爆电电源驱动脉冲X光机的物理与技术研究
发布时间：2021-03-21 21:16
脉冲X光机在无损检测、生物医学、等离子物理、流体动力学以及材料科学等领域具有广泛应用,在特种工作环境下便携式脉冲X光机更可以发挥独特作用。本论文提出采用爆电电源作为初级能源实现脉冲驱动源小型化,发展便携式脉冲X光机的技术思想,即由爆电电源提供初始电功率,采用电感储能-断路开关技术进行脉冲调制,产生高电压快脉冲驱动X光二极管,获得窄脉冲X射线输出。论文期望发展一种功率密度高、体积小、便携式的脉冲X光机,为相关应用需求提供技术支持。论文对爆电电源驱动脉冲X光机的物理与技术开展了深入研究,分析了铁电陶瓷材料特性对爆电电源输出脉冲波形的影响,研究了爆电电源工作过程中冲击压力与强电场耦合作用下PZT 95/5铁电陶瓷的介电特性与电导特性,为爆电电源作为X光机脉冲驱动源初级能源的物理设计提供了关键数据:通过对爆电电源与电感储能-断路开关结合产生高电压快脉冲的理论计算和实验研究,实现了满足X光二极管驱动需求的小型化脉冲功率源:通过完成脉冲X光机原理样机研制,并对Richtmyer-Meshkov（RM）界面不稳定性物理实验闪光照相,验证了便携式脉冲X光机的技术可行性。论文的主要研究内容和创新点如下:...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同ＰｂＴｉＯ；含量的ＰＺＴ陶瓷结构相图ｌ５５ｌ??铁电陶瓷是具有钙钛矿晶体结构的多晶铁电材料，在外电场作用下其极化强度（Ｐ）??表现为电场（￡）的双值函数，即为电滞回线［５４］，如图１－２所示
是利用电滞回线特性，在外加直流电场作用下铁的正端总和另一个电偶极子的负端相连，在陶瓷内屏蔽电荷（又称为束缚电荷），形成与极化电场直流电场消失后，铁电陶瓷内部具有初始剩余极化强度相等的面电荷密度，极化后的铁电陶瓷具有电性。??理??陶瓷具有独特的相结构特性，压力、温度以及电５６］（图１－３）可知，当压力足够大时可以使其发生相相，同时释放出储存的束缚电荷。??２００??＾?ｆ?１???Ｉ?Ａｒ?Ｉ?Ｉ??
１．２．２爆电电源工作原理??由于ＰＺＴ?９５／５铁电陶瓷具有独特的相结构特性，压力、温度以及电场都可能致其发??生相变。从静压相图１５６］（图１－３）可知，当压力足够大时可以使其发生相变，从ＦＲ＜ｍ铁??电相转变为Ａｎ反铁电相，同时释放出储存的束缚电荷。??２００??＾?ｆ?１???Ｉ?Ａｒ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?…一??＾??Ｊ????－５０?—ｌ?丨?Ｉ?１?Ｉ??？?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ＧＰ？）??图１－３极化ＰＺＴ?９Ｓ／５铁电陶瓷静压相图％??爆电电源就是基于压力诱导极化铁电陶瓷发生相变释放电荷的物理机制，利丨Ｕ炸药??爆炸产生足够强度的冲击压力，加载极化铁电陶瓷，使其发牛．铁电（ＦＥ）？反铁电（ＡＦＦＪ??相变，瞬间快速释放储存电荷，产牛屯脉冲。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于快Marx发生器的紧凑型重频脉冲驱动源[J]. 伍友成,何泱,戴文峰,耿力东,郝世荣,谢卫平. 高电压技术. 2017(12)
[2]紧凑重频PFN-Marx脉冲发生器[J]. 李志强,杨建华,张建德,殷毅,李伟,洪志强. 强激光与粒子束. 2016(01)
[3]150kV脉冲X射线测试系统[J]. 吴红光,李玺钦,刘金锋,冯元伟,王晓,丁明军. 强激光与粒子束. 2015(06)
[4]快前沿紧凑型X光机研制[J]. 吴红光,丁明军,赵延安,冯元伟,王晓,李玺钦. 强激光与粒子束. 2014(05)
[5]便携式150kV闪光X光源研制及应用[J]. 梁川,席璐璘,周林,许泽平,李正宏,章林文. 强激光与粒子束. 2014(04)
[6]柱面内爆驱动下铅飞层对碰区动载行为的实验研究[J]. 张崇玉,胡海波,李庆忠. 高压物理学报. 2013(06)
[7]流体动力学实验用闪光X光机研究进展[J]. 马勋,邓建军,姜苹,袁建强,刘金锋,刘宏伟,王凌云,李洪涛. 强激光与粒子束. 2014(01)
[8]脉冲X光照相在微物质喷射诊断中的应用[J]. 叶雁,李军,朱鹏飞,钱伟新,刘振清,王晓,李欣竹,李作友,李泽仁,钟杰. 高压物理学报. 2013(03)
[9]200kV闪光照相测试系统[J]. 吴红光,赵延安,王晓,李玺钦,梁川. 强激光与粒子束. 2013(06)
[10]紧凑型重复频率快前沿Marx发生器研究[J]. 甘延青,宋法伦,卓婷婷,张勇,秦风,龚海涛,金晓. 强激光与粒子束. 2013(S1)
博士论文
[1]冲击波压缩下铁电陶瓷力—电失效实验研究[D]. 张福平.中国工程物理研究院 2013
[2]高密度PZT95/5陶瓷的冲击相变及放电性能研究[D]. 刘高旻.中国工程物理研究院 2009
[3]爆电能源高功率超宽带脉冲发生器研究[D]. 贺元吉.国防科学技术大学 2001
硕士论文
[1]PZT基铁电材料的制备及性能研究[D]. 迟媛媛.天津师范大学 2013
[2]闪光照相用Rod-pinch二极管性能研究[D]. 马成刚.中国工程物理研究院 2006
[3]金属丝电爆炸特性及应用研究[D]. 杨宇.中国工程物理研究院 2005
本文编号：3093551
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同ＰｂＴｉＯ；含量的ＰＺＴ陶瓷结构相图ｌ５５ｌ??铁电陶瓷是具有钙钛矿晶体结构的多晶铁电材料，在外电场作用下其极化强度（Ｐ）??表现为电场（￡）的双值函数，即为电滞回线［５４］，如图１－２所示
是利用电滞回线特性，在外加直流电场作用下铁的正端总和另一个电偶极子的负端相连，在陶瓷内屏蔽电荷（又称为束缚电荷），形成与极化电场直流电场消失后，铁电陶瓷内部具有初始剩余极化强度相等的面电荷密度，极化后的铁电陶瓷具有电性。??理??陶瓷具有独特的相结构特性，压力、温度以及电５６］（图１－３）可知，当压力足够大时可以使其发生相相，同时释放出储存的束缚电荷。??２００??＾?ｆ?１???Ｉ?Ａｒ?Ｉ?Ｉ??
１．２．２爆电电源工作原理??由于ＰＺＴ?９５／５铁电陶瓷具有独特的相结构特性，压力、温度以及电场都可能致其发??生相变。从静压相图１５６］（图１－３）可知，当压力足够大时可以使其发生相变，从ＦＲ＜ｍ铁??电相转变为Ａｎ反铁电相，同时释放出储存的束缚电荷。??２００??＾?ｆ?１???Ｉ?Ａｒ?Ｉ?Ｉ??Ｉ?…一??＾??Ｊ????－５０?—ｌ?丨?Ｉ?１?Ｉ??？?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ＧＰ？）??图１－３极化ＰＺＴ?９Ｓ／５铁电陶瓷静压相图％??爆电电源就是基于压力诱导极化铁电陶瓷发生相变释放电荷的物理机制，利丨Ｕ炸药??爆炸产生足够强度的冲击压力，加载极化铁电陶瓷，使其发牛．铁电（ＦＥ）？反铁电（ＡＦＦＪ??相变，瞬间快速释放储存电荷，产牛屯脉冲。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于快Marx发生器的紧凑型重频脉冲驱动源[J]. 伍友成,何泱,戴文峰,耿力东,郝世荣,谢卫平. 高电压技术. 2017(12)
[2]紧凑重频PFN-Marx脉冲发生器[J]. 李志强,杨建华,张建德,殷毅,李伟,洪志强. 强激光与粒子束. 2016(01)
[3]150kV脉冲X射线测试系统[J]. 吴红光,李玺钦,刘金锋,冯元伟,王晓,丁明军. 强激光与粒子束. 2015(06)
[4]快前沿紧凑型X光机研制[J]. 吴红光,丁明军,赵延安,冯元伟,王晓,李玺钦. 强激光与粒子束. 2014(05)
[5]便携式150kV闪光X光源研制及应用[J]. 梁川,席璐璘,周林,许泽平,李正宏,章林文. 强激光与粒子束. 2014(04)
[6]柱面内爆驱动下铅飞层对碰区动载行为的实验研究[J]. 张崇玉,胡海波,李庆忠. 高压物理学报. 2013(06)
[7]流体动力学实验用闪光X光机研究进展[J]. 马勋,邓建军,姜苹,袁建强,刘金锋,刘宏伟,王凌云,李洪涛. 强激光与粒子束. 2014(01)
[8]脉冲X光照相在微物质喷射诊断中的应用[J]. 叶雁,李军,朱鹏飞,钱伟新,刘振清,王晓,李欣竹,李作友,李泽仁,钟杰. 高压物理学报. 2013(03)
[9]200kV闪光照相测试系统[J]. 吴红光,赵延安,王晓,李玺钦,梁川. 强激光与粒子束. 2013(06)
[10]紧凑型重复频率快前沿Marx发生器研究[J]. 甘延青,宋法伦,卓婷婷,张勇,秦风,龚海涛,金晓. 强激光与粒子束. 2013(S1)
博士论文
[1]冲击波压缩下铁电陶瓷力—电失效实验研究[D]. 张福平.中国工程物理研究院 2013
[2]高密度PZT95/5陶瓷的冲击相变及放电性能研究[D]. 刘高旻.中国工程物理研究院 2009
[3]爆电能源高功率超宽带脉冲发生器研究[D]. 贺元吉.国防科学技术大学 2001
硕士论文
[1]PZT基铁电材料的制备及性能研究[D]. 迟媛媛.天津师范大学 2013
[2]闪光照相用Rod-pinch二极管性能研究[D]. 马成刚.中国工程物理研究院 2006
[3]金属丝电爆炸特性及应用研究[D]. 杨宇.中国工程物理研究院 2005
本文编号：3093551
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