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2026, 38: 042001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250346
2026, 38: 042002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250403
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doi: 10.11884/HPLPB202638.260019
摘要:
高精度多层膜器件是开展多维度、高分辨激光惯性约束聚变（ICF）X射线诊断的核心元件。针对激光聚变热斑高质量观测需求，开展了X射线多层膜诊断成像器件的研究，包括Kirkpatrick-Baez（KB）反射镜、离轴非球面反射镜和Wolter型显微元件。提出了基于多通道KB反射镜的高分辨自发光与背发光诊断数据同步测量方法，经测试系统空间分辨率优于5 μm。发展了高精度拼接检测和离子束加工一体化的非球面反射镜制造工艺，经过离子束修正后50 mm反射镜面型残差达1.56 nm（RMS），粗糙度优于0.3 nm。建立了Wolter型显微元件设计、检测、抛光和多层膜镀制的全流程制作方法。上述器件与系统技术的研究为我国ICF实验等离子体诊断提供了有力的支撑。
高精度多层膜器件是开展多维度、高分辨激光惯性约束聚变（ICF）X射线诊断的核心元件。针对激光聚变热斑高质量观测需求，开展了X射线多层膜诊断成像器件的研究，包括Kirkpatrick-Baez（KB）反射镜、离轴非球面反射镜和Wolter型显微元件。提出了基于多通道KB反射镜的高分辨自发光与背发光诊断数据同步测量方法，经测试系统空间分辨率优于5 μm。发展了高精度拼接检测和离子束加工一体化的非球面反射镜制造工艺，经过离子束修正后50 mm反射镜面型残差达1.56 nm（RMS），粗糙度优于0.3 nm。建立了Wolter型显微元件设计、检测、抛光和多层膜镀制的全流程制作方法。上述器件与系统技术的研究为我国ICF实验等离子体诊断提供了有力的支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250497
摘要:
极弱磁场测量，如生命科学中使用的磁测量，需要近零磁环境，一般由高磁导率材料构成的磁屏蔽室提供。磁屏蔽室的性能可以通过消磁技术改善。常规的交流衰减消磁无法通过磁化状态评估快速确定并优化消磁参数；相较而言，脉冲消磁能通过磁链的测量和控制直接反映磁化状态。本研究提出了一种适用于磁屏蔽室消磁平衡的通量控制脉冲消磁方法，以实现消磁过程的精确调控。首先考虑损耗及环境磁场作用建立消磁等效电路模型，并引入磁链偏移量以修正控制参数；在此基础上测量磁屏蔽材料的磁性能，并建立磁屏蔽室的有限元模型以分析其理论性能极限。最后通过测试磁屏蔽室内部的实际残余磁场，证明该方法能在双层磁屏蔽室中心区域实现低至3.1 nT的平均残余磁场。
极弱磁场测量，如生命科学中使用的磁测量，需要近零磁环境，一般由高磁导率材料构成的磁屏蔽室提供。磁屏蔽室的性能可以通过消磁技术改善。常规的交流衰减消磁无法通过磁化状态评估快速确定并优化消磁参数；相较而言，脉冲消磁能通过磁链的测量和控制直接反映磁化状态。本研究提出了一种适用于磁屏蔽室消磁平衡的通量控制脉冲消磁方法，以实现消磁过程的精确调控。首先考虑损耗及环境磁场作用建立消磁等效电路模型，并引入磁链偏移量以修正控制参数；在此基础上测量磁屏蔽材料的磁性能，并建立磁屏蔽室的有限元模型以分析其理论性能极限。最后通过测试磁屏蔽室内部的实际残余磁场，证明该方法能在双层磁屏蔽室中心区域实现低至3.1 nT的平均残余磁场。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250305
摘要:
现有路径规划算法中存在搜索类A*算法高度依赖网格地图、高分辨率下计算内存开销大和采样类RRT算法、RRT*算法搜索效率低、路径规划时间长等问题，提出了一种无人机避障路径混合算法。首先，根据A*算法对网格地图的依赖性提出了全方向可选择性的路径搜索策略；其次，根据采样类算法的强随机性和低搜索效率，提出了全局最佳路径搜索方向以及高效节点选取方式；在障碍物附近采用沿墙算法的思路，避免陷入局部最小值的同时进一步缩短路径规划的运行时间。仿真结果表明：在不同复杂度的障碍物环境中，混合算法相较于传统的A*算法、RRT算法和RRT*算法在路径规划时间方面均缩短96%以上、生成路径长度有不同程度的减少以及平均迭代次数均减少98%以上。因此该算法能够显著提升路径规划的效率，为无人机避障高效自主路径规划提供有力的支撑。
现有路径规划算法中存在搜索类A*算法高度依赖网格地图、高分辨率下计算内存开销大和采样类RRT算法、RRT*算法搜索效率低、路径规划时间长等问题，提出了一种无人机避障路径混合算法。首先，根据A*算法对网格地图的依赖性提出了全方向可选择性的路径搜索策略；其次，根据采样类算法的强随机性和低搜索效率，提出了全局最佳路径搜索方向以及高效节点选取方式；在障碍物附近采用沿墙算法的思路，避免陷入局部最小值的同时进一步缩短路径规划的运行时间。仿真结果表明：在不同复杂度的障碍物环境中，混合算法相较于传统的A*算法、RRT算法和RRT*算法在路径规划时间方面均缩短96%以上、生成路径长度有不同程度的减少以及平均迭代次数均减少98%以上。因此该算法能够显著提升路径规划的效率，为无人机避障高效自主路径规划提供有力的支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250392
摘要:
研制了一种基于氟化铅（PbF2）光窗、微通道板（MCP）、锥形阳极集成的超快响应光电倍增管。PbF2晶体以其超快的契伦科夫辐射为主导的发光机理，成为实现皮秒级时间分辨的理想闪烁体与光窗材料[12]。在制备方法上，为保护氟化铅晶体及避免氟化铅晶体高膨胀系数带来的高温膜层失效，采用蒸镀过渡膜层的方式，在样管密封上后端采用激光焊接、前端采用热压铟封的方式进行整管密接，最终制备出性能可测的氟化铅超快响应光电倍增管产品。同时对其进行了性能评估和数据分析，其量子效率、增益、上升时间等核心指标与常规快时间响应微通道板型光电倍增管性能基本相当，具备较高的光电转换效率、超快的时间响应、较高的二次电子倍增能力，为后续超快探测领域提供试验基础。
研制了一种基于氟化铅（PbF2）光窗、微通道板（MCP）、锥形阳极集成的超快响应光电倍增管。PbF2晶体以其超快的契伦科夫辐射为主导的发光机理，成为实现皮秒级时间分辨的理想闪烁体与光窗材料[12]。在制备方法上，为保护氟化铅晶体及避免氟化铅晶体高膨胀系数带来的高温膜层失效，采用蒸镀过渡膜层的方式，在样管密封上后端采用激光焊接、前端采用热压铟封的方式进行整管密接，最终制备出性能可测的氟化铅超快响应光电倍增管产品。同时对其进行了性能评估和数据分析，其量子效率、增益、上升时间等核心指标与常规快时间响应微通道板型光电倍增管性能基本相当，具备较高的光电转换效率、超快的时间响应、较高的二次电子倍增能力，为后续超快探测领域提供试验基础。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250494
摘要:
快直线型变压器驱动源中气体开关数量庞大，充电过程中开关发生自放电会对驱动源造成严重影响。将原本数十秒的充电过程缩短到数十至数百微秒，使开关耐压时间减少，有望降低开关发生自放电的概率。本文利用谐振电路在开关上产生前沿可调的电压脉冲，设计并搭建了脉冲充电气体开关实验平台，实验研究了脉冲充电方式下用于LTD的多间隙气体开关击穿特性。结果表明：脉冲充电条件下，气体开关的自击穿电压平均值均高于相同条件下直流自击穿电压平均值。脉冲前沿为140 μs时，四间隙气体开关自击穿电压在0.05～0.15 MPa气压条件下提高了10%～30%，分散性也提升5%～10%。触发放电特性与直流情况相似，65%～75%工作系数下开关触发延时和抖动结果基本相同。90%工作系数下进行5000 余次脉冲充电考核，开关自击穿概率与威布尔拟合结果基本吻合。按照分布模型估算60%工作系数下开关自放电概率可降低至10−6。
快直线型变压器驱动源中气体开关数量庞大，充电过程中开关发生自放电会对驱动源造成严重影响。将原本数十秒的充电过程缩短到数十至数百微秒，使开关耐压时间减少，有望降低开关发生自放电的概率。本文利用谐振电路在开关上产生前沿可调的电压脉冲，设计并搭建了脉冲充电气体开关实验平台，实验研究了脉冲充电方式下用于LTD的多间隙气体开关击穿特性。结果表明：脉冲充电条件下，气体开关的自击穿电压平均值均高于相同条件下直流自击穿电压平均值。脉冲前沿为140 μs时，四间隙气体开关自击穿电压在0.05～0.15 MPa气压条件下提高了10%～30%，分散性也提升5%～10%。触发放电特性与直流情况相似，65%～75%工作系数下开关触发延时和抖动结果基本相同。90%工作系数下进行
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doi: 10.11884/HPLPB202638.260001
摘要:
为满足纳秒级快前沿脉冲需求，针对传统固态Marx发生器性能不足的问题，通过在LTspice中对固态Marx发生器电路中各项参数进行分析仿真，确定各项寄生参数对电路上升沿的影响，选用低寄生电感与寄生电容并带有开尔文源极的TO-263-7封装的半导体开关，同时采用单级双路对称并联开关实现均流设计优化了输出脉冲的上升时间，并使用同轴输出结构优化波形的同时便于级联。搭建了一台15级同轴型固态Marx样机，通过对200 Ω负载在10 kV电压下进行实验输出，获得了电流0～50 A、上升时间低于8 ns、脉宽200 ns～5 μs，频率0～10 kHz可调的快前沿高压脉冲，实验结果表明，所设计的装置在上升时间、脉冲幅值和重复频率等关键指标上表现良好，具有较高的综合性能。
为满足纳秒级快前沿脉冲需求，针对传统固态Marx发生器性能不足的问题，通过在LTspice中对固态Marx发生器电路中各项参数进行分析仿真，确定各项寄生参数对电路上升沿的影响，选用低寄生电感与寄生电容并带有开尔文源极的TO-263-7封装的半导体开关，同时采用单级双路对称并联开关实现均流设计优化了输出脉冲的上升时间，并使用同轴输出结构优化波形的同时便于级联。搭建了一台15级同轴型固态Marx样机，通过对200 Ω负载在10 kV电压下进行实验输出，获得了电流0～50 A、上升时间低于8 ns、脉宽200 ns～5 μs，频率0～10 kHz可调的快前沿高压脉冲，实验结果表明，所设计的装置在上升时间、脉冲幅值和重复频率等关键指标上表现良好，具有较高的综合性能。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250487
摘要:
超连续谱激光因其宽光谱特性在光电对抗中具有较大应用潜力。本文基于光波传播的Maxwell波动方程和大气热吸收流体运动方程，提出了一种超连续谱激光大气传输热晕效应的数值仿真方法，该方法考虑了超连续谱激光不同波长成分大气吸收和衰减效应的差异性，结合超连续谱激光光源的光谱分布和大气辐射传输原理，构建了可表征各波长成分大气吸收累积热效应的热晕相位屏，并采用多层相位屏傅里叶变换和多波长非相干叠加的求解方法，建立了超连续谱大气传输热晕效应的数值仿真模型。通过对比已有单波长激光大气传输热晕效应的理论结果，验证了仿真模型的可靠性。基于数值仿真模型，对不同发射功率的超连续谱激光大气传输热晕效应进行了初步仿真，计算了超连续谱激光大气传输的典型到靶光强分布、质心偏移量、Strehl比和能量分布曲线等参数，得出超连续谱激光特殊光强分布以及一些光束特性。本文提出的数值方法为高功率超连续谱激光大气传输热晕效应的研究提供了研究基础。
超连续谱激光因其宽光谱特性在光电对抗中具有较大应用潜力。本文基于光波传播的Maxwell波动方程和大气热吸收流体运动方程，提出了一种超连续谱激光大气传输热晕效应的数值仿真方法，该方法考虑了超连续谱激光不同波长成分大气吸收和衰减效应的差异性，结合超连续谱激光光源的光谱分布和大气辐射传输原理，构建了可表征各波长成分大气吸收累积热效应的热晕相位屏，并采用多层相位屏傅里叶变换和多波长非相干叠加的求解方法，建立了超连续谱大气传输热晕效应的数值仿真模型。通过对比已有单波长激光大气传输热晕效应的理论结果，验证了仿真模型的可靠性。基于数值仿真模型，对不同发射功率的超连续谱激光大气传输热晕效应进行了初步仿真，计算了超连续谱激光大气传输的典型到靶光强分布、质心偏移量、Strehl比和能量分布曲线等参数，得出超连续谱激光特殊光强分布以及一些光束特性。本文提出的数值方法为高功率超连续谱激光大气传输热晕效应的研究提供了研究基础。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250389
摘要:
单通道电子倍增器（CEM）作为一种高增益电真空器件，广泛应用于质谱分析、空间探测等领域。当前国产CEM普遍存在增益低、一致性较差等问题。从模拟和实验两方面开展了高增益CEM的研制工作。模拟基于CST Studio Suite电子仿真软件，结合有限积分法、Monte Carlo法及Furman二次电子发射模型，构建了CEM三维模型，模拟了电子在CEM通道内的运动轨迹与倍增过程。仿真结果表明：CEM性能与其结构和操作参数以及通道内壁二次电子发射特性相关，当CEM喇叭口直径为13 mm、通道孔径为1.2 mm、通道直桶段长度为14 mm、弯曲段半径为15.5 mm时，CEM增益最高。基于模拟结果，开展了相关实验研究，优化了CEM结构参数。测试结果表明：同等电压下，结构优化后CEM增益提升了近5倍，实验与模拟结果一致。此外，实验采用原子层沉积技术在通道内壁制备了Al2O3膜层，测试结果表明，CEM增益提高了近20倍。为国产CEM的最优结构设计与性能提升提供重要的参考。
单通道电子倍增器（CEM）作为一种高增益电真空器件，广泛应用于质谱分析、空间探测等领域。当前国产CEM普遍存在增益低、一致性较差等问题。从模拟和实验两方面开展了高增益CEM的研制工作。模拟基于CST Studio Suite电子仿真软件，结合有限积分法、Monte Carlo法及Furman二次电子发射模型，构建了CEM三维模型，模拟了电子在CEM通道内的运动轨迹与倍增过程。仿真结果表明：CEM性能与其结构和操作参数以及通道内壁二次电子发射特性相关，当CEM喇叭口直径为13 mm、通道孔径为1.2 mm、通道直桶段长度为14 mm、弯曲段半径为15.5 mm时，CEM增益最高。基于模拟结果，开展了相关实验研究，优化了CEM结构参数。测试结果表明：同等电压下，结构优化后CEM增益提升了近5倍，实验与模拟结果一致。此外，实验采用原子层沉积技术在通道内壁制备了Al2O3膜层，测试结果表明，CEM增益提高了近20倍。为国产CEM的最优结构设计与性能提升提供重要的参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250241
摘要:
采用蒙特卡罗方法，针对钴源容器的辐射安全性能进行了分析和验证，主要利用屏蔽容器主体、铅屏蔽层等结构实现其屏蔽功能，单根成品源不同的活度及摆放位置对钴源容器的屏蔽性能会产生影响，对比了各装载方案在不同角度剂量点的剂量率水平变化趋势，并通过MESH网格图直观反映人员可达平台的剂量率水平分布，分析结果验证了钴源容器满足国家标准GB 11806-2019《放射性物品安全运输规程》对货包辐射水平的规定，可达到其固有安全性。
采用蒙特卡罗方法，针对钴源容器的辐射安全性能进行了分析和验证，主要利用屏蔽容器主体、铅屏蔽层等结构实现其屏蔽功能，单根成品源不同的活度及摆放位置对钴源容器的屏蔽性能会产生影响，对比了各装载方案在不同角度剂量点的剂量率水平变化趋势，并通过MESH网格图直观反映人员可达平台的剂量率水平分布，分析结果验证了钴源容器满足国家标准GB 11806-2019《放射性物品安全运输规程》对货包辐射水平的规定，可达到其固有安全性。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250479
摘要:
雪崩三极管广泛应用于微波器件、脉冲电源等场景。由于其有瞬时大功率的特性，在散热方面存在很大的挑战。雪崩三极管的工作区域在微米级。在微观尺度上，经典的傅里叶热传导定律不再适用，其散热原理与宏观尺度上的散热原理有明显的不同。玻尔兹曼输运方程（BTE）在多个时空尺度上成立，可以描述微观尺度上的热输运现象。本文以声子BTE为控制方程，采用格子-玻尔兹曼方法（Lattice-Boltzmann Method，LBM）进行离散和求解，建立了微尺度下非傅里叶导热过程的介观数值模型。利用该模型模拟了雪崩三极管的加热过程。采用TCAD电热耦合仿真的焦耳热功率结果作为非傅里叶导热模型温度预测的输入条件。用非傅里叶导热模型预测的雪崩三极管峰值最高温度高于传统傅里叶导热模型的结果。
雪崩三极管广泛应用于微波器件、脉冲电源等场景。由于其有瞬时大功率的特性，在散热方面存在很大的挑战。雪崩三极管的工作区域在微米级。在微观尺度上，经典的傅里叶热传导定律不再适用，其散热原理与宏观尺度上的散热原理有明显的不同。玻尔兹曼输运方程（BTE）在多个时空尺度上成立，可以描述微观尺度上的热输运现象。本文以声子BTE为控制方程，采用格子-玻尔兹曼方法（Lattice-Boltzmann Method，LBM）进行离散和求解，建立了微尺度下非傅里叶导热过程的介观数值模型。利用该模型模拟了雪崩三极管的加热过程。采用TCAD电热耦合仿真的焦耳热功率结果作为非傅里叶导热模型温度预测的输入条件。用非傅里叶导热模型预测的雪崩三极管峰值最高温度高于传统傅里叶导热模型的结果。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.260049
摘要:
在高功率分段镜分束器（SMS）相干合成系统中，光学元件残余吸收引起的热效应是制约系统稳态合成性能的关键因素。针对高功率两级级联SMS系统中热致性能退化机制研究不足的问题，基于有限元法建立了28路光-热-力多物理场耦合模型，数值模拟了多光束在“之”字形光路中的热致波前畸变及光束叠加过程。结果表明，激光功率沿合成方向的逐级累积使第二级分段镜的热负载显著高于第一级，形成明显的非对称温度梯度，从而诱导光束质量的在合成方向上的显著退化。对系统参数的优化分析进一步表明，适当减小基底厚度可抑制热畸变，提升合成效率并改善光束质量；增大子束间距虽能降低热叠加效应并提高合成功率，但会加剧光束质量的各向异性退化。
在高功率分段镜分束器（SMS）相干合成系统中，光学元件残余吸收引起的热效应是制约系统稳态合成性能的关键因素。针对高功率两级级联SMS系统中热致性能退化机制研究不足的问题，基于有限元法建立了28路光-热-力多物理场耦合模型，数值模拟了多光束在“之”字形光路中的热致波前畸变及光束叠加过程。结果表明，激光功率沿合成方向的逐级累积使第二级分段镜的热负载显著高于第一级，形成明显的非对称温度梯度，从而诱导光束质量的在合成方向上的显著退化。对系统参数的优化分析进一步表明，适当减小基底厚度可抑制热畸变，提升合成效率并改善光束质量；增大子束间距虽能降低热叠加效应并提高合成功率，但会加剧光束质量的各向异性退化。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250495
摘要:
脉冲晶闸管工作在强流脉冲工况，重复的电磁热力联合冲击会导致局部过温造成铝层电熔蚀、进而加速晶闸管热疲劳失效。针对由于接触界面电热效应产生的失效问题，综合考虑表面粗糙度、外施压力、电极图案和载流子扩散等因素，建立了脉冲晶闸管微观接触界面电热特性表征模型，并在脉冲工况下进行了仿真模拟。设计了晶闸管电熔蚀加速老化试验验证仿真的正确性，在重复放电140次时，开关阳极表面外圈出现明显铝层熔蚀现象；当放电次数达到400次时，硅坑在更靠近门极位置出现。试验结果证明了模型对电熔蚀失效规律的预测精度，为脉冲晶闸管电熔蚀失效的定量评估提供了可靠技术支撑。
脉冲晶闸管工作在强流脉冲工况，重复的电磁热力联合冲击会导致局部过温造成铝层电熔蚀、进而加速晶闸管热疲劳失效。针对由于接触界面电热效应产生的失效问题，综合考虑表面粗糙度、外施压力、电极图案和载流子扩散等因素，建立了脉冲晶闸管微观接触界面电热特性表征模型，并在脉冲工况下进行了仿真模拟。设计了晶闸管电熔蚀加速老化试验验证仿真的正确性，在重复放电140次时，开关阳极表面外圈出现明显铝层熔蚀现象；当放电次数达到400次时，硅坑在更靠近门极位置出现。试验结果证明了模型对电熔蚀失效规律的预测精度，为脉冲晶闸管电熔蚀失效的定量评估提供了可靠技术支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250406
摘要:
随着高功率微波合成技术的发展，高功率微波脉冲驱动源的轻小型化和精确触发的需求进一步提升。高功率Marx脉冲驱动源在轻小型方面优势显著，难点在于精确触发。为解决基于气体开关的Marx驱动源存在的触发难度大的技术问题，本文开展了光导开关型V/n气体开关对Marx驱动源的触发研究，旨在重复频率条件下，实现Marx驱动源小于2 ns的触发时延抖动。首先，理论分析了基于2级该型触发开关的Marx脉冲驱动源实现ns级精确触发的可行性，进一步，开展了电路仿真和实验验证。仿真结果显示，两级该触发开关的Marx脉冲驱动源的触发时延抖动小于2 ns，达到了理论预期。研制了基于光导开关型V/n气体开关的四级PFL-Marx脉冲驱动源，在10 Hz 100脉冲下，触发时延抖动仅为1.3 ns。研究结果表明，基于研制触发开关的Marx驱动源可以实现ns触发时延抖动。相关研究为高功率Marx驱动源的精确触发和功率合成提供了可行的技术手段。
随着高功率微波合成技术的发展，高功率微波脉冲驱动源的轻小型化和精确触发的需求进一步提升。高功率Marx脉冲驱动源在轻小型方面优势显著，难点在于精确触发。为解决基于气体开关的Marx驱动源存在的触发难度大的技术问题，本文开展了光导开关型V/n气体开关对Marx驱动源的触发研究，旨在重复频率条件下，实现Marx驱动源小于2 ns的触发时延抖动。首先，理论分析了基于2级该型触发开关的Marx脉冲驱动源实现ns级精确触发的可行性，进一步，开展了电路仿真和实验验证。仿真结果显示，两级该触发开关的Marx脉冲驱动源的触发时延抖动小于2 ns，达到了理论预期。研制了基于光导开关型V/n气体开关的四级PFL-Marx脉冲驱动源，在10 Hz 100脉冲下，触发时延抖动仅为1.3 ns。研究结果表明，基于研制触发开关的Marx驱动源可以实现ns触发时延抖动。相关研究为高功率Marx驱动源的精确触发和功率合成提供了可行的技术手段。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250308
摘要:
针对现有传感技术难以满足低空飞行器对周围高速飞行目标实时精确感知的问题，受鲨鱼电场感受器官的启发，提出了一种基于静电感应原理的飞行目标仿生感知方法。建模分析了感应电极的姿态、飞行目标的距离和速度等参数对静电感应信号的影响规律；结合半球形电极阵列和高灵敏度静电传感器，实现了飞行目标静电信号差异化感知；利用电磁弹射装置和二维姿态控制系统，搭建了速度、轨迹等参数可调的带电飞行目标室内模拟试验环境，获得了全向来袭飞行目标的静电感应信号数据集；利用数据集训练符号回归模型，得到了反演飞行目标运动轨迹方向的数学模型，全向预测误差低于7.71°，验证了仿生感知方法的可行性。
针对现有传感技术难以满足低空飞行器对周围高速飞行目标实时精确感知的问题，受鲨鱼电场感受器官的启发，提出了一种基于静电感应原理的飞行目标仿生感知方法。建模分析了感应电极的姿态、飞行目标的距离和速度等参数对静电感应信号的影响规律；结合半球形电极阵列和高灵敏度静电传感器，实现了飞行目标静电信号差异化感知；利用电磁弹射装置和二维姿态控制系统，搭建了速度、轨迹等参数可调的带电飞行目标室内模拟试验环境，获得了全向来袭飞行目标的静电感应信号数据集；利用数据集训练符号回归模型，得到了反演飞行目标运动轨迹方向的数学模型，全向预测误差低于7.71°，验证了仿生感知方法的可行性。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250361
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低阻抗嵌套型双环电子束二极管是一种自磁绝缘二极管。本文采用全电磁粒子模拟程序对低阻抗嵌套型双环二极管中电子束的产生和传输特性进行了较为细致的数值模拟，重点考查了电压脉冲上升过程中电子束传输特性的演化情况，并对二极管的物理特性和运行规律进行了物理分析和总结。通过数值模拟，给出了二极管中电场和角向自磁场空间分布、电子在实空间和相空间的分布、阳极靶面电子数能谱、电子落点和入射角分布等典型物理图像；给出了结构参数固定的情况下二极管电压波形和纵向间距的变化对二极管阻抗、电流以及电子束运行轨迹等的影响规律，加深了对二极管工作过程和物理特性的理解，同时可为后续利用蒙特卡罗（MC）程序计算电子轫致辐射产生的X射线剂量和辐射场的空间分布等提供电子源输入参数。当二极管电压峰值为1.5 MV时，模拟得到了到靶电流强度约为2.47 MA，阻抗约为0.6 Ω的电子束，二极管中自磁场的最大强度达到了1.7 T。
低阻抗嵌套型双环电子束二极管是一种自磁绝缘二极管。本文采用全电磁粒子模拟程序对低阻抗嵌套型双环二极管中电子束的产生和传输特性进行了较为细致的数值模拟，重点考查了电压脉冲上升过程中电子束传输特性的演化情况，并对二极管的物理特性和运行规律进行了物理分析和总结。通过数值模拟，给出了二极管中电场和角向自磁场空间分布、电子在实空间和相空间的分布、阳极靶面电子数能谱、电子落点和入射角分布等典型物理图像；给出了结构参数固定的情况下二极管电压波形和纵向间距的变化对二极管阻抗、电流以及电子束运行轨迹等的影响规律，加深了对二极管工作过程和物理特性的理解，同时可为后续利用蒙特卡罗（MC）程序计算电子轫致辐射产生的X射线剂量和辐射场的空间分布等提供电子源输入参数。当二极管电压峰值为1.5 MV时，模拟得到了到靶电流强度约为2.47 MA，阻抗约为0.6 Ω的电子束，二极管中自磁场的最大强度达到了1.7 T。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250397
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为了探究离子风消除锂电池极片与隔膜间静电粘连的效果，基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台，构建了电-流-粒子耦合数值模型。该模型采用顺序耦合方法，系统整合了电晕放电、湍流、流体流动与颗粒追踪以及静电等物理场，可精确模拟电晕放电、离子风产生、颗粒输运及静电中和的全过程。通过仿真分析得出：在10 kV、13 kV、15 kV电压下，通过电晕放电产生离子风，速度分别可达0.089 m/s、0.65 m/s、1.97 m/s，通过离子风推动荷电颗粒向预设极性相反的面电荷极片运动，实现静电中和。在放电时间20 s内，极片上正电荷量由1 μC分别降低至0.851 μC、0.789 μC、0.770 μC，负电荷量由−1 μC分别降低至−0.872 μC、−0.800 μC、−0.782 μC，两极片间的静电吸附力由0.127 N分别降低至0.093 N、0.079 N、0.076 N。上述数据表明，离子风可有效消除极片与隔膜间的静电粘连，且静电吸附力随放电电压升高呈显著减小趋势，后续可通过提升放电电压、延长放电时间进一步实现静电完全消除。
为了探究离子风消除锂电池极片与隔膜间静电粘连的效果，基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台，构建了电-流-粒子耦合数值模型。该模型采用顺序耦合方法，系统整合了电晕放电、湍流、流体流动与颗粒追踪以及静电等物理场，可精确模拟电晕放电、离子风产生、颗粒输运及静电中和的全过程。通过仿真分析得出：在10 kV、13 kV、15 kV电压下，通过电晕放电产生离子风，速度分别可达0.089 m/s、0.65 m/s、1.97 m/s，通过离子风推动荷电颗粒向预设极性相反的面电荷极片运动，实现静电中和。在放电时间20 s内，极片上正电荷量由1 μC分别降低至0.851 μC、0.789 μC、0.770 μC，负电荷量由−1 μC分别降低至−0.872 μC、−0.800 μC、−0.782 μC，两极片间的静电吸附力由0.127 N分别降低至0.093 N、0.079 N、0.076 N。上述数据表明，离子风可有效消除极片与隔膜间的静电粘连，且静电吸附力随放电电压升高呈显著减小趋势，后续可通过提升放电电压、延长放电时间进一步实现静电完全消除。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250374
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超大规模直线型变压器驱动源作为Z箍缩装置中最为关键且复杂的系统，可靠性评估是装置设计方案论证的核心问题。基于功率源的基本组成器件（开关、电容器等），建立了开关自击穿与电容器失效的概率模型；采用自上而下的层级分析方法，依次构建基本放电支路层、LTD模块层及LTD支路层的可靠性模型，提出故障域边界计算方法。基于性能裕量的可靠性理论，利用蒙特卡洛仿真实现了系统级可靠性量化评估。研究结果表明：当LTD模块层与支路层允许的故障个数均大于1时，忽略LTD开关纳秒时间内同时故障（极小概率）和多个相邻LTD模块同时故障的特殊情况，系统可靠度不超过IVA次级和故障隔离开关的可靠度乘积；单次开关意外放电产生的耦合电压会使得本模块的其他开关的故障概率几乎翻倍，对其他模块开关可靠度的影响为10−4量级，对电容器的影响为10−6量级，只有当LTD模块层与支路层允许的故障个数大于1时，该耦合效应在计算系统可靠度时才可忽略；随着器件可靠度的提升，开关在可靠度低于0.9996 时进行提升对系统的可靠度影响显著，电容器的可靠度也只有在开关可靠度较低时进行提升才对系统的影响比较明显。
超大规模直线型变压器驱动源作为Z箍缩装置中最为关键且复杂的系统，可靠性评估是装置设计方案论证的核心问题。基于功率源的基本组成器件（开关、电容器等），建立了开关自击穿与电容器失效的概率模型；采用自上而下的层级分析方法，依次构建基本放电支路层、LTD模块层及LTD支路层的可靠性模型，提出故障域边界计算方法。基于性能裕量的可靠性理论，利用蒙特卡洛仿真实现了系统级可靠性量化评估。研究结果表明：当LTD模块层与支路层允许的故障个数均大于1时，忽略LTD开关纳秒时间内同时故障（极小概率）和多个相邻LTD模块同时故障的特殊情况，系统可靠度不超过IVA次级和故障隔离开关的可靠度乘积；单次开关意外放电产生的耦合电压会使得本模块的其他开关的故障概率几乎翻倍，对其他模块开关可靠度的影响为10−4量级，对电容器的影响为10−6量级，只有当LTD模块层与支路层允许的故障个数大于1时，该耦合效应在计算系统可靠度时才可忽略；随着器件可靠度的提升，开关在可靠度低于
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250349
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弱光环境直接导致图像亮度不足、细节湮没且噪声显著，使传统特征匹配算法性能骤降，误匹配率激增。基于此，提出了一种融合光照增强算法（IEA）与离散小波变换（DWT）的新型预处理算法，旨在通过多阶段图像优化为后续特征匹配提供高质量输入。该算法运用IEA自适应提升图像整体亮度与局部对比度，再通过DWT多尺度分解，对分离的低频分量进行主体结构保留，对不同方向的高频分量进行阈值处理，进而实现边缘增强与降噪，最终将优化图像输入SURF算法完成特征提取与匹配。为了验证该算法的有效性，开展了极弱光、微弱光、弱光环境下的图像特征匹配。实验结果表明，相较于单一IEA或DWT预处理方法，所提算法效果最为显著，平均正确特征匹配对达到261，提高6.53倍。新型预处理算法IEA-DWT可以有效解决弱光环境下图像特征匹配中细节模糊和噪声干扰的核心问题，为弱光场景下的特征匹配提供了可靠的技术支撑。
弱光环境直接导致图像亮度不足、细节湮没且噪声显著，使传统特征匹配算法性能骤降，误匹配率激增。基于此，提出了一种融合光照增强算法（IEA）与离散小波变换（DWT）的新型预处理算法，旨在通过多阶段图像优化为后续特征匹配提供高质量输入。该算法运用IEA自适应提升图像整体亮度与局部对比度，再通过DWT多尺度分解，对分离的低频分量进行主体结构保留，对不同方向的高频分量进行阈值处理，进而实现边缘增强与降噪，最终将优化图像输入SURF算法完成特征提取与匹配。为了验证该算法的有效性，开展了极弱光、微弱光、弱光环境下的图像特征匹配。实验结果表明，相较于单一IEA或DWT预处理方法，所提算法效果最为显著，平均正确特征匹配对达到261，提高6.53倍。新型预处理算法IEA-DWT可以有效解决弱光环境下图像特征匹配中细节模糊和噪声干扰的核心问题，为弱光场景下的特征匹配提供了可靠的技术支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250364
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强光磁试验装置将自由电子激光、强磁场、极低温环境进行集成，为多学科前沿研究提供重要的实验支撑。本文围绕强光磁试验装置自由电子激光-微波功率源系统展开研究，重点阐述了输出参数为310 kV、320 A、10 µs脉宽、10 Hz重频的固态高压调制器研制及精细化建模工作，根据装置参数需求，确定基于感应叠加原理的固态脉冲调制器拓扑结构，完成调制器系统的放电单元方案设计，并选定分数比脉冲变压器方案，以实现1:345的升压比。为支撑系统参数优化及性能分析，对调制器拓扑进行了电路-磁路的精细化建模，包括模块化放电单元建模、基于磁阻模型的分数比脉冲变压器建模以及速调管建模。为验证模型准确性，开展了假负载实验及速调管实验，结果显示实验测试波形与仿真波形在脉冲前沿、平顶阶段拟合良好，波形基本重合，初步验证了模型的准确性，为后续对调制器系统以及速调管的深入研究奠定基础。
强光磁试验装置将自由电子激光、强磁场、极低温环境进行集成，为多学科前沿研究提供重要的实验支撑。本文围绕强光磁试验装置自由电子激光-微波功率源系统展开研究，重点阐述了输出参数为310 kV、320 A、10 µs脉宽、10 Hz重频的固态高压调制器研制及精细化建模工作，根据装置参数需求，确定基于感应叠加原理的固态脉冲调制器拓扑结构，完成调制器系统的放电单元方案设计，并选定分数比脉冲变压器方案，以实现1:345的升压比。为支撑系统参数优化及性能分析，对调制器拓扑进行了电路-磁路的精细化建模，包括模块化放电单元建模、基于磁阻模型的分数比脉冲变压器建模以及速调管建模。为验证模型准确性，开展了假负载实验及速调管实验，结果显示实验测试波形与仿真波形在脉冲前沿、平顶阶段拟合良好，波形基本重合，初步验证了模型的准确性，为后续对调制器系统以及速调管的深入研究奠定基础。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250344
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强脉冲中子在地面产生的感生放射性γ辐射场受到源位置、地面介质组分的影响，呈现不同的分布特点，进而对人员造成不同程度的辐射危害。为评估不同场景（包括源位置与地面介质组成）下的感生放射性γ辐射环境水平，支撑强脉冲辐射环境研究与相关人员防护策略制定，基于大气分层模型，通过基于蒙卡的地面感生放射性两步计算方法计算了不同土壤条件下，感生放射性的剂量分布及典型位置剂量率随时间的变化规律，拟合给出了不同核素剂量贡献公式。通过对三种典型土壤的模拟计算，给出了核素活化系数以快速评估土壤中原子活化数，并通过单位质量剂量贡献评估了土壤中各种核素的平均剂量贡献；提出了土壤的安全驻留指数与安全驻留距离两个指标以在不同时间尺度下评价不同土壤条件下的强脉冲中子感生放射性环境的安全性。结果表明，源高度1000 m以下，剂量随源高度呈指数变化规律，且活化系数随水平投影距变化明显；单位质量Mn元素具有最高的剂量贡献，低Al土壤的土壤安全驻留指数更高，且Mn、Na元素含量高的土壤安全驻留距离更短。基于以上结果，计算了用于评价感生放射性在不同时间尺度对人员的安全影响的土壤安全指数与安全驻留距离参数，为后续差异化的安全策略提供数据支持。
强脉冲中子在地面产生的感生放射性γ辐射场受到源位置、地面介质组分的影响，呈现不同的分布特点，进而对人员造成不同程度的辐射危害。为评估不同场景（包括源位置与地面介质组成）下的感生放射性γ辐射环境水平，支撑强脉冲辐射环境研究与相关人员防护策略制定，基于大气分层模型，通过基于蒙卡的地面感生放射性两步计算方法计算了不同土壤条件下，感生放射性的剂量分布及典型位置剂量率随时间的变化规律，拟合给出了不同核素剂量贡献公式。通过对三种典型土壤的模拟计算，给出了核素活化系数以快速评估土壤中原子活化数，并通过单位质量剂量贡献评估了土壤中各种核素的平均剂量贡献；提出了土壤的安全驻留指数与安全驻留距离两个指标以在不同时间尺度下评价不同土壤条件下的强脉冲中子感生放射性环境的安全性。结果表明，源高度
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250445
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漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其快恢复特性和稳定运行能力，在高功率半导体断路器件领域受到广泛关注。针对磁饱和变压器型DSRD脉冲源中参数耦合复杂、设计依据不够明确的问题，本文研究了一种基于DSRD的磁饱和变压器脉冲源电路拓扑。首先分析了DSRD的工作原理，结合磁饱和变压器的升压与磁饱和特性设计了泵浦电路。基于磁饱和变压器及LC谐振过程的经典模型，对磁饱和时间、次级电流变化率和峰值电流等关键参数进行了定性分析与定量计算，确定实验样机的参数范围。在此基础上，通过电路仿真与样机实验，系统分析了变压器匝比、磁芯截面积、初次级电容及磁芯材料对脉冲输出特性的影响。实验结果表明，在前级充电电压为700 V、负载为75 Ω条件下，该脉冲源获得幅值约15.9 kV、前沿约11.7 ns的高压脉冲输出，并可在1 kHz重复频率下稳定运行。研究结果为磁饱和变压器型DSRD脉冲源的参数选取与紧凑化实现提供了工程参考。
漂移阶跃恢复二极管（DSRD）因其快恢复特性和稳定运行能力，在高功率半导体断路器件领域受到广泛关注。针对磁饱和变压器型DSRD脉冲源中参数耦合复杂、设计依据不够明确的问题，本文研究了一种基于DSRD的磁饱和变压器脉冲源电路拓扑。首先分析了DSRD的工作原理，结合磁饱和变压器的升压与磁饱和特性设计了泵浦电路。基于磁饱和变压器及LC谐振过程的经典模型，对磁饱和时间、次级电流变化率和峰值电流等关键参数进行了定性分析与定量计算，确定实验样机的参数范围。在此基础上，通过电路仿真与样机实验，系统分析了变压器匝比、磁芯截面积、初次级电容及磁芯材料对脉冲输出特性的影响。实验结果表明，在前级充电电压为700 V、负载为75 Ω条件下，该脉冲源获得幅值约15.9 kV、前沿约11.7 ns的高压脉冲输出，并可在1 kHz重复频率下稳定运行。研究结果为磁饱和变压器型DSRD脉冲源的参数选取与紧凑化实现提供了工程参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250307
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重离子加速装置（HIAF）中的iLinac超导直线加速器需在低温真空环境下长期稳定运行，其运行过程中面临超导腔失超、恒温器氦压与液位异常、真空保护及功率源故障等多重风险。传统FPGA联锁保护方案存在全局协同能力差、接口资源利用率低等问题，而基于PLC的方案响应延迟达毫秒级，无法满足微秒级实时保护需求。为此，提出一种基于ZYNQ SoC的射频综合保护系统，创新采用光纤I/O通信与硬件联锁协同架构，实现多源信号高效聚合与快速处理。该系统充分利用FPGA的并行处理能力，实现了微秒级保护响应，并通过ARM处理器完成系统状态监测与远程管理。实验表明，光纤接口响应时间小于1.78 μs，干触点信号响应时间低于130μs；系统可实时监测关键信号全链路状态，并基于CS-Studio平台实现可视化控制。该设计已成功应用于HIAF超导段，为超导加速器提供了一种高可靠性、低延迟的综合保护新方案。
重离子加速装置（HIAF）中的iLinac超导直线加速器需在低温真空环境下长期稳定运行，其运行过程中面临超导腔失超、恒温器氦压与液位异常、真空保护及功率源故障等多重风险。传统FPGA联锁保护方案存在全局协同能力差、接口资源利用率低等问题，而基于PLC的方案响应延迟达毫秒级，无法满足微秒级实时保护需求。为此，提出一种基于ZYNQ SoC的射频综合保护系统，创新采用光纤I/O通信与硬件联锁协同架构，实现多源信号高效聚合与快速处理。该系统充分利用FPGA的并行处理能力，实现了微秒级保护响应，并通过ARM处理器完成系统状态监测与远程管理。实验表明，光纤接口响应时间小于1.78 μs，干触点信号响应时间低于130μs；系统可实时监测关键信号全链路状态，并基于CS-Studio平台实现可视化控制。该设计已成功应用于HIAF超导段，为超导加速器提供了一种高可靠性、低延迟的综合保护新方案。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250365
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针对雷击试验对脉冲电流发生器的需求，设计并研制了模块化的雷击电流模拟装置，用于模拟产生雷电直接效应和间接效应时的电流环境。模块化雷击电流模拟装置主要由A、B、C、D四个模块构成，分别可产生雷击电流分量A初始雷击电流、分量B中间电流、分量C持续电流、分量D再击电流。基于理论分析和电路仿真对四个模块的电参数进行设计，其中模块A和模块D采用储能电容与气体开关的多支路并联放电方案，模块B采用晶闸管放电方案，模块C采用超级电容器模组与固态开关直接切断电流的方案。同时，考虑到不同场景对加载距离的不同需求，通过控制电缆参数、调波电阻以及加载腔体结构的方式使加载距离在5 m至30 m范围内可调。在此基础上，研制了模块化雷击电流模拟装置并进行了初步实验测试，其输出电流波形指标满足GJB 1389A-2005中对雷击电流波形的要求。雷击电流模拟装置集成在标准集装箱内，为不同场地下各类设备开展雷击试验提供了支持。
针对雷击试验对脉冲电流发生器的需求，设计并研制了模块化的雷击电流模拟装置，用于模拟产生雷电直接效应和间接效应时的电流环境。模块化雷击电流模拟装置主要由A、B、C、D四个模块构成，分别可产生雷击电流分量A初始雷击电流、分量B中间电流、分量C持续电流、分量D再击电流。基于理论分析和电路仿真对四个模块的电参数进行设计，其中模块A和模块D采用储能电容与气体开关的多支路并联放电方案，模块B采用晶闸管放电方案，模块C采用超级电容器模组与固态开关直接切断电流的方案。同时，考虑到不同场景对加载距离的不同需求，通过控制电缆参数、调波电阻以及加载腔体结构的方式使加载距离在5 m至30 m范围内可调。在此基础上，研制了模块化雷击电流模拟装置并进行了初步实验测试，其输出电流波形指标满足GJB 1389A-2005中对雷击电流波形的要求。雷击电流模拟装置集成在标准集装箱内，为不同场地下各类设备开展雷击试验提供了支持。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250399
摘要:
为满足高功率脉冲应用对大电流双极性输出及灵活调控的需求，本文提出并实现了一种基于SiC MOSFET并联全桥拓扑的紧凑集成式双极性脉冲电源系统。该系统在单板上集成主功率级、隔离驱动、辅助电源与控制保护模块，兼具高功率密度与良好扩展性。实验结果表明：在50～300 V母线电压下，输出峰值电流与母线电压保持高度线性相关，脉宽调节实现了峰值电流的连续可控，最大增幅达37%。系统可稳定输出高达±300 A的双极性脉冲电流，充分验证了大电流输出与紧凑设计的兼容性。此外，在500 ns脉宽下四管并联的均流不均匀系数为12.87%，验证了协同驱动与独立栅极电阻设计的有效性。研究结果表明，该紧凑集成方案在大电流双极性脉冲输出与参数可调性之间实现了兼顾，为中压条件下高功率脉冲源的小型化与工程化提供了实验依据和设计参考。
为满足高功率脉冲应用对大电流双极性输出及灵活调控的需求，本文提出并实现了一种基于SiC MOSFET并联全桥拓扑的紧凑集成式双极性脉冲电源系统。该系统在单板上集成主功率级、隔离驱动、辅助电源与控制保护模块，兼具高功率密度与良好扩展性。实验结果表明：在50～300 V母线电压下，输出峰值电流与母线电压保持高度线性相关，脉宽调节实现了峰值电流的连续可控，最大增幅达37%。系统可稳定输出高达±300 A的双极性脉冲电流，充分验证了大电流输出与紧凑设计的兼容性。此外，在500 ns脉宽下四管并联的均流不均匀系数为12.87%，验证了协同驱动与独立栅极电阻设计的有效性。研究结果表明，该紧凑集成方案在大电流双极性脉冲输出与参数可调性之间实现了兼顾，为中压条件下高功率脉冲源的小型化与工程化提供了实验依据和设计参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250319
摘要:
光学元件的使用寿命是决定高能激光器稳定运行的重要因素。针对传统光学玻璃在高能激光系统中使用寿命较短的缺点，研发了钝感光学玻璃。钝感光学玻璃具有激光损伤增长阈值高和激光损伤增长速度慢的优点，因而具有较长的使用寿命。基于355 nm激光开展了钝感光学玻璃损伤增长的研究。结果表明：钝感光学玻璃的激光损伤增长阈值为7～12 J/cm2，零概率激光损伤增长阈值为7 J/cm2，是同样实验条件下熔石英玻璃的2倍。钝感光学玻璃在较高激光辐照能量下（>12 J/cm2），呈指数型增长，增长速度较熔石英玻璃慢，增长系数仅为熔石英的0.53倍。钝感光学玻璃的研究，为解决高能激光装置中三倍频光学玻璃使用寿命短的问题提供了一种新的思路。
光学元件的使用寿命是决定高能激光器稳定运行的重要因素。针对传统光学玻璃在高能激光系统中使用寿命较短的缺点，研发了钝感光学玻璃。钝感光学玻璃具有激光损伤增长阈值高和激光损伤增长速度慢的优点，因而具有较长的使用寿命。基于355 nm激光开展了钝感光学玻璃损伤增长的研究。结果表明：钝感光学玻璃的激光损伤增长阈值为7～12 J/cm2，零概率激光损伤增长阈值为7 J/cm2，是同样实验条件下熔石英玻璃的2倍。钝感光学玻璃在较高激光辐照能量下（>12 J/cm2），呈指数型增长，增长速度较熔石英玻璃慢，增长系数仅为熔石英的0.53倍。钝感光学玻璃的研究，为解决高能激光装置中三倍频光学玻璃使用寿命短的问题提供了一种新的思路。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250460
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针对脉冲功率系统中反向阻断双端固态闸流管（RBDT）采用漂移阶跃恢复二极管（DSRD）触发时对触发波形参数的设计需求，本文围绕硅基漂移阶跃恢复二极管（Si DSRD）的输出电压上升率（dv/dt）开展研究。首先基于TCAD器件仿真与等效电路模型，构建Si DSRD触发RBDT的数值分析模型，对不同dv/dt条件下RBDT的开通延迟时间、电流上升时间以及峰值电流进行了系统对比。随后搭建Si DSRD 触发实验电路，通过改变触发电路参数获得不同的DSRD输出dv/dt，并对RBDT的动态开通特性进行测量。结果表明，在给定电路参数下，随着DSRD输出dv/dt的提高，RBDT的开通延迟时间和电流上升时间缩短，峰值电流略有增加；当dv/dt提升到一定范围后，上述改善趋于减弱并逐渐趋于饱和。仿真与实验结果一致，表明Si DSRD输出波形的电压上升率对RBDT触发过程具有显著影响。该研究为脉冲功率开关应用中Si DSRD触发条件的合理选取提供了工程参考。
针对脉冲功率系统中反向阻断双端固态闸流管（RBDT）采用漂移阶跃恢复二极管（DSRD）触发时对触发波形参数的设计需求，本文围绕硅基漂移阶跃恢复二极管（Si DSRD）的输出电压上升率（dv/dt）开展研究。首先基于TCAD器件仿真与等效电路模型，构建Si DSRD触发RBDT的数值分析模型，对不同dv/dt条件下RBDT的开通延迟时间、电流上升时间以及峰值电流进行了系统对比。随后搭建Si DSRD 触发实验电路，通过改变触发电路参数获得不同的DSRD输出dv/dt，并对RBDT的动态开通特性进行测量。结果表明，在给定电路参数下，随着DSRD输出dv/dt的提高，RBDT的开通延迟时间和电流上升时间缩短，峰值电流略有增加；当dv/dt提升到一定范围后，上述改善趋于减弱并逐渐趋于饱和。仿真与实验结果一致，表明Si DSRD输出波形的电压上升率对RBDT触发过程具有显著影响。该研究为脉冲功率开关应用中Si DSRD触发条件的合理选取提供了工程参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250446
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为进一步提升相对论返波管高功率微波产生器的功率容量，本文提出一种采用表面自纳米化技术抑制相对论返波管强电磁场真空击穿的新思路，并通过实验研究了超声冲击和微粒子喷丸这两种技术对工业纯钛处理后的表面自纳米化效果、场致电子发射特性和强电磁场真空击穿性能。微观形貌和X射线衍射分析结果表明，超声冲击处理后在工业纯钛表层2～3 μm范围内形成梯度纳米化层，表面晶粒细化至约40 nm；微粒子喷丸处理后在工业纯钛表层30 μm范围内形成梯度纳米化层，表面晶粒细化至约48 nm。场致电子发射测试电场-电流曲线表明，表面自纳米化处理可以抑制场致电子发射，尤其是超声冲击处理可以显著抑制工业纯钛的场致电子发射。对比分析输出微波波形和结构壁损伤痕迹发现，超声冲击和微粒子喷丸处理可减弱微波尾蚀和结构壁损伤，证明其确实能够抑制慢波结构强电磁场真空击穿。
为进一步提升相对论返波管高功率微波产生器的功率容量，本文提出一种采用表面自纳米化技术抑制相对论返波管强电磁场真空击穿的新思路，并通过实验研究了超声冲击和微粒子喷丸这两种技术对工业纯钛处理后的表面自纳米化效果、场致电子发射特性和强电磁场真空击穿性能。微观形貌和X射线衍射分析结果表明，超声冲击处理后在工业纯钛表层2～3 μm范围内形成梯度纳米化层，表面晶粒细化至约40 nm；微粒子喷丸处理后在工业纯钛表层30 μm范围内形成梯度纳米化层，表面晶粒细化至约48 nm。场致电子发射测试电场-电流曲线表明，表面自纳米化处理可以抑制场致电子发射，尤其是超声冲击处理可以显著抑制工业纯钛的场致电子发射。对比分析输出微波波形和结构壁损伤痕迹发现，超声冲击和微粒子喷丸处理可减弱微波尾蚀和结构壁损伤，证明其确实能够抑制慢波结构强电磁场真空击穿。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250366
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采用空芯式结构的补偿脉冲发电机，克服了铁磁材料磁场饱和对电机磁场强度和转速的限制，可显著提高电机储能密度和功率密度。Halbach永磁阵列具有磁屏蔽作用，可省去转子铁芯，并能产生正弦度较好的气隙磁密波形。首先，本文将结构简单、整体性强、易于优化的双层Halbach永磁阵列转子应用于空芯补偿脉冲发电机的拓扑结构中。其次，在不考虑磁场饱和的情况下，在极坐标下采用子域模型的方法，建立了空芯式补偿脉冲发电机内的空载电磁场解析计算模型。该方法从电磁场的基础理论出发，运用矢量磁位法分别对四个子区域建立拉普拉斯方程（无旋场）或泊松方程（旋度场），结合相邻子区域间的边界条件，将各个方程联合求解，得到了电机空载气隙磁密的数学表达式，并对空载气隙磁场的分布情况进行了分析。解析计算结果和有限元仿真结果的对比，验证了该方法的精确性，其计算结果能够较为真实的反应电机的静态及稳态性能。最后，研究了电机的四个主要参数与空载气隙磁密径向分量和切向分量的幅值和正弦度之间的变化关系，可为后续电机空载气隙磁场的优化和进一步计算设计提供技术支持。
采用空芯式结构的补偿脉冲发电机，克服了铁磁材料磁场饱和对电机磁场强度和转速的限制，可显著提高电机储能密度和功率密度。Halbach永磁阵列具有磁屏蔽作用，可省去转子铁芯，并能产生正弦度较好的气隙磁密波形。首先，本文将结构简单、整体性强、易于优化的双层Halbach永磁阵列转子应用于空芯补偿脉冲发电机的拓扑结构中。其次，在不考虑磁场饱和的情况下，在极坐标下采用子域模型的方法，建立了空芯式补偿脉冲发电机内的空载电磁场解析计算模型。该方法从电磁场的基础理论出发，运用矢量磁位法分别对四个子区域建立拉普拉斯方程（无旋场）或泊松方程（旋度场），结合相邻子区域间的边界条件，将各个方程联合求解，得到了电机空载气隙磁密的数学表达式，并对空载气隙磁场的分布情况进行了分析。解析计算结果和有限元仿真结果的对比，验证了该方法的精确性，其计算结果能够较为真实的反应电机的静态及稳态性能。最后，研究了电机的四个主要参数与空载气隙磁密径向分量和切向分量的幅值和正弦度之间的变化关系，可为后续电机空载气隙磁场的优化和进一步计算设计提供技术支持。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250454
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针对未来聚变堆芯部加料困难这一关键问题，本研究开展了基于脉冲高功率技术的紧凑环（Compact Torus, CT）注入系统加料实验。CT是一类具有自组织磁场约束特性的高密度等离子体团，其特性使其成为聚变装置实现芯部加料的理想载体，而CT注入系统是以该类等离子体团为核心的新型加料装置。该系统以脉冲高功率电源为驱动源，通过在同轴电极内产生稳定的CT等离子体并进行二次加速，形成可长距离稳定传输的高密度等离子体团。系统放电测试结果显示，CT放电电流峰值为300 kA，平均电子密度为\begin{document}$ 1.2\times {10}^{22}{\text{ m}}^{-3} $\end{document} \begin{document}$ 0.4\times {10}^{20}{\text{ m}}^{-3}{\text{s}}^{-1} $\end{document}
针对未来聚变堆芯部加料困难这一关键问题，本研究开展了基于脉冲高功率技术的紧凑环（Compact Torus, CT）注入系统加料实验。CT是一类具有自组织磁场约束特性的高密度等离子体团，其特性使其成为聚变装置实现芯部加料的理想载体，而CT注入系统是以该类等离子体团为核心的新型加料装置。该系统以脉冲高功率电源为驱动源，通过在同轴电极内产生稳定的CT等离子体并进行二次加速，形成可长距离稳定传输的高密度等离子体团。系统放电测试结果显示，CT放电电流峰值为300 kA，平均电子密度为
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250312
摘要:
为满足磁控管在大规模阵列化应用中对工作频率可控性及输出一致性的需求，本文结合注入锁定与互耦锁相两种锁相机制的技术优势，提出了一种基于注入锁定的互耦磁控管阵列幅值一致性调控方法。阵列中的五个磁控管通过定向耦合器与同轴线构成级联互耦结构，仅对位于阵列中心的磁控管注入外部信号，利用磁控管之间的互耦路径实现对整个阵列工作频率的牵引与控制。通过高功率实验，对磁控管自由振荡、仅互耦以及外部注入频率分别为2.466 GHz、2.465 GHz和2.464 GHz的五种情况下输出信号进行系统采集与分析。实验结果表明，在互耦锁相状态下引入外部注入信号，会改变级联磁控管阵列的整体频率特性，从而影响阵列输出信号的幅值分布；通过调节外部注入信号的频率和功率，可进一步实现对阵列磁控管输出信号幅值的有效调控。利用输出信号功率谱密度峰值的样本方差对不同情况下输出幅值的离散程度进行定量表征，结果显示在注入功率为100 W的条件下，阵列的功率谱密度峰值的方差由1.868降低至0.446，输出信号幅值一致性得到显著提升。该方法具备良好的扩展性与工程应用潜力，适用于大规模阵列化条件下的相干功率合成和相位扫描等应用场景。
为满足磁控管在大规模阵列化应用中对工作频率可控性及输出一致性的需求，本文结合注入锁定与互耦锁相两种锁相机制的技术优势，提出了一种基于注入锁定的互耦磁控管阵列幅值一致性调控方法。阵列中的五个磁控管通过定向耦合器与同轴线构成级联互耦结构，仅对位于阵列中心的磁控管注入外部信号，利用磁控管之间的互耦路径实现对整个阵列工作频率的牵引与控制。通过高功率实验，对磁控管自由振荡、仅互耦以及外部注入频率分别为2.466 GHz、2.465 GHz和2.464 GHz的五种情况下输出信号进行系统采集与分析。实验结果表明，在互耦锁相状态下引入外部注入信号，会改变级联磁控管阵列的整体频率特性，从而影响阵列输出信号的幅值分布；通过调节外部注入信号的频率和功率，可进一步实现对阵列磁控管输出信号幅值的有效调控。利用输出信号功率谱密度峰值的样本方差对不同情况下输出幅值的离散程度进行定量表征，结果显示在注入功率为100 W的条件下，阵列的功率谱密度峰值的方差由1.868降低至0.446，输出信号幅值一致性得到显著提升。该方法具备良好的扩展性与工程应用潜力，适用于大规模阵列化条件下的相干功率合成和相位扫描等应用场景。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250473
摘要:
为了满足带状注真空电子器件需要宽带的运行要求，设计和分析了一款应用于Ka波段带状注行波管的具有气隙非接触式的带有双层扼流槽的宽带扼流降压输出段结构，以传统矩形波导的设计理论为基础，通过优化输出段结构和添加匹配阶梯波导等手段，并利用HFSS仿真软件对输出段进行建模和仿真分析。研究表明，采用扼流槽不仅可以实现有效抑制泄漏，还可以实现极宽的工作带宽。HFSS仿真软件分析结果表明：在反射系数为−20 dB以下的绝对带宽为11.9 GHz，在毫米波频段下，在波导互连处存在泄漏很常见，通过本文设计的扼流槽仿真结果下传输效率能达到93.3%，相对带宽为36.9%，达到了宽带的要求。仿真结果和实物冷测实验结果表明，该输出段结构具有工作带宽大，传输效率高，反射较低，能够提供降压功能的特点，且具有一定的抗干扰性和可靠性。
为了满足带状注真空电子器件需要宽带的运行要求，设计和分析了一款应用于Ka波段带状注行波管的具有气隙非接触式的带有双层扼流槽的宽带扼流降压输出段结构，以传统矩形波导的设计理论为基础，通过优化输出段结构和添加匹配阶梯波导等手段，并利用HFSS仿真软件对输出段进行建模和仿真分析。研究表明，采用扼流槽不仅可以实现有效抑制泄漏，还可以实现极宽的工作带宽。HFSS仿真软件分析结果表明：在反射系数为−20 dB以下的绝对带宽为11.9 GHz，在毫米波频段下，在波导互连处存在泄漏很常见，通过本文设计的扼流槽仿真结果下传输效率能达到93.3%，相对带宽为36.9%，达到了宽带的要求。仿真结果和实物冷测实验结果表明，该输出段结构具有工作带宽大，传输效率高，反射较低，能够提供降压功能的特点，且具有一定的抗干扰性和可靠性。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250358
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2024年黎巴嫩贝鲁特系列爆炸事件暴露了当前检测体系存在对电子产品内微量隐蔽爆炸物的检测短板，而现有探测技术难以满足需求。提出了一种基于双能X射线计算机层析成像（CL）技术的微量爆炸物检测方法。通过Geant4搭建含微量TNT的手机仿真模型及R值测量模型，获取双能X射线投影数据；在MATLAB中采用POCS-TVM算法实现图像重建，并基于双能投影数据计算衰减系数比值R值，确定物质等效原子序数以识别爆炸物。结果显示，CL技术解决了CT对板状构件成像的局限，基于R值的算法计算出TNT等效原子序数为7.1388 ，符合爆炸物区间。该研究验证了双能CL检测微量爆炸物的可行性，为电子产品内隐蔽爆炸物识别提供新路径，对提升核安保与反恐安检能力意义重大。
2024年黎巴嫩贝鲁特系列爆炸事件暴露了当前检测体系存在对电子产品内微量隐蔽爆炸物的检测短板，而现有探测技术难以满足需求。提出了一种基于双能X射线计算机层析成像（CL）技术的微量爆炸物检测方法。通过Geant4搭建含微量TNT的手机仿真模型及R值测量模型，获取双能X射线投影数据；在MATLAB中采用POCS-TVM算法实现图像重建，并基于双能投影数据计算衰减系数比值R值，确定物质等效原子序数以识别爆炸物。结果显示，CL技术解决了CT对板状构件成像的局限，基于R值的算法计算出TNT等效原子序数为
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250398
摘要:
碳化硅（SiC）基光触发多门极半导体开关（LIMS）具有功率容量高，导通速度快的显著优势，在雷达、加速器以及脉冲源等方面广泛应用。针对LIMS存在的下降沿长，关断速度慢等问题，提出了一种具有关断作用的LIMS阳极结构设计。通过实验数据对仿真模型进行校准，并结合仿真对具有关断阳极结构器件的导通特性进行研究。仿真结果表明，具有关断阳极结构的器件，能在激光触发后形成pnpn结构的正反馈效应，增加导通电流。在激光结束后，随着光生载流子的复合，以及关断阳极结构对基区载流子的抽取作用，显著地提高器件的关断速度。当输入电压为4 kV时，在数百A脉冲电流放电条件下，电流脉冲宽度从0.79 μs减小到百ns以下，器件的关断时间降低至0.6 μs，可以在kHz及以上的重复频率场景中应用。
碳化硅（SiC）基光触发多门极半导体开关（LIMS）具有功率容量高，导通速度快的显著优势，在雷达、加速器以及脉冲源等方面广泛应用。针对LIMS存在的下降沿长，关断速度慢等问题，提出了一种具有关断作用的LIMS阳极结构设计。通过实验数据对仿真模型进行校准，并结合仿真对具有关断阳极结构器件的导通特性进行研究。仿真结果表明，具有关断阳极结构的器件，能在激光触发后形成pnpn结构的正反馈效应，增加导通电流。在激光结束后，随着光生载流子的复合，以及关断阳极结构对基区载流子的抽取作用，显著地提高器件的关断速度。当输入电压为4 kV时，在数百A脉冲电流放电条件下，电流脉冲宽度从0.79 μs减小到百ns以下，器件的关断时间降低至0.6 μs，可以在kHz及以上的重复频率场景中应用。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250367
摘要:
高能闪光X光照相在流体动力学实验研究中具有重要应用，作为一种产生多脉冲X光的重要手段，中美俄等国家的多脉冲直线感应加速器（LIA）技术方案各具特色。本文探索了一种百kV四脉冲产生技术，即利用数十kV的低气压伪火花开关驱动三同轴电缆Blumlein线产生单脉冲高压，数十kV的单脉冲高压经感应叠加器的电压叠加产生百kV的单脉冲高压，采用相同的四套脉冲高压发生器输出百kV的单脉冲高压，经同轴高压硅堆汇流器获得四脉冲高压输出。仿真和实验结果表明：该方案可以产生脉冲间隔可调的百余kV的四脉冲高压，且该高压发生器具有结构紧凑、可移动等特点，有望成为一种新型的可应用于多脉冲直线感应加速器中的脉冲功率源。
高能闪光X光照相在流体动力学实验研究中具有重要应用，作为一种产生多脉冲X光的重要手段，中美俄等国家的多脉冲直线感应加速器（LIA）技术方案各具特色。本文探索了一种百kV四脉冲产生技术，即利用数十kV的低气压伪火花开关驱动三同轴电缆Blumlein线产生单脉冲高压，数十kV的单脉冲高压经感应叠加器的电压叠加产生百kV的单脉冲高压，采用相同的四套脉冲高压发生器输出百kV的单脉冲高压，经同轴高压硅堆汇流器获得四脉冲高压输出。仿真和实验结果表明：该方案可以产生脉冲间隔可调的百余kV的四脉冲高压，且该高压发生器具有结构紧凑、可移动等特点，有望成为一种新型的可应用于多脉冲直线感应加速器中的脉冲功率源。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250450
摘要:
针对无人机军事威胁与民用安全风险，微波技术因具备“低成本、面杀伤、全天候”的优势，成为反无人机核心手段，其效应研究是装备研发与防护设计的基础。本文综述无人机微波效应研究进展：前门效应通过数据链、导航等子系统的有意电磁通道耦合，低噪声放大器等为敏感部件，效应阈值与频率匹配度密切相关；后门效应经外壳孔缝、电缆、PCB等无意通道耦合，电缆是主要路径，后门耦合研究仍薄弱。系统级效应呈层级化失效，阈值受无人机型号、微波参数及姿态影响。当前研究存在耦合机制“黑匣子”、方法碎片化、防护衔接不足等问题。未来需突破多路径协同耦合建模、复杂场景评估及反制-防护协同技术。本文为该领域研究提供系统性参考，支撑反无人机装备研发与无人机安全应用。
针对无人机军事威胁与民用安全风险，微波技术因具备“低成本、面杀伤、全天候”的优势，成为反无人机核心手段，其效应研究是装备研发与防护设计的基础。本文综述无人机微波效应研究进展：前门效应通过数据链、导航等子系统的有意电磁通道耦合，低噪声放大器等为敏感部件，效应阈值与频率匹配度密切相关；后门效应经外壳孔缝、电缆、PCB等无意通道耦合，电缆是主要路径，后门耦合研究仍薄弱。系统级效应呈层级化失效，阈值受无人机型号、微波参数及姿态影响。当前研究存在耦合机制“黑匣子”、方法碎片化、防护衔接不足等问题。未来需突破多路径协同耦合建模、复杂场景评估及反制-防护协同技术。本文为该领域研究提供系统性参考，支撑反无人机装备研发与无人机安全应用。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250242
摘要:
对于能量分辨能力不足的探测器，能谱解析工作能够提高核素识别和活度计算的准确度。CLYC探测器以其能够同时探测中子和γ光子的优点被广泛应用于中子-光子双模探测领域中，其能量分辨能力与高纯锗、碲锌镉等半导体探测器相比相对较差，在复杂的辐射环境中难以保证对γ能谱的分析精度。采用蒙特卡罗方法计算CLYC探测器的γ能量响应函数，并通过插值法构建探测器的能量响应矩阵，利用极大似然期望最大化算法（MLEM）进行γ能谱解析。选取0～3 MeV的能量区间，每间隔0.05 MeV计算一个响应函数，利用插值算法构建了CLYC探测器对γ射线的高精度响应矩阵，并结合MLEM算法对226Ra能谱、60Co - 137Cs混合能谱以及152Eu复杂能谱进行解谱验证，对特征峰面积进行了定量计算。结果表明：该方法能够有效克服探测器能量分辨率的限制，解谱后特征峰位清晰，复杂能谱中的重峰区域实现了有效分离，特征峰面积计算结果稳定，清晰反映了入射γ射线的能量和强度信息，提高了能谱分析的精度。
对于能量分辨能力不足的探测器，能谱解析工作能够提高核素识别和活度计算的准确度。CLYC探测器以其能够同时探测中子和γ光子的优点被广泛应用于中子-光子双模探测领域中，其能量分辨能力与高纯锗、碲锌镉等半导体探测器相比相对较差，在复杂的辐射环境中难以保证对γ能谱的分析精度。采用蒙特卡罗方法计算CLYC探测器的γ能量响应函数，并通过插值法构建探测器的能量响应矩阵，利用极大似然期望最大化算法（MLEM）进行γ能谱解析。选取0～3 MeV的能量区间，每间隔0.05 MeV计算一个响应函数，利用插值算法构建了CLYC探测器对γ射线的高精度响应矩阵，并结合MLEM算法对226Ra能谱、60Co - 137Cs混合能谱以及152Eu复杂能谱进行解谱验证，对特征峰面积进行了定量计算。结果表明：该方法能够有效克服探测器能量分辨率的限制，解谱后特征峰位清晰，复杂能谱中的重峰区域实现了有效分离，特征峰面积计算结果稳定，清晰反映了入射γ射线的能量和强度信息，提高了能谱分析的精度。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250281
摘要:
蒙特卡罗方法进行辐射屏蔽模拟时效率低下，使用特定的降方差技巧是加速辐射屏蔽模拟的方法之一，另一种更通用的方法是使用大规模并行技术从硬件方面提升模拟速度。目前由于人工智能技术发展引起的对算力的庞大需求，各大超算平台对大规模GPU并行架构的支持稳步提升，为了适应目前和未来超算平台的GPU并行架构，开发适用于GPU平台的蒙特卡罗输运算法很有必要。本文旨在利用GPU并行加速NECP-MCX蒙特卡罗粒子输运程序的固定源计算，进而加速辐射屏蔽输运模拟。本文分析了GPU事件并行算法在固定源计算模式下的特性，在NECP-MCX程序中初步部署了GPU事件并行算法，基于简单固定源问题进行了测试分析，结果表明，最大同时模拟事件数与模拟速度正相关，对粒子信息排序能够加速28%，GPU并行速度为单核CPU运行速度的25倍。初步的GPU并行加速展现出了显著的加速潜力，然而，若要充分挖掘其能力并优化整体性能，需要进一步的研究。
蒙特卡罗方法进行辐射屏蔽模拟时效率低下，使用特定的降方差技巧是加速辐射屏蔽模拟的方法之一，另一种更通用的方法是使用大规模并行技术从硬件方面提升模拟速度。目前由于人工智能技术发展引起的对算力的庞大需求，各大超算平台对大规模GPU并行架构的支持稳步提升，为了适应目前和未来超算平台的GPU并行架构，开发适用于GPU平台的蒙特卡罗输运算法很有必要。本文旨在利用GPU并行加速NECP-MCX蒙特卡罗粒子输运程序的固定源计算，进而加速辐射屏蔽输运模拟。本文分析了GPU事件并行算法在固定源计算模式下的特性，在NECP-MCX程序中初步部署了GPU事件并行算法，基于简单固定源问题进行了测试分析，结果表明，最大同时模拟事件数与模拟速度正相关，对粒子信息排序能够加速28%，GPU并行速度为单核CPU运行速度的25倍。初步的GPU并行加速展现出了显著的加速潜力，然而，若要充分挖掘其能力并优化整体性能，需要进一步的研究。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250342
摘要:
针对全固态 Marx 脉冲发生器电路中隔离驱动部分体积较大、成本高及集成性差等问题，提出了一种基于PCB无磁芯变压器的同步隔离驱动方案，并研制样机验证了驱动可行性。首先对无磁芯变压器进行建模，并借助Q3D电磁仿真软件提取关键电磁参数，结合实测数据进行对比，验证了模型准确性。通过对电路运行过程的理论分析与 LTspice 仿真，阐明了该方案在驱动时序和工作机理方面与传统磁芯变压器驱动存在的显著差异。最后搭建实验平台对所提出的驱动系统进行测试，结果表明该方案具备宽动态范围驱动能力、优异的电气隔离性能和良好的 PCB 工艺兼容性，验证了其可行性与工程应用潜力。
针对全固态 Marx 脉冲发生器电路中隔离驱动部分体积较大、成本高及集成性差等问题，提出了一种基于PCB无磁芯变压器的同步隔离驱动方案，并研制样机验证了驱动可行性。首先对无磁芯变压器进行建模，并借助Q3D电磁仿真软件提取关键电磁参数，结合实测数据进行对比，验证了模型准确性。通过对电路运行过程的理论分析与 LTspice 仿真，阐明了该方案在驱动时序和工作机理方面与传统磁芯变压器驱动存在的显著差异。最后搭建实验平台对所提出的驱动系统进行测试，结果表明该方案具备宽动态范围驱动能力、优异的电气隔离性能和良好的 PCB 工艺兼容性，验证了其可行性与工程应用潜力。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250378
摘要:
使用基于裂变响应函数算法的FLASH程序，在具有复杂堆芯结构的AP1000反应堆内进行计算验证。通过基于Serpent蒙特卡罗程序的参考工况计算构建裂变响应函数数据库，结合局部组件间环境效应修正因子算法，有效消除了组件状态差异对计算精度的影响。同时，采用预估-校正法对反射层进行了精确模拟。自主开发的FLASH程序在AP1000 堆芯热态零功率工况下进行了数值验证，结果表明：与蒙特卡罗参考解相比，各2D轴向切片的有效增值系数偏差均控制在+220 pcm以内，全堆三维有效增值系数偏差为+209 pcm；2D棒功率分布的均方根误差低于1.1%，三维棒功率均方根误差为1.05%，组件功率均方根误差为0.67%。在20核并行条件下，FLASH程序实现了AP1000全堆三维计算，耗时仅为73秒，验证了所提方法的高效性与高精度。
使用基于裂变响应函数算法的FLASH程序，在具有复杂堆芯结构的AP1000反应堆内进行计算验证。通过基于Serpent蒙特卡罗程序的参考工况计算构建裂变响应函数数据库，结合局部组件间环境效应修正因子算法，有效消除了组件状态差异对计算精度的影响。同时，采用预估-校正法对反射层进行了精确模拟。自主开发的FLASH程序在AP1000 堆芯热态零功率工况下进行了数值验证，结果表明：与蒙特卡罗参考解相比，各2D轴向切片的有效增值系数偏差均控制在+220 pcm以内，全堆三维有效增值系数偏差为+209 pcm；2D棒功率分布的均方根误差低于1.1%，三维棒功率均方根误差为1.05%，组件功率均方根误差为0.67%。在20核并行条件下，FLASH程序实现了AP1000全堆三维计算，耗时仅为73秒，验证了所提方法的高效性与高精度。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250386
摘要:
简要回顾了中物院激光聚变研究中心研究团队基于星光-Ⅲ等强激光装置，在激光驱动中子源产生及应用研究方面开展的系列工作。介绍了研究团队通过新型靶设计提升光核中子产生效率、基于靶背鞘场加速机制提高中子产额，以及利用无碰撞静电冲击波加速获得高品质中子源等若干技术途径的探索。在应用方面，研究团队初步开展了该中子源在快中子照相、器件辐照效应与核材料检测等方向的实验研究，展现了其作为短脉冲、高通量中子源的潜在应用价值。随着激光技术的不断进步和产生机制的持续优化，这种新型中子源有望在基础科学研究、核能技术发展以及工业应用等领域发挥更加重要的作用，为相关学科的发展提供新的研究手段和技术支撑。
简要回顾了中物院激光聚变研究中心研究团队基于星光-Ⅲ等强激光装置，在激光驱动中子源产生及应用研究方面开展的系列工作。介绍了研究团队通过新型靶设计提升光核中子产生效率、基于靶背鞘场加速机制提高中子产额，以及利用无碰撞静电冲击波加速获得高品质中子源等若干技术途径的探索。在应用方面，研究团队初步开展了该中子源在快中子照相、器件辐照效应与核材料检测等方向的实验研究，展现了其作为短脉冲、高通量中子源的潜在应用价值。随着激光技术的不断进步和产生机制的持续优化，这种新型中子源有望在基础科学研究、核能技术发展以及工业应用等领域发挥更加重要的作用，为相关学科的发展提供新的研究手段和技术支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250330
摘要:
针对大光斑、窄脉冲激光在测量中因光路整形畸变、瞬态难捕获及相干性要求等限制导致的幅值失真与采样困难问题，提出了一种面向纳秒级脉冲大光斑面型激光的光束质量测量系统。系统采用三维步进平台联合光电探测器实现光斑强度的空间重建，并设计多通道峰值保持电路以锁存脉冲峰值，确保幅度采集的瞬态准确性。为应对部分光斑截断及边界不完整等非理想条件，系统引入圆拟合方法作为对能量二阶矩计算的补充，增强了光斑尺寸评估的鲁棒性。实验选用垂直腔面发射激光器作为典型光源，开展轴向扫描测量，比较不同方法下光斑尺度与能量分布的一致性。结果表明，该系统在纳秒激光脉冲与大尺寸光斑条件下具备良好的测量稳定性与适应能力，能够为光束几何特性和能量结构的多维评估提供有效支撑。
针对大光斑、窄脉冲激光在测量中因光路整形畸变、瞬态难捕获及相干性要求等限制导致的幅值失真与采样困难问题，提出了一种面向纳秒级脉冲大光斑面型激光的光束质量测量系统。系统采用三维步进平台联合光电探测器实现光斑强度的空间重建，并设计多通道峰值保持电路以锁存脉冲峰值，确保幅度采集的瞬态准确性。为应对部分光斑截断及边界不完整等非理想条件，系统引入圆拟合方法作为对能量二阶矩计算的补充，增强了光斑尺寸评估的鲁棒性。实验选用垂直腔面发射激光器作为典型光源，开展轴向扫描测量，比较不同方法下光斑尺度与能量分布的一致性。结果表明，该系统在纳秒激光脉冲与大尺寸光斑条件下具备良好的测量稳定性与适应能力，能够为光束几何特性和能量结构的多维评估提供有效支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250424
摘要:
金刚石优异的材料特性，认为是用作光导开关器件的理想候选材料。然而，金刚石光导开关器件暴露出导通电阻大及器件耐压低的问题。为提升金刚石光导开关的器件性能，采用不同氮掺杂浓度及厚度的单晶金刚石材料，并通过氮化硅材料钝化处理，制作了垂直结构的金刚石光导开关器件。通过表征手段获取了金刚石的掺杂浓度梯度。以波长为532 nm的激光作为触发源，在不同的直流偏置下获得了光导开关器件的开关响应特性。实验结果表明：氮掺杂金刚石光导开关器件均展现出优异的开关比（～1011），及亚纳秒量级的上升沿及下降沿性能。其中，氮掺杂浓度高的金刚石材料，其对应的光导开关器件导通电阻小。通过降低金刚石材料厚度，在偏压为4 kV（电场强度为110 kV/cm）下实现了光导开关器件导通电阻为28.9 Ω，对应的输出峰值功率为128 kW，进一步提升了器件性能。通过氮掺杂浓度设计、衬底厚度减薄及氮化硅钝化处理等，本工作成功制备了具有较好性能的金刚石光导开关器件，为金刚石光导开关器件的性能提升提供指导。
金刚石优异的材料特性，认为是用作光导开关器件的理想候选材料。然而，金刚石光导开关器件暴露出导通电阻大及器件耐压低的问题。为提升金刚石光导开关的器件性能，采用不同氮掺杂浓度及厚度的单晶金刚石材料，并通过氮化硅材料钝化处理，制作了垂直结构的金刚石光导开关器件。通过表征手段获取了金刚石的掺杂浓度梯度。以波长为532 nm的激光作为触发源，在不同的直流偏置下获得了光导开关器件的开关响应特性。实验结果表明：氮掺杂金刚石光导开关器件均展现出优异的开关比（～1011），及亚纳秒量级的上升沿及下降沿性能。其中，氮掺杂浓度高的金刚石材料，其对应的光导开关器件导通电阻小。通过降低金刚石材料厚度，在偏压为4 kV（电场强度为110 kV/cm）下实现了光导开关器件导通电阻为28.9 Ω，对应的输出峰值功率为128 kW，进一步提升了器件性能。通过氮掺杂浓度设计、衬底厚度减薄及氮化硅钝化处理等，本工作成功制备了具有较好性能的金刚石光导开关器件，为金刚石光导开关器件的性能提升提供指导。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250168
摘要:
无损检测方法在各领域都上发挥着重要的作用，伽马射线、热中子成像均是重要的无损检测方法，各有优劣，在许多方面上具有互补性。热中子-伽马射线双模成像将两者融合，在兼具这两类射线检测方法优点的同时，与单一射线检测相比，还具有物质识别的能力。以原子能院正在研发的18 MeV回旋加速器为设计基础，利用质子加速器驱动的中子源可同时产生中子和伽马射线这一特性，通过模拟对双模成像中子源进行研究。其中选用具有高（p, n）反应截面的铍做中子靶产生中子，为得到热中子，用聚乙烯做中子慢化体和反射体。利用热中子和伽马束流在空间上的分布不同，通过设计在不同空间取向上分别引出这两种射线，实现一靶同时得到两种射线。此外，通过在聚乙烯上对中子引出口和伽马射线引出口的设计，进一步提高热中子束流和伽马射线束流的引出效率。
无损检测方法在各领域都上发挥着重要的作用，伽马射线、热中子成像均是重要的无损检测方法，各有优劣，在许多方面上具有互补性。热中子-伽马射线双模成像将两者融合，在兼具这两类射线检测方法优点的同时，与单一射线检测相比，还具有物质识别的能力。以原子能院正在研发的18 MeV回旋加速器为设计基础，利用质子加速器驱动的中子源可同时产生中子和伽马射线这一特性，通过模拟对双模成像中子源进行研究。其中选用具有高（p, n）反应截面的铍做中子靶产生中子，为得到热中子，用聚乙烯做中子慢化体和反射体。利用热中子和伽马束流在空间上的分布不同，通过设计在不同空间取向上分别引出这两种射线，实现一靶同时得到两种射线。此外，通过在聚乙烯上对中子引出口和伽马射线引出口的设计，进一步提高热中子束流和伽马射线束流的引出效率。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250453
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全固态直线变压器驱动源（Solid-state Linear Transformer Driver, SSLTD）因其模块化、固态化、高可靠性和高重频的优势，已成为脉冲功率技术的重要发展方向。本文提出并研制了一种基于层叠 Blumlein 脉冲产生模块（Stacked Blumlein Pulse Generation Module, SBPGM）的紧凑型全固态直线变压器驱动源，并对其进行了实验验证。每个SBPGM 集成了由高压陶瓷电容与 PCB 分布电感构成的混合型脉冲成形网络、串并联 IGBT 开关阵列及隔离驱动电路。所提出的共地双极性充电SBPGM拓扑消除了单个模块内高压隔离的需求，并实现了驱动绝缘电压的均衡，从而显著提升了系统的紧凑性与可靠性。通过对单个SBPGM的电路仿真研究，验证了其在±5.5 kV充电电压下，输出10.8 kV的倍压输出特性以及理想的高压隔离特性。基于该模块构建的30级SSLTD样机在单级充电电压为 ±5 kV、90 Ω水电阻负载的条件下，获得了总输出电压 279 kV的准方波脉冲，且输出电流峰值为3.1 kA，脉宽(FWHM)为 77ns，上升沿(10%～90%)为 22.4 ns，重频50 Hz，对应峰值功率达0.9 GW。
全固态直线变压器驱动源（Solid-state Linear Transformer Driver, SSLTD）因其模块化、固态化、高可靠性和高重频的优势，已成为脉冲功率技术的重要发展方向。本文提出并研制了一种基于层叠 Blumlein 脉冲产生模块（Stacked Blumlein Pulse Generation Module, SBPGM）的紧凑型全固态直线变压器驱动源，并对其进行了实验验证。每个SBPGM 集成了由高压陶瓷电容与 PCB 分布电感构成的混合型脉冲成形网络、串并联 IGBT 开关阵列及隔离驱动电路。所提出的共地双极性充电SBPGM拓扑消除了单个模块内高压隔离的需求，并实现了驱动绝缘电压的均衡，从而显著提升了系统的紧凑性与可靠性。通过对单个SBPGM的电路仿真研究，验证了其在±5.5 kV充电电压下，输出10.8 kV的倍压输出特性以及理想的高压隔离特性。基于该模块构建的30级SSLTD样机在单级充电电压为 ±5 kV、90 Ω水电阻负载的条件下，获得了总输出电压 279 kV的准方波脉冲，且输出电流峰值为3.1 kA，脉宽(FWHM)为 77ns，上升沿(10%～90%)为 22.4 ns，重频50 Hz，对应峰值功率达0.9 GW。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250395
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Al2O3陶瓷在电真空器件中常被用来作为绝缘部件，但在高电压加载下，其表面由于电荷积累容易产生沿面闪络现象，严重降低了整个器件的绝缘性能，影响器件的正常运行，因此，提升Al2O3陶瓷的真空绝缘性能具有十分重要的意义。本研究在Al2O3陶瓷表面制备了Cr2O3基涂层，并系统性地研究了涂层中的玻璃相对涂层陶瓷相结构、表面形貌、二次电子发射系数、表面电阻率和真空绝缘性能的影响。结果表明：陶瓷基体中的Al元素在高温下会向涂层中进行迁移。随着玻璃相含量的提高，涂层中的Cr2O3相含量逐渐降低直至完全消失，使其全部与陶瓷基体反应形成Al2-xCrxO3 (0＜x＜2)、Mg(Al2-yCry)O4 (0＜y＜2)及少量的ZnAl2O4和(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8。涂层可以提高陶瓷表面晶粒均匀性和致密度，但玻璃相含量的变化对其微观形貌影响较小。Cr2O3涂层可以降低Al2O3陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率，这使得所有配方涂层陶瓷的真空绝缘性能均优于Al2O3陶瓷。随着涂层中玻璃相含量的增大，涂层陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率也逐渐增大。当玻璃相质量分数为20%时，涂层陶瓷绝缘性能最佳，其真空沿面耐压强度达到119.63 kV/cm。
Al2O3陶瓷在电真空器件中常被用来作为绝缘部件，但在高电压加载下，其表面由于电荷积累容易产生沿面闪络现象，严重降低了整个器件的绝缘性能，影响器件的正常运行，因此，提升Al2O3陶瓷的真空绝缘性能具有十分重要的意义。本研究在Al2O3陶瓷表面制备了Cr2O3基涂层，并系统性地研究了涂层中的玻璃相对涂层陶瓷相结构、表面形貌、二次电子发射系数、表面电阻率和真空绝缘性能的影响。结果表明：陶瓷基体中的Al元素在高温下会向涂层中进行迁移。随着玻璃相含量的提高，涂层中的Cr2O3相含量逐渐降低直至完全消失，使其全部与陶瓷基体反应形成Al2-xCrxO3 (0＜x＜2)、Mg(Al2-yCry)O4 (0＜y＜2)及少量的ZnAl2O4和(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8。涂层可以提高陶瓷表面晶粒均匀性和致密度，但玻璃相含量的变化对其微观形貌影响较小。Cr2O3涂层可以降低Al2O3陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率，这使得所有配方涂层陶瓷的真空绝缘性能均优于Al2O3陶瓷。随着涂层中玻璃相含量的增大，涂层陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率也逐渐增大。当玻璃相质量分数为20%时，涂层陶瓷绝缘性能最佳，其真空沿面耐压强度达到119.63 kV/cm。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250444
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随着高功率脉冲技术向实际应用的快速发展，对高压气体开关自击穿稳定性提出更高要求。提出了一种辅助环形刀刃调控初始电子、环形半球导通主电流的预电离阴极开关思路。设计出一种300 kV级预电离环形阴极气体开关，当开关间距为35 mm时，预电离开关刀刃处场增强因子设计为6.2，与半球处场增强因子之比为3.2。开展了数十微秒脉冲作用下开关击穿特性实验研究，结果显示，当氮气压力为0.5 MPa、重复频率为1 Hz时，预电离气体开关平均击穿电压为322.5 kV，幅值抖动为0.44%；相比纯环形半球开关，预电离气体开关击穿电压下降17.6%，幅值抖动下降82%。实验研究表明该预电离气体开关在高电压低抖动方面优势明显。
随着高功率脉冲技术向实际应用的快速发展，对高压气体开关自击穿稳定性提出更高要求。提出了一种辅助环形刀刃调控初始电子、环形半球导通主电流的预电离阴极开关思路。设计出一种300 kV级预电离环形阴极气体开关，当开关间距为35 mm时，预电离开关刀刃处场增强因子设计为6.2，与半球处场增强因子之比为3.2。开展了数十微秒脉冲作用下开关击穿特性实验研究，结果显示，当氮气压力为0.5 MPa、重复频率为1 Hz时，预电离气体开关平均击穿电压为322.5 kV，幅值抖动为0.44%；相比纯环形半球开关，预电离气体开关击穿电压下降17.6%，幅值抖动下降82%。实验研究表明该预电离气体开关在高电压低抖动方面优势明显。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250291
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硼中子俘获治疗（BNCT）作为创新型二元靶向治疗技术，通过肿瘤靶向性10B药物与中子束照射协同作用，实现细胞层面的精准治疗，但因中子输运过程复杂，临床治疗计划制定依赖的蒙特卡罗方法存在计算耗时长的问题，且该技术针对头部肿瘤的剂量学研究不足。本研究针对BNCT治疗需求，基于NECP-MCX开展了蒙特卡罗算法的加速优化与前后处理模块开发，将单次剂量计算时间从2小时缩短至9.4分钟；并采用MCNP与NECP-MCX两种蒙特卡罗程序，对一例头部肿瘤病例开展剂量分布计算研究，验证了前后端处理和计算核心的准确性，也确保了数据可靠。该肿瘤案例的计算结果表明，在有效治疗深度内，具有显著的肿瘤靶向硼剂量沉积特性。治疗效果上，BNCT能够实现在63分钟的治疗时间，保证肿瘤靶区剂量90%的区域达到60 Gy的最佳治疗剂量的同时，健康组织剂量低于12.5 Gy。
硼中子俘获治疗（BNCT）作为创新型二元靶向治疗技术，通过肿瘤靶向性10B药物与中子束照射协同作用，实现细胞层面的精准治疗，但因中子输运过程复杂，临床治疗计划制定依赖的蒙特卡罗方法存在计算耗时长的问题，且该技术针对头部肿瘤的剂量学研究不足。本研究针对BNCT治疗需求，基于NECP-MCX开展了蒙特卡罗算法的加速优化与前后处理模块开发，将单次剂量计算时间从2小时缩短至9.4分钟；并采用MCNP与NECP-MCX两种蒙特卡罗程序，对一例头部肿瘤病例开展剂量分布计算研究，验证了前后端处理和计算核心的准确性，也确保了数据可靠。该肿瘤案例的计算结果表明，在有效治疗深度内，具有显著的肿瘤靶向硼剂量沉积特性。治疗效果上，BNCT能够实现在63分钟的治疗时间，保证肿瘤靶区剂量90%的区域达到60 Gy的最佳治疗剂量的同时，健康组织剂量低于12.5 Gy。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250245
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中子多重性测量技术作为无损检测领域的核心手段，在裂变材料（235U）质量测定中发挥关键作用，但其存在测量周期冗长、非理想条件下存在测量偏差等技术瓶颈。借助Geant4与MATLAB软件构建主动井型符合计数器（AWCC）仿真模型实现主动中子多重性测量全流程的高精度模拟。在此基础上，基于PyTorch框架构建反向传播神经网络（BPNN）、卷积神经网络（CNN）、长短期记忆网络（LSTM）三种神经网络对中子多重性分布数据进行分析研究。结果表明，相较于传统主动中子多重性测量方法，三种神经网络模型在测量精度与效率方面均展现出显著优势，能够有效降低测量误差、缩短测量时间。研究结果不仅证实了基于神经网络的中子多重性测量方法的可行性，为中子多重性探测向高效化、智能化方向发展提供了新的解决方案。
中子多重性测量技术作为无损检测领域的核心手段，在裂变材料（235U）质量测定中发挥关键作用，但其存在测量周期冗长、非理想条件下存在测量偏差等技术瓶颈。借助Geant4与MATLAB软件构建主动井型符合计数器（AWCC）仿真模型实现主动中子多重性测量全流程的高精度模拟。在此基础上，基于PyTorch框架构建反向传播神经网络（BPNN）、卷积神经网络（CNN）、长短期记忆网络（LSTM）三种神经网络对中子多重性分布数据进行分析研究。结果表明，相较于传统主动中子多重性测量方法，三种神经网络模型在测量精度与效率方面均展现出显著优势，能够有效降低测量误差、缩短测量时间。研究结果不仅证实了基于神经网络的中子多重性测量方法的可行性，为中子多重性探测向高效化、智能化方向发展提供了新的解决方案。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250337
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多级同步感应线圈炮的电枢出口速度受线圈-电枢发射系统的结构参数、材料参数及线圈激励电路参数等多种因素的综合影响。由于电枢出口速度直接取决于其受到的轴向电磁力，而电磁力与线圈电流和电枢感应涡流等因素正相关，因此增大电枢出口速度的本质是增大电枢所受电磁力或电枢感应涡流。为探究线圈发射中影响出口速度的因素，基于等效电路模型探讨了提高出口速度的理论路径；并以5级线圈驱动32 kg电枢为研究对象，利用有限元软件Ansys Maxwell仿真分析了影响出口速度的因素。主要结论如下：等效电路分析表明，减小回路总电感可提高出口速度；在实际发射系统中，减小单级线圈匝数、降低矩形导线截面形状因子（径向宽/轴向宽）、增大电枢厚度与长度、减小线路电感，均可提高电枢出口速度；其中，线圈匝数由48匝降至24匝时，出口速度提升5.2%；电枢长度由110 mm增大至440 mm时，出口速度提升15.3%。最终仿真实现5级线圈驱动32 kg电枢的出口速度达202.1 m/s，发射效率为33.3%。研究结果为设计多级同步感应型线圈发射实验方案提供了一定的理论支撑。
多级同步感应线圈炮的电枢出口速度受线圈-电枢发射系统的结构参数、材料参数及线圈激励电路参数等多种因素的综合影响。由于电枢出口速度直接取决于其受到的轴向电磁力，而电磁力与线圈电流和电枢感应涡流等因素正相关，因此增大电枢出口速度的本质是增大电枢所受电磁力或电枢感应涡流。为探究线圈发射中影响出口速度的因素，基于等效电路模型探讨了提高出口速度的理论路径；并以5级线圈驱动32 kg电枢为研究对象，利用有限元软件Ansys Maxwell仿真分析了影响出口速度的因素。主要结论如下：等效电路分析表明，减小回路总电感可提高出口速度；在实际发射系统中，减小单级线圈匝数、降低矩形导线截面形状因子（径向宽/轴向宽）、增大电枢厚度与长度、减小线路电感，均可提高电枢出口速度；其中，线圈匝数由48匝降至24匝时，出口速度提升5.2%；电枢长度由110 mm增大至440 mm时，出口速度提升15.3%。最终仿真实现5级线圈驱动32 kg电枢的出口速度达202.1 m/s，发射效率为33.3%。研究结果为设计多级同步感应型线圈发射实验方案提供了一定的理论支撑。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250219
摘要:
LARCH是中广核研发的三维蒙特卡罗软件，兼顾了反应堆辐射屏蔽设计和反应堆核设计校算两大基本需求。介绍了在LARCH软件采用统一能量网格，该方法可以替代传统的二分查找方法和对数查找方法，减少粒子能量查找的次数和单次查找时间，在此基础上研发的优化delta-tracking算法，可以提高约25%的蒙卡软件堆芯临界计算效率。初步数值结果表明，与传统的蒙特卡罗软件相比，LARCH 1.0软件能够更高效地模拟反应堆问题。
LARCH是中广核研发的三维蒙特卡罗软件，兼顾了反应堆辐射屏蔽设计和反应堆核设计校算两大基本需求。介绍了在LARCH软件采用统一能量网格，该方法可以替代传统的二分查找方法和对数查找方法，减少粒子能量查找的次数和单次查找时间，在此基础上研发的优化delta-tracking算法，可以提高约25%的蒙卡软件堆芯临界计算效率。初步数值结果表明，与传统的蒙特卡罗软件相比，LARCH 1.0软件能够更高效地模拟反应堆问题。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250234
摘要:
随着中子学计算方法的发展和精确建模能力的提高，核反应堆物理计算程序中模型近似和离散方法带来的误差逐渐减小，而核数据因其测量难度高，成为影响计算精度的关键输入参数。因此，基于自主研发的敏感性和不确定性分析平台SUPES，开发了基于敏感性分析和广义线性最小二乘算法的核数据调整模块。首先，由敏感性分析获取响应关于输入参数的变化规律；其次，通过相似性分析筛选中子学层面上相似程度高的实验装置参与核数据调整；最后，采用广义线性最小二乘算法使得计算值与实测值之间的误差最小，获得核数据调整量。根据临界基准题HEU-MET-FAST-078中的22个算例，对ACE格式连续能量数据库进行调整，数值结果表明，有效增殖因子keff的均方根误差从3.10×10−3降低到1.53×10−3。通过数值结果对比分析，验证了所开发的核数据调整模块的正确性。
随着中子学计算方法的发展和精确建模能力的提高，核反应堆物理计算程序中模型近似和离散方法带来的误差逐渐减小，而核数据因其测量难度高，成为影响计算精度的关键输入参数。因此，基于自主研发的敏感性和不确定性分析平台SUPES，开发了基于敏感性分析和广义线性最小二乘算法的核数据调整模块。首先，由敏感性分析获取响应关于输入参数的变化规律；其次，通过相似性分析筛选中子学层面上相似程度高的实验装置参与核数据调整；最后，采用广义线性最小二乘算法使得计算值与实测值之间的误差最小，获得核数据调整量。根据临界基准题HEU-MET-FAST-078中的22个算例，对ACE格式连续能量数据库进行调整，数值结果表明，有效增殖因子keff的均方根误差从3.10×10−3降低到1.53×10−3。通过数值结果对比分析，验证了所开发的核数据调整模块的正确性。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250393
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针对磁约束聚变氦杂质谱线的高精度现场检测需求，研制了一套超高分辨极紫外光谱系统。该光谱仪采用掠入射Czerny-Turner型结构，通过可调入射狭缝调节光通量与光谱分辨。基于像差理论，对系统的光谱分辨率进行了计算分析。利用自研的光学设计软件开展了光线追迹仿真，仿真结果表明其光谱分辨优于20 000。利用微波等离子体光源进行了波长标定与性能测试，实验结果表明光谱仪在He II（30.3786 nm）处光谱分辨为0.001 4 nm，满足激光诱导极紫外光谱的高精度分析要求。
针对磁约束聚变氦杂质谱线的高精度现场检测需求，研制了一套超高分辨极紫外光谱系统。该光谱仪采用掠入射Czerny-Turner型结构，通过可调入射狭缝调节光通量与光谱分辨。基于像差理论，对系统的光谱分辨率进行了计算分析。利用自研的光学设计软件开展了光线追迹仿真，仿真结果表明其光谱分辨优于20 000。利用微波等离子体光源进行了波长标定与性能测试，实验结果表明光谱仪在He II（
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250369
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靶材自吸收效应是影响激光驱动X射线源性能的关键因素之一，明确其对X射线能谱和角分布的作用机制对优化光源设计具有重要意义。利用蒙特卡罗模拟方法，系统研究了电子源与丝靶端面距离、丝靶直径及靶材原子序数三个参数在自吸收效应下对X射线源特性的影响。研究结果表明：电子源在50～150 μm范围内轴向移动对能谱形态及角分布影响不显著；丝靶直径增大导致低能光子吸收增强，能谱明显硬化，同时光子角分布展宽，准直性下降；高原子序数靶材可显著提升高能光子产额，但伴随角分布发散加剧。揭示了靶材自吸收对不同能段光子的选择性衰减与多次散射对光束定向性的影响规律。
靶材自吸收效应是影响激光驱动X射线源性能的关键因素之一，明确其对X射线能谱和角分布的作用机制对优化光源设计具有重要意义。利用蒙特卡罗模拟方法，系统研究了电子源与丝靶端面距离、丝靶直径及靶材原子序数三个参数在自吸收效应下对X射线源特性的影响。研究结果表明：电子源在50～150 μm范围内轴向移动对能谱形态及角分布影响不显著；丝靶直径增大导致低能光子吸收增强，能谱明显硬化，同时光子角分布展宽，准直性下降；高原子序数靶材可显著提升高能光子产额，但伴随角分布发散加剧。揭示了靶材自吸收对不同能段光子的选择性衰减与多次散射对光束定向性的影响规律。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250351
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针对10 MA脉冲功率装置中采用的水介质三电极板-球结构自击穿开关，研究了开关击穿时电极电压变化情况和放电多通道形成的判据。根据开关的具体结构，理论分析了特征时间常数和电极多通道间的距离等因素对开关多通道形成的影响，计算得出多通道形成判据左侧项为8.6 ns，大于两倍开关抖动时间6 ns，满足判据要求。实验验证了开关在3 MV击穿电压下，3对电极的放电电弧在约30 ns时间内同时从球电极产生并发展到板电极。
针对10 MA脉冲功率装置中采用的水介质三电极板-球结构自击穿开关，研究了开关击穿时电极电压变化情况和放电多通道形成的判据。根据开关的具体结构，理论分析了特征时间常数和电极多通道间的距离等因素对开关多通道形成的影响，计算得出多通道形成判据左侧项为8.6 ns，大于两倍开关抖动时间6 ns，满足判据要求。实验验证了开关在3 MV击穿电压下，3对电极的放电电弧在约30 ns时间内同时从球电极产生并发展到板电极。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250327
摘要:
基于“矢量反转原理”的螺旋发生器在实现电压倍增过程中，电压效率会受到开关损耗、传输线损耗及漏感损耗的影响。首先针对上述损耗机制进行了系统分析，然后基于场-路协同仿真方法，定量探究了关键设计参数（线圈匝数n、介质/电极厚度、介质平均直径D、磁导率及开关位置）对漏感损耗的作用规律。仿真结果表明，高磁导率的磁芯能够显著提升螺旋发生器的电压效率；增大D/n有助于提高输出效率，增大匝数n虽可提升输出电压幅值随，但会导致电压效率降低；增大平均直径D可提高电压效率，但会以增加装置体积为代价；减小介质厚度有利于电压效率提升，然而过薄的介质层存在绝缘击穿风险；相较于端部安装，将开关置于线圈中间位置可显著提升电压效率。此外，通过开关闭合后电磁能量转换过程的深入分析，得出关键结论高效率螺旋发生器需要能够在实现磁场能量完全转换回电场能量的同时，确保主动与被动层电场方向一致。
基于“矢量反转原理”的螺旋发生器在实现电压倍增过程中，电压效率会受到开关损耗、传输线损耗及漏感损耗的影响。首先针对上述损耗机制进行了系统分析，然后基于场-路协同仿真方法，定量探究了关键设计参数（线圈匝数n、介质/电极厚度、介质平均直径D、磁导率及开关位置）对漏感损耗的作用规律。仿真结果表明，高磁导率的磁芯能够显著提升螺旋发生器的电压效率；增大D/n有助于提高输出效率，增大匝数n虽可提升输出电压幅值随，但会导致电压效率降低；增大平均直径D可提高电压效率，但会以增加装置体积为代价；减小介质厚度有利于电压效率提升，然而过薄的介质层存在绝缘击穿风险；相较于端部安装，将开关置于线圈中间位置可显著提升电压效率。此外，通过开关闭合后电磁能量转换过程的深入分析，得出关键结论高效率螺旋发生器需要能够在实现磁场能量完全转换回电场能量的同时，确保主动与被动层电场方向一致。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250363
摘要:
近年来，闪光放疗、闪光摄影等新的应用领域对重复频率达到kHz以上的高重复频率直线感应加速器（LIA）提出了迫切的需求，而感应加速腔磁芯能否在重复频率脉冲间有效复位是限制高重复频率直线感应加速器能否实现的关键因素之一。通过高压实验和电路模拟，对非晶磁芯和纳米微晶两种磁芯的多种快速复位方法进行了研究和对比分析。在此基础上，结合自研的高重复频率脉冲感应加速单元，开展了加速腔磁芯脉冲间复位效果的实验测试。研究结果表明，纳米微晶磁芯更适用于高重复频率感应加速腔：利用电感隔离直流复位方法，现有装置水平能够满足10 kHz重复频率下纳米微晶磁芯的复位需求；利用低剩磁纳米微晶磁芯的自恢复能力，则可在100 kHz重复频率下实现加速腔磁芯的自动复位。
近年来，闪光放疗、闪光摄影等新的应用领域对重复频率达到kHz以上的高重复频率直线感应加速器（LIA）提出了迫切的需求，而感应加速腔磁芯能否在重复频率脉冲间有效复位是限制高重复频率直线感应加速器能否实现的关键因素之一。通过高压实验和电路模拟，对非晶磁芯和纳米微晶两种磁芯的多种快速复位方法进行了研究和对比分析。在此基础上，结合自研的高重复频率脉冲感应加速单元，开展了加速腔磁芯脉冲间复位效果的实验测试。研究结果表明，纳米微晶磁芯更适用于高重复频率感应加速腔：利用电感隔离直流复位方法，现有装置水平能够满足10 kHz重复频率下纳米微晶磁芯的复位需求；利用低剩磁纳米微晶磁芯的自恢复能力，则可在100 kHz重复频率下实现加速腔磁芯的自动复位。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250328
摘要:
PFN-Marx型脉冲驱动源具有结构紧凑、输出脉冲波形可调等优点，当用作高功率微波系统前级驱动源时在提升系统轻小型化水平、输出效率等方面具有巨大潜力。设计并研制了基于2节紧凑脉冲形成模块和低感火花隙气体开关的PFN-Marx型高压脉冲发生器，并实现了其50 Hz重复频率运行和低抖动输出。基于非均匀脉冲形成及波形调控技术实现了2节PFN的低振荡波形输出，并研制了兼具储能与脉冲形成功能的紧凑脉冲形成模块。对其工作参数和输出特性进行了分析计算，模块可输出近方波高压脉冲，脉冲宽度约150 ns。研制了紧凑型PFN-Marx发生器，通过对称放电、平面触发结构火花隙气体开关设计，实现了PFN-Marx发生器的重复频率运行和低抖动输出。所设计发生器输出功率可达3.4 GW，脉冲平顶持续时间约80 ns，能够以50 Hz重复频率工作，输出抖动标准差低至2.4 ns。
PFN-Marx型脉冲驱动源具有结构紧凑、输出脉冲波形可调等优点，当用作高功率微波系统前级驱动源时在提升系统轻小型化水平、输出效率等方面具有巨大潜力。设计并研制了基于2节紧凑脉冲形成模块和低感火花隙气体开关的PFN-Marx型高压脉冲发生器，并实现了其50 Hz重复频率运行和低抖动输出。基于非均匀脉冲形成及波形调控技术实现了2节PFN的低振荡波形输出，并研制了兼具储能与脉冲形成功能的紧凑脉冲形成模块。对其工作参数和输出特性进行了分析计算，模块可输出近方波高压脉冲，脉冲宽度约150 ns。研制了紧凑型PFN-Marx发生器，通过对称放电、平面触发结构火花隙气体开关设计，实现了PFN-Marx发生器的重复频率运行和低抖动输出。所设计发生器输出功率可达3.4 GW，脉冲平顶持续时间约80 ns，能够以50 Hz重复频率工作，输出抖动标准差低至2.4 ns。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250362
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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。
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2026, 38: 041001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250370
摘要:
提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的半导体激光自混合干涉（SMI）微位移重构方法，将SMI信号分段并以窗口平均位移作为标签输入卷积神经网络，实现了物体微米量级位移的直接重构，避免了位移重构过程中复杂的SMI信号相位解包裹计算过程。所使用的卷积神经网络由三组卷积层、池化层和线性整流函数组成，其中卷积层用于提取SMI信号中的局部位移特征，池化层用于压缩SMI信号中的特征信息并增强抗干扰能力，线性整流函数有助于突出SMI信号中的关键位移特征。在理论仿真中，将具有10 dB噪声的SMI信号输入至已训练完成的卷积神经网络中，直接输出物体重构微位移的均方根误差为\begin{document}$ 5.3\times {10}^{-8} $\end{document} \begin{document}$ 2.1\times {10}^{-7} $\end{document}
提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的半导体激光自混合干涉（SMI）微位移重构方法，将SMI信号分段并以窗口平均位移作为标签输入卷积神经网络，实现了物体微米量级位移的直接重构，避免了位移重构过程中复杂的SMI信号相位解包裹计算过程。所使用的卷积神经网络由三组卷积层、池化层和线性整流函数组成，其中卷积层用于提取SMI信号中的局部位移特征，池化层用于压缩SMI信号中的特征信息并增强抗干扰能力，线性整流函数有助于突出SMI信号中的关键位移特征。在理论仿真中，将具有10 dB噪声的SMI信号输入至已训练完成的卷积神经网络中，直接输出物体重构微位移的均方根误差为
2026, 38: 041002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250301
摘要:
提出一种基于表面等离子体共振（SPR）效应的锚形双通道光子晶体光纤（PCF）传感器，用于实现温度与折射率（RI）的超宽范围同步检测。该传感器具有非对称锚型横截面结构，纤芯表面沿正交方向抛光为半圆形，并选择性镀覆金属金（Au）和聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane PDMS）薄膜，实现了极化分辨的SPR激发机制。该设计可分别激励高阶x极化与y极化模式，形成两个独立通道，实现多参数同时检测。其中，x极化通道通过Au/PDMS复合膜同时响应RI与温度变化，y极化通道则依靠Au膜单独实现RI检测。基于COMSOL Multiphysics软件对结构参数进行了全面优化，确保两个通道均具备强耦合强度、良好模式约束及高效高阶模激励能力。仿真结果表明，所设计的传感器在宽折射率检测范围1.21～1.44内表现出14 500 nm的最大折射率灵敏度，在宽温度变化范围−100 ℃至100 ℃内实现了最高4 nm/℃的温度灵敏度。该传感器结构新颖、灵敏度高、选择性强，具备在复杂生物和化学环境中开展癌细胞实时检测、生化分析及多参数同步监测等实际应用的广阔前景。
提出一种基于表面等离子体共振（SPR）效应的锚形双通道光子晶体光纤（PCF）传感器，用于实现温度与折射率（RI）的超宽范围同步检测。该传感器具有非对称锚型横截面结构，纤芯表面沿正交方向抛光为半圆形，并选择性镀覆金属金（Au）和聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane PDMS）薄膜，实现了极化分辨的SPR激发机制。该设计可分别激励高阶x极化与y极化模式，形成两个独立通道，实现多参数同时检测。其中，x极化通道通过Au/PDMS复合膜同时响应RI与温度变化，y极化通道则依靠Au膜单独实现RI检测。基于COMSOL Multiphysics软件对结构参数进行了全面优化，确保两个通道均具备强耦合强度、良好模式约束及高效高阶模激励能力。仿真结果表明，所设计的传感器在宽折射率检测范围1.21～1.44内表现出14 500 nm的最大折射率灵敏度，在宽温度变化范围−100 ℃至100 ℃内实现了最高4 nm/℃的温度灵敏度。该传感器结构新颖、灵敏度高、选择性强，具备在复杂生物和化学环境中开展癌细胞实时检测、生化分析及多参数同步监测等实际应用的广阔前景。
2026, 38: 041003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250270
摘要:
面向超高真空精密光学系统的迫切需求，对高性能石英真空窗的封接技术展开系统性研究。石英虽具备优异透光性，但其与金属封接时因热膨胀系数差异较大导致的界面应力集中与真空密封失效，一直是制约低漏率石英真空窗制备的关键技术瓶颈。针对这一难题，提出采用磁控溅射技术在石英焊接面依次沉积Ti/Mo/Cu/Ag多层膜系，构建具有热应力缓冲能力的梯度功能金属化层，实现了石英表面的有效金属化。扫描电镜观察表明，所制备膜层连续致密、结构均匀；纳米压痕实验进一步测得金属化层与石英基底的结合强度约为3.83 N，表明膜层附着牢固可靠。实验结果表明：基于该金属化方案所制备的真空窗口组件，其漏率低于10−12 Pa·L/s。该成果可广泛应用于同步辐射、量子测量及空间探测等领域，为高性能真空器件的发展提供关键技术支撑。
面向超高真空精密光学系统的迫切需求，对高性能石英真空窗的封接技术展开系统性研究。石英虽具备优异透光性，但其与金属封接时因热膨胀系数差异较大导致的界面应力集中与真空密封失效，一直是制约低漏率石英真空窗制备的关键技术瓶颈。针对这一难题，提出采用磁控溅射技术在石英焊接面依次沉积Ti/Mo/Cu/Ag多层膜系，构建具有热应力缓冲能力的梯度功能金属化层，实现了石英表面的有效金属化。扫描电镜观察表明，所制备膜层连续致密、结构均匀；纳米压痕实验进一步测得金属化层与石英基底的结合强度约为3.83 N，表明膜层附着牢固可靠。实验结果表明：基于该金属化方案所制备的真空窗口组件，其漏率低于10−12 Pa·L/s。该成果可广泛应用于同步辐射、量子测量及空间探测等领域，为高性能真空器件的发展提供关键技术支撑。
2026, 38: 041004.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250303
摘要:
基于针孔成像原理的针孔相机结构简单、使用方便，在高能量密度物理实验中常用于监测激光与靶相互作用区域的形状与大小。为适应星光-Ⅲ激光装置的靶室结构与打靶方式，本研究研制了一种用于该装置的X射线在线瞄准针孔相机，以解决传统针孔相机无法在线瞄准导致的信号采集失败问题。相机采用可见光CCD与X光CCD一体化设计，通过优化调节结构，实现了俯仰与侧摆方向的高精度在线指向调节，调节精度达15 μm。利用可见光CCD实时采集靶面图像，并结合精密调节盘上的不同孔径瞄准孔，实现了X光针孔相机的高精度在线瞄准。在星光-Ⅲ激光装置上对该相机进行了激光打靶考核，实验结果表明，其性能满足该装置的使用要求。
基于针孔成像原理的针孔相机结构简单、使用方便，在高能量密度物理实验中常用于监测激光与靶相互作用区域的形状与大小。为适应星光-Ⅲ激光装置的靶室结构与打靶方式，本研究研制了一种用于该装置的X射线在线瞄准针孔相机，以解决传统针孔相机无法在线瞄准导致的信号采集失败问题。相机采用可见光CCD与X光CCD一体化设计，通过优化调节结构，实现了俯仰与侧摆方向的高精度在线指向调节，调节精度达15 μm。利用可见光CCD实时采集靶面图像，并结合精密调节盘上的不同孔径瞄准孔，实现了X光针孔相机的高精度在线瞄准。在星光-Ⅲ激光装置上对该相机进行了激光打靶考核，实验结果表明，其性能满足该装置的使用要求。
2026, 38: 041005.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250439
摘要:
针对雷达防护外壳对电磁信号造成显著衰减的问题，提出了一种适用于浅表层探测应用的小型化高透波率频率选择表面（FSS）结构。该结构通过上下金属贴片与金属栅格的耦合构成谐振单元，在保证结构紧凑性的同时显著提升了电磁波透射性能。基于等效电路模型对其透波机理进行了分析，阐明了耦合电容增强对谐振频率降低与结构小型化的作用机制。仿真结果表明，所设计FSS结构在9.5～10.5 GHz频段内透射率稳定高于90%，其电尺寸约为工作波长的十三分之一。进一步的微波测试结果显示，实物样品在9.6～10.3 GHz范围内同样实现了90%以上的透波率，测试结果与仿真结果具有良好一致性。研究结果表明，该小型化FSS结构在实现高效透波的同时兼具结构紧凑、环境适应性强等优点，可为高频雷达系统的外罩设计提供有效参考。
针对雷达防护外壳对电磁信号造成显著衰减的问题，提出了一种适用于浅表层探测应用的小型化高透波率频率选择表面（FSS）结构。该结构通过上下金属贴片与金属栅格的耦合构成谐振单元，在保证结构紧凑性的同时显著提升了电磁波透射性能。基于等效电路模型对其透波机理进行了分析，阐明了耦合电容增强对谐振频率降低与结构小型化的作用机制。仿真结果表明，所设计FSS结构在9.5～10.5 GHz频段内透射率稳定高于90%，其电尺寸约为工作波长的十三分之一。进一步的微波测试结果显示，实物样品在9.6～10.3 GHz范围内同样实现了90%以上的透波率，测试结果与仿真结果具有良好一致性。研究结果表明，该小型化FSS结构在实现高效透波的同时兼具结构紧凑、环境适应性强等优点，可为高频雷达系统的外罩设计提供有效参考。
2026, 38: 042001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250346
摘要:
在间接驱动的激光惯性约束聚变中，对靶丸处X射线驱动强度的精确计算是精准预言氘氚燃料靶丸内爆性能的基础。这需要利用辐射流体模拟程序，对激光到X射线转换和腔壁X光吸收损失等过程进行精确模拟。然而，自美国国家点火装置（NIF）的点火攻关计划启动以来，辐射流体模拟程序预测的靶丸处X射线驱动强度持续高于实验测量值，即普遍存在的黑腔能量亏损现象。尽管NIF开展了大量实验研究并持续优化其辐射流体模拟模型，但这一挑战性的黑腔能量亏损问题至今未能得到彻底解决，成为实现高增益惯性约束聚变的关键障碍之一。本文将系统介绍NIF黑腔能量亏损问题上的关键研究进展，并对NIF与我国在靶丸处辐射流强度表征的方法展开介绍。
在间接驱动的激光惯性约束聚变中，对靶丸处X射线驱动强度的精确计算是精准预言氘氚燃料靶丸内爆性能的基础。这需要利用辐射流体模拟程序，对激光到X射线转换和腔壁X光吸收损失等过程进行精确模拟。然而，自美国国家点火装置（NIF）的点火攻关计划启动以来，辐射流体模拟程序预测的靶丸处X射线驱动强度持续高于实验测量值，即普遍存在的黑腔能量亏损现象。尽管NIF开展了大量实验研究并持续优化其辐射流体模拟模型，但这一挑战性的黑腔能量亏损问题至今未能得到彻底解决，成为实现高增益惯性约束聚变的关键障碍之一。本文将系统介绍NIF黑腔能量亏损问题上的关键研究进展，并对NIF与我国在靶丸处辐射流强度表征的方法展开介绍。
2026, 38: 042002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250403
摘要:
在惯性约束聚变（ICF）实验中，可通过在低密度聚合物泡沫中引入氯、氩、锗、铜等元素来调控辐射不透明度、改善流体力学稳定性及实现温度、密度示踪诊断。本文综述了掺杂聚合物泡沫的制备研究现状，分析了当前掺杂过程中存在的问题，并展望了未来面向高重复频率、高掺杂精度需求的技术发展趋势。该综述可为ICF实验靶材料的设计与制备提供参考。
在惯性约束聚变（ICF）实验中，可通过在低密度聚合物泡沫中引入氯、氩、锗、铜等元素来调控辐射不透明度、改善流体力学稳定性及实现温度、密度示踪诊断。本文综述了掺杂聚合物泡沫的制备研究现状，分析了当前掺杂过程中存在的问题，并展望了未来面向高重复频率、高掺杂精度需求的技术发展趋势。该综述可为ICF实验靶材料的设计与制备提供参考。
2026, 38: 043001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250297
摘要:
针对低轨卫星通信中圆极化相控阵扫描角度窄、剖面高的挑战，设计了一款低剖面、宽波束圆极化天线单元及其宽角扫描阵列。该单元采用双层结构，通过四角微扰与交叉缝隙实现左旋圆极化，并利用上层寄生结构与金属柱基于方向图叠加原理将波束宽度拓展至120°，轴比波束宽度大于175°，剖面高度仅0.07λ0。基于该单元构建的4×4旋转阵列，结合接地板环形开口槽设计，有效抑制了互耦。仿真结果表明，阵列在±60°扫描范围内轴比始终低于2 dB，且增益变化平缓，实现了优异的宽角圆极化扫描性能。
针对低轨卫星通信中圆极化相控阵扫描角度窄、剖面高的挑战，设计了一款低剖面、宽波束圆极化天线单元及其宽角扫描阵列。该单元采用双层结构，通过四角微扰与交叉缝隙实现左旋圆极化，并利用上层寄生结构与金属柱基于方向图叠加原理将波束宽度拓展至120°，轴比波束宽度大于175°，剖面高度仅0.07λ0。基于该单元构建的4×4旋转阵列，结合接地板环形开口槽设计，有效抑制了互耦。仿真结果表明，阵列在±60°扫描范围内轴比始终低于2 dB，且增益变化平缓，实现了优异的宽角圆极化扫描性能。
2026, 38: 043002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250237
摘要:
提出了一种基于Risley棱镜原理的新型圆极化全金属超透镜波束扫描天线，旨在解决高功率微波天线领域的大角度波束扫描和高功率容量难题。通过在六边形透镜单元中引入圆形缝隙及超材料结构，实现了该单元在中心频点处超过99%的圆极化正交转化效率（表征入射左旋/右旋圆极化波向右旋/左旋圆极化的转化效率）及0～360°连续相位调控。单元组阵后，两层透镜与径向线枝节缝隙馈源共同构成了波束扫描天线。其中第一层透镜将馈源辐射的圆极化空心波束转换为实心波束，并实现25.66°波束偏转，第二层透镜将该偏转波束进行二次偏转，独立转动两层透镜可以实现±60°锥角内的二维波束扫描。仿真设计了工作在14.25 GHz、轴向长度为5.6λ的波束扫描透镜天线，扫描过程中增益变化范围为34.7～37.9 dB，反射系数始终低于−25 dB，最大口径效率超过79%。单个透镜单元功率容量为0.63 MW，天线整体功率容量超过1 GW，具有应用在高功率微波领域的潜力。
提出了一种基于Risley棱镜原理的新型圆极化全金属超透镜波束扫描天线，旨在解决高功率微波天线领域的大角度波束扫描和高功率容量难题。通过在六边形透镜单元中引入圆形缝隙及超材料结构，实现了该单元在中心频点处超过99%的圆极化正交转化效率（表征入射左旋/右旋圆极化波向右旋/左旋圆极化的转化效率）及0～360°连续相位调控。单元组阵后，两层透镜与径向线枝节缝隙馈源共同构成了波束扫描天线。其中第一层透镜将馈源辐射的圆极化空心波束转换为实心波束，并实现25.66°波束偏转，第二层透镜将该偏转波束进行二次偏转，独立转动两层透镜可以实现±60°锥角内的二维波束扫描。仿真设计了工作在14.25 GHz、轴向长度为5.6λ的波束扫描透镜天线，扫描过程中增益变化范围为34.7～37.9 dB，反射系数始终低于−25 dB，最大口径效率超过79%。单个透镜单元功率容量为0.63 MW，天线整体功率容量超过1 GW，具有应用在高功率微波领域的潜力。
2026, 38: 043003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250331
摘要:
现阶段，对相对论磁控管的研究还主要集中在频率较低的L、S等波段，而对高频段相对论磁控管的研究却鲜有报道。为了拓展相对论磁控管的工作频段，本文设计了一种Ku波段同轴相对论磁控管，该管子采用内腔为18腔的同轴磁控管结构，并采用同轴轴向输出技术，在电压180 kV、电流1.4 kA、工作磁场0.4 T的条件下，三维PIC仿真得到108 MW的仿真功率，工作频率14.613 GHz，功率转换效率约43%，同轴输出波导输出口监测到的微波模式为TE01模。仿真结果表明该器转换效率高，引导磁场低，结构紧凑，有利于系统的轻小型化。
现阶段，对相对论磁控管的研究还主要集中在频率较低的L、S等波段，而对高频段相对论磁控管的研究却鲜有报道。为了拓展相对论磁控管的工作频段，本文设计了一种Ku波段同轴相对论磁控管，该管子采用内腔为18腔的同轴磁控管结构，并采用同轴轴向输出技术，在电压180 kV、电流1.4 kA、工作磁场0.4 T的条件下，三维PIC仿真得到108 MW的仿真功率，工作频率14.613 GHz，功率转换效率约43%，同轴输出波导输出口监测到的微波模式为TE01模。仿真结果表明该器转换效率高，引导磁场低，结构紧凑，有利于系统的轻小型化。
2026, 38: 043004.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250414
摘要:
W波段是重要的窗口频段，在高容量通信、高分辨率成像和高精度探测等毫米波领域具有重要前沿应用价值。针对新一代W波段固态高集成收发机系统的应用需求，提出一款低损耗、低阶数、易加工的波导型准椭圆带通滤波器。该滤波器基于2个混合高阶谐振腔，结合偏移磁耦合方法，实现带两个传输零点的4阶准椭圆响应，带外抑制性能良好。主要内容包括：W波段混合高阶模滤波器的结构拓扑设计；混合谐振模式（TE201/TE102和TE301/TE102）与传输零点产生机理与独立性分析；错位偏移磁耦合结构特征；滤波器整体性能优化及其H面分裂式CNC加工等。实测结果表明，该滤波器的有效通带为91.5 GHz至98 GHz，3 dB相对带宽为7%，带内插入损耗低至0.4 dB，回波损耗优于15 dB。除高频边带有少量偏移外，实测结果与仿真结果高度一致，验证了该器件的易加工、易集成与易频率拓展等特点。
W波段是重要的窗口频段，在高容量通信、高分辨率成像和高精度探测等毫米波领域具有重要前沿应用价值。针对新一代W波段固态高集成收发机系统的应用需求，提出一款低损耗、低阶数、易加工的波导型准椭圆带通滤波器。该滤波器基于2个混合高阶谐振腔，结合偏移磁耦合方法，实现带两个传输零点的4阶准椭圆响应，带外抑制性能良好。主要内容包括：W波段混合高阶模滤波器的结构拓扑设计；混合谐振模式（TE201/TE102和TE301/TE102）与传输零点产生机理与独立性分析；错位偏移磁耦合结构特征；滤波器整体性能优化及其H面分裂式CNC加工等。实测结果表明，该滤波器的有效通带为91.5 GHz至98 GHz，3 dB相对带宽为7%，带内插入损耗低至0.4 dB，回波损耗优于15 dB。除高频边带有少量偏移外，实测结果与仿真结果高度一致，验证了该器件的易加工、易集成与易频率拓展等特点。
2026, 38: 044001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250282
摘要:
为实现PET医用小型回旋加速器的自主研发，中国原子能科学研究院开展了9.5 MeV超紧凑型回旋加速器的设计与研究。为满足对加速器束流的稳定加速，研制了基于全数字硬件平台的高频低电平控制算法，为提升控制精度，增加反馈速率，设计了高速DDC下变频解调系统，针对于数字下变频后IQ序列分布于任意象限的问题，设计了一种创新的象限预处理模块，以拓展其在全平面坐标系的适用性。为实现自动频率补偿，设计并实现基于位置式PID的调谐环，集成了自适应限位保护机制和实时调谐检测功能，并支持一键启动调谐。利用构建的高可靠性的跨时钟域数据通路，为幅度环调节激励信号幅值提供精度与稳定性保障。通过自闭环测试，验证了解调算法的可靠性，在与加速器联合调试中，稳定引出内靶束流100 μA，腔压幅度稳定度为0.047%（RMSE），失谐角保持在0.46°（RMSE），充分验证了系统的稳定性和可靠性，满足了加速器对低电平控制系统的需求。
为实现PET医用小型回旋加速器的自主研发，中国原子能科学研究院开展了9.5 MeV超紧凑型回旋加速器的设计与研究。为满足对加速器束流的稳定加速，研制了基于全数字硬件平台的高频低电平控制算法，为提升控制精度，增加反馈速率，设计了高速DDC下变频解调系统，针对于数字下变频后IQ序列分布于任意象限的问题，设计了一种创新的象限预处理模块，以拓展其在全平面坐标系的适用性。为实现自动频率补偿，设计并实现基于位置式PID的调谐环，集成了自适应限位保护机制和实时调谐检测功能，并支持一键启动调谐。利用构建的高可靠性的跨时钟域数据通路，为幅度环调节激励信号幅值提供精度与稳定性保障。通过自闭环测试，验证了解调算法的可靠性，在与加速器联合调试中，稳定引出内靶束流100 μA，腔压幅度稳定度为0.047%（RMSE），失谐角保持在0.46°（RMSE），充分验证了系统的稳定性和可靠性，满足了加速器对低电平控制系统的需求。
2026, 38: 045001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250079
摘要:
研制了一套同轴结构的脉冲强磁场设备用于和高功率激光装置相配合开展磁化激光等离子体实验。除磁场线圈外，整个设备全部采用同轴结构以降低电感和抑制电磁辐射，同时在整个设备外加屏蔽层来抑制电磁辐射；传输线部分使用多根长度约3 m的软同轴电缆并联的方式连接电容器和靶室上的刚性传输线。在40 kV脉冲充电电压时，使用直径12 mm的三匝磁场线圈作为负载，产生了峰值电流105 kA、上升时间1.2 μs、平顶宽度1.4 μs的放电脉冲，在线圈中心产生了22 T的强磁场。与课题组之前的脉冲强磁场设备相比，此设备除了可以产生更大的电流和更强的磁场外，自由空间电磁辐射和真空靶室上的电位抖动明显降低。软同轴电缆并联的传输线设计可以适应各种靶场环境，增加了使用灵活性。
研制了一套同轴结构的脉冲强磁场设备用于和高功率激光装置相配合开展磁化激光等离子体实验。除磁场线圈外，整个设备全部采用同轴结构以降低电感和抑制电磁辐射，同时在整个设备外加屏蔽层来抑制电磁辐射；传输线部分使用多根长度约3 m的软同轴电缆并联的方式连接电容器和靶室上的刚性传输线。在40 kV脉冲充电电压时，使用直径12 mm的三匝磁场线圈作为负载，产生了峰值电流105 kA、上升时间1.2 μs、平顶宽度1.4 μs的放电脉冲，在线圈中心产生了22 T的强磁场。与课题组之前的脉冲强磁场设备相比，此设备除了可以产生更大的电流和更强的磁场外，自由空间电磁辐射和真空靶室上的电位抖动明显降低。软同轴电缆并联的传输线设计可以适应各种靶场环境，增加了使用灵活性。
2026, 38: 045002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250264
摘要:
PFN-Marx发生器准方波输出特性与装置的紧凑性是一对矛盾。随着对装置紧凑性的更高要求，发生器叠加过程中PFN波传输产生的级间电磁耦合愈发明显，其对PFN的脉冲调制特性有显著的影响，进一步影响发生器的准方波输出特性。基于此问题，本文开展PFN-Marx发生器叠加过程中PFN的电磁耦合分析。首先，通过理论推导，分析波传输过程中PFN级内和级间的电磁耦合现象，并得出其计算公式；然后，建立典型的PFN-Marx发生器的3D模型进行场路协同仿真；最后，分别搭建单级、多级发生器进行实验验证。通过分析对比三种结果，提高对PFN-Marx发生器波传输过程中电磁耦合的认识，从而在设计中规避部分电磁耦合，提升PFN-Marx发生器方波输出能力。本文可以为PFN-Marx发生器的准方波输出和紧凑化提供技术参考。
PFN-Marx发生器准方波输出特性与装置的紧凑性是一对矛盾。随着对装置紧凑性的更高要求，发生器叠加过程中PFN波传输产生的级间电磁耦合愈发明显，其对PFN的脉冲调制特性有显著的影响，进一步影响发生器的准方波输出特性。基于此问题，本文开展PFN-Marx发生器叠加过程中PFN的电磁耦合分析。首先，通过理论推导，分析波传输过程中PFN级内和级间的电磁耦合现象，并得出其计算公式；然后，建立典型的PFN-Marx发生器的3D模型进行场路协同仿真；最后，分别搭建单级、多级发生器进行实验验证。通过分析对比三种结果，提高对PFN-Marx发生器波传输过程中电磁耦合的认识，从而在设计中规避部分电磁耦合，提升PFN-Marx发生器方波输出能力。本文可以为PFN-Marx发生器的准方波输出和紧凑化提供技术参考。
2026, 38: 045003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250322
摘要:
串联谐振型电容器充电电源凭借高效、高功率密度及抗短路能力，在脉冲功率领域应用广泛。然而，其传统PFM恒流充电控制方式导致充电损耗较大，效率降低，该问题在充电初期阶段表现尤为突出。提出一种多模态混合式恒流充电控制策略，旨在提高电容器充电电源的效率和输入电源的利用率。该策略通过半桥模态（充电初期）、混合式模态（充电中期）及全桥模态（充电后期）的协同控制，实现充电电压无缝切换的同时减小充电损耗、提升效率。此外，通过功率器件的复用设计实现模态切换，既满足高压充电需求，又降低了系统成本。基于此，设计并搭建一台650 V/1 A的充电电源样机。实验表明，相比传统PFM恒流充电控制，该策略显著提高了充电电源的整体效率，最大充电效率为96.4%。该方案不仅为电容储能设备的充电系统提供了高效率、低成本的控制路径，其模态切换机制亦可迁移至其他谐振型变换器的设计中，具备广泛的工程推广价值。
串联谐振型电容器充电电源凭借高效、高功率密度及抗短路能力，在脉冲功率领域应用广泛。然而，其传统PFM恒流充电控制方式导致充电损耗较大，效率降低，该问题在充电初期阶段表现尤为突出。提出一种多模态混合式恒流充电控制策略，旨在提高电容器充电电源的效率和输入电源的利用率。该策略通过半桥模态（充电初期）、混合式模态（充电中期）及全桥模态（充电后期）的协同控制，实现充电电压无缝切换的同时减小充电损耗、提升效率。此外，通过功率器件的复用设计实现模态切换，既满足高压充电需求，又降低了系统成本。基于此，设计并搭建一台650 V/1 A的充电电源样机。实验表明，相比传统PFM恒流充电控制，该策略显著提高了充电电源的整体效率，最大充电效率为96.4%。该方案不仅为电容储能设备的充电系统提供了高效率、低成本的控制路径，其模态切换机制亦可迁移至其他谐振型变换器的设计中，具备广泛的工程推广价值。
2026, 38: 049001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250467
摘要:
哈达玛散斑的投影顺序直接影响欠采样率下鬼成像的图像重构质量与效率。提出了一种基于哈达玛基的递归交叉排序策略，通过逆向解构层级子空间，利用偶数索引映射机制对具有正交纹理特征的散斑进行交错重组，打破了单一方向特征在采样序列中的连续性堆积。通过在理想和高斯噪声环境下的仿真得出，该策略在0～100%全采样区间内有效削减了传统Russian Dolls排序中的质量指标随采样率增加而出现的震荡现象，实现了成像质量较为平滑演进与稳健收敛，且在0～10%低采样率区间内，其重构图像的峰值信噪比相较于Hadamard自然排序平均提升最大约101.7%，较激光模式散斑排序平均提升最大约11.4%，最大提升约3.4 dB，最后设计了光学实验，验证了该策略的效果。这一排序策略或可为实现快速鬼成像提供有效的途径。
哈达玛散斑的投影顺序直接影响欠采样率下鬼成像的图像重构质量与效率。提出了一种基于哈达玛基的递归交叉排序策略，通过逆向解构层级子空间，利用偶数索引映射机制对具有正交纹理特征的散斑进行交错重组，打破了单一方向特征在采样序列中的连续性堆积。通过在理想和高斯噪声环境下的仿真得出，该策略在0～100%全采样区间内有效削减了传统Russian Dolls排序中的质量指标随采样率增加而出现的震荡现象，实现了成像质量较为平滑演进与稳健收敛，且在0～10%低采样率区间内，其重构图像的峰值信噪比相较于Hadamard自然排序平均提升最大约101.7%，较激光模式散斑排序平均提升最大约11.4%，最大提升约3.4 dB，最后设计了光学实验，验证了该策略的效果。这一排序策略或可为实现快速鬼成像提供有效的途径。
2026, 38: 049002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250298
摘要:
Background Purpose Methods Results Conclusions
The reaction kinetics in lasers often involves a lot of excited state species. The mutual effects and numerical stiffness arising from the excited state species pose significant challenges in numerical simulations of lasers. The development of artificial intelligence has made neural networks (NNs) a promising approach to address the computational intensity and instability in excited state reaction kinetics (ESRK).
However, the complexity of ESRK poses challenges for NN training. These reactions involve numerous species and mutual effects, resulting in a high-dimensional variable space. This demands that the NN possess the capability to establish complex mapping relationships. Moreover, the significant change in state before and after the reaction leads to a broad variable space coverage, which amplifies the demand for NN’s accuracy.
To address the aforementioned challenges, this study introduced successful sequence-to-sequence learning from large language learning into ESRK to enhance prediction accuracy in complex, high-dimensional regression. Additionally, a statistical regularization method was proposed to improve the diversity of the outputs. NNs with different architectures were trained using randomly sampled data, and their capabilities were compared and analyzed.
The proposed method is validated using a vibrational reaction mechanism for hydrogen fluoride, which involves 16 species and 137 reactions. The results demonstrate that the sequential model achieves lower training loss and relative error during training. Furthermore, experiments with different hyperparameters reveal that variation in the random seed can significantly impact model performance.
In this work, the introduction of the sequential model successfully reduced the parameter count of the conventional wide model without compromising accuracy. However, due to the intrinsic complexity of ESRK, there remains considerable room for improvement in NN-based regression tasks for this domain.
2026, 38: 044002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250340
摘要:
C波段光阴极微波电子枪凭借超高加速梯度（>150 MV/m），成为第四代光源获取高亮度电子束的核心技术路线。然而，其输出束流具有ps级超窄脉冲、大动态范围电荷量（50～2500 pC）及极低横向发射度0.18 mm·mrad@100 pC，现有基于L/S波段的测量手段难以满足其测量精度与带宽要求。为此，本文依托针南方先进光源（SAPS）测试平台，研制了一套适配C波段电子枪特性的高精度束流测量系统。针对窄脉冲电荷测量难题，自主研制了法兰式有源积分型电荷探测器（Active-ICT），提出基于商用高灵敏度探头的交叉标定方法，实现了优于±1% FS的测量线性度；针对极小发射度测量中空间电荷力影响显著的问题，通过Astra模拟优化了双缝发射度仪的狭缝参数与漂移距离，在0.15～0.25 mm·mrad范围内将系统误差控制在10%以内；为解决能散测量中的噪底干扰，设计了双缝准直结合扇形二极铁的能散测量光路。利用该系统开展了初步束流实验，结果表明：光电流与暗电流测量结果与法拉第筒吻合良好，不同加速梯度下的束流能量测量曲线与动力学模拟高度一致，验证了测量系统的可靠性与测量精度。本研究工作解决了国内C波段光阴极微波电子枪调试中的关键束诊技术难题，为同类高梯度注入器的工程研制提供了核心技术支撑。
C波段光阴极微波电子枪凭借超高加速梯度（>150 MV/m），成为第四代光源获取高亮度电子束的核心技术路线。然而，其输出束流具有ps级超窄脉冲、大动态范围电荷量（50～
2026, 38: 046001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250317
摘要:
高性能等离子体运行下的多尺度湍流与输运研究是磁约束聚变研究中的重要课题。HL-3托卡马克实验装置的等离子体参数范围决定了远红外激光相干散射是多尺度湍流实验研究所需的最佳诊断手段。本文将基于诊断系统的整体设计参数，详细介绍HL-3托卡马克上的远红外激光相干散射诊断系统的窗口设计。多尺度湍流相干散射诊断系统与HL-3装置相关的窗口界面为6号与12号中平面窗口。这是两个大型复合窗口，其中6号复合窗口上高于中平面100 mm的CF100法兰窗口为主激光入射窗口,12号复合窗口上垂直排列的三个CF165法兰窗口为主激光和散射光的出射窗口。窗口的设计主要需要考虑窗口的透过率、尺寸、真空密封与安全的要求。对于入射窗口的设计，其透过率与窗口材料、厚度有关，窗口的尺寸由高斯光束传播特性决定，窗口的厚度与尺寸设定还需要考虑真空密封与安全要求。出射窗口在设计中除了需要考虑以上因素，还需要重点考虑诊断的物理需求。窗口的高度尺寸与诊断系统的波数测量范围密切相关；同时，受磁场与运行模式影响，对于不同的散射角度，散射光在水平方向上存在角度偏移，窗口的宽度设计作出了相应的调整。
高性能等离子体运行下的多尺度湍流与输运研究是磁约束聚变研究中的重要课题。HL-3托卡马克实验装置的等离子体参数范围决定了远红外激光相干散射是多尺度湍流实验研究所需的最佳诊断手段。本文将基于诊断系统的整体设计参数，详细介绍HL-3托卡马克上的远红外激光相干散射诊断系统的窗口设计。多尺度湍流相干散射诊断系统与HL-3装置相关的窗口界面为6号与12号中平面窗口。这是两个大型复合窗口，其中6号复合窗口上高于中平面100 mm的CF100法兰窗口为主激光入射窗口,12号复合窗口上垂直排列的三个CF165法兰窗口为主激光和散射光的出射窗口。窗口的设计主要需要考虑窗口的透过率、尺寸、真空密封与安全的要求。对于入射窗口的设计，其透过率与窗口材料、厚度有关，窗口的尺寸由高斯光束传播特性决定，窗口的厚度与尺寸设定还需要考虑真空密封与安全要求。出射窗口在设计中除了需要考虑以上因素，还需要重点考虑诊断的物理需求。窗口的高度尺寸与诊断系统的波数测量范围密切相关；同时，受磁场与运行模式影响，对于不同的散射角度，散射光在水平方向上存在角度偏移，窗口的宽度设计作出了相应的调整。
2026, 38: 049003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250323
摘要:
钛和钛合金是口腔种植体的主流基体材料，但其固有的表面生物活性不足，常导致骨整合周期延长和成功率受限。飞秒激光加工作为一种非热的高精度表面加工或改性技术，可通过在种植体表面构建微纳结构，有效调控其生物学性能。本文综述近五年来飞秒激光改善种植体表面生物活性的研究进展。首先，阐述通过调控激光功率、中心波长、扫描策略等单一参数构筑特定表面形貌的方法；其次，介绍了飞秒激光与羟基磷灰石沉积、喷砂处理、增材制造等技术相结合的复合加工策略及其协同增强效应；然后，通过与喷砂酸蚀、电化学沉积、等离子溅射等传统表面处理技术的对比，分析飞秒激光在加工精度、热影响区控制、生物相容性及长期稳定性等方面的独特优势；最后，总结该技术当前面临的挑战（如：设备成本、加工效率等），并对未来在个性化种植体制造、多功能表面构建以及与其他先进技术融合等方面的发展方向进行展望。
钛和钛合金是口腔种植体的主流基体材料，但其固有的表面生物活性不足，常导致骨整合周期延长和成功率受限。飞秒激光加工作为一种非热的高精度表面加工或改性技术，可通过在种植体表面构建微纳结构，有效调控其生物学性能。本文综述近五年来飞秒激光改善种植体表面生物活性的研究进展。首先，阐述通过调控激光功率、中心波长、扫描策略等单一参数构筑特定表面形貌的方法；其次，介绍了飞秒激光与羟基磷灰石沉积、喷砂处理、增材制造等技术相结合的复合加工策略及其协同增强效应；然后，通过与喷砂酸蚀、电化学沉积、等离子溅射等传统表面处理技术的对比，分析飞秒激光在加工精度、热影响区控制、生物相容性及长期稳定性等方面的独特优势；最后，总结该技术当前面临的挑战（如：设备成本、加工效率等），并对未来在个性化种植体制造、多功能表面构建以及与其他先进技术融合等方面的发展方向进行展望。
