外粒子源注入下低压气体放电特性的数值模拟研究

发布时间：2020-05-31 10:10

【摘要】：开关技术是直线型变压器驱动器(LTD)的核心技术之一,在聚变裂变混合能源堆中,LTD驱动器需使用数十万个开关同步运行,并且开关放电寿命达到百万次量级。本文面向百万次级重频长寿命LTD开关研究需求,结合预电离开关和低气压辉光放电开关两类器件固有的低触发需求和长寿命特性,开展外离子源注入低压气体开关的基础放电性能数值模拟研究,探索新型开关的理论参数设计空间。利用Geant4程序建立计算模型,计算了不同放电间隙距离下的出射电子增益和不同电场强度下的气体电离系数。研究了入射电子能量、工作气体种类、工作气体压强对气体放电特性的影响:在开关间隙5cm,电场强度60kV/cm的条件下,当入射电子能量为1keV可获得峰值电子增益;电子增益系数随气体压强增加而迅速增加,增长率高于指数增长。研究了在点源和面源条件下出射电子的位置分布。分析了注入粒子为电子和质子时,实现自持放电的阂值条件。当注入粒子为电子时,计算出射电子的时间、空间、能量分布,得到临界注入电子数密度不应低于2×105/cm2。当外粒子源为质子源时,得到自持放电所需临界注入质子数密度不小于1×105/cm2。
【图文】：

２０１０年，中国工程物理研究院的彭先觉等人提出Ｚ箍缩驱动聚变裂变混合能源的逡逑概念，通过Ｚ箍缩产生的强脉冲作用于聚变靶丸诱发聚变，聚变产生的强脉冲中子驱逡逑动次临界裂变堆裂变，释放能量［２］。图１－１为聚变裂变混合堆的概念图。逡逑图１－１邋Ｚ箍缩驱动聚变裂变混合能源概念图逡逑在聚变裂变混合堆的设计中，重复频率大电流驱动器是关键技术之一。为实现聚逡逑变靶丸的点火，驱动器的峰值电流应大于６０ＭＡ，电流脉冲上升沿在１００ｎｓ左右；为实逡逑现反应堆的持续发电，驱动器的重复频率约为０．１Ｈｚ，运行寿命在１年以上［２］。传统的逡逑Ｚ箍缩驱动器采用激光触发开关，开关寿命在百次量级，初级脉冲发生器采用Ｍａｒｘ发逡逑生器，每次放电均需要较长的绝缘恢复时间，无法满足重频工作要求［３］。２０００年，俄逡逑罗斯强流电子学研究所（ＨＣＥＩ）提出了直线型变压器驱动器（Ｌｉｎｅａｒ邋Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ逡逑Ｄｒｉｖｅｒ，邋ＬＴＤ）概念，并于２００１年研制出了第一个ＬＴＤ模块［４］。ＬＴＤ驱动器通过感应逡逑电压叠加提高输出电压，多级单路并联提高脉冲电流，直接产生快脉冲，与传统的Ｚ逡逑箍缩驱动器相比

２０１０年，中国工程物理研究院的彭先觉等人提出Ｚ箍缩驱动聚变裂变混合能源的逡逑概念，，通过Ｚ箍缩产生的强脉冲作用于聚变靶丸诱发聚变，聚变产生的强脉冲中子驱逡逑动次临界裂变堆裂变，释放能量［２］。图１－１为聚变裂变混合堆的概念图。逡逑图１－１邋Ｚ箍缩驱动聚变裂变混合能源概念图逡逑在聚变裂变混合堆的设计中，重复频率大电流驱动器是关键技术之一。为实现聚逡逑变靶丸的点火，驱动器的峰值电流应大于６０ＭＡ，电流脉冲上升沿在１００ｎｓ左右；为实逡逑现反应堆的持续发电，驱动器的重复频率约为０．１Ｈｚ，运行寿命在１年以上［２］。传统的逡逑Ｚ箍缩驱动器采用激光触发开关，开关寿命在百次量级，初级脉冲发生器采用Ｍａｒｘ发逡逑生器，每次放电均需要较长的绝缘恢复时间，无法满足重频工作要求［３］。２０００年，俄逡逑罗斯强流电子学研究所（ＨＣＥＩ）提出了直线型变压器驱动器（Ｌｉｎｅａｒ邋Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ逡逑Ｄｒｉｖｅｒ，邋ＬＴＤ）概念，并于２００１年研制出了第一个ＬＴＤ模块［４］。ＬＴＤ驱动器通过感应逡逑电压叠加提高输出电压，多级单路并联提高脉冲电流，直接产生快脉冲，与传统的Ｚ逡逑箍缩驱动器相比
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL46

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本文编号：2689693