二极管的径向绝缘设计及阴极特性研究

介绍了二极管真空绝缘中真空沿面闪络的理论、绝缘结构设计的要点以及沿面闪络域值的估算方法,提出了二极管结构优化设计的思路和方法,通过数值计算对二极管的径向绝缘结构进行了设计优化,一方面降低了三相点的电场强度和绝缘体沿面电场强度,另一方面提高了绝缘体表面的沿面击穿场强。实验结果表明,优化后的二极管绝缘结构满足设计指标,在正常工作电压下未发生击穿现象,并进一步对天鹅绒阴极二极管发射电流的幅值特性和脉宽特性进行了初步研究。     

含电爆炸元件电路的PSpice模拟和实验研究

基于金属上流过脉冲大电流产生电爆炸时金属电阻率与注入能量的关系建立了含电爆炸元件电路的集总参数PSpice电路模型,通过该模型可以对含电爆炸元件电路进行快速模拟计算,给出一些规律性的结果。模拟表明常见金属中银丝的使用效果较好,并且预计使用金丝可能得到更好的效果,负载的大小对于爆炸丝的断流效果有重要影响。这些结论和已知实验规律相符,能够帮助理解电爆炸过程和较好的解释实验现象。     

周期慢波结构高频特性的仿真研究

由于理论方法数值计算量大以及与实际复杂结构差别大,同时实验测试方法误差大、且高次模难激励。针对这些算法的缺点,采用理论和数值模拟结合方法从而克服上述方法不足,仿真研究了圆柱载膜波导慢波结构的色散特性,其结果和理论计算结果模拟比较,二者吻合。研究表明圆柱载膜波导慢波结构的谐振频率(同一模式下)与载膜半径成正比、与周期成反比;同时表明上述方法计算简单,省去了繁琐的求解方程过程。最后给出各个模式电场分布,对研究分析束波互作用提供依据。     

Marx发生器驱动的电感储能型脉冲功率源

为研制电感储能型高功率脉冲源,实验研究了采用Marx发生器驱动电感储能-电爆炸丝断路开关的技术途径。研究表明,以等效电容1μF的Marx发生器作为能源,采用1.5μH的储能电感和上百根直径0.05mm、长560mm金属丝并联形成的断路开关,在Marx发生器等效输出电压>180kV时,可在约10Ω负载上输出峰值功率>40GW,能量传递效率>50%,脉宽近200ns,前沿约50ns的脉冲,从而证明该技术途径可较大幅度提高脉冲功率源的输出功率和能量传递效率。     

一种基于电感储能技术的紧凑型高功率脉冲源

基于电感储能技术 ,采用金属丝电爆炸断路开关 ,研制成功了紧凑型脉冲功率源 (其能量传输效率近 4 0 % ,体积约 0 3m3 )。它能在电阻负载上得到电流 >6 0kA、电压 >4 0 0kV、功率 >2 0GW的电脉冲 ,通过调节金属丝爆炸断路开关的长度、根数、直径、储能电感的大小、电容器的充电电压以及削尖开关中气体的压力等参数 ,在一定范围内容易实现同负载的阻抗匹配。     

带慢波结构的虚阴极振荡器

为探索新型高效率微波器件,受其它带慢波结构器件的启发,设计了由微波预调制腔、慢波结构腔和 微波提取腔组成的新型虚阴极振荡器。研究表明,由于慢波结构的存在,束-波转换效率高于普通虚阴极振荡器,在 电压550kV、电流16kA 下,可以获得频率为1. 95GHz,1. 4GW 的周期平均功率,16%的转换效率。随后在加速器平台 进行了初步的实验研究,获得了辐射功率约600MW,频率约1. 94GHz 的微波输出,频率单一,可实现锁频。分析知, 由于阴极制作过程导致电子发射不均匀是影响效率的主要原因。实验所测得的束-波转换效率达5%,表明该结构 的高功率微波器件可以提高束波转换效率。     

电爆炸金属丝电路特性的研究

测定金属丝在不同条件下发生电爆炸时金属丝上的电压和电流,通过研究得到金属丝在不同条件下的电爆炸规律,在此基础上改进了单丝一维单温磁流体动力学数值计算模型,使之能够计算多丝并联电路.计算结果与实验结果基本吻合并能对各种含电爆炸元件的电路做出估算,为电爆炸断路开关的设计和改进提供参考.     

高功率二极管真空绝缘结构设计与实验

介绍了二极管真空绝缘中真空沿面闪络理论、绝缘结构设计要点以及沿面闪络域值估算方法,提出二极管结构优化设计的思路和方法,通过数值计算对一种高功率二极管真空绝缘设计进行了优化,一方面降低了三相点的电场强度和绝缘体沿面电场强度,另一方面提高了绝缘体表面的沿面击穿场强,从而大大改善了二极管绝缘体的绝缘性能,延长其使用寿命。实验结果表明优化后的二极管绝缘结构满足设计指标,在正常工作电压下未发生击穿现象。     

基于低压直流供电的100 kV重频高压电源

为了满足小型化、重频化脉冲功率装置在无市电供应环境下的充电需求,研制了一种紧凑型重频高压电源。电源使用30 V低压直流供电,分别采用初级储能电容和多模块串联叠加结构实现输出功率的放大和100 kV高压的输出;通过仿真实验拟合输出电压和功率曲线,进而分析了模块和整机的性能;然后对电源各器件进行结构设计并完成了硅凝胶灌封;最后采用两组充电运行实验测试了电源系统的性能指标。最终测试结果表明:电源能够对320 nF电容负载充电至100 kV;平均充电功率大于10 kW;充电频率1~10 Hz可调;实际电源装置的输出功率小于仿真结果,可能是由反馈电流信号纹波过大和组装的等效阻抗更大所引起。该结果验证了重频高压电源技术方案的可行性,并为研制更高性能的紧凑型重频高压电源奠定了基础。     

电爆炸丝方法产生纳米二氧化钛粉末

为了研究电爆炸丝方法产生纳米金属氧化物粉末的技术特点,设计了金属丝电爆炸和粉末收集的实验装置。利用钛金属丝的电爆炸在实验中成功制备了纳米二氧化钛粉末,分析表明该粉末由金红石和锐钛矿共同组成,其体积平均粒度达到44.1nm。在不同实验条件下进行了产生纳米粉末的实验,根据实验结果分析了粉末粒度随各条件的变化关系,发现粉末粒度受电爆炸腔内气压、金属丝直径以及能源大小的影响:(1)粉末粒度随气压降低而变小;(2)粉末粒度随金属丝直径减小而变小;⑶粉末粒度随电容器初始储能大小非线性变化。