FLTD大規(guī)模氣體開關同步觸發(fā)技術研究

王志國，孫鳳舉，姜曉峰，降宏瑜，魏 浩，邱愛慈，樓 成，文振明

(1. 西北核技術研究所，西安 710024; 2. 西安交通大學，西安 710049)

快直線型變壓器脈沖功率驅動源(fast linear transformer driver,FLTD)可直接產生百納秒級電脈沖，無須脈沖壓縮，是下一代快Z 箍縮驅動源中最有前景的技術路線[1-2]。為獲得高峰值功率，F(xiàn)LTD需要數(shù)目龐大的開關同步工作，對開關提出了非常嚴苛的低抖動同步觸發(fā)要求。大型FLTD脈沖源包含數(shù)萬至數(shù)十萬只的高功率氣體開關，大規(guī)模氣體開關同步觸發(fā)是制約FLTD技術工程應用的瓶頸之一[3-4]。

目前，F(xiàn)LTD常規(guī)觸發(fā)方法為單級模塊引入4路觸發(fā)脈沖，每路脈沖觸發(fā)6～10只氣體開關[5-7]，為獲得低抖動，觸發(fā)脈沖幅值一般大于120 kV[8]。美國圣地亞國家實驗室提出的Z-300(48 MA)，Z-800裝置(60 MA)概念設計[9]，中國工程物理研究院提出的50 MA電磁驅動聚變大科學裝置(50 MA、150 ns)概念設計均采用上述同步觸發(fā)方式[10-14]，需要引入數(shù)目龐大的高電壓觸發(fā)電纜，觸發(fā)系統(tǒng)龐大、復雜，觸發(fā)電纜可靠性難以保證。

針對上述問題，本文提出一種單級FLTD模塊內置觸發(fā)支路[15]、共用腔體FLTD組件觸發(fā)延時線觸發(fā)、單路FLTD級聯(lián)觸發(fā)的內置級聯(lián)同步觸發(fā)新方法，可大幅降低引入觸發(fā)脈沖數(shù)目和觸發(fā)系統(tǒng)規(guī)模；建立了12級串聯(lián)共用腔體FLTD實驗平臺，實驗驗證了內置同步觸發(fā)方法可行性，實驗結果表明，內置級聯(lián)觸發(fā)方法可實現(xiàn)單路FLTD觸發(fā)時序調控，各級觸發(fā)支路開關抖動小于2 ns。

1 內置級聯(lián)觸發(fā)原理

圖1為多級串聯(lián)FLTD內置級聯(lián)觸發(fā)原理示意圖。多級FLTD模塊共用一個外腔體，每級通過多根均勻分布的金屬連接桿回流，每級FLTD單獨放置一個支路用于觸發(fā)其他并聯(lián)支路，該支路稱為觸發(fā)支路，其他支路稱為主放電支路。……