脉冲功率技术的进展和应用.ppt

内容概述 序言---高能电子加速器简介 第一章 脉冲功率技术概要 一 脉冲功率技术简介 二 脉冲功率技术发展历史 第二章 脉冲功率系统结构 一 储能技术 二 脉冲成形系统 三 脉冲测量技术 第三章 脉冲功率技术应用 附录 下一步的工作计划 序言---高能电子加速器简介 蓝孚公司生产的高能电子加速器，属于行波直线型电子加速器。 整体结构主要包含水、电、真空、机械、通讯、控制等组成部分。产生的束流能量为10～12MeV，峰值功率为2.5～3MW，平均功率为20～25KW，能散度为±5%，重复频率为10～500pps。 部分加速器图示 图示1 图示2 图示 3 图示4 图示5 工作原理：利用脉冲功率技术，将很大的能量储存在储能元件--电容器中，然后通过快速开关将此能量在微秒时间内释放到负载上,?以得到极高的峰值功率（兆瓦以上）。 第一章 脉冲功率技术概要 2 常见脉冲波形 3 脉冲功率技术 脉冲功率技术是研究将很大的能量（通常为几百千焦耳至几十兆焦耳）储存在储能元件中（通常为电容器、电感器等）,?然后通过快速开关（动作时间在毫微秒左右），将此能量在纳秒至微秒时间内释放到负载上,?以得到极高的脉冲输出功率的发生器系统及其相关技术。 脉冲功率技术研究的主要内容是如何经济地和可靠地储存能量,?并将大能量和大功率有效地传输到负载上。不断提高的能量、功率、上升时间和平顶度、重复率、稳定性和寿命的要求,?给脉冲功率技术提出了一系列的科学技术问题。 4 脉冲功率技术的主要参数 电子能量 ：0.3～15MeV 束流大小：103～107mA 脉冲宽度：us、ns量级 束流功率：1MW～100TW 总能量 ： 1kJ-15MJ 脉冲功率技术创造和挑战物质世界的电磁极限，参数上一直有所突破。所以脉冲功率的技术参数没有严格界定。 二 脉冲功率技术发展历史 1 发展历史 1938 年，美国人第一次提出用高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线； 1939 年，前苏联制成真空脉冲X 射线管，并把闪光X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实验。 第二次世界大战期间，企图用于军事的电磁炮和相关研究兴起，促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。 20 世纪60 年代是脉冲功率技术迅猛发展并形成单独学科的黄金时代。这期间，由于对核爆炸有关效应的模拟和粒子束惯性约束核聚变的研究，需要大功率的强流粒子束加速器，1962年脉冲宽度从微秒级压缩到了几十纳秒。 1986年美国建成的PBFA-II 装置，其峰值电压为12MV、电流8.4MA、脉宽40ns，其二极管束能为4.3MJ，脉冲功率1014MW，它是世界上第一个功率闯过1000MW 大关的脉冲功率装置。 中国从20 世纪60年代也建成了各种大型脉冲功率装置，并形成了一支强大的脉冲功率研究队伍，还设立了脉冲功率技术学科。 2 发展里程碑 1962年，英国J.C. Martin，发展了Marx+Blumlein， ns量级 1967年，USA, Sandia，高功率粒子束，10MV,100KA,80ns 1972年，USA, Hary Diamond实验室，AURORA,14MV, 1.6MA,120ns 1978 年，USA, Sandia，PBFA-I , Fusion, 30TV, 1MJ 1986年, USA, PBFA-II, 12MV, 8.4MA, 40ns, 1014 W 1985年，俄罗斯，Kalchatov，Fusion，2MV,40MA,90ns 中国： 1979, 西南工程物理研究院，6MV,100KA,80ns， 闪光 －I 号 1980～,中国工程物理研究院，星光－1，星光－2，神光－3 1995，合肥，30GW,500KA, FUSION 西北核技术所，闪光－2，1MA, 1MV, 相对论电子束加速器 华中科技大学 “神光III” 第二章 脉冲功率系统结构 一 储能技术 电能（电容器， 电感，超导） 机械能 （电动机,惯性储能） 化学能 （火药，蓄电池） 传输线 核能 1. 电容储能 2.电感储能 3. 惯性储能（飞轮、电机） 惯性储能是依靠物体运动来储存能量的方法。储存在旋转机械和飞轮中的动能是旋转机械能，不仅储能密度高，而且提取方便。 一般使用较小功率的拖动机构，以相对长的时间把一定质量的转子或飞轮慢慢地加速使其转动起来，储存足够的动能，然后利用转动惯性脉冲地驱动合适的发电设备，把机械能转变成电磁能---法拉第电磁感应定律