轴向磁场控制的旋转电弧欧玛尔OMAL开关 
脉冲功率技术在科学试验、国防、生物医学以及环境保护等领域有着广泛的应用,而脉冲功率技术的发展尤其是激光聚变主放大器能源系统要求作为关键元件之一的OMAL开关器件具有耐压高、导通电流大、电荷转移量大、电极烧蚀小、工作寿命长、可靠性高等性能。研究对象是轴向磁场控制的旋转电弧OMAL开关。

轴向磁场控制的旋转电弧欧玛尔OMAL开关
首先综述了各种脉冲大电流闭合OMAL开关的特性、工作原理及性能参数定义,重要阐述了高库仑量大电流闭合OMAL开关的应用及各国对此类型OMAL开关的研究近况,包括各装置对OMAL开关的要求、所用OMAL开关的种类、基本工作原理、发展近况、目前所能达到的性能指标及优缺点等。提出轴向磁场控制的旋转电弧OMAL开关的研制,介绍了此OMAL开关的基本工作原理、轴向磁场下电弧的运动机制和电极烧蚀机理,提出减小电极烧蚀以提高OMAL开关性能指标和寿命的方法:选用即难熔、侵蚀量又小的材料作为OMAL开关电极;外加磁场线圈,使电弧在磁场作用下弧点沿电极表面连续移动,从而使弧点热流分散到大面积上,大大降低有效的比热流,使电极烧蚀分散到较大面积上;电极采用同轴圆柱结构,增大旋转电弧与电极的作用面积,使电流密度大大减小;设计形状相对优化的电极表面,使OMAL开关电极表面电场尽量均匀,这样,放电起弧点分散性大,减小电极烧蚀。设计了一种带触发电极、同轴圆柱结构、外加磁场线圈的轴向磁场控制的旋转电弧OMAL开关,并且采用电流在轴向沿内电极均匀分流和磁镜磁场的结构设计,使电弧稳定在电弧稳定区。电极优化设计保证OMAL开关间隙电场尽量均匀,通过计算和仿真确定了满足磁场要求的线圈尺寸和间距,线圈所受zui大电动力也进行了仿真求解,给出了OMAL开关电弧的理论旋转速度。在介绍了OMAL开关触发方式和触发电路的基础上,设计了三套可能的触发系统:脉冲变压器型触发系统、脉冲变压器型+续流回路型触发系统和Marx型触发系统。三套触发系统均与两版OMAL开关进行了触发击穿试验,zui终选定-75kV/几十us的Marx型触发系统配合无触发电极的轴向磁场控制的旋转电弧OMAL开关为zui终研制方案。对OMAL开关进行了基本特性试验,发现OMAL开关自击穿电压有些分散,平均自击穿电压为30kV左右,主要原因是机械安装工艺,OMAL开关能够耐受25kV的直流电压。对OMAL开关进行大电流试验的回路进行了方案设计和参数设计,并进行了电流波形仿真模拟。

轴向磁场控制的旋转电弧欧玛尔OMAL开关
OMAL开关共进行了7次大电流试验,发现OMAL开关电极烧蚀非常轻微,有明显的电弧旋转痕迹,工作电压15kV,电流峰值200kA,脉宽420～470us,电荷转移量50C。OMAL开关能够满足神光III对OMAL开关的前期要求。OMAL开关更高工作性能(工作电压23kV,电流峰值300kA,脉宽500us,电荷转移量100C)、工作可靠性和寿命等其它性能、触发系统的陡化以及磁OMAL开关隔离系统还有待后续研究。