大型脉冲功率装置的磁绝缘传输线(Magnetically Insulated Transmission Line,MITL)阴极长度可达十余米,在悬臂结构下由于重力引起的末端挠度变形将达数厘米.如果不进行准直,由此造成的阴阳极间隙误差可能引起较明显的电流损失.借鉴HermesⅢ装置基于倾斜垫片的直线度调节方案,设计了用于准直原理验证的Mini-MITL阴极.根据阴极圆筒尺寸参数、倾斜垫片设计参数以及倾斜垫片旋转角度,建立了阴极筒关键节点坐标的数值模型,得到竖直和水平方向的理论修正坐标.作为验证,在SolidWorks环境中建立坐标测量参考基准,得到的三维仿真坐标与数值建模坐标具有较好的一致性.基于SolidWorks Simulation对阴极的重力变形进行了仿真,根据仿真结果调整倾斜垫片的相对旋转角度,修正竖直方向挠度的同时兼顾水平方向直线度,在该策略下的竖直和水平方向准直误差均低于阈值.在离散调节策略的基础上进行了连续可调的改进优化,改进后的准直精度得到进一步提升.

介绍了基于吸收法的脉冲硬X射线能谱测量的基本原理及设计思路,完成了探测器及吸收片的选型,设计了射线准直系统,研究了散射对测量的影响,以12路PIN探测器阵列及铜、铝吸收片为测量核心部件研制了脉冲硬X射线能谱测量系统.实验测量了真空环境下"闪光二号"加速器串级二极管产生的脉冲硬X射线强度,获得了不同衰减程度的实验波形,通过解谱获得了脉冲硬X射线的能谱,光子最高能量约600 keV,平均能量约89.1 keV,与理论计算的结果比较符合.

根据感应电压叠加器感应腔的工作需求,针对感应腔磁芯的高效可靠应用,一般在感应腔工作前都要对磁芯进行去磁,以实现磁芯的利用最大化,减少磁性材料用量,降低设备体积和造价.通过对磁性材料性能的研究分析,得出了相对于传统的脉冲去磁方式,直流去磁具有电压低、电流小、易绝缘、电极烧蚀小、对变压器油无污染、成本低等优点的结论.根据去磁电流引入位置的不同,研究了两种使用直流对感应腔磁芯进行去磁的方法,并对这两种直流去磁的方法进行了深入地分析和模拟计算,验证了直流去磁的可行性和优越性.

通过理论计算和数值模拟方法研究了"闪光二号"加速器多针水开关放电通道电流均匀性对开关电感的影响,得到了各个放电通道电流分布不均匀对开关电感的影响规律.理论计算和数值模拟结果均表明,随着多针水开关放电通道电流不均匀性的增加,开关电感显著提高.采用保角变换和构造拉格朗日函数的方法证明了当多针水开关所有放电通道电流一致时开关电感最小,得到了"闪光二号"加速器多针水开关电感最小值为27 n H,最大值为153 n H.

研制了一台200 kV/200 kA脉冲源,脉冲源由初级储能单元、水介质整形与传输单元、气体开关和负载组成.通过优化设计由2Ω到1Ω的水介质变阻抗线、高压气体主开关和陡化开关,使得脉冲功率源在匹配负载下产生输出电压200 kV、电流200 kA、前沿40 ns、脉宽40 ns的高压脉冲.在此脉冲源平台上已开展了低阻抗1Ω二极管发射特性研究,并且将在高压气体开关、同步触发、二极管等离子体发射诊断等方面发挥作用.

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源（LTD）技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3kV,上升沿约7ns,脉宽约90ns,下降沿约20ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。

采用高纯石墨环状阴极和有机玻璃绝缘子,研制了一套低阻抗大面积二极管系统.使用理论计算和数值模拟方法对二极管进行优化设计,在保证绝缘要求的同时,尽量优化二极管轴向长度和内外筒距离以减小二极管的回路电感.实验结果表明,优化后的二极管能在200 kV左右的电压上稳定工作,绝缘结构未发生击穿现象;实验中最高输出电压为213 kV,电流为221 kA,特性阻抗约为1 Ω,电流密度为8 kA/cm2,脉宽(FWHM)为50 ns.

介绍了利用串级二极管产生大面积脉冲硬X射线的基本原理,建立了串级二极管的等效电路模型,分析了二极管串联工作过程,通过模拟计算给出了串级二极管工作过程的影响因素.串级二极管分压过程分为电容分压、阻抗和容抗分压、真空击穿后动态平衡及阻抗分压四个阶段,二极管电容和真空击穿电压是影响二极管串联初始阶段分压的主要因素,二极管的阻抗变化过程和二极管间隙的击穿时间差决定二极管分压的一致性.

针对系统电磁脉冲效应研究需求,项目组对“闪光二号”加速器进行了适应性改造,以便于产生脉冲硬X射线.主要采用二次成形的水线结构,重点进行了水开关设计,并完成了实验调试.装置输出电压650 kV～1.3 MV稳定可调,脉冲宽度60 ns,前沿由改造前的80 ns缩短至改造后的30 ns,在国内首次成功驱动串级二极管,产生前沿29 ns、射线宽度约53 ns的脉冲硬X射线.

A high power high voltage constant current capacitor charging power supply is designed and manufactured. It adopts full-bridge topology with series resonant constant current charging technology and the output voltage is adjustable from 0 to 30 kV, the average power can reach 5 kW at the most. The operating process of the circuit is analyzed briefly. The parameters of the power supply are calculated and a designed example is presented. The simulation and experiments are given and the experimental results are in accordance with the calculation request. In experiment, an 18 F capacitor is charged to 30 kV at 0.1 Hz repetition rate by the power supply, the average power is about 1.35 kW. Now the power supply is experimentally investigated for a capacitor charging and it can work steadily.

介绍了一种电气绝缘柔软复合材料-DMD膜,通过对膜结构的分析,设计了一种串联等效电路模型对其进行分析.运用该模型,对DMD膜在浸渍前和浸渍后两种情况下的介电常数和介电强度进行了求解并给出计算公式.从公式可以看出:DMD膜的介电常数在浸渍前后有明显的变化,浸渍后的介电常数得到了显著的提高,并且变化率较小;浸渍后DMD膜的介电强度高于未浸渍DMD膜的介电强度.当浸渍料介电常数愈大,聚酯材料上承受的电场强度愈大,浸渍料上承受的电场强度愈小,由于聚酯材料的耐压强度很高,所以整个传输线的介电强度得到提高.

串级二极管悬浮电极支撑控制系统主要包括支撑结构、驱动电路和同步控制三部分.支撑结构采用基于电磁铁工作原理的支撑针,对悬浮电极进行三点定位;驱动控制采用高压脉冲电容放电驱动螺线电磁铁,使电磁铁支撑针在5 ms内移动30 mm,悬浮电极在撤去支撑的5 ms内自由落体125 μm;同步控制采用螺线电磁铁线圈信号作为同步控制初始信号,对该信号延时5 ms,触发“闪光二号”的前级触发源,启动“闪光二号”主机工作,实现螺线电磁铁与“闪光二号”主机的同步.使用该套支撑控制系统用于串级二极管前期研究,初步实现了两级间隙串联工作.

针对目前脉冲硬X射线源能谱硬、辐照面积小、辐射场电子份额高无法开展系统电磁脉冲效应实验研究的技术难题,提出了采用复合薄靶软化脉冲硬X射线能谱、降低电子份额的方法.采用MCNP程序数值模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,分析了复合靶结构和材料厚度对X射线能谱、电子份额的影响.以“闪光二号”加速器为电子束源,设计了复合薄靶、X射线窗.实验得到的X射线参数:平均能量121keV;均匀性2∶1情况下,700 cm2平均剂量40 rad(Si),500 cm2平均剂量170 rad(Si)；光子数与电子数的比值大于103,可以开展系统电磁脉冲效应初步实验研究.