利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究.pdf

第2 9 卷第6 期强激光与粒 子束 V 0 1 ．2 9 ，N o ．6 2017年6月HIGHP O W E RL A S E RA N DP A R T I C L EB E A M S J u n ．，2 0 1 7 利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究 张瑞强1 ’2 ，刘少军h 2 ， 胡琼1 ’2 1 ．中南大学机电工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 ．中南大学深圳研究院，深圳5 1 8 0 5 7 摘要为了克服采用传统机械方法开采海底富钴结壳时破碎头易磨损、效率低以及贫化率高等缺点， 通过试验方法研究了一种利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术。采用1 2 级全固态M a r x 电路和半 导体开关I G B T 研制了高压脉冲电源，该电源可产生负高压方波脉冲，其上升沿上升时间约1 0 0n s ，最高幅值 可达4 0k V ，脉宽可调。破碎方式采用针针电极并与岩石同侧表面紧密接触。为了使两电极与岩石同侧表面 接触的部位电势尽可能高，采用不锈钢针作为正、负电极，且电极间距可调。研究发现当电极间距约为3m m 时，该电源产生的幅值约3 2 ．5k V 的高压脉冲可在高压油中的砂岩内部形成等离子通道并破碎砂岩。放电既 可发生在高压脉冲上升沿阶段，也可发生在上升沿上升时间之后。从放电过程中的电压电流波形来看，等离子 通道回路中有电流时其两端存在明显的压降，因此等离子通道具有阻性，而且阻值在放电过程中是变化的。 关键词脉冲功率技术；深海；富钴结壳；砂岩；放电 中图分类号T D 4 2 1 ．2文献标志码 A d o i 1 0 ．1 1 8 8 4 ／H P I 。P B 2 0 1 7 2 9 ．1 7 0 0 4 8 深海富钴结壳是继多金属结核和多金属硫化物之后另一种备受各国关注的重要的深海矿产资源，广泛分 布于各大洋盆地的海山斜坡或平顶海山顶部，其中钴的含量可高达1 ．7 ％，平均含量高达1 ％，大约6 3 5 万平方 公里的海底 占海底面积1 ．7 ％ 为富钴结壳所覆盖，钴总量约为1 0 亿吨。除钴之外，富钴结壳还是其他许多 金属和稀土元素的重要潜在来源，如钛、铈、镍、铂、锰、磷、铊、碲、锆、钨、铋和钼。世界每年钴消耗量目前为 3 ．6 万吨，并且以4 ％左右的速度递增。富钴结壳除含钴量较高外，还由于赋存于水深较浅、离海岸设施较近的 水域，被认为具有更好的商业开发前景。 目前，国内外对于富钴结壳开采都采用机械方法[ 1 ] ，如螺旋滚筒式截齿切削、刀盘式轧削、冲击钻冲击破碎 和水射流切削等等。机械破碎方式利用破碎头对富钴结壳的冲击和剪切作用产生应力破坏，该方法有结构简 单，操作方便，破碎富钴结壳速度快等优点，但是破碎头易磨损，能耗高，效率低，除此之外，机械式破碎方法无 法避免采矿贫化率较高的问题。对于附着在基岩上的富钴结壳而言，其厚度从几c m 到几十c m 不等，而机械 破碎方法的切削深度通常是固定的，切削深度小，混人的基岩量少，贫化率低，但是采集率也低，然而随着切削 深度的增加，采集率提高的同时，贫化率也随之上升。针对机械式的破碎方法，切削深度直接影响到采集率和 贫化率，需要结合富钴结壳矿层的厚度以及微地形表面特征信息才能确定最佳切削深度，在实际作业过程中要 实现富钴结壳厚度的在线测量以及切削深度的在线调整是相当困难的，目前还没有较好的解决办法。为此本 文采用试验方法研究了采用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的新技术口。] 。 1试验方法 如图1 所示，两正负电极与岩石表面紧密接触，与电极连接的高 压脉冲发生器给电极输入具有较大梯度的高压脉冲，其在岩石或岩 石表面发生放电，从而使岩石破碎。 由脉冲放电破碎岩石也叫“电动式破碎”，早在2 0 世纪6 0 年代 初，前苏联 尤其是托木斯克工业大学 首先对其进行了研究[ I q 。该 技术既可用于分解岩石以提高贵重矿物和晶体的产量，还可用于岩 石钻孔与材料回收[ 7 - 9 ] 。其破碎机理为棒电极与岩石表面紧密接 触，给棒电极提供一定条件的高压脉冲，其在岩石内部形成等 离子通道，随着等离子通道的膨胀，产生脉冲压力波，当压力波满 足一定条件时破碎岩石[ 10 ‘”] ，如图2 所示。主要分为四个阶段 工 F i g ．1D i a g r a mo fb r e a k i n gm a r i n eC o r i c h c r u s tu s i n gh i g hv o l t a g ep u l s e 图1高压脉冲破碎海底富钴结壳示意图 * 收稿日期2 0 1 7 - 0 2 0 4 ；修订日期2 0 1 7 一0 3 1 5 基金项目深圳市科技计划项目 J c Y J 2 0 1 4 0 5 0 6 1 5 0 3 1 0 4 3 7 ；中南大学研究生创新项目 2 0 1 6 z z t s 2 9 8 作者简介张瑞强 1 9 9 2 一 ，男，硕士．从事深海采矿技术的研发；z h a n g r q C S U 1 6 3 ．c o r n 。 通信作者刘少军 1 9 5 5 一 ，男，教授．从事深海采矿技术与装备研发；l i u s h a o j u n C S U ．e d u ．c n 。 0 6 5 0 0 8 一l 万方数据 强激光与粒子束 l { V 萎慧 ≤ 霎 薹 耋 爹耋 翥 占 8 0薰 硅行 曩哂Ⅷ 日一一 豳 } l g ．Z 5 c l l m n a t i cd i a g r a mu lI J Ic d i i n i gr o c ku s i n gi n g hv o lr a g ep u l s e 图2 高压脉冲破碎岩石原理图 施加到正负电极两端的高压电脉冲在正负电极与岩石接触的区域形成强电场； 1 I 正负电极附近发生局部放 电，电场不断重建，放电从正负电极向中间延伸； 1 1 1 放电从正负电极延伸到中间后形成等离子通道并发生发 电； Ⅳ 等离子通道膨胀产生机械应力并使固体电解质破碎。 要使外施电压在岩石内部放电，必须满足1 外施电压高于岩石击穿电压；2 岩石外部击穿路径的击穿 场强均高于岩石内部击穿路径的击穿场强。为了满足上述条件，首先岩石内部局部场强需高于岩石击穿场强， 其次包围岩石的液体电解质的击穿场强需高于岩石的击穿场强。而另一种实现的可能性是集中岩石内部的电 场并且减小岩石外部的电场，这就需要液体电解质具有比岩石更高的介电常数。 2 0 世纪5 0 年代末在托木斯克工业大学和奥尔德 马斯顿首次发现，当电压斜坡上升时间足够短时，水的 击穿电压高于岩石的击穿电压[ 14 吲。如图3 所示，当 减少电压脉冲的上升时间时，水的击穿电压会迅速增 加，从图3 可以看出，油的击穿场强比水的更高。 采用高压脉冲破碎海底富钴结壳，只要满足高压 脉冲的上升沿上升时间小于5 0 0n s ，且高压脉冲幅值 大于海底富钴结壳的击穿电压，则高压脉冲就可能在 富钴结壳内部放电，从而形成等离子通道并破碎富钴 结壳。 本文利用1 2 级全固态M a r x 电路和半导体开关 I G B T I n s u l a t e dG a t eB i p o l a rT r a n s l a t o r 研制了高压 脉冲电源，该电源可输出上升沿上升时间为1 0 0n s 左 } 。 1 0n S 、0 I t a g c 【_ [ 1 1 1 1 P 7 r i s e t i m e F i g ．3C h a n g i n gc u r v eo fb r e a k d o w nf i e l ds t r e n g t ho fb o t h a i ra n dr o c kw i t ht h er i s e t i m eo fh i g hv o l t a g ep u l s e 图3水、空气和岩石的击穿场强随脉冲电压 上升时间的变化曲线 右的负高压脉冲。通过调整高压脉冲幅值以及电极间距破碎在液体介质中的自然岩石，进而为高压脉冲开采 海底富钴结壳的应用做铺垫。 2 试验装置 富钴结壳破碎试验装置主要用于输出高压、高功率脉冲并对海底富钴结壳或其他自然岩石进行破碎，该装 置主要分为高压脉冲电源、破碎头等。 2 ．1 高压脉冲电源 试验中研制的高压脉冲电源由初级能源 输入级 、中间储能以及能量转换和释放系统 输出级 组成[ 1 “”] 。 初级能源为小功率的能量输入设备．采用4k V 充电电源。中间储能设备采用1 2 级M a r x 发生器的电场储能， 而能量转换与释放系统主要采用I G B T 半导体开关器件以及波形调节等设备，如图4 所示。电阻R 用来限制 回路中的电流，从而保护电路。每一级M a r x 电路中均串联有两个二极管，用于形成电容器充电回路和放电回 路。 万方数据 张瑞强等利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究 F i g ．4H i g hv o l t a g ep u l s ep o w e rs o u r c e 图4高压脉冲电源电路图 设置电脉冲幅值为2 4k V ，脉宽为5 肚s ，单次手动 触发后正负电极两端的电压如图5 所示。从图中可以 看出，该电压源产生高压电脉冲为负脉冲，而且脉冲上 升沿上升时间约为1 0 0n s ，满足在高压油中破碎自然 岩石的一般条件。 2 ．2 破碎头 采用针针 正、负 电极破碎头结构。电极为普通 不锈钢针．其尖端与岩石表面紧密接触。为防止电极 与岩石接触的部分以外其余部分放电或漏电，将电极 按一定夹角固定在尼龙座上，如图6 所示。试验中电 极间距为1 ～1 0m m 可调，因此采用光学精密移动平 台 精确度0 ．1m m 作为电极间距调节装置，将正负 电极通过尼龙座固定到移动平台上，然后手动调节电 极间距。因为试验过程中需要使两电极与岩石表面紧 密接触，因此将电极与一定平台固定在移动滑块上，将 滑块安装在圆形导杆上，滑块上下采用弹簧固定，在试 验过程中使电极与岩石紧密接触，这样上下弹簧均会 产生变形，保证电极始终与岩石表面紧密接触。 t i m e ／g s F i g ．5V o l t a g ew a v e f o r mo fh i g hv o l t a g ep u l s ep o w e rs o u i c e 图5高压脉冲电源输出波形 2 ．3 测试装置 图6 破碎头结构 测试过程中主要检测正负电极两端的电压和回路中的电流以及破碎后的效果，采用P 6 0 1 5 A 高压探头测 量正、负电极两端的电压，1 0 1 电流探头和A 1 0 衰减器测量回路的电流。 2 ．4 试验岩石与液体介质 目前开采出来的海底富钴结壳非常稀少，而向特定机构申请的富钴结壳由于长期暴露在空气中而严重风 化，也不能作为试验用岩石。 富钴结壳虽与其他自然岩石在组成成分和内部结构上有很大的区别，但是目前由于采用高压脉冲破碎海 底矿物的研究还处于起步阶段，因此以砂岩代替富钴结壳来研究高压电脉冲破碎自然岩石的内部规律成为有 效的研究手段。 以边长为5c m 的立方体砂岩为试验对象，由于研制的高压脉冲电源可产生的电脉冲幅值较小 最高约4 0 k V ，因此以图3 中击穿场强最高的高压油作为液体介质。 3 破碎试验结果 3 ．1 砂岩击穿特性 设置高压电脉冲幅值为3 2 ．5k V ，脉宽同样为5 肚s ，连续单次手动触发，并记录每次触发后的电压电流波 形以及破碎效果。 万方数据 强激光与粒子束 图7 a 为第一次触发后的电压波形和电流波形，从波形可以看出，高压电脉冲在第一次触发过程中并未 在岩石内部形成等离子通道，当然也没有产生破碎效果，如图7 b 所示，从图 a 可以看出，此时高压电脉冲幅 值为3 2 ．5k V 。 1O O 7 5 5 0 2 5 暑0 三 舌一2 5 5 0 7 5 一】0 0 一C L I [ r e l l l - 一一一一一、O I I a g e ／一_ ⋯J - 1 ’ 5 0 3 0 10 芝 品 岛 一10 专 一3 0 一5 0 2』4 n N t i m e ／I t S a v o l t a g ea n d c u r r e n tc u r v e s b c r u s h i n ge f f e c t F i g ．7V o l t a g e ．c u r r e n ta n dc r u s h i n ge f f e c to ft h e1 ‘‘t r i g g e r 图7 第1 次触发后的电压电流波形 第1 次触发后继续手动触发，前5 次触发高压电脉冲均未在岩石内部形成等离子通道．直到第6 次触发后 高压电脉冲才在岩石内部形成等离子通道并放电，如图8 a 所示。从8 a 中可以看出，放电发生在高压脉冲 上升沿之后约4 ．3 “S 时刻，该时刻之后，由于等离子通道的形成，回路中的电流迅速升高。升高后的电流随着 时间的增加，又开始降低，放电后约1 “S 时，电路中的电流降为零。观察图8 b 知，本次虽然高压电脉冲在岩 石内部发生放电，但是在正负电极之间的岩石表面并未观察到明显的破碎效果。 c ur r e l l t 一一v O I t a 9 ．e I‘L ．．．． ，足歹≯。一 5 0 3 0 10 ≤ ‰ 矗 一1 0 - 。6 一3 0 - 5 0 2 f 】 2 4“ S t i m e ／L Is a v o l t a g ea n d c u r r e n tc u r v e s b c r u s h i n ge f f e c t F i g ．8V o l t a g e ，c u r r e n ta n dc r u s h i n ge f f e c to ft h e6 1 “t r i g g e r 图8 第6 次触发后的电压电流波形 图9 a 为第7 次触发后的电压电流波形，从该图可以看出，高压电脉冲同样在岩石内部发生放电，而且此 次放电发生在高压电脉冲上升沿，同样在放电后等离子通道内的电流迅速增高。从图9 a 中也可看出，此次 放电时产生的电流较大，而且持续时间也较第6 次触发放电较长。图9 b 为该次放电后的破碎效果，从图中 t i m e ／u s a v o l t a g ea n dc u r r e n tc u r v e s b c r u s h j n ge f f e c t F i g ．9V o l t a g e 。c u r r e n ta n dc r u s h i n ge f f e c to ft h e7 ‘“t r i g g e r 图9 第7 次触发后的电流电压波形 0 6 5 0 0 8 4 O O O 0 O O O O O O 5 0 5 5 0 5 0 ，‘ ， 一 ， l 2 一 一 一 、一co芒『1u 万方数据 张瑞强等利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究 可明显看到正负电极两端的岩石发生了破碎。 第7 次触发放电后继续手动触发，发现继第6 次触发放电后的每次触发过程高压电脉冲均可在岩石内部 发生放电并破碎岩石，而且由于破碎的积累，两电极之间的破碎区域逐渐变大、变深。图1 0 a 为触发第2 5 次 后记录的电压电流变化曲线和破碎效果，从电压电流变化曲线可以看出，放电发生在高压电脉冲上升沿后0 ．2 肚s 左右。从图1 0 b 可以看出，该次放电后的正负电极两端的岩石已经形成了非常明显的破碎。 t l m e ／S a v o l t a g ea n dc u r r e n tc u r v e s b c r u s h i n ge f f e c t F i g ．1 0V o l t a g e ，c u r r e n ta n dc r u s h i n ge f f e c to ft h e25 1 “t r i g g e r 图1 0 第2 5 次触发后的电流电压波形 第2 5 次触发后继续手动触发，之后的每次触发高压电脉冲仍然在岩石内部放电并破碎岩石，但是每一次 的破碎效果并不一样，伴随破碎产生的声音强度也不相同。由于破碎过程中电极间距不变，而破碎范围 包括 深度 逐渐扩大，因此在触发5 0 次之后，发现两电极尖端并不能很好地与岩石接触。从而出现高压电脉冲在岩 石内部不发生放电的现象。但随着触发次数的积累，电极其他部位与岩石接触的地方仍然会发生放电并形成 破碎。图1 L a 为触发9 0 次的电压电流变化曲线，从图中可以看出，其放电后的波形较之前的相似，首先在脉 冲电压上升沿上升时间之后发生放电，回路电流迅速增加等过程。图1 1 b 为破碎效果，从破碎效果图可以看 出，两电极之间的破碎区域远远超过了电极间距3m m ，说明与岩石接触的电极其他部位也会发生放电从而破 碎岩石。 t l i n e ，p S a v o l t a g ea n d c u r r e n tc u r v e s b cr u s h i n ge f f e c t F i g ．11V o l t a g e ．c u r r e n ta n dc r u s h i n ge f f e c to ft h e9 0 1 “t r i g g e r 图1 1第9 0 次触发后的电流电压波形 3 ．2 等离子通道的阻性 通常高压电脉冲在空气中放电形成等离子通道瞬时。等离子通道两端电压近似为零，并且在放电回路中形 成了强电流，由此说明高压电脉冲在空气中形成的等离子通道是没有阻性的，即无阻态。然而参照图8 ～1 1 可 以看出，高压电脉冲在岩石内部形成等离子通道并放电瞬时．在等离子通道两端有较大的压降。此时回路中的 电流迅速增大，由此推断高压脉冲在岩石内部形成的等离子通道不同于空气中形成的等离子通道，前者是具有 阻性的，也正是这种阻性才使得回路中的能量能够释放到等离子通道中，从而使岩石破碎。 从图8 ～1 1 也可看出，随着时间的增加，通道两端的电压逐渐降低，而且整个回路中的电流也逐渐降低，因 此说明等离子通道两端的阻性也逐渐减弱。在手动连续触发过程中，不同触发次数对应的等离子通道的阻性 也是不一样的，因此等离子通道的阻性区别于电阻，并不是常数，而影响等离子通道阻性的因素将会在后面的 万方数据 强 激光与粒子束 文章中进一步研究。 4 结论 当高压电脉冲幅值为3 2 ．5k V 且电极间距为3m m 时，研制的破碎系统可在高压油中的砂岩内部形成等 离子通道并破碎砂岩，随着触发次数的增多，在保证电极与砂岩接触的情况下，砂岩的破碎区域逐渐向四周扩 大。连续手动触发过程中，放电既可发生在高压脉冲上升沿阶段，也可发生在上升沿上升时间之后。另外高压 脉冲在砂岩内部形成的等离子通道具有阻性，而且阻值随着触发次数和触发后时间的变化而变化。 致谢本文中使用的高压脉冲电源是在复旦大学刘克富和邱剑等人的帮助下完成的，在此向他们表示衷心的感谢。 参考文献 [ 1 ] 刘少军．刘畅，戴瑜．深海采矿装备研发的现状与进展[ J ] ．机械工程学报。2 0 1 4 ，5 0 2 8 - 1 8 ． L i uS h a o j u n ，L i uC h a n g ，D a i Y u ．C u r r e n t s t a t ea n dd e v e l o p m e n to ft h ei n v e s t i g a t i o no fd e e p s e am i n i n ge q u i p m e n t ．J o u r n a lo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ，2 0 1 4 ，5 0 2 8 - 1 8 [ 2 ] [ 3 3 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 1 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] 李冬霜．高压脉冲放电扩桩机理及试验研究[ D ] ．长春吉林大学．2 0 1 1 ． L iD o n g s h u a n g ．T h em e c h a n i s mo fr e a m e dp i l ea n de x p e r i m e n t a l s t u d yu s i n gt h ed i s c h a r g eo fh i g hv o l t a g ep u l s e s ．C h a n g c h u n J i l i nU n i v e r s i t y ，2 0 1 1 B i e l aJ ，M a r x g u tC 。B o r t i sD ．e ta 1 ．S o l i ds t a t em o d u l a t o rf o rp l a s m ac h a n n e ld r i l l i n g [ J ] ．I E E ET r a n sD i e l e c t r i c sa n dE l e c t r i c a lI n s u l a t i o n ．2 0 0 9 ，1 6 4 1 0 9 3 1 0 9 9 ． 章志成．高压脉冲放电破碎岩石及钻进装备研制[ D ] ．武汉华中科技大学，2 0 1 3 ． Z h a n gZ h i c h e n g ．E q u i p m e n td e v e l o p m e n to fe x p l o r i n g t h er o c k sa n dd r i l l i n gw e l lu s i n gt h ed i s c h a r g eo fh i g hv o l t a g ep u l s e ．W u h a n H u a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 1 3 胡琼，刘少军，郑浩．一种脉冲破碎机构、海底富钴结壳破碎系统及破碎方法中国，2 0 1 3 1 0 5 8 0 9 5 4 ．X E P ] ．2 0 1 5 0 5 2 7 ． H uQ i o n g ，L i u S h a o j u n ，Z h e n gH a o ．As y s t e mo fe x p l o r i n gt h em a r i n eC o r i c h c o a s t su s i n gt h eh i g hv o l t a g ep u l s ea n dc o r r e s p o n d i n gm e t h o d C h i n a ， 2 0 1 3 1 0 5 8 0 9 5 4 ．X ．2 0 15 - 0 5 - 2 7 K u z n e t s o v aN ，L o p a t i nV ，B u r k i nV ，e ta 1 ．T h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fe l e c t r od i s c h a r g ed e s t r u c t i o no fn o n c o n d u c t i n g m a t e r i a l s [ C ] ／／I E E EI n t e r n a t i o n a lP u l s e dP o w e rC o n f e r e n c e ．2 0 1 1 2 6 7 2 7 3 ． 孙鹞鸿，孙广生，严萍，等．高压电脉冲采油技术发展[ J ] ．高电压技术，2 0 0 2 ，2 8 1 4 1 4 4 ． S u n Y a o h o n g ，S u n G u a n g s h e n g ，Y a nP i n g ， e ta 1 ．D e v e l o p m e n to f o i lr e c o v e r yt e c h n i q u eu s i n gh i g hv o l t a g ep u l s e ．P o w e rS y s t e mT e c h n o l o g y ，2 0 0 2 2 8 1 4 1 ．4 4 黄国良．高压脉冲放电碎岩的研究[ D ] ．武汉华中科技大学，2 0 13 ． H u a n g G u o l i a n g ．I n v e s t i g a t i o no fb r e a k i n g t h er o c k su s i n gh i g hv o l t a g ep u l s e ．W u h a n H u a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 1 3 L i s i t s y nIV ．I n o u eH ．K a t s u k iS ．e ta 1 ．U s eo fi n d u c t i v ee n e r g ys t o r a g ef o re l e c t r i cp u l s ed e s t r u c t i o no fs o l i dm a t e r i a l [ , J ] ．I E E ET r a n sD i e l e c t r i c sa n dE l e c t r i c a fI n s u l a t i o n ，19 9 9 ，6 1 1 0 5 1 0 8 ． I n o u eH ，L i s i t s y nIV 。A k i y a m aH ，e ta 1 ．D r i l l i n go fh a r dr o c k sb yp u l s e dp o w e r E J ] ．I E E E E l e c t r i c a lI n s u l a t i o nM a g a z i n e ，2 0 0 0 ，1 6 3 1 9 _ 2 5 ． B l u h mH ，F r e yW ，G i e s eH ，e ta 1 ．A p p l i c a t i o no fp u l s e dH Vd i s c h a r g e st om a t e r i a lf r a g m e n t a t i o na n dr e c y c l i n g [ J ] ．I E E ET r a n sD i e l e c t r i c sa n dE l e c t r i c a lI n s u l a t i o n ，2 0 0 0 ，7 5 6 2 5 - 6 3 6 ． B u r k i nVV ，K u z n e t s o v aNS ．L o p a t i nVV ．D y n a m i c so fe l e c t r ob u r s ti ns o l i d s I ．p o w e rc h a r a c t e r i s t i c so fe l e c t r ob u r s t [ J ] ．J o u r n a lo f P h y s i c sD A p p l i e dP h y s i c s ．2 0 0 9 ，4 2 1 8 卜6 ． T i m o s h k i nIV ，M a c k e r s i eJW ．M a c g r e g o rSJ ．P l a s m ac h a n n e lm i n i a t u r eh o l ed r i l l i n gt e c h n o l o g y [ - J ] ．I E E ET r a n sP l a s m aS c i e n c e ， 2 0 0 4 ，3 2 5 2 0 5 5 - 2 0 6 1 ． B u r k i nVV ，K u z n e t s o v aNS ，L o p a t i nVV ．D y n a m i c so fe l e c t r ob u r s ti ns o l i d s I I ．c h a r a c t e r i s t i c so fw a v ep r o c e s s [ , J ] ．J o u r n a lo fP h y s i c sD A p p l i e dP h y s i c s ，2 0 0 9 ，4 2 2 3 卜5 ． L i s i t s y nIV 。I n o u eH ，N i s h i z a w aI ，e ta 1 ．B r e a k d o w na n dd e s t r u c t i o no fh e t e r o g e n e o u ss o l i dd i e l e c t r i c sb yh i g hv o l t a g ep u l s e s [ , J ] ．J o u r n a l o JA p p l i e dP h y s i c s ．1 9 9 8 ，8 4 11 6 2 6 2 6 2 6 7 ． 王凌云，王传伟，李洪涛．等．5 0 0k V 固态M a r x 发生器I G B T 多路驱动高压隔离供电电源的设计[ J ] ．高电压技术，2 0 1 2 ，3 8 1 2 3 6 2 4 0 ． W a n gL i n g y u n ，W a n gC h u a n w e i ，L iH o n g t a o ，e ta 1 ．D e s i g no f5 0 0k Vh i g hv o l t a g ei s o l a t e dp o w e rs u p p l yw i t hI G B Tm u l t i d r i v e b a s e do ns o l i ds t a t eM a r xg e n e r a t o r ．P o w e r S y s t e mn “n o l o g y ，2 0 1 2 ，3 8 1 2 3 6 2 4 0 饶俊峰，姜松，李孜．基于M a r x 和磁开关的方波脉冲电源的研制g J ] ．强激光与粒子束，2 0 1 6 ，2 8 5 1 3 6 1 4 0 ． R a oJ u n f e n g ，J i a n g S o n g ，L iZ i ．D e v e l o p m e n to fs q u a r ew a v ep u l s ep o w e rb a s e do nM a r xa n dm a g n e t i cs w i t c h ．H i g hP o w e rL a s e ra n dP a r t i c l eB e ams ，2 016 ， 2 8 5 1 3 6 1 4 0 李亚维，丁明军，马成刚，等．8 0k V 可调节高压脉冲方波脉冲电源的研制[ J ] ．强激光与粒子束，2 0 1 3 ，2 5 1 0 2 7 4 2 2 7 4 6 ． L iY a w e i ， D i n gM i n g j u n ，M aC h e n g g a n g ，e ta 1 ．8 0k Va d j u s t a b l eh i g h - v o l t a g er e c t a n g l e w a v ep u l s ep o w e rs u p p l y ．H i g hP o w e rL a s e ra n dP a r t i c l e B e a Ⅲs ，2 0 1 3 ，2 5 1 0 2 7 4 2 - 2 7 4 6 王冬冬．邱剑，刘克富．基于半导体开关和磁开关的全固态脉冲电源[ J ] ．强激光与粒子束，2 0 1 0 ．2 2 4 7 3 0 7 3 4 ． W a n gD o n g d o n g ， Q i uJ i a n ，L i uK e f u ．A l l s o l i d s t a t ep u l s ep o w e rs u p p l yb a s e do ns e m i c o n d u c t o rs w i t c ha n dm a g n e t i cs w i t c h ．H i g hP o w e rL a s e ra n dP a r t i 0 6 5 0 0 8 6 万方数据 张瑞强等利用脉冲功率技术开采海底富钴结壳的试验研究 c l eB e a7 ”s ，2 0 1 0 ．2 2 4 7 3 0 7 3 4 E x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fe x p l o r i n gm a r i n eC O 。r i c hc r u s t u s i n gp u l s ep o w e rt e c h n i q u e s Z h a n gR u i q i a n 9 1 ～．L i uS h a o j u n l2 ．H uQ i o n 9 1 ’2 1 ．S c h o o lo fM e c h a n i c a la n dE l e c 。t r i c a lE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．S h e n z h e nR e s e a r c hI n s t i t u t e ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，S h e n z h e n5 1 8 0 5 7 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt Oo v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g e so fu s i n gt h ec o n v e n t i o n a lm e c h a n i c a lm e t h o d st Oe x p l o r em a r i n eC o - r i c h c r u s t ，s u c ha sc r u s h i n gh e a dw e a r i n ge a s i l y ，l o we f f i c i e n c ya n dh i g hd i l u t i o nr a t i o