脉冲电压下的自击穿水介质开关击穿特性和电路参数实验研究.pdfVIP

　第 17 卷 　第 9 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 17 ,No . 9 　 　2005 年 9 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R T ICL E B EA M S Sep . ,2005 　 文章编号 : 　100 14322 (2005) 0914 1405 脉冲电压下的自击穿水介质开关击穿 特性和电路参数实验研究 丛培天, 　蒯 　斌 , 　邱爱慈, 　王亮平 , 　吴撼宇, 　曾正中, 　贾 　伟 ( 西北核技术研究所, 陕西 西安 7 10024) 　　摘 　要 : 　介绍了“强光一号”加速器中两种结构的自击穿水开关 ,建立了简化的开关电路模型 ,并通过估 算和 Pspice 模拟确定了开关的电路参数 ,包括电极间杂散电容 、火花通道电感和火花电阻。研究表明开关导 通过程中的流注电容效应可以忽略 ,放电通道火花电感与电阻选取流注导通时刻的值 ,且在主放电电流传递过 程中保持不变 。根据实验结果 ,阐述了两种开关击穿的不同特点 :对于局部电场增强型的球板电极结构的主 开关 ,可以采用J . C. Martin 稍不均匀场水击穿经验公式估算临界场强 ;而棒板电极结构的多针开关 ,适合用 J . C. Martin 针板击穿模型的水击穿经验公式估算临界场强 ,且并联工作的 9 个多针开关可以同时形成独立 的放电通道 。 　　关键词 : 　水介质开关 ; 　脉冲电压 ; 　击穿特性 ; 　电路参数 ; 　“强光一号”加速器 　　中图分类号 : 　 TN782 ; TL 99 　　　　文献标识码 : 　A 　　水开关作为能量馈送和输出的关键部件 ,在高功率脉冲加速器的低阻抗水介质传输线中经常被采用 ,如美 国Maxwell 实验室的BL A C KJ A C K 和俄罗斯强流电子学所的 СНОП3 等[ 1 ,2 ] 装置 , 国内也开展了相关的研究 工作[ 3 ] 。水开关性能研究包括确定开关的脉冲击穿电压 ,开关击穿前的杂散电容 、泄漏电阻 ,开关击穿过程中 形成的弧道电感和电阻等 。在“强光一号”加速器中主要包括两种 自击穿水介质开关 ,一种是处于中储电容与 ( ) 脉冲形成线之间的单通道转移开关 下称“主开关”,另一种是处于脉冲形成线与脉冲输出线之间的多通道输 ( ) 出开关 下称“多针开关”,见图 1 。本文主要介绍这两种开关击穿特性和电路参数的实验研究结果 。 Fig . 1 　Block of QiangguangI accelerator 图 1 　“强光一号”加速器结构 1 　电路模型 　　根据 G. M . Wilkin son ,F .J . Sazama 和 P . W . Sp ence 等人的研究结果[4～6 ] ,一个比较完整的反映水开关流 注击穿过程的电路模型如图2 所示 。C , R 分别是开关的杂散电容和泄露电阻 ,可根据开关结构和水电阻率 w w 估算 ;L s 为开关引杆的自感与流注通道电感之和 ,其中 ,开关引杆的电感可以根据其几何结构计算 ; R s 是流注 通道电阻; C , R 为流注头部与开关阳极之间的杂散电容和泄露电阻。在放电的过程中 ,L , R , R 以及 C w s w s