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脉冲功率技术在民用和国防领域有着广泛的运用,包括产生高功率粒子束、激励X射线、激励气体激光等。在这些运用当中,一个重要发展方向是实现高功率重复频率运行以获得高平均功率,而开关技术则是限制其重复频率的重要因素,因此,研究高功率、大电流、高重复频率气体火花开关,对提高脉冲功率调制器的性能具有重要的意义。但是高功率重复频率气体开关存在一个主要的缺点,就是开关寿命比较低,因此如何提高气体开关的寿命是气体开关研究的一项重要内容。本文先简单介绍了气体火花开关的击穿机理,分析了气体开关主要参数的计算方法。并通过对比两种大电流气体火花开关结构,对一种开关外壳为金属的结构进行了改进,即采用开关高压电极和外壳一体化设计,外壳为金属腔体,低压电极端采用金属挡板,可以从最大程度上减小开关工作时对绝缘支撑的污染,提高开关的寿命;同时运用CST电场分析软件,对开关的主要尺寸进行了优化设计,并对触发电极与主间隙中央的距离进行了分析,得到了触发电极与开关主间隙的最优距离;并且运用ANSYS软件,对开关的电极冷却进行了分析,结果表明,利用外加冷却液的方式,可以有效对开关的电极进行冷却,降低开关表面电极材料的烧蚀,提高开关的寿命和重复运行的稳定性。同时,根据实验室的情况,设计加工了一套高功率重复频率气体火花开关系统,包括气体开关、吹气系统、冷却系统。最后对所设计的重复频率气体开关进行了各种实验:(1)自击穿静态实验,在开关室内充入氮气,气压0.10～0.25MPa时,开关的自击穿电压与开关气压近似为线性关系,自击穿电压范围为33～45kV;(2)在单次触发实验:当开关气压为0.10、0.15、0.20和0.25MPa时,开关自击穿电压分别为33、37、41和45kV;当触发电压为80kV时,其可控工作电压范围分别为25～94%、38～86%、40～88%和44～88%,具有可控工作电压范围宽的优点。而当开关工作气压为0.25MPa,工作电压为40kV,欠压比为88%时,开关的时延为50ns,抖动为1.28ns,分散性小于3%,工作稳定,可用于强流加速器初级储能系统;(3)重复频率实验:开关在电压10kV、电流10kA、重复频率30Hz时,运行稳定,波形重叠性好,偏差在5%以内;当开关在电压20kV、电流20kA、重复频率10Hz时,开关波形重叠好,偏差在10%以内。经过上千次的实验,对比以往的开关可以得到,该开关寿命明显提高。