【摘要】：開關(guān)技術(shù)是直線型變壓器驅(qū)動器(LTD)的核心技術(shù)之一,在聚變裂變混合能源堆中,LTD驅(qū)動器需使用數(shù)十萬個開關(guān)同步運行,并且開關(guān)放電壽命達到百萬次量級。本文面向百萬次級重頻長壽命LTD開關(guān)研究需求,結(jié)合預(yù)電離開關(guān)和低氣壓輝光放電開關(guān)兩類器件固有的低觸發(fā)需求和長壽命特性,開展外離子源注入低壓氣體開關(guān)的基礎(chǔ)放電性能數(shù)值模擬研究,探索新型開關(guān)的理論參數(shù)設(shè)計空間。利用Geant4程序建立計算模型,計算了不同放電間隙距離下的出射電子增益和不同電場強度下的氣體電離系數(shù)。研究了入射電子能量、工作氣體種類、工作氣體壓強對氣體放電特性的影響:在開關(guān)間隙5cm,電場強度60kV/cm的條件下,當(dāng)入射電子能量為1keV可獲得峰值電子增益;電子增益系數(shù)隨氣體壓強增加而迅速增加,增長率高于指數(shù)增長。研究了在點源和面源條件下出射電子的位置分布。分析了注入粒子為電子和質(zhì)子時,實現(xiàn)自持放電的閡值條件。當(dāng)注入粒子為電子時,計算出射電子的時間、空間、能量分布,得到臨界注入電子數(shù)密度不應(yīng)低于2×105/cm2。當(dāng)外粒子源為質(zhì)子源時,得到自持放電所需臨界注入質(zhì)子數(shù)密度不小于1×105/cm2。
【圖文】：

２０１０年，中國工程物理研究院的彭先覺等人提出Ｚ箍縮驅(qū)動聚變裂變混合能源的逡逑概念，通過Ｚ箍縮產(chǎn)生的強脈沖作用于聚變靶丸誘發(fā)聚變，聚變產(chǎn)生的強脈沖中子驅(qū)逡逑動次臨界裂變堆裂變，釋放能量［２］。圖１－１為聚變裂變混合堆的概念圖。逡逑圖１－１邋Ｚ箍縮驅(qū)動聚變裂變混合能源概念圖逡逑在聚變裂變混合堆的設(shè)計中，重復(fù)頻率大電流驅(qū)動器是關(guān)鍵技術(shù)之一。為實現(xiàn)聚逡逑變靶丸的點火，驅(qū)動器的峰值電流應(yīng)大于６０ＭＡ，電流脈沖上升沿在１００ｎｓ左右；為實逡逑現(xiàn)反應(yīng)堆的持續(xù)發(fā)電，驅(qū)動器的重復(fù)頻率約為０．１Ｈｚ，運行壽命在１年以上［２］。傳統(tǒng)的逡逑Ｚ箍縮驅(qū)動器采用激光觸發(fā)開關(guān)，開關(guān)壽命在百次量級，初級脈沖發(fā)生器采用Ｍａｒｘ發(fā)逡逑生器，每次放電均需要較長的絕緣恢復(fù)時間，無法滿足重頻工作要求［３］。２０００年，俄逡逑羅斯強流電子學(xué)研究所（ＨＣＥＩ）提出了直線型變壓器驅(qū)動器（Ｌｉｎｅａｒ邋Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ逡逑Ｄｒｉｖｅｒ，邋ＬＴＤ）概念，并于２００１年研制出了第一個ＬＴＤ模塊［４］。ＬＴＤ驅(qū)動器通過感應(yīng)逡逑電壓疊加提高輸出電壓，多級單路并聯(lián)提高脈沖電流，直接產(chǎn)生快脈沖，與傳統(tǒng)的Ｚ逡逑箍縮驅(qū)動器相比

２０１０年，中國工程物理研究院的彭先覺等人提出Ｚ箍縮驅(qū)動聚變裂變混合能源的逡逑概念，，通過Ｚ箍縮產(chǎn)生的強脈沖作用于聚變靶丸誘發(fā)聚變，聚變產(chǎn)生的強脈沖中子驅(qū)逡逑動次臨界裂變堆裂變，釋放能量［２］。圖１－１為聚變裂變混合堆的概念圖。逡逑圖１－１邋Ｚ箍縮驅(qū)動聚變裂變混合能源概念圖逡逑在聚變裂變混合堆的設(shè)計中，重復(fù)頻率大電流驅(qū)動器是關(guān)鍵技術(shù)之一。為實現(xiàn)聚逡逑變靶丸的點火，驅(qū)動器的峰值電流應(yīng)大于６０ＭＡ，電流脈沖上升沿在１００ｎｓ左右；為實逡逑現(xiàn)反應(yīng)堆的持續(xù)發(fā)電，驅(qū)動器的重復(fù)頻率約為０．１Ｈｚ，運行壽命在１年以上［２］。傳統(tǒng)的逡逑Ｚ箍縮驅(qū)動器采用激光觸發(fā)開關(guān)，開關(guān)壽命在百次量級，初級脈沖發(fā)生器采用Ｍａｒｘ發(fā)逡逑生器，每次放電均需要較長的絕緣恢復(fù)時間，無法滿足重頻工作要求［３］。２０００年，俄逡逑羅斯強流電子學(xué)研究所（ＨＣＥＩ）提出了直線型變壓器驅(qū)動器（Ｌｉｎｅａｒ邋Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ逡逑Ｄｒｉｖｅｒ，邋ＬＴＤ）概念，并于２００１年研制出了第一個ＬＴＤ模塊［４］。ＬＴＤ驅(qū)動器通過感應(yīng)逡逑電壓疊加提高輸出電壓，多級單路并聯(lián)提高脈沖電流，直接產(chǎn)生快脈沖，與傳統(tǒng)的Ｚ逡逑箍縮驅(qū)動器相比
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL46

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