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紧凑型模块化重频脉冲功率源研制

2013-11-13 00:04
kumsing
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  采用LTD技术路线,设计了脉冲形成网络(PFN)开关/磁芯一体化紧凑模块结构,通过激光触发吹起气体开关方式实现开关重复频率运行,并将一台激光器输出光束分光四路实现四模块的同步触发,完成了紧凑型模块化重频脉冲功率源研制,输出指标5.7GW,200ns,25Hz。开展了稳定运行研究,并进行了50Hz运行能力实验。

  紧凑功率模块结构设计

  PFN为Blumlein结构,每路人工线为10级,级电容由3个50kV/2.5nF陶瓷电容串联组成,级电感为3cm宽、2mm厚铜条。为简化结构,实现紧凑结构设计,2路PFN设计为弯折型,共用一个气体开关并联放电,对称输入直线变压器初级。通过计算模拟及实验研究,优化了功率模块输出波形,测试模块实现参数为:1.4GW,10欧姆,200ns。输出电压波形如图1所示。

  图1 功率模块输出电压波形(50ns/div)

  激光触发吹气气体开关及分光系统

  在放电回路设计中,开关设计为不接地、悬浮工作。波长为266nm激光通过外壳石英窗、低压电极中孔引入聚焦到高压电极上,触发开关。开关侧向开吹气孔,以吹气方式带走电极间等离子体,实现重复频率运行。通过实验,研究了激光触发开关的抖动性与开关气压、工作欠压比、触发激光能量等参数的关系,进行了参数优化。较好的工作参数为:工作电压150kV,电流30kA,抖动≤5ns,重复频率25Hz,激光触发能量约10mJ。

  激光分光系统采用一台Nd:YAG固体激光器产生的266nm紫外激光径扩束器扩束后,通过分束镜平均分成四路同步触发4个模块的气体开关,分光原理如图2所示。

图2 触发光路分光系统原理图

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