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电触发真空沿面闪络开关工作特性初步研究
叶明天, 王真, 龙天骏, 周林, 李正宏
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210445
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1502KB](0)
摘要:
为研究电脉冲触发真空沿面闪络开关在中、小通流条件下的适用性,基于直接镀铜基板工艺制作了真空沿面闪络开关样件并搭建了开关工作特性测试实验平台。通过实验手段初步研究了开关耐压特性、触发工作特性(触发延时、抖动、工作范围)和寿命特性。实验结果表明:有效间隙7.2 mm的真空沿面闪络开关直流耐压约40 kV;开关在18 kV工作电压下触发导通延时89.9 ns,抖动13.1 ns,开关在1~18 kV工作电压范围内均能可靠触发导通;连续考核约2300次后开关各项特性无明显变化。
kA级脉冲电流注入环的电路建模与分析
董亚运, 崔志同, 程引会, 秦锋, 聂鑫
当前状态:
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1200KB](0)
摘要:
为满足kA级脉冲电流注入应用需求,设计了一种基于非晶磁芯的电流注入环,其初级线圈采用线缆直接引出的方式,有效解决了传统注入环N型电缆接头耐压不足的问题。之后根据注入环结构建立了其电路模型,并应用粒子群优化算法确定了模型参数值。频域和时域的验证实验表明,仿真结果和实验结果具有较好的一致性,验证了该电路模型的可靠性和正确性。对注入环的实际应用场景进行了仿真分析,结果表明该电流注入环可满足实际应用中kA级脉冲电流注入的需求。
240 kJ模块化能库型脉冲放电电源研制
李松杰, 赵娟, 康传会, 黄宇鹏, 邓维军, 肖金水, 丁明军, 李波, 关键, 毛傲华, 李洪涛, 鄂鹏, 马勋
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210564
[摘要](3) [HTML全文](1) [PDF 8197KB](0)
摘要:
空间等离子体环境模拟与研究装置用于在地面模拟空间磁场和等离子体环境,需要在3.5 μH电感、0.8 mΩ电阻的环向场线圈负载上产生前沿130 μs、降流时间不大于1600 μs、峰值260 kA的脉冲电流,因此设计了一套模块化的电容器型放电电源。针对相对较小电感的负载,根据设计要求的放电波形和开关组件通流能力,考虑负载短路故障的情形,给出了保护电感、优化的模块数量等回路参数计算方法。进一步采用传输电缆作为能量传输,同时将电缆寄生电感作为保护电感的方案,研制了一套由4个模块组成的放电电源。研究结果表明,本文给出的电路理论计算结果与设计要求一致,放电试验进一步证明电源设计满足设计放电波形要求。
CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性(英)
梁其帅, 柴常春, 吴涵, 李福星, 刘彧千, 杨银堂
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220019
[摘要](9) [HTML全文](3) [PDF 3584KB](1)
摘要:
Ensuring the reliability of integrated circuits (ICs) has been a great challenge with the increasing complexity of the electromagnetic environment. On this basis, the fast-rising-edge electromag-netic pulse (EMP)-induced trap-assisted tunneling (TAT) effect is investigated by simulation and experiments of CMOS digital inverters. A detailed mechanism analysis is performed to explain the physical damage process. The EMP-induced field derives traps and leakage current (Jleakage) in the oxide, which induces output degradation and thermal failure in the device. A theoretical model of degradation and failure is established to describe the dependency of the output deterioration (ΔVhigh and ΔVlow) and the heat accumulation (W(t,VEMP) on the EMP resulting signal features. The temperature distribution function T(r,t) is derived from the heat conduction equation in the semiconductor. Corresponding experiments performed based on the TLP test system substantiate the emerging performance deterioration, which is in agreement with the mechanism analysis. Simulated results from the Sentaurus TCAD indicate that EMP resulting voltage-induced damage is caused by the TAT current path occurring in the gate oxide, revealing the location susceptible to burnout. In addition, the dependency of the device failure on the pulse rising time is discussed. The mechanism analysis in this paper facilitates reinforcing the design and promotes EMP reliability research on other semiconductor devices, and the study contributes to the enhancement of EMP robustness in CMOS digital ICs.
水中金属丝爆引燃铝粉悬浮液冲击波增强效应
袁伟, 韩若愚, 李琛, 王亚楠, 张永民
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220008
[摘要](10) [HTML全文](5) [PDF 4328KB](0)
摘要:
开展了水下铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经高压脉冲源驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉(粒径10 μm)的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,初步获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸(一次冲击波)和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,并且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着储能的增加,主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17 MPa和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,约为300 J储能条件时20.24 Pa·s冲量的2倍。
基于Kahan线性化快速计算梯度磁场下磁流变抛光区域抛光粉沉降特性
杨航, 张帅, 张云飞, 黄文, 何建国
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.21353
[摘要](9) [HTML全文](5) [PDF 6537KB](1)
摘要:
针对抛光粉沉降特性数值计算这一超大规模非线性问题,基于Kahan线性化解决了超大规模流固耦合计算问题。研究了以羟基铁粉和硅油为主要成分组合而成的抛光粉多相流在梯度磁场下抛光区域的沉降特性。以质量分数70%、粒径5 µm的羟基铁粉和粘度为0.973 Pa·s的硅油组合而成的抛光粉为研究对象,实现了不同的抛光轮转速、不同嵌入深度以及不同羰基铁粉质量分数情况下的沉降规律分析。发现磁流变抛光区域的抛光粉会随着抛光轮转速的增大而增多;当到达出口时,抛光粉的分布趋于稳定状态;抛光粉会随着嵌入深度的增加而增多并存在饱和区;羟基铁粉的质量分数以非线性的方式影响沉降能力。
双模瑞利-泰勒不稳定性的预热烧蚀效应研究
旷圆圆, 卢艳
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220133
[摘要](12) [HTML全文](4) [PDF 3138KB](1)
摘要:
针对双模扰动下的烧蚀瑞利-泰勒不稳定性增长问题,采用高精度的数值计算方法,研究了不同预热程度下模耦合产生的多个高次谐波幅值的发展和演化问题。研究表明,三种预热烧蚀条件下,当扰动基模满足长波与短波耦合方式时,谐波中的长波模态占主导,而短波模发展明显受到抑制;当满足短波与短波耦合时,耦合结果带来了许多新的增长较快的长波模态,此时短波模增长呈现小幅震荡形式。比较两种耦合方式可以发现,长波结构在烧蚀瑞利-泰勒不稳定性弱非线性阶段都占主导地位,尤其是短波与短波耦合中气泡与尖钉表现出不同于两个基模的长波模结构。进一步分析预热效应对模耦合增长的影响,发现预热程度越强就越能削弱耦合谐波的增长,这说明预热对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性具有致稳作用,这对惯性约束聚变工程中控制烧蚀瑞利-泰勒不稳定性发展具有重要意义。
基于声发射的光学元件损伤监测方法研究
洪梦君, 张军伟, 徐振源, 李玉海
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220031
[摘要](10) [HTML全文](4) [PDF 5988KB](0)
摘要:
光学元件损伤是限制激光通量水平提高的重要因素之一,为快速、准确的检测光学元件损伤是否产生,支撑光学元件循环修复策略的使用,研究并提出了基于声发射技术的光学元件损伤检测方法,通过研究光学元件损伤产生的声发射信号特征,判断光学元件是否发生损伤,使用一种基于二次相关和相关峰精确插值(FICP)的时延估计算法,通过仿真验证了该算法的可行性,结合时差定位原理建立了损伤位置求解方法,并通过了实验进行了验证。研究结果表明该方法能从监测信号中快速地获得损伤的位置估计,其平均定位误差为8.61 mm,计算时间为0.143 s/次,对大口径光学元件的损伤在线监测具有应用潜力。
旋流喷雾式单重态氧发生器的气液分离初步研究
许晓波, 胡大鹏, 邓列征, 于洋, 陈文武, 金玉奇
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220052
[摘要](16) [HTML全文](6) [PDF 13915KB](1)
摘要:
为解决气液分离问题,提出了粒径可控离心分离的设想,即通过某种雾化技术产生粒径可控的液滴,然后根据粒径的尺寸确定气液分离所需要的离心力,在高速旋转的叶片所产生的离心力作用下液滴一边与气流发生反应一边完成气液分离。为验证这一思想,搭建了一台旋流喷雾式单重态氧发生器(TFA-SOG),并通过计算流体力学模拟和实验对这台TFA-SOG进行了研究。研究结果表明,模拟的气液分离效率与实验的相一致,粒径可控离心分离的设想是可行的。
电动汽车高压线束电磁脉冲压接装置的研制及实验
李成祥, 沈婷, 周言, 吴浩, 张炳飞, 米彦
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210568
[摘要](15) [HTML全文](5) [PDF 7441KB](3)
摘要:
采用铝合金高压线束替代铜合金高压线束可减少电动汽车重量、提高续航,降低成本。针对铝合金高压线束与铜合金接线端子难以可靠连接的瓶颈,提出采用电磁脉冲压接技术连接铝合金高压线束与铜合金接线端子,研制了一套适用于高压线束和接线端子连接的电磁脉冲压接装置,其最大放电能量为28 kJ。压接过程中,随着放电电压的升高,接线端子表面的温度升高。当放电电压为12 kV时,实现了铝合金高压线束与铜合金接线端子的可靠连接。采用光学显微镜分析连接界面的微观结构,并测试其电气性能和机械性能。分析结果表明:电磁脉冲压接技术可实现铝合金高压线束与接线端子、铝合金芯线之间的冶金结合,且连接界面出现了波纹形貌与涡旋形貌。测试结果显示:接头接触电阻测试、振动测试、拉力负荷测试均满足汽车行业标准和电缆接头国家标准。本文为电动汽车用铝合金高压线束替代铜合金高压线束提供了实验基础。
小型回旋加速器全自动化磁场测量和精密垫补平台研制
关镭镭, 李明, 崔涛, 贾先禄, 张天爵, 安世忠, 黄鹏, 王飞
当前状态:
[摘要](15) [HTML全文](14) [PDF 3429KB](0)
摘要:
针对核医学诊疗对PET医用放射性核素的需求,原子能院正在开展PET医用小型回旋加速器的产业化研究。磁场测量和垫补是回旋加速器生产中的必经环节,小型回旋加速器结构紧凑实现磁场测量仪的全自动化控制是一个难点,解决常规垫补方法加工成本高和周期长的问题是产业化生产的关键。本文详细介绍小型回旋加速器全自动化磁场测量和精密垫补平台的研制,通过多台小型回旋加速器的磁场测量和垫补实践,发展一套快速磁场测量和垫补流程,实现全自动化测量方法缩短磁场测量周期,采用精密垫补算法减少垫补次数。在保证磁场测量和垫补工作高效高质量完成的条件下,极大降低了时间和加工成本,为小型回旋加速器的产业化生产打下基础。目前,中国原子能科学研究院已经完成多台小型回旋加速器的商业化落地。
百kV/cm场强下SF6气体开关纳秒脉冲击穿场强和时延经验公式
郭帆, 贾伟, 谢霖燊, 陈志强, 吴伟, 谢彦召
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210538
[摘要](20) [HTML全文](7) [PDF 12649KB](3)
摘要:
百kV/cm高场强纳秒脉冲条件下,采用J. C. Martin经验公式估算SF6气体击穿场强时,估算值与实验结果差异显著。为了进一步指导高场强脉冲气体开关设计,为开关工作状态调节提供依据,借鉴经典击穿场强经验公式形式建立了百kV/cm场强下SF6气体开关纳秒脉冲击穿场强和时延与实验参数之间的关系,基于实验数据拟合形成了修正系数的击穿场强和时延经验公式。研究表明,百kV/cm场强和纳秒脉冲条件下脉冲电压斜率对开关击穿特性有重要影响,击穿场强与击穿时延相互关联。百ns至μs脉冲与几十ns脉冲气体放电机理的区别引起放电过程中击穿时延组成发生变化,导致了经典击穿场强经验公式估算值与实验结果的显著差异。修正系数的击穿经验公式可为电磁脉冲模拟器输出开关提供更为精确的工程设计依据。
北京大学DC-SRF-II注入器光阴极驱动激光系统
冯立文, 王天一, 贾豪彦, 刘中琦, 徐航, 黄森林, 刘克新
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210343
[摘要](28)
摘要:
为满足北京大学新一代超导注入器DC-SRF-II注入器的需求,设计了新的光阴极驱动激光系统。系统采用模块化的布局,可以工作在从单脉冲到81.25 MHz连续波模式,绿光输出功率1.41 W @ 1 MHz。系统实现了激光的纵向和横向整形,纵向整形后的激光脉冲为平顶分布,脉宽约为18 ps,横向则为截断高斯分布。实验结果显示,输出激光的RMS功率波动为1.8%,指向抖动小于1 μrad。
抑压水池温度分层影响因素
郭容达, 张丹迪, 曹学武
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220084
[摘要](30) [HTML全文](14) [PDF 1055KB](4)
摘要:
对于小型模块式反应堆,可采用安全壳抑压装置限制失水事故引起的安全壳快速升温升压。然而随着排放质量流率及水池水温的变化,水池中可能出现温度分层现象,进而降低传热传质效果。本文建立了抑压排放水池温度分层实验装置,开展了蒸汽质量流率、鼓泡器淹没深度及气水容积比对水池温度分层特性影响的实验研究。结果表明:在较宽的蒸汽质量流率范围内,水池内均发生了温度分层现象,随着质量流率增大,对分层的影响程度减弱,冷热交界面下移,带动更多水体参与热量交换;鼓泡器淹没深度增加导致热交界面位置下移,水体搅动作用增强,从而提高水体冷却利用率;气水容积比增大,冷热交界面下移,受扰动区域增大。
中子在大气中产生氮俘获γ的蒙特卡罗模拟研究
刘利, 左应红, 牛胜利, 朱金辉, 李夏至
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220055
[摘要](13) [HTML全文](22) [PDF 1246KB](3)
摘要:
为了精确计算早期核辐射,建立了中子及次级γ在大气中输运的蒙特卡罗计算模型,并利用几何分裂算法与时间分裂算法等减方差技巧提高计算效率,计算得到了距源点不同距离球面上中子与中子次级γ的信息,给出了不同位置不同时间的氮俘获γ能量释放率。开展了氮俘获γ能量释放率的规律性研究,并分析了中子能量对氮俘获γ的影响。结果表明,氮俘获γ能量释放率先随源点的距离增加而增大,在距源点约500 m达到峰值,而后随距离增加指数衰减。氮俘获γ能量释放率在时间上服从指数衰减规律,衰减时间在0.1 s左右。引入表征氮俘获γ辐射强度参数a和特征衰减时间参数\begin{document}$ \tau $\end{document},拟合得到了不同距离不同时间氮俘获γ能量释放率的快速计算公式。研究表明,氮俘获γ辐射强度、衰减时间及其空间分布均与中子能量密切相关。
LTD单路验证装置电流测量
卫兵, 王杰, 李远, 李逢, 陈林, 周良骥, 郭帆, 袁建强
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210519
[摘要](28) [HTML全文](18) [PDF 4886KB](3)
摘要:
为测量LTD单路验证装置的过渡段与出口电流,设计和标定了B-dot电流探头。采用径向传输线对电流探头进行了线下标定,并开展相应验证实验证实了标定的有效性。实验表明:探头安装深度和角度误差导致的探头灵敏度偏差约为1%; 当阴阳极间距大于探头孔直径时,B-dot标定结果基本不受阴阳极间距的影响;对于本装置涉及的直径较大的同轴线,用径向线模拟标定结果是有效的。从LTD单路验证装置的实验结果可知,4个过渡段至出口的阳极电流有轻微的损失,而阴极电流逐步减小。
强流二极管阳极靶温度和热形变模拟
胡杨, 蔡丹, 孙江, 张金海, 杨海亮, 孙剑锋, 尹佳辉, 呼义翔
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210442
[摘要](16) [HTML全文](13) [PDF 2508KB](1)
摘要:
以电子束在靶中的能量沉积剖面为桥梁,建立了二极管阳极靶温度和热形变模拟方法。该方法可获知二极管不同工作状态下靶的温度分布和热形变情况,为靶热-力学损伤研究提供基础数据,为二极管构型设计和寿命提升提供技术支撑。将该方法应用于“强光一号”短γ二极管,计算结果显示:当阳极离子密度大于1014 cm−3时(强箍缩),靶表面温度最高可达5500~6000 ℃,热形变量达约4.5 mm;无离子流时(弱箍缩),温度处在4500 ℃左右,形变为2.8~3.5 mm。
能散对直线感应加速器焦斑分布的影响
王科, 代志勇, 夏连胜, 张篁, 李劲, 范培亮, 杨治勇
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210450
[摘要](23) [HTML全文](13) [PDF 1079KB](5)
摘要:
介绍了均方根(RMS)、半高全宽(FWHM)和50%调制传递函数(MTF)等效均匀分布等焦斑尺寸评价方法。针对一台直线感应加速器,通过建立理论模型和开展逐束片PIC模拟研究了长脉冲(约100 ns)电子束的聚焦过程,分析了能量、流强与平顶区差异较大的脉冲上升/下降沿对FWHM和MTF焦斑尺寸的影响。研究结果表明:能散度较大的束流上升/下降沿会导致束流焦斑,尤其是MTF焦斑显著增长,在模拟结果中FWHM尺寸增长约9%,而MTF尺寸增长达到约24%,是目前导致束流底宽偏大的主要因素之一。
CSNS四极铁标定方案分析
马娜, 李波, 董岚, 王小龙, 门玲鸰, 王铜, 梁静, 何振强, 柯志勇, 卢尚, 韩圆颖, 闫路平, 张露彦, 闫皓月
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210512
[摘要](19) [HTML全文](21) [PDF 3365KB](2)
摘要:
围绕CSNS 四极铁的中心引出标定方案进行研究,重点分析基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值;同时对每块磁铁进行两遍旋转中心和机械中心标定,比较其中心偏差标准值,分析结果表明:基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值为0.1 mm;通过两遍旋转和机械中心标定,获得的CSNS四极铁的标定重复性精度在0.03 mm之内;旋转和机械中心的 偏差标准值为0.1 mm。因此同类型、同准直精度要求的设备准直在无法实施磁中心标定情况下,不能直接用机械中心代替旋转中心标定,而采用旋转中心标定,再叠加旋转和磁中心偏差进行改正的标定方案则能很好的满足当前设备准直的精度要求。
基于能量回收原理脉冲变压器复位系统仿真与实验研究
王庆峰, 车永旺, 李相强, 张健穹, 唐先锋
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210432
[摘要](15) [HTML全文](13) [PDF 6144KB](1)
摘要:
为提升脉冲功率系统中脉冲变压器的磁芯利用率,提出了一种基于能量回收原理脉冲变压器复位系统。根据磁芯磁滞回线分析了基于能量回收原理复位系统在一个周期内磁感应强度的变化过程,推导给出了脉冲变压器励磁电流、复位电容电压在不同阶段的求解公式。建立了基于能量回收原理脉冲变压器复位系统的仿真模型,通过仿真结果验证了复位系统理论分析和求解公式正确性。在此基础上构建了基于脉冲变压器升压及能量回收复位系统的脉冲调制器试验平台,在相同脉冲宽度下对比有复位系统和无复位系统脉冲调制器的励磁电流,结果表明,有复位系统脉冲调制器可有效提高磁芯的利用率。对有复位系统的脉冲调制器进行重频实验,结果表明复位系统可实现1 kHz重频稳定工作。
用八孔耦合器识别TM01/TE11混模中TE11模式的方法
任杰, 翁明, 雷乐, 林舒, 曹猛, 翟永贵
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220040
[摘要](33) [HTML全文](13) [PDF 846KB](2)
摘要:
在高功率微波传输系统中,为了提高功率容量和效率,往往采用过模波导,因此圆波导中往往出现TM01和TE11混合模式的情况。采用角向均匀分布的8孔圆波导耦合器,对提取TE11模式的混合比和极化角度的方法进行了分析和研究。分析了圆波导中TM01和TE11模式在耦合孔处的电场分布,并采用CST对各耦合孔的输出功率进行了模拟计算,得出相互正对的耦合孔的平均功率与8个孔的平均功率之比与模式之间的相位差无关的结论。同时,发现该比值与TE11模式的混合比成线性关系,线性关系中的比例系数是极化角度线性函数。通过线性拟合获得了计算TE11模式混合比和极化方向的表达式。与仿真设定的参数相比,用该表达式计算的结果表明,在TE11模式混合比小于30%时,用它计算TE11模式的混合比和极化角度是可行的,误差不超过10%。在此基础上,给出了实际情况下TE11模式信息的具体判断方法。
国产首台交变相位聚焦漂移管加速器的冷测与试运行
谢修璀, 蒲越虎, 赵振堂
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220014
[摘要](24) [HTML全文](14) [PDF 17801KB](4)
摘要:
质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑,上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程,掌握质子放疗关键技术,保证产业链安全可控,注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振(ECR)离子源和四翼型射频四极加速器(RFQ)的技术方案,并在漂移管加速器(DTL)段创新性地采用了交变相位聚焦(APF)结构。在这个过程中,通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想,自主开发了APF DTL的底层物理设计软件,相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作,最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析,认定束流中心能量为6.975 MeV,动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。
阵列式等离子体射流处理芽孢的实验研究
陈竑钰, 张勇, 刘振, 闫克平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220003
[摘要](23) [HTML全文](13)
摘要:
研制了一套单极性微秒脉冲阵列式等离子体射流系统,该系统可在大气压下激发产生等离子体射流,实现大面积的灭菌处理。该系统可产生峰值电压20 kV、频率15 kHz的高压脉冲,激发产生的射流均匀稳定,覆盖面积达37.7 cm2,射流长度达6 cm,射流功率为40.05 W,处理5 min可使射流覆盖范围内的枯草芽孢杆菌的芽孢基本全部失去活性。考察了不同参数对灭菌效率的影响,结果表明,灭菌率与工作电压、脉冲频率、处理时间呈正相关,在氦气氛围下有较好的灭菌效果。SEM显示等离子体射流能够对枯草芽孢杆菌的芽孢外壳结构造成损坏,导致芽孢无法正常代谢,最终死亡。
MHz重频双极性脉冲感应加速组元研制
黄子平, 龙继东, 王卫, 谌怡, 丁明军
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210513
[摘要](22) [HTML全文](24) [PDF 39987KB](7)
摘要:
采用感应同步加速原理,能在MHz重复频率下连续运行的双极性脉冲感应加速单元可以替代传统的射频加速单元应用于环形加速器中。针对MHz重频双极性脉冲功率源设计、感应腔负载特性等关键技术开展了实验研究,研制了一套MHz重频双极性脉冲感应加速单元。相比于日本高能加速器研究机构(KEK)研制的感应同步加速单元,该加速单元对电路结构进行了优化, 在加速脉冲具备相同顶降的前提下,将加速腔纵向尺寸缩小了5倍以上,可有效改善现有脉冲感应加速单元在加速电压调节方面的局限性,提高了功率系统的稳定性,减小了组元连续运行时的功率损耗,更加适应各类环形加速器对重频脉冲感应加速组元的应用需求。
基于光导开关的激光二极管触发三电极气体开关研究
付佳斌, 王凌云, 何泱, 冯传均, 谢卫平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210536
[摘要](31) [HTML全文](19) [PDF 10006KB](13)
摘要:
为实现激光二极管对气体开关的触发,采用从主回路开关两侧取电的基于光导开关一体化激光二极管触发气体开关结构,并对基于光导开关一体化激光二极管触发三电极气体开关进行了初步实验,实现了激光二极管输出能量83 µJ条件下40 kV/8 kA三电极气体开关的可靠触发,证明了技术可行性。但实验中的实测光导开关的工作寿命仅约数百次。
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。
显示方式:
附有高程约束的三维平差方法研究
王小龙, 康玲, 董岚, 李波, 门玲鸰, 罗涛, 王铜, 梁静, 何振强, 柯志勇, 马娜, 卢尚, 韩圆颖, 闫路平, 张露彦, 刘晓阳, 闫皓月, 李春华, 吴蕾
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210561
[摘要](6) [HTML全文](3)
摘要:
当前加速器准直主要采用激光跟踪仪进行三维空间位置测量,三维测量数据用三维平差方法计算从理论上讲更为严密,但在实践中却发现存在误差累积现象,其中在高程方向的误差累积十分明显。为了控制三维平差高程方向的误差累积,研究将大地水准面做为基准引入测量和数据处理过程之中,获得基于大地水准面的高程测量数据,用高程数据构建约束条件方程,进行附有高程约束的三维平差。以激光跟踪仪为例给出了三维平差函数模型,研究了约束方程的构建方法,推导了附有高程约束的三维平差计算公式。研究了附有高程约束的三维平差函数模型的两种应用方法,通过模拟计算展示了这两种方法对高程方向误差累积的控制效果。最后对一组实测数据采用多种平差方法进行计算对比,结果显示附有高程约束的三维平差相比无高程约束的三维平差能够更有效的控制平差中高程方向的误差累积。
一种调节Marx电源脉冲边沿的驱动电路
张睿, 饶俊峰, 李孜, 姜松, 王永刚
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220011
[摘要](52) [HTML全文](22) [PDF 4419KB](87)
摘要:
为了调节固态Marx发生器输出脉冲的边沿,提出了一种新型的的驱动电路,该方案通过调整充放电管的驱动电压,结合驱动电路的硬件结构,调节米勒平台时间,进而调整充放电管开通速度,实现了对于高压输出脉冲的边沿调节,其结构简单,不需要每级独立的控制信号。对于该电路中驱动电压和开关管开通速度的关系建立了模型进行了推导。结合理论分析结果设计了驱动电路的参数,仿真结果表明该驱动电路能够调节输出脉冲边沿。搭建带有设计参数下驱动电路的固态Marx发生器在容性负载下和阻性负载下进行了实验验证。利用该方案实现了对于6级Marx电路的3.6 kV输出脉冲在55~7.7 µs的边沿调节,验证了该方案的可行性,并对比分析了不同阻性负载对于脉冲边沿造成的影响。实验结果表明:该电路在提高固态脉冲电源的边沿调节性能方面有独特的优势。
储存环全相干光源
姜伯承, 唐传祥, 冯超, 邓海啸, 李任恺
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220047
[摘要](24) [HTML全文](13) [PDF 6933KB](82)
摘要:
基于电子储存环的同步辐射具有稳定性高、光子能量范围广、支持多用户等优势,但其辐射相干性较差。在储存环上实现相干辐射不但可以大幅提高辐射光的相干性,同时还可以极大地提高特定频谱范围内的光通量、亮度和能量分辨率。随着光通量的提高,其功率有可能达到工业应用的水平,这将拓展光源的应用范围。本文将回顾基于电子束储存环的各类相干光源的发展历史,并展望其发展趋势。
合肥先进光源前端光子吸收器的设计及热分析
马文静, 赵壮, 王思慧, 张善才, 范乐, 洪远志, 尉伟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220057
[摘要](32) [HTML全文](25) [PDF 6018KB](92)
摘要:
合肥先进光源(HALF)将建设成为1台第四代衍射极限储存环光源。HALF的引出光具有更高亮度,能给储存环带来更高的热负载。引光段需设置光子吸收器,以限定引出光的尺寸和吸收其余未使用的同步光,同时减少同步光热负载对储存环超高真空系统的影响。紧凑的衍射极限储存环的物理设计及光子吸收器与真空室连接方式的选择给光子吸收器的设计带来了一系列挑战。在插入式双片型吸收器结构的基础上,综合考虑吸收面形状、水冷结构、安装定位等因素,设计了一种基于CuCrZr材料、与真空室一体、无需单独定位的光子吸收器,并计算其位于弯转角2.74°的弯转磁铁下游光引出段处,被同步光照射的光斑尺寸和辐射功率;采用有限元分析方法对光子吸收器进行热、热力学模拟,得到辐照后的最高温度约为80 ℃,最大应力为20.8 MPa,最大热变形为0.05 mm。结合制作材料CuCrZr在高热负载下的许用准则,确定了光子吸收器结构的合理性。此研究为合肥先进光源中前端区光子吸收器的设计提供了重要的理论依据。
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封面目录
《强激光与粒子束》2022年34卷第5期封面目录
《强》刊编辑部
[PDF 3051KB](27)
研究堆应用技术专题
锕系核靶制备与应用
何遥, 李刚, 陈琪萍, 胡睿, 邓建, 杨宇川, 涂俊, 彭述明
2022, 34: 056001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210507
[摘要](91) [HTML全文](25) [PDF 13449KB](37)
摘要:

基础核物理、核能开发、超重元素研制等领域对精确、值得信赖的核参数的需求日益增大,锕系核靶作为核数据测量实验的核心部件,其产品种类及关键质量参数的优劣直接制约核数据测量的发展水平。系统介绍了国内外锕系核靶制备及检测方法以及国内外核靶研究团队技术储备及发展方向。

SPRR-300研究堆随堆辐照石墨的中子辐照效应
郑健, 闫占峰, 王浩, 冯琦杰, 刘显坤, 刘晓, 王姝驭, 周韦, 钱达志
2022, 34: 056002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210511
[摘要](57) [HTML全文](17) [PDF 24171KB](8)
摘要:
随SPRR-300研究堆约30 a的长时间运行,位于活性区附近的石墨箱体经历了长期的中子辐照。在长期服役的石墨箱体上取样,研究了其热学、力学以及微观结构变化,并与商用IG110,NG-CT-10石墨进行了对比。研究结果表明,经长时间低剂量率的中子辐照后,SPRR-300堆内随堆辐照石墨的晶格中出现了明显的辐照损伤缺陷,这些缺陷主要为位错环、层错、孔洞和微裂纹等,并出现了一定程度的非晶化。这些辐照损伤缺陷直接或间接地引起了石墨热学、力学性能的变化,主要表现为热膨胀系数、热扩散系数、抗压强度和抗弯强度的下降以及弯曲弹性模量的上升。
板状燃料组件流道部分堵塞的安全边界研究
丁文杰, 王少华, 高娇, 郭海兵, 马纪敏, 刘志勇
2022, 34: 056003.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210508
[摘要](56) [HTML全文](18) [PDF 854KB](8)
摘要:
为掌握板状燃料组件内多个流道堵塞下的流动换热特性,获得流动堵塞致传热恶化的触发边界,以提高板状燃料反应堆的运行安全性,以典型板状燃料堆JRR-3M的标准燃料组件为对象,基于定性分析将流道堵塞事故分为非相邻流道堵塞与相邻流道堵塞两类,采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对两类流道堵塞事故下的流动换热特性进行模拟。模拟结果表明:非相邻流道完全堵塞或相邻流道最大堵塞率低于35%,流道内不会发生局部沸腾且燃料最高温度低于许用温度。基于上述结果,可确定JRR-3M反应堆在堵流事故下的安全运行边界。
瞬发伽马活化成像的数学模型建立与模拟重建
马玉华, 李航, 杨鑫, 李润东, 黄洪文
2022, 34: 056004.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210551
[摘要](155) [HTML全文](92) [PDF 5433KB](30)
摘要:
瞬发伽马活化成像中,样品内部的中子自屏蔽和伽马自吸收效应会使测量结果产生不均匀分布。针对成像单元响应不一致的问题,研究了样品内部中子场不均匀分布和伽马自吸收效应的影响,并进行了理论推导,建立了用于修正成像单元响应和图像重建的数学模型,利用数学模型对Fe,H元素瞬发伽马活化成像的蒙特卡罗模拟进行了元素图像重建。 结果显示,样品内中子场和γ自吸收对成像的影响得到明显改善,Fe和H元素的含量分布使用此模型可以被精确重建,验证了数学模型的有效性。
Dragon程序在金属燃料铅铋快堆堆芯计算中的应用与偏差分析
张亮, 孙胜, 孙寿华, 杨文华
2022, 34: 056005.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220001
[摘要](118) [HTML全文](41) [PDF 4801KB](18)
摘要:
铅铋合金或铅冷却快堆(LFR)是具有良好应用前景的第四代先进核能系统之一。针对环形芯体金属燃料(UZr,UPuZr)LFR的燃料组件与堆芯,利用Dragon/Donjon程序开展中子学计算,获得了基于ENDF/B 8.0库的172群和295群多群中子数据库、输运方法(SP3)和扩散方法(MCFD)的结果及其与蒙卡程序RMC的偏差。采用SP3算法针对UZr燃料得到的keff偏差小于550×10−5;对于UPuZr燃料采用MCFD算法得到的keff偏差小于−700×10−5。控制棒组件价值的偏差小于7.6%;172群和295群库的结果基本无差异。应用SP3算法的燃料组件功率偏差小于±6.0%;SP3算法的偏差小于MCFD的。结果证明,Dragon/Donjon程序在金属燃料铅铋快堆物理分析中具有可行性。
海洋条件下自然循环铅铋反应堆偏环运行特性分析
王旭, 赵亚楠, 赵鹏程, 于涛
2022, 34: 056006.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210474
[摘要](194) [HTML全文](71) [PDF 2803KB](17)
摘要:
基于二次开发RELAP5/MOD3.1程序,分析了典型海洋条件下的10 MW自然循环铅铋反应堆偏环运行特性。分析结果表明:反应堆在倾斜条件下偏环运行时,其系统参数对倾角变化敏感性较弱;起伏条件下,偏环运行导致流量的波动幅度降低为9%,出口温度降低约16 K。起伏幅度越大、流量波动越剧烈;起伏周期越大、流量震荡越明显,但影响效果也在减弱;摇摆条件下,堆芯流量、出口温度降低,反应堆引入更高的安全裕量;摇摆幅度越大、摇摆周期越小,流量波动幅度越大,且堆芯出口温度对周期变化敏感性明显高于摇摆幅度变化。
基于Kriging代理模型的铅铋反应堆智能优化方法
李琼, 刘紫静, 肖豪, 肖英杰, 赵鹏程, 王昌, 于涛
2022, 34: 056007.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210560
[摘要](109) [HTML全文](60) [PDF 1332KB](20)
摘要:
铅铋反应堆广泛应用的需求要求研究人员在现有堆芯方案的基础上开展大量优化设计工作。针对铅铋反应堆多物理、多变量、多约束耦合影响的多维非线性约束优化设计问题,基于Kriging代理模型、正交拉丁超立方抽样和SEUMRE空间搜索技术构建铅铋反应堆智能优化方法,耦合物理蒙卡计算/热工分析程序,开发包含抽样、耦合程序前后处理、反应堆优化分析功能的优化平台,并以铅铋反应堆SPALLER-4,URANUS为原型分别开展最小燃料装载量的方案寻优与参数优化验证。验证结果表明,该智能优化方法用于铅铋反应堆设计方案寻优和堆芯参数优化可行、有效,相比传统蒙卡程序计算寻优,在保证预测精度前提下极大地降低了计算成本,与URANUS初始模型比较,燃料装载量、堆芯总质量、活性区体积、堆芯总体积分别优化10.8%,11.5%,18.1%,17.1%,为基于代理模型的智能优化方法应用于铅铋反应堆的优化设计提供参考。
6061-Al合金的自离子辐照损伤效应
闫占峰, 郑健, 周韦, 王浩
2022, 34: 056008.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210509
[摘要](72) [HTML全文](32) [PDF 6061KB](15)
摘要:
铝合金是国内外研究堆的主要结构材料,在前期300#研究堆主要结构材料铝合金辐照性能研究的基础上,通过离子辐照研究6061-Al合金的微观结构损伤和引起的硬度变化,以开展较高辐照剂量下6061-Al合金损伤效应的前期探索。结果表明,经过自离子辐照后,6061-Al合金中产生了夹角为72°的位错环等缺陷,随着辐照剂量从0.218×1016 cm−2增加到4.367×1016 cm−2,缺陷密度明显增加,但选区电子衍射表明合金保持了很好的晶体结构,并没有发生非晶化。纳米压痕测试表明,不同辐照剂量下,样品中产生了不同程度的硬化,且微观硬度随着辐照剂量的增加而增加,当剂量增加到2.183×1016和4.367×1016 cm−2时,辐照硬化达到饱和,约为11%。研究结果可为初步预测较高中子辐照剂量下6061-Al合金结构和性能的变化提供数据支撑。
铍组件堆内长期服役后的尺寸测量
刘晓, 杨万奎, 王浩, 王健, 张松宝, 张新荣, 李文华
2022, 34: 056009.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210516
[摘要](48) [HTML全文](28) [PDF 19694KB](5)
摘要:
铍是核反应堆内的重要反射层材料,其辐照后的尺寸变化对反应堆的安全性具有重要的影响。为获得铍组件堆内长期服役后的尺寸变化,以对其堆内的服役性能评价提供基础数据,设计并加工了一套高放样品远程转运平台,使用三坐标测量机完成了绵阳SPRR-300堆内铍组件的尺寸变化测量实验。实验测量结果表明,SPRR-300堆的铍组件在服役29 a后,在最高中子通量高达6.78×1021 cm−2的辐照环境下,铍组件外形尺寸总体上保持良好,截面有微量的收缩变形,最大形变约0.13 mm,这表明在长期中子辐照环境下,辐照蠕变是导致铍组件尺寸变化的主要原因。
固定换热面积的回热器优化设计研究
高娇, 王少华, 黄洪文
2022, 34: 056010.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210521
[摘要](32) [HTML全文](15) [PDF 4768KB](3)
摘要:
为探究印刷电路板换热器(PCHE)Z型通道中超临界CO2的换热特性,在换热面积固定的前提下指导回热器优化设计,采用数值模拟方法对CO2-CO2耦合换热的局部和整体特性进行了分析,通过CFD计算得到典型PCHE结构和典型工况下回热器的换热特性,与实验结果进行对比,验证计算模型。并利用此模型计算具有相同换热面积、不同通道结构的回热器的局部和整体换热性能,厘清结构参数对换热性能的影响规律。研究表明,计算结果与实验结果吻合,当通道夹角从110°增加至115°时换热系数出现最大幅度的下降,根据不同的设计需求,最佳的夹角范围为110°~120°。
S-CO2布雷顿循环转化效率分析
王少华, 高娇, 丁文杰, 黄洪文, 郭海兵, 马纪敏, 刘志勇
2022, 34: 056011.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210528
[摘要](60) [HTML全文](19) [PDF 1924KB](6)
摘要:
以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象,以核电站为应用背景,详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法,并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响,分析结果表明,循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异,其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效,需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO2系统的优化设计。
强激光物理与技术
大芯径空气包层微结构光纤实现kW级激光传输
夏长明, 黄卓元, 刘建涛, 杨家濠, 莫志峰, 侯峙云, 周桂耀
2022, 34: 051001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210452
[摘要](88) [HTML全文](33) [PDF 1579KB](24)
摘要:

kW级高功率激光柔性传输是激光清洗、激光焊接、激光刻蚀等高功率激光加工领域中必备的环节,而实现高功率激光低损耗传输的光纤是其关键器件。目前高功率激光传输光纤采用大芯径传能光纤,仍然存在着弯曲损耗大、柔性差等问题,并且使用过程中要经常维护。华南师范大学特种光纤研究中心提出一种大芯径空气包层微结构光纤,利用包层的空气孔可以极大降低激光泄露的风险,降低光纤制备过程中对耐高温涂敷层的严苛要求,实验结果证实该光纤在室温无制冷条件下可实现kW级激光传输,从而为10 kW级高功率激光柔性传输奠定基础。

(1+1)型长距离侧面泵浦光纤实现17.4 kW激光输出
高聪, 刘念, 李峰云, 刘玙, 代江云, 沈昌乐, 贺红磊, 吕嘉坤, 李芳, 张立华, 李雨薇, 姜蕾, 郭超, 陶汝茂, 柯伟伟, 张昊宇, 王建军, 林宏奂, 景峰
2022, 34: 051002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220070
[摘要](123) [HTML全文](41) [PDF 1332KB](111)
摘要:

长距离侧面泵浦激光光纤在泵浦光注入、热管理、非线性抑制等方面具有天然优势,是实现高功率激光输出的有效途径。研制了(1+1)型长距离侧面泵浦激光光纤,采用1018 nm同带泵浦反向注入方式实现了17.4 kW激光输出,斜率效率为82.1%,3 dB线宽为1.3 nm,拉曼抑制比为37.8 dB。研究结果展示了长距离侧面泵浦光纤作为数十千瓦光纤激光放大器增益介质的巨大应用潜力。

刃型位错高斯光束的Riemann-Silberstein涡旋通过双焦透镜的聚焦特性
闫红卫
2022, 34: 051003.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210317
[摘要](72) [HTML全文](26) [PDF 1132KB](8)
摘要:
基于时间平均复标量场的零值点,推导出寄居于高斯光束中的刃型位错线形成的Riemann-Silberstein (RS)涡旋通过双焦透镜传输时的复标量场。详细研究了刃型位错高斯光束形成的RS涡旋通过双焦透镜的聚焦特性,分析了传输距离和双焦透镜在x方向的焦距对RS涡旋的影响。研究发现RS涡旋通过双焦透镜后会出现RS涡旋的移动、新产生一对含有相反拓扑电荷的RS涡旋、两个含有相反拓扑电荷的RS涡旋逐渐靠近至湮灭,但是,在整个聚焦传输变化过程中,RS涡旋的总拓扑电荷守恒。特别地,当RS涡旋通过理想透镜时,复标量场中始终只有4个位于x轴上的RS涡旋。随着传输距离增加,这4个RS涡旋先逐渐靠近原点(0, 0),又逐渐远离原点(0, 0),但每个RS涡旋的拓扑电荷一直保持不变,因此,总拓扑电荷守恒。
惯性约束聚变物理与技术
激光聚变内爆D3He质子源的在线诊断系统
滕建, 邓志刚, 单连强, 温家星, 袁宗强, 王为武, 张天奎, 田超, 张锋, 于明海, 卢峰, 洪伟, 贺书凯, 张智猛, 齐伟, 崔波, 徐秋月, 魏来, 李颖洁, 夏立琼, 张兴, 吴玉迟, 粟敬钦, 周维民, 谷渝秋
2022, 34: 052001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210497
[摘要](75) [HTML全文](30) [PDF 2333KB](9)
摘要:
提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D3He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别,结合诊断系统排布,可以快速获取激光聚变反应产生的D3He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D23He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×109的初级D3He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D3He质子源能谱和产额信息,从而更加及时地指导实验的开展。
聚苯乙烯相对分子量对薄壁聚苯乙烯空心微球质量的影响
徐文婷, 李洁, 刘一杨, 陈强, 易勇, 刘梅芳
2022, 34: 052002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210557
[摘要](62) [HTML全文](17) [PDF 21948KB](5)
摘要:
激光惯性约束聚变(ICF)作为探索受控核聚变的有效途径,有望获得清洁无污染的能源,而薄壁聚苯乙烯(PS)空心微球是ICF物理实验中亟需的一类微球。针对薄壁空心微球因径厚比(直径/壁厚)增大导致其在干燥、使用中易开裂的问题,研究了PS原料对薄壁微球质量的影响,探讨了其影响机制。结果表明:当油相PS质量分数为4%时,随着油相粘度增加,W1/O/W2复合乳粒稳定性逐渐提高;当油相质量分数不低于8%时,复合乳粒稳定性良好。PS原料对微球表面粗糙度影响较小,微球球形度和壁厚均匀性随初始油相粘度的增大而降低,在干燥过程中微球开裂率随原料力学性能提高而减小。在外水相中引入氟苯(FB)液滴,延缓固化速率,可减小油相粘度增加对微球球形度和壁厚均匀性的不利影响。
高功率微波技术
基于BP神经网络的六边形孔阵耦合截面的预测
贺智彬, 闫丽萍, 赵翔
2022, 34: 053001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210566
[摘要](54) [HTML全文](14) [PDF 2539KB](8)
摘要:
孔缝耦合截面作为度量电磁能量经孔缝泄漏强弱的重要参数,一直没有一个普适快速且精度较高的获取方法。针对六边形孔阵归一化耦合截面的获取问题,分析了垂直入射条件下各因素对六边形孔阵耦合截面的影响,选择合适的参数并使用全波分析法共获取13820组耦合截面数据。对部分输入参数进行预处理后输入神经网络进行训练,构建了一个以孔单元电尺寸、行/列数、行/列间距电尺寸、孔壁厚度电尺寸、入射波极化角度等7个参数为输入,归一化耦合截面为输出的BP神经网络模型。该模型在预测电尺寸为[0.1,1.2]时的归一化耦合截面平均相对误差为3.8%。选取未出现在神经网络训练集与测试集中的输入参数,比较全波分析法计算值和神经网络预测值共480组数据,其平均相对误差为7.27%。最后通过实验测量,进一步验证了该模型的普适性和有效性。
基于PWB方法的电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器的开发与验证
胡明浪, 周世华, 闫丽萍, 赵翔
2022, 34: 053002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220026
[摘要](49) [HTML全文](19) [PDF 1549KB](7)
摘要:
功率平衡(PWB)法是基于统计电磁学的求解电大尺寸腔体结构电磁耦合问题的快速方法。在PWB方法的基础上,开发了一个电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器,实现了对不同腔体形状、不同孔缝形状、不同源类型等条件下的电大尺寸腔体结构电磁耦合水平的快速求解,并与已发表文献的结果和实验结果进行了对比,验证了求解器的有效性和高效性。
粒子束及加速器技术
超快X射线自由电子激光研究进展
贾豪彦, 黄森林, 焦毅, 李京祎, 刘克新, 刘帅, 刘伟航, 刘中琦, 龙天云, 秦伟伦, 赵晟
2022, 34: 054001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220056
[摘要](208) [HTML全文](75) [PDF 14246KB](64)
摘要:

现代光源的发展不断推动着人们从更深层次上理解物质的基本结构和动力学行为。X射线自由电子激光作为最先进的光源,其超高的峰值功率、超短的脉冲长度和优良的相干性,为人们以原子级时空分辨率探测和操控物质中的超快过程提供了可能。目前全世界已有多个X射线自由电子激光装置建成并投入使用,在原子分子物理、化学、生命科学、材料科学等各学科应用中都显示出了重要价值。同时大量的研究工作也集中于继续提高X射线自由电子激光的性能,包括把脉冲持续时间从fs量级进一步缩短至as量级,这将为超快科学的发展带来新突破。以超快脉冲产生为主线,综述了近年来超快X射线自由电子激光产生方案的研究进展,从产生原理、方案特性、最新成果等方面介绍了各类产生方案,总结对比了各方案的优缺点,最后对超快X射线自由电子激光的未来发展方向进行了展望。

利用切伦科夫进行电子束发散角测量的模拟研究
江孝国, 迟智军, 廖树清, 杜应超, 杨国君, 张小丁, 李洪, 杨兴林, 蒋薇, 魏涛, 王远
2022, 34: 054002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210426
[摘要](121) [HTML全文](51) [PDF 3629KB](13)
摘要:
利用切伦科夫辐射方向性极好的特性进行电子束发散角的测量是一个比较有希望的方法,但转换靶材料对电子的库伦作用力等因素又使得电子束散角展宽,对发散角的测量产生影响。在将转换靶划分成多重薄片并以串联的形式构建了靶模型,考虑了库仑力、多重散射、轫致辐射、电离等全物理过程作用效果的情况下,利用蒙特卡罗模拟软件相关程序对电子在靶材料中的发散过程进行了仿真。基于电子束散角分布与切伦科夫辐射光子分布相对应的原理,完成了对电子束发散角测量技术的模拟,获得了转换靶材料及其厚度、电子束能散、测量系统光学带宽等对电子束发散角测量的影响规律,为测量系统的设计及数据反演处理工作提供了指导性的建议。模拟结果显示,基于切伦科夫辐射进行电子束发散角测量的方法具有可行性,具有一定的对电子束发散角分布进行测量的能力。
脉冲功率技术
基于Marx的任意极性方波脉冲电源设计
姜松, 黄利飞, 饶俊峰, 王永刚, 李孜
2022, 34: 055001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210405
[摘要](114) [HTML全文](52) [PDF 2186KB](25)
摘要:
设计了一种基于Marx电路的方波脉冲电源,该电源采用磁环隔离驱动方案与全桥Marx电路相结合,实现了正极性、负极性和双极性高压方波脉冲的输出,解决了常规脉冲电源只能输出特定极性脉冲的限制。对电路的运行模式经行了理论分析,并搭建了16级实验样机。实验结果表明:在空载条件下,实现了频率1 kHz,幅值10 kV的正极性、负极性及双极性高压方波脉冲输出。其最小脉宽1 µs,极性可调。该脉冲电源结构紧凑,可以实现输出电压、脉宽、脉冲极性可调。最后使用该方波脉冲电源驱动平行板介质阻挡放电反应器。结果表明:该方波脉冲电源可以作为介质阻挡放电驱动源。
高功率高储能脉冲电源中重频电感的设计与分析
王燕, 张钦, 林福昌, 李化
2022, 34: 055002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210417
[摘要](140) [HTML全文](61) [PDF 15704KB](34)
摘要:
针对高功率脉冲电源集成系统连续放电的需求,研制了一种用于该系统的重频水冷电感。水冷电感在系统中既调节电源的电流波形,又能起到隔离作用。该重频水冷电感耐压高、通流大、充电间隔周期6 s,可连续工作10 次放电。针对连续放电的需求,通过去离子循环水对重频电感进行降温。现以单模块能量334 kJ、电感量30 µH、通流 100 kA为例进行设计分析,建立重频水冷电感温度场仿真模型,通过ANSYS仿真软件对该电感内部温度瞬态特性进行分析。结果表明:水冷电感通过去离子水冷却效果好,电感每次工作后温度最高达到47 ℃,在下一个工作点到来之前电感温度又恢复到41 ℃;同时该电感在没有加循环水的情况下通过了112 kA的电动力考核。试验结果与理论分析吻合较好,重频水冷电感运行稳定,从而验证了理论分析和设计的正确性。
前沿技术与交叉科学
基于空气孔微结构光纤的表面等离子体共振折射率传感器
谭启龙, 张夏, 康虎, 彭志清, 李筱薇, 杨莫愁, 冯国英
2022, 34: 059001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220062
[摘要](49) [HTML全文](25) [PDF 3314KB](8)
摘要:
提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应增强的光子晶体光纤折射率传感器。该传感器结构通过光纤熔接机拼接光子晶体光纤(PCF),在光子晶体光纤中间引入一个空气孔形成PCF-空气孔-PCF的光纤传感结构,随后使用磁控溅射镀膜工艺在其表面沉积一层薄金膜制备而成。实验探究了折射率及温度对传感器的响应。结果表明,在1.333~1.389的折射率范围内,所提出的传感器的平均折射率灵敏度为2 142.52 nm,且测量线性度为0.981,品质因子约13.10。实验结果表明该传感器对温度不敏感。相比于无空气孔的PCF传感结构,引入的空气孔增强了SPR效应,使得传感器拥有良好的共振峰深度。得益于上述优势,该类型传感器有望在生物医学、环境监测等领域得到应用。