【正文】 ? 1985年，俄羅斯， Kalchatov， Fusion， 2MV,40MA,90ns ? 中國， ? 1979, 西南工程物理研究院， 6MV,100KA,80ns， 閃光 － I 號(hào) ? 1995，合肥， 30GW,500KA, FUSION ? 1980～，中國工程物理研究院，星光－ 1，星光－ 2，神光－ 3 ? 西北核技術(shù)所，閃光－ 2， 1MA, 1MV, 相對(duì)論電子束加速器 ? 華中科技大學(xué) , 哈爾濱工程大學(xué)等聯(lián)合 “神光 III” 美國和俄羅斯目前在脈沖功率技術(shù)上處于領(lǐng)先地位。 ?1962年，英國原子能研究中心的 導(dǎo)的研究小組，將 Marx發(fā)生器與 Blumlien的專利結(jié)合起來，建造了世界上第一臺(tái) 強(qiáng)流相對(duì)論電子束加速器 SOMG（ 3MV， 50kA， 30ns），脈沖功率達(dá) TW（ 1012W）量級(jí)，開創(chuàng)了高功率脈沖技術(shù)的新紀(jì)元。 ? 第二次世界大戰(zhàn)期間，企圖用于軍事的 電磁炮和其他研究再度興起，也促進(jìn)了脈沖功率科學(xué)技術(shù)的形成和發(fā)展。 教材及參考書 ?選用教材 李正贏，脈沖功率技術(shù)，水利電力出版社， 1992 ?主要參考書 1）王瑩，高功率脈沖電源，原子能出版社， 1991 2） Pai ., Qi Zhang， Introduction to high power pulse technology， Singapore : World Scientific, 1995 3）劉錫三，高功率脈沖技術(shù)，國防工業(yè)出版社， 2022 4） ，江偉華、張弛譯，脈沖功率系統(tǒng)的原理與應(yīng)用，清華大學(xué)出版社， 2022 5）韓旻，鄒曉兵，張貴新，脈沖功率技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社， 2022 ? 1938年，美國人 Kingdon和 Tanis第一次提出用高壓脈沖電源放電產(chǎn)生 微秒級(jí)脈寬的閃光 X 射線 ； ? 1939 年，蘇聯(lián)人制成真空脈沖 X射線管，并把閃光 X 射線照相技術(shù)用于彈道學(xué)和爆轟物理學(xué)實(shí)驗(yàn)。 1 概 念 什么是脈沖功率技術(shù)？？ 1 概 念 研究產(chǎn)生各種強(qiáng)電（納秒級(jí)高壓）脈沖功率輸出的發(fā)生器系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)。 質(zhì)子 ，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 重子具有質(zhì)量 G eV 。 代表一個(gè) 電子 （所帶電量為 10^(19)庫侖 ）經(jīng)過 1伏特 的 電場 加速后所獲得的 動(dòng)能 。 脈沖寬度： 定義不明確，有的定義為 半高寬 脈沖最大值的50%處的時(shí)間寬度，也有定義為 底寬 在幅值的 90%處的時(shí)間寬度。 下降時(shí)間： 同理。感知 電 世界 講 座 電 能的 應(yīng) 用 脈沖功率技術(shù) 熊 蘭 電氣工程學(xué)院 概 念 目 錄 1 發(fā) 展 2 技 術(shù) 3 應(yīng) 用 4 其 他 5 2022/5/27 3 什么是脈沖功率？？ ?將儲(chǔ)存的能量以電能的形式，用單脈沖或重復(fù)頻率的短脈沖方式加到負(fù)載上。 ?技術(shù)指標(biāo)： 1 概 念 電 壓： 103107V 電子能量： eV（電子伏） 束流大?。?103107A 脈沖寬度： 束流功率： 總能量： 1kJ15MJ 2022/5/27 4 常見波形 1 概 念 上升時(shí)間： 電壓峰值從10%上升到 90%所需要的時(shí)間。 上升時(shí)間和下降時(shí)間主要依賴于負(fù)載阻抗。 電子伏特 (electron volt)，簡稱為電子伏，縮寫為 eV ，是 能量 的單位。電子伏與 SI制的能量單位 焦耳 （ J）的換算關(guān)系： 1eV= 10^(19)J 例如，一個(gè) 電子 及一個(gè)正子（電子的 反粒子 ），都具有質(zhì)量大小為 511 keV ，能對(duì)撞毀滅以產(chǎn)生 M eV 的能量。 核爆 中帶電粒子的能量范圍約在 至 3 M eV，而大氣中分子的能量約為 eV 將粒子的能量從電子伏特轉(zhuǎn)換到開氏溫度時(shí)，要乘以 11,605。 由 初始儲(chǔ)能 技術(shù)（電容器儲(chǔ)能、電感器儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、核能等）產(chǎn)生所需的初級(jí)脈沖波形（毫秒到微秒量級(jí)），然后再利用 脈沖成形和開關(guān) 技術(shù)，在時(shí)間尺度上通過對(duì)能量的脈沖進(jìn)行 壓縮、整形 ，實(shí)現(xiàn)輸出 脈沖峰值功率的放大 ，并輸出到 負(fù)載 ，為高科技裝置和新概念武器提供強(qiáng)電脈沖功率源。 采用 高壓脈沖電容器并聯(lián)充電、串聯(lián)放電 方式來獲得較高電壓脈沖。 2 發(fā) 展 2022/5/27 9 2 發(fā) 展 ?1947年，英國人 ，把傳輸線波的折反射原理用于脈沖形成線，在納秒脈沖放電 方面取得了突破。 之后，大型脈沖功率裝置雨后春筍般地在世界各國建立： 1986年建成 PBFAII 裝置，其峰值電壓為 12MV、電流 、脈寬 40ns，其二極管束能為 ，脈沖功率 1014W，是世界上第一臺(tái)功率闖過 100TW 大關(guān)的脈沖功率裝置。 美國從事脈沖功率技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)有 Sandia國家實(shí)驗(yàn)室、Lawrence Livermore國家實(shí)驗(yàn)室、 Maxwell實(shí)驗(yàn)室、 Los Alamos科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、海軍武器研究中心、 Texas技術(shù)大學(xué)等。 1972年美國陸軍的 Hary Diamond實(shí)驗(yàn)室建成了 Aurora裝置 ,這個(gè)聞名遐邇的設(shè)備由 4臺(tái) Marx發(fā)生器組成 ,是脈沖功率史上的一個(gè)里程碑 。 2 發(fā) 展 俄羅斯從事脈沖功率技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)有庫爾恰托夫研究所、新西伯利亞核物理所、托姆斯科大電流電子學(xué)研究所、電物理裝備所、列別捷夫所等 , 建造了許多大型的 Marx成形線型聯(lián)合裝置 ,1985 年建成的 AHrapa25就是其中之一。從事脈沖功率技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)有東京大學(xué)、熊本大學(xué)、大阪大學(xué) 、長崗技術(shù)大學(xué)等 , 較著名的裝 置有大阪大學(xué)的 Raiden2IV和1986年長崗技術(shù)大學(xué)建成 ETIGO 2II。中科院等離子體物理研究所、中科院高能物理研究所、中科院電工技術(shù)研究所、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)等單位的研究水平居于國內(nèi)領(lǐng)先地位。 20世紀(jì) 90 年代以后，國內(nèi)相繼又建成的裝置有西北核技術(shù)研究所的 “ 閃光 II 號(hào) ” ,中國工程物理研究院和上海光機(jī)所“神光 II號(hào) ”，華中科技大學(xué)等聯(lián)合研制的“神光 III”。 ?第二階段是以“水”代替“油”，發(fā)展了低阻抗強(qiáng)流電子束加速器，脈沖功率達(dá)到了數(shù)十TW量級(jí)。 2022/5/27 16 2 發(fā) 展 ?第四次突破 感應(yīng)加速腔（脈沖功率技術(shù)結(jié)合直線加速器）， ?第五次突破口 發(fā)展重復(fù)頻率脈沖技術(shù)。 2022/5/27 17 幾次重大突破 2 發(fā) 展 初始能源 中間儲(chǔ)能 脈沖壓縮 和變換 負(fù)載 ms us ns 輸出： 激光、粒子束、等離子體、強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場、EM 槍、微波等 10MW 1TW 高功率脈沖發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu) 3 設(shè) 備 Marx 發(fā)生器 脈沖 形成線 饋電 傳輸線 二極管 電子束 或離子束 ? 電能（電容器，電感，超導(dǎo)） ? 機(jī)械能 （電動(dòng)機(jī)，慣性儲(chǔ)能） ? 化學(xué)能 （火藥，蓄電池） ? 傳輸線 ? 核能 儲(chǔ) 能 3 設(shè) 備 火藥： 2～ 20 kJ/g 核能： 104 MJ/g 儲(chǔ) 能 3 設(shè) 備 儲(chǔ) 能 儲(chǔ)能密度 2022/5/27 22 電容儲(chǔ)能 （多為陶瓷介質(zhì)電容） 電 容 儲(chǔ) 能3 設(shè) 備 電壓形式 在同樣的電流下，電感儲(chǔ)能密度是電容儲(chǔ)能密度的 25倍。 單級(jí)沖擊電壓發(fā)生器 電容儲(chǔ)能 (多臺(tái)電容器并聯(lián)； Marx發(fā)生器 ) 3 設(shè) 備 2022/5/27 24 電感儲(chǔ)能 3 設(shè) 備 電流形式 用 電感 儲(chǔ)能產(chǎn)生高壓脈沖的方法有 4 種： ①單級(jí)電感儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換放電（包括電阻性轉(zhuǎn)換和電容性轉(zhuǎn)換）； ②多級(jí)電感儲(chǔ)能脈沖發(fā)生器（分組時(shí)序并聯(lián)、多級(jí) MEATGRINDER 和逐級(jí)壓縮的電感儲(chǔ)能）； ③用電流過零方法產(chǎn)生連續(xù)脈沖（電橋抵消脈沖、反向抵消脈沖和串聯(lián)抵消脈沖）； ④用鐵磁元件變換脈沖（鐵氧體傳輸線和非線性電感磁壓縮）等。 儲(chǔ)存在旋轉(zhuǎn)機(jī)械和飛輪中的動(dòng)能是 旋轉(zhuǎn)機(jī)械能 ，不僅儲(chǔ)能密度高，而且提取方便。 慣性儲(chǔ)能 3 設(shè) 備 優(yōu)勢： 儲(chǔ)能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，可移動(dòng)。 慣性儲(chǔ)能 3 設(shè) 備 常用慣性儲(chǔ)能 ?直流 換向直流脈沖發(fā)電機(jī) 單極脈沖發(fā)電機(jī) ?交流 同步發(fā)電機(jī) 補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī) 慣性儲(chǔ)能 類型 能量密度 kJ/kg 功率密度 kW/kg 典型脈寬 s 典型電壓 V 短路電流 kA 儲(chǔ)能時(shí)間 s 體比能 密度 MJ/m3 直流 發(fā)電機(jī) 1 1800 1 100 20 單極 發(fā)電機(jī) 70 100 2022 415 150 同步 發(fā)電機(jī) 71 6900 6 3000 30 補(bǔ)償交流發(fā)電機(jī) 250 104103 6000 71 254 100 慣性儲(chǔ)能機(jī)械的典型分類和性能 慣性儲(chǔ)能 作為初級(jí)高壓脈沖電源，通常由 電容器 構(gòu)成以下各種發(fā)生器： ①蓄電池 電容器聯(lián)合脈沖電源； ②電容器并聯(lián)或串聯(lián)，多半構(gòu)成沖擊電流發(fā)生器； ③經(jīng)典 Marx發(fā)生器（沖擊電壓發(fā)生器），電容并聯(lián)充電后串聯(lián)放電輸出高