Email alert
RSS优先发表
优先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。
显示方式:
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250362
摘要:
随着高功率微波应用技术的快速发展，对脉冲驱动源的可靠性和适装性提出更加严苛的要求。介绍了一种轻小型化特斯拉（Tesla）变压器脉冲驱动源，提出基于高储能密度液体介质Midel7131和二倍宽脉冲形成线设计方法，突破了内置Tesla变压器的脉冲形成线轻小型化技术，优化短脉冲传输线电长度和阻抗匹配关系，解决了基于变压器油介质的单筒脉冲形成线和脉冲传输线长度长的技术难题。设计了Tesla变压器高位高真空注油方法，解决了油纸混合绝缘中气泡放电问题，提升了形成线功率水平和运行可靠性。研制的脉冲驱动源最高输出功率为20 GW、脉冲宽度50 ns、脉冲平顶幅值波动小于2%、最高重复频率50 Hz，连续运行1 min，累积工作约20万个脉冲，系统稳定可靠。该脉冲驱动源外廓尺寸（长×宽×高）为4 m×1.5 m×1.5 m，总重量约5 t；相比原20 GW Tesla型脉冲驱动源，轻小型化水平明显提升。
随着高功率微波应用技术的快速发展，对脉冲驱动源的可靠性和适装性提出更加严苛的要求。介绍了一种轻小型化特斯拉（Tesla）变压器脉冲驱动源，提出基于高储能密度液体介质Midel7131和二倍宽脉冲形成线设计方法，突破了内置Tesla变压器的脉冲形成线轻小型化技术，优化短脉冲传输线电长度和阻抗匹配关系，解决了基于变压器油介质的单筒脉冲形成线和脉冲传输线长度长的技术难题。设计了Tesla变压器高位高真空注油方法，解决了油纸混合绝缘中气泡放电问题，提升了形成线功率水平和运行可靠性。研制的脉冲驱动源最高输出功率为20 GW、脉冲宽度50 ns、脉冲平顶幅值波动小于2%、最高重复频率50 Hz，连续运行1 min，累积工作约20万个脉冲，系统稳定可靠。该脉冲驱动源外廓尺寸（长×宽×高）为4 m×1.5 m×1.5 m，总重量约5 t；相比原20 GW Tesla型脉冲驱动源，轻小型化水平明显提升。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250155
摘要:
偏压电源是高压电子束焊机电源系统的重要部件之一，根据电子束焊机电源系统的技术要求，研制了一套输出直流电压−100 V～−2 kV可调，全电压范围内纹波小于等于0.1%，电压稳定性优于0.1%，输出电流大于3 mA的偏压电源，分别给出了该电源在电阻负载和高压电子枪负载下的实验结果。设计上采用吸收、保护等方法，解决了电子枪负载打火损坏偏压电源问题，成功将偏压电源串接在高压电源回路中，通过回采偏压电源回路中工作电流的大小来改变偏压电源输出电压（偏压杯电压），偏压杯电压根据束流大小进行自适应调节，实现了工作束流实时快速跟随和精细调控。成功应用于−150 kV/33 mA高压电子束焊机，使高压电子束焊机的束流纹波达到±0.19%，束流稳定性优于±5 μA、束流可重现性达到±0.04%，满足了总体指标要求。
偏压电源是高压电子束焊机电源系统的重要部件之一，根据电子束焊机电源系统的技术要求，研制了一套输出直流电压−100 V～−2 kV可调，全电压范围内纹波小于等于0.1%，电压稳定性优于0.1%，输出电流大于3 mA的偏压电源，分别给出了该电源在电阻负载和高压电子枪负载下的实验结果。设计上采用吸收、保护等方法，解决了电子枪负载打火损坏偏压电源问题，成功将偏压电源串接在高压电源回路中，通过回采偏压电源回路中工作电流的大小来改变偏压电源输出电压（偏压杯电压），偏压杯电压根据束流大小进行自适应调节，实现了工作束流实时快速跟随和精细调控。成功应用于−150 kV/33 mA高压电子束焊机，使高压电子束焊机的束流纹波达到±0.19%，束流稳定性优于±5 μA、束流可重现性达到±0.04%，满足了总体指标要求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250181
摘要:
纳秒脉冲下SF6中的沿面闪络涉及的物理过程复杂，如何准确预测该环境下的绝缘介质沿面闪络电压是高压脉冲功率设备设计与绝缘可靠性评估的关键挑战。与传统工频或直流电压相比，纳秒脉冲极短的上升时间和高幅值导致空间电荷效应显著、放电发展机制迥异，使得基于经典理论的预测模型面临严峻挑战。近年来，随着计算机算力的飞速提升和人工智能算法的突破性进展，基于数据驱动的机器学习方法在解决复杂非线性绝缘问题中展现出了巨大潜力。针对纳秒脉冲下这一特定难题，选取了支持向量机、多层感知机、随机森林和极端梯度提升树等四种算法对15～500 mm多尺度距离范围内不同实验条件下的闪络电压数据进行了训练和预测，其预测结果的ROC 曲线下面积（AUC）值均在0.9以上，表现最优的是支持向量机算法。同时，为了验证预测模型的准确性，选取表现较为优异的支持向量机模型对另选取的100 mm距离数据进行了预测，AUC值达到0.99，这表明预测准确率高，可以认为模型具备较强的泛化性，从而验证了不同实验条件下基于数据驱动的SF6中闪络电压预测方法的可行性。
纳秒脉冲下SF6中的沿面闪络涉及的物理过程复杂，如何准确预测该环境下的绝缘介质沿面闪络电压是高压脉冲功率设备设计与绝缘可靠性评估的关键挑战。与传统工频或直流电压相比，纳秒脉冲极短的上升时间和高幅值导致空间电荷效应显著、放电发展机制迥异，使得基于经典理论的预测模型面临严峻挑战。近年来，随着计算机算力的飞速提升和人工智能算法的突破性进展，基于数据驱动的机器学习方法在解决复杂非线性绝缘问题中展现出了巨大潜力。针对纳秒脉冲下这一特定难题，选取了支持向量机、多层感知机、随机森林和极端梯度提升树等四种算法对15～500 mm多尺度距离范围内不同实验条件下的闪络电压数据进行了训练和预测，其预测结果的ROC 曲线下面积（AUC）值均在0.9以上，表现最优的是支持向量机算法。同时，为了验证预测模型的准确性，选取表现较为优异的支持向量机模型对另选取的100 mm距离数据进行了预测，AUC值达到0.99，这表明预测准确率高，可以认为模型具备较强的泛化性，从而验证了不同实验条件下基于数据驱动的SF6中闪络电压预测方法的可行性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250112
摘要:
通过理论建模与数值模拟相结合，系统探究了在低能超导质子直线加速器内，加速过程中聚焦参数动态演化对空间电荷主导型包络不稳定性的影响机制，揭示了低能段双周期聚焦结构与束晕产生的内在关联。基于Vlasov-Poisson方程二阶偶模展开，构建了理论模型，设计零流强周期相移(σ0)局部突破90°的多种演化方案，全面探究了不同聚焦方案下，局部突破90°对束流品质的影响，并用多粒子模拟软件对低能、归一化均方根发射度0.2～0.4 π·mm·mrad的质子束进行了多粒子模拟验证；针对双周期聚焦结构特征，设计了相应的聚焦结构与束流匹配方案，通过粒子-束核模型对比分析了准周期与双周期结构的束晕形成机制差异，定量分析了纵向包络对横向束晕的耦合作用。研究结果表明，当空间电荷效应较弱（对应于较高的调谐因子η，η=带电流周期相移σ/零流强周期相移σ0）时，σ0可突破90°而不导致束流品质恶化；反之，当空间电荷效应较强（低η值）时，σ0的突破会激发共振并导致束流发射度显著增长，且这一效应在双组合四极透镜聚焦结构中尤为显著。二维/三维模型均证实，即便每个聚焦单元的σ0＜90°，双周期结构仍会引发束流包络的不稳定性。二维模型研究结果显示，相较于准周期结构，双周期结构更易产生束晕现象，其中2∶1共振仍是束晕形成的主要原因。采用三维模型进一步研究纵向因素的影响时发现，三维束团纵向尺寸的变化会显著改变束核电荷密度分布，这一现象成为束晕形成的新机制。此外，高阶共振也在很大程度上促进了束晕的形成。研究还揭示了小周期结构数（N）与共振概率呈负相关关系。
通过理论建模与数值模拟相结合，系统探究了在低能超导质子直线加速器内，加速过程中聚焦参数动态演化对空间电荷主导型包络不稳定性的影响机制，揭示了低能段双周期聚焦结构与束晕产生的内在关联。基于Vlasov-Poisson方程二阶偶模展开，构建了理论模型，设计零流强周期相移(σ0)局部突破90°的多种演化方案，全面探究了不同聚焦方案下，局部突破90°对束流品质的影响，并用多粒子模拟软件对低能、归一化均方根发射度0.2～0.4 π·mm·mrad的质子束进行了多粒子模拟验证；针对双周期聚焦结构特征，设计了相应的聚焦结构与束流匹配方案，通过粒子-束核模型对比分析了准周期与双周期结构的束晕形成机制差异，定量分析了纵向包络对横向束晕的耦合作用。研究结果表明，当空间电荷效应较弱（对应于较高的调谐因子η，η=带电流周期相移σ/零流强周期相移σ0）时，σ0可突破90°而不导致束流品质恶化；反之，当空间电荷效应较强（低η值）时，σ0的突破会激发共振并导致束流发射度显著增长，且这一效应在双组合四极透镜聚焦结构中尤为显著。二维/三维模型均证实，即便每个聚焦单元的σ0＜90°，双周期结构仍会引发束流包络的不稳定性。二维模型研究结果显示，相较于准周期结构，双周期结构更易产生束晕现象，其中2∶1共振仍是束晕形成的主要原因。采用三维模型进一步研究纵向因素的影响时发现，三维束团纵向尺寸的变化会显著改变束核电荷密度分布，这一现象成为束晕形成的新机制。此外，高阶共振也在很大程度上促进了束晕的形成。研究还揭示了小周期结构数（N）与共振概率呈负相关关系。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250070
摘要:
提出了一种基于分数阶涡旋光束的纳米粒子三维操控方法。通过建立分数阶涡旋光束的矢量衍射模型，揭示了拓扑系数与光场相位奇异性之间的映射关系。数值模拟结果表明，分数阶涡旋光束的焦场可视为整数阶模式的相干叠加，且其权重分布呈现显著的非对称特性。此外，还建立了基于分数阶涡旋光束捕获纳米粒子的光力模型。研究表明，通过调节分数阶涡旋光束的拓扑系数，可以实现对球形纳米粒子的精确操控。粒子在横向平面上的捕获位置与拓扑系数之间呈线性依赖关系。与传统的整数阶光束相比，该方法通过连续调节拓扑系数，实现了横向捕获位置的精确连续调控。理论计算与Langevin动力学模拟的结果进一步验证了该技术在三维空间内能够实现纳米粒子的多自由度协同操控。
提出了一种基于分数阶涡旋光束的纳米粒子三维操控方法。通过建立分数阶涡旋光束的矢量衍射模型，揭示了拓扑系数与光场相位奇异性之间的映射关系。数值模拟结果表明，分数阶涡旋光束的焦场可视为整数阶模式的相干叠加，且其权重分布呈现显著的非对称特性。此外，还建立了基于分数阶涡旋光束捕获纳米粒子的光力模型。研究表明，通过调节分数阶涡旋光束的拓扑系数，可以实现对球形纳米粒子的精确操控。粒子在横向平面上的捕获位置与拓扑系数之间呈线性依赖关系。与传统的整数阶光束相比，该方法通过连续调节拓扑系数，实现了横向捕获位置的精确连续调控。理论计算与Langevin动力学模拟的结果进一步验证了该技术在三维空间内能够实现纳米粒子的多自由度协同操控。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250251
摘要:
为有效抑制高功率光纤激光系统中的受激布里渊散射效应，采用白噪声射频信号对单频激光进行相位调制，将其光谱展宽为半高全宽89 GHz的高斯线型，从而实现对受激布里渊散射效应的有效抑制。通过采用自主制备的低数值孔径（约0.05）、大模场面积（约237 μm2）熊猫型掺镱保偏光纤，其双折射系数4.23×10−4，在抑制受激布里渊散射效应的同时也有效缓解了模式间热耦合问题，最终实现了5.09 kW窄线宽线偏振激光输出。输出光谱线宽为89 GHz，偏振消光比在整个放大过程中始终优于19.6 dB，光束质量因子M2＜1.2。在最高输出功率下未观察到自脉冲或时域不稳定现象，表明受激布里渊散射效应与模式不稳定（TMI）已得到有效控制，证明该系统具备长期稳定运行的潜力。
为有效抑制高功率光纤激光系统中的受激布里渊散射效应，采用白噪声射频信号对单频激光进行相位调制，将其光谱展宽为半高全宽89 GHz的高斯线型，从而实现对受激布里渊散射效应的有效抑制。通过采用自主制备的低数值孔径（约0.05）、大模场面积（约237 μm2）熊猫型掺镱保偏光纤，其双折射系数4.23×10−4，在抑制受激布里渊散射效应的同时也有效缓解了模式间热耦合问题，最终实现了5.09 kW窄线宽线偏振激光输出。输出光谱线宽为89 GHz，偏振消光比在整个放大过程中始终优于19.6 dB，光束质量因子M2＜1.2。在最高输出功率下未观察到自脉冲或时域不稳定现象，表明受激布里渊散射效应与模式不稳定（TMI）已得到有效控制，证明该系统具备长期稳定运行的潜力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250243
摘要:
提出了一种基于不规则三角网的复杂地形蒙特卡罗粒子输运快速建模方法，用于解决高分辨率下对复杂地形场景进行自适应高效蒙特卡罗（MC）建模的技术问题。具体为：首先，读取高分辨率的栅格形式的地形高程数据，并根据地形起伏变化的程度对高程点进行二维小波变换，用以精准定位地形突变并获得重要高程点集；然后，采用Delaunay 三角剖分方法对离散点集构造不规则三角网，得到TIN结构的地形数据；最后，采用MCNP程序的“任意多面体”宏体定义方式建立各种几何平面，并通过布尔运算构建复杂几何实体，从而实现了在高分辨率复杂地形场景下的MC粒子输运快速自动建模。测试结果表明，给出的建模方法能够精确还原复杂地形对核辐射的影响，在压缩栅元数目且提升建模计算效率的同时，获得了高保真的模拟结果，适用于面向任一大规模复杂地形场景的MC粒子输运建模，是复杂地形影响下强辐射场建模计算的新方法。
提出了一种基于不规则三角网的复杂地形蒙特卡罗粒子输运快速建模方法，用于解决高分辨率下对复杂地形场景进行自适应高效蒙特卡罗（MC）建模的技术问题。具体为：首先，读取高分辨率的栅格形式的地形高程数据，并根据地形起伏变化的程度对高程点进行二维小波变换，用以精准定位地形突变并获得重要高程点集；然后，采用Delaunay 三角剖分方法对离散点集构造不规则三角网，得到TIN结构的地形数据；最后，采用MCNP程序的“任意多面体”宏体定义方式建立各种几何平面，并通过布尔运算构建复杂几何实体，从而实现了在高分辨率复杂地形场景下的MC粒子输运快速自动建模。测试结果表明，给出的建模方法能够精确还原复杂地形对核辐射的影响，在压缩栅元数目且提升建模计算效率的同时，获得了高保真的模拟结果，适用于面向任一大规模复杂地形场景的MC粒子输运建模，是复杂地形影响下强辐射场建模计算的新方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250257
摘要:
空间太阳电池阵作为航天器的重要能源组成部分，在未来对抗中极易受到以高功率微波为代表的外来强电磁脉冲侵袭。为研究空间太阳电池阵的高功率微波耦合效应，以典型太阳电池阵结构和布局作为参考，搭建了高功率微波辐照作用下的太阳电池阵样品三维模型，研究了不同激励源参数条件（频率、极化方向、入射角度等）下的太阳电池阵耦合效应规律。结果表明：在2～18 GHz频率范围内，垂直极化的S波段微波辐照最容易对太阳电池阵造成诱发放电损伤，电池串间隙三结合部感应场强远高于互连片位置间隙；在微波辐照作用下太阳电池样品会感应出极强的瞬态电场，垂直极化情况下，感应场主要集中分布在电池串间隙、汇流条附近、电池片边缘；电池三结合部感应电场稳定峰值随微波入射角度的增大而减小，随微波功率密度的增大而增大；微波上升下降沿对感应电场值无明显影响；太阳电池阵串间隙周围空间的电场由间隙中心向外侧逐渐减小。该研究将为空间太阳电池阵的电磁防护设计提供参考。
空间太阳电池阵作为航天器的重要能源组成部分，在未来对抗中极易受到以高功率微波为代表的外来强电磁脉冲侵袭。为研究空间太阳电池阵的高功率微波耦合效应，以典型太阳电池阵结构和布局作为参考，搭建了高功率微波辐照作用下的太阳电池阵样品三维模型，研究了不同激励源参数条件（频率、极化方向、入射角度等）下的太阳电池阵耦合效应规律。结果表明：在2～18 GHz频率范围内，垂直极化的S波段微波辐照最容易对太阳电池阵造成诱发放电损伤，电池串间隙三结合部感应场强远高于互连片位置间隙；在微波辐照作用下太阳电池样品会感应出极强的瞬态电场，垂直极化情况下，感应场主要集中分布在电池串间隙、汇流条附近、电池片边缘；电池三结合部感应电场稳定峰值随微波入射角度的增大而减小，随微波功率密度的增大而增大；微波上升下降沿对感应电场值无明显影响；太阳电池阵串间隙周围空间的电场由间隙中心向外侧逐渐减小。该研究将为空间太阳电池阵的电磁防护设计提供参考。
