一种产生脉冲大电流的多路LTD并联装置的制作方法

一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置
技术领域
1.本发明涉及高电压、大电流、短脉冲产生装置，尤其涉及一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置。


背景技术：

2.z箍缩装置是利用超高脉冲功率源输出的瞬态大电流作用在等离子体辐射负载(金属丝阵或喷气)上，从而产生高温、高压、强辐射等极端物理条件，在z箍缩惯性约束聚变、极端条件材料科学、辐射效应科学、实验室天体物理等领域具有重要应用。目前国际上已建成的峰值电流最大的z箍缩装置为美国圣地亚国家实验室的zr装置，输出峰值电流最高达26ma，脉冲上升时间约100ns。国内最大的z箍缩装置为中国工程物理研究院的聚龙一号装置(英文名pts)，脉冲上升时间约90ns，输出峰值电流8-10ma。这些已建成的电流数兆安～数十兆安装置均采用传统的多级脉冲压缩技术路线，初级脉冲功率源通常由数十路marx发生器并联，先产生脉冲上升时间约数微秒的太瓦级电脉冲，之后再通过中储电容与中储开关、脉冲形成线与主开关、输出线与峰化开关等脉冲功率部件的配合使用，将脉冲上升时间压缩至数十～百纳秒。采用传统多级脉冲压缩路线的大型脉冲功率装置，存在能量传输效率低、运维难度大、故障冗余度低、输出脉冲极性难以更换等难题。
3.2000年前后，俄罗斯科学院大电流研究所首创了快脉冲直线型变压器驱动源(linear transformer drivers，ltd)技术，不需要多级脉冲压缩，可直接产生前沿约数十纳秒～百纳秒快脉冲，可大幅提高z箍缩装置的能量传输效率，被认为是下一代数兆安～数十兆安脉冲大电流产生装置最有前景的技术路线。国际上先后提出了多台产生数兆安～数十兆安脉冲大电流的ltd装置概念设计，比较有代表性的是美国圣地亚实验室2015年提出的z-300和z-800装置概念设计。z-300装置概念设计主要由多路ltd脉冲源、整体径向传输线、多层高压绝缘堆栈和圆盘锥真空磁绝缘传输线系统组成。ltd脉冲源分三层、共90路并联，每路ltd脉冲源由33级模块串联组成，每级模块直径约2m，高度22cm，由20个峰值功率5gw的主放电支路并联组成，每级模块均需要通过高压电缆引入两路峰值电压约120kv、上升时间约20ns的电脉冲作为模块内20个支路同步放电的启动信号，90路ltd脉冲源共需要引入5940路电触发脉冲。整体径向传输线外径约20.6m，径向传输距离约7.7m，采用去离子水绝缘，分为三层，每层为圆盘径向三板线，上下两个地电极为整体圆盘，中间高压电极为“挖洞”平板，目的在于调节整体径向传输线的特征阻抗，z-300装置整体径向线的输入阻抗为0.044ω，输出阻抗为0.165ω。z-300多层高压绝缘堆栈用于隔离整体径向传输线内的去离子水与圆盘锥真空磁绝缘传输线内真空，绝缘堆栈直径约4.78m，分为上、中、下共六层组成，有48片厚度约5.75cm绝缘环和44片厚度0.95cm均压环组成。六层圆盘锥真空磁绝缘传输线将电脉冲从半径约2.39m处传输汇聚至厘米尺度的物理负载上。z-300装置主体直径约35m、初级储能48mj，输出峰值电流约48ma，上升时间约100ns，从装置到负载动能的传输效率约9.8％，用于驱动z箍缩负载，产生高强度x射线，驱动聚变靶丸实现聚变点火。z-800装置结构、系统组成与z-300装置相同，主要差别在于每路ltd脉冲源串联模块数量由33增加
至60、每级模块内并联支路数量由20个增加至30个，整体径向传输线、多层高压绝缘堆栈的尺寸也更大，z-800装置直径52m，储能130mj，负载峰值电流约67ma、脉冲上升时间约100ns，从装置到负载动能的传输效率约6.4％。
4.2016年，中国工程物理研究院核物理与化学研究所提出了一种峰值电流5ma装置概念设计。ltd脉冲源共有48个模块组成，采用6路并联，每路ltd脉冲源由8级模块串联。每级模块需要引入一路峰值电压约120kv、上升时间约20ns的电脉冲来作为触发信号。与其他装置不同，该概念设计装置没有采用去离子水，包括ltd次级传输线在内均采用真空磁绝缘传输线，多路ltd输出通过同轴型真空磁绝缘传输线传输、汇聚脉冲至真空靶室，不再采用多层高压绝缘堆栈和圆盘锥真空磁绝缘传输线。由于装置采用全真空线实现多路脉冲传输与汇聚，ltd脉冲源和真空传输线的特征阻抗不匹配，输出波形畸变较大，且由于部分电流以真空鞘层电子流形式存在，无法被负载利用，造成能量传输效率低。该装置ltd脉冲源充电
±
90kv时，预期输出峰值电流4.7ma，上升时间约91ns，驱动丝阵负载动能约63.2kj，从装置储能到负载动能传输效率约11.6％。
5.2017年，美国rochester大学与圣地亚国家实验室联合提出了峰值电流12.5ma、上升时间约100ns的15tw脉冲功率装置概念设计，由10路ltd脉冲源、10路同轴输出线、一套水平三板径向传输线、一套绝缘堆栈和圆盘锥真空磁绝缘传输线组成。每路ltd脉冲源由16级模块串联组成，每级模块内包含22个并联放电支路，每级ltd模块至少需要通过两路高压电缆引入两路触发脉冲，才能实现本级模块内22个并联支路的同步放电。每路ltd连接长度约2m的同轴输出线，同轴输出线连接在中央汇聚水池上，在中央汇聚水池内，直径约60cm的同轴输出线过渡变换为水平三板径向传输线，并连接在直径约3.0m的多层高压绝缘堆栈上。ltd次级水线、同轴输出线和中央汇聚水池内的去离子水是连通的。绝缘堆栈分为上下两层，由8片厚度约2.5cm的绝缘环和6片厚度约0.8cm的均压环组成。该装置储能约2.75mj，驱动z箍缩负载，峰值电流约12.5ma，上升时间约100ns，负载动能约450kj，装置储能到动能的传输效率约16.4％，装置计划用于开展多种高能量密度物理实验。
6.以上几种基于ltd技术路线的数兆安～数十兆安脉冲大电流产生装置，都采用多路ltd脉冲源并联，每路ltd脉冲源都由多级ltd模块串联组成，且每级ltd模块均至少需要通过2路高压电缆引入两路幅值约120kv、上升时间约20ns的电脉冲来作为启动触发信号。在多路电脉冲传输与汇聚方面差异比较大，z-300和z-800概念设计装置采用了变阻抗的整体径向传输线，降低了功率和能量传输效率，z-300和z-800装置能量传输效率(动能/储能)均低于10％。采用全真空线的5ma概念设计装置，由于ltd脉冲源与真空传输线的特征阻抗难以匹配，输出波形畸变较大，真空传输电流损失大，能量传输效率也比较低，从装置储能到负载动能的传输效率仅11.6％。15tw概念设计装置采用了阻抗匹配的水线来传输脉冲，但也存在以下几方面问题：一是单层轮辐状均布的ltd脉冲源只能驱动两层高压绝缘堆栈和圆盘锥磁绝缘传输线，无法满足一些脉冲硬x射线负载要求四层高压绝缘堆栈和圆盘锥磁绝缘传输线的应用，限制了开展实验的负载构型；二是同轴输出线长度较短，多路ltd脉冲源之间难以电气隔离，无法满足多路ltd脉冲源之间时序调控、输出脉冲电流上升时间调制需要；三是同轴输出线与多层高压绝缘堆栈的过渡转换结构复杂，同轴输出线与中央汇聚水池内的去离子水连通，绝缘堆栈检修不便。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决现有脉冲大电流产生装置能量传输效率低、单层均布的ltd脉冲源无法驱动两层以上高压绝缘堆栈、同轴输出线与绝缘堆栈的过渡转换结构复杂、同轴输出线与中央汇聚水池内去离子水连通导致检修不便等技术问题，提供一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置。
8.为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
9.一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特殊之处在于，包括p路ltd脉冲源、p根同轴输出线、中央汇聚水池、p套水平三板传输线、多层高压绝缘堆栈以及圆盘锥真空磁绝缘传输线；p为大于等于2的整数；
10.所述p路ltd脉冲源沿圆周单层轮辐均布，用于产生前沿约数十纳秒的多路太瓦级电脉冲；所述同轴输出线的始端连接相应ltd脉冲源次级传输线的末端，同轴输出线的电长度大于ltd脉冲源输出脉冲半高宽，用于实现多路太瓦级电脉冲的空间传输及相邻两路电脉冲之间的电气隔离；所述同轴输出线和ltd次级传输线均采用去离子水作为绝缘介质；
11.所述中央汇聚水池为盛放去离子水的环形容器，p套水平三板传输线环形均布于中央汇聚水池内的去离子水中；所述中央汇聚水池外侧壁上均匀设置有p个绝缘隔板，用于实现中央汇聚水池中去离子水与同轴输出线中去离子水的物理隔离；所述同轴输出线的末端通过中央汇聚水池和绝缘隔板与相应水平三板传输线的始端连接，用于将产生的电脉冲通过同轴输出线连接到环形中央汇聚水池上，并在中央汇聚水池内，通过p套水平三板传输线将电脉冲传输汇聚到多层高压绝缘堆栈上；
12.所述多层高压绝缘堆栈为中空柱状结构，其与中央汇聚水池同轴设置，多层高压绝缘堆栈的外侧壁与中央汇聚水池内的去离子水接触，水平三板传输线的末端连接多层高压绝缘堆栈外侧壁的输入端；多层高压绝缘堆栈的内侧壁以内区域为真空；
13.所述圆盘锥真空磁绝缘传输线位于多层高压绝缘堆栈内侧的真空区域，且与多层高压绝缘堆栈层数相同；圆盘锥真空磁绝缘传输线与多层高压绝缘堆栈的输出端电连接，用于将脉冲大电流传输汇聚至厘米量级尺度的物理负载上。
14.进一步地，所述ltd脉冲源包括串联的多级ltd模块；
15.所述多级ltd模块结构均相同，可以使装置中处于串、并联任意位置的两个ltd模块能够互换使用，用于提高装置的模块化水平及维护便利性。
16.进一步地，所述每级ltd模块包括一个触发支路和多个并联的主放电支路；
17.所述触发支路的触发开关设置为光触发气体开关，主放电支路的触发开关设置为电触发气体开关，触发支路的光触发气体开关仅需要通过光纤引入一路能量约为数十微焦的激光脉冲作为启动信号，通过其产生的高压电脉冲触发相应ltd模块内其他多个主放电支路中的电触发气体开关同步放电。
18.进一步地，所述同轴输出线包括同轴套设的外筒和内筒，其内筒为第一高压电极，外筒为第一地电极，内筒内侧区域、外筒和内筒的间隙均设置为去离子水；
19.每路所述同轴输出线始端的第一高压电极和第一地电极分别连接相应ltd脉冲源中ltd次级传输线末端的高压电极和地电极，同轴输出线末端的第一地电极连接中央汇聚水池的外侧壁，其末端的第一高压电极均连接水平三板传输线的始端。
20.进一步地，所述水平三板传输线包括中间的第二高压电极以及位于第二高压电极
两侧的两个第二地电极；
21.所述同轴输出线末端的第一高压电极穿过绝缘隔板与相应水平三板传输线始端的第二高压电极连接，同轴输出线末端的第一地电极和水平三板传输线始端的第二地电极均与中央汇聚水池的外侧壁连接。
22.进一步地，所述多层高压绝缘堆栈中每两层高压绝缘堆栈为一组，每组高压绝缘堆栈的接触面中间设置有第三高压电极，每组高压绝缘堆栈的上下端面分别设置有第三地电极。
23.进一步地，所述多层高压绝缘堆栈为两层结构；
24.所述p套水平三板传输线的第二高压电极和第二地电极均分别与多层高压绝缘堆栈的第三高压电极和第三地电极电气连接。
25.进一步地，所述多层高压绝缘堆栈为四层结构，上面两层形成上层多层高压绝缘堆栈，下面两层形成下层多层高压绝缘堆栈；
26.所述p套水平三板传输线包括交错分布的第一组水平三板传输线和第二组水平三板传输线；
27.所述第一组水平三板传输线的第二高压电极和第二地电极均分别与上层多层高压绝缘堆栈的第三高压电极和第三地电极电气连接，第二组水平三板传输线的第二高压电极和第二地电极均分别与下层多层高压绝缘堆栈的第三高压电极和第三地电极电气连接。
28.进一步地，所述ltd脉冲源的初级采用sf6气体作为绝缘介质。
29.本发明相比于现有技术的有益效果为：
30.1、本发明提供的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，ltd次级传输线、同轴输出线以及水平三板传输线均采用去离子水介质绝缘，减少了真空电流损失和脉冲波形畸变，提高了能量传输效率。
31.2、本发明提供的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，多路ltd脉冲源、同轴输出线呈单层布置，多层高压绝缘堆栈和圆盘锥真空磁绝缘传输线可以是两层或者四层布置，便于驱动不同构型的负载。
32.3、本发明提供的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，同时设置同轴输出线的电长度大于ltd脉冲源输出的脉冲半高宽，保证了相邻两路电脉冲之间的电气隔离，便于多路ltd脉冲源之间的时序调控和脉冲电流上升时间调制，满足多种类型负载对驱动电流上升时间的需要。
33.4、本发明提供的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，在中央汇聚水池外侧壁上均匀设置有p个绝缘隔板，一方面可以简化同轴输出线到水平径向三版线的过渡转换结构，另一方面可以使同轴输出线和环形中央汇聚水池内的去离子水物理隔离，方便了中央汇聚水池内绝缘堆栈的维护检修。
34.5、本发明提供的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，每路ltd脉冲源由数十级完全相同的ltd模块组成，装置中处于串、并联任意位置的两个ltd模块可以互换使用，极大提高了装置的模块化水平和集成度，提高了装置的维护便利性。
35.6、本发明提供的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，每级ltd模块包括一个触发支路和多个并联的主放电支路。触发支路设置为光触发气体开关，通过采用光纤脉冲激光触发，每个模块仅需要引入一路能量约数十微焦级的光纤激光作为启动信号，来触发
本级ltd模块内多个放电支路的电触发气体开关同步放电。相比于现有ltd模块至少需要通过高压电缆引入两路电脉冲来作为启动信号，本发明极大地简化了ltd装置的同步触发系统。
附图说明
36.图1为本发明一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置实施例的结构示意图；
37.图2为本发明一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置实施例的截面剖视图；
38.图3为本发明一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置实施例的结构俯视图；
39.图4为本发明实施例中同轴输出线、中央汇聚水池以及水平三板传输线的连接示意图；
40.图5为本发明实施例中水平三板传输线的结构示意图；
41.图6为本发明实施例中水平三板传输线的正视图；
42.图7为本发明实施例中多层高压绝缘堆栈的正视图；
43.图8为本发明实施例中驱动初始半径1.2cm、高度1.5cm、总质量为0.45mg的z箍缩丝阵负载时的电流峰值和上升时间曲线示意图。
44.具体附图标记如下：
45.1-ltd脉冲源，11-ltd模块；2-同轴输出线，21-第一高压电极，22-第一地电极；3-中央汇聚水池；4-水平三板传输线，41-第二高压电极，42-第二地电极；5-多层高压绝缘堆栈，51-第三高压电极，52-第三地电极，53-绝缘环，54-均压环；6-圆盘锥真空磁绝缘传输线；7-绝缘隔板。
具体实施方式
46.为使本发明的优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
47.如图1-图3所示，一种产生5ma脉冲大电流的多路ltd并联装置，包括六路ltd脉冲源1、六根同轴水线、中央汇聚水池3、六套水平三板传输线4、多层高压绝缘堆栈5以及圆盘锥真空磁绝缘传输线6。六路ltd脉冲源1圆周单层均布在直径为12m的圆周上，用于产生前沿约数十纳秒的多路太瓦级电脉冲。每路ltd脉冲源1均由10级完全相同的ltd模块11串联组成。每级ltd模块11包括24个并联放电支路，具体为1个触发支路和23个主放电支路。特别地，本发明中触发支路包括2只第一电容器和一只光触发气体开关，主放电支路包括2只第二电容器和一只电触发气体开关；本实施例中第一电容器的电容为12nf，第二电容器的电容为30nf，光触发气体开关和电触发气体开关的电压均为
±
100kv。具体的，触发支路的光触发气体开关仅需要引入一路能量约数十微焦级的光纤激光作为启动信号，来触发同级ltd模块11内其他主放电支路的电触发气体开关同步放电。调控每路ltd脉冲源1中各触发支路激光脉冲到达时刻，使ltd脉冲源1内的上千只高功率电触发气体开关按时序同步触发，从而实现多级ltd模块11输出电脉冲的高效叠加。相比于现有的ltd模块11至少需要通过高压电缆引入两路电脉冲作为启动信号，本发明极大地简化了ltd装置的同步触发系统。一根锥形内筒从首端插入多级ltd模块11的轴心，锥形内筒与多级ltd模块11的内壁构成了阻抗匹配的ltd次级传输线，其中，ltd初级腔体采sf6气体作为绝缘介质，锥形内筒中设置
有去离子水，即ltd次级传输线采用去离子水作为绝缘介质，可以使ltd次级传输线的特征阻抗随着模块位置线性增大。
48.7、同轴输出线2包括同轴套设的外筒和内筒，其内筒为第一高压电极21，外筒为第一地电极22，内筒内侧区域、外筒和内筒的间隙均设置为去离子水，使同轴输出线2采用去离子水作为绝缘介质。每路同轴输出线2的始端连接相应ltd脉冲源1中ltd次级传输线的末端，其长度约3m，且ltd次级传输线的锥形内筒与同轴输出线2的内筒中的去离子水连通。本发明中设置同轴输出线2的电长度大于ltd脉冲源1输出脉冲半高宽，在实现多路太瓦级电脉冲的空间传输的同时电气隔离相邻两路电脉冲，便于各路ltd脉冲源1之间的时序调控和脉冲电流上升时间调制，以满足多种类型负载对驱动电流上升时间的需要。
49.中央汇聚水池3为盛放去离子水的环形容器，本实施例中其直径为6.0m；六套水平三板传输线4环形均布于中央汇聚水池3内的去离子水中。如图5、图6所示，每套水平三板传输线4包括位于中间的第二高压电极41和位于第二高压电极41两侧的两个第二地电极42。中央汇聚水池3外侧壁上均匀设置有p个绝缘隔板7，用于实现中央汇聚水池3中去离子水与同轴输出线2中去离子水的物理隔离，方便中央汇聚水池内绝缘堆栈的维护检修；优选的，本实施例中绝缘隔板7采用聚乙烯亚胺。同时，绝缘隔板的设置还可以，同轴输出水线到水平三板传输线的的过渡转换结构。如图4所示，同轴输出线2末端的第一高压电极21穿过绝缘隔板7与相应水平三板传输线4始端的第二高压电极41连接，同轴输出线2末端的第一地电极22和水平三板传输线4始端的第二地电极42均与中央汇聚水池3的外侧壁连接，用于将产生的电脉冲通过同轴输出线2连接到环形中央汇聚水池3上。
50.多层高压绝缘堆栈5为多层中空柱状结构，其与中央汇聚水池3同轴设置。多层高压绝缘堆栈5作为水介质和真空介质的隔离部件，其内侧壁以内区域为真空，其外侧壁与中央汇聚水池3内的去离子水接触。多层高压绝缘堆栈5的下端面和中央汇聚水池3的环形底面通过中心基座8固定在工作台上。如图7所示，本实施例中多层高压绝缘堆栈5的直径为2.0m，分为上下两层，每层包括5片厚度为3cm的高压绝缘环53和4片厚度为0.8cm的硬质阳极氧化铝均压环54，5片高压绝缘环53和4片硬质阳极氧化铝均压环54相互交叠设置；两层高压绝缘堆栈中间设置有第三高压电极51，多层高压绝缘堆栈5上下两个端面分别设置有第三地电极52。六套水平三板传输线4末端的第二高压电极41和两个第二地电极42均分别连接多层高压绝缘堆栈5的第三高压电极51和两个第三地电极52，用于在中央汇聚水池3内通过六套水平三板传输线4将电脉冲传输汇聚到多层多层高压绝缘堆栈5上。在本发明的其他实施例中，多层高压绝缘堆栈5还可以设置为四层结构，形成两组高压绝缘堆栈，便于驱动不同构型的负载；六套水平三板传输线4分为交错分布的第一组水平三板传输线4和第二组水平三板传输线4，第一组水平三板传输线4末端的第二高压电极41和第二地电极42均分别与上层的一组高压绝缘堆栈中第三高压电极51和第三地电极52电气连接，第二组水平三板传输线4的第二高压电极41和第二地电极42均分别与下层的一组高压绝缘堆栈中第三高压电极51和第三地电极52电气连接。
51.圆盘锥真空磁绝缘传输线6位于多层高压绝缘堆栈5内侧的真空区域，其层数与多层高压绝缘堆栈5的层数相同，本实施例中圆盘锥真空磁绝缘传输线6也相应的由上下两层并联组成。圆盘锥真空磁绝缘传输线6与多层高压绝缘堆栈5电连接，用于将脉冲大电流传输汇聚至厘米量级尺度的物理负载上。
52.本发明的ltd次级传输线、同轴输出线2、水平三板传输线4均采用去离子水作为绝缘介质，在电脉冲的传输和汇聚过程中，可实现ltd脉冲源1、同轴输出线2和水平三板三板线3的特征阻抗匹配。
53.为了更好的理解本发明相比于现有采用全真空线ltd装置的优势，以下通过装置驱动金属丝阵负载时的实施效果对比进行进一步说明。
54.本发明实施例中产生5ma脉冲大电流的多路ltd并联装置，与文献中采用全真空线的ltd装置参数对比见表1，两台装置ltd脉冲源充电电压均为
±
90kv高压直流电源压置，当驱动相同的z箍缩丝阵负载(初始半径1.2cm、高度1.5cm、总质量为0.45mg)，如图8所示，本发明的多路ltd并联装置产生脉冲电流的峰值为4.7ma、上升时间约为60ns，负载动能约为61kj，从装置储能到负载动能的传输效率为18％。文献中采用全真空线的ltd装置，产生脉冲电流的峰值和丝阵负载动能与本发明装置相同，然而电流上升时间增大至90ns，从装置储能到负载动能的传输效率降低至11.7％。在产生相同的脉冲电流峰值和负载动能情况下，采用本发明技术路线的5ma装置，与采用全真空线的ltd装置相比，减少了以往ltd次级采用真空磁绝缘传输线造成的真空电流损失和脉冲波形畸变，输出脉冲波形前沿更快，有利于减弱z箍缩聚爆等离子体不稳定性，且其能量传输效率更高，需要的装置储能更小，有利于降低装置造价。
55.表1本发明实施例装置与文献中全真空线ltd装置参数对比
[0056][0057]
本发明提出的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，采用快前沿ltd技术直接产生前沿约数十纳秒的多路太瓦级电脉冲，采用阻抗匹配的同轴输出线2和水平三板传输线4实现多路电脉冲传输，其ltd次级传输线、同轴输出线以及水平三板传输线均采用去离子水介质绝缘，同时设置同轴输出线的电长度大于ltd脉冲源输出的脉冲半高宽，在减少真空电流损失和脉冲波形畸变，提高能量传输效率的同时，保证了相邻两路电脉冲之间的电气隔离。本发明针对驱动负载种类及构型的要求，通过中央汇聚水池3内水平三板传输线4的交错设置，在ltd脉冲源1单层圆周辐射状布局情况下，可以驱动双层或者四层多层高压绝缘堆栈，可在快z箍缩、强流二极管、磁驱动飞片等负载上产生数兆安～数十兆安脉冲大电流，在强脉冲x辐射模拟、z箍缩等领域具有重要应用。
[0058]
以上仅为本发明的一个具体实施例，在本发明的其他实施例中，通过增加ltd脉冲源1、同轴输出线2以及中央汇聚水池3内水平三板传输线4的并联路数，可以增加输出电流峰值。通过调整ltd脉冲源1中各ltd模块11内主放电支路的电容器容量，可以调节输出电流的上升时间。
[0059]
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对上述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护
技术方案的范围。

技术特征：
1.一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：包括p路ltd脉冲源(1)、p根同轴输出线(2)、中央汇聚水池(3)、p套水平三板传输线(4)、多层高压绝缘堆栈(5)以及圆盘锥真空磁绝缘传输线(6)；p为大于等于2的整数；所述p路ltd脉冲源(1)沿圆周单层轮辐均布；所述同轴输出线(2)的始端连接相应ltd脉冲源(1)中ltd次级传输线的末端，同轴输出线(2)的电长度大于ltd脉冲源(1)输出脉冲半高宽，用于实现多路太瓦级电脉冲的空间传输及相邻两路电脉冲之间的电气隔离；所述同轴输出线(2)和ltd次级传输线均采用去离子水作为绝缘介质；所述中央汇聚水池(3)为盛放去离子水的环形容器，p套水平三板传输线(4)环形均布于中央汇聚水池(3)内的去离子水中；所述中央汇聚水池(3)外侧壁上均匀设置有p个绝缘隔板(7)，用于实现中央汇聚水池(3)中去离子水与同轴输出线(2)中去离子水的物理隔离；所述同轴输出线(2)的末端通过中央汇聚水池(3)和绝缘隔板(7)与相应水平三板传输线(4)的始端连接；所述多层高压绝缘堆栈(5)为中空柱状结构，其与中央汇聚水池(3)同轴设置，多层高压绝缘堆栈(5)的外侧壁与中央汇聚水池(3)内的去离子水接触，水平三板传输线(4)的末端连接多层高压绝缘堆栈(5)外侧壁的输入端；多层高压绝缘堆栈(5)的内侧壁以内区域为真空；所述圆盘锥真空磁绝缘传输线(6)位于多层高压绝缘堆栈(5)内的真空区域，且与多层高压绝缘堆栈(5)层数相同；圆盘锥真空磁绝缘传输线(6)与多层高压绝缘堆栈(5)的输出端电连接，用于将脉冲大电流传输汇聚至厘米量级尺度的物理负载上。2.根据权利要求1所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述ltd脉冲源(1)包括串联的多级ltd模块(11)；所述多级ltd模块(11)结构均相同。3.根据权利要求2所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述每级ltd模块(11)包括一个触发支路和多个并联的主放电支路；所述触发支路的触发开关设置为光触发气体开关，主放电支路的触发开关设置为电触发气体开关。4.根据权利要求3所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述同轴输出线(2)包括同轴套设的外筒和内筒，其内筒为第一高压电极(21)，外筒为第一地电极(22)，内筒内侧区域、外筒和内筒的间隙均设置为去离子水；每路所述同轴输出线(2)始端的第一高压电极(21)和第一地电极(22)分别连接相应ltd脉冲源(1)中ltd次级传输线末端的高压电极和地电极，同轴输出线(2)末端的第一地电极(21)连接中央汇聚水池(3)的外侧壁，其末端的第一高压电极(22)均连接水平三板传输线(4)的始端。5.根据权利要求4所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述水平三板传输线(4)包括中间的第二高压电极(41)以及位于第二高压电极(41)两侧的两个第二地电极(42)；所述同轴输出线(2)末端的第一高压电极(21)穿过绝缘隔板(7)与相应水平三板传输线(4)始端的第二高压电极(41)连接，同轴输出线(2)末端的第一地电极(22)和水平三板传输线(4)始端的第二地电极(42)均与中央汇聚水池(3)的外侧壁连接。
6.根据权利要求5所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述多层高压绝缘堆栈(5)中每两层高压绝缘堆栈为一组，每组高压绝缘堆栈的接触面中间设置有第三高压电极(51)，每组高压绝缘堆栈的上下端面分别设置有第三地电极(52)。7.据权利要求6所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述多层高压绝缘堆栈(5)为两层结构；所述p套水平三板传输线(4)的第二高压电极(41)和第二地电极(42)均分别与多层高压绝缘堆栈(5)的第三高压电极(51)和第三地电极(52)电气连接。8.根据权利要求6所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述多层高压绝缘堆栈(5)为四层结构，形成两组高压绝缘堆栈；所述p套水平三板传输线(4)包括交错分布的第一组水平三板传输线(4)和第二组水平三板传输线(4)；所述第一组水平三板传输线(4)的第二高压电极(41)和第二地电极(42)均分别与上层的一组高压绝缘堆栈中第三高压电极(51)和第三地电极(52)电气连接，第二组水平三板传输线(4)的第二高压电极(41)和第二地电极(42)均分别与下层的一组高压绝缘堆栈中第三高压电极(51)和第三地电极(52)电气连接。9.根据权利要求1-8任一所述的一种产生脉冲大电流的多路ltd并联装置，其特征在于：所述ltd脉冲源(1)的初级采用sf6气体作为绝缘介质。

技术总结
本发明提供了一种产生脉冲大电流的多路LTD并联装置，用于解决现有脉冲大电流产生装置能量传输效率低、单层均布LTD脉冲源无法驱动两层以上高压绝缘堆栈、同轴输出线与绝缘堆栈过渡转换结构复杂以及检修不便等技术问题。本发明的多路LTD并联装置，采用阻抗匹配的同轴输出线和水平三板传输线实现多路电脉冲传输，LTD次级传输线、同轴输出线以及水平三板传输线均采用去离子水绝缘，通过中央汇聚水池内水平三板传输线的交错设置，在LTD脉冲源单层圆周辐射状布局情况下，可以驱动双层或四层结构的多层高压绝缘堆栈；再通过多层高压绝缘堆栈真空侧的圆盘锥真空磁绝缘传输线将脉冲大电流传输汇聚至物理负载上。电流传输汇聚至物理负载上。电流传输汇聚至物理负载上。


技术研发人员：魏浩 姜晓峰 王志国 姚伟博 吴撼宇 降宏瑜 来定国 杨海亮 孙凤举 邱孟通
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/7/11