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。     

高阈值场发射屏蔽材料电性能实验研究

高域值场发射屏蔽材料为采用特殊工艺在不锈钢等金属材料表面覆盖一层绝缘薄膜,使金属表面的场致电子发射域值提高,有效防止金属材料表面局部场强过高导致电击穿的现象发生。为了检验和测试该屏蔽材料的实际性能,设计了屏蔽材料场发射域值的测试方案,采用电流测量方法判断经过屏蔽材料处理后的阴极头是否有电子发射,并通过阴极头的电压测试确定阴极头发射电子时的电压,通过数值模拟计算确定阴极头的发射域值。构建了实验测试平台,采用1 MV/100 kA电子加速器作为高压脉冲功率源,以平面二极管作为负载,二极管阴极头为实验样品。实验中分别测试了普通不锈钢阴极头的场发射域值和经过屏蔽材料处理后阴极头场发射域值,结果表明,普通不锈钢阴极头的场发射域值在450 kV/cm附近,而经过特殊工艺处理后的阴极头场发射域值在630 kV/cm附近,场发射域值约提高40%。     

轻小型高电压大电流脉冲电源研制

Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3(PZT95/5)铁电陶瓷具有较大的剩余极化强度,在冲击波压力作用下会发生铁电–反铁电相变去极化,从而释放出铁电陶瓷内部的束缚电荷。为此提出一种新型的小型高电压大电流脉冲电源,以炸药驱动铁电体脉冲发生器作为初始电源,为高电压脉冲电容器提供充电电流,当充电结束时电容器电压达到最大值,再触发电容器放电开关使其闭合,可在高阻抗负载上获得快前沿高电压、大电流电脉冲。实验设计的PZT95/5铁电陶瓷电源输出矩形脉冲电流,最大值约47 A、脉冲宽度约3.9μs、上升前沿210 ns,经脉冲电容器和锐化开关进行脉冲调制后,在负载上获得脉冲电流峰值大于1 kA、脉冲半高宽约130 ns、上升前沿15 ns,负载电压达到80 kV以上。实验结果与理论计算基本一致,为研制轻小型高电压脉冲源提供了一种新的技术途径。     

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。     

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。     

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。     

三路平面二极管发射同步性实验研究

研究了单台脉冲功率源驱动三路并联真空二极管的爆炸发射电流的同步性和波形,设计了三路并联二极管和相 关探测传感器。在此基础上进行了实验研究,结果表明,在单台脉冲功率源驱动下,三路并联二极管启动时间基本同步, 波形基本一致。该研究结果对研制单台脉冲功率源驱动多路高功率微波器件合成输出的新型高功率微波装置提供了基础 依据。     

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。     

电爆炸丝法产生nm粉末及负载型nm催化剂

为了探索电爆炸金属丝技术在制备纳米粉末及其相关产品中的应用前景,利用电爆炸金属丝法成功制备了平均粒度分别达到65 nm和44 nm的纳米Al2O3和TiO2粉末,通过X射线衍射和电子衍射分析,Al2O3粉末为γ-Al2O3,TiO2粉末由金红石和锐钛矿组成。研究了实验条件对产生粉末粒度的影响及其规律后探索了电爆炸丝法产生负载型纳米催化剂的实验条件,并成功制备了负载型纳米TiO2催化剂,其化学实验结果表明:与现有催化剂比较,该催化剂能使某类化学反应的速度提高>50%,反应产物的选择性提高>3%。     

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。