LTD多間隙氣體開關電場優化及自放率實驗研究

降宏瑜，姜曉峰，王志國，孫鳳舉，魏 浩，樓 成，邱愛慈

(1. 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室，西安 710024； 2. 西安交通大學 電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室，西安 710049)

為滿足Z箍縮慣性約束聚變點火及X射線強脈沖輻射環境模擬等研究的需要，迫切需建設電流數十兆安培、前沿百納秒、功率數百太瓦的脈沖功率驅動源。快直線變壓器驅動源(linear transformer driver, LTD)被公認為下一代大型脈沖功率源最有前景的新技術之一[1-9]，得到了世界上多個國家的廣泛關注，研究人員開展了大量關鍵技術研究[1-10]。LTD可直接從直流充電電容器只經一級開關產生高功率快脈沖；采用模塊化設計，結構緊湊，參數調整靈活；電容器充放電均為并聯運行，電壓疊加在次級實現，初級絕緣要求低，能提高脈沖驅動源的整體壽命與可靠性，具備重頻運行潛力[2-4]。但大型LTD裝置包含數萬至十幾萬只氣體開關，對氣體開關提出了低自放電概率、低觸發閾值、低抖動、低電感、高可靠及長壽命等要求[10]。其中，開關低自放電概率是裝置穩定運行的前提，已成為 LTD 技術發展和工程應用的瓶頸。

近年來，國內外研究人員對于LTD氣體開關技術開展了廣泛研究，在氣體開關工作機制、擊穿特性、優化設計等方面形成了系列研究成果。關于氣體開關自放電，研究了結構參數[11-13]、電極材料[14]、懸浮微粒[15-16]及表面形貌[17]等對開關自擊穿特性的影響；通過開關間隙電場優化[18-19]、電極材料優選[20]及絕緣支撐優化設計[21]等提升開關特性；提出了一系列輔助措施降低氣體開關自放率，如通過等離子體噴射觸發實現開關低工作系數下觸發導通[22]，采用電阻均壓或電暈均壓實現多間隙氣體開關間隙電壓均勻分配[23-25]等。……