超导磁约束聚变被认为是有望解决人类能源危机的重要途径。爆炸开关,作为超导线圈发生失超时的后备保护开关,以其动作迅速、可靠性高的特点,为超导线圈的安全运行提供了保障。万安培级感性直流开断技术,由于不存在交流电路的自然过零点现象,一直是世界各国开关领域研究的难题。超导磁约束聚变装置中的爆炸开关是串联于主回路、由炸药驱动分断的直流开关,需稳态通以数万安培直流电流,同时满足故障时在数百微秒内分断主回路的要求。相比于一般断路器,爆炸开关导体结构复杂、驱动机构不稳定性高、动作时间极短。当前国内外此类爆炸开关的的设计通常是基于大量的试验来进行相关验证,缺乏可参考的理论设计依据。而在爆炸开关的导体系统、驱动机构、水冷系统等部分的设计中,理论模型的建立可以为设计及优化带来极大的便利并大大缩短设计周期。论文主要工作内容和创新如下:在国内首次研制了双级式结构、采用水作为燃弧介质、最高参数40kA/10kV的爆炸开关样机,并进行了实验验证。各项性能指标达到设计要求,提高了我国超导聚变装置爆炸开关的研制水平。在爆炸开关的导体系统设的计中,基于数据拟合方法,推导出爆炸开关导电部件接触电阻的经验公式。采用理论计算与数值仿真相结合的方法,建立了爆炸开关导体部分热-电耦合模型,进行了热稳定仿真计算。通过实验验证了接触电阻与水冷散热理论分析的正确性,为爆炸开关的设计及优化提供了依据。深入研究了爆炸开关的驱动机构。针对所述爆炸开关双级式、多材料耦合的特点,建立了数值模型,并在LS-DYNA中进行了仿真计算,对导体结构、炸药用量、驱动结构等进行了计算与校核。基于数值计算结果,对爆炸开关进行了多次爆炸试验,完成了爆炸开关驱动机构的设计。首次将电弧黑盒模型应用在了此类炸药分断、水下燃弧的开关中,提出适合本文所述爆炸开关电弧黑盒模型参数取值的方案,在PSCAD中进行了仿真计算,并通过试验验证了参数取值的有效性,为此类型爆炸开关的换流单元的设计提供了理论依据。本文提出了理论计算结合试验分析的设计研制思路,简化了传统设计中主要依靠大量试验来优化开关设计的方法,提高了我国超导磁约束聚变装置中爆炸开关的研制水平,为中国下一代聚变堆CFETR超导磁体系统提供了高电压、大电流失超保护开关解决方案。