前面已经讲了脉冲功率技术主要用于高科技领域和国防领域(比如核聚变研究、高温度高密度等离子体研究、强流束物理研究等等),今年来也逐渐发展到工业及民用领域(比如闪光X射线相机、电磁脉冲模拟器等等)。在实际应用中常常根据需要采用不同的部件结合,构成不同的脉冲功率装置来满足需求。脉冲功率装置有多种,但一般最常用的,也是最典型的应用有以下几种:
1、相对论电子束(或离子束)加速器
主要由Marx发生器、脉冲形成线、二极管三部分组成。世界上已建成多台这类脉冲功率装置,20世纪60年代初英国原子能*器武**研究中心JC.Martin小组建成了世界首台相对论电子束加速器(SMOG),电压、电流、脉冲宽度、脉冲功率分别达到了3MV、50kA、30ns、0.15TW,从这时起作为核*器武**效应的模拟源得到了迅速发展。70年代后期国际上很多国家都先后建成了为数众多的粒子束加速器。我国在80年代左右起开展了这类装置的研究、建设。不过,至今为止,高功率脉冲装置大都只能单次运行。
这类装置可以根据阻抗分为几种应用:(1)高阻抗(特性阻抗达到几十欧姆)加速器,比如我国中国工程物理研究院在70年代末自行研制的“闪光-I”加速器,是一种抗油绝缘的强流脉冲电子束加速器,阻抗60欧姆。用于模拟核爆炸辐射脉冲,辐射效应模拟和闪光X射线照相等研究。(2)低阻抗加速器,比如我国西北核技术研究所在90年代初建成的低阻抗水介质绝缘的电子束加速器--“闪光-II”加速器,阻抗为1欧姆,电压0.9MV,电流0.9MA,脉宽70ns,脉冲功率0.8TW。(3)超低阻抗加速器,也称多台并联的脉冲功率装置,典型的有美国Sandia国家实验室的PBFA-II,由36个脉冲功率源并联共同连接一个负载,它是世界上脉冲功率最大的一台装置。
2、高功率脉冲驱动的快速Z箍缩装置
Z箍缩前面已介绍过,这种装置结构简单,可同时解决受控核聚变的两个根本问题:等离子体的加热和约束。这类装置的特点是大容量电容器组的串并联作储能系统。最典型和最牛的要数美国Sandia国家实验室由PBFA-II装置改造而成的PBFA-Z装置。因为作者好久没看这个装置的最新研究进展,也不知道现在它的电压、电流、脉宽、脉冲功率达到什么水平了。
3、直线感应加速器
是上个世纪60年代发展起来的一种新型的加速器,首台是在1963年由美国Lawrence Livemore国家实验室建成,电流350A,电压4MV,脉宽300ns。目前世界上有上百台直线感应加速器在运行。
脉冲功率装置的应用还有:功率微波发生器、稠密等离子体焦点装置等,这里不在一一列举了。