激光触发真空开关的初始等离子体特性及优化设计研究
发布时间：2021-11-10 18:50
激光触发真空开关是应用于脉冲功率系统中的一种高压强流脉冲开关,将具有通流容量大、可重频触发、触发系统与主电路隔离、触发延迟时间小的优点。目前广泛应用的开关是电触发开关,激光触发产生的初始等离子体特性与传统电脉冲触发显著不同,激光的引入会产生与靶电极相互作用特有的微观过程。对开关触发初始等离子体特性及其影响因素进行研究,有利于揭露激光与靶电极的作用机理,指导激光参数的设定,降低开关触发的能量阈值,减小激光系统的体积,有利于开关的小型化、通用化,推动开关的实际应用进程。首先,分析激光与物体相互作用的物理过程及等离子体的产生机制可知,在高功率激光的辐射作用下,气态、液态、固态的物质转变为等离子体态的主要机制为光电离、热电离及碰撞电离。通过电镜扫描观察触发后靶电极表面状况,利用X-射线能谱图判断触发后焦斑处残留元素的含量及比例,测量靶材的光谱透射率判断复合靶材对激光的吸收情况,可知,激光与靶电极作用时,靶电极中的金属钛吸收激光能量使得靶电极温度上升,氯化钾汽化并部分电离,形成以自由电子、氯化钾晶体产生的正负离子为主的初始等离子体。初始等离子体蒸汽在高温、高场强、强激光的环境下,通过热机制与碰撞...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
触发极表面电子显微镜图
13(c) 触发次数：10000 (d) 触发次数：20000图 2.7 靶电极 X-射线能谱图由图 2.7 可知，随着触发次数的增加，K 和 Cl 所占质量比降低。触发 20后，K 和 Cl 的含量减少至接近 0，Ti 的比例越变越高。结合图 2.6 分析，触发次后，开关在激光作用下不再导通。这证明激光照射的焦斑处缺少 K 和 Cl，开关触发失败。由此可以判断，氯化钾中的 K+和 Cl-是开关导通过程中初始体的主要构成成分。光电效应和热离子发射产生的都是自由电子，因此，由实
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文靶材的局部加热汽化理论为主。由 2.3.3 的分析可知，当脉冲激光照射到，由靶电极复合材料中的 Ti 粉吸收激光能量，并将其转化为热能，使得温度升高。氯化钾在高温环境下，加热汽化形成等离子体蒸汽后，初始等在高温、高场强、强激光的环境下通过热机制与碰撞电离机制不断产生更子，最终导致激光触发真空开关导通。初始等离子体的形成过程如图 2.9 所（a）靶材吸热及热传导阶段 （b）靶材物化阶段：熔化
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光触发真空开关的微电流研究[J]. 黄祖成,向彬,曹祥薇,宗云,张予,毛晓坡. 高压电器. 2017(03)
[2]超短脉冲激光烧蚀冲量耦合测量方法[J]. 金星,常浩,叶继飞. 红外与激光工程. 2017(03)
[3]典型激光波长对纳秒激光烧蚀铝靶冲量耦合特性的影响[J]. 常浩,叶继飞,周伟静. 推进技术. 2015(11)
[4]平面圆盘型激光触发真空开关触发机制研究[J]. 毛晓坡,何正浩,王英,樊文芳,林华中,宋思齐,谈发力. 电工技术学报. 2015(09)
[5]一种激光触发真空开关的触发特性研究[J]. 樊文芳,何正浩,王英,毛晓坡,林华中,刘壮. 中国电机工程学报. 2015(20)
[6]场击穿型真空触发开关的开通实验分析[J]. 周正阳,廖敏夫,邹积岩,林福昌. 高电压技术. 2010(12)
[7]激光脉冲波形对烧蚀Si靶表面温度的影响[J]. 王世俊,王英龙,丁学成,梁伟华,邓泽超,褚立志,傅广生. 强激光与粒子束. 2010(08)
[8]真空中激光触发脉冲电压下绝缘材料闪络特性[J]. 潘如政,王珏,严萍,孙广生,欧阳文敏,孙连华,李敏堂. 强激光与粒子束. 2010(03)
[9]真空触发开关的起弧稳定性分析[J]. 周正阳,廖敏夫,董华军,邹积岩. 真空科学与技术学报. 2009(03)
[10]金属材料的激光吸收率研究[J]. 陈君,张群莉,姚建华,傅纪斌. 应用光学. 2008(05)
博士论文
[1]飞秒激光烧蚀钛的过程及其等离子体特性研究[D]. 刘栋.山东师范大学 2016
[2]激光触发真空开关的触发特性研究[D]. 毛晓坡.华中科技大学 2015
[3]Cu-W体系复合材料的热压烧结、结构调控与性能增强[D]. 陈平安.武汉理工大学 2014
硕士论文
[1]激光触发真空开关的设计及触发机理研究[D]. 樊文芳.华中科技大学 2016
[2]激光热处理过程中材料的激光吸收率研究[D]. 陈君.浙江工业大学 2008
[3]飞秒激光烧蚀金属的理论与试验研究[D]. 吴雪峰.哈尔滨工业大学 2006
[4]激光与物质相互作用的热效应研究[D]. 邓素辉.江西师范大学 2006
[5]激光与物质热作用过程的数值模拟研究[D]. 陈陶.南京理工大学 2004
本文编号：3487758
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
触发极表面电子显微镜图
13(c) 触发次数：10000 (d) 触发次数：20000图 2.7 靶电极 X-射线能谱图由图 2.7 可知，随着触发次数的增加，K 和 Cl 所占质量比降低。触发 20后，K 和 Cl 的含量减少至接近 0，Ti 的比例越变越高。结合图 2.6 分析，触发次后，开关在激光作用下不再导通。这证明激光照射的焦斑处缺少 K 和 Cl，开关触发失败。由此可以判断，氯化钾中的 K+和 Cl-是开关导通过程中初始体的主要构成成分。光电效应和热离子发射产生的都是自由电子，因此，由实
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文靶材的局部加热汽化理论为主。由 2.3.3 的分析可知，当脉冲激光照射到，由靶电极复合材料中的 Ti 粉吸收激光能量，并将其转化为热能，使得温度升高。氯化钾在高温环境下，加热汽化形成等离子体蒸汽后，初始等在高温、高场强、强激光的环境下通过热机制与碰撞电离机制不断产生更子，最终导致激光触发真空开关导通。初始等离子体的形成过程如图 2.9 所（a）靶材吸热及热传导阶段 （b）靶材物化阶段：熔化
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光触发真空开关的微电流研究[J]. 黄祖成,向彬,曹祥薇,宗云,张予,毛晓坡. 高压电器. 2017(03)
[2]超短脉冲激光烧蚀冲量耦合测量方法[J]. 金星,常浩,叶继飞. 红外与激光工程. 2017(03)
[3]典型激光波长对纳秒激光烧蚀铝靶冲量耦合特性的影响[J]. 常浩,叶继飞,周伟静. 推进技术. 2015(11)
[4]平面圆盘型激光触发真空开关触发机制研究[J]. 毛晓坡,何正浩,王英,樊文芳,林华中,宋思齐,谈发力. 电工技术学报. 2015(09)
[5]一种激光触发真空开关的触发特性研究[J]. 樊文芳,何正浩,王英,毛晓坡,林华中,刘壮. 中国电机工程学报. 2015(20)
[6]场击穿型真空触发开关的开通实验分析[J]. 周正阳,廖敏夫,邹积岩,林福昌. 高电压技术. 2010(12)
[7]激光脉冲波形对烧蚀Si靶表面温度的影响[J]. 王世俊,王英龙,丁学成,梁伟华,邓泽超,褚立志,傅广生. 强激光与粒子束. 2010(08)
[8]真空中激光触发脉冲电压下绝缘材料闪络特性[J]. 潘如政,王珏,严萍,孙广生,欧阳文敏,孙连华,李敏堂. 强激光与粒子束. 2010(03)
[9]真空触发开关的起弧稳定性分析[J]. 周正阳,廖敏夫,董华军,邹积岩. 真空科学与技术学报. 2009(03)
[10]金属材料的激光吸收率研究[J]. 陈君,张群莉,姚建华,傅纪斌. 应用光学. 2008(05)
博士论文
[1]飞秒激光烧蚀钛的过程及其等离子体特性研究[D]. 刘栋.山东师范大学 2016
[2]激光触发真空开关的触发特性研究[D]. 毛晓坡.华中科技大学 2015
[3]Cu-W体系复合材料的热压烧结、结构调控与性能增强[D]. 陈平安.武汉理工大学 2014
硕士论文
[1]激光触发真空开关的设计及触发机理研究[D]. 樊文芳.华中科技大学 2016
[2]激光热处理过程中材料的激光吸收率研究[D]. 陈君.浙江工业大学 2008
[3]飞秒激光烧蚀金属的理论与试验研究[D]. 吴雪峰.哈尔滨工业大学 2006
[4]激光与物质相互作用的热效应研究[D]. 邓素辉.江西师范大学 2006
[5]激光与物质热作用过程的数值模拟研究[D]. 陈陶.南京理工大学 2004
本文编号：3487758
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