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HFRC磁压缩场反等离子体装置的压缩区设计

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HFRC磁压缩场反等离子体装置的压缩区设计

作者：张义雄华中科技大学

学位级别：硕士

未来聚变堆采用的D-T聚变反应会产生高通量的14.1 Me V中子,对堆内材料可能造成严重损伤。聚变堆材料的抗中子辐照性能需要专用中子源进行测试,基于此,华中科技大学提出了基于场反位形(Field Reversed Configuration,FRC)等离子体磁压... 详细信息

未来聚变堆采用的D-T聚变反应会产生高通量的14.1 Me V中子,对堆内材料可能造成严重损伤。聚变堆材料的抗中子辐照性能需要专用中子源进行测试,基于此,华中科技大学提出了基于场反位形(Field Reversed Configuration,FRC)等离子体磁压缩的中子源方案,希望通过磁压缩大幅提高等离子体温度和密度,以达到聚变反应条件产生中子。项目目前正在设计建造磁压缩场反等离子体预研装置(HUST Field Reversed Configuration,HFRC),以进行FRC磁压缩相关的物理研究和工程验证,同时探究不稳定性控制方法。本文设计了用于产生磁压缩前靶等离子体的装置主体部分,并设计了0.5T磁压缩时的压缩真空室、线圈及配套部件,并在此基础上分析了高场强磁压缩下几种可能的真空室方案。本文首先设计了基于场反等离子体对碰融合的装置主机,提出了几种可能的旋转不稳定性控制措施,包括边界偏压、等离子体注入、旋转磁场等。论文还利用COMSOL软件设计了装置从场反等离子体形成、对碰融合,到磁压缩全过程的磁场位形。然后,设计了HFRC装置的压缩磁场位型,配合装置压缩真空室设计了压缩线圈及其引出结构。利用ANSYS仿真分析,验证了压缩线圈及其配套部件在结构强度、电气绝缘、真空密封方面满足设计要求。同时利用一个现成真空室,设计加工了一个磁压缩线圈及配套部件的测试平台。最后,结合0.5 T磁压缩预研装置的设计过程,分析了10 T高场强磁压缩情况下,四种具有一定可行性的真空室设计方案:高电阻率不锈钢真空室、切缝真空室、双层真空室、陶瓷复合材料真空室。陶瓷复合材料真空室由于无涡流产生,不存在电磁载荷带来的结构强度、真空密封等问题,因此是最具应用前景的方案。本文对HFRC装置的磁场位形、真空室、磁压缩线圈等进行了较详细地设计,下一步将进入加工阶段。

关键词：场反等离子体磁压缩磁场位形真空室压缩线圈

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基于磁压缩技术的纳秒级脉冲电源研究与设计

基于磁压缩技术的纳秒级脉冲电源研究与设计

作者：李凯南京理工大学

学位级别：硕士

静电除尘能够有效的去处工业废气中的固体颗粒,因而被广泛用于火电厂、钢铁厂等工业废气集中排放的场所,而等离子体可用于脱除工业废气中的硫化物和氮化物。静电除尘的供给电源中高压直流电源已经不能满足日益严格的排放要求,且等离子... 详细信息

静电除尘能够有效的去处工业废气中的固体颗粒,因而被广泛用于火电厂、钢铁厂等工业废气集中排放的场所,而等离子体可用于脱除工业废气中的硫化物和氮化物。静电除尘的供给电源中高压直流电源已经不能满足日益严格的排放要求,且等离子体的产生需依托纳秒级脉冲放电电源,因此脉冲功率电源技术的革新迫在眉睫。脉冲功率技术因其持续时间短,有效抑制反电晕,高效节能等优势,在除尘、脱硫脱硝等领域异军突起,而如何提高输出电压峰值并陡化脉冲前沿成为研究的热点与难点。本文以实现高压窄脉冲为目标,同时以高重频高效率为发展方向,提出脉冲发生方案,并以磁压缩技术为支撑,深入研究脉冲发生电路与磁压缩网络的工作特性,并设计系统控制方案。最终完成上升沿为890ns的纳秒级脉冲电源样机设计和实验验证。首先,本文研究了一种基于磁压缩技术的纳秒级脉冲电源的工作原理与输出特性。前级脉冲发生电路采用上下对称串联式拓扑结构,输出微秒级脉冲电压;后级采用两级磁压缩电路完成上升沿的陡化,最终输出纳秒级脉冲电压。分析了电源在各阶段的工作原理,建立谐振回路的数学模型,并着重分析电源在各阶段的输出特性。搭建该纳秒级脉冲电源的仿真模型,仿真验证了理论分析的正确性。其次,介绍了应用于纳秒级脉冲电源的磁开关设计方法,包括磁开关磁性参数的选优和磁芯截面积与匝数的最优设计。利用PLECS仿真软件分析了磁开关磁性参数对系统输出的影响,并基于仿真结果,完成磁芯材质的最优选择。通过搭建磁芯测试电路,完成磁芯磁滞曲线的测量,从而得到关键磁性参数。根据理论推导并结合磁开关体积最小原则,得到磁芯截面积与匝数的最优解。分析了磁开关复位电路,并推导最佳复位时间。再次,论文分析了系统的硬件构成与控制机制。完成功率电路参数计算,考虑到系统的复杂程度,设计了基于DSP与FPGA的协同控制器,并设计IGBT驱动隔离电路、电平转换电路、脉冲峰值采样电路和磁开关开度检测电路。分析了磁开关控制原理,并提出适用于纳秒脉冲电源的磁开关控制流程。最后,在实验室完成测试平台搭建与样机设计,实验结果表明电路输出特性与理论分析及仿真结果一致,电源样机输出电压峰值为80k V,上升沿宽度890ns,均满足设计需求。

关键词：纳秒级脉冲电源脉冲功率磁开关磁压缩协同控制器

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真空磁压缩等离子弧焊接方法的研究

焊接学报 1987年第1期 19-24+59-60页

作者：康健吴永泰成都电焊机研究所成都电焊机研究所助理工程师

本文介绍了一种新的焊接方法——真空磁压缩等离子弧焊接。真空磁压缩等离子弧是将低真空中的自由电弧用与电极同轴向的磁场压缩后获得的。实验表明,随着气压的降低,自由电弧会越来越扩展,弧根区的电流密度越来越低,直至产生“旁弧”,... 详细信息

本文介绍了一种新的焊接方法——真空磁压缩等离子弧焊接。真空磁压缩等离子弧是将低真空中的自由电弧用与电极同轴向的磁场压缩后获得的。实验表明,随着气压的降低,自由电弧会越来越扩展,弧根区的电流密度越来越低,直至产生“旁弧”,不能稳定燃烧而熄灭。而且这种低真空自由电弧难以用和普通等离子弧相似的机械方法压缩。采用轴向磁场可以有效地压缩真空电弧。磁压缩的效果随气压的降低趋于明显,气压低于1.33×10~2Pa 时,几十分之一特斯拉(T)的磁场就可获得略粗于电极、上下直径近似相等的弧柱,我们称之为真空磁压缩等离子弧。使用真空磁压缩等离子弧作为热源,可以焊接一般金属和活泼金属,其熔透工件的能力可超过大气氩弧,并可用调节磁场强度的方法,调节电弧的能量分布。与常规氩弧焊、等离子孤焊、电子束焊相比,真空磁压缩等离子弧焊接有其独到的优点,可望在不久的将来获得广泛的应用。

关键词：等离子弧焊接图版气压真空电弧磁压缩熔深焊接接头区阳极电流密度真空电子束焊电子束焊

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快前沿单级磁压缩发生器的试验研究

电力科学与工程 2018年第12期34卷 37-42页

作者：李彪李孜饶俊峰姜松上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

大气压下介质阻挡放电需要快前沿纳秒级高压脉冲来产生低温等离子体,为此,设计了可以应用于介质阻挡放电带磁芯复位的单级磁压缩脉冲发生器,主要由充电系统、中间储能、磁开关与升压变压器组成。基于半导体驱动的深入研究,由555定时器... 详细信息

大气压下介质阻挡放电需要快前沿纳秒级高压脉冲来产生低温等离子体,为此,设计了可以应用于介质阻挡放电带磁芯复位的单级磁压缩脉冲发生器,主要由充电系统、中间储能、磁开关与升压变压器组成。基于半导体驱动的深入研究,由555定时器组成的脉宽可调的方波发生器和集成单稳态触发器SN74123组成的延时电路产生频率、脉宽和相位可调的单次或重频触发信号,经过基于IR2110的半桥电路驱动IGBT。实验选取铁基纳米晶磁芯进行测试,根据磁性材料的物理特性参数,计算出磁开关饱和时间与匝数。试验结果,在200Ω电阻负载上输出幅值15 kV、上升沿60 ns、半峰宽150 ns的窄脉冲,前沿压缩倍数为19.2。

关键词：介质阻挡放电快前沿磁压缩窄脉冲

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CTF磁压缩器的误差研究

CTF磁压缩器的误差研究

第三届全国粒子加速器技术学术交流会

作者：朱雄伟中国科学院高能物理研究所

磁压缩器广泛应用在自由电子激光装置中.电子束团的归一化发射度增长由二极磁铁的高阶分量误差及准直误差引起.本文描述了CTF(CXFEL Test Facility)的第一个磁压缩器的误差研究.

关键词： X射线自由电子激光磁压缩误差

来源： cnki会议评论

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基于磁压缩的高频脉冲电源的研制

基于磁压缩的高频脉冲电源的研制

2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会

作者：王德玉邬伟扬李亚立燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室河北省廊坊供电公司

本文对一种基于IGBT开关的紧凑式磁压缩高频脉冲电源进行了分析和实验研究,给出了电路的关键元件选取和参数设计原则。着重分析了二级磁压缩网络中磁开关及其复位电路的设计原理。实验结果表明:所研制的高频脉冲放电电路可产生上升时间2... 详细信息

本文对一种基于IGBT开关的紧凑式磁压缩高频脉冲电源进行了分析和实验研究,给出了电路的关键元件选取和参数设计原则。着重分析了二级磁压缩网络中磁开关及其复位电路的设计原理。实验结果表明:所研制的高频脉冲放电电路可产生上升时间220ns、幅值1.1kV、重复频率为5kHz的亚微秒高压脉冲。放电波形控制准确,重复性好。该电源设计利用液相放电产生的等离子体进行金属材料表面改性的实验研究。

关键词：磁压缩高频脉冲亚微秒磁复位

来源： cnki会议评论

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使用磁压缩的小型N_2激光器

国外激光 1994年第4期 11-12页

作者：白光晴天

使用磁压缩的小型Ｎ_２激光器近年来Ｎ２激光器研制领域的研究表明，使用低气压毛细管盒作为激活元件可达到很高的脉冲振荡重复频率（数千赫）’‘’。数千赫重复频率的氮激光器所必须的激发电流脉冲的能量和时间特性目前只能用间流管... 详细信息

使用磁压缩的小型Ｎ_２激光器近年来Ｎ２激光器研制领域的研究表明，使用低气压毛细管盒作为激活元件可达到很高的脉冲振荡重复频率（数千赫）’‘’。数千赫重复频率的氮激光器所必须的激发电流脉冲的能量和时间特性目前只能用间流管建立，即使间流管也不能保证小于２０?..

关键词：分子激光器 N2激光器磁压缩

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磁压缩等离子体电热炮

现代物理知识 2001年第2期13卷 28-28页

作者：王保成唐卫红方延平空军后勤学院!徐州221000

电热炮(electrothermal gun)是全部或部分地利用电能加热工质来推进弹丸的发射装置.一般地说,电热发射有两个含义:一是利用特定的高功率脉冲电源向某些工质放电,把工质加热而转变成等离子体状态,利用含有热能和动能的等离子体直接推进... 详细信息

电热炮(electrothermal gun)是全部或部分地利用电能加热工质来推进弹丸的发射装置.一般地说,电热发射有两个含义:一是利用特定的高功率脉冲电源向某些工质放电,把工质加热而转变成等离子体状态,利用含有热能和动能的等离子体直接推进弹丸运动;二是利用加热产生的等离子体再去加热其他更多质量的低分子量的轻工质,使其化学反应变成热气体(含有少量等离子体),借助这些热气体的热膨胀做功来推进弹丸.

关键词：等离子体电热炮电气炮磁压缩电桥导体炸药爆炸

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脉冲气体激光器用固态高压开关的研制

红外与激光工程 2020年第11期49卷 191-197页

作者：杨银辉郑义军朱子任孙科唐化江谭荣清苏新军中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 核工业理化工程研究院天津300180

实验研制了基于磁脉冲压缩系统的脉冲气体激光器用固态高压开关,实验中通过调节复位电流大小,负载电阻大小等相关参数实现了磁压缩开关输出效率达到最大值。经两级磁开关压缩后脉宽约压缩为原来的5%。压缩后脉冲上升时间约为180 ns,幅... 详细信息

实验研制了基于磁脉冲压缩系统的脉冲气体激光器用固态高压开关,实验中通过调节复位电流大小,负载电阻大小等相关参数实现了磁压缩开关输出效率达到最大值。经两级磁开关压缩后脉宽约压缩为原来的5%。压缩后脉冲上升时间约为180 ns,幅值约为16 kV。其中第一级磁压缩效率为89.2%,第二级磁压缩效率达到97.7%,总的压缩效率达到87.2%。接激光器后测得输出激光脉冲能量约为20 mJ,输出激光脉冲半高宽约为85 ns。

关键词：固态开关磁压缩上升时间脉冲气体激光器