《小型化高氣壓亞納秒開關關鍵技術研究》是依託中國科學院電工研究所，由趙瑩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：小型化高氣壓亞納秒開關關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙瑩
- 依託單位：中國科學院電工研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
小型化高氣壓亞納秒開關內部絕緣體沿面閃絡現象及電極間隙氣體擊穿的不穩定問題一直是有待攻克的難關。本項目以提高陶瓷絕緣體表面擊穿閾值、增強擊穿穩定性為目標，對高氣壓窄脈衝下沿面閃絡機理及擊穿特性進行深入的實驗研究、數值模擬及理論分析：(1)採用巨觀測量方法分析絕緣體沿面閃絡產生時氣體種類、氣體壓強與閃絡時延、閃絡距離、閃絡場強之間的關係，以及絕緣體表面粗糙度對閃絡特性的影響；建立間隙氣體擊穿過程中電極形狀、電極間隙與開關電壓、負載電流、負載阻抗的定標關係。(2)採用微觀仿真方法，利用有限元軟體及單元粒子軟體模擬狹小空間內動態電磁場、溫度場、電子能量密度分布及粒子運動軌跡。(3)根據實驗和仿真結果，建立準確的物理模型和更合理的幾何模型，揭示高氣壓下絕緣體沿面閃絡的物理機制和氣體的擊穿特性。研究成果可用於指導小型化高氣壓亞納秒開關的絕緣設計和結構最佳化，將推進攜帶型脈衝功率裝置的進一步發展。
結題摘要
脈衝功率技術在科學試驗、國防、生物醫學以及環境保護等領域有著廣泛的套用。高氣壓氣體開關的研究源於脈衝功率技術迅速發展的要求，是脈衝功率系統的關鍵部件之一。快脈衝氣體擊穿特性的研究工作推動了氣體放電研究領域的完善和發展，具有重要的理論和實際意義。 近年來隨著脈衝加速器、高功率微波源、冷電漿處理等技術的發展，對高氣壓氣體開關的尺寸、穩定性等提出了更高的要求。本文從理論分析、軟體模擬、實驗研究等方面研究了氮氣介質高氣壓開關的工作特性：(1)採用巨觀測量方法分析P-48型亞納秒氣體開關的擊穿特性；(2)採用微觀仿真方法，利用有限元軟體及單元粒子軟體模擬狹小空間內靜態電場及瞬態粒子運動軌跡；(3)根據實驗和仿真結果，建立準確的物理模型和更合理的幾何模型，揭示高氣壓氣體的擊穿特性。 針對脈衝信號的測量，採用了新型混雜式高壓分壓器的原理與結構並進行了標定和實驗測試。文中著重討論了兩級分壓的衰減特性，給出了在不同條件下衰減係數(分壓比)的計算公式，分析了氣泡及溶液濃度對衰減係數的影響，並採用了有效的干擾防護措施。 根據理論計算，研製了一種高壓氣體開關，其承受最大氣體壓強可達10 MPa。針對所設計的小型化高氣壓氣體開關，開展了擊穿特性實驗和50%擊穿電壓實驗，與常壓空氣開關相比較，具有很好的絕緣特性。研究成果可用於指導小型化高氣壓亞納秒開關的絕緣設計和結構最佳化，將推進攜帶型脈衝功率裝置的進一步發展。
