强流二极管陶瓷真空界面闪络特性及其抑制方法研究
发布时间：2021-11-14 09:22
高功率微波（HPM）技术实用化进程需要强流二极管硬管化技术。陶瓷真空界面是强流二极管的关键部件之一,沿面闪络严重制约着陶瓷真空界面在高功率微波领域的进一步应用。为此,本论文通过理论分析、仿真模拟和实验验证等手段,针对强流二极管陶瓷真空界面沿面闪络,建立了闪络发展动态仿真模型,仿真研究了闪络影响因素;建立了闪络等离子体综合诊断平台,获得了陶瓷沿面闪络等离子体发展规律及特征参数;提出了基于表面构造的陶瓷沿面闪络抑制方法,开展了实验验证与绝缘可靠性分析。论文研究为陶瓷二极管的重频、长脉冲运行奠定了基础。主要研究内容包括以下几个方面:1、陶瓷真空界面沿面闪络过程的动态模拟。依据真空沿面闪络机理及其影响因素,利用VSim粒子仿真软件建立了陶瓷真空界面沿面闪络动态仿真模型,分析了二次电子发射系数、二次电子倍增与碰撞电离等过程,给出了初始模型的仿真结果。进一步研究了表面二次电子发射系数、表面解吸附气体、表面积聚电荷等因素对陶瓷沿面闪络的影响。结合工程设计,提出了采用减小表面二次电子发射系数与表面刻槽提高陶瓷耐压水平,从而抑制闪络的方法。2、长脉冲强流二极管陶瓷真空界面闪络等离子体综合诊断。建立了百纳...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
强流二极
，有效提高了长脉冲电子束加速器工作性能，该二极管工作电压500kV、脉宽350ns，陶瓷绝缘结构如图1.4所示。美国空军实验室（AirForceResearchLaboratory，AFRL）在其研制的硬管MILO系统采用了平板型陶瓷的二极管绝缘结构[51]，结构如图1.5所示。美国德克萨斯理工大学（TexasTechUniversity，TTU）在其研究的硬管VCO中采用了陶瓷介质作为强流二极管的绝缘界面[63]，其结构如图1.6所示。通过高温烘烤等措施，该VCO可以实现高真空条件下的百Hz重复频率运行，但是其工作电压等级较低，二极管电压仅为300kV，电脉宽为70ns。图1.5AFRL的陶瓷平板绝缘体图1.6TTU的陶瓷绝缘VCO国内开展强流二极管陶瓷真空界面研究的主要是中国工程物理研究院与国防科技大学两家单位。中国工程物理研究院在其研制的CHP01重频脉冲功率驱动源中，应用了基于密封圈压封的锥形陶瓷真空界面[64]-[66]，其强流二极管结构如图1.7所示。该陶瓷真空界面有效绝缘长度约为400mm，可以耐受脉宽40ns、幅值约600kV的脉冲高压，平均绝缘场强20kV/cm，该强流真空界面可在二极管电压800kV、束流7kA、脉宽45ns的50Hz重复频率下连续稳定运行5s。国防科技大学也研制了用于某高功率微系统的圆盘型基于陶瓷-金属钎焊的强流二极管[67]，如图1.8所示，陶瓷界面直径400mm，可耐受100ns脉宽下的600kV电压。还开展了该真空界面在重复脉冲运行下的耐压性能研究[42]，在1~5Hz重复频率下，可耐受电脉宽为80ns的600kV高压，其表面最高平均绝缘场强达到30kV/cm。
国防科技大学研究生院博士学位论文第4页源，避免回流电子轰击绝缘结构表面，典型代表是俄罗斯大电流所SINUS加速器中所采用的绝缘结构[62]，如图1.3所示。陶瓷绝缘真空界面尽管符合高功率微波技术实用化进程发展趋势，但目前关于强流二极管采用陶瓷真空界面的研究报道相对较少。国外研究主要以美国为主，美国NewMexico大学采用铜焊陶瓷材料绝缘子取代传统有机高分子绝缘材料绝缘子，研制了硬管长脉冲RBWO[50]，通过高温烘烤等措施，使微波管保持在工作高真空状态，有效提高了长脉冲电子束加速器工作性能，该二极管工作电压500kV、脉宽350ns，陶瓷绝缘结构如图1.4所示。美国空军实验室（AirForceResearchLaboratory，AFRL）在其研制的硬管MILO系统采用了平板型陶瓷的二极管绝缘结构[51]，结构如图1.5所示。美国德克萨斯理工大学（TexasTechUniversity，TTU）在其研究的硬管VCO中采用了陶瓷介质作为强流二极管的绝缘界面[63]，其结构如图1.6所示。通过高温烘烤等措施，该VCO可以实现高真空条件下的百Hz重复频率运行，但是其工作电压等级较低，二极管电压仅为300kV，电脉宽为70ns。图1.5AFRL的陶瓷平板绝缘体图1.6TTU的陶瓷绝缘VCO国内开展强流二极管陶瓷真空界面研究的主要是中国工程物理研究院与国防科技大学两家单位。中国工程物理研究院在其研制的CHP01重频脉冲功率驱动源中，应用了基于密封圈压封的锥形陶瓷真空界面[64]-[66]，其强流二极管结构如图1.7所示。该陶瓷真空界面有效绝缘长度约为400mm，可以耐受脉宽40ns、幅值约600kV的脉冲高压，平均绝缘场强20kV/cm，该强流真空界面可在二极管电压800kV、束流7kA、脉宽45ns的50Hz重复频率下连续稳定运行5s。国防科技大学也研制了用于某高功率微系统的圆盘型基于陶瓷-金属钎焊的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]二次电子发射能谱研究进展[J]. 张恒,崔万照. 空间电子技术. 2016(03)
[2]一种重复脉冲同轴馈电型陶瓷真空界面[J]. 荀涛,杨汉武,张建德. 强激光与粒子束. 2016(01)
[3]切伦科夫辐射的强流电子束均匀性光学诊断[J]. 蔡丹,刘列,巨金川,王潇. 国防科技大学学报. 2015(02)
[4]强流电子束二极管陶瓷真空界面[J]. 荀涛,杨汉武,张建德. 强激光与粒子束. 2014(04)
[5]不同微槽结构绝缘子真空沿面闪络特性[J]. 李逢,王勐,任靖,方东凡,康军军,徐乐,杨尊. 强激光与粒子束. 2014(04)
[6]刻槽绝缘子真空表面闪络特性分析[J]. 程国新,程新兵,刘列,刘金亮,洪志强. 强激光与粒子束. 2012(04)
[7]强流电子束二极管等离子体光学诊断[J]. 杨杰,舒挺,张军,樊玉伟,杨建华,刘列,殷毅,罗玲. 强激光与粒子束. 2012(04)
[8]变压器油纸绝缘可靠性的威布尔混合评估模型[J]. 王有元,袁园,李剑,杨丽君,李寅伟. 高电压技术. 2010(04)
[9]纳秒脉冲下微堆层绝缘子的真空沿面闪络特性[J]. 任成燕,张东东,袁伟群,王珏,严萍,张适昌. 强激光与粒子束. 2009(11)
[10]Rogowski线圈信号电阻对纳秒级脉冲大电流的响应[J]. 张瑜,刘金亮,文建春,殷毅,冯加怀,梁波. 强激光与粒子束. 2009(10)
博士论文
[1]长脉冲磁绝缘同轴二极管阴极等离子体特性研究[D]. 朱丹妮.国防科技大学 2017
[2]高功率微波过模转换及波束扫描透镜天线研究[D]. 赵雪龙.国防科技大学 2017
[3]纳米改性碳酸丙烯酯脉冲击穿特性研究及其应用[D]. 侯炎磐.国防科学技术大学 2017
[4]纳秒脉冲下真空沿面放电的二次电子发射机制研究[D]. 孙泽来.华北电力大学(北京) 2016
[5]X波段三轴速调管放大器研究[D]. 戚祖敏.国防科学技术大学 2015
[6]高功率微波输出窗真空表面闪络研究[D]. 程国新.国防科学技术大学 2013
[7]碳纤维天鹅绒阴极及其应用研究[D]. 杨杰.国防科学技术大学 2013
[8]螺旋Blumlein线型强流电子加速器特性及其相关技术研究[D]. 程新兵.国防科学技术大学 2012
[9]高功率微波多管合成双波段辐射系统关键技术研究[D]. 张强.国防科学技术大学 2012
[10]同轴波导虚阴极振荡器的研究[D]. 刘静.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]赣南脐橙种植地土壤重金属的激光诱导击穿光谱快速检测研究[D]. 林永增.江西农业大学 2014
[2]Ku波段低导引磁场无箔径向渡越时间振荡器的研究[D]. 党方超.国防科学技术大学 2013
[3]熔焊过程多信息同步采集及分析系统[D]. 艾丹凤.天津大学 2009
[4]高功率微波输出窗真空—介质界面击穿研究[D]. 程国新.国防科学技术大学 2008
本文编号：3494377
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
强流二极
，有效提高了长脉冲电子束加速器工作性能，该二极管工作电压500kV、脉宽350ns，陶瓷绝缘结构如图1.4所示。美国空军实验室（AirForceResearchLaboratory，AFRL）在其研制的硬管MILO系统采用了平板型陶瓷的二极管绝缘结构[51]，结构如图1.5所示。美国德克萨斯理工大学（TexasTechUniversity，TTU）在其研究的硬管VCO中采用了陶瓷介质作为强流二极管的绝缘界面[63]，其结构如图1.6所示。通过高温烘烤等措施，该VCO可以实现高真空条件下的百Hz重复频率运行，但是其工作电压等级较低，二极管电压仅为300kV，电脉宽为70ns。图1.5AFRL的陶瓷平板绝缘体图1.6TTU的陶瓷绝缘VCO国内开展强流二极管陶瓷真空界面研究的主要是中国工程物理研究院与国防科技大学两家单位。中国工程物理研究院在其研制的CHP01重频脉冲功率驱动源中，应用了基于密封圈压封的锥形陶瓷真空界面[64]-[66]，其强流二极管结构如图1.7所示。该陶瓷真空界面有效绝缘长度约为400mm，可以耐受脉宽40ns、幅值约600kV的脉冲高压，平均绝缘场强20kV/cm，该强流真空界面可在二极管电压800kV、束流7kA、脉宽45ns的50Hz重复频率下连续稳定运行5s。国防科技大学也研制了用于某高功率微系统的圆盘型基于陶瓷-金属钎焊的强流二极管[67]，如图1.8所示，陶瓷界面直径400mm，可耐受100ns脉宽下的600kV电压。还开展了该真空界面在重复脉冲运行下的耐压性能研究[42]，在1~5Hz重复频率下，可耐受电脉宽为80ns的600kV高压，其表面最高平均绝缘场强达到30kV/cm。
国防科技大学研究生院博士学位论文第4页源，避免回流电子轰击绝缘结构表面，典型代表是俄罗斯大电流所SINUS加速器中所采用的绝缘结构[62]，如图1.3所示。陶瓷绝缘真空界面尽管符合高功率微波技术实用化进程发展趋势，但目前关于强流二极管采用陶瓷真空界面的研究报道相对较少。国外研究主要以美国为主，美国NewMexico大学采用铜焊陶瓷材料绝缘子取代传统有机高分子绝缘材料绝缘子，研制了硬管长脉冲RBWO[50]，通过高温烘烤等措施，使微波管保持在工作高真空状态，有效提高了长脉冲电子束加速器工作性能，该二极管工作电压500kV、脉宽350ns，陶瓷绝缘结构如图1.4所示。美国空军实验室（AirForceResearchLaboratory，AFRL）在其研制的硬管MILO系统采用了平板型陶瓷的二极管绝缘结构[51]，结构如图1.5所示。美国德克萨斯理工大学（TexasTechUniversity，TTU）在其研究的硬管VCO中采用了陶瓷介质作为强流二极管的绝缘界面[63]，其结构如图1.6所示。通过高温烘烤等措施，该VCO可以实现高真空条件下的百Hz重复频率运行，但是其工作电压等级较低，二极管电压仅为300kV，电脉宽为70ns。图1.5AFRL的陶瓷平板绝缘体图1.6TTU的陶瓷绝缘VCO国内开展强流二极管陶瓷真空界面研究的主要是中国工程物理研究院与国防科技大学两家单位。中国工程物理研究院在其研制的CHP01重频脉冲功率驱动源中，应用了基于密封圈压封的锥形陶瓷真空界面[64]-[66]，其强流二极管结构如图1.7所示。该陶瓷真空界面有效绝缘长度约为400mm，可以耐受脉宽40ns、幅值约600kV的脉冲高压，平均绝缘场强20kV/cm，该强流真空界面可在二极管电压800kV、束流7kA、脉宽45ns的50Hz重复频率下连续稳定运行5s。国防科技大学也研制了用于某高功率微系统的圆盘型基于陶瓷-金属钎焊的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]二次电子发射能谱研究进展[J]. 张恒,崔万照. 空间电子技术. 2016(03)
[2]一种重复脉冲同轴馈电型陶瓷真空界面[J]. 荀涛,杨汉武,张建德. 强激光与粒子束. 2016(01)
[3]切伦科夫辐射的强流电子束均匀性光学诊断[J]. 蔡丹,刘列,巨金川,王潇. 国防科技大学学报. 2015(02)
[4]强流电子束二极管陶瓷真空界面[J]. 荀涛,杨汉武,张建德. 强激光与粒子束. 2014(04)
[5]不同微槽结构绝缘子真空沿面闪络特性[J]. 李逢,王勐,任靖,方东凡,康军军,徐乐,杨尊. 强激光与粒子束. 2014(04)
[6]刻槽绝缘子真空表面闪络特性分析[J]. 程国新,程新兵,刘列,刘金亮,洪志强. 强激光与粒子束. 2012(04)
[7]强流电子束二极管等离子体光学诊断[J]. 杨杰,舒挺,张军,樊玉伟,杨建华,刘列,殷毅,罗玲. 强激光与粒子束. 2012(04)
[8]变压器油纸绝缘可靠性的威布尔混合评估模型[J]. 王有元,袁园,李剑,杨丽君,李寅伟. 高电压技术. 2010(04)
[9]纳秒脉冲下微堆层绝缘子的真空沿面闪络特性[J]. 任成燕,张东东,袁伟群,王珏,严萍,张适昌. 强激光与粒子束. 2009(11)
[10]Rogowski线圈信号电阻对纳秒级脉冲大电流的响应[J]. 张瑜,刘金亮,文建春,殷毅,冯加怀,梁波. 强激光与粒子束. 2009(10)
博士论文
[1]长脉冲磁绝缘同轴二极管阴极等离子体特性研究[D]. 朱丹妮.国防科技大学 2017
[2]高功率微波过模转换及波束扫描透镜天线研究[D]. 赵雪龙.国防科技大学 2017
[3]纳米改性碳酸丙烯酯脉冲击穿特性研究及其应用[D]. 侯炎磐.国防科学技术大学 2017
[4]纳秒脉冲下真空沿面放电的二次电子发射机制研究[D]. 孙泽来.华北电力大学(北京) 2016
[5]X波段三轴速调管放大器研究[D]. 戚祖敏.国防科学技术大学 2015
[6]高功率微波输出窗真空表面闪络研究[D]. 程国新.国防科学技术大学 2013
[7]碳纤维天鹅绒阴极及其应用研究[D]. 杨杰.国防科学技术大学 2013
[8]螺旋Blumlein线型强流电子加速器特性及其相关技术研究[D]. 程新兵.国防科学技术大学 2012
[9]高功率微波多管合成双波段辐射系统关键技术研究[D]. 张强.国防科学技术大学 2012
[10]同轴波导虚阴极振荡器的研究[D]. 刘静.国防科学技术大学 2011
硕士论文
[1]赣南脐橙种植地土壤重金属的激光诱导击穿光谱快速检测研究[D]. 林永增.江西农业大学 2014
[2]Ku波段低导引磁场无箔径向渡越时间振荡器的研究[D]. 党方超.国防科学技术大学 2013
[3]熔焊过程多信息同步采集及分析系统[D]. 艾丹凤.天津大学 2009
[4]高功率微波输出窗真空—介质界面击穿研究[D]. 程国新.国防科学技术大学 2008
本文编号：3494377
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