用于LTD模块的多间隙气体开关设计及实验研究

发布时间：2020-11-04 03:09

　　 直线型变压器驱动器(LTD)技术是Z箍缩驱动器领域的前沿和热点,也是中国工程物理研究院正在开展的Z箍缩驱动聚变裂变混合能源堆(Z-FFR)设计研制的首选技术途径。面向能源的LTD驱动器装置规模庞大,所需气体开关数量高达数十万只,这对开关性能提出了非常严苛的要求:自击穿概率优于10-7,寿命106以上。当前LTD模块所用气体开关的性能指标与能源应用需求还相差甚远,需要进一步改进提升。本文根据国内外LTD气体开关研究现状,在前期LTD模块实验基础上,研制了工作电压±100kV、低抖动、低自击穿概率的多间隙气体开关。从气体放电理论出发,分析了多间隙气体开关的导通机理以及气体开关击穿延时和抖动的影响因素;通过电极材料、电极间隙、电极形状、均压方式和绝缘子的优化设计,使气体开关具有较低的场不均匀系数和较高的场畸变系数,以减小击穿延时和抖动;实验研究了气体开关的电晕电流特性,通过不同结构间隙电晕针的静电场仿真分析,优化了电极间隙结构,提高了各间隙电晕电流的一致性,大幅提升电晕针的均压效果,以降低开关的自击穿概率和改善触发性能;按照LTD模块单支路结构搭建了气体开关实验平台,设计了简单可靠的新型脉冲触发电路,进行气体开关直流自击穿特性和触发特性实验。充电±90kV、工作系数60%时击穿延时40.1ns,抖动1.3ns,以0.1Hz重复频率连续触发500次无自击穿,与原气体开关(工作系数、击穿延时和抖动)相比,性能有很大的提升。
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL631.22
【部分图文】：

景及意义??会进步和经济发展，能源短缺的问题日益凸显，发展绿色、清洁成为人类社会最迫切的需要。当前，积极发展核电是推动我国向，核能将成为未来我国乃至世界能源格局的重要组成部分。核能，得以大规模的部署和发展，然而它面临着铀资源短缺和大突出挑战。聚变能是更为清洁高效的能源，原料储量巨大，是理想技术途径［｜］。Ｚ箍缩驱动惯性约束聚变能量利用效率高，内外广泛关注［２］。??７０年代起，人们开始了?Ｚ箍缩驱动惯性约束聚变的研宄１３４１。１实验室（ＳＡＮＤＩＡ）在ＰＢＦＡ－Ｚ装置上开展了金属丝阵Ｚ箍缩５＿６］。２００７年，Ｃｒａｉｇ?Ｌ．?Ｏｌｓｏｎ等人提出了基于Ｚ箍缩驱动的聚变的直线型变压器驱动器（Ｌｉｎｅａｒ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ?Ｄｒｉｖｅｒ，?ＬＴＤ）技术大电流（６０ＭＡ）输出，驱动金属丝阵和动态黑腔，实现氘氚靶图１．１所示［７］。??

?大功能。相比纯聚变方式，对Ｚ箍缩驱动器的要求较低，易于工程和技术上的实现。整??体技术方案如图１．２所示??图１．２?Ｚ－ＦＦＲ整体方案图??Ｚ－ＦＦＲ利用大电流脉冲功率装置，驱动Ｚ箍缩丝阵内爆，形成高温黑腔辐射场，进??而压缩氘氚靶达到聚变条件，实现出中子、增殖以及放能等一系列的物理过程。因此，??高功率、可重复频率运行的Ｚ箍缩驱动器技术是Ｚ－ＦＦＲ的基础。??ｗａｔｅｒ?ｓｅｃｔｉｏｎ?＇??ｖａｃｕｕｍ?ｓｅｃｔｉｏｎ??图１．３?Ｚ装置结构不意图??目前，Ｚ箍缩驱动器主要可分为基于Ｍａｒｘ发生器和脉冲形成线的传统技术和ＬＴＤ??技术两种类型。典型的传统驱动器有美国圣地亚实验室的ＳＡＴＵＲＮ、Ｚ和ＺＲ装置［１１＿１３］，??２??

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【参考文献】

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本文编号：2869524