螺旋犅犾狌犿犾犲犻狀脉冲形成线的放电分析

《螺旋犅犾狌犿犾犲犻狀脉冲形成线的放电分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第２２卷第８期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．８２０１０年８月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＡｕｇ．，２０１０文章编号：１００１４３２２（２０１０）０８１９６４０５螺旋犅犾狌犿犾犲犻狀脉冲形成线的放电分析程新兵，张瑜，张洪波，刘金亮，钱宝良（国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙４１００７３）摘要：利用拉普拉斯方法严格求解双电报方程，得到了内外线传输时间不相同的螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线在纯电阻负载上输出电压波形的解析表达式，分析并讨论了螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成

2、线内线传输时间等于外线、小于外线和大于外线等３种情况下输出电压的特点，同时与波过程分析方法进行了比较，结果完全一致。研究结果表明，对于内外线非等传输时间的螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线，与传统Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线相比，具有其显著的特点。关键词：脉冲功率技术；螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线；脉冲宽度；电报方程中图分类号：ＴＬ５０３文献标志码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１０２２０８．１９６４目前获得长脉冲是脉冲功率技术发展的一个重要方向，采用螺旋线取代加速器中的同轴线型脉冲形成线，［１３］［４

3、５］可以在不增加加速器体积的情况下得到脉宽更长的电压脉冲。国防科学技术大学、中国工程物理研究［６７］［８］院以及西北核技术研究所，都对螺旋脉冲形成线进行了相应的研究，但主要集中在螺旋线脉宽加长以及相应的实验研究，对其放电过程没有较为详细的解析分析。实际上以螺旋中筒代替传统Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线的同轴型中筒构成螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ线，具有和传统Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线相同的性质，即相同输出电压时所需的充电电压仅是单同轴线的一半，在一般情况下，螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线内外线的传输时间是不同的，因此，

4、其在负载上的输出脉冲具有和传统Ｂｌｕｍｌｅｉｎ线不同的性质。本文利用拉普拉斯方法严格求解双电报方程，得到了内外线传输时间不相同的螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ线在纯电阻负载上输出电压波形的解析表达式，并与波过程分析方法进行了比较，结果一致。同时通过对比，得到了螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线输出波形的新特点。１理论分析１．１螺旋犅犾狌犿犾犲犻狀脉冲形成线的基本结构基于螺旋型Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线一般有两种：一种是中筒为螺旋线型；一种是中筒为螺旋带型。对于螺旋带型Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线，基本结构如图１所示，主要由同轴

5、的金属内筒、外筒以及螺旋带中筒组成。研究表明：通过调整螺旋带宽犠，螺旋角，整个形成线的长度犾，以及内筒、中筒和外筒的直径，便可以对脉冲形成φ线的各电参数进行调整。Ｆｉｇ．２ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｉｄｅａｌｓｐｉｒａｌＢｌｕｍｌｅｉｎＦｉｇ．１ＤｉａｇｒａｍｏｆｓｐｉｒａｌＢｌｕｍｌｅｉｎｐｕｌｓｅｆｏｒｍｉｎｇｌｉｎｅ（ＰＦＬ）ＰＦＬｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇｉｎｔｏｌｏａｄ图１螺旋带型Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线结构图图２理想Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线放电等效电路１．２螺旋犅犾狌犿犾犲犻狀脉冲形成线

6、对负载放电为了计算加速器放电过程变压器输出端的电压，建立理想Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线的等效放电模型，如图２所示。在图２中以开关处Ｃ点为坐标零点建立坐标系统。令犔，犆，犣，τ和犔，犆，犣，τ分别为内线和外线ｉｉ１１ｏｏ２２收稿日期：２００９０６２６；修订日期：２０１００４０８基金项目：国家自然科学基金项目（１０６７５１６８）；国防科学技术大学优秀研究生创新基金项目（Ｂ０９０７０１）作者简介：程新兵（１９８３—），男，博士研究生，从事脉冲功率技术相关研究；１２０ｃｈｃｈ＠１６３．ｃｏｍ。第８期程新兵等：

7、螺旋Ｂｌｕｍｌｅｉｎ脉冲形成线的放电分析１９６５单位长度的电感、电容、阻抗和传输时间。令狋＝０，加速器内外线已充电至电压犝，并且加速器主开关Ｓ闭合，［９］那么内线和外线中的电路微分方程为狌１（狓，狋）犻１（狓，狋）狌２（狓，狋）狓犻２（狓，狋）烄－＝犔ｉ烄－＝犔ｏ狓狋狓狋，（１）烅烅犻１（狓，狋）狌１（狓，狋）犻２（狓，狋）狌２（狓，狋）－＝犆ｉ－＝犆ｏ烆狓狋烆狓狋式中：狌（狓，狋），犻（狓，狋）和狌（狓，狋），犻（狓，狋）分别为内线和外线上的电压和电流。根据定义，内线外电压、电

8、流的１１２２初始值为狌１（狓，０）＝狌２（狓，０）＝犝（２）｛犻１（狓，０）＝犻２（狓，０）＝０而根据脉冲形成线的性质，其边界条件为狓＝０→狌１（０，狋）＝０烄狓＝犾→犻１（犾，狋）＝犻２（犾，狋）＝犻狕（犾，狋）（３）烅狌１（犾，狋）－狌２（犾，狋）＝犻狕（犾，狋）犣Ｌ烆狓＝２犾→犻２（２犾，狋）＝０通过对方程（１）～（３）进行拉普拉斯变换，便可以求出加速器主开关闭合之后，在负载上的