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华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名李猛虎考生学号 M201371361 系、年级高电压与绝缘技术2013级类别硕士考试科目脉冲功率技术考试日期 2013年12月15日脉冲功率技术是指把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中，然后通过动作时间在毫微秒左右的快速开关将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上，以得到极高的功率，实质上是输出功率对输入功率的放大。
脉冲功率系统中能量的储存方式有许多种，如电容储能，电感储能，脉冲电机储能以及电池储能等。
脉冲功率技术研究的技术指标为：电压1kV~10MV，电子能量0.3~15MeV（电子伏），述流大小1kA~10MA，脉冲宽度0.1~100ns，束流功率0.1~100TW，总能量：1kJ~15MJ。
脉冲功率技术的特征是：高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。
脉冲功率技术，是以电气科学技术为基础，把电工新技术和高电压－大电流技术融为一体的新型学科。
脉冲功率技术在国防科研和高新技术领域有着极为重要的应用,而且现在已经越来越多地应用于工业和民用部门,它是高新技术研究的重要技术基础之一,有着极其广泛的发展和应用前景。
脉冲功率的发展历程脉冲放电现象存在于大自然。
人们最早是在20世纪30年代开始研究脉冲功率现象。
1938年，美国人Kingdon和Tanis第一次提出用高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线；1939年，苏联人制成真空脉冲X射线管，并把闪光X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实验。
采用高压脉冲电容器并联充电、串联放电方式来获得较高电压脉冲。
第二次世界大战期间，企图将脉冲功率技术应用于军事的电磁炮和其他研究再度兴起，也促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。
1947年，英国人A.D.Blumlien以专利的形式，把传输线波的折反射原理用于脉冲形成线，在纳秒脉冲放电方面取得了突破。
1962年，英国原子能研究中心的J.C.Martin领导的研究小组，将Marx发生器与Blumlien的专利结合起来，建造了世界上第一台强流相对论电子束加速器SOMG（3MV，50kA，30ns），脉冲功率达TW（1012W）量级，开创了高功率脉冲技术的新纪元。
高压纳秒脉冲信号的参数辨识潘洋;来磊;严萍;袁伟群【摘要】为了减小测量链和硬件结构给被测信号带来的测量不确定度, 通过系统分析的方法建立了高压纳秒脉冲电压测量系统模型. 根据模型分别用一阶差分方程法和卷积法实现了对测量系统特征参数的辨识, 并给出了测量系统模型的最佳阶数的确定方法以及在此模型下对输出信号的拟合结果. 根据对测量系统的辨识结果可以建立测量系统的输入输出特性, 从而还原真实的被测信号. 同样的方法还可以运用到对电流测量系统的分析及其他满足线性定常系统要求的测量中去.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2010(031)004【总页数】5页(P349-353)【关键词】计量学;参数辨识;差分法;卷积法;纳秒脉冲【作者】潘洋;来磊;严萍;袁伟群【作者单位】上海市计量测试技术研究院,上海,201203;上海市计量测试技术研究院,上海,201203;中国科学院电工研究所,北京,100039;中国科学院电工研究所,北京,100039【正文语种】中文【中图分类】TB9711 引言高压纳秒脉冲信号的测量作为脉冲功率技术中的一个重要组成部分，尽管基本的测量原理十分简单，但是由于具体测量问题的复杂性和被测脉冲电压、电流参数的极端性，给测量系统的设计和标定带来许多困难。
脉冲前沿越陡，电压信号所包含的频率成分就越丰富，频带也越宽。
因此快脉冲测量在相当宽的频带内实现不失真的传输并不容易，得到的往往是畸变的信号。
目前绝大多数的测量方法侧重于物理装置的优化设计[1～3]，但单纯硬件结构上的改进有其局限性。
由于系统的输入输出信号一般总是可以测量的，而系统的动态特性必然表现在这些输入输出数据之中，那么就可以利用输入输出数据所提供的信息来建立系统的数学模型。
因此用数字的方法来辨识高压脉冲测量系统的信号参数是目前脉冲功率测量领域的一个热点和难点问题。
在脉冲信号测量中，通过对电压信号和电流信号的测量可以较深入地了解脉冲功率装置以及绝缘试品的特性。
纳秒脉冲火花放电等离子体发射光谱特性研究李威;王志新;史莉【摘要】Plasma synthetic jet control is a new type active flow control technology. Because of its simple structure, quick response, wide frequency band and strong injection, it has become the focus of current research. In order to improve the efficiency, the temperature information of the spark discharge plasma in the chamber is obtained by uti⁃lizing plasma emission spectrum. So it is necessary to research on the emission spectrum of the spark discharge un⁃der a nanosecond⁃pulse voltage, including the influence of voltage excitation and ambient pressure. In terms of volt⁃age excitation parameters, there are four factors:voltage polarity, voltage amplitude, repetition frequency, and the leading edge time and width of a single voltage pulse. By fitting and calculating the spectrum, the electron tempera⁃ture in different conditions can be obtained. Finally, we combine the variation rules of the electron temperature to offer the data for optimizing the synthetic jet performance and increasing the energy efficiency. According to the re⁃sult of experiment and calculation, it is concluded that a negative, high amplitude, repetition rate between 20 to 1kHz, fast leading edge and narrow width voltage waveform can produce a plasma synthetic jet with high electron temperature. Moreover, when the pressure is between 50kPa to 60kPa, it is wise to change the voltage excitation parameters to maintain the stability of electron temperature, so that the plasma synthetic jet can be stable.%等离子体合成射流控制作为一种新型的主动流场控制技术，具有激励器结构简单、响应快、无运动部件、工作频带宽、喷射强度高等优点，已为业界所关注。
纳秒脉冲电场技术纳秒脉冲电场技术是一种应用于物理学和工程学领域的先进技术，它利用纳秒级的脉冲电场来实现对物质和设备的精确控制。
纳秒脉冲电场技术具有高精度、高效率和高灵活性的特点，在电子学、材料科学、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
纳秒脉冲电场技术的原理是通过产生纳秒级的脉冲电场，对物质中的电荷和电场进行精确调控。
纳秒级的脉冲电场具有非常高的电场强度和电场变化速度，能够在极短的时间内对物质进行强烈的电场作用。
这种特殊的电场作用方式可以在微观尺度上对物质的结构和性能进行精确的改变。
在纳秒脉冲电场技术中，最关键的一步是产生纳秒级的脉冲电场。
目前，常用的方法包括电容放电、瞬态电磁辐射和超短激光等。
其中，电容放电是最常见也是最简单的方法之一。
通过将电容器充电，然后通过开关将电荷释放到负载电路中，就可以产生纳秒级的脉冲电场。
瞬态电磁辐射则是利用特殊的电磁辐射装置产生纳秒级的脉冲电场，这种方法通常用于需要更高精度和更大功率的应用。
超短激光是一种利用飞秒激光产生纳秒级脉冲电场的方法，它具有非常高的时间分辨率和空间分辨率，适用于对物质进行高精度控制的研究。
纳秒脉冲电场技术在实际应用中具有广泛的用途。
在电子学领域，纳秒脉冲电场技术可以用于集成电路的测试和故障分析，通过对电路施加纳秒级的脉冲电场，可以检测出电路中的短路、开路等问题。
在材料科学领域，纳秒脉冲电场技术可以实现对材料的超快激发和超快探测，用于研究材料的光学、电学和磁学性质。
在生物医学领域，纳秒脉冲电场技术可以用于癌症治疗和基因转导等领域，通过对细胞施加纳秒级的脉冲电场，可以实现对细胞的精确控制和改造。
纳秒脉冲电场技术的发展还面临一些挑战。
首先，在实际应用中，如何精确控制纳秒脉冲电场的参数是一个关键问题。
纳秒脉冲电场的参数包括电场强度、电场变化速度和脉冲宽度等，这些参数的变化对于不同的应用有着不同的要求。
其次，纳秒脉冲电场技术对设备的要求也比较高。
要实现纳秒级的脉冲电场，需要具备高压、高电流和高速度的电子器件和元器件。
多级多通道气体火花开关的同步放电特性刘轩东1,孙凤举2,梁天学2,姜晓峰2,邱爱慈1,2,费国强2,曾江涛2,刘志刚2(1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049; 2.西北核技术研究所,西安710024)摘 要:具有广阔应用前景的气体开关是快脉冲直线型变压器(L T D)这种新型初级储能脉冲功率源的关键部件,为提高其工作性能,对多级多通道气体开关多路同步放电特性进行了初步的实验研究。
在优化设计标称电压200kV 多级多通道气体火花开关的电极支撑结构后采用绝缘子内抠槽平面支撑结构,使用圆环形凸面结构电极代替圆环形平面电极。
利用电磁场分析软件计算开关的电场分布表明:直流高压作用下,开关各间隙电压分布较均匀;触发脉冲作用下触发间隙电场畸变明显。
10只开关的同步放电实验研究结果表明,10只气体开关的自击穿特性和触发特性有一定个体差异,其中5只开关并联放电同步性能良好,输出电流脉冲能有效叠加;工作气体为0114M Pa 氮气,正负充电60kV ,5只开关并联放电,能够产生上升沿约100ns,峰值约100kA 的电流脉冲。
关键词:脉冲功率;多级多通道;气体火花开关;模块化;直线型变压器;同步放电中图分类号:T M 782文献标志码:A 文章编号:1003-6520(2009)03-0672-06基金资助项目:国家自然科学基金重点项目(50637010);国家自然科学基金(50477019)。
Project Su pported by National Natural Science Foundation of C hina(50637010,50477019).Synchronous Discharge Characteristics of Multi Gap Multi C hannel Gas S witchLIU Xuan -do ng 1,SU N Feng -ju 2,LIANG T ian -xue 2,JIANG Xiao -feng 2,QIU A-i ci 1,2,FEI Guo -qiang 2,ZENG Jiang -tao 2,LIU Zh-i gang 2(1.State Key Laboratory of Electr ical Insulation and Pow er Equipment,Xi .an Jiaotong University,Xi .an 710049,China; 2.Northw est Institute of Nuclear Technolog y,Xi .an 710024,China)Abstract:L arg e acceler ator s based o n linear t ransfo rmer dr iv er (L T D )technolog y will require hundr eds t o t ens o f tho usands o f mult-i g ap mult-i channel g as sw itch (M M CS)discharg ing sy nchro no usly.L ow inductance,low jitter,low prefire probability and nice synchro no us perfo rmance ar e requisite char act eristics o f these sw itches.In this pa -per,the co nfigur ation of the electr odes and env elop of the available 200kV M M CS a re o pt imized by the electr ic f ield distr ibut ion o f the sw itch.Convex r ing electro des a re used to instead of t he plane r ing s.T he envelop of the sw itch a -dopts lucite instead of t he prev ious nylon.T he electr ic field simulation indicates that the vo ltag e dist ribution o f sw itch is impr oved obvio usly.T he experimental results of t he self -br eakdow n and tr ig ger ed -breakdo wn ar e presen -ted.A test cir cuit is established in a geo met ry that resembles sing le dischar ge cir cuit called brick of L T D.T en cir -cuits are ar ranged in par allel,and then the sy nchro no us dischar ge of 10swit ches is car ried out.T he r esult indicates that 5switches can discharg e sy nchr onously.When these switches are filled wit h 0.14M Pa nitro gen,and char ged wit h ?60kV ,the output cur rent pulse is approx imat ely 100kA,and the rise time is 100ns.Key words:pulsed pow er;multi g ap multi channel;g as sw itch;modular;linear transfor mer dr iver ;synchr onous discharg e0 引言传统的强流高压脉冲加速器需要几级脉冲压缩、成型,将初级储能的L s 量级脉冲转换为百ns 量级的高功率脉冲,通常装置庞大、操作繁琐、造价昂贵[1]。
一种基于数字电路的纳秒级脉冲产生方法张涛;李熹;郭德淳【摘要】介绍了超宽带无线电的基本概念和技术特点,对几种典型的超宽带窄脉冲产生方法进行了描述和比较,提出了一种采用数字电路实现超宽带纳秒级窄脉冲的新方法,叙述了电路的基本原理和核心器件的主要性能,给出了电路结构,并对试验电路进行了测试.最后给出了测试结果并对测试结果进行了分析,得出了相关的结论.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2006(029)010【总页数】3页(P119-120,123)【关键词】超宽带;数字电路;脉冲;纳秒【作者】张涛;李熹;郭德淳【作者单位】北京理工大学信息科学技术学院,北京,100081;北京理工大学信息科学技术学院,北京,100081;北京理工大学信息科学技术学院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TN789.11 引言超宽带(UWB)无线电是一种在频谱极宽，功率谱极低的情况下进行传输数据的无线电技术。
根据FCC对于UWB的定义，绝对带宽大于500 MHz或者相对带宽大于20%的无线电系统均可称为UWB系统。
大多数的超宽带系统都是基于无载波的窄脉冲信号，因为他的信号脉冲持续时间非常短，因此可以实现极高的数据率。
除了传输速度快之外，由于脉冲持续时间短，发射信号占空比小，因此在极宽的频谱上具有极低的功率谱密度，美国FCC已经批准在一定的限制条件下，可以与其他重叠频段的无线电系统共存。
当采用较高的发射功率时，可以穿透墙壁，探测到隐藏在墙壁和其他障碍物后面的人员等目标。
超宽带无线技术通过改变脉冲的幅度间距或持续时间来传递信息。
与其他无线通信技术相比，超宽带无线电系统有很多优点：频谱利用率高、系统结构简单、成本低、系统安全性能好、抗多径衰落能力强、系统容量大。
2 窄脉冲信号的产生原理窄脉冲产生的方法很多，大致可以分为2类，一类是将各种高速器件等效成开关，从而利用储能元件充放电得到短持续时间的信号，再经过脉冲成形网络整形成满足要求的波形和电压足够高的脉冲。
用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路陈彦超;冯永革;张献兵【摘要】根据脉冲式半导体激光器对功率、脉宽、上升沿的要求,同时考虑电脉冲的注入便于测试激光器的各种性能,提出了一种以金属氧化物半导体场效应晶体(MOSFET)为开关器件,以雪崩晶体管为驱动器,可产生大电流、窄脉宽、陡上升沿脉冲的激光器驱动电路.讨论了预触发脉冲宽度和雪崩晶体管输出负载对MOSFET 输出脉冲在幅度和波形上的影响以及如何通过调整耦合电阻来控制脉冲的“下冲”和振荡.实验结果表明:在0～200 V供电电压下,该电路在1Ω电阻上产生了从0A 到148 A,具有陡上升/下降沿的10 ns级电脉冲.通过调整电路参数,可输出脉冲宽度窄至8.6 ns,幅度达到124 A的电脉冲.该驱动电路满足了脉冲式半导体激光器的工作要求和对器件测试的要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)011【总页数】7页(P3145-3151)【关键词】半导体激光器;驱动电路;大电流信号;纳秒级脉冲【作者】陈彦超;冯永革;张献兵【作者单位】北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871;北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871;北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871【正文语种】中文【中图分类】TN248.41 引言脉冲式半导体激光器可用于激光测距、激光引信、激光雷达、泵浦固体激光器、脉冲多普勒成像、3D 图像系统、光纤测温传感器等领域。
高峰值功率、窄脉宽及陡上升沿的脉冲驱动可以增加激光器的作用距离并提高相关传感器的分辨率［1－4］。
对于脉冲激光测距，缩短激光脉冲的上升时间是提高精度最简单有效的方法［5］。
对于一些处于实验室阶段的新型半导体激光器，如GaN 基蓝紫光激光器，电脉冲的直接注入可以测试激光器的各种性能，比如观测激光器的增益光开关产生的延迟、过冲及拖尾的过程，脉冲光谱的展宽等［6］。
短间隙的击穿及其短路放电特性研究钟久明;刘树林;王玉婷;段江龙【摘要】为研究IEC安全火花试验装置短路放电的击穿放电机制,针对室温1 atm 下不同浓度的甲烷空气混合气体,对几百微米～几毫米范围内的击穿实验进行了设计.分析表明对于不同浓度甲烷空气混合气体,击穿电压与电极间距的关系曲线均呈现马鞍形;室温1 atm下8.5％甲烷空气混合气体在几百微米～几毫米间隙范围内的最低击穿电压表明试验装置的电容短路放电过程在巴申定律的适用范围之外且其临界击穿间距在几百微米以下.可见,该放电过程中间隙内的碰撞电离效应并不突出,阴极电子发射是其击穿放电的主导机制,该放电过程类似真空放电,通过安全火花试验装置得出不同介质环境的电容电路短路放电波形对此进行了验证.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】5页(P30-34)【关键词】短间隙;短路放电;IEC安全火花试验装置;击穿特性【作者】钟久明;刘树林;王玉婷;段江龙【作者单位】西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054;海南师范大学物理与电子工程学院,海南海口571158;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】TM85IEC安全火花试验装置(IEC-SSTA)是进行电路本质安全(简称本安)性能测试、评价及鉴定的标准设备，也是从事本安电路研究最基本的实验设备[1,2]。
运动电极下的微间隙是该装置形成火花放电的重要组成部分，也是研究装置短路放电特性、揭示短路放电机理的关键性难点。
目前对于各种放电的研究多针对高电压长间隙开展[3-5]且多为仿真或实验研究[6,7]，而关于低电压短间隙放电特性的研究较为罕见。
IEC-SSTA的短路放电过程中，钨丝电极以一定的速率向镉盘电极靠近直至短路，极间距离在放电过程中逐渐变小直至为零。
第22卷第3期强激光与粒子束Vo l.22,No.3 2010年3月H IGH POWER LASER AND PART ICLE BEAMS M ar.,2010文章编号:1001-4322(2010)03-0484-05纳秒脉冲电压下同轴场畸变开关多通道放电特性*常家森,王虎,张乔根(西安交通大学电气工程学院,西安710049)摘要:使气体开关形成多通道放电是减小开关电感、通道电阻、电极熔蚀,提高开关寿命和稳定性的有效措施。
设计了一种同轴场畸变气体火花开关,研究了开关在纳秒脉冲电压下的多通道放电现象。
研究了脉冲电压上升速率与多通道放电特性的关系,比较了两种体积比的SF6/A r混合气体多通道放电特性。
实验结果表明:一定气压下,平均通道数随着脉冲电压上升率增加而增多,电流分布趋向均匀;相同脉冲峰值与气压比值,不同气压下,高气压下的通道数较多;SF6/A r混合气体中,氩气含量较高情况下多通道放电特性较好。
最后,结合J.C.M art in的多通道放电理论对实验结果作出了初步解释。
关键词:多通道放电;平均通道数;SF6/A r混合气体;统计时延;形成时延中图分类号:T N248.5文献标志码:A doi:10.3788/HP L PB20102203.0484随着脉冲功率技术向高电压、大电流和高重复频率方向发展,要求气体开关承受电压高、传导电流大、寿命长、稳定性高、电感和抖动低。
但是,大电流会使开关电极熔蚀严重、抖动增大、性能和寿命降低。
设法使气体开关形成多通道放电是减小开关电感、通道电阻、击穿抖动和大传导电流时电极熔蚀、提高开关寿命和稳定性的一种有效措施[1]。
国内外已经研制了多种多通道开关[2-7],但在多通道放电特性方面的研究还很少。
本文研究了自行设计的同轴场畸变气体火花开关在纳秒脉冲电压下的多通道放电现象,主要研究了氮气中脉冲电压上升速率与多通道放电特性的关系,比较了两种混合比的SF6/Ar混合气体多通道放电特性。
1同轴场畸变气体火花开关结构自行设计的同轴场畸变开关结构如图1所示,圆柱形内电极、圆筒形触发极和外电极由内而外同轴布置,开关罐体由有机玻璃制作,可从下面观察到放电现象。
静电场模拟计算表明,当内外电极分别施加?50kV电压,触发极接地时,图1中开关间隙沿A,B线的电位变化如图2所示,d为与内电极的距离。
可见,内外电极充电状态下,触发极基本处于内外电极所形成电场的中间电位处。
为了模拟触发状态下开关间隙电场,令触发极电位为负50kV,内外电极接地,触发极薄板边缘处等电位线分布如图3所示。
可见,触发极深入内外电极间隙,其薄板边缘制作成直角,形成不均匀场,有利于初始电子产生,易于形成多通道放电。
Fig.1C on figur ation of the sw itch图1开关结构Fig.2Potential variation alongA,B lines in sw itch gap图2开关间隙沿A,B线的电位变化Fig.3Distribution of potential isolines图3等电位线分布2实验平台及实验方法2.1实验平台图4为实验平台示意图。
5级Marx发生器的每级电容为400pF,输出端接开关触发极,开关内外电极接*收稿日期:2009-11-06;修订日期:2009-11-25基金项目:国家自然科学基金重点项目(50637010)作者简介:常家森(1983)),男,博士研究生,现从事脉冲功率技术方面的研究;changjiasen@。
地。
发生器产生峰值可调的负极性脉冲电压,未接波前电阻,波尾电阻R =100k 8,脉冲波形如图5所示。
经测定波前时间约为13ns,半峰值时间5.6L s 。
脉冲来时,在开关前方可以透过有机玻璃拍照观察到放电现象。
Fig.4 Experimental platform图4实验平台Fig.5 Typical puls e voltage w aveform 图5 典型脉冲电压波形2.2 实验方法首先在氮气中研究脉冲电压上升速率与多通道放电特性的关系:气压选定20e 下0.25M Pa,0.20M Pa 两种状态,在温度变化时进行气压修正。
首先在0.25MPa 下取脉冲峰值为2.0,2.5,3.0,3.5倍直流击穿电压值进行脉冲放电,每个电压峰值下重复放电20次。
拍照观察放电现象,并统计放电通道数。
然后在0.2MPa 下进行脉冲放电实验,所加脉冲电压峰值,保持与0.25M Pa 时所加几种电压下脉冲峰值与气压的比值U p /p 值相同来定。
这里所说的脉冲电压峰值都是指在假设气体不击穿时出现的脉冲峰值,实际上间隙可能在脉冲上升到峰值之前击穿,所以实际击穿电压与脉冲峰值有一定误差。
然后,比较两种体积比的SF 6/Ar 混合气体(SF 6体积分数为70%,90%)多通道放电特性。
分别在0.1MPa 和0.2M Pa 两种气压下,在峰值、波形时间参数均相同的脉冲作用下,拍照观察两种成分气体的多通道放电现象,统计放电通道数。
每种气压下又分别在两种电压峰值下进行放电实验:0.1MPa 下电压峰值为40kV,48kV;0.2M Pa 下电压峰值为60kV,72kV 。
3 实验结果及分析3.1 脉冲电压上升速率与多通道放电特性的关系在研究氮气中脉冲电压上升速率与多通道放电特性关系的实验中发现,在一定气压下,脉冲峰值较低时,明亮通道出现的概率较大,几乎每次放电都出现,典型的放电积分图像如图6(a),(b)所示。
随着施加的脉冲峰值增加,由于M arx 发生器波前时间固定,电压上升率d V /d t 增加,明亮通道出现的概率逐渐减少,暗通道数量逐渐增多,放电电流分布趋向均匀,典型的放电积分图像(局部)如图6(c),(d)所示。
Fig.6 T ypical in tegral photographs of discharge in N 2图6 N 2中典型放电积分图像放电通道数的多少反映了多通道放电特性优劣,以下统计了放电通道数。
平均总通道数N av 随着施加的脉冲峰值U p 增加而增加,实质上就是随脉冲电压上升率d V /d t 增加而增加,如图7所示。
0.25M Pa,0.20M Pa 氮气中明亮通道数目的出现频率m st 分布如图8所示。
例如,0.25M Pa 氮气中32kV 下,20次放电中,明亮通道数为1的情况出现的频率是80%,即出现了16次。
由图可见,0.25M Pa 氮气中32kV 下,每次放电均有明亮通道出现,多通道出现频率很低,电流分布很不均匀,随着脉冲峰值增长,电压上485第3期常家森等:纳秒脉冲电压下同轴场畸变开关多通道放电特性Fig.7 Average total number of channels v s pu lse peak图7 平均总通道数与脉冲峰值的关系升速率增大,不出现明亮通道的放电次数增加,电流分布趋向均匀。
0.2M Pa 氮气中明亮通道数有同样的变化趋势。
Fig.8 Occurren ce frequency of brigh t ch ann el numb er图8 明亮通道数目出现频率分布J.C.M artin 提出的一种多通道放电的理论模型指出:脉冲电压施加到电极后,若电极某处最先出现放电,会导致该处局部电压开始下降,并产生电压波向周围传播,抑制周围放电发展,因而会阻碍多通道形成。
然而,从电极某处放电通道开始发展,直到该处局部电压明显下降,再传播一定距离,存在时间延迟$T 。
这样,与最先出现的通道相隔一定距离处,在时间$T 内不会受到电压跌落的影响,放电通道仍然可以形成,表示为[8-9]2D (t)[$T (1)式中:D (t)是单个通道击穿时延的时间抖动。
对于空气,式(1)可进一步展开为[10]2R (V)V (d V /d t)-1[f [88(NZ )1/3(E 0)4/3(Q Q 0)1/2]2+(L a /N +L h )2Z 21/2+0.8E (N /L )c(2)式中:R (V )是单个通道击穿电压分散性;d V /d t 是在脉冲波形上升沿间隙开始击穿的位置算出的斜率;f 是比例系数;Z 为系统驱动阻抗,8;N 为通道数;E 0为施加的电场强度,10kV/cm ;Q 为气体密度;Q 0为大气压下气体密度;L a 为单电弧电感;L h 为开关硬件电感;E 为相对介电常数;c 为光速。
由式(2)可见,如果间隙的单个通道放电分散性一定,那么总的通道数N 有一个上限。
为了获得更多通道,单个通道放电分散性就要减小。
在脉冲峰值不变时,有两种方法[8]:减小间隙的R (V)和增加d V /d t 。
在尖板或刃板气体间隙中增加电压上升率同时也会导致R (V)减小,可以使间隙生成多个放电通道的性能迅速提高。
J.C.M artin 的多通道放电理论可以对实验结果作出定性解释。
相同气压下,平均总通道数N av 、明亮通道数N st 随着脉冲上升率增加而增多,电流分布趋向均匀。
从不等式(2)左边看:由于M arx 输出脉冲的上升时间是固定的,随着脉冲电压增加,d V /d t 就会增大,导致间隙的脉冲击穿电压峰值增大,在一定气压下,就意味着击穿的过电压倍数增大,使得放电统计时延和形成时延均减小[11-12],放电分散性D (t)也减小,可能出现的通道数就会增加。
486强激光与粒子束第22卷Fig.9 Average total numb ers of chann els un der differen t pressu res w ith th e same U p /p 图9 相同U p /p 值不同气压下平均总通道数3.2 通道数在U p /p 值相同时的变化情况图9比较了氮气中相同U p /p 值不同气压下平均总通道数,可见高气压下的通道数明显多于低气压。
这是由于开关的电极结构固定,在相同U p /p 值下E p /p 值相同。
因为放电形成时延t d 遵循相似定律p t d =f (E/p )[11],即在E/p 相同时,放电形成时延与气压的乘积相同,所以较高气压下的形成时延较小;另外,由于气体的静态击穿电压随着气压升高而增大的增速趋缓,导致相同U p /p 值较高气压下的过电压倍数较大,因而放电平均统计时延较小,这样总体延时及其抖动均会减小,根据J.C.M artin 的多通道放电理论,就会出现更多通道。
3.3 两种体积比的SF 6/Ar 混合气体多通道放电特性比较Fig.10 Ph otographs of dis charge in S F 6/Ar mixture un der 72k V pu lse peak 图10 峰值72kV 脉冲下S F 6/Ar 混合气体放电图像 图10为72kV 脉冲下两种体积比的0.2M Pa SF 6/Ar气体放电图像。
