高功率Z_Pinch脉冲源技术的发展
一种新型Z-Pinch PPT的设计和试验

一种新型Z-Pinch PPT的设计和试验史宝春;王平阳;梁轲;田雷超【期刊名称】《中国空间科学技术》【年(卷),期】2018(038)005【摘要】提出一种基于Z-Pinch原理但无需火花塞而自点火新型微脉冲等离子体推力器(Z-Pinch SI-PPT).为了降低推力器的点火电压以及去掉尺寸减小和轻量化的限制,采用点火和放电一体化的改性聚四氟乙烯为推进剂,两个电极分别为钉状阳极和中心有孔的阴极.相比于传统Z-Pinch PPT和平行板脉冲等离子体推力器,该推力器的优点是没有活动部件、火花塞以及为火花塞供电的电源,结构更加简单紧凑.目前研制的该型推力器本体尺寸包络仅有21 mm左右,质量为15 g.在保持较大推功比优势基础上,点火放电的电压峰值仅为同样自点火的同轴PPT的24%,气体PPT 的2.4%.真空舱内多次点火实现累计脉冲1万多次的试验结果表明,该推力器点火电压为480 V,推功比为17.83μN/W,平均推力为85.6μN.【总页数】8页(P90-97)【作者】史宝春;王平阳;梁轲;田雷超【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240;上海空间推进研究所,上海 201112【正文语种】中文【中图分类】V439+.4【相关文献】1.一种基于新型MPPT算法的光伏充电器设计 [J], 李征2.一种基于新型MPPT算法的光伏充电器设计 [J], 李征;3.一种基于Boost并联结构的新型DMPPT系统设计 [J], 秦虓;王涛;卢禹卓4.一种新型播种机的设计与试验研究 [J], 程腾;同思萍;马晓虹;刘志林5.一种新型Ⅰ期临床试验的模型辅助设计方法--贝叶斯最优区间(BOIN)设计 [J], 仲子航;陈峰;袁鹰;程建成;于宣宣;杨旻;谭明敏;赵杨;柏建岭;于浩因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
多通道可延时同步脉冲产生系统研究

U Xi—qin,MA Cheng-gang,ZHAO Juan,LUAN Chong—biao,LI Hong—tao
(Keylaboratory ofPulsedPower,Institute ofFluid晰 sics,CAEP,P.O.Box 919-107,Mianyang621900,China)
差 ,确 保 系 统 中各 通 道 在 触 发 时 间 上 的 一 致 性 。实 现 达 到 装 的 可 靠 性 、稳 定 性 和抗 干 扰 性 。
置 对 多 路 同步 性 的要 求 ;以 及 在 某 高 功 率 装 置 FRC调 试 系
1 系统 结构 及 原 理
统 中 ,通 过 精 确 控 制 三 路 高 压 脉 冲 源 去 功 率 微 波 、强 激 光 以 及 粒 子 束 聚 变 等 脉 冲 功 率 领 域 号和 电信号触 发模 式 ,控 制 FPGA 芯片产 生可延 时脉 冲信
中 ,采 用 触 发 多 级 多 通 道 开关 来 实 现 脉 冲 装 置 系统 的 主 同步 号 ,经 电 平转 换 及 驱 动 电 路 后 ,在 负 载 上 可 同 时 输 出 l0路 延
摘 要 :为 满 足 高 功 率 脉 冲 实验 中对 不 同电 压 等 级 Marx的 触 发 控 制 和 系统 负栽 对 电流 的 需 求 , 实现 脉 冲 功 率 的 有 效 叠加 ,要 求 在 满 足 系统 装 置 稳 定 运 行 的 前提 下 ,对 每 一 路 脉 冲 功 率 单 元 系统 的 触 发 时序 达 到 可精 确 控 制 。 多通 道 可 延 时 同 步 脉 冲 产 生 系统 针 对 这 一 问 题 ,通 过 对 时 序 逻 辑 的 精 确 分 析 以及 合 理 采 用 FPGA 技 术 .不 仅 提 供 产 生 l0路
脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述

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高功率脉冲激光的应用技术研究

高功率脉冲激光的应用技术研究随着科技的不断进步,各种新技术不断涌现,其中高功率脉冲激光技术可谓是一种非常独特的技术。
高功率脉冲激光由于其高能量、高功率、高光束质量等优点,已经广泛应用于半导体加工、医疗仪器、科学研究等多个领域。
接下来,本文将结合现有的研究成果,探讨一下高功率脉冲激光在以上几个领域的应用技术研究。
一、半导体加工领域在半导体微电子工艺中,高功率脉冲激光已经成为一种重要的加工工具。
它可以实现非常精确的微加工,如通过激光去掉在芯片表面的较浅的层和光刻胶、在硅片表面去除氧化层的技术等。
与传统的机械加工方式相比,高功率脉冲激光加工的优点在于加工过程中不会导致物料热变形,所以加工精度相对较高。
同时,高功率脉冲激光的能量浓度很高,可以加工许多难以在微纳尺度以上制备的材料,例如可以在硅片上制作出纳米孔,这些纳米孔可以作为传感器的基础元件,并且可以广泛应用于生物学和化学学科。
二、医疗仪器领域高功率脉冲激光技术在医疗领域中也有很大的应用。
例如它可以在眼部手术中用来精确地切割组织,如角膜,其他更为复杂的手术也会利用高功率脉冲激光,如激光去斑、激光除毛等。
在这些操作中,精确的操作给患者带来更少的疼痛以及更快的康复时间,这些都大大提高了手术的成功率。
三、科学研究领域在科学研究领域,高功率脉冲激光用于研究类光子学和高强度超快光物理等领域,这些领域中对脉冲的需要就十分重要了。
例如,在类光子学中,高功率脉冲激光可以用来制造非常精细的有序周期性结构,同时通过改变激光功率和波长等参数,产生并研究类光子晶体现象。
另外,在高强度超快光物理领域,高功率的脉冲激光可以用来实现各种激光实验。
例如,可以使用高功率脉冲激光来产生高能量的带电粒子束,这些粒子束可以用于研究物质结构的变化和物质中电子、离子等元素对X射线产生的影响。
通过不同的实验技术及条件,可以探究更多与物质结构相关的问题。
在科技上的不断更新换代,高功率脉冲激光在各个领域中得到了广泛的应用,并发挥着越来越重要的作用。
电火花脉冲电源研究现状及发展趋势

电火花脉冲电源研究现状及发展趋势随着电加工技术应用于模具、汽车、航空航天等领域,对加工精度、速度和效率的要求越来越高,而电火花脉冲电源作为其核心部件之一,其性能优劣直接影响是电火花加工技术的各项指标。
文章主要介绍了电火花脉冲电源分类,关键技术和展望。
标签:电火花;脉冲电源;发展趋势1 概述电火花加工技术,俗称电加工,即EDA(Electrical Discharge Machining),是国家装备制造业“十二五”发展规划提出的能够推动制造业发展,需要调整转型、创新升级的技术之一[1]。
电加工技术原理是利用脉冲放电对被加工工件进行处理,具有无须接触、可精确控制,能够保证工件具有较好的加工表面质量和精度,既可用于加工质地较硬、较脆和韧性材料,又可加工各种表面复杂、具有窄缝及低刚度零件,现已广泛应用于模具、汽车、航空航天等领域。
电火花加工技术,起源于20世纪中期,主要包括脉冲电源部分、机械系统部分。
电火花脉冲电源,由于其优劣不仅决定着电火花线切割加工表面质量和加工精度,而且决定了生产加工效率、稳定性和电能的利用率及电极丝的损耗等指标,可称为电火花线切割机床的“心脏”部分,一直是电火花线切割技术领域研究的热点。
随着能源的日益枯竭和社会智能化的加剧,节能、高效和智能型产品的研发越来越重要,故而高效、节能、智能的脉冲电源成为电加工行业研究的重中之重[2]。
2 电火花脉冲电源的分类及关键技术根据电火花加工过程中电极的放电状态和电源电路的结构可将脉冲电源分为独立式和非独立式两种类型的脉冲电源电路。
非独立式使用RC式脉冲电源较多,而独立式电源使用功率晶体管作为主回路的控制元件独立供电[3]。
2.1 RC式脉冲电源RC式脉冲电源,其工作工程相当于电容和电阻充放电过程。
电源正脉冲来临,则储能电容通过电阻充电,当电容电压升高到击穿电压,通过电极瞬间放电从而形成电火花来对金属进行加工。
此類脉冲电源有设计简单、成本低廉和工作相对可靠等优点,具有可产生脉冲宽度较小的特点,可用于微细电火花加工中。
中国脉冲功率科技进展简述

术攻关,加大协同创新和应用推广。
关键词: 脉冲功率; 高功率微波; 加速器; 电磁发射; Z 箍缩; X 射线; 工业应用
中图分类号: TM85
文献标志码: A doi: 10.11884/HPLPB202032.200040
Review of Chinese pulsed power science and technology
Cong Peitian
(State Key Laboratory of Intense Pulsed Radiation Simulation and Effect, Northwest Institute of Nuclear Technology, P. O. Box 69-10, Xi’an 710024, China)
摘 要: 从脉冲功率科学技术的基本内涵出发,回顾我国脉冲功率发展历史,按照高功率脉冲加速器建设
历程,我国脉冲功率技术发展史可大致分成三个阶段:自主创业、加速成长到创新超越;尝试以国际视野介绍
我国在闪光照相、Z 箍缩、高功率微波、电磁发射和工业应用等方面的发展成就;简要阐述脉冲功率技术未来
发 展 趋 势 , 建 议 大 力 发 展 先 进 辐 射 源 技 术 , 关 注 爆 磁 压 缩 技 术 , 加 强 HPM、 抗 核 加 固 和 电 磁 发 射 等 各 类 负 载 技
第 32 卷第 2 期 2020 年 2 月
强 激 光 与 粒 子 束
HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS
Vol. 32,No. 2 Feb.,பைடு நூலகம்020
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中国脉冲功率科技进展简述
丛培天
(西北核技术研究院 强脉冲辐射环境模拟及效应国家重点实验室,西安 710024)
快Z-箍缩――有前景的聚变能源新途径

快 Z-箍缩——有前景的聚变能源新途径
彭先觉,华欣生
(中国工程物理研究院, 四川绵阳 621900)
[摘要] 简要介绍了快Z−箍缩的基本概念;综述了快Z−箍缩等离子体研究及其作为高能密度物理与惯性约束聚变 (ICF),尤其作为低成本聚变能源研究的最新进展;探讨了快Z−箍缩驱动ICF作为聚变能源可能遇到的技术问题及 应用前景。 [关键词] 快 Z−箍缩内爆; 高能密度物理; 惯性约束聚变; 聚变能源 [中图分类号] O532 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742(2008)01-0047-07
20世纪中叶早期的可控热核研究就试图用这种方法来实现热核反应经过一番变换之后在磁流体力学中把洛仑兹力变成了磁压形式即数十兆安电流可以产生数百万大气压的向心推力使负载迅速获得10cms以上高速度电磁收稿日期20070529基金项目国家自然科学基金重点资助项目10375010作者简介彭先觉1941男湖南湘潭县人中国工程院院士中国工程物理研究院研究员主要从事核物理及应用研究
1.4 关于驱动器
用于上述目的的 Z−Pinch 驱动器,应是快上升
pin 管 脉冲功率

pin 管脉冲功率在我们现代科技社会中,高功率脉冲技术在许多领域中都有着广泛的应用,如激光、雷达、通信等。
在这一领域中,PIN管作为一种关键元件,发挥着至关重要的作用。
本文将介绍PIN管的原理、优势以及在脉冲功率应用中的具体案例,同时探讨我国在PIN管技术研发的发展状况和未来发展趋势。
首先,我们来了解一下脉冲功率的定义和重要性。
脉冲功率是指在非常短的时间内,设备能够输出很高的功率。
这种功率输出方式具有很高的峰值和效率,能够在短时间内完成大量能量的转换和传递。
在许多高技术领域,脉冲功率技术起着核心作用,是实现高性能设备的关键。
接下来,我们来探讨PIN管的原理和结构。
PIN管,全称为Positive Ion Negative Ion管,是一种半导体器件。
它主要由阳极、阴极和栅极组成。
在工作过程中,PIN管通过栅极控制阳极与阴极之间的电流,实现高功率脉冲的输出。
与传统半导体器件相比,PIN管具有更高的脉冲承受能力、更低的寄生电容和更快的响应速度,因此在脉冲功率应用中具有显著优势。
那么,PIN管在脉冲功率应用中的优势具体表现在哪些方面呢?首先,PIN管具有很高的脉冲承受能力,可以承受高电压、高电流的脉冲冲击。
其次,其寄生电容较低,有利于提高系统的稳定性。
此外,PIN管的响应速度快,能够实现高速脉冲输出。
这些优势使得PIN管在脉冲功率领域具有广泛的应用前景。
实际上,PIN管在我国已成功应用于多个领域。
例如,在激光领域,PIN 管作为激光器的关键元件,为高功率激光器提供了稳定的脉冲输出。
在雷达领域,PIN管的高功率脉冲技术为雷达系统的远程探测提供了有力支持。
此外,在通信、医疗、航空航天等领域,PIN管技术也发挥着重要作用。
然而,尽管我国在PIN管技术研发方面取得了一定的成绩,但与发达国家相比,仍存在一定差距。
为了缩小这一差距,我国还需加大对PIN管技术研发的投入,提高创新能力。
展望未来,随着科技的不断发展,PIN管技术将面临更多挑战。
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收稿日期:2000202216作者简介:孙凤举(19672),男,山东籍,助研,博士生,主攻等离子体开关技术和脉冲功率技术应用研究。
综述和述评高功率Z -P i nch 脉冲源技术的发展孙凤举1,2,邱爱慈2,邱毓昌1,曾江涛2,蒯斌2(11西安交通大学电气学院,陕西西安710049;21西北核技术研究所,陕西西安710024)摘要:概述了脉冲功率系统中的电容储能、电感储能和磁感应储能技术。
基于直线型脉冲变压器(L TD )、电感储能(IES )、等离子体断路开关(PO S )以及真空磁绝缘传输线(M ITL )技术的低电感、模块化快脉冲源将来可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z 2P inch 装置。
关键词:高功率Z 2P inch ;直线型脉冲变压器;电感储能中图分类号:TL 6;O 531;O 539 文献标识码:A 文章编号:100323076(2001)01200442051 引言Z 2P inch 开始于六十年代受控热核聚变(CT F )反应的研究,其结构简单、造价低廉、运行方便,且效率较高,但是在八十年代以前,由于受当时脉冲功率技术水平的限制和Z 2P inch 等离子体不稳定性的困扰,进展一直比较缓慢。
96年以来,Z 2P inch 技术取得重大突破,主要在于采用了高功率短脉冲大电流驱动多丝阵列负载,目前Z 2P inch 正成为当今国际上十分活跃的科学前沿研究领域[1,2]。
高功率Z 2P inch 的品质与高功率脉冲源的参数紧密相关,Z 2P inch 技术要得到发展和应用,在很大程度上取决于脉冲功率源的技术水平。
驱动惯性约束聚变(I CF )的Z 2P inch 要求脉冲源储能数十M J ,脉冲电流约50~60M A [2],尽管国外在PB FA 2Z 装置上获得了出色的实验结果,但PB FA 2Z 装置距上述要求还存在很大差距,采用的技术按照能够承担得起的造价、体积和效率要求很难扩大到更高的功率水平[3]。
作为高功率Z 2p inch 的脉冲源,要求技术风险小,运行重复性、可靠性和能量传输效率高,结构紧凑、造价低廉,这关系到Z 2p inch 在I CF 中是否能有更大的竞争力。
因此,国际上正在发展新的技术,探索合适的高功率Z 2p inch 脉冲源技术途径。
近三十年来,脉冲功率技术发展了电容、电感和磁感应储能以及为压缩脉宽的各种高功率开关等技术,下面对传统的电容储能和近年来发展较快的电感储能、磁感应储能技术作简单介绍。
2 电容储能与电感储能技术直到七十年代中期,脉冲功率技术一直以电容储能与闭合开关技术为基础。
因为去离子水的介电常数高(Ε~81),采用水介质同轴线作中间储能电容,储能大、阻抗低,容易获得高功率大电流脉冲。
水介质同轴线电容储能是比较成熟的技术,国外早期建造的脉冲功率装置基本采用水介质同轴线技术,如美国的Satu rn 装置和PB FA 2Z 装置等;国内如西北核技术研究所研制的“闪光二号”相对论电子加速器等。
图1(a )为简单的电容储能装置电路原理示意图,实际的电容储能系统一般采用多级水线脉冲压缩段以获得高功率短脉冲大电流,见图2(a )。
水介质同轴线电容储能与闭合开关技术的主要缺点是:1)由于传输线的电容耦合,在最终需要的高电压脉图1 (a )(b )分别为简单的电容储能和电感储能充放电电路原理示意图冲(主脉冲)到达负载之前,负载上产生了虽幅值较低但作用时间较长的电压脉冲(预脉冲),如为抑制预脉冲而增加脉冲线和开关的数目,则系统的可靠性降低;2)为了获得~100n s 高功率大电流脉冲驱动Z 2p inch 负载,初级储能需要经过几级水线脉冲成形、压缩和传输,因此系统庞大、结构复杂、造价过高;3)电容储能的能量密度由于受材料的击穿场强的限制,比电感储能的能量密度低约2个量级,并且水线之间的高电压闭合开关由于绝缘的限制,本质上电感不容易降低。
电容储能与闭合开关技术存在的问题促使人们寻找另外的技术途径,电感储能(Inductance Energy Sto rage ,以下简称IES )与断路开关技术因此而发展起来。
图1(b )为简单的电感储能装置的原理示意图,实际的电感储能装置也要采用多极断路开关,如图2(b )。
电感储能与电容储能相比,储能密度高,系统体积小、重量轻、造价降低,因此应用电感储能有潜力得到更高的能量利用率和脉冲功率;电感储能系统的绝缘问题相对容易解决。
图2(a )典型多极闭合开关的电容储能系统(b )典型多极断路开关的电感储能系统IES 必须使用断路开关才能将能量释放到负载中去。
断路开关有很多种,如等离子体断路开关(P las m a Open ing Sw itch ,以下简称为PO S )、等离子体流开关、电子束控制反射开关和电爆炸金属导体断路开关等。
IES优点的发挥依赖于断路开关的性能,即传导时间、传导电流、断开阻抗及阻抗变化率和抖动,传导时间增加可以显著减小脉冲功率装置的造价和复杂程度[4]。
目前,电感储能首选的断路开关仍然是PO S 开关,但PO S 传导电流达到数M A 、传导时间接近1微秒时,断路性能变差[5,6]。
为了改善PO S 的性能,采用了外加辅助磁场[7,8]提高断路阻抗、降低断路抖动的措施,但仍处于初步的实验阶段。
因此,建造大型脉冲功率装置,技术上风险比较低的途径是采用水介质同轴线电容储能和电感储能组合,如美国在建的可用于Z 2P inch 等离子体辐射源和韧致辐射源的D ECAD E[9]装置由储能600kJ 的M arx 发生器+中间储能水介质同轴线电容+触发气体开关+输出水线+真空同轴线储能电感+ PO S+磁绝缘传输线(M ITL)的基本模块多个并联构成。
由于初级储能源的放电时间较长和PO S性能的限制,不得不采用水介质同轴线电容储能和电感储能的组合结构。
为了彻底消除庞大笨重的水线,提高能量传输效率,要求初级储能源对储能电感充电的四分之一周期接近断路开关的传导时间,因此,必须研究快初级储能脉冲源技术,或设法提高断路开关的性能。
3 磁感应储能技术为了提高IES的能量利用率,技术途径之一是采用快初级储能脉冲源,近年来由于高电压低电感脉冲电容器以及低电感大电流高压气体开关技术的进步,使基于磁感应的模块化直线型脉冲变压器快脉冲源(称为L inear T ran sfo r m er D river,简称L TD)发展起来。
磁感应技术,既可用于初级储能,又可用于中间储能阶段的能量会聚、传递(称为Inductive V o ltage A dder,简称I VA)。
L TD 和I VA原理上与脉冲变压器相同,它不仅结构紧凑和电感小,而且模块之间串联、并联使用非常方便,典型装置有美国的H er m es2III 装置[10],日本京都大学的A SO2X装置[11]等,俄罗斯强流电子学所与法国CEG合作对L TD技术进行了研究[12]。
图3为直线型脉冲变压器和电感储能 PO S组合式脉冲源驱动Z2P inch丝阵负载的原理示意图。
初级储能L TD与M arx发生器相比:1)在M arx发生器中,电容器组并联充电,通过第一级气体开关触发击穿、其余开关由于过电压快速击穿使电容器串联对负载放电,负载上的电压约为所有电容器的电压之和; L TD电容器组的充放电均为并联进行,负载上的电压是通过初级和次级的电磁耦合实现的,L TD输出电压幅值也约为所有电容器充电电压之和;2)M arx发生器放电时,电容器处的电位逐级升高,为了保证可靠绝缘,一般将整个M arx发生器置于变压器油中,检修维护不便;由于L TD初级电容器组的充放电均为并联进行,电容器处的电位相同,一般不需要变压器油作绝缘介质,而是利用干燥空气绝缘,维修方便;3)L TD结构紧凑、体积小,使回路电感大大减小、能量利用率提高;而M arx发生器各级之间由于绝缘的问题,电感不容易减小。
由于L TD技术的优点,近年来获得较大发展,如俄罗斯强流电子学所最近研制成功的L TD模块[13]的初级储能14kJ,输出电压90kV,电流幅值0.75M A、电流上升时间~430n s,采用5只电容器并联(电容器参数:100kV、0.17ΛF、自电感40nH)和1只多通道、多间隙气体开关组成初级1路模块,L TD初级放电回路由4路并联构成与真空同轴线电感配合,直接驱动Z2P inch喷气负载,在充电电压为75kV时,获得总的辐射能量1.75kJ,脉宽(FW HM)150n s,能量利用率达18%,显示了基于L TD和电感储能技术快脉冲源的应用前景。
图3 L TD与电感储能 PO S组合原理结构示意图4 脉冲源发展趋势脉冲源的发展趋势是采用模块化结构和多路并联,因此模块同步是必须解决的基本关键技术,其中减小开关抖动是基础。
在单个模块中,减小脉冲源体积、成本和复杂程度的关键是快放电储能技术,核心是减小各个部件(电容器、开关和连接过渡部分)的固有电感、改善开关性能。
尽管水介质同轴线电容储能与闭合开关技术存在体积庞大、造价高等缺点,但由于其技术相对成熟,美国拟建的高功率Z2P inch装置ZX[14]和X21[1]的选择方案之一还是准备采用如下技术途径:模块化M arx发生器+水线中储+激光触发气体开关+脉冲形成水线(PFL)+自闭合气体开关+输出线作为脉冲源的基本模块,通过磁感应实现电压升高(模块串联)、电流增加(模块并联),再经传输线到负载。
电感储能系统的关键是断路开关技术能否取得突破,一是设法实现单只PO S满足亚微秒传导时间和数M A传导电流,同时断路阻抗高,二是设法减小PO S断路抖动以实现多路并联;磁感应储能技术具有明显的优点,但增大输出电流受到变压器磁芯饱和等限制,进一步减小电感受结构的限制,且要获得高电压、大电流,多模块串并联,总的漏电感增加,驱动电流脉冲变宽,因此在近期内模块化L TD技术需要与电感储能 断路开关技术组合,L TD在单个模块中有可能作为初级储能单元代替传统M arx发生器,在多个模块串并联时,可利用磁感应实现电压倍增和电流会聚;如何把高功率脉冲电流馈送到中心负载也是超大型Z2p inch装置必须解决的问题,采用长距离真空磁绝缘传输线(M ITL)或采用长的水介质传输线,或采用水介质传输线和真空磁绝传输线组合,然后再会聚到中心负载上,几种方案都在研究中,发展趋势是采用真空磁绝缘传输线。
随着研究的深入和技术的不断进步,基于模块化快L TD、电感储能、等离子体断路开关和真空磁绝缘传输线技术的快脉冲电流源可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z2P inch装置,这将促进高功率Z2P inch 和脉冲功率技术在民用领域的发展,而且随着模块化快储能放电(如L TD)技术取得突破和Z2P inch等离子体内爆稳定时间增长,将来高功率脉冲源直接高效驱动Z2P inch的目标有可能实现。