纳秒级短脉冲、GW级高功率微波倍增击穿的理论和实验研究

高功率微波(HPM)介质窗真空侧的击穿已成为限制ns级短脉冲、GW级HPM传输和发射的瓶颈，对HPM系统的发展起到极为重要的作用。本项目在充分调研国内外HPM击穿理论和实验的最新研究进展的基础上，通过动力学计算、PIC数值模拟和HPM击穿实验相结合的研究思路，对触发击穿的二次电子倍增、介质表面释气和等离子体雪崩、等离子体和介质面相互作用等基本物理机制进行深入研究，重点研究周期性表面结构和谐振磁场对倍增抑制和击穿阈值提高的物理规律。通过PIC数值模拟获得倍增和击穿发展的物理图象；通过GW级ns短脉冲HPM击穿实验，诊断击穿发展的物理量，建立符合实验结果的、合理的物理模型和理论。

本项目深入开展高功率微波(HPM)输出窗真空和大气侧击穿等离子体的纳秒时空演化诊断，发现了HPM超快击穿发展的一系列新现象，并通过动力学和PIC模拟研究了二次电子倍增、等离子体雪崩和击穿发展的物理规律。提出了新型三维周期性表面抑制二次电子倍增、提高窗口击穿阈值的方法。提出采用氟化周期性表面提高击穿阈值并获得了功率容量提高4倍的结果。提出采用海尔贝克磁场抑制二次电子倍增、提高大口面HPM馈源喇叭窗口功率容量的方法并开展了吉瓦级原理性实验验证。首次实验证实了谐振磁场提高介质加载加速器结构的击穿阈值的方法。在本项目支持下，在国际上发表了11篇SCI论文，包括三篇APL、一篇PRE、一篇APEx、两篇JAP、三篇POP等，申请了8项发明专利，其中3项已经授权。