化后的2.5维全电磁粒子模拟结果表明:在二极管工作电压550 keV、电流约57 kA的情况下,输出微波的中心频率为640 MHz,平均功率为4.27 GW,束波转换效率为13.6%,器件4 ns时起振,6 ns达到饱和,且微波输出功率十分稳定,最终输出微波模式为TEM模.

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,结合介质加载波导的冷场分析,数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度.改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.

应用模匹配理论推导和建立了单级突变的矩阵方程,并分析给出了具有多级突变和渐变结构级联情况下波导腔体的处理方法.在理论推导的基础上,通过编制程序计算出多级突变结构波导腔体模匹配系数级联矩阵,并由矩阵参数得到所需的腔体谐振频率和Q值等物理特性参量.实际计算结果表明,由程序模拟输入腔计算得到的数据结果与腔体的冷测实验结果基本一致,为进一步的注波互作用研究和回旋速调管的设计工作提供了参考依据.

在考虑左、右手媒质定义对比基础上,定义了广义折射率,并对Fermat原理的表述进行了推广.从电磁理论出发,得到了折射率的具体表示.广义的折射率可以通过媒质电参数有效地表现理想及人工复合左、右手媒质中折射的负正特性.以此所得理论可以有效描述由左、右手媒质所共同构成的折射率可变的混合稳态电磁或光学传输系统.讨论了折射率的高频形式,并对负折射现象进行了讨论.

提出了一种新型的谐振腔,该谐振腔的谐振条件与普通谐振腔不同,其两个端面的总相移不必是180°的正整数倍.这种谐振腔由异向传输线和右手传输线两种不同性质的传输线级联构成,它利用耦合腔链作为异向传输线实现负相移,同轴波导作为右手传输线实现正相移,使谐振腔两个端面的总相移为零,满足谐振腔的谐振条件.由于它与传统谐振腔谐振条件不同,理论证明这种谐振腔的长度可远远小于传统谐振腔,设计实例的仿真结果表明这种新型谐振腔的长度最短仅为传统谐振腔的1/7.

对36单元高功率双层径向线螺旋阵列天线的功率容量进行了研究.讨论了真空状态下的微波击穿和真空与大气交界面的微波击穿,以这两种状态下的击穿阈值为依据,论证了阵列天线实现1 GW高功率微波辐射的可行性.采用有限元软件数值模拟了中心频率为4.0 GHz的阵列天线的功率容量,给出了模拟结果并分析了功率容量降低的原因;提出了提高阵列天线功率容量的技术途径.结果表明:改进的高功率双层径向线螺旋阵列天线可以实现1 GW高功率微波的发射.

通过两次利用Schwarz-Christoffel 变换函数,先把理想的带状线变换到实轴上,然后再变换成为平板电容器,得到与两次变换过程相对应的两个变换函数,从而根据复合函数的性质,求出波导-带状线-同轴线型定向耦合器中的场分布.再根据小孔耦合理论,导出了耦合度、方向性的计算公式.最后对耦合度的理论计算结果与实际测试数据进行了对比,两者仅相差1.04 dB,吻合得很好.

根据8 mm回旋速调管放大器对双阳极磁控注入电子枪的要求,分析了电极形状、阳极电压、磁场、注电流对电子注横纵速度比和速度零散的影响,并进行了粒子模拟.分析表明:这些因素可归根为电场和磁场的作用,阴极附近高的电场有助于提高横纵速度比和降低速度零散;而高的磁场及低的磁压缩比将降低横纵速度比,但对速度零散影响无明显规律.在此基础上通过优化电极形状、磁场分布、电流、第一阳极电压和第二阳极电压,模拟并试制出工作电压65 kV、电流12 A、磁场1.4 T的双阳极电子枪,得到的横纵速度比值为1.4,横向速度零散为4.5%, 为8 mm回旋速调管提供了稳定高质量的电子注.

对Ka波段工作模式为TE01模和TE02模的两种回旋速调管的输入耦合器进行了详细研究,利用模式匹配理论和HFSS建模仿真计算了内圆柱腔和外同轴腔的尺寸;提出了一种与软件计算相结合的模式纯度计算方法,对内腔工作模式纯度、内外腔能量分数进行了计算.内腔侧面上的耦合缝的大小、角向位置都直接决定外同轴腔内的TEm11模向内圆柱腔的TE0n1模的耦合情况.针对耦合缝与输入波导成45°和0°分布两种情况,研究了耦合缝长、宽和角向偏移,以及内外腔频差对频率、Q值及内腔能量分数的影响.分别设计了Ka波段内腔工作模式为TE011、外腔为TE411和内腔TE021、外腔TE811的两种输入耦合器,并利用矢量网络分析仪对内腔工作模式为TE011的耦合器进行了冷高频测量,测得频率为34.257 GHz,与计算结果34.300 GHz仅相差43 MHz.

高功率微波在低电离层中传输时会产生非线性效应.分析了低电离层中HPM的互作用效应,推导了HPM在低电离层中传输的互作用因子同初始场强和微波频率的关系,并对不同条件下振幅交调深度同两个脉冲的延迟时间之间的关系进行了理论研究与数值模拟.结果表明:改变脉冲的延迟时间,振幅交调深度的变化规律也随之改变;为了减少吸收衰减,低电离层中传输的HPM电波的干扰波电场初始振幅与特征等离子体电场振幅的比值应保持在10以下.

设计了一种新型L波段慢波结构式圆波导TM01-TE11模式转换器,该转换器的尺寸为15.0 cm×40.8 cm,通过金属分割片将圆波导分成两个180°区域并在其中一个区域内设置半环形慢波结构.当TM01入射时,在两个区域内激励起扇形波导TE11模式,由于慢波结构的存在,该模式在两个区域内的传播常数不一样.适当调节慢波结构的参数,可使两个区域内传输的扇形TE11模式在金属分割片尾部相位相差180°,这两个扇形TE11模式耦合成为圆波导TE11模式输出,实现模式转换.建立数值模型并进行了模拟,结果表明在工作频率1.8 GHz处转换效率96%,反射率低于0.04,功率容量超过1.7 GW.

电-磁振子组合型超宽带(UWB)天线的物理结构包括3部分:天线的馈电系统、TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元.采用CST MICROWAVE STUDIO电磁场数值计算软件,对该组合型天线的结构与端口S参数和时域辐射特性的关系进行了分析.仿真结果表明:当TEM喇叭辐射单元和电流环辐射单元由3段金属板构成时,天线的端口S参数较小,主轴辐射功率较大,方向性较好.

在反射三极管实验平台上,通过浸渍碘化铯(CsI)碳纤维阴极与不锈钢阴极实验对比,研究了碳纤维阴极对虚阴极振荡器输出微波脉宽及能量的影响.实验得出碳纤维阴极虚阴极振荡器输出微波脉宽约200 ns,较不锈钢阴极虚阴极振荡器增加了30%;对输出微波脉宽面积近似积分,得出碳纤维阴极虚阴极振荡器与不锈钢阴极虚阴极振荡器的输出微波脉宽面积比值约为2.273,表明碳纤维阴极虚阴极振荡器输出微波能量是不锈钢阴极虚阴极振荡器的2倍左右.分析认为碳纤维阴极的材料特性及其综合发射机制导致阴阳极间等离子体膨胀速度及温度降低,延缓了阴阳极间隙的闭合,从而增加了输出微波脉宽,提高了微波输出能量.

3.5 MeV 注入器是"神龙一号"直线感应加速器的束源,在注入器束流调试中,首先通过数值模拟方法,初步确定束流过聚焦和聚焦不足两种极端情况下引出线圈输运磁场峰值的变化范围;然后以注入器出口束流波形为参考,通过实验调试找到了这两种情况下引出线圈输运磁场峰值的实际配置;再通过测量束流的剖面或发射度,在这两种配置中选定一个折中的引出线圈磁场配置,并最终确定了注入器输运磁场的总体配置.经过调试完成后的注入器束流为3.6 MeV,流强为2.8 kA,归一化边发射度为1 040 mm·mrad,达到了预期的指标.

分析了高功率Z箍缩产生keV级特征X射线辐射的物理机理和用于计算等离子体K层辐射二能级模型,给出了采用二能级模型进行数值模拟的结果,描述了强光一号装置驱动Z箍缩负载的脉冲功率源特性参数,介绍了所设计研制的双层喷Ne气和双层铝丝阵两类Z箍缩负载的结构与参数,并对下一步拟开展的实验研究工作进行了说明.利用特制真空X射线二极管测量了强光一号双层喷氖气Z箍缩实验产生的X射线波形,实验结果表明,当气室内初始气压在0.8 MPa时,喷Ne气Z箍缩可获得较好的keV量级的X射线辐射.

介绍了Tesla变压器与脉冲形成线一体化结构的工作原理,实验研究了形成线放电过程中形成的冲击电压波在Tesla变压器锥形次级绕组中的分布特性;给出了输入电压脉宽分别为1 μs,500 ns和100 ns时,锥形绕组中的对地电压和匝间电压分布规律;采用首端并绕、末端并绕和在首端加入屏蔽环三种措施优化绕组结构.结果表明:形成线放电过程中,变压器锥形次级绕组不会明显影响形成线中的电场分布,绕组的对地电压呈线性分布,匝间电压曲线起伏剧烈,首端电压梯度最大;三种优化措施都能抑制电压振荡,首端并绕对降低绕组首端电压梯度最为有效,末端并绕对降低绕组末端电压梯度最有效.

介绍了一种基于Creedon磁绝缘层流理论,预测磁绝缘传输线(MITL)中反射波前沿经过后由电子再俘获引起MITL工作点变化的方法.当二极管相对于MITL欠匹配时,如果MITL前行波工作点和二极管阻抗已知,该方法可以定量求解反射波前沿经过后MITL的阴极电流,进而得到二极管中用于产生X射线的有效电流.与PIC模拟对比表明:该方法具有较高的准确性,可用来评估近轴二极管、磁浸没式二极管等负载用于产生X射线的最大有效电流.

设计并调试了闪光二号加速器气体主开关同步触发系统.该系统主要由同步控制部分和高压脉冲形成部分构成.整个触发过程包括同步信号的引出、整形滤波、快速比较电路传输、前级脉冲形成、高压脉冲产生.通过对同步信号的整形处理,解决了发生器电流上的高频信号干扰问题;经过快速比较电路和前级脉冲后,选取了同步信号开始工作的时间点,并形成十几V的触发信号;高压脉冲形成部分主开关采用场畸变结合预电离的方式,该结构的气体开关时间响应为50 ns,抖动小于5 ns,满足使用要求.调试结果表明:该系统输出脉冲电压幅值100 kV,前沿小于10 ns,系统的工作时延440 ns,抖动13.5 ns;可通过增加电缆长度来控制触发信号到达气体开关的时刻,实现气体主开关与Marx发生器的延时同步工作.