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2024, 36: 064002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240034
2024, 36: 061001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230426
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240092
摘要:
针对宽频测量系统量值传递需求，基于Marx电路设计了一款单极性方波脉冲源。该脉冲源以MOSFET器件为核心，采用光纤隔离驱动方案实现10 kV的方波脉冲输出。采用叠层结构搭建12级样机，实现了脉冲发生器的模块化与小型化。实验结果表明：该方波脉冲源在带300 pF以下的容性负载时可实现前沿小于百纳秒、输出电压kV级别、脉宽200 μs的脉冲输出。该电源适用于宽频测量设备的方波响应性能实验等脉冲功率相关用途。
针对宽频测量系统量值传递需求，基于Marx电路设计了一款单极性方波脉冲源。该脉冲源以MOSFET器件为核心，采用光纤隔离驱动方案实现10 kV的方波脉冲输出。采用叠层结构搭建12级样机，实现了脉冲发生器的模块化与小型化。实验结果表明：该方波脉冲源在带300 pF以下的容性负载时可实现前沿小于百纳秒、输出电压kV级别、脉宽200 μs的脉冲输出。该电源适用于宽频测量设备的方波响应性能实验等脉冲功率相关用途。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230368
摘要:
为了确定用于场所监测的临界事故报警系统合适的报警阈值，需选用相似的基准实验进行验证。根据设备室临界事故报警系统的特征，构建了简易模型和具有代表性的包含多个设备的虚拟设备室模型。针对固定源问题，在蒙卡程序RMC中实现了基于微分算符抽样法计算敏感性系数的功能。随后，运用敏感性和不确定度分析方法对系统间的相似性进行了研究，并深入分析了影响相似性的因素。计算分析结果显示，对于简易模型，源项能谱和混凝土材料对系统间的相似性有较大影响，探测器与内侧墙面之间的混凝度厚度对相似性有一定影响，而源项的几何位置对相似性的影响较小，乏燃料成分对相似性的影响可以忽略不计。根据本文提出的相似性分析流程进行计算得出，简易模型与虚拟设备室模型的相似性较高，基于简易模型的研究结论适用于虚拟设备室模型，可为工程上的临界报警系统相似性研究提供参考。
为了确定用于场所监测的临界事故报警系统合适的报警阈值，需选用相似的基准实验进行验证。根据设备室临界事故报警系统的特征，构建了简易模型和具有代表性的包含多个设备的虚拟设备室模型。针对固定源问题，在蒙卡程序RMC中实现了基于微分算符抽样法计算敏感性系数的功能。随后，运用敏感性和不确定度分析方法对系统间的相似性进行了研究，并深入分析了影响相似性的因素。计算分析结果显示，对于简易模型，源项能谱和混凝土材料对系统间的相似性有较大影响，探测器与内侧墙面之间的混凝度厚度对相似性有一定影响，而源项的几何位置对相似性的影响较小，乏燃料成分对相似性的影响可以忽略不计。根据本文提出的相似性分析流程进行计算得出，简易模型与虚拟设备室模型的相似性较高，基于简易模型的研究结论适用于虚拟设备室模型，可为工程上的临界报警系统相似性研究提供参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240079
摘要:
针对噪声对跳频信号参数估计造成的困难，提出了基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。对跳频信号进行短时傅里叶变换，计算得到时频脊线，对时频脊线进行波形整形处理，消除噪声造成的虚假跳频时刻干扰，通过跳频时刻序列得到跳周期序列，对跳周期序列计算其直方图，选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳频速率。根据跳周期序列分别取出每段信号，再进行频率估计。通过实验验证了提出方法的有效性，综合利用时频变换及波形整形处理技术，保证了在低信噪比下跳频信号跳频时刻、跳频速率及跳频频率的理想估计结果。
针对噪声对跳频信号参数估计造成的困难，提出了基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。对跳频信号进行短时傅里叶变换，计算得到时频脊线，对时频脊线进行波形整形处理，消除噪声造成的虚假跳频时刻干扰，通过跳频时刻序列得到跳周期序列，对跳周期序列计算其直方图，选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳频速率。根据跳周期序列分别取出每段信号，再进行频率估计。通过实验验证了提出方法的有效性，综合利用时频变换及波形整形处理技术，保证了在低信噪比下跳频信号跳频时刻、跳频速率及跳频频率的理想估计结果。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240105
摘要:
高空核爆炸产生的磁流体动力学（晚期）电磁脉冲对电力系统等国家重要基础设施具有严重影响。由于晚期电磁脉冲产生的机理复杂，依赖因素众多，包括爆炸当量、爆高、爆炸方位、爆炸时间、观察点位置以及土壤电导率等，因此，目前还没有成熟的代码可以模拟整个晚期电磁脉冲的产生过程。介绍晚期电磁脉冲的产生机理，讨论晚期电磁脉冲电场随核装置爆炸当量、爆高和大气状况的变化关系。E3A电场峰值随爆炸当量线性增加，而E3B电场峰值则随爆炸当量增加出现明显的饱和效应。分析了当前晚期电磁脉冲模拟代码现状，为进一步研究晚期电磁脉冲数值模拟方法和代码研发提供参考。
高空核爆炸产生的磁流体动力学（晚期）电磁脉冲对电力系统等国家重要基础设施具有严重影响。由于晚期电磁脉冲产生的机理复杂，依赖因素众多，包括爆炸当量、爆高、爆炸方位、爆炸时间、观察点位置以及土壤电导率等，因此，目前还没有成熟的代码可以模拟整个晚期电磁脉冲的产生过程。介绍晚期电磁脉冲的产生机理，讨论晚期电磁脉冲电场随核装置爆炸当量、爆高和大气状况的变化关系。E3A电场峰值随爆炸当量线性增加，而E3B电场峰值则随爆炸当量增加出现明显的饱和效应。分析了当前晚期电磁脉冲模拟代码现状，为进一步研究晚期电磁脉冲数值模拟方法和代码研发提供参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240061
摘要:
近年来，量子信息技术飞速发展，其中基于里德堡原子的电磁传感器吸引了人们的极大兴趣。里德堡原子是一种处于高能态的原子，因其拥有对外场响应灵敏、具备自校准并直接追溯到国际单位制的测量能力、不受传统天线尺寸效应的影响等特点，十分适合于无线电传感与探测。自2012年Shaffer等突破性地利用里德堡原子的电磁诱导透明效应测量微波电场强度的灵敏度及不确定度均远高于传统微波测量结果之后，近十年来，以里德堡原子超外差测量等新理论和新技术为代表的研究已经实现了对电磁波的频率、极化、相位、强度等多参数的测量，相关工程化的技术也蓬勃发展，有望对传统的无线电技术产生颠覆性的影响。对基于里德堡原子的无线电技术近十年来的研究进展进行综述，从探测原理出发，梳理本领域的发展脉络，并对其未来发展趋势进行展望。
近年来，量子信息技术飞速发展，其中基于里德堡原子的电磁传感器吸引了人们的极大兴趣。里德堡原子是一种处于高能态的原子，因其拥有对外场响应灵敏、具备自校准并直接追溯到国际单位制的测量能力、不受传统天线尺寸效应的影响等特点，十分适合于无线电传感与探测。自2012年Shaffer等突破性地利用里德堡原子的电磁诱导透明效应测量微波电场强度的灵敏度及不确定度均远高于传统微波测量结果之后，近十年来，以里德堡原子超外差测量等新理论和新技术为代表的研究已经实现了对电磁波的频率、极化、相位、强度等多参数的测量，相关工程化的技术也蓬勃发展，有望对传统的无线电技术产生颠覆性的影响。对基于里德堡原子的无线电技术近十年来的研究进展进行综述，从探测原理出发，梳理本领域的发展脉络，并对其未来发展趋势进行展望。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240041
摘要:
针对哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置（SESRI）-300 MeV质子重离子加速器直线注入器，设计了直线定时系统，为脉冲工作模式的直线注入器斩波器、高频低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精准的、符合物理调束需求的工作时序触发信号。系统硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）设计和开发，实现了内触发模式与外触发模式两种模式下对直线加速器相关设备的精准时序控制以及斩波器的控制与安全联锁。硬件支持光信号通信、W5300以太网通信、多路继电器输出与多路同步触发信号的精准时序输出。同时，系统采用光信号通信模块方便系统的级联，易于系统扩展，可满足大规模直线加速器定时系统需求。用户上位机软件基于实验物理和工业控制系统（EPICS）分布式架构开发。该系统已成功运用在300 MeV质子重离子加速器装置、近代物理研究所SSC-LINAC装置，且长期运行稳定、可靠，无任何故障。
针对哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置（SESRI）-300 MeV质子重离子加速器直线注入器，设计了直线定时系统，为脉冲工作模式的直线注入器斩波器、高频低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精准的、符合物理调束需求的工作时序触发信号。系统硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）设计和开发，实现了内触发模式与外触发模式两种模式下对直线加速器相关设备的精准时序控制以及斩波器的控制与安全联锁。硬件支持光信号通信、W5300以太网通信、多路继电器输出与多路同步触发信号的精准时序输出。同时，系统采用光信号通信模块方便系统的级联，易于系统扩展，可满足大规模直线加速器定时系统需求。用户上位机软件基于实验物理和工业控制系统（EPICS）分布式架构开发。该系统已成功运用在300 MeV质子重离子加速器装置、近代物理研究所SSC-LINAC装置，且长期运行稳定、可靠，无任何故障。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240065
摘要:
导弹作为军机的挂载，在雷电特殊环境中存在遭受雷击风险。为了提高机载导弹的雷电防护，根据标准SAE ARP5416的试验方法在CST中搭建仿真环境，对“军机挂载导弹”模型采用静电场仿真进行雷电附着1A区划分，并采用注入电流法仿真模型遭遇雷击时的间接效应。仿真结果表明：导弹导引头固定后沿（金属部分）和尾翼翼尖易遭受雷电初始附着，当雷电附着于导弹导引头固定后沿时，雷达罩内的电磁场环境最为恶劣，并且碳纤维复合材料（CFRP）舱段内产生的强电场环境和线缆的高感应电压会损坏弹内设备，而CFRP镀铝可将舱段内电场强度和线缆感应电压降低两个数量级，有着良好的雷电电磁屏蔽效果。
导弹作为军机的挂载，在雷电特殊环境中存在遭受雷击风险。为了提高机载导弹的雷电防护，根据标准SAE ARP5416的试验方法在CST中搭建仿真环境，对“军机挂载导弹”模型采用静电场仿真进行雷电附着1A区划分，并采用注入电流法仿真模型遭遇雷击时的间接效应。仿真结果表明：导弹导引头固定后沿（金属部分）和尾翼翼尖易遭受雷电初始附着，当雷电附着于导弹导引头固定后沿时，雷达罩内的电磁场环境最为恶劣，并且碳纤维复合材料（CFRP）舱段内产生的强电场环境和线缆的高感应电压会损坏弹内设备，而CFRP镀铝可将舱段内电场强度和线缆感应电压降低两个数量级，有着良好的雷电电磁屏蔽效果。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230323
摘要:
针对粒子加速器，地面变形会导致束流畸变甚至丢失，所以在粒子加速器领域对地面变形的研究是有必要的。通过在合肥光源直线加速器隧道先后搭建两套并行分布、由7台间隔10 m的静力水准传感器构成的静力水准系统，经过对两套系统采集的共计三段为期半个月监测数据进行分析，发现了ATL模型中存在的线性关系，分别得到不同时段本地区模型常数值，并发现了模型常数与季节温度的相关性。最后通过数据对比发现地面点相对运动中的周期成分主要受固体潮效应影响。
针对粒子加速器，地面变形会导致束流畸变甚至丢失，所以在粒子加速器领域对地面变形的研究是有必要的。通过在合肥光源直线加速器隧道先后搭建两套并行分布、由7台间隔10 m的静力水准传感器构成的静力水准系统，经过对两套系统采集的共计三段为期半个月监测数据进行分析，发现了ATL模型中存在的线性关系，分别得到不同时段本地区模型常数值，并发现了模型常数与季节温度的相关性。最后通过数据对比发现地面点相对运动中的周期成分主要受固体潮效应影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230401
摘要:
为了抑制波导中引入传动轴导致的微波泄露，保障系统的正常运行，提出了一种级联宽带扼流装置。利用阻抗变换原理分析了级联宽带扼流装置的带宽特性，通过增加介质片的数量提升扼流装置的频带宽度。根据等效波长原理，提高介质片介电常数可缩小扼流装置的体积。通过电磁仿真软件构建扼流装置模型，并分析了介质片数量、介电常数和尺寸对扼流装置性能的影响。仿真结果表明：工作频率为10 GHz时，双层扼流装置的泄露损耗在9.70～10.82 GHz带宽范围内小于−40 dB，相对带宽达到8.2%。最后，采用简化仿真模型进行了实物加工和测试，测试结果证实仿真结果的正确性，同时验证了该扼流装置的低损耗和宽频带特性。
为了抑制波导中引入传动轴导致的微波泄露，保障系统的正常运行，提出了一种级联宽带扼流装置。利用阻抗变换原理分析了级联宽带扼流装置的带宽特性，通过增加介质片的数量提升扼流装置的频带宽度。根据等效波长原理，提高介质片介电常数可缩小扼流装置的体积。通过电磁仿真软件构建扼流装置模型，并分析了介质片数量、介电常数和尺寸对扼流装置性能的影响。仿真结果表明：工作频率为10 GHz时，双层扼流装置的泄露损耗在9.70～10.82 GHz带宽范围内小于−40 dB，相对带宽达到8.2%。最后，采用简化仿真模型进行了实物加工和测试，测试结果证实仿真结果的正确性，同时验证了该扼流装置的低损耗和宽频带特性。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230362
摘要:
锥束X射线CT和二维扇束、平行束CT系统相比具有扫描速度快、射线利用率高、重建图像轴向分辨率和水平分辨率一致等优点，是当前工业CT技术发展的重点。然而，由于散射线的存在，其成像质量受到影响。为了减小散射线对图像质量的影响，提出一种新的基于斜孔散射校正板的散射校正方法，对该方法的原理和实现进行了深入的研究，通过获取原始扫描数据以及斜孔散射校正板后的扫描数据，利用插值和平滑处理的方法获得散射场数据。然后，通过将原始数据减去散射场数据后进行重建，即可得到无散射的CT图像。通过与光栅式散射校正板校正方法进行对比，结果表明，该方法应用于涡轮叶片的锥束CT扫描结果校正，典型区域（叶片内冷却通道及叶片内壁）对比度噪声比分别提升了14.2%和56.8%，而光栅式散射校正板校正后，同一位置对比度噪声比分别仅提升了5.6%和27.6%，验证了基于斜孔散射校正板散射校正方法的优越性。
锥束X射线CT和二维扇束、平行束CT系统相比具有扫描速度快、射线利用率高、重建图像轴向分辨率和水平分辨率一致等优点，是当前工业CT技术发展的重点。然而，由于散射线的存在，其成像质量受到影响。为了减小散射线对图像质量的影响，提出一种新的基于斜孔散射校正板的散射校正方法，对该方法的原理和实现进行了深入的研究，通过获取原始扫描数据以及斜孔散射校正板后的扫描数据，利用插值和平滑处理的方法获得散射场数据。然后，通过将原始数据减去散射场数据后进行重建，即可得到无散射的CT图像。通过与光栅式散射校正板校正方法进行对比，结果表明，该方法应用于涡轮叶片的锥束CT扫描结果校正，典型区域（叶片内冷却通道及叶片内壁）对比度噪声比分别提升了14.2%和56.8%，而光栅式散射校正板校正后，同一位置对比度噪声比分别仅提升了5.6%和27.6%，验证了基于斜孔散射校正板散射校正方法的优越性。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230444
摘要:
高温气冷堆主氦风机调试期间，由于一回路阻力低于设计工况，导致主氦风机无法完成全转速范围性能测试。基于主氦风机的理论特性与相似原理开发主氦风机不同阻力工况调试参数的推算方法。结合主氦风机单体试验工况点，准确推算主氦风机冷态与热态性能试验的工况点参数，并指导完成高温气冷堆主氦风机全转速、满功率性能测试。通过对主氦风机调试与出厂试验结果的对比分析，验证本推算方法的可行性，并给出空气介质与氦气介质工况转换的修正因子。通过主氦风机调试与运行数据的对比分析，可以看出本文提供的主氦风机调试工况具有足够的包络性，能够覆盖高温气冷堆运行期间主氦风机的所有运行工况，证明了本文提供的变阻力工况主氦风机调试方法满足高温气冷堆主氦风机性能验证需求，可用于指导后续高温气冷堆的主氦风机调试工作。
高温气冷堆主氦风机调试期间，由于一回路阻力低于设计工况，导致主氦风机无法完成全转速范围性能测试。基于主氦风机的理论特性与相似原理开发主氦风机不同阻力工况调试参数的推算方法。结合主氦风机单体试验工况点，准确推算主氦风机冷态与热态性能试验的工况点参数，并指导完成高温气冷堆主氦风机全转速、满功率性能测试。通过对主氦风机调试与出厂试验结果的对比分析，验证本推算方法的可行性，并给出空气介质与氦气介质工况转换的修正因子。通过主氦风机调试与运行数据的对比分析，可以看出本文提供的主氦风机调试工况具有足够的包络性，能够覆盖高温气冷堆运行期间主氦风机的所有运行工况，证明了本文提供的变阻力工况主氦风机调试方法满足高温气冷堆主氦风机性能验证需求，可用于指导后续高温气冷堆的主氦风机调试工作。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240076
摘要:
在计算电磁学领域，时域间断有限元算法（DGTD）一般基于模型空间的不规则网格划分和单元上高阶多项式插值计算。同样的插值阶数，两维空间四边形网格划分比三角形网格划分具有更少的自由度和更高的计算效率。然而，传统基于等参变换和多项式张量积插值的基函数空间在四边形单元上仅具有低阶完备性，且稳定性和精度受网格畸变影响较大。为此，本文提出了一种基于不规则四边形网格的高阶B样条插值DGTD方法，用于Maxwell方程的求解。文章采用的B样条基不仅具有高阶多项式空间的插值完备性，而且完全消除了单元内部自由度。此外，Maxwell方程离散系统的各系数矩阵还具有精确的解析形式。使用该方法分析腔体的本征模和楔形体的电磁散射，结果表明，相较于COMSOL软件最大允许时间步长提高2.5倍，计算所需未知量减少25%，证实了本文算法的高稳定性和高精度特点。
在计算电磁学领域，时域间断有限元算法（DGTD）一般基于模型空间的不规则网格划分和单元上高阶多项式插值计算。同样的插值阶数，两维空间四边形网格划分比三角形网格划分具有更少的自由度和更高的计算效率。然而，传统基于等参变换和多项式张量积插值的基函数空间在四边形单元上仅具有低阶完备性，且稳定性和精度受网格畸变影响较大。为此，本文提出了一种基于不规则四边形网格的高阶B样条插值DGTD方法，用于Maxwell方程的求解。文章采用的B样条基不仅具有高阶多项式空间的插值完备性，而且完全消除了单元内部自由度。此外，Maxwell方程离散系统的各系数矩阵还具有精确的解析形式。使用该方法分析腔体的本征模和楔形体的电磁散射，结果表明，相较于COMSOL软件最大允许时间步长提高2.5倍，计算所需未知量减少25%，证实了本文算法的高稳定性和高精度特点。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230421
摘要:
针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求，提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成，通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条，使得辐射口面的电场分布更为均匀，提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换，同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态，提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求，优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列，仿真结果表明其在9.25～9.65 GHz范围内口径效率均大于90%，反射系数均小于-13.9 dB。对天线进行了加工测试，测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好，中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍，仿真得到的真空中功率容量为40 MW，具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。
针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求，提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成，通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条，使得辐射口面的电场分布更为均匀，提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换，同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态，提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求，优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列，仿真结果表明其在9.25～9.65 GHz范围内口径效率均大于90%，反射系数均小于-13.9 dB。对天线进行了加工测试，测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好，中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍，仿真得到的真空中功率容量为40 MW，具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230408
摘要:
基于两流体六方程模型针对钠的气液两相分别构建守恒方程，采用蒸发冷凝模型表征两相质量交换，分别使用显式和隐式处理方法对蒸发冷凝模型进行计算，同时考虑了Sobolev阻力模型、两相对流换热模型以及相间动量交换等本构关系，开发了适用于模拟钠冷快堆冷却剂沸腾的多孔介质分析方法，利用KNS-37失流实验L22工况数据进行了对比验证，并利用L29工况流量数据验证模型的适用性。结果表明，所建立的钠沸腾多孔介质分析方法可以对钠冷快堆沸腾现象较好地模拟，预测沸腾发生时间在6.3 s左右，与实验相差0.2 s，温度和流量的总体变化趋势与实验数据吻合较好。
基于两流体六方程模型针对钠的气液两相分别构建守恒方程，采用蒸发冷凝模型表征两相质量交换，分别使用显式和隐式处理方法对蒸发冷凝模型进行计算，同时考虑了Sobolev阻力模型、两相对流换热模型以及相间动量交换等本构关系，开发了适用于模拟钠冷快堆冷却剂沸腾的多孔介质分析方法，利用KNS-37失流实验L22工况数据进行了对比验证，并利用L29工况流量数据验证模型的适用性。结果表明，所建立的钠沸腾多孔介质分析方法可以对钠冷快堆沸腾现象较好地模拟，预测沸腾发生时间在6.3 s左右，与实验相差0.2 s，温度和流量的总体变化趋势与实验数据吻合较好。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230430
摘要:
深度学习技术与自适应光学技术的结合，预期能够有效提升波前校正效果，并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展，包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及相应的神经网络结构设计，同时分析了这些神经网络在不同实际应用场景下的性能表现，并对不同神经网络结构之间的差异进行了比较和讨论，探究了结构差异所带来的具体影响。最后，总结了深度学习在这两个方向上的已有方法，并就未来深度学习与自适应光学技术如何深度融合的发展趋势进行了展望。
深度学习技术与自适应光学技术的结合，预期能够有效提升波前校正效果，并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展，包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及相应的神经网络结构设计，同时分析了这些神经网络在不同实际应用场景下的性能表现，并对不同神经网络结构之间的差异进行了比较和讨论，探究了结构差异所带来的具体影响。最后，总结了深度学习在这两个方向上的已有方法，并就未来深度学习与自适应光学技术如何深度融合的发展趋势进行了展望。
预发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章，这些文章目前处在编校过程，尚未确定卷期及页码，但可以根据DOI进行引用。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230413
摘要:
针对兰州重离子研究装置（HHIRFL）荧光靶历史图像数据存储系统所产生的数据不断递增和历史数据检索速度慢的问题，构建了基于MongoDB数据库的荧光靶历史图像数据存储系统。为了能够保存和观测分析荧光靶束流图像，搭建了基于EPICS的历史数据归档系统获取荧光靶图像过程变量（PV）数据，用MongoDB数据库分片技术对所得数据进行存储，通过Django框架完成图像的转化和Web页面的实现，并在系统中应用了图像分类算法，提高了数据读写的速率。该系统在HIRFL上可以稳定获取、存储、观测荧光靶束流历史图像，为束流分析、调束工作提供了便利。
针对兰州重离子研究装置（HHIRFL）荧光靶历史图像数据存储系统所产生的数据不断递增和历史数据检索速度慢的问题，构建了基于MongoDB数据库的荧光靶历史图像数据存储系统。为了能够保存和观测分析荧光靶束流图像，搭建了基于EPICS的历史数据归档系统获取荧光靶图像过程变量（PV）数据，用MongoDB数据库分片技术对所得数据进行存储，通过Django框架完成图像的转化和Web页面的实现，并在系统中应用了图像分类算法，提高了数据读写的速率。该系统在HIRFL上可以稳定获取、存储、观测荧光靶束流历史图像，为束流分析、调束工作提供了便利。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230425
摘要:
中国科学院高能物理研究所于2023年6月完成了高品质因数1.3 GHz超导加速模组研发，在国际上率先实现了中温退火高品质因数超导腔模组技术路线。模组中集成了八只经过中温退火工艺处理的1.3 GHz 9-cell超导腔，在模组的测试过程中超导腔的高阶模耦合器温升异常，导致超导腔无法在高梯度下稳定工作。通过HFSS软件和CST软件中的微波仿真模块对高阶模耦合器进行电磁分析，再通过理论和Ansys Workbench软件对高阶模耦合器进行热仿真分析，并结合模组的高功率实验，找到了超导腔性能异常的原因，并对超导腔高阶模耦合器的冷却方式进行了进一步的优化，解决了模组中超导腔高梯度下的不稳定性。
中国科学院高能物理研究所于2023年6月完成了高品质因数1.3 GHz超导加速模组研发，在国际上率先实现了中温退火高品质因数超导腔模组技术路线。模组中集成了八只经过中温退火工艺处理的1.3 GHz 9-cell超导腔，在模组的测试过程中超导腔的高阶模耦合器温升异常，导致超导腔无法在高梯度下稳定工作。通过HFSS软件和CST软件中的微波仿真模块对高阶模耦合器进行电磁分析，再通过理论和Ansys Workbench软件对高阶模耦合器进行热仿真分析，并结合模组的高功率实验，找到了超导腔性能异常的原因，并对超导腔高阶模耦合器的冷却方式进行了进一步的优化，解决了模组中超导腔高梯度下的不稳定性。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240001
摘要:
为了探究稠密等离子体焦点装置内等离子体层的运动规律以及相关设计参数的影响，利用自主开发的FOI程序对Mather型放电室结构下的等离子体层加速过程、焦点形成过程进行二维磁流体力学仿真，得到了与美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室可见光实验图像相似的结果。同时，研究了装置的不同充气气压、电流幅值、阳极半径和阴阳极间隙对等离子体层轴向加速过程和箍缩效果的影响。计算结果表明，等离子体层会以一定的弧度沿径向压缩气体，这是引起腊肠不稳定现象的原因之一；等离子体层的轴向运动速度与装置充气压力的平方根成反比，与施加的电流成正比，与装置的阳极半径成反比；增大电流的同时需要延长装置阳极的长度，使箍缩发生在电流达到峰值的时刻；阴阳极间隙的大小对阳极附近等离子体层的轴向运动过程影响不大。
为了探究稠密等离子体焦点装置内等离子体层的运动规律以及相关设计参数的影响，利用自主开发的FOI程序对Mather型放电室结构下的等离子体层加速过程、焦点形成过程进行二维磁流体力学仿真，得到了与美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室可见光实验图像相似的结果。同时，研究了装置的不同充气气压、电流幅值、阳极半径和阴阳极间隙对等离子体层轴向加速过程和箍缩效果的影响。计算结果表明，等离子体层会以一定的弧度沿径向压缩气体，这是引起腊肠不稳定现象的原因之一；等离子体层的轴向运动速度与装置充气压力的平方根成反比，与施加的电流成正比，与装置的阳极半径成反比；增大电流的同时需要延长装置阳极的长度，使箍缩发生在电流达到峰值的时刻；阴阳极间隙的大小对阳极附近等离子体层的轴向运动过程影响不大。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240093
摘要:
为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽，首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响，并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明：尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns，而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比，优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比，优化后的模拟器场在保持高峰值的同时，时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大，且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大；有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型，其次是2×1阵列模型；在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。
为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽，首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响，并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明：尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns，而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比，优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比，优化后的模拟器场在保持高峰值的同时，时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大，且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大；有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型，其次是2×1阵列模型；在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230374
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根据关键设备在直线加速器隧道内的布局，控制网布设在隧道地面和墙面。跟踪仪是直线加速器控制网测量的主要仪器，跟踪仪的测角误差是影响设备精度的关键因素。根据隧道墙面和地面网点的布局以及跟踪仪测量方案，对跟踪仪所有测量状态下的水平角和垂直角进行分解；然后通过高精度三坐标测量仪和跟踪仪联动测试，对分解后的角度进行高精度求解，解算值用于修正跟踪仪的实测角度。结果表明，不管是哪种测量状态，跟踪仪实测角度值均大于解算值；地面网点垂直角和水平角的偏差与跟踪仪的标称精度基本相当；墙面点水平角超过15°时，测角误差随着角度的增加而增大，在隧道控制网测量时需要对墙面点水平角进行修正。
根据关键设备在直线加速器隧道内的布局，控制网布设在隧道地面和墙面。跟踪仪是直线加速器控制网测量的主要仪器，跟踪仪的测角误差是影响设备精度的关键因素。根据隧道墙面和地面网点的布局以及跟踪仪测量方案，对跟踪仪所有测量状态下的水平角和垂直角进行分解；然后通过高精度三坐标测量仪和跟踪仪联动测试，对分解后的角度进行高精度求解，解算值用于修正跟踪仪的实测角度。结果表明，不管是哪种测量状态，跟踪仪实测角度值均大于解算值；地面网点垂直角和水平角的偏差与跟踪仪的标称精度基本相当；墙面点水平角超过15°时，测角误差随着角度的增加而增大，在隧道控制网测量时需要对墙面点水平角进行修正。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230433
摘要:
为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求，提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理，通过采用过模矩形波导E面合成的形式，使两个波导滤波器相互平行，两个输入端口相互平齐，以满足特定应用场景的需求。同时，通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制，并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距，在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2 λ，宽度为1.5 λ，高度为2.8 λ（λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长）。仿真结果表明，该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB，合成效率大于98%，输入端口之间的隔离度大于20 dB，在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下，功率容量为310 MW。
为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求，提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理，通过采用过模矩形波导E面合成的形式，使两个波导滤波器相互平行，两个输入端口相互平齐，以满足特定应用场景的需求。同时，通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制，并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距，在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2 λ，宽度为1.5 λ，高度为2.8 λ（λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长）。仿真结果表明，该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB，合成效率大于98%，输入端口之间的隔离度大于20 dB，在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下，功率容量为310 MW。
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2024, 36: 055001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240053
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基于实用的观点综述性地归纳了小型脉冲功率发生器的主要电路方法，从电路的储能原理和电压叠加到开关单元设计及控制信号的产生技术。以作者的实际工作内容为主，用具体的电路实例介绍了几种脉冲功率电路的基本结构和主要结果。这些电路包括：电容储能Marx发生器，电感储能Marx发生器，混合储能Marx发生器，电容储能直线型变压器驱动器（LTD）和电感储能LTD。
基于实用的观点综述性地归纳了小型脉冲功率发生器的主要电路方法，从电路的储能原理和电压叠加到开关单元设计及控制信号的产生技术。以作者的实际工作内容为主，用具体的电路实例介绍了几种脉冲功率电路的基本结构和主要结果。这些电路包括：电容储能Marx发生器，电感储能Marx发生器，混合储能Marx发生器，电容储能直线型变压器驱动器（LTD）和电感储能LTD。
2024, 36: 055002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230341
摘要:
基于感应电压叠加器感应腔角向传输线电流探头离线标定的需求，设计了离线标定平台。离线标定平台为平板传输线结构，与在线标定相比，对标定信号的畸变更低。分析了跨平台标定误差的来源，并针对性提出降低误差的措施。分析表明，安装偏心及探头纵向安装深度是跨平台标定误差的最大来源，需要在工程设计中重点关注。实际建立了离线标定平台并开展误差分析，得到跨平台标定误差3.3%的结果。
基于感应电压叠加器感应腔角向传输线电流探头离线标定的需求，设计了离线标定平台。离线标定平台为平板传输线结构，与在线标定相比，对标定信号的畸变更低。分析了跨平台标定误差的来源，并针对性提出降低误差的措施。分析表明，安装偏心及探头纵向安装深度是跨平台标定误差的最大来源，需要在工程设计中重点关注。实际建立了离线标定平台并开展误差分析，得到跨平台标定误差3.3%的结果。
2024, 36: 055003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230360
摘要:
为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本，建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块，只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断，通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电，使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路，并且通过加入缓冲电路，解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机，在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形，波形上升时间约为75 ns，重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定，验证了该方案的可行性。
为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本，建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块，只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断，通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电，使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路，并且通过加入缓冲电路，解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机，在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形，波形上升时间约为75 ns，重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定，验证了该方案的可行性。
2024, 36: 055004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240020
摘要:
闪光X射线照相常用来拍摄高速运动物体的内部结构与流体动力学行为，也逐渐拓展到工业探伤、精密系统状态检测等领域。概述了小型闪光X射线机的研究历程与进展，包括Marx发生器、脉冲形成线、快脉冲直线型变压器、高压变压器4种主要技术路线与开关、X射线二极管2种关键元器件，讨论了小型闪光X射线照相系统的研究现状，探究了国外成熟的商业小型X光机与国内商业产品的不足，分析了小型闪光X光机将来的发展趋势，为小型闪光X射线机的研发和商业普及探索提供参考。
闪光X射线照相常用来拍摄高速运动物体的内部结构与流体动力学行为，也逐渐拓展到工业探伤、精密系统状态检测等领域。概述了小型闪光X射线机的研究历程与进展，包括Marx发生器、脉冲形成线、快脉冲直线型变压器、高压变压器4种主要技术路线与开关、X射线二极管2种关键元器件，讨论了小型闪光X射线照相系统的研究现状，探究了国外成熟的商业小型X光机与国内商业产品的不足，分析了小型闪光X光机将来的发展趋势，为小型闪光X射线机的研发和商业普及探索提供参考。
2024, 36: 055005.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230306
摘要:
随着高压纳秒固态脉冲发生器在生物、工业和环境等领域的应用日益广泛和深入，脉冲波形、电压幅值、脉冲持续时间、脉冲重复频率等参数已成为特定脉冲功率应用所需的基本可控变量。为了进一步减小电源的体积、降低成本，提出一款以正极性Marx为主电路、多个脉冲变压器为核心驱动器、具有纳秒级前沿高重复频率的高压纳秒脉冲调制器。提出的驱动器结构紧凑，无需提供多路隔离供电的驱动电源，可以在高重复频率下实现两个金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）的栅极电压快速同步上升和下降，获得百纳秒以内、幅值可控的栅极驱动电压。不仅最大脉宽不受磁芯饱和的限制，而且负偏置电压使开关管可控关断，同时在一定程度上避免了电流流过MOSFET米勒电容而引起的寄生导通，提高了电路工作的可靠性。此外，研究了不同匝数和磁芯材料对驱动波形的影响。搭建了一台14级脉冲调制器样机，测试结果表明，基于该驱动器下的调制器输出电压和脉宽都连续可调，具有改变脉冲轮廓的能力，最大输出电压可达5.5 kV，脉宽调节范围为100 ns～50 ms，最小上升时间约18 ns，重复频率为100 kHz。
随着高压纳秒固态脉冲发生器在生物、工业和环境等领域的应用日益广泛和深入，脉冲波形、电压幅值、脉冲持续时间、脉冲重复频率等参数已成为特定脉冲功率应用所需的基本可控变量。为了进一步减小电源的体积、降低成本，提出一款以正极性Marx为主电路、多个脉冲变压器为核心驱动器、具有纳秒级前沿高重复频率的高压纳秒脉冲调制器。提出的驱动器结构紧凑，无需提供多路隔离供电的驱动电源，可以在高重复频率下实现两个金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）的栅极电压快速同步上升和下降，获得百纳秒以内、幅值可控的栅极驱动电压。不仅最大脉宽不受磁芯饱和的限制，而且负偏置电压使开关管可控关断，同时在一定程度上避免了电流流过MOSFET米勒电容而引起的寄生导通，提高了电路工作的可靠性。此外，研究了不同匝数和磁芯材料对驱动波形的影响。搭建了一台14级脉冲调制器样机，测试结果表明，基于该驱动器下的调制器输出电压和脉宽都连续可调，具有改变脉冲轮廓的能力，最大输出电压可达5.5 kV，脉宽调节范围为100 ns～50 ms，最小上升时间约18 ns，重复频率为100 kHz。
2024, 36: 055006.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230295
摘要:
LC串联谐振式高压恒流充电电源能够实现电容器的高效快速充电，且具有较好的抗负载短路能力，在高重频脉冲功率系统中具有广阔的应用前景。充电电源的效率是决定系统重频运行能力的重要因素，提高效率是目前高压电容器充电电源设计的首要目标。根据LC串联谐振电路的工作原理，分析可知电源工作模式、逆变桥的开关频率以及高频变压器的分布参数是影响LC串联谐振电源效率的主要因素。针对功率为10 kW、输出电压为40 kV的直流电源，计算主电路参数并利用Pspice建立了电路模型验证其准确性，采用软开关技术减小开关损耗，设计了分布参数较小的高频变压器进一步提高效率，并在此基础上完成了电源整体结构设计。最后测试了电源的充电特性，结果表明该电源可将0.1 µF电容器在37 ms内充电至39.5 kV，其充电效率为87.1%。
LC串联谐振式高压恒流充电电源能够实现电容器的高效快速充电，且具有较好的抗负载短路能力，在高重频脉冲功率系统中具有广阔的应用前景。充电电源的效率是决定系统重频运行能力的重要因素，提高效率是目前高压电容器充电电源设计的首要目标。根据LC串联谐振电路的工作原理，分析可知电源工作模式、逆变桥的开关频率以及高频变压器的分布参数是影响LC串联谐振电源效率的主要因素。针对功率为10 kW、输出电压为40 kV的直流电源，计算主电路参数并利用Pspice建立了电路模型验证其准确性，采用软开关技术减小开关损耗，设计了分布参数较小的高频变压器进一步提高效率，并在此基础上完成了电源整体结构设计。最后测试了电源的充电特性，结果表明该电源可将0.1 µF电容器在37 ms内充电至39.5 kV，其充电效率为87.1%。
2024, 36: 055007.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240022
摘要:
亚纳秒前沿、数百伏幅度、近似高斯单周波的重频窄脉冲信号源在超宽带探测、电磁兼容测试等领域有着十分广泛的应用。设计了一种全固态Marx电路结构型重频脉冲信号源，选用云母电容、雪崩三极管、贴片电阻、电感等元器件，根据信号输出要求优化印制电路板（PCB）布局及微带线结构，调整匹配电路元件参数，在50 Ω电阻负载上获得了脉冲峰值约1 kV、脉宽约650 ps、前沿约450 ps、后沿约700 ps的单极性负脉冲信号，脉冲波形前后沿相似且光滑陡峭，实现了10 kHz重频输出，波形峰值抖动和半高宽抖动均小于10%。
亚纳秒前沿、数百伏幅度、近似高斯单周波的重频窄脉冲信号源在超宽带探测、电磁兼容测试等领域有着十分广泛的应用。设计了一种全固态Marx电路结构型重频脉冲信号源，选用云母电容、雪崩三极管、贴片电阻、电感等元器件，根据信号输出要求优化印制电路板（PCB）布局及微带线结构，调整匹配电路元件参数，在50 Ω电阻负载上获得了脉冲峰值约1 kV、脉宽约650 ps、前沿约450 ps、后沿约700 ps的单极性负脉冲信号，脉冲波形前后沿相似且光滑陡峭，实现了10 kHz重频输出，波形峰值抖动和半高宽抖动均小于10%。
2024, 36: 055008.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240045
摘要:
根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求，设计了一种大功率脉冲激光电源，可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器，后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终，研制了1台7 kW实验样机，最大重复频率10 Hz，最高充电电压2.2 kV，可实现单脉冲最高700 J电能输出，满足大功率高能脉冲输出的应用需求，实验测试结果验证了设计的可行性。
根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求，设计了一种大功率脉冲激光电源，可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器，后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终，研制了1台7 kW实验样机，最大重复频率10 Hz，最高充电电压2.2 kV，可实现单脉冲最高700 J电能输出，满足大功率高能脉冲输出的应用需求，实验测试结果验证了设计的可行性。
2024, 36: 055009.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230420
摘要:
闪光X射线摄影技术在军事和民用等多个领域具有重要场景。针对重频直线感应加速器高重频的要求，提出了基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的脉冲功率源方案，设计和研制了一种三同轴电缆，研究了氢闸流管的导通特性，搭建了氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源的验证平台，开展了kHz重频脉冲功率源实验研究，以及kHz重频脉冲功率源驱动重频感应腔的实验研究，结果表明：基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源实现了波形品质优异的kHz重频方波脉冲输出。
闪光X射线摄影技术在军事和民用等多个领域具有重要场景。针对重频直线感应加速器高重频的要求，提出了基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的脉冲功率源方案，设计和研制了一种三同轴电缆，研究了氢闸流管的导通特性，搭建了氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源的验证平台，开展了kHz重频脉冲功率源实验研究，以及kHz重频脉冲功率源驱动重频感应腔的实验研究，结果表明：基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源实现了波形品质优异的kHz重频方波脉冲输出。
2024, 36: 055010.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230347
摘要:
为了满足多路精确同步触发开关要求，将光导开关（PCSS）与V/N气体开关结合，可充分发挥PCSS低触发阈值、低抖动和光电隔离以及V/N气体开关工作电压高、带载能力强等优势。两种开关结合的核心是V/N气体开关结构参数与PCSS触发回路的参数匹配。分析计算了V/N气体开关的结构电容、触发回路振荡参数、开关电场分布等，研究了V/N气体开关的结构电容与PCSS、串联电感等构成的振荡回路的匹配关系，通过实验获得了V/N气体开关自击穿电压曲线、导通延迟时间以及不同欠压比下的延迟时间抖动等，初步验证了适用于PCSS触发的V/N气体开关设计。
为了满足多路精确同步触发开关要求，将光导开关（PCSS）与V/N气体开关结合，可充分发挥PCSS低触发阈值、低抖动和光电隔离以及V/N气体开关工作电压高、带载能力强等优势。两种开关结合的核心是V/N气体开关结构参数与PCSS触发回路的参数匹配。分析计算了V/N气体开关的结构电容、触发回路振荡参数、开关电场分布等，研究了V/N气体开关的结构电容与PCSS、串联电感等构成的振荡回路的匹配关系，通过实验获得了V/N气体开关自击穿电压曲线、导通延迟时间以及不同欠压比下的延迟时间抖动等，初步验证了适用于PCSS触发的V/N气体开关设计。
2024, 36: 055011.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240040
摘要:
实验研究了氢闸流管的工作特性以及均压处理的优化效果。实验发现加热电压对氢闸流管的工作特性影响较大，在不出现自放电的前提下，使用更高的加热电压能够获得更好的导通性能。触发脉冲的差异以及不同的阳极电压对氢闸流管的导通性能基本无影响。采用电阻对氢闸流管进行均压，能够使其电压分布更加均匀，并且对自放电现象有一些改善。该研究为氢闸流管的使用提供了参考。
实验研究了氢闸流管的工作特性以及均压处理的优化效果。实验发现加热电压对氢闸流管的工作特性影响较大，在不出现自放电的前提下，使用更高的加热电压能够获得更好的导通性能。触发脉冲的差异以及不同的阳极电压对氢闸流管的导通性能基本无影响。采用电阻对氢闸流管进行均压，能够使其电压分布更加均匀，并且对自放电现象有一些改善。该研究为氢闸流管的使用提供了参考。
2024, 36: 055012.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240036
摘要:
伪火花开关是工作在帕邢曲线左支的低气压开关，具有纳秒级击穿时间、百千安级脉冲电流、工作寿命长等特点。具有高重频性能的伪火花开关民用领域以及军事领域均有广泛的应用需求。基于双脉冲辉光放电触发结构，设计出一种具有重频能力的伪火花开关；在10 kV阳极电压下进行了整管测试，观察不同气压，预、主触发电压对重频性能以及触发性能的影响；结合仿真软件计算不同气压与触发电压下，触发电流的变化，最终总结了两个脉冲对触发过程的影响。测试结果表明，最低仅100 V触发电压，开关重复频率即可从沿面放电触发的100 Hz提升至400 Hz。
伪火花开关是工作在帕邢曲线左支的低气压开关，具有纳秒级击穿时间、百千安级脉冲电流、工作寿命长等特点。具有高重频性能的伪火花开关民用领域以及军事领域均有广泛的应用需求。基于双脉冲辉光放电触发结构，设计出一种具有重频能力的伪火花开关；在10 kV阳极电压下进行了整管测试，观察不同气压，预、主触发电压对重频性能以及触发性能的影响；结合仿真软件计算不同气压与触发电压下，触发电流的变化，最终总结了两个脉冲对触发过程的影响。测试结果表明，最低仅100 V触发电压，开关重复频率即可从沿面放电触发的100 Hz提升至400 Hz。
2024, 36: 055013.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230371
摘要:
为降低气体放电间隙直流条件下自击穿电压分散性，尽可能不影响其自击穿电压，基于环形电极放电间隙，设计了一种在阴极中心植入辅助放电针的辅助放电电极结构。通过电场仿真，研究了辅助放电针直径、长度和顶部倒角对放电间隙场畸变的影响。实验研究了放电间隙无辅助放电针和植入辅助放电针后，其在干燥空气和SF6气体中的直流自击穿特性。结果表明：辅助放电针直径越小、长度越长，电极环对其电场屏蔽作用越弱，放电间隙场畸变强度越大；辅助放电针对SF6气体放电间隙直流自击穿电压影响较小，随着场畸变系数的增大，同一气压下干燥空气自击穿电压下降百分数为SF6气体自击穿电压下降百分数的2～3倍；辅助放电针对直流条件下干燥空气和SF6气体放电间隙自击穿电压稳定性具有有益作用，分散性减小百分数较无辅助放电针结构均提高约25%。
为降低气体放电间隙直流条件下自击穿电压分散性，尽可能不影响其自击穿电压，基于环形电极放电间隙，设计了一种在阴极中心植入辅助放电针的辅助放电电极结构。通过电场仿真，研究了辅助放电针直径、长度和顶部倒角对放电间隙场畸变的影响。实验研究了放电间隙无辅助放电针和植入辅助放电针后，其在干燥空气和SF6气体中的直流自击穿特性。结果表明：辅助放电针直径越小、长度越长，电极环对其电场屏蔽作用越弱，放电间隙场畸变强度越大；辅助放电针对SF6气体放电间隙直流自击穿电压影响较小，随着场畸变系数的增大，同一气压下干燥空气自击穿电压下降百分数为SF6气体自击穿电压下降百分数的2～3倍；辅助放电针对直流条件下干燥空气和SF6气体放电间隙自击穿电压稳定性具有有益作用，分散性减小百分数较无辅助放电针结构均提高约25%。
2024, 36: 055014.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230392
摘要:
针对自触发预电离开关在不同电压等级下应用不同气体介质的需要，以及在双边驱动电磁脉冲模拟器中加载正负极性脉冲的需求，研究了预电离间隙在N2、N2/SF6混合气和SF6中正负极性下的击穿特性。研究了不同介质中间隙的击穿电压和时延随气压的变化规律，对比了正负极性下的间隙击穿特性。研究结果表明，在本文实验条件下，预电离间隙在N2中的击穿过程相对更为稳定，且N2中击穿电压随气压变化线性度最佳。相比N2和混合气，间隙击穿电压仅在SF6中随气压增大呈现饱和趋势。在一定气压范围内，N2在负极性下的击穿电压略高于正极性，混合气和SF6中负极性下的击穿电压明显高于正极性，间隙的击穿过程具有一定的极性效应。相比混合气和N2，间隙在SF6中的正负极性击穿电压绝对差值和击穿时延绝对差值都相对较高，为减小双边自触发预电离开关的同步时延差，应首选N2为预电离间隙的绝缘介质。在工程应用中需考虑极性效应和不同气体介质对预电离间隙击穿特性的影响。
针对自触发预电离开关在不同电压等级下应用不同气体介质的需要，以及在双边驱动电磁脉冲模拟器中加载正负极性脉冲的需求，研究了预电离间隙在N2、N2/SF6混合气和SF6中正负极性下的击穿特性。研究了不同介质中间隙的击穿电压和时延随气压的变化规律，对比了正负极性下的间隙击穿特性。研究结果表明，在本文实验条件下，预电离间隙在N2中的击穿过程相对更为稳定，且N2中击穿电压随气压变化线性度最佳。相比N2和混合气，间隙击穿电压仅在SF6中随气压增大呈现饱和趋势。在一定气压范围内，N2在负极性下的击穿电压略高于正极性，混合气和SF6中负极性下的击穿电压明显高于正极性，间隙的击穿过程具有一定的极性效应。相比混合气和N2，间隙在SF6中的正负极性击穿电压绝对差值和击穿时延绝对差值都相对较高，为减小双边自触发预电离开关的同步时延差，应首选N2为预电离间隙的绝缘介质。在工程应用中需考虑极性效应和不同气体介质对预电离间隙击穿特性的影响。
2024, 36: 055015.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230337
摘要:
基于高重复频率强流多脉冲加速器的应用需求，针对交联聚苯乙烯（XLPS）材料在猝发多脉冲下的真空沿面闪络特性开展了实验研究。采用放置于平板电极中的XLPS圆台样品，在脉宽120 ns的单个脉冲和间隔500 ns的三脉冲加载下开展了真空沿面闪络实验，通过对实验平台和实验规范的优化设计，有效提升了实验效率和数据有效性，观测到了样品发生真空沿面闪络前的试样电压顶降现象和前序脉冲闪络对后续脉冲的显著影响，获得了XLPS材料在相应条件下真空沿面闪络的统计数据。在实验基础上，对XLPS材料在高重复频率多脉冲加载下的真空沿面闪络特性进行了分析，为高重复频率多脉冲加速器的绝缘设计提供了实验依据。
基于高重复频率强流多脉冲加速器的应用需求，针对交联聚苯乙烯（XLPS）材料在猝发多脉冲下的真空沿面闪络特性开展了实验研究。采用放置于平板电极中的XLPS圆台样品，在脉宽120 ns的单个脉冲和间隔500 ns的三脉冲加载下开展了真空沿面闪络实验，通过对实验平台和实验规范的优化设计，有效提升了实验效率和数据有效性，观测到了样品发生真空沿面闪络前的试样电压顶降现象和前序脉冲闪络对后续脉冲的显著影响，获得了XLPS材料在相应条件下真空沿面闪络的统计数据。在实验基础上，对XLPS材料在高重复频率多脉冲加载下的真空沿面闪络特性进行了分析，为高重复频率多脉冲加速器的绝缘设计提供了实验依据。
2024, 36: 055016.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230410
摘要:
为解决绝缘堆真空沿面闪络的问题，研制了面向脉冲功率装置应用的真空绝缘堆耐压考核实验平台，建立了绝缘堆考核实验平台等效电路模型，分析了真空绝缘堆环间闪络对绝缘堆电压的影响。基于该平台开展了三种材料绝缘堆的真空沿面耐压考核实验，验证了真空绝缘堆考核实验平台的实用性与可靠性。该工作的开展为脉冲功率装置真空绝缘堆的工程化研制提供参考，同时为新型绝缘材料的应用研究提供考核实验平台。
为解决绝缘堆真空沿面闪络的问题，研制了面向脉冲功率装置应用的真空绝缘堆耐压考核实验平台，建立了绝缘堆考核实验平台等效电路模型，分析了真空绝缘堆环间闪络对绝缘堆电压的影响。基于该平台开展了三种材料绝缘堆的真空沿面耐压考核实验，验证了真空绝缘堆考核实验平台的实用性与可靠性。该工作的开展为脉冲功率装置真空绝缘堆的工程化研制提供参考，同时为新型绝缘材料的应用研究提供考核实验平台。
2024, 36: 055017.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230423
摘要:
为研究绝缘子表面二级微结构的耐压提升机制，将表面二级微结构拆分为两种子结构，也即是表面微孔结构与表面微槽结构，并通过复合材料制备、激光处理、酸液选择性腐蚀等方式制备出表面二级微结构与相应的两种子结构。对三种结构分别进行沿面耐压性能测试，结果表明表面微孔与表面微槽均能有效地提升绝缘子的真空沿面耐压性能，而二者组合形成的表面二级微结构能够进一步提升绝缘子的真空沿面耐压性能。该结果表明通过将表面结构进行合理的组合能够实现对绝缘子表面闪络发展的多重、协同抑制，进一步提升绝缘子的真空沿面耐压水平。
为研究绝缘子表面二级微结构的耐压提升机制，将表面二级微结构拆分为两种子结构，也即是表面微孔结构与表面微槽结构，并通过复合材料制备、激光处理、酸液选择性腐蚀等方式制备出表面二级微结构与相应的两种子结构。对三种结构分别进行沿面耐压性能测试，结果表明表面微孔与表面微槽均能有效地提升绝缘子的真空沿面耐压性能，而二者组合形成的表面二级微结构能够进一步提升绝缘子的真空沿面耐压性能。该结果表明通过将表面结构进行合理的组合能够实现对绝缘子表面闪络发展的多重、协同抑制，进一步提升绝缘子的真空沿面耐压水平。
2024, 36: 055018.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230285
摘要:
针对时域天线辐射效率低的问题，对Ricker脉冲展开了研究。首先指出Ricker脉冲具有较高的中心频率，对提高天线的辐射效率大有裨益。然后从时延量精确控制出发，阐述了产生Ricker脉冲的功率合成方法，并推导出合成高阶高斯脉冲最优延时的理论公式。设计了一款单极脉冲源并采用锐化电容法优化了其下降沿，并以该单级脉冲源为基础，设计了一款峰峰值为5.1 kV，主峰半峰值脉宽为350 ps的Ricker脉冲源，其中心频率为0.5 GHz。为了验证以上分析的正确性，针对全金属的时域天线，提出了一种计算辐射效率的简便方法，并利用设计的Ricker脉冲和具有相同脉宽的单极脉冲来激励相同的天线。结果表明，单极脉冲的幅度辐射效率只有60%左右，而Ricker脉冲可以达到80%以上；单极脉冲的功率辐射效率不到40%，而Ricker脉冲则可以提高到60%以上。利用Ricker脉冲做为激励信号，大幅提升了天线的辐射效率，大大减小了发射系统被反射功率损坏的风险，同时对天线小型化有着重要意义，在诸如探地雷达、高功率微波源等时域应用中具有广泛的应用前景。
针对时域天线辐射效率低的问题，对Ricker脉冲展开了研究。首先指出Ricker脉冲具有较高的中心频率，对提高天线的辐射效率大有裨益。然后从时延量精确控制出发，阐述了产生Ricker脉冲的功率合成方法，并推导出合成高阶高斯脉冲最优延时的理论公式。设计了一款单极脉冲源并采用锐化电容法优化了其下降沿，并以该单级脉冲源为基础，设计了一款峰峰值为5.1 kV，主峰半峰值脉宽为350 ps的Ricker脉冲源，其中心频率为0.5 GHz。为了验证以上分析的正确性，针对全金属的时域天线，提出了一种计算辐射效率的简便方法，并利用设计的Ricker脉冲和具有相同脉宽的单极脉冲来激励相同的天线。结果表明，单极脉冲的幅度辐射效率只有60%左右，而Ricker脉冲可以达到80%以上；单极脉冲的功率辐射效率不到40%，而Ricker脉冲则可以提高到60%以上。利用Ricker脉冲做为激励信号，大幅提升了天线的辐射效率，大大减小了发射系统被反射功率损坏的风险，同时对天线小型化有着重要意义，在诸如探地雷达、高功率微波源等时域应用中具有广泛的应用前景。
2024, 36: 055019.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230354
摘要:
针对低磁场相对论磁控管高功率微波器件实验驱动需求，对基于脉冲形成网络（PFN）储能的高功率脉冲产生技术进行了研究。为了使其结构紧凑且具有较好的输出脉冲波形，设计了半环形PFN脉冲形成单元，两个半环形带状PFN与一体化开关、绝缘盘组成圆环形高压脉冲产生模块。PFN脉冲形成单元由13个陶瓷电容与半环形金属电极板构成，多个高压脉冲产生模块同轴层叠，所有开关导通后各模块PFN串联放电，产生快前沿高功率方波脉冲，再通过对触发开关和充电电源的同步控制实现重频工作。采用电磁仿真软件对PFN物理结构进行优化设计，研制的高压脉冲产生模块充电51 kV在负载8.5 Ω上输出电压峰值49.6 kV、脉冲半高宽108 ns、脉冲前沿14 ns、平顶（90%～90%）74 ns，具有较好的方波特性；11个高压脉冲产生模块层叠集成为1个22级紧凑PFN-Marx装置，在充电51 kV的条件下，84 Ω负载上获得峰值516 kV的高电压脉冲输出，半高宽104 ns、平顶63 ns、脉冲前沿11 ns，实现了20 Hz连续15 s重频稳定工作，输出波形完全一致。
针对低磁场相对论磁控管高功率微波器件实验驱动需求，对基于脉冲形成网络（PFN）储能的高功率脉冲产生技术进行了研究。为了使其结构紧凑且具有较好的输出脉冲波形，设计了半环形PFN脉冲形成单元，两个半环形带状PFN与一体化开关、绝缘盘组成圆环形高压脉冲产生模块。PFN脉冲形成单元由13个陶瓷电容与半环形金属电极板构成，多个高压脉冲产生模块同轴层叠，所有开关导通后各模块PFN串联放电，产生快前沿高功率方波脉冲，再通过对触发开关和充电电源的同步控制实现重频工作。采用电磁仿真软件对PFN物理结构进行优化设计，研制的高压脉冲产生模块充电51 kV在负载8.5 Ω上输出电压峰值49.6 kV、脉冲半高宽108 ns、脉冲前沿14 ns、平顶（90%～90%）74 ns，具有较好的方波特性；11个高压脉冲产生模块层叠集成为1个22级紧凑PFN-Marx装置，在充电51 kV的条件下，84 Ω负载上获得峰值516 kV的高电压脉冲输出，半高宽104 ns、平顶63 ns、脉冲前沿11 ns，实现了20 Hz连续15 s重频稳定工作，输出波形完全一致。
2024, 36: 055020.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240042
摘要:
高空电磁脉冲作为一种广域电磁攻击手段，能对电力设备造成较大冲击，甚至造成电力基础设施瘫痪，严重威胁新型电力系统安全。主要聚焦国内外高空电磁脉冲晚期环境下电力系统效应研究进展。首先，分析了高空电磁脉冲晚期环境下地磁扰动产生机理及感应地电场计算方法，建立了极端地磁感应电流的计算模型。其次，归纳了极端地磁感应电流注入情况下电力变压器、互感器、断路器等典型易损设备效应特征与机理。进一步地，分析了高空电磁脉冲晚期环境极下端地磁感应电流模拟注入装置和效应试验方法，总结了美国国防威胁降低局、美国电力研究院项目等相关试验和电力系统效应仿真与评估研究。最后，从高空电磁脉冲晚期环境效应机理、典型设备效应特征、模拟效应试验和系统级效应评估等层面总结了现有研究结论，梳理了下一步发展方向。
高空电磁脉冲作为一种广域电磁攻击手段，能对电力设备造成较大冲击，甚至造成电力基础设施瘫痪，严重威胁新型电力系统安全。主要聚焦国内外高空电磁脉冲晚期环境下电力系统效应研究进展。首先，分析了高空电磁脉冲晚期环境下地磁扰动产生机理及感应地电场计算方法，建立了极端地磁感应电流的计算模型。其次，归纳了极端地磁感应电流注入情况下电力变压器、互感器、断路器等典型易损设备效应特征与机理。进一步地，分析了高空电磁脉冲晚期环境极下端地磁感应电流模拟注入装置和效应试验方法，总结了美国国防威胁降低局、美国电力研究院项目等相关试验和电力系统效应仿真与评估研究。最后，从高空电磁脉冲晚期环境效应机理、典型设备效应特征、模拟效应试验和系统级效应评估等层面总结了现有研究结论，梳理了下一步发展方向。
2024, 36: 055021.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230432
摘要:
针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题，构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台，测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数，提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型，采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解，模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数，利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级，且两者的相对误差小于10%，为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。
针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题，构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台，测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数，提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型，采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解，模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数，利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级，且两者的相对误差小于10%，为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。
2024, 36: 055022.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230342
摘要:
针对柴油发电机组-三相不控整流器-DC/DC变换器-脉冲负载系统中柴油发电机组的输出特性，提出仿真模型与试验电源输出电压（流）波形契合度的评价指标，以判断模型的仿真程度；提出了基于反向（BP）传播神经网络算法的同步发电机励磁电压输出动态限幅方法，应用于脉冲负载下柴油发电机组的模型优化。试验验证表明：27组算例中，初始仿真模型有18组波形实时契合度值不足90%，优化仿真模型27组值均大于90%。说明本文提出的优化方法使仿真模型比初始模型更加有效，可应用于后续柴油发电机组带脉冲负载系统的研究。
针对柴油发电机组-三相不控整流器-DC/DC变换器-脉冲负载系统中柴油发电机组的输出特性，提出仿真模型与试验电源输出电压（流）波形契合度的评价指标，以判断模型的仿真程度；提出了基于反向（BP）传播神经网络算法的同步发电机励磁电压输出动态限幅方法，应用于脉冲负载下柴油发电机组的模型优化。试验验证表明：27组算例中，初始仿真模型有18组波形实时契合度值不足90%，优化仿真模型27组值均大于90%。说明本文提出的优化方法使仿真模型比初始模型更加有效，可应用于后续柴油发电机组带脉冲负载系统的研究。
2024, 36: 055023.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230422
摘要:
为探究大气压脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布特性，采用同轴双环等离子体射流反应器，在外施脉冲激励驱动下，研究各活性粒子在不同电离段的特征峰相对强度沿轴向空间的变化规律。结果表明：在脉冲激励等离子体射流所有测量点位均能检测到NO、OH、N2、\begin{document}${\rm{N}}_2^{+}$\end{document} ![]()
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为探究大气压脉冲驱动等离子体射流中活性粒子空间分布特性，采用同轴双环等离子体射流反应器，在外施脉冲激励驱动下，研究各活性粒子在不同电离段的特征峰相对强度沿轴向空间的变化规律。结果表明：在脉冲激励等离子体射流所有测量点位均能检测到NO、OH、N2、
