CN109327953B - 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 - Google Patents
一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109327953B CN109327953B CN201811368455.3A CN201811368455A CN109327953B CN 109327953 B CN109327953 B CN 109327953B CN 201811368455 A CN201811368455 A CN 201811368455A CN 109327953 B CN109327953 B CN 109327953B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pulse
- voltage
- wire array
- light source
- metal wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 abstract description 11
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 15
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 11
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 241000321453 Paranthias colonus Species 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
- H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
本发明提供一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,以满足强脉冲X射线热‑力学效应的研究。该大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源包括高压脉冲电容器、同轴气体火花开关、高压直流充电电源、快前沿脉冲触发器、高压同轴电缆和金属丝阵列;同轴气体火花开关的触发极与快前沿脉冲触发器连接,高电压电极与高压脉冲电容器、高压直流充电电源连接,地电极与金属丝阵列的一端连接,金属丝阵列的另一端接地,且与高压脉冲电容器的接地极连接。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲功率技术领域,具体涉及一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源。
背景技术
在脉冲功率研究中,大型脉冲功率装置常用于在实验室模拟强脉冲X射线产生的热-力学效应。在此类模拟实验中,国际上主要通过高功率Z箍缩技术产生的高保真度软X射线加载到壳体结构上开展相关技术研究,但国内尚缺少能够满足应用需求、输出电流达到数十兆安量级的高功率脉冲驱动源。
现阶段,国内主要通过以下两种实验模拟手段开展强脉冲X射线热-力学效应研究。
第一、将强流脉冲电子束加载到壳体结构表面,通过壳体表面材料物质的迅速汽化产生反冲冲量,在壳体结构内部产生热击波,此种方式具有与强脉冲X射线相似的热-力学效应,可以从机理等效上模拟强脉冲X射线的热-力学效应。美国Sandia国家实验室建立了OWL-II强流脉冲电子束加速器可产生670kA的强流脉冲电子束,用于模拟强脉冲X射线的热-力学效应。但此种方式受到强流脉冲电子束束斑面积的限制,不可能开展全尺寸壳体结构的热-力学效应研究。
第二、以化学***产生的爆轰波作为汽化反冲冲量的初始等效脉冲载荷加载到壳体结构上,从效应等效上对强脉冲X射线的热-力学效应进行模拟,用于全尺寸壳体结构的结构响应研究。化学***模拟实验主要有柔爆索加载、薄片***加载和驱动飞片加载等方式。其中,柔爆索加载的脉冲载荷冲量大小和分布的保真度较差,薄片***加载中,加载的持续时间较长、同时性较差,且不易获得小冲量余弦分布的脉冲载荷,加载的均匀性较差。
因上述两种方式存在一定的缺陷,目前申请人主要通过强脉冲闪光瞬时引爆喷涂在壳体结构表面的光敏***,对壳体结构施加脉冲载荷来模拟强脉冲X射线的热-力学效应。此种方式能够比较真实地模拟强脉冲X射线引起的脉冲载荷作用,是较为理想的化学***加载方法,具有面加载同时性好、载荷余弦分布规律、载荷幅值小和冲量加载较容易控制等众多优点,特别适用于在大型复杂结构表面上的不连续载荷加载。但是上述光敏***加载方式缺少能够起爆光敏***的大面积闪光光源,以引爆喷涂在壳体结构表面的光敏***,进而用于模拟强脉冲X射线引起的脉冲载荷作用。
发明内容
本发明提供一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,以满足强脉冲X射线热-力学效应的研究。
本发明的技术方案是:
一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,包括高压脉冲电容器、同轴气体火花开关、高压直流充电电源、快前沿脉冲触发器、高压同轴电缆和金属丝阵列;所述同轴气体火花开关的触发极与快前沿脉冲触发器连接,高电压电极与高压脉冲电容器、高压直流充电电源连接,地电极与金属丝阵列的一端连接,金属丝阵列的另一端接地,且与高压脉冲电容器的接地极连接。
进一步地,所述同轴气体火花开关的地电极通过高压同轴电缆与金属丝阵列的一端连接。
进一步地,所述高压同轴电缆的特征阻抗小于50欧姆。
进一步地,所述金属丝阵列为1~20根金属丝并联组成的平面丝阵。
进一步地,所述金属丝阵列的材质为钨丝和铜丝。
进一步地,所述金属丝阵列中金属丝的直径为0.1~0.5mm。
进一步地,所述同轴气体火花开关为三电极气体开关,各电极均为圆锥形结构。
进一步地,所述同轴气体火花开关的充气介质为氮气。
本发明与现有技术相比,具有以下技术效果:
1.本发明通过金属丝电***等离子体的光辐射作为强脉冲闪光光源,具有结构简单、易于实现等优点;通过多根金属丝并联放电,在工程上更易获得大面积强脉冲闪光,实现了大面积光敏***的均匀同步起爆,是模拟强脉冲X射线热-力学效应最为可行的方法。
2.本发明采用低阻抗高压同轴电缆将脉冲功率驱动源产生的脉冲大电流传输并加载到金属丝负载上,能够有效降低放电回路电流损失。
3.本发明采用多根金属钨丝或金属铜丝组成的平面丝阵,在脉冲大电流驱动下产生电***等离子体光辐射,更易获得大面积均匀辐射的强脉冲闪光。
4.本发明采用同轴结构的气体火花开关,实现了气体开关和高压脉冲电容器的结构一体化,有效降低了放电回路电感,获得更大的放电回路电流。
附图说明
图1为本发明大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源结构示意图;
图2为本发明大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源的光脉冲波形图;
图3为本发明大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源的闪光光谱图。
附图标记:1-高压脉冲电容器;2-同轴气体火花开关;3-高压直流充电电源;4-快前沿脉冲触发器;5-高压同轴电缆;6-金属丝阵列。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述:
本发明实现了一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,其在光化学反应研究、强脉冲X射线热-力学效应研究和强光压制武器研究等具有重要应用前景。本发明提供的大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,引爆喷涂在壳体结构表面的光敏***,进而模拟强脉冲X射线引起的脉冲载荷作用。
本发明通过金属丝电***等离子体的光辐射作为强脉冲闪光光源,具有结构简单、易于实现等优点;通过多根金属丝并联放电,在工程上更易获得大面积强脉冲闪光,实现了大面积光敏***的均匀同步起爆,是模拟强脉冲X射线热-力学效应最为可行的技术方法。
图1所示为本发明一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源的结构图,其包括高压脉冲电容器1、同轴气体火花开关2、高压直流充电电源3、快前沿脉冲触发器4、高压同轴电缆5和金属丝阵列6,同轴气体火花开关2的触发极与快前沿脉冲触发器4连接,地电极与金属丝阵列6的一端连接,高电压电极与高压脉冲电容器1、高压直流充电电源3连接。具体的连接方式为:高压脉冲电容器1的固定接口和同轴气体火花开关2的充电接口(即高电压电极)相连接,高压直流充电电源3与同轴气体火花开关2的充电接口(即高电压电极)相连接,快前沿脉冲触发器4与同轴气体火花开关2的触发接口(即触发极)相连接,高压同轴电缆5的一端与同轴气体火花开关2的放电端(即地电极)接口相连接,金属丝阵列6与高压同轴电缆5的另一端相连接。
同轴气体火花开关2具体可为三电极气体开关,各电极均为圆锥形结构。本发明采用同轴结构的气体火花开关,实现了气体开关和高压脉冲电容器的结构一体化,有效降低了放电回路电感,获得更大的放电回路电流。
本发明采用低阻抗高压同轴电缆,其特征阻抗小于50欧姆,该低阻抗高压同轴电缆将脉冲功率驱动源产生的脉冲大电流传输并加载到金属丝负载上,能够有效降低放电回路电流损失。
本发明的金属丝阵列6为1~20根金属丝并联组成的平面丝阵,金属丝的数量可根据实际需求设置,金属丝的直径具体可为0.1~0.5mm。
本发明采用多根金属钨丝或金属铜丝组成的平面丝阵,在脉冲大电流驱动下产生电***等离子体光辐射,更易获得大面积均匀辐射的强脉冲闪光。
在具体应用实例中,高压同轴电缆的阻抗为22欧姆,电气长度为100ns,高压脉冲电容器的电容值为6μF,同轴气体火花开关的充气介质为氮气,工作气压为0.1MPa。当高压直流电源的输出电压为30kV时,利用快前沿脉冲触发器使得同轴气体开关导通,进一步地在放电回路中将产生80kA的脉冲大电流,该电流脉冲的波形如图2所示。
在使用中,通过提高同轴气体火花开关的导通电压可以提高脉冲大电流的幅值,当开关导通电压为36.7kV时,利用该脉冲大电流驱动10根并联金属铜丝产生电***等离子体,将辐射出大面积紫外光波段的强脉冲闪光,强闪光的光脉冲波形如图3所示。
本发明通过金属丝电***产生大面积强脉冲闪光的原理是:通过脉冲功率驱动源(由高压脉冲电容器、同轴气体火花开关、高压直流充电电源、快前沿脉冲触发器和高压同轴电缆等组成)产生的脉冲大电流通过金属丝阵列时,由于脉冲大电流对金属丝的快速加热作用,使得金属丝产生电***并进而形成脉冲放电等离子体,该脉冲放电等离子体中的组成粒子具有很高的温度,从而向外辐射出强脉冲闪光;进一步地,通过多根并联金属丝的电***,可以组成大面积强脉冲闪光。
Claims (6)
1.一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,其特征在于:包括高压脉冲电容器(1)、同轴气体火花开关(2)、高压直流充电电源(3)、快前沿脉冲触发器(4)和金属丝阵列(6);
所述同轴气体火花开关(2)的触发极与快前沿脉冲触发器(4)连接,高电压电极与高压脉冲电容器(1)、高压直流充电电源(3)连接,地电极与金属丝阵列(6)的一端连接,金属丝阵列(6)的另一端接地,且与高压脉冲电容器(1)的接地极连接;
所述同轴气体火花开关(2)的地电极通过高压同轴电缆(5)与金属丝阵列(6)的一端连接;
所述高压同轴电缆(5)的特征阻抗小于50欧姆,大于等于22欧姆。
2.根据权利要求1所述的大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,其特征在于:所述金属丝阵列(6)为1~20根金属丝并联组成的平面丝阵。
3.根据权利要求2所述的一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,其特征在于:所述金属丝阵列(6)的材质为钨丝和铜丝。
4.根据权利要求3所述的大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,其特征在于:所述金属丝阵列(6)中金属丝的直径为0.1~0.5mm。
5.根据权利要求4所述的大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,其特征在于:所述同轴气体火花开关(2)为三电极气体开关,各电极均为圆锥形结构。
6.根据权利要求5所述的大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源,其特征在于:所述同轴气体火花开关(2)的充气介质为氮气。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811368455.3A CN109327953B (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811368455.3A CN109327953B (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109327953A CN109327953A (zh) | 2019-02-12 |
CN109327953B true CN109327953B (zh) | 2024-03-12 |
Family
ID=65258291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811368455.3A Active CN109327953B (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109327953B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113916370B (zh) * | 2021-11-10 | 2023-09-01 | 西北核技术研究所 | 金属丝电***等离子体光辐射均匀性检测***及检测方法 |
CN114102270B (zh) * | 2021-11-10 | 2022-09-23 | 西北核技术研究所 | 一种提高强脉冲闪光光源中金属丝辐射光强度的方法 |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5044004A (en) * | 1986-05-09 | 1991-08-27 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Flash X-ray apparatus |
JPH06325708A (ja) * | 1993-05-18 | 1994-11-25 | Hamamatsu Photonics Kk | X線発生装置 |
JPH10303479A (ja) * | 1997-04-24 | 1998-11-13 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 衝撃波を発生させるための光伝播部材およびそれを用いた衝撃波の発生方法 |
CN1306673A (zh) * | 1997-12-31 | 2001-08-01 | 中佛罗里达大学 | 放电灯光源装置和方法 |
CN201488958U (zh) * | 2009-08-18 | 2010-05-26 | 北京瑞琦林格技术有限公司 | 一种便携式x射线安检*** |
JP2010140650A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Ushio Inc | 極端紫外光光源装置 |
CN102223102A (zh) * | 2011-06-03 | 2011-10-19 | 西北核技术研究所 | 一种开关与电容器一体化的快放电单元 |
CN103492829A (zh) * | 2011-02-21 | 2014-01-01 | 艾伊尔矿业服务有限公司 | ***的引爆 |
CN103731965A (zh) * | 2012-10-13 | 2014-04-16 | 陕西杰创科技有限公司 | 一种实现脉冲氙灯良好闪光效果的驱动电路 |
CN105204561A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-12-30 | 西北核技术研究所 | 一种短脉冲高幅值冲击电流发生器 |
CN107957211A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-24 | 西北核技术研究所 | 一种光起爆的一维平面爆轰波发生装置及方法 |
CN108493087A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-04 | 姚智伟 | 集成高压电源的场发射自聚焦脉冲x射线发生装置 |
CN209448957U (zh) * | 2018-11-16 | 2019-09-27 | 西北核技术研究所 | 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050218823A1 (en) * | 2004-04-05 | 2005-10-06 | Eastman Kodak Company | Camera flash apparatus using ultraviolet light for triggering of the flash tube |
EP2648489A1 (en) * | 2012-04-02 | 2013-10-09 | Excico France | A method for stabilizing a plasma and an improved ionization chamber |
-
2018
- 2018-11-16 CN CN201811368455.3A patent/CN109327953B/zh active Active
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5044004A (en) * | 1986-05-09 | 1991-08-27 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Flash X-ray apparatus |
JPH06325708A (ja) * | 1993-05-18 | 1994-11-25 | Hamamatsu Photonics Kk | X線発生装置 |
JPH10303479A (ja) * | 1997-04-24 | 1998-11-13 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 衝撃波を発生させるための光伝播部材およびそれを用いた衝撃波の発生方法 |
CN1306673A (zh) * | 1997-12-31 | 2001-08-01 | 中佛罗里达大学 | 放电灯光源装置和方法 |
JP2010140650A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Ushio Inc | 極端紫外光光源装置 |
CN201488958U (zh) * | 2009-08-18 | 2010-05-26 | 北京瑞琦林格技术有限公司 | 一种便携式x射线安检*** |
CN103492829A (zh) * | 2011-02-21 | 2014-01-01 | 艾伊尔矿业服务有限公司 | ***的引爆 |
CN102223102A (zh) * | 2011-06-03 | 2011-10-19 | 西北核技术研究所 | 一种开关与电容器一体化的快放电单元 |
CN103731965A (zh) * | 2012-10-13 | 2014-04-16 | 陕西杰创科技有限公司 | 一种实现脉冲氙灯良好闪光效果的驱动电路 |
CN105204561A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-12-30 | 西北核技术研究所 | 一种短脉冲高幅值冲击电流发生器 |
CN107957211A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-24 | 西北核技术研究所 | 一种光起爆的一维平面爆轰波发生装置及方法 |
CN108493087A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-04 | 姚智伟 | 集成高压电源的场发射自聚焦脉冲x射线发生装置 |
CN209448957U (zh) * | 2018-11-16 | 2019-09-27 | 西北核技术研究所 | 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
2012 IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC);Bochkov V, et al;Development of Compact High-Voltage Electronic Vacuum Devices;664-667 * |
Z箍缩和闪光照相用快脉冲功率源技术的发展;邱爱慈;孙凤举;;强激光与粒子束(第12期);1937-1946 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109327953A (zh) | 2019-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107869342B (zh) | 一种基于液电脉冲激波的管道清垢与岩层压裂装置 | |
CN109327953B (zh) | 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 | |
Savage et al. | Status of the Z pulsed power driver | |
CN108630065B (zh) | 脉冲磁场调控航天器黑障区强耗散等离子体的实验装置 | |
CN103826379B (zh) | 非平衡等离子体产生装置及颗粒状粉末表面改性处理*** | |
CN101835335B (zh) | 一种等离子体发生装置和产生等离子体的方法 | |
Sharma et al. | Development and characterization of repetitive 1-kJ Marx-generator-driven reflex triode system for high-power microwave generation | |
Neuber et al. | A compact, repetitive, 500kV, 500 J, Marx generator | |
Song et al. | Recent advances in compact repetitive high-power Marx generators | |
CN209448957U (zh) | 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 | |
Bochkov et al. | Development of high-power gas discharge and electronic vacuum devices for pulsed electrophysic. Current status and prospects | |
CN105158617B (zh) | 一种基于电子诱发的充放电模拟器 | |
Liu et al. | Study on generation characteristics of plasma jets of multi-electrode in a pulse vacuum discharge | |
CN106231772B (zh) | 基于调制射频的动态等离子体产生装置 | |
US3289026A (en) | High intensity reproducible shock radiation source | |
CN106851955A (zh) | 一种产生大体积大气压均匀放电的装置及方法 | |
Mazarakis et al. | Linear transformer driver (LTD) development at Sandia National Laboratory | |
CN110940233A (zh) | 一种内聚球面波发生器 | |
Choyal et al. | Development of a 300-kV Marx generator and its application to drive a relativistic electron beam | |
Demidov | Applications of Helical Magneto-Cumulative Generators in Physical Experiments | |
Sterzelmeier et al. | Electromagnetic armor test facility with modular pulsed power conceptual design | |
Wang et al. | Numerical Study on Low Pressure Discharge of Microwave Stepped Impedance Transformer | |
US9408286B1 (en) | Short pulse neutron generator | |
Clark et al. | An overview of sandia national laboratories’ plasma switched, gigawatt, ultra-wideband impulse transmitter program | |
CN108301997A (zh) | 基于z-pinch无火花塞的脉冲等离子体推力器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |