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第一届高能电子学学术交流会会议文集
等离子体融蚀开关综述
李洪涛.,丁伯南“
中国工程物理研究院流体物理研究所.四川约阳91引言箱108分箱621900)
(b中国工程物理研究院,V9A绷1919f灌62190)
摘 要:介绍了等离子休融蚀开关的基本原理、结构和应用方法。简要讨论了理论分析
方法。
关挂词:等离子休断路开关,融蚀,磁绝缘,磁压;
1引言
断路开关是电感贮能系统的重要元件,对于一个TW级的系统,开路开关必须能够传导
MA量级的电流,然后在远小于其传导时间的时间间隔内迅速地将电流切换到负载上,并且
承受数MV的电压。等离子体融蚀断路开关(PEOS)是具备此种特性的最具发展前景的断路开
关技术之厂一,PEOS开关概念1977年由Mendel和Goldstein提出并试验[,],1981年Stringfield等人
Iz服告了导通能力为1MA的PEOS.1983年Meger等人[3)首次用等离子体断路开关证实了其在电
感储能,脉冲压缩和功率倍增方面的应用。1981年NRL(USA)的离子束研究小组与SNL的
MendelC合作开展了PEOS的研究工作4[[1,随后,前苏联、德国、日本、法国等国相继开展了
这方面的研究工作。1987年,鉴于断路开关技术研究的迅速发展,IEEETRANSACTIONSON
PLASMASCIENCE发表了专辑Specialissueonfastopeningvacuum二{tches。其中大多数论文
都是关于PEOS研究的。在1995年第十届和1997年第十一届国际高功率脉冲会议的论文集中都
辟有专栏讨论断路开关技术,其中PEOS占很大比重。1998年Dolgachev等人报告了重复性
PEOS开关及其应用151。作为断路开关技术研究的热门课题,PEGS开关技术在过去的近2。年时
间得到较快的发展,通流能力已达数MA161。我国目前为止PEOS的研究尚未开展起来。
2基本原理
如图1所示,PEGS开关由阴极、阳极以及将等离子体注人到阴阳极间隙内的等离子体源
组成。在PEOS闭合时发生器作为电流源
将能量贮存在电感贮能系统中,图.所示
的真空电感和PEGS开关均为同轴结构,
图中PEGS区的外导体由透明金属膜或棒
阵列构成,等离子体通过外导体流向中
心导体,在一个有限长度内充填一个环
形区域,负载在PEOS的下游。在发生器 mbae
点火前数IIS开始对PEOS阴阳极隙充人等 diode
离子体,这样,在发生器输出脉冲到达
开关以前,等离子体已将PEOS阴阳极隙
短路。理想情况下,PEOS完全传导了发
生器输出电流,将负载完全隔离,在电 rig.)PFOS}娜,onmeomnleIandIIg- atmatNRI
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第一届高能电子学学术
流超过某一阔值时,开关断路,将电流切换到负载上,且由于电感的存在,在负载上还将产
生很高的电压。对于优化了的负载阻抗。负载上产生的功率可超过发生器直接带匹配负载时
可以产生的功率。功率倍增系数即定义为使用PEOS时在负载上产生的功率和发生器直接带匹
配负载时的功率之比,PEoS的功率倍增系数一般为2刁,有些报告中功率倍增系数达到5。
在PEos的断开过程中,可能存在两种机制:融蚀机制和磁压机制。在这两种情况下,当
在等离子体中产生了一足够大的隙使电子流被磁绝缘时,PEos断开。在webe溥人闻提出的
NRL模型中认为融蚀机制起作用,他们认为PE0s的工作过程可分为四个阶段即 N“RL四段
论”,如图2所示:导通相,融蚀相,加强融蚀相和磁绝缘相。
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