This paper presents the design and test of a gas-insulated linear transformer driver (LTD) cavity aimed at the Z-pinch experimental device CZ-34. The LTD cavity has a diameter of 2290 mm and a height of 346 mm. It consists of 23 main bricks and 1 trigger brick. Each main brick is comprised of two 100 nF capacitors connected electrically in series with a field-distortion gas switch. The trigger brick is comprised of two 50 nF capacitors connected in series with a compact multi-gap gas switch. All bricks are placed in the cavity filled with compressed SF6 and are pluggable like drawers. The trigger pulse generated by the trigger brick passes through an azimuthal transmission line to the trigger ring and makes the main bricks discharge synchronously. The LTD cavity can deliver ∼1 MA current pulse with a rise time of 115 ns to 0.08 Ω liquid resistance load when the charging voltage is ±100 kV, which is in good agreement with the circuit simulation results. Experimental results demonstrate the successful application of using gas insulation and pluggable bricks. The technical feasibility of the charging configuration, triggering method, and isolation resistors is verified. There is little difference in output performance as return-current rods replaced the outside metal cylinder, which provides a new path for the design of LTD cavities in series.

1.
S. A.
Slutz
,
W. A.
Stygar
,
M. R.
Gomez
,
K. J.
Peterson
,
A. B.
Sefkow
,
D. B.
Sinars
,
R. A.
Vesey
,
E. M.
Campbell
, and
R.
Betti
,
Phys. Plasmas
23
,
022702
(
2016
).
2.
S. A.
Slutz
,
M. C.
Herrmann
,
R. A.
Vesey
,
A. B.
Sefkow
,
D. B.
Sinars
,
D. C.
Rovang
,
K. J.
Peterson
, and
M. E.
Cuneo
,
Phys. Plasmas
17
,
056303
(
2010
).
3.
R. B.
Spielman
,
D. H.
Froula
,
G.
Brent
,
E. M.
Campbell
,
D. B.
Reisman
,
M. E.
Savage
,
M. J.
Shoup
 III
,
W. A.
Stygar
, and
M. L.
Wisher
,
Matter Radiat. Extremes
2
,
204
223
(
2017
).
4.
J.
Wu
,
Y.
Lu
,
F.
Sun
,
X.
Li
,
X.
Jiang
,
Z.
Wang
,
D.
Zhang
,
A.
Qiu
, and
S.
Lebedev
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
60
,
075014
(
2018
).
5.
M. R.
Gomez
,
S. A.
Slutz
,
A. B.
Sefkow
,
D. B.
Sinars
,
K.
Hahn
,
S. B.
Hansen
,
E. C.
Harding
,
P. F.
Knapp
,
P.
Schmit
,
C. A.
Jennings
,
T. J.
Awe
,
M.
Geissel
,
D. C.
Rovang
,
G. A.
Chandler
,
G. W.
Cooper
,
M. E.
Cuneo
,
A. J.
Harvey-Thompson
,
M. C.
Herrmann
,
M. H.
Hess
,
O.
Johns
,
D.
Lamppa
,
M. R.
Martin
,
R. D.
McBride
,
K. J.
Peterson
,
J. L.
Porter
,
G. K.
Robertson
,
G. A.
Rochau
,
C. L.
Ruiz
,
M. E.
Savage
,
I. C.
Smith
,
W. A.
Stygar
, and
R. A.
Vesey
,
Phys. Rev. Lett.
113
(
15
),
155003-1
155003-5
(
2014
).
6.
R. M.
Gilgenbach
,
M. R.
Gomez
,
J.
Zier
,
W.
Tang
,
B. W.
Hoff
,
N.
Jordan
,
E.
Cruz
,
Y.-Y.
Lau
,
M. G.
Mazarakis
,
M. E.
Cuneo
,
M. D.
Johnston
, and
B. V.
Oliver
, “
Designs, tests and plans for MAIZE: A 1 MA LTD-driven z-pinch
,” in
2008 IEEE 35th International Conference on Plasma Science
(
IEEE
,
2008
), p.
1
.
7.
W. A.
Stygar
,
T. J.
Awe
,
J. E.
Bailey
,
N. L.
Bennett
,
E. W.
Breden
,
E. M.
Campbell
,
R. E.
Clark
,
R. A.
Cooper
,
M. E.
Cuneo
,
J. B.
Ennis
,
D. L.
Fehl
,
T. C.
Genoni
,
M. R.
Gomez
,
G. W.
Greiser
,
F. R.
Gruner
,
M. C.
Herrmann
,
B. T.
Hutsel
,
C. A.
Jennings
,
D. O.
Jobe
,
B. M.
Jones
,
M. C.
Jones
,
P. A.
Jones
,
P. F.
Knapp
,
J. S.
Lash
,
K. R.
LeChien
,
J. J.
Leckbee
,
R. J.
Leeper
,
S. A.
Lewis
,
F. W.
Long
,
D. J.
Lucero
,
E. A.
Madrid
,
M. R.
Martin
,
M. K.
Matzen
,
M. G.
Mazarakis
,
R. D.
McBride
,
G. R.
McKee
,
C. L.
Miller
,
J. K.
Moore
,
C. B.
Mostrom
,
T. D.
Mulville
,
K. J.
Peterson
,
J. L.
Porter
,
D. B.
Reisman
,
G. A.
Rochau
,
G. E.
Rochau
,
D. V.
Rose
,
D. C.
Rovang
,
M. E.
Savage
,
M. E.
Sceiford
,
P. F.
Schmit
,
R. F.
Schneider
,
J.
Schwarz
,
A. B.
Sefkow
,
D. B.
Sinars
,
S. A.
Slutz
,
R. B.
Spielman
,
B. S.
Stoltzfus
,
C.
Thoma
,
R. A.
Vesey
,
P. E.
Wakeland
,
D. R.
Welch
,
M. L.
Wisher
, and
J. R.
Woodworth
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
18
,
110401
(
2015
).
8.
J. J.
Leckbee
,
J. E.
Maenchen
,
D. L.
Johnson
,
S.
Portillo
,
D. M.
Vandevalde
,
D. V.
Rose
, and
B. V.
Oliver
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
34
,
1888
(
2006
).
9.
R. D.
McBride
,
W. A.
Stygar
,
M. E.
Cuneo
,
D. B.
Sinars
,
M. G.
Mazarakis
,
J. J.
Leckbee
,
M. E.
Savage
,
B. T.
Hutsel
,
J.
Douglass
,
M. L.
Kiefer
,
B. V.
Oliver
,
G. R.
Laity
,
M. R.
Gomez
,
D. A.
Yager-Elorriaga
,
S. G.
Patel
,
B. M.
Kovalchuk
,
A.
Kim
,
P.-A.
Gourdain
,
S. N.
Bland
,
S.
Portillo
,
S. C.
Bott-Suzuki
,
F. N.
Beg
,
Y.
Maron
,
R. B.
Spielman
,
D. V.
Rose
,
D. R.
Welch
,
J. C.
Zier
,
J. W.
Schumer
,
J.
Greenly
,
A. M.
Covington
,
A.
Steiner
,
P. C.
Campbell
,
S. M.
Miller
,
J. M.
Woolstrum
,
N. B.
Ramey
,
A. P.
Shah
,
B. J.
Sporer
,
N.
Jordan
,
Y.-Y.
Lau
, and
R. M.
Gilgenbach
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
46
,
3928
3967
(
2018
).
10.
L.
Chen
,
W.
Zou
,
L.
Zhou
,
M.
Wang
,
Y.
Liu
,
L.
Liu
,
M.
Deng
,
D.
Liu
,
J.
Zhu
,
K.
Lian
,
B.
Wei
,
Q.
Tian
,
F.
Guo
,
A.
He
,
S.
Feng
,
W.
Xie
,
L.
Meng
,
J.
Deng
,
Y.
Dai
,
W.
Han
,
Y.
Li
,
B.
Yao
,
Y.
Ding
, and
J.
Kang
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
22
,
030401
(
2019
).
11.
F.
Sun
,
A.
Qiu
,
H.
Wei
,
X.
Jiang
,
Z.
Wang
, and
L.
Wang
, “
Conception design of 30 MA fast linear transformer driver based on sharing shell and stage-link triggering in sequence
,” in
the 3rd International Conference on Matter and Radiation at Extremes (ICMRE)
,
QingDao, China
,
2018
.
12.
C.
Mao
,
F.
Sun
,
C.
Xue
,
N.
DIng
,
D.
Xiao
,
X.
Wang
,
G.
Wang
,
S.
Sun
, and
A.
Qiu
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
47
(
6
),
2910
2915
(
2019
).
13.
F.
Sun
,
A.
Qiu
,
X.
Jiang
,
Z.
Wang
 et al., “
Conception design and one-stage development of 30 MA fast linear transformer driver with shared shell
,” in
the 11th International Conference on Dense Z-Pinches
,
Beijing China
,
2019
.
14.
A. A.
Kim
,
M. G.
Mazarakis
,
V. A.
Sinebryukhov
,
B. M.
Kovalchuk
,
V. A.
Visir
,
S. N.
Volkov
,
F.
Bayol
,
A. N.
Bastrikov
,
V. G.
Durakov
,
S. V.
Frolov
,
V. M.
Alexeenko
,
D. H.
McDaniel
,
W. E.
Fowler
,
K.
LeChien
,
C.
Olson
,
W. A.
Stygar
,
K. W.
Struve
,
J.
Porter
, and
R. M.
Gilgenbach
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
12
(
5
),
050402
(
2009
).
15.
X.
Liu
,
F.
Sun
,
T.
Liang
,
X.
Jiang
,
Q.
Zhang
, and
A.
Qiu
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
37
(
7
),
1318
1323
(
2009
).
16.
J. R.
Woodworth
,
J. A.
Alexander
,
W. A.
Stygar
,
L. F.
Bennett
,
H. D.
Anderson
,
M. J.
Harden
,
J. R.
Blickem
,
F. R.
Gruner
, and
R.
White
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
12
(
6
),
060401
(
2009
).
17.
J. R.
Woodworth
,
W. A.
Stygar
,
L. F.
Bennett
,
M. G.
Mazarakis
,
H. D.
Anderson
,
M. J.
Harden
,
J. R.
Blickem
,
F. R.
Gruner
, and
R.
White
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
13
(
8
),
080401
(
2010
).
18.
H.
Jiang
,
F.
Sun
,
Z.
Wang
,
X.
Jiang
,
P.
Cong
,
J.
Yin
,
T.
Huang
,
W.
Luo
,
T.
Zhang
, and
R.
Zhai
,
Rev. Sci. Instrum.
89
,
096105
(
2018
).
19.
X.
Jiang
,
H.
Jiang
,
Z.
Wang
,
F.
Sun
, and
A.
Qiu
,
Rev. Sci. Instrum.
90
(
10
),
106101
(
2019
).
20.
T.
Liang
,
X.
Jiang
,
F.
Sun
, and
A.
Qiu
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
40
(
11
),
3087
3092
(
2012
).
21.
B. M.
Kovalchuk
,
A. V.
Kharlov
,
A. A.
Zherlitsyn
,
E. V.
Kumpjak
,
N. V.
Tsoy
,
V. A.
Vizir
, and
G. V.
Smorudov
,
Laser Part. Beams
27
(
3
),
371
378
(
2009
).
22.
S. C.
Bott
,
D. M.
Haas
,
R. E.
Madden
,
U.
Ueda
,
Y.
Eshaq
,
G.
Collins
 IV
,
K.
Gunasekera
,
D.
Mariscal
,
J.
Peebles
,
F. N.
Beg
,
M.
Mazarakis
,
K.
Struve
, and
R.
Sharpe
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
14
(
5
),
050401-1
050401-8
(
2011
).
23.
J. R.
Woodworth
,
W. E.
Fowler
,
B. S.
Stoltzfus
,
W. A.
Stygar
,
M. E.
Sceiford
,
M. G.
Mazarakis
,
H. D.
Anderson
,
M. J.
Harden
,
J. R.
Blickem
,
R.
White
, and
A. A.
Kim
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
14
(
4
),
040401-1
040401-7
(
2011
).
24.
R.
Maisonny
,
M.
Ribière
,
M.
Toury
,
J. M.
Plewa
,
M.
Caron
,
G.
Auriel
, and
T.
d’Almeida
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
19
(
12
),
120401-1
120401-9
(
2016
).
25.
L.
Zhou
,
Z.
Li
,
Z.
Wang
,
C.
Liang
,
M.
Li
,
J.
Qi
, and
Y.
Chu
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
19
(
3
),
030401
(
2016
).
26.
W. A.
Stygar
,
K. R.
LeChien
,
M. G.
Mazarakis
,
M. E.
Savage
,
B. S.
Stoltzfus
,
K. N.
Austin
,
E. W.
Breden
,
M. E.
Cuneo
,
B. T.
Hutsel
,
S. A.
Lewis
,
G. R.
McKee
,
J. K.
Moore
,
T. D.
Mulville
,
D. J.
Muron
,
D. B.
Reisman
,
M. E.
Sceiford
, and
M. L.
Wisher
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
20
(
4
),
040402
(
2017
).
27.
P.-A.
Gourdain
,
M. B.
Adams
,
M.
Evans
,
H. R.
Hasson
,
R. V.
Shapovalov
,
R. B.
Spielman
,
J. R.
Young
, and
I.
West-Abdallah
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
23
(
3
),
030401
(
2020
).
28.
A.
Kim
,
V.
Sinebryukhov
,
B.
Kovalchuk
,
A.
Bastriko
,
F.
Bayol
,
F.
Cubaynes
,
C.
Drouilly
,
L.
Véron
,
M.
Toury
, and
C.
Vermare
, “
Super fast 75 ns LTD stage
,” in
2007 34th IEEE International Conference on Plasma Science
(
IEEE
,
2007
).
29.
X.
Li
,
H.
Zhao
,
S.
Jia
, and
A. B.
Murphy
,
J. Appl. Phys.
114
,
053302
(
2013
).
30.
X.
Li
,
H.
Zhao
, and
A. B.
Murphy
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
51
(
15
),
1
25
(
2018
).
31.
J. D.
Douglass
,
B. T.
Hutsel
,
J. J.
Leckbee
,
T. D.
Mulville
,
B. S.
Stoltzfus
,
M. L.
Wisher
,
M. E.
Savage
,
W. A.
Stygar
,
E. W.
Breden
,
J. D.
Calhoun
,
M. E.
Cuneo
,
D. J.
De Smet
,
R. J.
Focia
,
R. J.
Hohlfelder
,
D. M.
Jaramillo
,
O. M.
Johns
,
M. C.
Jones
,
A. C.
Lombrozo
,
D. J.
Lucero
,
J. K.
Moore
,
J. L.
Porter
,
S. D.
Radovich
,
S. A.
Romero
,
M. E.
Sceiford
,
M. A.
Sullivan
,
C. A.
Walker
,
J. R.
Woodworth
,
N. T.
Yazzie
,
M. D.
Abdalla
,
M. C.
Skipper
, and
C.
Wagner
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
21
(
12
),
120401
(
2018
).
32.
F.
Sun
,
J.
Zeng
,
T.
Liang
,
H.
Wei
,
X.
Jiang
, and
Z.
Wang
, “
Trigger method based on internal bricks within cavities for linear transformer drivers
,” in
the 20th IEEE International Pulsed Power Conference
(
IEEE
,
2015
), pp.
555
558
.
33.
Z.
Wei
,
X.
Rao
,
H.
Xu
,
Y.
Wang
, and
A.
Qiu
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
47
(
8
),
4084
4090
(
2019
).
34.
A. A.
Kim
,
M. G.
Mazarakis
,
V. I.
Manylov
,
V. A.
Vizir
, and
W. A.
Stygar
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
13
(
7
),
070401
(
2010
).
35.
D. V.
Rose
,
C. L.
Miller
,
D. R.
Welch
,
R. E.
Clark
,
E. A.
Madrid
,
C. B.
Mostrom
,
W. A.
Stygar
,
K. R.
LeChien
,
M. A.
Mazarakis
,
W. L.
Langston
,
J. L.
Porter
, and
J. R.
Woodworth
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
13
(
9
),
090401
(
2010
).
You do not currently have access to this content.