CN209448957U - 一种大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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
本实用新型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、以化学爆炸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。化学爆炸模拟实验主要有柔爆索加载、薄片炸药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，薄片炸药加载中，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炸药，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，是较为理想的化学爆炸加载方法，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。但是上述光敏炸药加载方式缺少能够起爆光敏炸药的大面积闪光光源，以引爆喷涂在壳体结构表面的光敏炸药，进而用于模拟强脉冲X射线引起的脉冲载荷作用。
实用新型内容
本实用新型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。
本实用新型的技术方案是：
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。
本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本实用新型通过金属丝电爆炸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，实现了大面积光敏炸药的均匀同步起爆，是模拟强脉冲X射线热-力学效应最为可行的方法。
2本实用新型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.本实用新型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爆炸等离子体光辐射，更易获得大面积均匀辐射的强脉冲闪光。
4.本实用新型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为本实用新型大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源结构示意图；
图2为本实用新型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为本实用新型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实用新型的内容作进一步详细描述：
本实用新型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。本实用新型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炸药，进而模拟强脉冲X射线引起的脉冲载荷作用。
本实用新型通过金属丝电爆炸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，实现了大面积光敏炸药的均匀同步起爆，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所示为本实用新型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。本实用新型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。
本实用新型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。
本实用新型的金属丝阵列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。
本实用新型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爆炸等离子体光辐射，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爆炸等离子体，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。
本实用新型通过金属丝电爆炸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，使得金属丝产生电爆炸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爆炸，可以组成大面积强脉冲闪光。
Claims (8)
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。
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。
3.根据权利要求2所述的大面积紫外光波段的脉冲强闪光光源，其特征在于：所述高压同轴电缆(5)的特征阻抗小于50欧姆。
4.根据权利要求1或2或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)为1～20根金属丝并联组成的平面丝阵。
5.根据权利要求4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。
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：所述金属丝阵列(6)中金属丝的直径为0.1～0.5mm。
7.根据权利要求6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。
8.根据权利要求7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。
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