介紹了“巨龍一號(hào)”四層圓盤(pán)錐磁隔離傳輸線（MITL）的基本原理。CPIPIC平臺(tái)上，使用非均勻網(wǎng)格和周期性對(duì)稱邊界條件，建立了“巨龍1號(hào)”的四層圓盤(pán)錐MITL的三維粒子模擬模型。義了相應(yīng)的參數(shù)，并使用并行電流算法來(lái)模擬隔離堆棧和MITL上各層的電流和向下電流，并將其與理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。真結(jié)果表明，整個(gè)裝置達(dá)到磁隔離狀態(tài)后具有較高的傳輸效率，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相互驗(yàn)證為將來(lái)的研究提供了保證。年來(lái)，Z-pinch等離子內(nèi)爆技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。Z捏脈沖功率設(shè)備中，傳輸線以MW和TW數(shù)量級(jí)的功率流傳輸高功率脈沖[1]。于高功率電脈沖受到介質(zhì)在介質(zhì)中傳播過(guò)程中電介質(zhì)擊穿力的限制，因此介質(zhì)的空間尺寸必須較大，從而導(dǎo)致目標(biāo)區(qū)域附近的電場(chǎng)強(qiáng)度很高設(shè)備的故障，很容易導(dǎo)致介電傳輸線出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致傳輸失敗[2？ 3]。
　　此，如果使用真空MITL [4-6]脈沖功率器件，則可以獲得高功率脈沖傳輸和中心區(qū)域的融合。其他介質(zhì)傳輸線相比，MITL四層圓盤(pán)錐體可以在中央?yún)R合區(qū)域會(huì)聚幾個(gè)脈沖[7]。前，典型的代表性設(shè)備是美國(guó)的Z和ZR設(shè)備，以及中國(guó)最新的“ Julong One”設(shè)備[6]?！熬摭堃惶?hào)”是中國(guó)自主研發(fā)，亞洲最大的最大實(shí)驗(yàn)高電流和超大功率脈沖裝置，最大輸出電流為10 MA，上升時(shí)間為脈沖約90 ns。裝置采用24個(gè)周長(zhǎng)均勻分布的結(jié)構(gòu)，同軸部分的上下兩層通過(guò)水介質(zhì)的自動(dòng)分解開(kāi)關(guān)直接實(shí)現(xiàn)從同軸結(jié)構(gòu)到三平面?zhèn)鬏斁€的過(guò)渡。
　　本文中，從粒子模擬的角度來(lái)看，在CHIPIC粒子模擬軟件平臺(tái)上，使用并行算法對(duì)“ Julong One”設(shè)備的MITL四層圓盤(pán)錐進(jìn)行了數(shù)值研究，并且分析傳播和融合的過(guò)程。果相互驗(yàn)證。1顯示了在“巨龍1號(hào)”中使用的MITL四層圓盤(pán)錐體[6]的基本結(jié)構(gòu)。的主要結(jié)構(gòu)包括隔離堆，室外MITL，中央集中器（DPHC），室內(nèi)MITL和充電區(qū)域。離堆棧分為四層：A，B，C和D，每層都有6個(gè)隔離環(huán)和5個(gè)均衡環(huán)，中央總線區(qū)域會(huì)匯聚MITL傳輸?shù)拿}沖功率內(nèi)部MITL中的外部，最后將其傳輸?shù)截?fù)載以產(chǎn)生電磁內(nèi)爆。了獲得更好的磁絕緣效果，已在負(fù)載上選擇了短路負(fù)載。個(gè)MITL四層圓盤(pán)錐的直徑約為2 m，高度為1.5 m。外MITL具有圓錐形配置，分別標(biāo)記為A，B，C和D層。[θa]和[θc]分別表示陽(yáng)極板和陰極板的坐標(biāo)。央?yún)R合區(qū)由12個(gè)“柱孔”結(jié)構(gòu)組成，其中一個(gè)是“陽(yáng)極柱”，該陽(yáng)極柱通過(guò)兩個(gè)橢圓形陰極孔連接三個(gè)陽(yáng)極，兩個(gè)橢圓形陰極孔打開(kāi)形成“柱孔”結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到脈沖功率匯合的目的。四層圓盤(pán)錐MITL器件中，脈沖功率通過(guò)隔離堆棧進(jìn)入外部MITL，然后由DPHC收斂到內(nèi)部MITL并傳輸?shù)截?fù)載。傳輸過(guò)程中，流經(jīng)外部MITL的電流不會(huì)超過(guò)磁隔離所需的最小電流，并且空間電荷電流會(huì)損失在外部MITL上。電流增加并且大于磁隔離電流時(shí)，空間電荷電流不再在外部MITL上丟失。陽(yáng)極上，但沿著能量流傳播方向的運(yùn)動(dòng)損失在DPHC柱上，并且通過(guò)DPHC損失的內(nèi)部MITL在陽(yáng)極上損失，最終傳遞給負(fù)載為了產(chǎn)生電磁爆燃[8-10]，因此在傳輸過(guò)程中，為了獲得更好的傳輸效率，傳輸電流必須高于磁絕緣所需的最小電流。MITL達(dá)到磁絕緣的最小電流僅與幾何阻抗（或幾何因數(shù)）和陽(yáng)極電壓有關(guān)。公式中：[I0 =] [2πm0c（μ0e），] [m0，] [c，] [μ0]和[e]是電子間靜止質(zhì)量，真空下的光速，l的磁導(dǎo)率“免費(fèi)空間和電子收費(fèi)額分別； [g]是幾何因子，[g ＝ 60Z0；] [γm]是形成磁絕緣體后電子鞘邊緣的電壓[Vm]相對(duì)論邊緣電勢(shì)； [V1]是陽(yáng)極電位。據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)備每一層上的脈沖功率的電壓[VA，] [VB，] [VC，] [VD]為2.03 MV，2.32 MV，2.35 MV，2.41 MV。且通過(guò)將每層的電壓與公式（1）至（3）組合，每層之外的MITL的最小磁隔離電流為[IA =] 1.079 MA，[IB =] 1.094 MA， [IC =] 0.959 MA，電纜[ID =] 0.960 MA。于外部MITL部件的角坐標(biāo)很小，因此設(shè)備的外部MITL部件和中央?yún)R合部件的網(wǎng)格要求非常好，因此建模過(guò)程中的網(wǎng)格數(shù)量非常大，并且網(wǎng)格總數(shù)約為[6.5×106]。管上一篇文章提到了使用周期性限制和不均勻的網(wǎng)格，但是在整個(gè)模擬過(guò)程中，由于粒子發(fā)射面積大，單個(gè)PC的模擬時(shí)間花費(fèi)了更多時(shí)間150小時(shí)。于模擬3D粒子[11-12]的連接體積數(shù)據(jù)交換的并行算法可以加快模擬速度。2顯示了使用5個(gè)PC進(jìn)行并行算法建模的示意圖（其中子區(qū)域1到子區(qū)域4是隔離堆棧和外部MITL區(qū)域，子區(qū)域5是中央?yún)R合區(qū)域）。
　　了獲得類似于實(shí)際情況的脈沖電源電壓波形，工作過(guò)程中充電的脈沖電源的上升沿約為120 ns。端的張力與時(shí)間之間的關(guān)系如圖6所示。7是結(jié)構(gòu)各層絕緣疊層上觀察點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，表1為表1和圖7的絕緣堆疊的每一層的仿真過(guò)程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于這些數(shù)據(jù)，可以看出，由于每一層的阻抗和電壓分布不同在器件的結(jié)構(gòu)中，各層的峰值電壓不同，但上升沿保持一致，約為75 ns。真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的上升沿與電壓峰值基本相同。面的分析分析說(shuō)，當(dāng)電流增加并且大于最小磁隔離電流時(shí)，空間電荷通量不再在外部MITL的陽(yáng)極上損失。8示出了外部MITL的顆粒和總線的中心區(qū)域在100ns處的相空間圖。時(shí)，通過(guò)傳輸線傳輸?shù)碾娏鞔笥谕獠縈ITL上的最小磁隔離電流，并且外部MITL具有磁隔離狀態(tài)的現(xiàn)象。文分析了該器件的結(jié)構(gòu)以及一個(gè)MITL四層圓盤(pán)錐體的磁隔離傳輸，并從理論上計(jì)算了MITL每層的最小磁隔離電流。

　　于CHIPIC軟件，使用并行計(jì)算方法對(duì)設(shè)備的MITL四層圓盤(pán)錐體的傳輸和匯合進(jìn)行了全局?jǐn)?shù)字仿真。過(guò)仿真獲得了隔離電池，中間部分和總線部分的電流。于每一層的陽(yáng)極電流都高于該層的MITL的最小磁隔離電流，因此仿真結(jié)果表明整個(gè)器件具有很高的傳輸效率。真結(jié)果也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了核對(duì)，它們吻合得很好。項(xiàng)工作保證了將來(lái)的進(jìn)一步研究。
　　本文轉(zhuǎn)載自
　　電纜 http://gloriver.com