Zebra

Der 2-TW-Zebra-Pulsstromgenerator verfügt über drei Stufen der Leistungsverstärkung. Die Marx-Bank besteht aus 32 1,3 μF-Kondensatoren, die parallel bis zu 100 kV geladen und in Reihe entladen werden und eine Gesamtenergie von bis zu 200 kJ speichern können.

Die Bank wird in eine zweite (Zwischen-)Stufe der Leistungsverstärkung entladen, die aus einem koaxialen 28-nF-3,5-MV-Kondensator besteht. Dieser Kondensator verwendet Wasser als Dielektrikum und wird von einem SF6-isolierten Rimfire-Schalter gezündet. Wenn dieser Zwischenspeicherkondensator zu etwa 80 % geladen ist, wird der Schalter elektrisch ausgelöst bzw. unterbricht sich selbst und schaltet somit auf die dritte Stufe der Impulskompression. Diese dritte Stufe besteht aus einer 50 ns, 1,9 Ω koaxialen vertikalen Übertragungsleitung und einem achtkanaligen, selbstunterbrechenden Wasserschalter.

Sobald dieser Schalter geschlossen ist, wird ein Spannungsimpuls mit einer Amplitude von etwa 2 MV an die letzte Einspeisung der Last angelegt, die sich in einer experimentellen Vakuumkammer oben auf der letzten vertikalen Übertragungsleitung befindet. Schließlich wird ein Stromimpuls mit einer maximalen Intensität von bis zu 1,2 mA und einer Anstiegszeit von 90 ns an die Last abgegeben.

Zu den ergänzenden Geräten gehören:

Strom- und Spannungsmessungen werden in allen Bereichen von Zebra durchgeführt; im Marx-Abschnitt, in der Nähe des Lastbereichs und am Isolatorstapel. Die Spannung wird mit V-Punkt-Detektoren (kapazitiver Teiler) und Widerstandsteilern gemessen. Die Strommessung erfolgt über B-Dot-Monitore (Aufnehmerspulen) oder CVRs. Der durch die Last fließende Strom wird mit drei differentiellen B-Punkt-Monitoren gemessen, die etwa 15 cm von der Kammerachse entfernt an drei verschiedenen azimutalen Stellen angebracht sind.

Typischerweise beträgt die Ladespannung der Zebra-Marx-Bank 85 kV und die gespeicherte Energie 150 kJ. Derzeit sind zwei Laststromimpulsregime verfügbar:

Im Kurzpulsregime weist der Strom einen Sockel auf, der für etwa 100 ns annähernd linear auf etwa 5 % der maximalen Stromstärke ansteigt. Der Langpulsmodus wird durch den Verzicht auf die letzte Stufe der Leistungsverstärkung (die Wasserspaltschalter sind geschlossen) erreicht, wodurch die mit der Zündung der Wasserspalten verbundene Beschleunigung der Lastbereichskomponenten um mehr als 300 g eliminiert wird.

Die Zebra-Versuchskammer befindet sich auf der vertikalen Zebra-Übertragungsleitung. Es verfügt über 16 Diagnoseanschlüsse mit einem gleichmäßigen Abstand von 22,5 Grad und abwechselnden Durchmessern von 7,6 cm und 4,4 cm. In der aktuellen Konfiguration übernimmt die Kammerwand die Rolle des Stromrückleiters, daher müssen alle Diagnosegeräte außerhalb der Wand in einem Mindestabstand von 30 cm von der Kammerachse installiert werden, um Schäden durch EMP-Effekte zu vermeiden. Der Ladebereich von Zebra ist bequem zugänglich, um eine Vielzahl von Röntgen-, optischen und Partikeldiagnostiken durchzuführen und die Kopplung des hochintensiven Kurzpulslasers an die Ladekammer zu entwickeln.

Für Diagnosen, die Verzögerungszeiten von weniger als 350 ns erfordern, stehen Triggerimpulse mit einem Jitter von weniger als 5 ns rms bezogen auf die maximale Laststromstärke zur Verfügung. Wenn die erforderliche Verzögerung länger ist, weisen die verfügbaren Triggerimpulse einen Jitter von etwa 15 ns rms auf.

Da es sich um einen Hochimpedanzgenerator (1,9 Ω) handelt, kann Zebra eine Vielzahl unterschiedlicher Lasten in der Experimentierkammer aufnehmen, ohne dass sich dies wesentlich auf die Eigenschaften der Laststromimpulse auswirkt. Beispiele für häufig verwendete Zebra-Experimente und -Lasten sind:

Kurzpulsige Laserimpulse mit hoher Intensität (vom 50-TW-Leopard-Laser) werden üblicherweise über den Optical Switching Apparatus (eine evakuierte Strahllinie) zur Zebra-Vakuumkammer transportiert. Derzeit kann der Laserstrahl mit refraktiver Optik in einem Bereich von etwa 5 cm Durchmesser um das Zentrum der Zebra-Experimentierkammer fokussiert werden.