同軸磁絕緣傳輸線支撐問題研究.pdf

1、高功率電流脈沖的傳輸與匯流是大型高功率脈沖裝置重要的研究方向之一。磁絕緣傳輸線(Magnetically Insulated Transmission Line，MITL)具有電感低、耐受電場(chǎng)強(qiáng)度高、傳輸能量密度大等特點(diǎn)，因此在高功率脈沖裝置中得到廣泛的應(yīng)用。隨著脈沖功率裝置規(guī)模的增大和真空傳輸距離的增加，MITL電極的定位和支撐成為無法回避的技術(shù)問題。電極嚴(yán)重偏離理想位置或支撐設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的能量損失甚至脈沖傳輸失效。因此M

2、ITL的設(shè)計(jì)和建造是關(guān)系到脈沖功率裝置能否最終實(shí)現(xiàn)的核心問題。
　　本文針對(duì)電極的定位問題，以最為常見的同軸MITL為研究對(duì)象，研究同軸MITL內(nèi)電極偏心和支撐引入對(duì)真空功率傳輸?shù)挠绊?，以此分析MITL電極偏離程度對(duì)能量傳輸效率的影響，并探索在MITL電極間引入支撐結(jié)構(gòu)可能的途徑。
　　理論研究方面，以單粒子模型對(duì)偏心MITL陰陽極間隙中空間電子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了定性分析，并通過三維粒子程序開展了內(nèi)電極偏心條件下脈沖傳輸過程的模擬，

3、獲得了電子流隨時(shí)空演變的物理圖像;通過電路方法和粒子程序?qū)β菪姼兄蜗翸ITL的工作特性進(jìn)行了模擬，為開展實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。結(jié)果表明:一定程度的內(nèi)電極偏心將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)MITL輕微的能量損失，使用10μH螺旋電感支撐和500Ω電阻支撐的能量損失分別為4％和1％。
　　實(shí)驗(yàn)研究方面，以國內(nèi)第一臺(tái)快脈沖LTD裝置(1MV LTD)為驅(qū)動(dòng)源，開展了一系列MITL內(nèi)電極偏心和支撐對(duì)功率流影響的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括人為使內(nèi)電極

4、偏心至指定程度、在內(nèi)外電極之間引入螺旋電感或真空電阻分壓器支撐。在以上實(shí)驗(yàn)中，建立了一套電參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，根據(jù)MITL特殊的真空電子環(huán)境，對(duì)脈沖功率常規(guī)電參數(shù)測(cè)量技術(shù)（D-dot、B-dot、Rogowski線圈和電阻分壓器等）進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:內(nèi)電極偏心存在輕微電流損失，偏心程度越大損失效果越顯著，且內(nèi)電極偏心將使電流分布均勻性受到很大的影響;電感支撐MITL，陽極電流幾乎無損失，有少量陰極電流通過電感損失，但損失程度不大(

5、～3％);真空電阻分壓器支撐MITL，陰陽極電流傳輸效率分別為99.08％和99.32％。此外，經(jīng)流阻抗理論公式計(jì)算后的MITL電壓與真空電阻分壓器實(shí)測(cè)電壓一致，驗(yàn)證了本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性。
　　通過本文的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，確定了內(nèi)電極與外電極保持對(duì)心的重要性，驗(yàn)證了電感和電阻兩種支撐方式的可行性。在今后應(yīng)用于較長(zhǎng)或者更高電壓MITL情況下，電感支撐需考慮多點(diǎn)支撐方式并解決由此帶來的電感量減少引起的傳輸效率降低問題，電阻支撐需考