为改善一种L波段磁绝缘线振荡器（MILO）重复频率运行时的真空环境，建立了器件在分子流下的抽气模型，采用Monte-Carlo方法对阴极脉冲放气后的瞬态抽气过程进行了模拟计算，获得了不同时刻气体分子在MILO内部的3维分布情况，并据此提出了一种“分布式”抽气方案，即在MILO靠近气源的微波传输区增加一抽气单元，以缩短脉冲间隔内的抽气时间。在Torch-01调制器上开展了MILO“分布式”抽气的实验验证，结果显示，“分布式”抽气时的气压下降特征时间为单泵的0.22倍，与模拟结果基本一致；初步的重复频率测试也表明“分布式”抽气能够缩短脉冲串间隔内的抽气时间以保持器件运行时的真空水平。在所给实验条件下，从真空的角度，“分布式”抽气能够使MILO有效运行的重复频率数提升至单泵抽气时的5倍。

紧凑型Marx发生器不但体积小,重量轻，而且能量效率高，能以一定的重复频率运行，在窄带、宽带和超宽带高功率微波源中获得了广泛的应用。这种类型的高功率微波源是近几年来国内外的研究热点和重要发展方向。对国内外基于紧凑型Marx发生器的高功率微波源的研究进展进行了系统介绍，评述其输出参数和结构特点，并探讨其发展趋势，为正确把握基于紧凑型Marx发生器的高功率微波源的发展动态、科学探索其技术路线提供参考和依据。

近年来，随着快脉冲直线变压器驱动源（LTD）技术的快速发展，装置中气体开关数目成倍增长，多路开关同步触发技术已经成为制约LTD技术发展的瓶颈之一。分别从电脉冲触发、激光触发及基于光导开关（PCSS）的同步触发3个方面，概述了近年来国际上LTD的发展现状,以及各国为实现多路开关同步触发所做的研究工作，阐述了每种触发方案的优缺点，对多级多通道开关的结构及触发特点与要求进行了调查。结合LTD装置同步触发的现状，对未来相关关键技术进行了探讨和展望。

简述了脉冲功率开关的发展及国内外脉冲功率晶闸管产品的现状，并详细介绍了国内的脉冲功率开关产品及其特点。阐述了脉冲功率晶闸管组件产品的设计与应用，以及半导体脉冲功率开关的测试试验平台。简要介绍了脉冲功率晶闸管及其组件在工程应用中的同步驱动、感应取能和串联均压等关键技术，并简述了脉冲功率晶闸管组件的工程应用实际效果。阐述了半导体脉冲功率开关及其测试试验平台的发展方向。

基于简化模型编写了结构简单、运行高效的Z箍缩计算程序，并已应用于“阳”加速器上开展的Z箍缩物理研究。在“阳”加速器和PTS的参数范围内进行了数值计算，结果表明：对于质量较轻的负载，激波加热是产生辐射的主要原因；对于质量较重的负载，辐射由激波加热和绝热压缩共同主导。激波加热功率与绝热压缩功率之比随丝阵质量增大而减小。烧蚀产生的先驱质量减弱激波加热，对峰值功率的提高不利，但这部分质量能抑制磁瑞利-泰勒不稳定性。因此综合激波加热和磁瑞利-泰勒不稳定性两方面的考虑，应该存在一个最优的烧蚀率。

分析并设计了分压器的参数，采用高频无感釉膜电阻制作分压器，与基于压频转换的光纤隔离技术相结合，组成了HL-2A用高压电源测量系统。同时将数字信号处理芯片用于光纤转换环节，实现压频型A/D转换，简化线路，提高数据传输速度和信号干扰能力。该高压测量系统已运用于HL-2A装置的长脉冲（5 s）放电实验，结果表明：该系统不仅实现了DC 80 kV高压电源的高低电位完全隔离，而且所测量电压波形真实反映了电源的输出，为反馈系统和保护系统提供了实时电压数据信号。

为满足高能X射线能谱测量的需要，提出采用MLS法进行能谱测量的方案。MLS法克服了其他测量方法散射不易控制、光场不均匀性影响较大的缺点，还具有对不同角度能谱进行测量的优势。对MLS法的测量原理以及测量过程中的注意事项进行了明确，并利用蒙特卡罗方法针对一特定的X射线能谱设计了两种不同介质的测量装置，并将测量装置自身散射的影响控制在5%以内。

基于脉冲成形加感应叠加技术路线是实现脉冲功率小型化的重要发展方向之一。介绍了设计的直线变压器驱动源单元模块结构，每一单元模块馈入阻抗为2.5 Ω、脉冲宽度为200 ns的高压脉冲，两个模块输出的高压脉冲经过阴极杆感应叠加后输出至负载。实验结果表明:在工作电压40 kV、重复频率20 Hz及40 Hz条件下，两个单元模块经磁芯感应叠加后输出波形的抖动约为2 ns，波形质量与脉冲形成网络直接对匹配负载放电时十分吻合，且各次波形的重复性、一致性较好。

研制了一套用于测量电磁发射装置轨道电压信号的隔离式分压器，实现了测量回路与被测回路之间的电隔离，简化了电磁发射装置测试系统的复杂性。并对影响隔离式分压器频率响应的元件参数进行了参数扫描，结果表明：研制的分压器在-3 dB区间的频率响应范围为14 Hz~18 MHz，满足电磁发射装置轨道电压信号的测试要求。使用P6015A高压探头进行比对标定，输出信号的前沿约1 μs，频率响应满足电磁轨道发射装置轨道电压信号的测量要求。同时用隔离式分压器及电阻分压器测量轨道电压信号，两者波形符合较好。

分析了高电场强度下金属化膜电容器绝缘电阻的特点，得出高电场强度下金属化膜电容器绝缘电阻是电容器介质膜泄漏和自愈过程的综合反映。针对高场强下的应用条件提出一种金属化膜电容器绝缘电阻的测试方法，并对高场强下电容器的绝缘电阻进行测试。测试结果表明：在300~400 V/μm工作场强范围内金属化膜电容器绝缘电阻随工作场强增大会急剧减小，由于自愈的作用，绝缘电阻下降幅度随场强增加会逐渐变缓；在20~50 ℃工作温度范围内，金属化膜电容器绝缘电阻随温度升高会急剧减小，同样由于自愈的作用，绝缘电阻下降幅度随温度增高会逐渐变缓。分析得出，高温高场强下金属化膜电容器介质膜泄漏将会导致电容器电压出现明显下降，影响电容器和脉冲功率系统的储能效率。

基于一台长脉冲低阻抗强流相对论电子束加速器，对聚四氟乙烯、高分子量聚乙烯和聚碳酸酯在真空百ns高压脉冲下的绝缘特性进行了测量,重点研究了周期刻槽结构对材料绝缘强度的提升能力。实验表明：刻槽结构的引入可以有效地提高介质材料的闪络时延；聚碳酸酯是3种材料中比较优越的一个，刻槽处理可以使其闪络延时获得90%左右的提升。扫描电镜分析的结果也表明材料的表面特性是影响介质样品闪络时延的一个重要因素。

绝缘子的沿面闪络制约着脉冲功率系统向高电压、大电流方向发展，总结了几种实际应用条件下的最佳绝缘子构型，并对不同角度下绝缘子表面的带电情况进行了分析。结果表明，表面电荷对不同绝缘子构型的性能起着至关重要的作用，需要根据不同的应用条件来开展实验研究以确定最佳的绝缘子构型。

采用聚酯薄膜为绝缘材料，设计了一种小型化便携式层绕Blumlein线，其主要特点是采用S型层绕的方法对薄膜介质平板Blumlein线进行绕制，使形成线的体积小，结构紧凑，有利于脉冲功率源小型化、实用化的发展。其集成了薄膜电容器易卷绕、耐高压、储能强的优势，同时具备了传输线的特点。采用气体火花间隙开关，对S型薄膜介质脉冲形成线的耐压特性及负载输出波形进行了实验研究。结果表明：开关的导通特性对脉冲形成线的负载输出波形有很大的影响，开关电感及开关抖动等因素会影响脉冲波形的前后沿，使输出脉冲方波波形质量变差。采用PSpice软件对实验等效电路进行了模拟，得到了与实验一致的结果。设计的Blumlein线体积为50 cm×18 cm×12 cm，承载电压50 kV，负载输出脉冲上升沿50 ns，平顶宽度120 ns。

根据孤立子理论，分析了利用变容非线性传输线产生射频场的机理。利用电路仿真方法系统地研究了影响射频场产生的相关参数，发现电感和零压电容越小、输入电压越大，射频场的频率越高；电容的非线性率越大，射频场的峰值电压越高、高频成分越多。并在此基础上，仿真设计了能产生峰值功率为0.8 GW、主频为19.42 MHz射频场的非线性传输线。

对长距离磁绝缘传输线（MITL）的传输效率和结构变化带来的影响进行了评估。介绍了MITL稳态流与非稳态流理论，为了验证各种条件对传输效率的影响进行了粒子模拟，修改了MITL的结构并设计了若干对应的分解检验实验。通过准确测量同一位置的阴阳极电流和电压验证了Mendel层流理论公式。已完成的电感支撑阴阳极实验结果表明,使用合适量级电感型刚性弹簧对内外筒进行固定可以满足传输效率设计要求。

提出了一种多棒极型真空触发开关（TVS），利用3对棒形电极的特殊结构来增大主触头间的燃弧面积，从而有效地提高TVS通流能力。结合真空电弧电压实验，阐述了多棒极型TVS在不同的大电流等级下的电弧发展变化过程。电弧电压的变化表现了多棒极型TVS中多通道并联燃弧及其在各通道之间的电弧转移过程，从而使得真空电弧维持在扩散态。由此开发的TVS样品实现了225 kA的峰值电流，单次转移电荷量45 C。

完成了小型方波脉冲磁场装置的双线圈负载设计，在一定区域内获得了近似匀强磁场。采用阻抗2 Ω的6级脉冲形成网络作为初级储能和脉冲形成单元，对匹配电阻放电产生了方波脉冲电流波形。研制了一种场畸变气体火花间隙作为主放电开关，有效减小了装置的动作时延和分散性。实验结果表明：负载中心峰值磁感应强度达到0.04 T，方波磁场平顶时间约3 μs，平顶度小于5％，上升前沿（磁感应强度峰值10％～90％）小于0.5 s，装置的动作时延抖动小于10 ns（标准偏差）。

利用超高速相机，在曝光时间100 ns时，对不同能量下激光在氮气气体开关中形成的火花通道进行拍照，得到了不同焦距下激光波长266 nm时激光火花通道长度与激光能量的关系。开展了激光触发气体火花开关的实验研究，激光触发开关延时、抖动随激光能量的增加而减小。将火花通道长度与激光触发开关的特性进行了分析，气体开关的抖动随着激光火花通道长度的增加而减小，当火花通道沿电极间轴向长度达到开关电极间距40%时，开关的抖动为亚ns量级。

基于用于直线变压器型驱动源的多间隙气体开关结构，提出一种环形放电间隙与电晕针并联的气体火花间隙。通过测量间隙耐压过程中电晕放电的伏安特性，研究了气体介质、气压、电晕极性、电晕针长度以及针尖对应电极结构等因素对伏安特性的影响。结果表明：以空气为绝缘气体，负极性电晕可获得较稳定的伏安特性；改变电晕针长度和针尖对应电极结构可方便地实现对电晕放电伏安特性的调节以满足开关要求。

介绍了Z箍缩初级实验平台激光触发系统的设计和单路样机验证实验结果。采用12台激光器、24个激光触发主开关来实现24路电流脉冲的精确同步,由Nd:YAG四倍频脉冲激光来触发开关,采用水平分光将一台激光器的激光脉冲等分为两束激光,激光聚焦后分别触发相邻的两路主开关。单路样机验证实验获得的激光脉冲的抖动极差小于等于3 ns,主开关的抖动极差小于等于5 ns,3台激光器之间的抖动极差小于等于3 ns。实验结果表明:在主Marx充电电压小于等于75 kV时,光路管道双隔离气室具有良好的绝缘性和密封性; 激光光路系统稳定可靠; 能量为100 mJ、脉冲宽度为7 ns的266 nm激光经过分光后，能够满足Z箍缩初级实验平台的设计要求。

利用二极管输出电压约1 MV、脉宽约40 ns的重复频率Tesla型脉冲功率驱动源，对大间隙、高气压的重复频率氮气火花开关进行了实验研究。通过将开关等效为RLC电路，利用测量得到的形成线电压与锥形段电压来计算氮气火花开关电阻。电阻的变化情况是放电开始时刻比较大，随着放电通道的形成，电阻迅速变小，最终达到Ω级的阻值。通过计算值与理论公式推算值比较，检验Barannik，Rompe-Weizel，Demenik，Toeple，Vlastos公式适用性，并尝试对Rompe-Weizel公式常数项进行了修正。

基于真空触发开关的导通机理，设计了长间隙真空触发开关导通特性的实验方案。根据高速摄像图片讨论了长间隙真空触发开关的导通过程和影响导通特性的因素。通过实验得到了触发电流对间隙脉冲电流的影响规律：采用上升时间较短且峰值较高的触发电流，能够明显降低主间隙的火花电阻和导通延时,验证了对导通过程的理论预测。

建立了Rimfire开关的串联间隙电路模型，将开关所有的杂散电容都包含在内，结合火花通道的传导特性，以PSpice软件为计算平台，对一个700 kV Rimfire型开关进行了模拟。由于开关所有间隙都具有独立的时间变化参数，因此串联间隙电路模型不但可以在宏观上表现出开关的特性，而且能够模拟开关任一部分的时变电压和电流，进而分析开关的内部工作过程。模拟结果表明：激光触发间隙导通而自击穿间隙不导通时，作用在开关上的总电压超过700 kV；开关正常工作时，作用在所有间隙上的电压均高频振荡衰减。

为了了解纵向磁场下的电弧运动过程，建立了真空灭弧室的3维仿真模型。采用PIC模拟方法对12 kV灭弧室内的电磁场、电弧运动特性进行计算仿真。通过改变触头间距、屏蔽罩尺寸和触头开槽宽度，研究了灭弧室内的电场、磁场分布；对不同触头间距下随时间变化的电弧运动过程和触头表面的电弧分布情况进行了模拟计算。计算结果表明：在真空灭弧室中适当设置屏蔽罩，可有效改善灭弧室内的电场分布；触头铜基上的开槽宽度对磁场会产生影响，宽度越大，磁场强度越大。

提出在典型一阶磁脉冲压缩电路的基础上，测取磁芯在实际工作条件下的动态磁滞回线和饱和磁导率等磁参数，再根据所获得的动态参数指导磁开关设计，进行一阶磁压缩实验。实验选取国内外被广泛应用的非晶磁芯和纳米晶磁芯进行测试，根据实测动态磁参数设计磁开关。实测结果表明：用国产非晶磁芯做磁开关可得到上升沿73 ns、电压幅值28.3 kV、半高宽为503 ns的脉冲，用日本产的纳米晶磁芯做磁开关可得到上升沿30 ns、电压幅值28.4 kV、半高宽为193 ns的脉冲。

为了提高固态脉冲功率驱动源的工作性能，研究了使用磁开关作为主开关的关键参数。分析了磁芯体积、磁芯损耗以及饱和电感等关键参量对磁开关工作性能的影响。结果表明：对于选用的磁开关，当磁性高度为0.05 m时，磁开关的封装系数取得极大值;平均磁路长度大于1 m时，磁芯绕组的饱和电感变化缓慢。利用饱和波理论简要解释了磁芯饱和的物理过程，推导了磁开关输出脉冲上升时间因子表达式，结果表明:磁性材料厚度、电阻率以及磁芯内外层磁路长度差等参数是影响磁开关输出脉冲上升因子的重要因素。

基于半导体放电管过电压自击穿原理，探索设计了一种固体场畸变三电极开关。该开关由两组半导体放电管阵列印刷电路组成，受到触发时，一组半导体放电管阵列首先击穿，另一组阵列继而过电压自击穿，开关导通。实验测试了特定幅值触发脉冲时的负载电压，初步验证了半导体放电管固体场畸变三电极开关设计的可行性。讨论了降低开关导通电感，提高通流能力、工作电压及运行频率的方法。

提出了一种基于单传输线脉冲成形技术的模块化快脉冲直线型变压器驱动源的同步触发系统的概念设计，主要由级数较少的Marx发生器、脉冲形成线、主开关、脉冲传输线及触发引出电缆等组成。利用等效电路模型，研究了Marx发生器与脉冲形成线的配合关系，当发生器同时驱动多路形成线时，可以有效增加触发脉冲的数量，并能提高能量利用效率，但触发脉冲的幅值会降低。研究了水介质线阻抗与引出电缆数量对触发脉冲的影响，结果表明：随着电缆序号的增加，触发脉冲的幅值逐渐降低，并且水介质线的阻抗越高，幅值降低的速度越快。触发脉冲也可同时引出，驱动单路形成线输出60路时，触发脉冲的峰值约为293 kV，前沿约11 ns；当驱动5路形成线输出300路时，触发脉冲的峰值约为151 kV，前沿约11 ns。

对半导体脉冲功率开关反向开关晶体管 (RSD)的结构进行了优化，在RSD中引入缓冲层，建立器件数值模型并作仿真分析，结果表明:缓冲层结构起到了截止电场的作用，使得器件基区得以减薄，较传统结构RSD阻断电压升高而开通电压降低。针对RSD的特殊工作方式，提出了RSD开通电压、关断时间等关键参数的测试方案并进行了实验测量。进行了RSD大电流开通试验，直径7.6 cm的堆体在12 kV主电压下成功通过峰值电流173 kA，传输电荷32 C。

设计了一种用于直线变压器驱动源的三电极场畸变气体火花开关。开关采用SF6气体绝缘，开关尺寸和电感较小，实测开关电感约为67 nH。在工作电压±80 kV、工作系数为70%时，开关触发时延为40.0 ns，抖动约2.8 ns。对比研究了钨铜合金和黄铜两种电极材料对开关静态和触发击穿特性的影响，研究结果表明：铜钨合金电极开关的自击穿电压分散性、触发时延及抖动、自放电概率和电极表面烧蚀均小于黄铜电极，更适宜作为三电极场畸变开关的电极材料。

介绍了一种基于传输线变压器（TLT）的多开关脉冲功率技术。该技术可以像Marx发生器一样实现多个开关的自动同步，而且在输出上更具灵活性：不仅可以通过电压叠加获得高电压输出，而且可以通过电流叠加实现大电流输出，或者用于同时驱动多个独立的负载。基于该技术已成功开发了10火花开关的短脉冲系统。理论设计了带有20开关和20级TLT的脉冲发生器，单脉冲能量140 J，预计峰值功率可达5 GW，可实现多种不同输出方式以满足不同应用需求。

设计制作了全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器，最高重复频率5 kHz，脉宽70 ns，通过调节初始储能电容上的电压可在500 Ω阻性负载上获得4~40 kV连续可调的输出电压。通过分析简化的磁压缩末级回路，分析了预脉冲产生的过程，得出了预脉冲的电压表达式，选取适当的磁芯相对磁导率，经过求解，得出在磁开关未饱和电感一定时预脉冲随负载阻值变化的曲线簇，从曲线中可以看出：随着负载的阻值的增大，预脉冲的峰值绝对值也增大；在负载恒定的情况下，增大磁开关未饱和电感的大小可以显著地减小负载两端预脉冲的峰值绝对值，这要求磁开关磁芯有更高的相对磁导率。

采用基于并联Blumlein脉冲形成线的MHz重复频率脉冲功率技术和基于激光触发气体开关的多级触发系统，设计了脉冲功率系统模块，该模块具备6路输出能力，每路均可以MHz重复频率猝发方式输出三脉冲，幅度可达300 kV。对模块中的Blumlein装置、脉冲汇流、隔离网络、触发系统等部件参数进行了设计。以多脉冲直线感应加速器感应腔作为负载，对该模块的性能进行了分析，结果表明：模块中每个脉冲的输出时间抖动小于2.3 ns（标准差），脉冲间最小时间间隔大于500 ns时可在负载上获得高品质波形。

纳秒脉冲等离子体在诸多实际的工程应用中依赖于小型化且可靠的纳秒脉冲电源实现。设计了一种紧凑型全固态高压纳秒脉冲电源，该电源主要由直流电源部分、绝缘栅双极晶体管及其驱动控制电路、可饱和脉冲变压器、磁脉冲压缩网络等组成。通过理论计算分析、PSpice电路仿真以及实验研究表明，其最终可以在800 Ω的输出负载阻抗上获得幅值40 kV、脉冲宽度100 ns左右、脉冲上升沿约50 ns的高电压脉冲，重复频率最高可达5 kHz。

设计了一种输出电压为4 MV的超前触发型Marx发生器，为了进一步优化采用电阻充电的Marx发生器输出特性，提高系统的充电效率并且减小级间充电电压不均匀性，对Marx发生器恒流充电过程进行了解析求解。结果表明：各级间充电电压差为与充电电阻、电容和充电速率成正比，与时间无关的定值，充电时间越长电压效率越高，且与电压变化率无关 。该结论具有普遍适用性。结合我们设计的4 MV超前触发型Marx发生器回路,利用PSpice对Marx发生器的恒流充电过程进行了模拟，得到了自洽的结果，并且与恒压充电进行了对比。当充电电阻为10 kΩ，各级电容为400 nF,充电速率为10 kV/s时，恒流充电能量效率达到90%，约为恒压充电能量效率的2倍，充电时间为恒压充电的1/3。

设计的10级低阻抗紧凑型Marx发生器整体体积约0.12 m3，输出功率为30 GW，脉宽200 ns。该发生器采用正负充电，触发开关为三电极场畸变开关，其余开关采用过压自击穿开关；经优化设计，自击穿开关高33 mm、电感13.1 nH，触发开关高42 mm、电感15.2 nH。电容正负电极片与开关电极采用挤压连接，电极片间绝缘材料为聚丙烯薄膜，薄膜共100层,总厚度2 mm，耐受电压大于100 kV；Maxwell模拟表明：此种连接方式可将每个电极连接片电感降低到4.16 nH。Pspice电路模拟和实验均表明：电容器充电100 kV条件下，12 Ω负载上可获得电压高于600 kV、峰值电流大于50 kA的输出。

设计了T2LXD1系列电枢，分析了6061-T6铝合金材料的弹塑性特点，利用线性强化理论和接触理论并结合ANSYS软件,建立了T2LXD1系列电枢弹塑性接触模型，研究了电枢尾翼结构对电枢/导轨滑动界面接触状态的影响规律，得到了界面接触力、接触面积和接触压力分布等状态参数的数值模拟结果。利用短导轨电磁驱动系统,进行了T2LXD1系列电枢滑行实验，分析了电枢/导轨界面滑磨状态，比较了滑行性能曲线。实验结果表明:长尾翼电枢并不能带来实际接触面积的增加，电枢的滑行性能随着电枢尾翼长度的增加反而减小；对于柔顺性好的电枢和短导轨来说，适当增加滑动界面的预紧接触力能够提高电枢的滑行性能。

500 kV全固态Marx发生器采用Z型电路结构，以28个最大工作电压达22 kV、满载最高连续重复运行频率达200 Hz的绝缘栅双极型晶体管组件作为脉冲控制开关，采用以金属化膜电容器和线绕电感构成的梯形脉冲形成网络作为储能和脉冲形成器件。目前已实现500 kV脉冲输出，在50 Hz的重复频率下实现数十个脉冲的猝发输出。该发生器的输出脉冲电压峰值与已有文献报道的最高功率固态Marx发生器技术指标相近，输出脉冲电流峰值提高1倍，达到1000 A，发生器输出脉冲功率峰值达到500 MW。在采用电容器作为储能元件时，此Marx发生器输出脉冲宽度可在3～10 μs范围内连续调整。

对种子源结构进行了优化设计,为了缩短充电时间,在现有的电容和DC变换器基础之上，选用单片机作为控制芯片，利用其脉冲宽度调制(PWM）输出功能产生用于控制DC变换器的线性电压。对单片机PWM输出转化为线性控制电压的性能以及控制DC变换器恒流充电的可行性开展了实验研究。实验结果表明，基于PIC单片机的种子源储能可以达到250 J，充电时间缩短到6 min以内，满足实验要求。

针对取样电阻在大功率恒流源中的作用和技术要求，在理论和实验上对取样电阻的设计原则、结构形式和材料选择方法进行了系统分析。对水冷式和自冷式两种结构形式的大功率恒流源取样电阻进行了比较研究，实验结果表明：相比于水冷式取样电阻情形，装配自冷式取样电阻的恒流源主要技术指标得到明显改善，输出电流失稳度降低2/3，纹波系数由2.7%降低到2.3%，使用寿命提高10倍以上。

为研究气体间隙的放电特性，设计了输出幅度在30～100 kV、重复频率1～5 kHz可调的高压脉冲电源。利用谐振充电的原理，将10 kV的初级电源的能量转移到中储电容，中储电容的电压升高到至少18 kV。在光触发信号的作用下,氢闸流管导通，中储电容上的能量通过脉冲变压器放电，在脉冲变压器的副边得到最大幅度为100 kV的负脉冲，其脉宽大于200 ns,前沿时间小于90 ns。整个装置在不加散热系统的情况下,可连续工作1 min以上。

基于金属外壳1.0 μF/40 nH/100 kV的电容器和±100 kV/200 kA气体开关，提出了电流20 MA、前沿300 ns Marx型直接驱动Z箍缩负载的脉冲功率源概念设想，共40路并联，每路为6个Marx并联驱动一条水介质传输线， Marx为18级串联。分析了关键单元（电容器和气体开关）的技术可行性，建立了PSpice电路模型，模拟计算了Marx建立时间分散性、水介质传输线阻抗对负载电流的影响，模拟结果表明：Marx建立时间分散性从10 ns增加到60 ns时，负载电流前沿从平均282 ns增加到287 ns，峰值从21.0 MA降低到19.8 MA，脉宽几乎不变；Marx建立时间分散性对负载电流的影响随着并联数目增加变小；采用4.2 Ω等阻抗传输线，负载电流最大。

研究设计了一种可用于触发反向触发晶闸管(RSD)的电路。给出了通过参数寻优选取触发电路参数的思路。初步试验中发现存在主脉冲波形畸变和续流拖尾问题，提出了对典型谐振触发电路的两点改进：提出了基于可饱和磁介质环的触发脉冲整形方法，解决了主脉冲波形畸变问题；通过串联阻容回路吸收剩余触发能量，消除了脉冲的续流拖尾。试验结果显示RSD开通特性良好，表明所设计的触发电路能满足开通μs级高上升率电流脉冲的需求。

针对高压脉冲电容器充电电源高功率小型化的发展需求，采用谐振软开关技术和热设计技术研制了开关频率为50 kHz的充电电源，要求在电源10 kV的额定输出电压下充电速率达到20 kJ/s（额定输出电压下峰值功率40 kW），功率密度达到2 MW/m3。分析了分布参数的存在对高频逆变器工作特性的影响，介绍了针对不同分布参数影响的应对措施。初步试验研究了间歇工况下高功率小型化电源热设计技术，基于电源间歇工作特点，结合不同电源组件发热特性，设计了不同的散热措施，给出了各器件的温升数据。完成了充电电源性能测试实验，实验结果表明:电源功率密度达到2.15 MW/m3。

在直线感应加速器束参数测量系统实验的基础上，给出了束参数测量系统的实验布局和特点，分析高能电子辐照对直线感应加速器中测量系统电子器件介电性能的影响和变化规律；进一步探讨电子器件介电性能受高能电子辐照后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况，主要通过采用光纤传输控制信号的措施，能很好地传输窄脉冲，信号延时抖动小，达到了高速信号的可靠传输要求，利用紧凑嵌入式方法，提高了抗电磁干扰的能力，这样可以更好保护束参数测量电子器件。

利用加速器原有的束流传输及检测系统，在单脉冲直线感应加速器上分别对双边馈入和单边馈入情况下强流束的传输情况进行了实验测量。实验结果表明：在改变加速脉冲的馈入方式后，传输过程中电子束在加速段的束心位置发生了明显改变，将对加速器的束流输运产生非常不利的影响。通过对实验数据的比较和分析，提出了传输线延时产生双脉冲可能采用的脉冲馈入方案。

在2 MeV直线感应加速器注入器平台上开展了天鹅绒阴极与碳纳米管阴极的强流脉冲发射特性综合实验。研究结果表明：天鹅绒阴极与碳纳米管阴极均具有强流脉冲发射性能，在1.61 MV的二极管电压下，天鹅绒阴极与碳纳米管的发射电流密度分别为84，108 A/cm2；启动时间分别为21，40 ns；放气量分别为0.29，0.91 Pa·L;放出气体分子数目与发射电子数目之比分别为64，225;两种冷阴极强流脉冲发射时的放气质谱相似。

通过处理强流电子束加速器主开关导通之后所形成的高压电脉冲，得到了二极管等离子体光学诊断的同步时间基准。采用高压电脉冲延时结合二极管等离子体光信号延时的方案，实现了相机曝光过程与等离子体发光过程的ns级精度同步。综合采取屏蔽、滤波等措施，实现了整个系统的电磁兼容，最终稳定地拍摄到了ns时间分辨的二极管等离子体发光过程。

研究了一种齿状阴极的电子束产生传输过程以及对相对论返波管振荡器产生高功率微波的影响。基于SINUS881加速器，利用束流轰击金属靶观测齿状阴极产生电子束在不同轴向位置上的角向分布，并开展了基于环形阴极和齿状阴极的X波段相对论返波管振荡器的实验研究。对不同齿数及尺寸对电子束流特性、器件输出微波功率和脉冲宽度的影响进行了分析。实验结果表明：当阴极的齿数增加到一定数量时，电子束的横向运动使得电子束在径向逐渐趋于分布均匀；与均匀环形阴极的打靶结果近似，此时，电子束对于相对论返波管振荡器产生微波的功率和脉宽影响不大。

基于P波段新型三周期慢波结构同轴相对论返波振荡器设计思想，设计了一个L波段同轴相对论返波振荡器。粒子模拟表明，在二极管电压591 kV、电流8.2 kA、导引磁场0.8 T时，获得了1.50 GW的微波输出，频率为1.64 GHz，效率达31%，器件慢波结构尺寸仅为96 mm×207 mm。分析了该器件实际高频结构的电动力学特性，重点研究了纵向谐振模式、品质因数等特点，并结合P波段的研究结果，得到了该类器件的相关设计指标：慢波结构长度约为一个波长，波纹周期约5/13波长，外波纹深度约1/10波长，内波纹深度约1/30波长，电子束半径约0.7倍外波纹平均半径，器件的纵向工作模式为0.8π模，对应的Q值约16。

结合GW级纳秒脉冲源建立了实验平台，研究了激光触发开关的延迟时间及其抖动与激光能量、工作电压、激光波长、透镜焦距等参数的关系。结果表明：开关延迟与抖动随激光脉冲能量的上升、工作电压的上升而逐渐减小；采用紫外光得到的开关延迟与抖动小于相同条件下红外光得到的结果；在高气压小间隙开关条件下，采用小的透镜焦距可以得到更小的开关延迟与抖动。开关在自击穿电压220 kV、欠压比为80%、采用7 mJ，266 nm 波长激光时的抖动为0.3 ns，在此条件下进行了两台脉冲源的同步实验，得到其同步偏差85%置信率小于0.3 ns。

研究了Ku波段光子晶体加载曲折波导慢波结构的色散特性和耦合阻抗。用电磁仿真软件CST MWS进行了仿真, 讨论了慢波结构外光子晶体对慢波通道内电磁波的选择通过性。对具有相同结构尺寸慢波结构的研究结果表明：光子晶体加载慢波结构的色散比传统曲折波导慢波结构的色散低；和传统曲折波导慢波结构相比，光子晶体加载曲折波导慢波结构的耦合阻抗略高。

为实现低阻无箔运行,进一步增加现有高功率微波源输出功率和脉宽,给出了一种基于渡越辐射的低阻无箔高功率微波源的初步实验结果。主要对比分析了在铜介质片阴极和天鹅绒阴极以及不锈钢收集极和石墨收集极条件下器件的运行状况，分析了影响器件正常工作的可能原因，得出了在现有条件下天鹅绒阴极和石墨收集极最有利于器件运行的结论。初步的实验结果表明：降低强流相对论电子束的能量密度、选择更加合理的电子束收集方式，是实现该器件正常运行的重要手段。

借鉴Khanh Nguyen提出的多束折叠波导行波管结构，设计出了可以有效抑制自激振荡的140GHz多束折叠波导行波管。利用PIC软件对双束微折叠波导行波管进行了仿真计算，并与单束模型进行了对比研究，结果表明行波管采用多束机制可以有效提高器件的增益，克服管子加工长度的困难,且有效抑制了管子的自激振荡。

在理论分析的基础上，模拟研究了微电真空太赫兹器件Clinotron。求解了色散方程，获得该器件的基本结构参数和性能参数；在考虑空间电荷场和电子回旋运动的情况下，得出能使器件内片状束稳定传输的周期永磁聚焦的磁场条件；利用3维全电磁粒子模拟程序对Clinotron进行了初步模拟以及优化。数值模拟结果表明：当输入电压为4.5 kV、发射束流大小为190 mA、输入电功率为855 W时， 运行频率为218 GHz的Clinotron的输出平均功率40 W,功率转换效率达4.68%。

采用1/4波长开关同轴谐振器技术路线，开展了高功率宽谱微波产生及耦合输出技术研究。设计振荡器工作在200 MHz,低阻抗1/4波长同轴传输线与传输线一端的环形多通道气体火花开关构成谐振器,耦合器由集中电容和分布电感构成，实现宽谱微波的能量提取。通过数值模拟研究了振荡器的振荡及耦合输出过程，分析了高压脉冲馈入方式、谐振器阻抗特性及开关齿槽结构对环形开关导通特性的影响。数值模拟和实验结果证明，采用直馈方式、高阻结构和齿槽结构有利于形成开关多通道导通，并提高开关导通的稳定性。在输出电压为500 kV的Marx脉冲功率源平台上构建了高功率宽谱微波产生实验装置，实验得到的宽谱微波振荡频率为195 MHz，辐射因子约150 kV,频谱带宽约30%。