优先发表

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粒子束及加速器技术
机器学习在储存环轨道校正中的应用研究
李瑞淳, 张庆磊, 米清茹, 姜伯承, 王坤, 李昌亮, 赵振堂
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200318
摘要:
X射线同步辐射光源,是现代科学研究中最强大的工具之一。位于中国上海的上海光源,是一台能量为3.5 GeV的先进的第三代中能同步辐射光源。第三代同步辐射光源要提供高亮度、高稳定性的同步辐射来满足实验条件要求苛刻的前沿研究,因此对束流的轨道稳定性有很高的要求。为此,采用机器学习算法进行电子束轨道的控制和反馈。这种基于神经网络的轨道校正方法不依赖于具体的响应矩阵,建立非线性映射关系,并且还可以进行连续的在线再训练,对上海光源的轨道校正和提高束流轨道稳定性有重要意义。
氘化物阴极真空弧放电光斑分布
董攀, 刘尔祥, 李杰, 江孝国, 王韬, 石金水, 龙继东
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200322
摘要:
氘化物真空弧放电在许多领域均有应用,如无损检测、石油探井、中子活化分析等。和金属阴极不同,氘化物阴极放电时会释放大量的气体分子,表现出许多不同性质。采用放大镜头和ICCD相机观察了氘化物阴极真空弧放电光斑分布。测量系统的空间分辨率约为5 μm,时间分辨率最小2 ns。放电脉冲半高全宽(FWHM)0.9 μs,弧流波形为半周期正弦波。实验结果表明,氘化物真空弧放电时,所有阴极斑聚集为一个群落,表现为一个大光斑;在液滴作用下,阴极斑群落偶尔也会分裂为两个或多个群落;光斑形状不受弧流影响,但面积和亮度会随弧流增加而增大。氘化物阴极放电斑点聚集有利于产生高密度等离子体,提高放电效率。
库仑碰撞截面在等离子体粒子模拟中的应用
宋萌萌, 周前红, 孙强, 杨薇, 董烨
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200179
摘要:
在等离子体粒子模拟中,TA模型和NanBu模型被广泛用于处理库仑碰撞,这两种模型要求每个时间步长内全部粒子参与计算。为了降低参与碰撞的粒子数,提高库仑碰撞的计算效率,提出了一种基于截面的库仑碰撞模拟方法,并给出了库仑碰撞概率的计算公式。采用该方法对不同温度不同密度电子气的弛豫过程进行模拟,分别对比了电子速度分布函数、电子温度以及电子xy方向上的温度与电子温度之比的模拟值与理论值,验证了该方法的准确性。在相同的小时间步长上,该方法相比TA模型计算效率提升可达40%以上。对于较大的时间步长,该方法仍能得到与理论解近似的模拟结果,相比Nanbu模型,在相同的精度下可取更大的时间步长,计算效率也有所提升。研究表明,该方法同样适用于电子-离子碰撞。因此在提高库仑碰撞计算效率上,该方法具有碰撞粒子数少以及适用于大时间步长的优势。
磁调制DCCT温漂相关因素灰色关联分析
王东兴, 朱燕燕, 周力任, 李瑞, 武万锋, 胡志敏
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200286
摘要:
为进一步改善磁调制DCCT(Direct Current Current Transducer)的温度特性,将磁调制DCCT化整为零,利用灰色相关理论确定了DCCT各部分温度系数对整机的影响程度;同时,还提出了一种磁调制DCCT温度系数综合评价方法。根据磁调制DCCT的工作原理,把DCCT分为PCB(Printed Circuit Board)、线圈和取样电阻三部分,并分别测出DCCT整机、PCB、线圈和取样电阻的温度系数;然后,利用灰色相关理论对7个被测DCCT的各部分温度系数进行关联计算,获得相应的关联系数,从而确定DCCT温度特性的主要因素。根据DCCT温度特性的主、次要因素并结合工程实际,设定了概念DCCT作为参考,利用灰色相关理论计算出7个被测DCCT与参考DCCT的温度系数的灰色关联加权值,完成了被测磁调制DCCT温度性能的综合评价。最后,指出了降低DCCT整机温度敏感性的研究方向。
先进光源磁铁支撑基座稳定性的实验研究
李春华, 王梓豪, 周宁闯, 董岚, 王小龙, 屈化民
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200201
摘要:
基座作为磁铁支架的基础,其制作工艺以及与地面连接固定方式的不同将影响磁铁与支架的稳定性。基于先进光源对磁铁支撑系统稳定性的极高要求,开展了基座安装浇筑实验,选取工程上常用的几种混凝土施工工艺,制作统一外形尺寸的实验件,通过锤击法逐一测试其固有频率,评估其稳定性,得到二次灌浆可有效提高稳定性、环氧基灌浆料获得的稳定性优于水泥基灌浆料等结论。基于固有频率测试结果,以HEPS支撑系统为例分析了不同的基座安装方式对系统模态的影响。
230 MEV超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制
李要乾, 李明, 宋国芳, 冀鲁豫, 葛涛, 贾先禄, 吕银龙, 蔡红茹, 卢晓通, 张天爵
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200285
摘要:
在230 MeV超导回旋加速器中,磁场调节棒及其驱动系统是束流调试的重要辅助装置。为满足束流对中和束流引出所需的磁场,设计并研制了16套磁场调节棒及其驱动装置。机械执行机构采用美国Thomson公司的精密直线执行器,其重复定位精度为±0.01 mm,位置传感器采用德国Novotechnik公司的直线位移电子尺,其重复精度为0.002 mm。此外,运动控制采用PLC加直线位移传感器负反馈闭环的方案。在实际工况下,系统定位精度达到0.05 mm,重复精度达到±0.02 mm,优于设计要求。此外,对该系统进行了静电放电测试、电快速瞬变脉冲群测试和浪涌抗扰度测试,结果满足医用电气设备电磁兼容标准YY 0505-2012/IEC 6060 1-1-2:2004的要求。该驱动系统的研制,克服了在强电离辐射、高磁场强度、狭小安装空间的特殊环境中达到高定位精度和高重复精度的难点,对优化束流的径向进动、减小加速区域的相干振荡振幅、提高引出区的束流引出效率等具有重要意义。
CSNS-II超导椭球腔形变电场平坦度仿真分析
李波, 刘华昌, 王云, 吴小磊, 李阿红, 瞿培华, 樊梦旭, 陈强
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200259
摘要:
超导椭球腔是一种通过冲压零件和电子束焊接而成型的薄壁结构,在加工过程中存在不可避免的形变,如单元倾斜、偏轴,单元长度偏差,从而影响椭球腔的轴向电场平坦度,进而降低椭球腔的运行电场梯度。因此,在椭球腔加工成型后要进行预调谐处理。椭球腔预调谐是通过对椭球腔整形,包括倾斜和偏轴矫正,单元长度矫正,以达到提高轴向电场平坦度的目的。采用COMSOL多物理场耦合软件对CSNS-II(China Spallation Neutron Source Phase II)超导椭球腔可能存在的形变进行了仿真计算,研究了各单元形变量对电场平坦度的影响,分析了腔体调谐位移量对电场平坦度的影响,为椭球腔预调谐提供数据参考,也为预调谐机的设计研制提供指导。另外,确定了椭球腔机械形变的要求,确保椭球腔机械加工质量满足CSNS-II升级的实际工程需求。
高功率微波技术
面向5G多波束应用的紧凑宽带Rotman透镜设计
付宇璠, 周东方, 张毅, 吕大龙, 张德伟, 许飞
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200291
摘要:
提出了一种基于等光程差原理设计的紧凑宽带Rotman透镜波束赋形网络,用于5G毫米波通信的天线阵列多波束实现。首先,详细介绍了Rotman透镜的基本原理;然后,利用二等分功分器替代传统的单端口馈电模式,产生高定向波束,降低相邻端口处的能量损失以及透镜内部能量的散射;最后利用切比雪夫多枝节匹配变换器,优化原有的锥形阵列输出端口,在保证宽频带的条件下,缩短原有匹配端口尺寸,使得透镜整体尺寸减少20%,实现了Rotman透镜的紧凑性。改进模型的实测结果表明,该透镜工作频带为16.5~33.8 GHz,其中在17.2~32 GHz,S11优于15 dB,扫描角度为±30°。该透镜结构简单紧凑,能够有效地为相邻阵元提供稳定的相位差信号,很好地实现5G毫米波阵列多波束的目标。
无人机数据链电磁干扰机理和防护研究
赵敏, 许彤, 程二威, 周星, 孙亮, 陈亚洲
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200263
摘要:
针对无人机在飞行过程中其数据链系统容易受到外界电磁干扰而导致链路中断的问题,以某型无人机数据链系统为研究对象,提出了一种基于前门耦合的电磁敏感度注入效应试验方法。基于该方法开展了某型无人机数据链系统电磁敏感度效应试验,得到了该数据链系统的敏感度阈值曲线,确定了其电磁敏感度阈值,分析了机载数据链接收机射频前端的工作原理和电磁干扰作用下接收机的信号传输过程,揭示了组合频率干扰和带外饱和干扰对无人机机载数据链的作用机理,最后进行了试验验证。在实验研究的基础上,从电磁兼容设计层面和自适应控制策略方面分别有针对性地提出了相应的防护方法。
微波无线传能高性能双极化整流天线设计
陈强, 潘嶙, 黄祥
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200292
摘要:
设计了一款用于微波无线传能的5.8 GHz高效率双极化整流天线。该整流天线包含5.8 GHz双极化接收天线和5.8 GHz F类整流电路,并通过金属探针实现接收天线和整流电路的集成。接收天线为2×2微带阵列天线,采用了金属环加载技术提升天线的阻抗带宽和鲁棒性。采用金属探针代替常规微波接插件和线缆,实现了接收天线和整流电路的集成,该集成技术不仅简化了整流天线结构,还降低了整流天线的重量、损耗和成本。将双极化整流天线进行了加工和整流效率测试并将其与同样口径面积的线极化整流天线进行比较。实验测试结果表明,在1.47 mW·cm−2的最佳入射功率密度下,该双极化整流天线的最大转换效率达到76.8%。与线极化整流天线相比,当入射波极化方向在0°~90°变化时,双极化整流天线的转换效率始终保持在62%以上,具有稳定的直流输出,表现出良好的全极化接收整流性能。
雷电电磁脉冲对典型机载GPS模块的损伤效应研究
张万里, 史云雷, 何勇, 沈杰, 潘绪超, 方中, 陈鸿
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200264
摘要:
为研究雷电电磁脉冲对典型无人机机载GPS模块的损伤效应,通过仿真模拟和试验分析相结合的方法,获取了对GPS模块受雷电电磁脉冲暂态干扰与永久损伤过程的认识,并获得了相应端口的损伤阈值。基于对雷电流特性的分析结果,利用CST仿真模拟了雷击时,无人机内外产生的复杂电磁场环境和GPS模块线缆上耦合产生的感应电压。并对典型机载GPS模块的数据通讯端口进行了雷电脉冲注入试验。研究结果表明:随着雷电脉冲的不断增强,GPS输出波形受到削弱影响的程度不断加重,直至丧失位置信息传输能力并发生物理损伤。GPS数据输入端口的雷电脉冲损伤阈值为314.5 V,GPS数据输出端口的雷电脉冲损伤阈值为235.2 V。
大功率宽频带G波段三次谐波放大器设计研究
李亚南, 刘世硕, 蔡军
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200251
摘要:
针对G波段真空电子器件对大功率、宽频带信号源的需求,开展了G波段三次谐波放大器研究。该放大器利用E波段行波管非线性互作用中的三次谐波电流,通过级联谐波互作用段实现G波段电磁波放大。高性能、实用化G波段宽频带大功率源的设计方案采用非半圆弯曲波导边界折叠波导,利用微波管模拟器套装(MTSS)软件对G波段三次谐波放大器进行模拟优化,结果显示,器件在15 GHz范围内可实现谐波输出功率>3.6 W,转换增益>33.3 dB,电子效率>0.36%。与其他工作在该频段的小型化太赫兹辐射源相比,谐波放大器在输出功率和带宽方面性能优越,为后续开展G波段三次谐波放大器的实际研制工作提供了设计基础。
前沿技术与交叉科学
大功率锂离子电池储能电源系统的研制与应用
任先文, 力军, 龚胜刚, 谭志远, 于婷, 孙会
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200248
摘要:
采用高功率高安全性的磷酸铁锂电芯作为储能元件,研制了一种在车载平台中应用的大功率储能电源。在储能电源中配置了高性能的电池采样和主动均衡模块,以及充放电管理系统,可以有效地提高系统可靠性和使用寿命。研制过程中,大功率储能电源进行了大量的工程化试验考核,包括运输安全性、环境适应性、维修性和任务可靠性等工程化指标。最后,21台储能电源在超过55 ℃的高温地区考核超过12个月,储能电源系统的可靠性得到验证。
脉冲功率技术
一台基于串级二极管技术的高强度脉冲硬X射线源
来定国, 邱孟通, 杨实, 苏兆锋, 徐启福, 丛培天, 任书庆
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200269
摘要:
介绍了利用串级二极管产生高强度脉冲硬X射线的方法及其辐射场参数。以“闪光二号”加速器为平台,通过适应性改造,产生快前沿电压脉冲;研制了两级阻抗1 Ω串级二极管,通过串联分压降低二极管端电压、各级二极管电子束独立打靶在空间叠加形成高强度均匀辐射场。解决了悬浮电极绝缘支撑、二极管阴极均匀发射等技术难题,实现了串级二极管的稳定工作。在总电压约700 kV、电流约310 kA条件下,X射线平均能量87 keV,500 cm2上的平均能注量36 mJ/cm2,剂量均匀性(最大值比最小值)达到2∶1。
核科学与工程
氚在锆合金包壳材料中的扩散行为模拟
周小凯, 佟立丽
, doi: 10.11884/HPLPB202133.200275
摘要:
基于氚扩散基本模型建立了氚扩散行为一维模拟程序,对模拟程序进行了典型实验验证,模拟结果与实验结果符合较好。分析了不同氚浓度、温度分布对锆合金包壳材料中氚的扩散行为的影响。分析结果表明:包壳-芯块间隙内氚浓度的升高会导致进出包壳的氚扩散通量提高,渗透通量增大;由于包壳氧化层相对较低的扩散系数,包壳氧化层的存在对氚渗透有较大的限制作用;温度对氚扩散速率的影响很显著,温度越高,扩散速度越快;锆合金外表面氧化层的相对低温限制了氚渗透出包壳管的速率,温度梯度导致的热致扩散有利于氚向包壳冷测扩散。