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2026, 38: 021001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250470
2026, 38: 021003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250177
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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。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250468
摘要:
超短超强中红外激光脉冲在强场物理、超快化学、环境监测、生物医疗等领域有独特应用价值，尤其在强场物理研究领域中，超短超强中红外光为开拓超强激光与物质相互作用的新物理提供了不同于以往近红外波段的波长新尺度。然而受限于传统激光晶体及非线性晶体损伤阈值，长期以来产生大能量近单周期中红外光源始终是超快激光技术领域的重要挑战。近年来，利用等离子体作为非线性光学介质，基于激光尾场的等离子体光子减速过程产生超短超强中红外脉冲成为激光等离子体领域的研究新方向。本文围绕等离子体光子减速这一物理机制，系统介绍其基本原理、数值模拟及实验研究进展以及未来的应用前景。
超短超强中红外激光脉冲在强场物理、超快化学、环境监测、生物医疗等领域有独特应用价值，尤其在强场物理研究领域中，超短超强中红外光为开拓超强激光与物质相互作用的新物理提供了不同于以往近红外波段的波长新尺度。然而受限于传统激光晶体及非线性晶体损伤阈值，长期以来产生大能量近单周期中红外光源始终是超快激光技术领域的重要挑战。近年来，利用等离子体作为非线性光学介质，基于激光尾场的等离子体光子减速过程产生超短超强中红外脉冲成为激光等离子体领域的研究新方向。本文围绕等离子体光子减速这一物理机制，系统介绍其基本原理、数值模拟及实验研究进展以及未来的应用前景。
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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/HPLPB202638.260005
摘要:
超短超强激光技术的快速发展，极大推动了物理学在极端强场环境下的前沿探索。相关研究涵盖紧凑型粒子加速器、高亮度辐射源、非线性强场量子电动力学及强激光驱动的轴子暗物质产生和探测等多个重要方向。过去十余年，上海交通大学在本领域开展了系统性的理论、模拟和实验研究，先后建成了基于单束百太瓦级激光的相对论等离子体研究平台及具备高精度时空同步的双束百太瓦级激光驱动的极端相对论等离子体研究平台。本文对新建成的双束百太瓦“重明”激光等离子体实验装置的整体构成、关键参数与核心特色进行介绍，并进一步阐述依托以往和新建成装置完成和计划开展的前沿科学研究工作，包括激光固体高次谐波、激光等离子体尾波加速、非线性康普顿散射及强激光轴子暗物质产生和探测。新装置的建成运行，将为极端相对论等离子体物理实验研究提供重要的平台支撑。
超短超强激光技术的快速发展，极大推动了物理学在极端强场环境下的前沿探索。相关研究涵盖紧凑型粒子加速器、高亮度辐射源、非线性强场量子电动力学及强激光驱动的轴子暗物质产生和探测等多个重要方向。过去十余年，上海交通大学在本领域开展了系统性的理论、模拟和实验研究，先后建成了基于单束百太瓦级激光的相对论等离子体研究平台及具备高精度时空同步的双束百太瓦级激光驱动的极端相对论等离子体研究平台。本文对新建成的双束百太瓦“重明”激光等离子体实验装置的整体构成、关键参数与核心特色进行介绍，并进一步阐述依托以往和新建成装置完成和计划开展的前沿科学研究工作，包括激光固体高次谐波、激光等离子体尾波加速、非线性康普顿散射及强激光轴子暗物质产生和探测。新装置的建成运行，将为极端相对论等离子体物理实验研究提供重要的平台支撑。
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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/HPLPB202638.250384
摘要:
随着超短超强激光技术的飞速发展，激光等离子体加速已成为产生GeV量级高能电子束与高品质辐射源的重要途径。其中，Betatron辐射作为一种机制紧凑、脉冲持续时间达飞秒量级的新型射线源，具有源尺寸小，高亮度等特点。在高能量密度物理、材料科学、成像及超快动态探测与高空间分辨成像等领域展现出巨大应用潜力。系统梳理了激光尾波场加速与直接激光加速两种核心机制产生Betatron辐射的物理原理、研究进展与发展趋势。详细对比了LWFA与DLA两种方案所产生Betatron辐射在关键参数（如光子能量、通量、亮度、能谱与稳定性）上的特性差异，总结了其各自的品质因子与适用场景。最后，展望了该领域未来面临的挑战，如提升光子的中心能量、产额、亮度及转换效率，并为基于下一代强激光大科学装置开展相关实验研究提供了方向性参考。
随着超短超强激光技术的飞速发展，激光等离子体加速已成为产生GeV量级高能电子束与高品质辐射源的重要途径。其中，Betatron辐射作为一种机制紧凑、脉冲持续时间达飞秒量级的新型射线源，具有源尺寸小，高亮度等特点。在高能量密度物理、材料科学、成像及超快动态探测与高空间分辨成像等领域展现出巨大应用潜力。系统梳理了激光尾波场加速与直接激光加速两种核心机制产生Betatron辐射的物理原理、研究进展与发展趋势。详细对比了LWFA与DLA两种方案所产生Betatron辐射在关键参数（如光子能量、通量、亮度、能谱与稳定性）上的特性差异，总结了其各自的品质因子与适用场景。最后，展望了该领域未来面临的挑战，如提升光子的中心能量、产额、亮度及转换效率，并为基于下一代强激光大科学装置开展相关实验研究提供了方向性参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250407
摘要:
强激光技术是当前物理学与核科学的前沿领域，其通过啁啾脉冲放大技术在飞秒至阿秒时间尺度内产生极端光场强度，为研究强场量子电动力学、激光等离子体物理以及极端核环境提供了独特平台。本文系统介绍了中国原子能科学研究院核物理研究所激光核物理研究团队在百太瓦级超快超强激光装置研制、理论机制研究与实验技术等方面的进展，包括高对比度脉冲整形、粒子加速、高亮度偏振γ光源、激光光源研发以及等离子体靶参数诊断等。同时，阐述了强激光在极端等离子体环境模拟、高压物态方程、涡旋γ光与微观核靶相互作用、激光等离子体光谱等相关领域的重要应用。文章最后展望了新的发展方向，强调了强激光技术在推动核工业发展与基础核科学研究方面的重要价值。
强激光技术是当前物理学与核科学的前沿领域，其通过啁啾脉冲放大技术在飞秒至阿秒时间尺度内产生极端光场强度，为研究强场量子电动力学、激光等离子体物理以及极端核环境提供了独特平台。本文系统介绍了中国原子能科学研究院核物理研究所激光核物理研究团队在百太瓦级超快超强激光装置研制、理论机制研究与实验技术等方面的进展，包括高对比度脉冲整形、粒子加速、高亮度偏振γ光源、激光光源研发以及等离子体靶参数诊断等。同时，阐述了强激光在极端等离子体环境模拟、高压物态方程、涡旋γ光与微观核靶相互作用、激光等离子体光谱等相关领域的重要应用。文章最后展望了新的发展方向，强调了强激光技术在推动核工业发展与基础核科学研究方面的重要价值。
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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/HPLPB202638.250237
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。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250420
摘要:
1 μm 波段高功率掺镱光纤激光器在激光加工、生物医疗及国防安全等领域应用广泛，然而，随着输出功率持续提升，传统大纤芯光纤易受模式不稳定与受激拉曼散射等非线性效应影响。全固态反谐振石英光纤（AS-ARF）基于其独特的反谐振导光机理，可在实现超大模场传输的同时抑制高阶模，为兼顾高功率与高光束质量提供了创新技术路径。然而，面向高功率增益应用的有源掺镱（Yb）AS-ARF，其纤芯折射率起伏对模式特性的影响机制及“阶跃光纤-AS-ARF”熔接传输特性尚未得到系统研究，制约了实用化进程。针对上述问题，通过构建六环结构AS-ARF模型，结合理论推导与数值仿真模拟，研究了折射率起伏对光纤导光特性的影响，明确了维持原有导光机制的折射率变化临界值，验证了该光纤在目标波长下的低损耗、大模场面积及良好的光束质量保持能力；同时探究了阶跃光纤与AS-ARF熔接耦合场景的光传输规律，仿真结果表明当入射光束直径与AS-ARF纤芯直径匹配时，传输能量衰减<2%。本研究实现了对有源AS-ARF核心调控参数的量化，为Yb3+-AS-ARF的制备工艺优化（重点关注折射率均匀性控制）及实际耦合方案的设计提供了理论基础。
1 μm 波段高功率掺镱光纤激光器在激光加工、生物医疗及国防安全等领域应用广泛，然而，随着输出功率持续提升，传统大纤芯光纤易受模式不稳定与受激拉曼散射等非线性效应影响。全固态反谐振石英光纤（AS-ARF）基于其独特的反谐振导光机理，可在实现超大模场传输的同时抑制高阶模，为兼顾高功率与高光束质量提供了创新技术路径。然而，面向高功率增益应用的有源掺镱（Yb）AS-ARF，其纤芯折射率起伏对模式特性的影响机制及“阶跃光纤-AS-ARF”熔接传输特性尚未得到系统研究，制约了实用化进程。针对上述问题，通过构建六环结构AS-ARF模型，结合理论推导与数值仿真模拟，研究了折射率起伏对光纤导光特性的影响，明确了维持原有导光机制的折射率变化临界值，验证了该光纤在目标波长下的低损耗、大模场面积及良好的光束质量保持能力；同时探究了阶跃光纤与AS-ARF熔接耦合场景的光传输规律，仿真结果表明当入射光束直径与AS-ARF纤芯直径匹配时，传输能量衰减<2%。本研究实现了对有源AS-ARF核心调控参数的量化，为Yb3+-AS-ARF的制备工艺优化（重点关注折射率均匀性控制）及实际耦合方案的设计提供了理论基础。
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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
摘要:
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/HPLPB202638.250352
摘要:
研究了神光II升级装置上，高功率激光与固体靶相互作用产生的电磁脉冲特性及机制。实验中采用皮秒与纳秒脉冲激光，分析不同打靶方式下电磁脉冲的波形与频谱特征。结果表明，皮秒脉冲激光作用下的电磁脉冲主要由流经送靶装置的中和电流产生，其峰值电场强度随激光能量近似线性增加。纳秒脉冲激光作用下，电磁脉冲强度较低，振荡电场持续时间较短，并伴随较长的准直流分量。仅使用上方8路纳秒激光时，电磁脉冲强度显著高于16路同时作用，表明激光打靶构型对电磁脉冲产生具有调制作用。皮秒激光与纳秒激光组合实验中，皮秒激光产生的电磁脉冲峰值明显减弱，推测与纳秒激光形成的大尺度等离子体有关。研究结果为高功率激光—固体靶相互作用中的电磁干扰机理分析及实验装置防护提供了重要实验依据。
研究了神光II升级装置上，高功率激光与固体靶相互作用产生的电磁脉冲特性及机制。实验中采用皮秒与纳秒脉冲激光，分析不同打靶方式下电磁脉冲的波形与频谱特征。结果表明，皮秒脉冲激光作用下的电磁脉冲主要由流经送靶装置的中和电流产生，其峰值电场强度随激光能量近似线性增加。纳秒脉冲激光作用下，电磁脉冲强度较低，振荡电场持续时间较短，并伴随较长的准直流分量。仅使用上方8路纳秒激光时，电磁脉冲强度显著高于16路同时作用，表明激光打靶构型对电磁脉冲产生具有调制作用。皮秒激光与纳秒激光组合实验中，皮秒激光产生的电磁脉冲峰值明显减弱，推测与纳秒激光形成的大尺度等离子体有关。研究结果为高功率激光—固体靶相互作用中的电磁干扰机理分析及实验装置防护提供了重要实验依据。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250370
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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} $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ 2.1\times {10}^{-7} $\end{document} ![]()
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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
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250410
摘要:
极化正电子束是前沿科学研究所需的重要探针。利用强激光场中非线性Breit-Wheeler散射产生极化正电子是近年来备受关注的新方案。探究该过程中激光与伽马光子参数对正电子最终极化状态的调控机理。在强场量子电动力学理论框架下，完整保留了所有粒子的自旋极化自由度，并精确纳入了平面波激光场的有限脉冲包络结构。计算表明：当激光与高能伽马光子皆为线偏振时，产生的正电子极化度为零；当驱动激光和伽马光子有一个为圆偏振时，正电子极化由圆偏振光主导，并随激光强度增强或伽马光子能量增加而下降，线偏振光的影响很小；当激光与伽马光子均为圆偏振时，高能正电子的极化由伽马光子主导，而低能正电子的极化则由二者共同决定，且激光强度的调控作用尤为显著。揭示了激光强度和伽马光子能量等关键因素对极化正电子产生的影响机理，为未来利用强激光与高能伽马光对撞产生高品质极化正电子束的实验方案提供了关键理论依据。
极化正电子束是前沿科学研究所需的重要探针。利用强激光场中非线性Breit-Wheeler散射产生极化正电子是近年来备受关注的新方案。探究该过程中激光与伽马光子参数对正电子最终极化状态的调控机理。在强场量子电动力学理论框架下，完整保留了所有粒子的自旋极化自由度，并精确纳入了平面波激光场的有限脉冲包络结构。计算表明：当激光与高能伽马光子皆为线偏振时，产生的正电子极化度为零；当驱动激光和伽马光子有一个为圆偏振时，正电子极化由圆偏振光主导，并随激光强度增强或伽马光子能量增加而下降，线偏振光的影响很小；当激光与伽马光子均为圆偏振时，高能正电子的极化由伽马光子主导，而低能正电子的极化则由二者共同决定，且激光强度的调控作用尤为显著。揭示了激光强度和伽马光子能量等关键因素对极化正电子产生的影响机理，为未来利用强激光与高能伽马光对撞产生高品质极化正电子束的实验方案提供了关键理论依据。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250395
摘要:
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
摘要:
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/HPLPB202638.250414
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。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250419
摘要:
Yb(TMHD)3是高增益掺镱石英光纤不可替代的气相掺杂前驱体，其Yb含量直接决定光纤性能。传统重量检测法周期长达6 h，无法满足光纤预制棒在线工艺调整的时效需求。为了提高生产效率，建立了一种“硝酸-双氧水敞口消解-EDTA络合滴定”的方法在六次甲基四胺缓冲体系（pH=5～6）中，以二甲酚橙（XO）为指示剂，用EDTA标准液与Yb3+按1∶1摩尔比络合滴定，终点由玫瑰红突变为亮黄色，变色敏锐、重现性好。系统研究了Yb(TMHD)3消解方法、缓冲液六次甲基四胺pH对镱测定的影响因素，确定了最优条件。方法平均回收率在98.2%～100.2%之间，精密度RSD(n=11)≤0.5%。Yb(TMHD)3实际样品测定结果与重量法对照偏差＜0.3%，单样检测时间由6 h缩短至15 min。该方法准确、精密、简便、成本低，可直接部署于生产现场，实现Yb(TMHD)3中Yb含量的快速检测，为掺镱光纤预制棒的工艺实时优化与质量稳定提供了可靠的技术支撑。
Yb(TMHD)3是高增益掺镱石英光纤不可替代的气相掺杂前驱体，其Yb含量直接决定光纤性能。传统重量检测法周期长达6 h，无法满足光纤预制棒在线工艺调整的时效需求。为了提高生产效率，建立了一种“硝酸-双氧水敞口消解-EDTA络合滴定”的方法在六次甲基四胺缓冲体系（pH=5～6）中，以二甲酚橙（XO）为指示剂，用EDTA标准液与Yb3+按1∶1摩尔比络合滴定，终点由玫瑰红突变为亮黄色，变色敏锐、重现性好。系统研究了Yb(TMHD)3消解方法、缓冲液六次甲基四胺pH对镱测定的影响因素，确定了最优条件。方法平均回收率在98.2%～100.2%之间，精密度RSD(n=11)≤0.5%。Yb(TMHD)3实际样品测定结果与重量法对照偏差＜0.3%，单样检测时间由6 h缩短至15 min。该方法准确、精密、简便、成本低，可直接部署于生产现场，实现Yb(TMHD)3中Yb含量的快速检测，为掺镱光纤预制棒的工艺实时优化与质量稳定提供了可靠的技术支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250314
摘要:
高功率光纤激光仿真技术可在研发阶段有效降低实验成本、缩短开发周期，并优化激光器性能参数，对推动高功率光纤激光器在工业加工、国防、科研、医疗设备等领域的应用具有重要意义。重点介绍了国内外典型高功率光纤激光器仿真软件的研究进展，研究了其功能特点、和应用场景等有关情况，总结了高功率光纤激光建模仿真的研究特点，对高功率光纤激光建模仿真软件如何有效验证和可靠应用进行了思考，并对高功率光纤激光仿真软件下一步的发展方向进行展望，可为相关行业仿真软件研发提供借鉴。
高功率光纤激光仿真技术可在研发阶段有效降低实验成本、缩短开发周期，并优化激光器性能参数，对推动高功率光纤激光器在工业加工、国防、科研、医疗设备等领域的应用具有重要意义。重点介绍了国内外典型高功率光纤激光器仿真软件的研究进展，研究了其功能特点、和应用场景等有关情况，总结了高功率光纤激光建模仿真的研究特点，对高功率光纤激光建模仿真软件如何有效验证和可靠应用进行了思考，并对高功率光纤激光仿真软件下一步的发展方向进行展望，可为相关行业仿真软件研发提供借鉴。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250390
摘要:
综述了等离子体物理全国重点实验室“星光”超短超强脉冲激光实验平台的发展历程与现状。目前，平台包括星光III装置与SILEX-II装置。面向惯性约束聚变（ICF）、高能量密度物理（HEDP）、极端条件下的物质特性等研究开放，提供极端状态产生、“泵浦-探测”等关键实验能力。重点介绍了星光III装置和SILEX-II装置的系统构成与关键技术。星光III装置可实现纳秒、皮秒、飞秒三种脉宽激光的高精度同步输出；SILEX-II装置采用全OPCPA架构，可实现高对比度、拍瓦级峰值功率飞秒激光脉冲。最后，展示了“星光”平台上开展的多束激光协同的代表性实验。
综述了等离子体物理全国重点实验室“星光”超短超强脉冲激光实验平台的发展历程与现状。目前，平台包括星光III装置与SILEX-II装置。面向惯性约束聚变（ICF）、高能量密度物理（HEDP）、极端条件下的物质特性等研究开放，提供极端状态产生、“泵浦-探测”等关键实验能力。重点介绍了星光III装置和SILEX-II装置的系统构成与关键技术。星光III装置可实现纳秒、皮秒、飞秒三种脉宽激光的高精度同步输出；SILEX-II装置采用全OPCPA架构，可实现高对比度、拍瓦级峰值功率飞秒激光脉冲。最后，展示了“星光”平台上开展的多束激光协同的代表性实验。
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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。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250430
摘要:
高功率飞秒光纤激光在先进制造、激光粒子加速和高次谐波产生等领域具有广泛的应用，飞秒光纤激光相干合成技术是突破单根光纤功率极限、实现高功率飞秒激光输出的有效技术手段。搭建了一套基于全光纤结构啁啾脉冲放大的飞秒激光相干偏振合成系统，采用光纤拉伸器并结合随机并行梯度下降算法实现了三路激光放大器的相位调节与稳定相干合成。在总输出功率为1219.1 W时，系统合成功率为1072 W，对应的合成效率为87%。合成光束具有近衍射极限光束质量（M2=1.23），压缩后脉冲宽度为899 fs。此外，还理论分析了光束质量退化对合成效率的影响。该全光纤结构飞秒激光相干合成系统具有优异的稳定性并兼具高功率输出，未来通过增加合成通道数量可以进一步提升输出功率，为高通量超快超强激光的前沿应用提供技术支撑。
高功率飞秒光纤激光在先进制造、激光粒子加速和高次谐波产生等领域具有广泛的应用，飞秒光纤激光相干合成技术是突破单根光纤功率极限、实现高功率飞秒激光输出的有效技术手段。搭建了一套基于全光纤结构啁啾脉冲放大的飞秒激光相干偏振合成系统，采用光纤拉伸器并结合随机并行梯度下降算法实现了三路激光放大器的相位调节与稳定相干合成。在总输出功率为
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250291
摘要:
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
摘要:
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/HPLPB202638.250297
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，本文设计了一款低剖面、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，本文设计了一款低剖面、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。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250347
摘要:
报道了一种基于被动谐波锁模种子源的 GHz 重复频率飞秒光纤激光放大系统，实现了1～3 GHz范围内的稳定运行。系统采用两级放大器并结合色散管理技术，在全调谐范围内均保持稳定输出。在脉冲重复频率为3.1 GHz和2.0 GHz的条件下，分别实现了2.1 W的平均输出功率和195 fs的最窄脉冲宽度，且相应放大后的边模抑制比均保持在33 dB以上。结果表明，该方案能够在宽频率范围内实现稳定的高功率放大与脉冲压缩，为高重复频率超快光纤激光的应用奠定了实验基础。
报道了一种基于被动谐波锁模种子源的 GHz 重复频率飞秒光纤激光放大系统，实现了1～3 GHz范围内的稳定运行。系统采用两级放大器并结合色散管理技术，在全调谐范围内均保持稳定输出。在脉冲重复频率为3.1 GHz和2.0 GHz的条件下，分别实现了2.1 W的平均输出功率和195 fs的最窄脉冲宽度，且相应放大后的边模抑制比均保持在33 dB以上。结果表明，该方案能够在宽频率范围内实现稳定的高功率放大与脉冲压缩，为高重复频率超快光纤激光的应用奠定了实验基础。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250387
摘要:
超快强激光具有超快时域特性和高峰值功率特性。随着激光技术的迅猛发展，其脉冲重复频率也得到逐步提高，这种重频高功率飞秒激光为人类提供了前所未有的超快时间和超高强场等极端物理条件，为驱动产生新型超快粒子束源和强脉冲辐射源等前沿基础科学和交叉应用研究提供了新机遇、新途径和新方向。本文将主要介绍上海师范大学超快光物理研究团队基于重频高功率飞秒激光系统新建的新型超快光物理综合实验平台，以及近期围绕气体高次谐波、强太赫兹辐射源和高亮度超快电子束源产生及其相关应用研究方面所取得的研究进展，并简述了若干前沿物理的主要进展和未来的展望。
超快强激光具有超快时域特性和高峰值功率特性。随着激光技术的迅猛发展，其脉冲重复频率也得到逐步提高，这种重频高功率飞秒激光为人类提供了前所未有的超快时间和超高强场等极端物理条件，为驱动产生新型超快粒子束源和强脉冲辐射源等前沿基础科学和交叉应用研究提供了新机遇、新途径和新方向。本文将主要介绍上海师范大学超快光物理研究团队基于重频高功率飞秒激光系统新建的新型超快光物理综合实验平台，以及近期围绕气体高次谐波、强太赫兹辐射源和高亮度超快电子束源产生及其相关应用研究方面所取得的研究进展，并简述了若干前沿物理的主要进展和未来的展望。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250298
摘要:
Background Purpose Methods Results Conclusions
The reaction kinetics in lasers often involves a lots 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 introduces the 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 is 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.
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250382
摘要:
激光等离子体加速的超高电子密度、超微时空结构、超高加速梯度，可产生飞秒（fs）级脉宽、高峰值亮度的实验室级超快光源，非常适宜构筑fs级时间分辨的超快动态诊断能力，可作为传统大型光源的补充和拓展。依托国家重大科技基础设施-综合极端条件实验装置（SECUF），建立了国内首个基于高功率飞秒激光驱动的超短X射线脉冲作为开放资源的用户实验站。激光系统具有两路输出：三太瓦（3 TW: 60 mJ/20 fs/800 nm）重频为100 Hz，拍瓦（PW: 25 J/25 fs/800 nm）每分钟1发。3 TW束可传输至两个靶室，建立了超快X射线衍射应用平台，具备多模式泵浦-探测能力，用于研究物质超快动力学过程；并基于激光等离子体电子加速研制出首个台面化高分辨超热中子共振谱学平台。PW束可传输至三个靶室，支持激光等离子体加速、激光核物理、超快X射线和新型太赫兹辐射产生等前沿研究，及超快脉冲辐射的应用。本实验站既支持利用飞秒激光产生的超快辐射脉冲开展物质科学研究，也支持直接利用高功率激光进行强场物理研究。
激光等离子体加速的超高电子密度、超微时空结构、超高加速梯度，可产生飞秒（fs）级脉宽、高峰值亮度的实验室级超快光源，非常适宜构筑fs级时间分辨的超快动态诊断能力，可作为传统大型光源的补充和拓展。依托国家重大科技基础设施-综合极端条件实验装置（SECUF），建立了国内首个基于高功率飞秒激光驱动的超短X射线脉冲作为开放资源的用户实验站。激光系统具有两路输出：三太瓦（3 TW: 60 mJ/20 fs/800 nm）重频为100 Hz，拍瓦（PW: 25 J/25 fs/800 nm）每分钟1发。3 TW束可传输至两个靶室，建立了超快X射线衍射应用平台，具备多模式泵浦-探测能力，用于研究物质超快动力学过程；并基于激光等离子体电子加速研制出首个台面化高分辨超热中子共振谱学平台。PW束可传输至三个靶室，支持激光等离子体加速、激光核物理、超快X射线和新型太赫兹辐射产生等前沿研究，及超快脉冲辐射的应用。本实验站既支持利用飞秒激光产生的超快辐射脉冲开展物质科学研究，也支持直接利用高功率激光进行强场物理研究。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250337
摘要:
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%。本文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%。本文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/HPLPB202638.250310
摘要:
设计并实现了一种用于光纤激光器的多参量一体化同步测试系统，能够实现激光器功率、光谱、时域和光束质量的同步测量。通过外部接口、内部光路和控制软件的协同设计，该系统支持80 W至10 kW输出功率范围的光纤激光器测试。用户只需将待测激光器的光纤端帽（QBH）接入系统，通过上位机软件控制，即可实现光纤激光器的多参数同步测试而无需手动调节光路。测试完成后，系统会自动调用和处理原始测量数据并生成测试报告。该系统能够显著提升光纤激光器多参数测试效率并大幅降低数据处理复杂度，为科研和工业激光测试提供了高效、可靠的解决方案。
设计并实现了一种用于光纤激光器的多参量一体化同步测试系统，能够实现激光器功率、光谱、时域和光束质量的同步测量。通过外部接口、内部光路和控制软件的协同设计，该系统支持80 W至10 kW输出功率范围的光纤激光器测试。用户只需将待测激光器的光纤端帽（QBH）接入系统，通过上位机软件控制，即可实现光纤激光器的多参数同步测试而无需手动调节光路。测试完成后，系统会自动调用和处理原始测量数据并生成测试报告。该系统能够显著提升光纤激光器多参数测试效率并大幅降低数据处理复杂度，为科研和工业激光测试提供了高效、可靠的解决方案。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250289
摘要:
振荡-放大一体化光纤激光器因其兼具振荡器结构简单、抗反射性能优异及放大器高效率等优势，在高功率激光领域展现出广阔的应用前景。从理论研究和实验研究两个维度综述了振荡-放大一体化光纤激光器的最新研究进展。在理论研究层面，重点梳理了包含模式不稳定效应及非线性效应的理论模型研究进展；在实验研究层面，按波长维度的常规波段、短波长、超连续谱归纳了单端输出振荡-放大一体化光纤激光器的研究成果，并梳理了双端输出结构的最新进展。基于上述分析，指出当前在理论模型普适性局限与系统性实验研究的不足，并对未来发展方向进行了展望。
振荡-放大一体化光纤激光器因其兼具振荡器结构简单、抗反射性能优异及放大器高效率等优势，在高功率激光领域展现出广阔的应用前景。从理论研究和实验研究两个维度综述了振荡-放大一体化光纤激光器的最新研究进展。在理论研究层面，重点梳理了包含模式不稳定效应及非线性效应的理论模型研究进展；在实验研究层面，按波长维度的常规波段、短波长、超连续谱归纳了单端输出振荡-放大一体化光纤激光器的研究成果，并梳理了双端输出结构的最新进展。基于上述分析，指出当前在理论模型普适性局限与系统性实验研究的不足，并对未来发展方向进行了展望。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250284
摘要:
光纤激光技术历经多年发展，已在现代工业与科研领域奠定了不可或缺的重要地位。然而，传统性能优化方法在效率、速度、精度等方面存在显著局限，难以满足高性能、高效率应用场景的需求。机器学习与光纤激光的深度融合为光纤激光系统的多维度性能优化提供了全新技术范式，显著提升了激光性能并拓展了技术边界。介绍了机器学习的分类、适用范围及应用场景，并综述了近年来机器学习在光纤激光器件设计、光纤激光器仿真与预测、激光器与输出特性智能控制，以及激光特性参数测量与表征中的研究现状。基于当前研究在数据依赖性、泛化能力、可解释性、计算效率等方面的技术挑战，展望了机器学习在光纤激光领域的发展趋势。
光纤激光技术历经多年发展，已在现代工业与科研领域奠定了不可或缺的重要地位。然而，传统性能优化方法在效率、速度、精度等方面存在显著局限，难以满足高性能、高效率应用场景的需求。机器学习与光纤激光的深度融合为光纤激光系统的多维度性能优化提供了全新技术范式，显著提升了激光性能并拓展了技术边界。介绍了机器学习的分类、适用范围及应用场景，并综述了近年来机器学习在光纤激光器件设计、光纤激光器仿真与预测、激光器与输出特性智能控制，以及激光特性参数测量与表征中的研究现状。基于当前研究在数据依赖性、泛化能力、可解释性、计算效率等方面的技术挑战，展望了机器学习在光纤激光领域的发展趋势。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250376
摘要:
U波段光纤激光器在通信、传感、科研等领域具有重要应用前景。本文以1.55 μm光纤激光器作为泵浦源，基于商用单模石英光纤实验搭建了U波段1.65 μm的拉曼光纤激光器。研究了拉曼光纤长度和输出耦合光纤光栅（OC-FBG）反射率对拉曼激光功率效率的影响规律，实验结果表明，随着拉曼激光功率的提升，Stokes光谱线宽展宽导致的光纤光栅等效反射率降低，从而发生反向功率泄露是钳制正向输出功率的主要问题。最终通过选用15.7%低反射率的OC-FBG，基于2.1 km石英光纤作为拉曼增益介质，实现了输出功率为10.1 W、3 dB带宽为2.5 nm的1648.8 nm拉曼激光输出，光光转换效率为65.2%。
U波段光纤激光器在通信、传感、科研等领域具有重要应用前景。本文以1.55 μm光纤激光器作为泵浦源，基于商用单模石英光纤实验搭建了U波段1.65 μm的拉曼光纤激光器。研究了拉曼光纤长度和输出耦合光纤光栅（OC-FBG）反射率对拉曼激光功率效率的影响规律，实验结果表明，随着拉曼激光功率的提升，Stokes光谱线宽展宽导致的光纤光栅等效反射率降低，从而发生反向功率泄露是钳制正向输出功率的主要问题。最终通过选用15.7%低反射率的OC-FBG，基于2.1 km石英光纤作为拉曼增益介质，实现了输出功率为10.1 W、3 dB带宽为2.5 nm的
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250251
摘要:
为有效抑制高功率光纤激光系统中的受激布里渊散射效应，采用白噪声射频信号对单频激光进行相位调制，将其光谱展宽为半高全宽89 GHz的高斯线型，从而实现对受激布里渊散射效应的有效抑制。通过采用自主制备的低数值孔径（约0.05）、大模场面积（约237 μm2）熊猫型掺镱保偏光纤，其双折射系数4.23×10−4，在抑制受激布里渊散射效应的同时也有效缓解了模式间热耦合问题，最终实现了5.09 kW窄线宽线偏振激光输出。输出光谱线宽为89 GHz，偏振消光比在整个放大过程中始终优于19.6 dB，光束质量因子M2＜1.2。在最高输出功率下未观察到自脉冲或时域不稳定现象，表明受激布里渊散射效应与模式不稳定（TMI）已得到有效控制，证明该系统具备长期稳定运行的潜力。
为有效抑制高功率光纤激光系统中的受激布里渊散射效应，采用白噪声射频信号对单频激光进行相位调制，将其光谱展宽为半高全宽89 GHz的高斯线型，从而实现对受激布里渊散射效应的有效抑制。通过采用自主制备的低数值孔径（约0.05）、大模场面积（约237 μm2）熊猫型掺镱保偏光纤，其双折射系数4.23×10−4，在抑制受激布里渊散射效应的同时也有效缓解了模式间热耦合问题，最终实现了5.09 kW窄线宽线偏振激光输出。输出光谱线宽为89 GHz，偏振消光比在整个放大过程中始终优于19.6 dB，光束质量因子M2＜1.2。在最高输出功率下未观察到自脉冲或时域不稳定现象，表明受激布里渊散射效应与模式不稳定（TMI）已得到有效控制，证明该系统具备长期稳定运行的潜力。
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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。
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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
摘要:
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
摘要:
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
摘要:
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
摘要:
随着高功率微波应用技术的快速发展，对脉冲驱动源的可靠性和适装性提出更加严苛的要求。介绍了一种轻小型化特斯拉（Tesla）变压器脉冲驱动源，提出基于高储能密度液体介质Midel7131和二倍宽脉冲形成线设计方法，突破了内置Tesla变压器的脉冲形成线轻小型化技术，优化短脉冲传输线电长度和阻抗匹配关系，解决了基于变压器油介质的单筒脉冲形成线和脉冲传输线长度长的技术难题。设计了Tesla变压器高位高真空注油方法，解决了油纸混合绝缘中气泡放电问题，提升了形成线功率水平和运行可靠性。研制的脉冲驱动源最高输出功率为20 GW、脉冲宽度50 ns、脉冲平顶幅值波动小于2%、最高重复频率50 Hz，连续运行1 min，累积工作约20万个脉冲，系统稳定可靠。该脉冲驱动源外廓尺寸（长×宽×高）为4 m×1.5 m×1.5 m，总重量约5 t；相比原20 GW Tesla型脉冲驱动源，轻小型化水平明显提升。
随着高功率微波应用技术的快速发展，对脉冲驱动源的可靠性和适装性提出更加严苛的要求。介绍了一种轻小型化特斯拉（Tesla）变压器脉冲驱动源，提出基于高储能密度液体介质Midel7131和二倍宽脉冲形成线设计方法，突破了内置Tesla变压器的脉冲形成线轻小型化技术，优化短脉冲传输线电长度和阻抗匹配关系，解决了基于变压器油介质的单筒脉冲形成线和脉冲传输线长度长的技术难题。设计了Tesla变压器高位高真空注油方法，解决了油纸混合绝缘中气泡放电问题，提升了形成线功率水平和运行可靠性。研制的脉冲驱动源最高输出功率为20 GW、脉冲宽度50 ns、脉冲平顶幅值波动小于2%、最高重复频率50 Hz，连续运行1 min，累积工作约20万个脉冲，系统稳定可靠。该脉冲驱动源外廓尺寸（长×宽×高）为4 m×1.5 m×1.5 m，总重量约5 t；相比原20 GW Tesla型脉冲驱动源，轻小型化水平明显提升。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250371
摘要:
相对论强度激光驱动固体密度表面等离子体产生的高次谐波和阿秒脉冲，是实现高亮度、短波长、超快相干光源和探索极端强场物理的重要途径。近年来，得益于激光技术的飞速发展，对光场振幅、相位、偏振等自由度的精细操控促使了结构光场的兴起。结构光场极大地丰富了激光与物质相互作用的调控手段与应用场景。综述了利用结构光场调控相对论激光等离子体高次谐波和阿秒脉冲相关的最新进展。文章重点探讨了偏振结构（如圆偏振光、矢量光）、相位结构（如空间涡旋光、时空涡旋光）及振幅结构（如贝塞尔光、艾里光）等新型结构光场驱动下高次谐波的特性调控与物理机制，旨在为基于强场激光与等离子体相互作用的新型光源研究提供新思路。
相对论强度激光驱动固体密度表面等离子体产生的高次谐波和阿秒脉冲，是实现高亮度、短波长、超快相干光源和探索极端强场物理的重要途径。近年来，得益于激光技术的飞速发展，对光场振幅、相位、偏振等自由度的精细操控促使了结构光场的兴起。结构光场极大地丰富了激光与物质相互作用的调控手段与应用场景。综述了利用结构光场调控相对论激光等离子体高次谐波和阿秒脉冲相关的最新进展。文章重点探讨了偏振结构（如圆偏振光、矢量光）、相位结构（如空间涡旋光、时空涡旋光）及振幅结构（如贝塞尔光、艾里光）等新型结构光场驱动下高次谐波的特性调控与物理机制，旨在为基于强场激光与等离子体相互作用的新型光源研究提供新思路。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250101
摘要:
基于强流电子束-等离子体系统，对高性能电子束窗口设计与强流环形电子束在等离子体中聚焦传输机制展开研究。通过有限元分析和蒙特卡罗模拟，对电子束窗口的力学、热学和传输性能进行对比判断，筛选出TC4钛合金作为窗口材料，其在10 kPa压力下仅需0.04 mm厚度，能量传输效率达90%以上，且温度变化可控。通过理论推导和粒子模拟研究，揭示了在500 kV、20 kA的情况下的强流环形电子束在等离子体中自聚焦传输的物理机制，阐明了电子束聚焦传输周期与等离子体密度之间的关系。最后根据等离子体振荡周期和电子束回旋周期的对应关系，建立了等离子体密度与外加轴向导引磁场的等效关系，讨论了低强度磁场和等离子体共同作用对电子束聚焦传输的影响。
基于强流电子束-等离子体系统，对高性能电子束窗口设计与强流环形电子束在等离子体中聚焦传输机制展开研究。通过有限元分析和蒙特卡罗模拟，对电子束窗口的力学、热学和传输性能进行对比判断，筛选出TC4钛合金作为窗口材料，其在10 kPa压力下仅需0.04 mm厚度，能量传输效率达90%以上，且温度变化可控。通过理论推导和粒子模拟研究，揭示了在500 kV、20 kA的情况下的强流环形电子束在等离子体中自聚焦传输的物理机制，阐明了电子束聚焦传输周期与等离子体密度之间的关系。最后根据等离子体振荡周期和电子束回旋周期的对应关系，建立了等离子体密度与外加轴向导引磁场的等效关系，讨论了低强度磁场和等离子体共同作用对电子束聚焦传输的影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202638.250412
摘要:
超短超强激光的出现与迅猛发展，为人类创造了前所未有的极端物理条件和全新实验手段，极大深化和拓展了人类对客观世界规律的认识，显著推动了基础与前沿交叉学科以及战略高技术领域的创新发展。基于超短超强激光与等离子体相互作用的粒子加速技术作为新一代加速器与射线源技术，可将传统加速器装置规模缩小百倍，极大提升了高端加速器与射线源在工业、国防、医疗及科研等领域的适用性，在大型关键装备精细探伤、超低剂量超高精度肿瘤诊断、新型低损伤放疗技术、桌面型超快光源等诸多方向展现出广阔的应用前景。本文介绍的郑州大学超短超强激光平台，正是基于该技术建设的新一代先进激光加速器研究与应用装置。此外，本文还系统综述了郑州大学近年来在强场物理与先进加速研究方面取得的重要进展。
超短超强激光的出现与迅猛发展，为人类创造了前所未有的极端物理条件和全新实验手段，极大深化和拓展了人类对客观世界规律的认识，显著推动了基础与前沿交叉学科以及战略高技术领域的创新发展。基于超短超强激光与等离子体相互作用的粒子加速技术作为新一代加速器与射线源技术，可将传统加速器装置规模缩小百倍，极大提升了高端加速器与射线源在工业、国防、医疗及科研等领域的适用性，在大型关键装备精细探伤、超低剂量超高精度肿瘤诊断、新型低损伤放疗技术、桌面型超快光源等诸多方向展现出广阔的应用前景。本文介绍的郑州大学超短超强激光平台，正是基于该技术建设的新一代先进激光加速器研究与应用装置。此外，本文还系统综述了郑州大学近年来在强场物理与先进加速研究方面取得的重要进展。
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2026, 38: 021001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250470
摘要:
微纳结构靶具有从激光焦斑尺度至亚波长尺度的周期或非周期性结构，能够有效调控激光-靶相互作用过程中的能量传递、电磁场分布、粒子输运与辐射产生过程，是创造高能量密度物质状态、提高激光辐射源能量与亮度的重要技术途径。本文将针对超短超强激光和微纳结构靶相互作用的物理机理、研究方法和发展趋势，详细介绍基于微纳结构靶的强场激光辐射源研究进展，包括迄今已经趋于实用的基于数十太瓦至百太瓦激光装置产生的强流粒子束及射线源，以及当前理论研究热点——量子电动力学辐射、高次谐波等新型光源等，最后对基于微纳结构靶的辐射源技术发展需求和研究趋势进行展望。
微纳结构靶具有从激光焦斑尺度至亚波长尺度的周期或非周期性结构，能够有效调控激光-靶相互作用过程中的能量传递、电磁场分布、粒子输运与辐射产生过程，是创造高能量密度物质状态、提高激光辐射源能量与亮度的重要技术途径。本文将针对超短超强激光和微纳结构靶相互作用的物理机理、研究方法和发展趋势，详细介绍基于微纳结构靶的强场激光辐射源研究进展，包括迄今已经趋于实用的基于数十太瓦至百太瓦激光装置产生的强流粒子束及射线源，以及当前理论研究热点——量子电动力学辐射、高次谐波等新型光源等，最后对基于微纳结构靶的辐射源技术发展需求和研究趋势进行展望。
2026, 38: 021002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250290
摘要:
以激光作为加载热源，结合数值模拟与实验方法，研究了平纹编织碳纤维增强树脂复合材料在真空环境下的热烧蚀行为。建立了编织复合材料的细观热烧蚀理论模型，基于纤维纱线-基体双相建模策略，并结合有限元热分析模块与自定义子程序，实现了纤维与基体热导率的非线性演化及烧蚀形貌的动态模拟。基于红外与热电偶测温系统，设计实验并获得了材料辐照面的瞬态温度场、背面温升曲线以及烧蚀前后表面反射率的光谱变化。结果表明，真空环境下复合材料未出现起火现象，环氧树脂基体发生明显热分解与质量损失，而碳纤维形貌保持相对稳定。数值模拟结果与实验数据吻合良好，表明所建立的模型能够表征真空环境下材料的烧蚀温度场与形貌演变规律，可为复合材料在极端环境下的热安全评估和优化设计提供参考。
以激光作为加载热源，结合数值模拟与实验方法，研究了平纹编织碳纤维增强树脂复合材料在真空环境下的热烧蚀行为。建立了编织复合材料的细观热烧蚀理论模型，基于纤维纱线-基体双相建模策略，并结合有限元热分析模块与自定义子程序，实现了纤维与基体热导率的非线性演化及烧蚀形貌的动态模拟。基于红外与热电偶测温系统，设计实验并获得了材料辐照面的瞬态温度场、背面温升曲线以及烧蚀前后表面反射率的光谱变化。结果表明，真空环境下复合材料未出现起火现象，环氧树脂基体发生明显热分解与质量损失，而碳纤维形貌保持相对稳定。数值模拟结果与实验数据吻合良好，表明所建立的模型能够表征真空环境下材料的烧蚀温度场与形貌演变规律，可为复合材料在极端环境下的热安全评估和优化设计提供参考。
2026, 38: 021003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250177
摘要:
对比研究了在纳秒脉冲激光激发的传统共线双脉冲（DP）激发模式及微秒加纳秒脉冲激光激发的长短共线双脉冲激发模式下，双脉冲间延时、光谱采集延时和激光能量对激光诱导击穿光谱（LIBS）增强及其变化规律的影响，探讨分析了这两种不同双脉冲激光激发模式下样品表面烧蚀形貌的差异及成因。研究结果表明传统共线DP-LIBS谱线强度在0～2 μs短延时内迅速增加，并在2～14 μs较长延时范围内谱线强度都比较高，其最佳脉冲间延时约为4 μs。而长短共线DP-LIBS光谱的最佳脉冲间延时约为25 μs，取决于长脉冲激光峰值功率位置。在传统共线DP-LIBS中，相较于第一束激光，改变第二束激光的能量时，LIBS光谱增强变化更为显著。而长短共线DP-LIBS中，随着长脉冲激光能量增加，有利于样品加热和表面改性，光谱强度增强，但长脉冲能量过高会导致样品熔融和材料飞溅，反而会削弱第二束短脉冲激光的烧蚀效果并降低光谱强度。进一步对烧蚀形貌分析发现，传统共线DP-LIBS形成烧蚀坑的较深，而长短共线DP-LIBS则易于产生更大烧蚀斑。
对比研究了在纳秒脉冲激光激发的传统共线双脉冲（DP）激发模式及微秒加纳秒脉冲激光激发的长短共线双脉冲激发模式下，双脉冲间延时、光谱采集延时和激光能量对激光诱导击穿光谱（LIBS）增强及其变化规律的影响，探讨分析了这两种不同双脉冲激光激发模式下样品表面烧蚀形貌的差异及成因。研究结果表明传统共线DP-LIBS谱线强度在0～2 μs短延时内迅速增加，并在2～14 μs较长延时范围内谱线强度都比较高，其最佳脉冲间延时约为4 μs。而长短共线DP-LIBS光谱的最佳脉冲间延时约为25 μs，取决于长脉冲激光峰值功率位置。在传统共线DP-LIBS中，相较于第一束激光，改变第二束激光的能量时，LIBS光谱增强变化更为显著。而长短共线DP-LIBS中，随着长脉冲激光能量增加，有利于样品加热和表面改性，光谱强度增强，但长脉冲能量过高会导致样品熔融和材料飞溅，反而会削弱第二束短脉冲激光的烧蚀效果并降低光谱强度。进一步对烧蚀形貌分析发现，传统共线DP-LIBS形成烧蚀坑的较深，而长短共线DP-LIBS则易于产生更大烧蚀斑。
2026, 38: 023001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250129
摘要:
在考虑不同电子注性能（速度离散、电子注厚度、空间电荷效应、起振过程、单/双阳极结构）情况下，建立了完善的时域多模自洽非线性注-波互作用模型。以自研的兆瓦级170 GHz、TE25,10模式工作的回旋管为研究对象，系统分析了高频腔结构参数变化、起振电流、单/双阳极电子注电压调制及不同速度和电子注离散下的模式竞争情况。数值模拟研究表明：双阳极调制方式能明显抑制模式竞争，在电子注电压80 kV、电流40 A、磁场6.72 T、横纵速度比1.3的工作条件下，可实现1.35 MW输出功率和42.2%的互作用效率。
在考虑不同电子注性能（速度离散、电子注厚度、空间电荷效应、起振过程、单/双阳极结构）情况下，建立了完善的时域多模自洽非线性注-波互作用模型。以自研的兆瓦级170 GHz、TE25,10模式工作的回旋管为研究对象，系统分析了高频腔结构参数变化、起振电流、单/双阳极电子注电压调制及不同速度和电子注离散下的模式竞争情况。数值模拟研究表明：双阳极调制方式能明显抑制模式竞争，在电子注电压80 kV、电流40 A、磁场6.72 T、横纵速度比1.3的工作条件下，可实现1.35 MW输出功率和42.2%的互作用效率。
2026, 38: 023002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250182
摘要:
为了提高高功率微波源在低导引磁场下的效率，提出了一种低磁场高效率同轴双模相对论切伦科夫振荡器。该器件工作在同轴准TEM模式与同轴TM01模式下，利用双模工作机制，实现了低磁场下（＜0.4 T）的高效率输出。在粒子模拟中，导引磁场0.35 T时，器件实现了功率3 GW的微波输出、束-波转换效率40%。同时，针对实验中遇到的射频击穿现象，通过增加慢波结构周期数量来提高功率容量，并通过仿真和实验进行验证。最终实验中在0.37 T磁场下，输出微波功率2.85 GW，脉宽57 ns，转换效率34%。在低磁场下获得的实验结果为高功率微波系统小型化的发展提供了强力支撑。
为了提高高功率微波源在低导引磁场下的效率，提出了一种低磁场高效率同轴双模相对论切伦科夫振荡器。该器件工作在同轴准TEM模式与同轴TM01模式下，利用双模工作机制，实现了低磁场下（＜0.4 T）的高效率输出。在粒子模拟中，导引磁场0.35 T时，器件实现了功率3 GW的微波输出、束-波转换效率40%。同时，针对实验中遇到的射频击穿现象，通过增加慢波结构周期数量来提高功率容量，并通过仿真和实验进行验证。最终实验中在0.37 T磁场下，输出微波功率2.85 GW，脉宽57 ns，转换效率34%。在低磁场下获得的实验结果为高功率微波系统小型化的发展提供了强力支撑。
2026, 38: 023003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250257
摘要:
空间太阳电池阵作为航天器的重要能源组成部分，在未来对抗中极易受到以高功率微波为代表的外来强电磁脉冲侵袭。为研究空间太阳电池阵的高功率微波耦合效应，以典型太阳电池阵结构和布局作为参考，搭建了高功率微波辐照作用下的太阳电池阵样品三维模型，研究了不同激励源参数条件（频率、极化方向、入射角度等）下的太阳电池阵耦合效应规律。结果表明：在2～18 GHz频率范围内，垂直极化的S波段微波辐照最容易对太阳电池阵造成诱发放电损伤，电池串间隙三结合部感应场强远高于互连片位置间隙；在微波辐照作用下太阳电池样品会感应出极强的瞬态电场，垂直极化情况下，感应场主要集中分布在电池串间隙、汇流条附近、电池片边缘；电池三结合部感应电场稳定峰值随微波入射角度的增大而减小，随微波功率密度的增大而增大；微波上升下降沿对感应电场值无明显影响；太阳电池阵串间隙周围空间的电场由间隙中心向外侧逐渐减小。该研究将为空间太阳电池阵的电磁防护设计提供参考。
空间太阳电池阵作为航天器的重要能源组成部分，在未来对抗中极易受到以高功率微波为代表的外来强电磁脉冲侵袭。为研究空间太阳电池阵的高功率微波耦合效应，以典型太阳电池阵结构和布局作为参考，搭建了高功率微波辐照作用下的太阳电池阵样品三维模型，研究了不同激励源参数条件（频率、极化方向、入射角度等）下的太阳电池阵耦合效应规律。结果表明：在2～18 GHz频率范围内，垂直极化的S波段微波辐照最容易对太阳电池阵造成诱发放电损伤，电池串间隙三结合部感应场强远高于互连片位置间隙；在微波辐照作用下太阳电池样品会感应出极强的瞬态电场，垂直极化情况下，感应场主要集中分布在电池串间隙、汇流条附近、电池片边缘；电池三结合部感应电场稳定峰值随微波入射角度的增大而减小，随微波功率密度的增大而增大；微波上升下降沿对感应电场值无明显影响；太阳电池阵串间隙周围空间的电场由间隙中心向外侧逐渐减小。该研究将为空间太阳电池阵的电磁防护设计提供参考。
2026, 38: 023004.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250283
摘要:
在隐身飞行器设计中，缝隙等弱散射源的影响日益凸显。当前研究虽广泛采用仿真与测试分析缝隙散射，但其模型通常不属于真实的弱散射源。为准确度量弱缝隙的雷达散射截面（RCS）性能，应用电场矢量叠加原理，采用对消技术将缝隙的散射效应从其低散射背景载体中分离出来。基于此方法，明确了缝隙尺寸与其RCS之间的变化关系。同时，所采用的多目标散射源累积快速预测方法，能够对单直缝、直缝阵列及弯折缝等目标的散射性能进行快速评估。经对比验证，该快速方法的结果与精确模型仿真具有一致性。此方法为飞机表面蒙皮搭接、设备开口等结构的设计与优化提供了有效工具。通过试验件的仿真与实测数据对比，证实了本方法在评估弱散射目标方面的有效性。
在隐身飞行器设计中，缝隙等弱散射源的影响日益凸显。当前研究虽广泛采用仿真与测试分析缝隙散射，但其模型通常不属于真实的弱散射源。为准确度量弱缝隙的雷达散射截面（RCS）性能，应用电场矢量叠加原理，采用对消技术将缝隙的散射效应从其低散射背景载体中分离出来。基于此方法，明确了缝隙尺寸与其RCS之间的变化关系。同时，所采用的多目标散射源累积快速预测方法，能够对单直缝、直缝阵列及弯折缝等目标的散射性能进行快速评估。经对比验证，该快速方法的结果与精确模型仿真具有一致性。此方法为飞机表面蒙皮搭接、设备开口等结构的设计与优化提供了有效工具。通过试验件的仿真与实测数据对比，证实了本方法在评估弱散射目标方面的有效性。
2026, 38: 023005.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250261
摘要:
传统Mie散射理论基于球形粒子假设，难以精准描述大气非球形冰晶的散射行为，现有研究多局限于94 GHz单频率，缺乏毫米波/亚毫米波宽频段双偏振参数量化，制约偏振雷达气象探测精度。探究六角棱柱、六角平板等六种典型非球形冰晶在35、94、140、220 GHz的双偏振散射特性，量化差分反射率因子（ZDR）、线性退极化比（LDR）对粒子形状与取向的响应。采用离散偶极子近似法（DDA）、时域有限差分法（FDTD），结合XFDTD、HFSS验证。结果显示：除聚合体外，DDA计算后向散射截面与商用软件误差≤1.5 dB；小粒子（等效半径<100 μm）反射率对波长不敏感，大粒子呈形状相关共振且共振位置随波长右移；六角平板ZDR变化最广（9 dB至–9 dB），轴对称粒子LDR集中于–40 dB至–50 dB。双偏振参数可降低对粒子尺寸的依赖，提升宽频段冰晶识别精度，为毫米波/亚毫米波偏振雷达云微物理探测提供理论支撑。
传统Mie散射理论基于球形粒子假设，难以精准描述大气非球形冰晶的散射行为，现有研究多局限于94 GHz单频率，缺乏毫米波/亚毫米波宽频段双偏振参数量化，制约偏振雷达气象探测精度。探究六角棱柱、六角平板等六种典型非球形冰晶在35、94、140、220 GHz的双偏振散射特性，量化差分反射率因子（ZDR）、线性退极化比（LDR）对粒子形状与取向的响应。采用离散偶极子近似法（DDA）、时域有限差分法（FDTD），结合XFDTD、HFSS验证。结果显示：除聚合体外，DDA计算后向散射截面与商用软件误差≤1.5 dB；小粒子（等效半径<100 μm）反射率对波长不敏感，大粒子呈形状相关共振且共振位置随波长右移；六角平板ZDR变化最广（9 dB至–9 dB），轴对称粒子LDR集中于–40 dB至–50 dB。双偏振参数可降低对粒子尺寸的依赖，提升宽频段冰晶识别精度，为毫米波/亚毫米波偏振雷达云微物理探测提供理论支撑。
2026, 38: 024001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250067
摘要:
中子转换靶是强流直线加速器中子源的重要组成部分，在强流粒子束（质子或氘离子等）的轰击下，中子转换靶的散热是当前制约中子产额提升的关键因素，具有强散热能力的高性能气体靶是解决方案之一。针对传统气体靶散热能力不足的问题，通过对靶室结构的改进，设计了一种新型动态气体靶系统。开展了气体靶系统和靶室结构的概念设计，并利用Target软件计算了气体靶金属窗和气体体靶对入射离子的能量歧离效应，结果显示：因气体造成的能量歧离很小，金属窗是入射离子能量歧离的主要来源。通过耦合SRIM计算加热功率，实现了热源随气体密度的动态加载，模拟了不同流强和不同入口速度条件下靶室内气流流动规律，结果表明，随着流强增加，加热功率逐渐升高，加热区密度迅速下降，同时提高靶室入口速度能够增强散热能力，减小因束流加热引起的密度下降效应。最后对气体靶产生中子的整体性能进行了评估，计算了不同流强下的中子产额及其能谱分布，当流强为10 mA时，气体靶的中子产额可以达到5.2×1012 n/s。
中子转换靶是强流直线加速器中子源的重要组成部分，在强流粒子束（质子或氘离子等）的轰击下，中子转换靶的散热是当前制约中子产额提升的关键因素，具有强散热能力的高性能气体靶是解决方案之一。针对传统气体靶散热能力不足的问题，通过对靶室结构的改进，设计了一种新型动态气体靶系统。开展了气体靶系统和靶室结构的概念设计，并利用Target软件计算了气体靶金属窗和气体体靶对入射离子的能量歧离效应，结果显示：因气体造成的能量歧离很小，金属窗是入射离子能量歧离的主要来源。通过耦合SRIM计算加热功率，实现了热源随气体密度的动态加载，模拟了不同流强和不同入口速度条件下靶室内气流流动规律，结果表明，随着流强增加，加热功率逐渐升高，加热区密度迅速下降，同时提高靶室入口速度能够增强散热能力，减小因束流加热引起的密度下降效应。最后对气体靶产生中子的整体性能进行了评估，计算了不同流强下的中子产额及其能谱分布，当流强为10 mA时，气体靶的中子产额可以达到5.2×1012 n/s。
2026, 38: 024002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250164
摘要:
针对应用于硼中子俘获治疗的加速器中子源的束流偏转问题，为其低能束流传输线部分设计了一套斩束器，通过理论计算与软件模拟，验证方案的可行性。为了解决斩波器电场强度不均匀问题，引入圆弧电极设计结构，微波工作室（CST Studio Suite）模拟仿真表明其具有更好的电场分布均匀性。发展了基于Python程序的CST与TraceWin联合束流动力学模拟，结果表明设计的斩波器能够高效率地实现束流偏转功能，设计方案具有良好的实际应用价值和意义。
针对应用于硼中子俘获治疗的加速器中子源的束流偏转问题，为其低能束流传输线部分设计了一套斩束器，通过理论计算与软件模拟，验证方案的可行性。为了解决斩波器电场强度不均匀问题，引入圆弧电极设计结构，微波工作室（CST Studio Suite）模拟仿真表明其具有更好的电场分布均匀性。发展了基于Python程序的CST与TraceWin联合束流动力学模拟，结果表明设计的斩波器能够高效率地实现束流偏转功能，设计方案具有良好的实际应用价值和意义。
2026, 38: 024003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250018
摘要:
提出一种结合多相时钟与延迟链插值的多通道FPGA-TDC结构，以降低工作频率、提升线性度并减少资源消耗，同时保持高分辨率。设计采用两级插值结构，利用多相时钟与延迟链构建细时间单元，从而减小延迟非线性积累并缩小编码器规模。系统在Xilinx ZYNQ-7035平台实现，并在0～16000 ps范围内进行测试。实验结果表明，所设计的TDC系统分辨率优于4 ps，微分非线性在−1～+7 LSB之间，积分非线性在−2 LSB至+14 LSB之间。与传统结构相比，该方案在同频率下延迟链长度成倍缩短，在相同链长下频率更低。所提两级插值结构在提升分辨率和线性度的同时显著节省逻辑资源，具备良好的应用潜力。
提出一种结合多相时钟与延迟链插值的多通道FPGA-TDC结构，以降低工作频率、提升线性度并减少资源消耗，同时保持高分辨率。设计采用两级插值结构，利用多相时钟与延迟链构建细时间单元，从而减小延迟非线性积累并缩小编码器规模。系统在Xilinx ZYNQ-7035平台实现，并在0～
2026, 38: 025001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250181
摘要:
纳秒脉冲下SF6中的沿面闪络涉及的物理过程复杂，如何准确预测该环境下的绝缘介质沿面闪络电压是高压脉冲功率设备设计与绝缘可靠性评估的关键挑战。与传统工频或直流电压相比，纳秒脉冲极短的上升时间和高幅值导致空间电荷效应显著、放电发展机制迥异，使得基于经典理论的预测模型面临严峻挑战。近年来，随着计算机算力的飞速提升和人工智能算法的突破性进展，基于数据驱动的机器学习方法在解决复杂非线性绝缘问题中展现出了巨大潜力。针对纳秒脉冲下这一特定难题，选取了支持向量机、多层感知机、随机森林和极端梯度提升树等四种算法对15～500 mm多尺度距离范围内不同实验条件下的闪络电压数据进行了训练和预测，其预测结果的ROC 曲线下面积（AUC）值均在0.9以上，表现最优的是支持向量机算法。同时，为了验证预测模型的准确性，选取表现较为优异的支持向量机模型对另选取的100 mm距离数据进行了预测，AUC值达到0.99，这表明预测准确率高，可以认为模型具备较强的泛化性，从而验证了不同实验条件下基于数据驱动的SF6中闪络电压预测方法的可行性。
纳秒脉冲下SF6中的沿面闪络涉及的物理过程复杂，如何准确预测该环境下的绝缘介质沿面闪络电压是高压脉冲功率设备设计与绝缘可靠性评估的关键挑战。与传统工频或直流电压相比，纳秒脉冲极短的上升时间和高幅值导致空间电荷效应显著、放电发展机制迥异，使得基于经典理论的预测模型面临严峻挑战。近年来，随着计算机算力的飞速提升和人工智能算法的突破性进展，基于数据驱动的机器学习方法在解决复杂非线性绝缘问题中展现出了巨大潜力。针对纳秒脉冲下这一特定难题，选取了支持向量机、多层感知机、随机森林和极端梯度提升树等四种算法对15～500 mm多尺度距离范围内不同实验条件下的闪络电压数据进行了训练和预测，其预测结果的ROC 曲线下面积（AUC）值均在0.9以上，表现最优的是支持向量机算法。同时，为了验证预测模型的准确性，选取表现较为优异的支持向量机模型对另选取的100 mm距离数据进行了预测，AUC值达到0.99，这表明预测准确率高，可以认为模型具备较强的泛化性，从而验证了不同实验条件下基于数据驱动的SF6中闪络电压预测方法的可行性。
2026, 38: 025002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250184
摘要:
双极性电磁脉冲发生器无法通过外置机械调节结构的方式对输出开关间隙进行调节。为解决其开关间隙调节难题，以绝缘气体为介质，气缸为执行器，间隙轨迹规划方法和单环PIDA控制器相结合为控制算法，提出了一种开关电极间隙气动调节方法，该气动调节方法可以更好地适应高压绝缘环境要求，替代人工调节和电动方式，实现开关间隙的实时精确控制。经仿真验证，在间隙传感器测量精度0.1 mm的精度下，开关间隙的调节误差小于0.5 mm，这对双极性等电磁脉冲模拟装置的工程化实现具有重要意义。
双极性电磁脉冲发生器无法通过外置机械调节结构的方式对输出开关间隙进行调节。为解决其开关间隙调节难题，以绝缘气体为介质，气缸为执行器，间隙轨迹规划方法和单环PIDA控制器相结合为控制算法，提出了一种开关电极间隙气动调节方法，该气动调节方法可以更好地适应高压绝缘环境要求，替代人工调节和电动方式，实现开关间隙的实时精确控制。经仿真验证，在间隙传感器测量精度0.1 mm的精度下，开关间隙的调节误差小于0.5 mm，这对双极性等电磁脉冲模拟装置的工程化实现具有重要意义。
2026, 38: 025003.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250155
摘要:
偏压电源是高压电子束焊机电源系统的重要部件之一，根据电子束焊机电源系统的技术要求，研制了一套输出直流电压−100 V～−2 kV可调，全电压范围内纹波小于等于0.1%，电压稳定性优于0.1%，输出电流大于3 mA的偏压电源，分别给出了该电源在电阻负载和高压电子枪负载下的实验结果。设计上采用吸收、保护等方法，解决了电子枪负载打火损坏偏压电源问题，成功将偏压电源串接在高压电源回路中，通过回采偏压电源回路中工作电流的大小来改变偏压电源输出电压（偏压杯电压），偏压杯电压根据束流大小进行自适应调节，实现了工作束流实时快速跟随和精细调控。成功应用于−150 kV/33 mA高压电子束焊机，使高压电子束焊机的束流纹波达到±0.19%，束流稳定性优于±5 μA、束流可重现性达到±0.04%，满足了总体指标要求。
偏压电源是高压电子束焊机电源系统的重要部件之一，根据电子束焊机电源系统的技术要求，研制了一套输出直流电压−100 V～−2 kV可调，全电压范围内纹波小于等于0.1%，电压稳定性优于0.1%，输出电流大于3 mA的偏压电源，分别给出了该电源在电阻负载和高压电子枪负载下的实验结果。设计上采用吸收、保护等方法，解决了电子枪负载打火损坏偏压电源问题，成功将偏压电源串接在高压电源回路中，通过回采偏压电源回路中工作电流的大小来改变偏压电源输出电压（偏压杯电压），偏压杯电压根据束流大小进行自适应调节，实现了工作束流实时快速跟随和精细调控。成功应用于−150 kV/33 mA高压电子束焊机，使高压电子束焊机的束流纹波达到±0.19%，束流稳定性优于±5 μA、束流可重现性达到±0.04%，满足了总体指标要求。
2026, 38: 026001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250238
摘要:
为精确模拟高温球床堆内数万计燃料颗粒的气固两相耦合传热过程，并克服传统CFD-DEM方法因网格粗大导致的精度不足及全解析方法计算成本过高的问题，提出了一种适用于精细流体网格的半解析函数模型。该模型通过引入高斯核函数，对颗粒周围物理属性进行平滑与加权平均，从而实现在亚网格尺度下对颗粒所受流体作用力的精确计算。沃罗单元体分析表明，无量纲扩散时间的最优取值为0.6。超过此值会导致核函数影响域过度扩展，致使空间分布过度平滑而难以捕捉球床局部特征。在HTR-10球床堆的耦合传热仿真中，采用该模型计算得到的温度场分布与经验模型高度吻合。结果表明，本模型能够准确捕获颗粒间的相间作用力，为高温气冷堆热工流体仿真提供了一个兼具精度与效率的解决方案。
为精确模拟高温球床堆内数万计燃料颗粒的气固两相耦合传热过程，并克服传统CFD-DEM方法因网格粗大导致的精度不足及全解析方法计算成本过高的问题，提出了一种适用于精细流体网格的半解析函数模型。该模型通过引入高斯核函数，对颗粒周围物理属性进行平滑与加权平均，从而实现在亚网格尺度下对颗粒所受流体作用力的精确计算。沃罗单元体分析表明，无量纲扩散时间的最优取值为0.6。超过此值会导致核函数影响域过度扩展，致使空间分布过度平滑而难以捕捉球床局部特征。在HTR-10球床堆的耦合传热仿真中，采用该模型计算得到的温度场分布与经验模型高度吻合。结果表明，本模型能够准确捕获颗粒间的相间作用力，为高温气冷堆热工流体仿真提供了一个兼具精度与效率的解决方案。
2026, 38: 026002.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250239
摘要:
便携式α关联DT中子发生器在核物理实验、国土安全、核保障核查等领域有广泛应用价值。为检验某国产紧凑型便携式α关联DT中子发生器的关联中子分布参数性能，建立了关联中子分布参数测量装置，包括小型液闪探测器、精密位移装置和数字化符合测量仪；测量了两支中子发生器的关联中子区域范围以及对应立体角系数等数据。两支中子发生器的关联中子分布区域有一定差异，其关联区域面积相差约15%。此研究可为紧凑型便携式中子发生器的设计验证和出厂测试提供技术支持，也可为用户工程应用提供数据参考。
便携式α关联DT中子发生器在核物理实验、国土安全、核保障核查等领域有广泛应用价值。为检验某国产紧凑型便携式α关联DT中子发生器的关联中子分布参数性能，建立了关联中子分布参数测量装置，包括小型液闪探测器、精密位移装置和数字化符合测量仪；测量了两支中子发生器的关联中子区域范围以及对应立体角系数等数据。两支中子发生器的关联中子分布区域有一定差异，其关联区域面积相差约15%。此研究可为紧凑型便携式中子发生器的设计验证和出厂测试提供技术支持，也可为用户工程应用提供数据参考。
2026, 38: 029001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250250
摘要:
复杂环境下，应用阵列测向系统进行DOA估计时，难以实现小样本、混叠色噪声且入射信号存在相干性情况下的DOA估计。面向窄带信号DOA估计需求，采用协方差矩阵收缩估计改善其小样本情况下的协方差估计效果，再应用协方差差分法对收缩后的协方差矩阵进行处理，以抑制色噪声和信号相干性，最后应用MUSIC算法进行DOA估计，提出一种小样本、混叠色噪声且入射信号存在相干性情况下的DOA估计方法。通过仿真实验验证了算法的有效性，为解决复杂环境下的DOA估计问题提供一种有效方案。
复杂环境下，应用阵列测向系统进行DOA估计时，难以实现小样本、混叠色噪声且入射信号存在相干性情况下的DOA估计。面向窄带信号DOA估计需求，采用协方差矩阵收缩估计改善其小样本情况下的协方差估计效果，再应用协方差差分法对收缩后的协方差矩阵进行处理，以抑制色噪声和信号相干性，最后应用MUSIC算法进行DOA估计，提出一种小样本、混叠色噪声且入射信号存在相干性情况下的DOA估计方法。通过仿真实验验证了算法的有效性，为解决复杂环境下的DOA估计问题提供一种有效方案。
2026, 38: 021004.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250070
摘要:
提出了一种基于分数阶涡旋光束的纳米粒子三维操控方法。通过建立分数阶涡旋光束的矢量衍射模型，揭示了拓扑系数与光场相位奇异性之间的映射关系。数值模拟结果表明，分数阶涡旋光束的焦场可视为整数阶模式的相干叠加，且其权重分布呈现显著的非对称特性。此外，还建立了基于分数阶涡旋光束捕获纳米粒子的光力模型。研究表明，通过调节分数阶涡旋光束的拓扑系数，可以实现对球形纳米粒子的精确操控。粒子在横向平面上的捕获位置与拓扑系数之间呈线性依赖关系。与传统的整数阶光束相比，该方法通过连续调节拓扑系数，实现了横向捕获位置的精确连续调控。理论计算与Langevin动力学模拟的结果进一步验证了该技术在三维空间内能够实现纳米粒子的多自由度协同操控。
提出了一种基于分数阶涡旋光束的纳米粒子三维操控方法。通过建立分数阶涡旋光束的矢量衍射模型，揭示了拓扑系数与光场相位奇异性之间的映射关系。数值模拟结果表明，分数阶涡旋光束的焦场可视为整数阶模式的相干叠加，且其权重分布呈现显著的非对称特性。此外，还建立了基于分数阶涡旋光束捕获纳米粒子的光力模型。研究表明，通过调节分数阶涡旋光束的拓扑系数，可以实现对球形纳米粒子的精确操控。粒子在横向平面上的捕获位置与拓扑系数之间呈线性依赖关系。与传统的整数阶光束相比，该方法通过连续调节拓扑系数，实现了横向捕获位置的精确连续调控。理论计算与Langevin动力学模拟的结果进一步验证了该技术在三维空间内能够实现纳米粒子的多自由度协同操控。
2026, 38: 022001.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250325
摘要:
双轴VISAR诊断技术能够同时诊断靶丸不同区域的冲击波速度历程，对内爆冲击波加载过程的含时不对称性进行原位表征，是惯性约束聚变实验研究中的重要诊断技术。神光十万焦耳装置综合内爆实验通常采用直径约为850 µm的靶丸，更小的靶丸尺寸为双轴VISAR诊断技术建立带来更高的挑战。面向十万焦耳激光装置所使用的小尺寸靶丸开展双轴诊断技术研究，建立了成像仿真模型，基于该模型对三类典型的影响因素进行细致分析并指导靶丸设计。结合模拟分析及优化设计结果，基于小靶丸腔靶结构建立了双轴VISAR诊断技术，并诊断获得赤道及极区的冲击波速度历程，完成不同驱动方式下的冲击波加载对称性对比。通过本文研究，基于模拟仿真及优化设计解决了双轴VISAR诊断技术难题，通过实验对冲击波加载对称性原位表征技术进行了验证，为后续腔型结构及驱动波形优化设计奠定了诊断基础。
双轴VISAR诊断技术能够同时诊断靶丸不同区域的冲击波速度历程，对内爆冲击波加载过程的含时不对称性进行原位表征，是惯性约束聚变实验研究中的重要诊断技术。神光十万焦耳装置综合内爆实验通常采用直径约为850 µm的靶丸，更小的靶丸尺寸为双轴VISAR诊断技术建立带来更高的挑战。面向十万焦耳激光装置所使用的小尺寸靶丸开展双轴诊断技术研究，建立了成像仿真模型，基于该模型对三类典型的影响因素进行细致分析并指导靶丸设计。结合模拟分析及优化设计结果，基于小靶丸腔靶结构建立了双轴VISAR诊断技术，并诊断获得赤道及极区的冲击波速度历程，完成不同驱动方式下的冲击波加载对称性对比。通过本文研究，基于模拟仿真及优化设计解决了双轴VISAR诊断技术难题，通过实验对冲击波加载对称性原位表征技术进行了验证，为后续腔型结构及驱动波形优化设计奠定了诊断基础。
2026, 38: 023006.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250123
摘要:
旋磁非线性传输线因其独特的小型化结构、实时频率调谐能力及宽谱微波输出特性，在小型固态化高功率微波源方向展现出重要应用价值。通过理论推导获得GNLTL等效电路中的孤子解析表达式，并基于电路仿真构建旋磁非线性传输线的等效电路模型，系统研究关键电路参数对输出特性的影响机制。研究发现：非线性电感的饱和电流和初始电感对电路的非线性特性具有决定性影响。当饱和电流和初始电感取值较小时，输出脉冲出现前沿不完全陡化，且脉冲前沿加载有振荡波形；此时，若饱和电流和初始电感增大，输出脉冲的前沿陡化程度得到提升，即饱和电流和初始电感与电路的非线性正相关。此外，等效电路的非线性增强会导致输出频率的降低。饱和电流、饱和电感、初始电感及每级电容与输出微波频率负相关。该研究可以为旋磁非线性传输线的设计分析提供参考。
旋磁非线性传输线因其独特的小型化结构、实时频率调谐能力及宽谱微波输出特性，在小型固态化高功率微波源方向展现出重要应用价值。通过理论推导获得GNLTL等效电路中的孤子解析表达式，并基于电路仿真构建旋磁非线性传输线的等效电路模型，系统研究关键电路参数对输出特性的影响机制。研究发现：非线性电感的饱和电流和初始电感对电路的非线性特性具有决定性影响。当饱和电流和初始电感取值较小时，输出脉冲出现前沿不完全陡化，且脉冲前沿加载有振荡波形；此时，若饱和电流和初始电感增大，输出脉冲的前沿陡化程度得到提升，即饱和电流和初始电感与电路的非线性正相关。此外，等效电路的非线性增强会导致输出频率的降低。饱和电流、饱和电感、初始电感及每级电容与输出微波频率负相关。该研究可以为旋磁非线性传输线的设计分析提供参考。
2026, 38: 024004.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250318
摘要:
C波段光阴极微波电子枪是南方先进光源自由电子激光加速器的关键设备。针对电子枪在高功率运行下，因腔体内表面微波电磁损耗引起温升，进而导致腔体结构受热形变和谐振频率漂移的问题，通过多物理场耦合分析方法探究其内在机理，基于COMSOL Multiphysics®仿真平台构建电磁-热-结构耦合模型，首先通过高频电磁场仿真，得到真空腔体5.712 GHz的设计谐振频率；继而通过计算腔壁的电磁损耗功率密度建立等效边界热源模型，结合电子枪外部机械结构及冷却管路模型，采用流-固耦合方法得到真空腔体表面不均匀的温度分布；最终通过固体力学接口计算腔体几何形变分布，并使用此形变分布作为二次高频仿真的初始条件得到频率漂移结果。实现了电磁场、温度场与结构场的多物理场耦合建模，完整揭示了微波功率加载导致腔体谐振频率漂移的传递路径。该方法有效克服了传统单物理场分析在耦合效应表征方面的不足，为高精度微波腔体热-力耦合设计提供了有效的数值分析框架。
C波段光阴极微波电子枪是南方先进光源自由电子激光加速器的关键设备。针对电子枪在高功率运行下，因腔体内表面微波电磁损耗引起温升，进而导致腔体结构受热形变和谐振频率漂移的问题，通过多物理场耦合分析方法探究其内在机理，基于COMSOL Multiphysics®仿真平台构建电磁-热-结构耦合模型，首先通过高频电磁场仿真，得到真空腔体5.712 GHz的设计谐振频率；继而通过计算腔壁的电磁损耗功率密度建立等效边界热源模型，结合电子枪外部机械结构及冷却管路模型，采用流-固耦合方法得到真空腔体表面不均匀的温度分布；最终通过固体力学接口计算腔体几何形变分布，并使用此形变分布作为二次高频仿真的初始条件得到频率漂移结果。实现了电磁场、温度场与结构场的多物理场耦合建模，完整揭示了微波功率加载导致腔体谐振频率漂移的传递路径。该方法有效克服了传统单物理场分析在耦合效应表征方面的不足，为高精度微波腔体热-力耦合设计提供了有效的数值分析框架。
2026, 38: 024005.
doi: 10.11884/HPLPB202638.250112
摘要:
通过理论建模与数值模拟相结合，系统探究了在低能超导质子直线加速器内，加速过程中聚焦参数动态演化对空间电荷主导型包络不稳定性的影响机制，揭示了低能段双周期聚焦结构与束晕产生的内在关联。基于Vlasov-Poisson方程二阶偶模展开，构建了理论模型，设计零流强周期相移（σ0）局部突破90°的多种演化方案，全面探究了不同聚焦方案下，局部突破90°对束流品质的影响，并用多粒子模拟软件对低能、归一化均方根发射度0.2～0.4 π·mm·mrad的质子束进行了多粒子模拟验证；针对双周期聚焦结构特征，设计了相应的聚焦结构与束流匹配方案，通过粒子-束核模型对比分析了准周期与双周期结构的束晕形成机制差异，定量分析了纵向包络对横向束晕的耦合作用。研究结果表明，当空间电荷效应较弱（对应于较高的调谐因子η，η=带电流周期相移σ/零流强周期相移σ0）时，σ0可突破90°而不导致束流品质恶化；反之，当空间电荷效应较强（低η值）时，σ0的突破会激发共振并导致束流发射度显著增长，且这一效应在双组合四极透镜聚焦结构中尤为显著。二维/三维模型均证实，即便每个聚焦单元的σ0＜90°，双周期结构仍会引发束流包络的不稳定性。二维模型研究结果显示，相较于准周期结构，双周期结构更易产生束晕现象，其中2∶1共振仍是束晕形成的主要原因。采用三维模型进一步研究纵向因素的影响时发现，三维束团纵向尺寸的变化会显著改变束核电荷密度分布，这一现象成为束晕形成的新机制。此外，高阶共振也在很大程度上促进了束晕的形成。研究还揭示了小周期结构数（N）与共振概率呈负相关关系。
通过理论建模与数值模拟相结合，系统探究了在低能超导质子直线加速器内，加速过程中聚焦参数动态演化对空间电荷主导型包络不稳定性的影响机制，揭示了低能段双周期聚焦结构与束晕产生的内在关联。基于Vlasov-Poisson方程二阶偶模展开，构建了理论模型，设计零流强周期相移（σ0）局部突破90°的多种演化方案，全面探究了不同聚焦方案下，局部突破90°对束流品质的影响，并用多粒子模拟软件对低能、归一化均方根发射度0.2～0.4 π·mm·mrad的质子束进行了多粒子模拟验证；针对双周期聚焦结构特征，设计了相应的聚焦结构与束流匹配方案，通过粒子-束核模型对比分析了准周期与双周期结构的束晕形成机制差异，定量分析了纵向包络对横向束晕的耦合作用。研究结果表明，当空间电荷效应较弱（对应于较高的调谐因子η，η=带电流周期相移σ/零流强周期相移σ0）时，σ0可突破90°而不导致束流品质恶化；反之，当空间电荷效应较强（低η值）时，σ0的突破会激发共振并导致束流发射度显著增长，且这一效应在双组合四极透镜聚焦结构中尤为显著。二维/三维模型均证实，即便每个聚焦单元的σ0＜90°，双周期结构仍会引发束流包络的不稳定性。二维模型研究结果显示，相较于准周期结构，双周期结构更易产生束晕现象，其中2∶1共振仍是束晕形成的主要原因。采用三维模型进一步研究纵向因素的影响时发现，三维束团纵向尺寸的变化会显著改变束核电荷密度分布，这一现象成为束晕形成的新机制。此外，高阶共振也在很大程度上促进了束晕的形成。研究还揭示了小周期结构数（N）与共振概率呈负相关关系。
