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2024, 36: 084001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240071
2024, 36: 082001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240098
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240177
摘要:
针对多设备叠加系统级电磁兼容性问题，提出了一种基于神经网络反向模型的复杂系统电磁干扰预测新方法。首先实测单设备电场辐射发射数据，通过噪声源辐射发射等效性原理仿真多设备叠加的系统级电场辐射发射，获取训练样本集。选择各设备辐射场强、频率、坐标为输入参数，以系统级电场辐射发射为输出参数，建立基于Levenberg-Marquardt （LM）算法的三层逆向传播（BP）神经网络的反向模型，将神经网络的输入、输出反向，寻找验证误差最小的备选神经网络作为最终的神经网络，并结合试位法和共轭梯度法等数值求解算法计算神经网络输出。结果表明，该模型仿真的验证误差较传统三层LM-BP神经网络改善明显，其中采用共轭梯度法求解的神经网络反向模型将验证误差由0.4159%减小到了0.0997%。该方法不仅不依赖于复杂的神经网络结构，且在有限的训练数据规模下提高了模型精度，为舰船、卫星、飞机等电子信息平台的电磁兼容性评估提供了一种新的高效解决途径。
针对多设备叠加系统级电磁兼容性问题，提出了一种基于神经网络反向模型的复杂系统电磁干扰预测新方法。首先实测单设备电场辐射发射数据，通过噪声源辐射发射等效性原理仿真多设备叠加的系统级电场辐射发射，获取训练样本集。选择各设备辐射场强、频率、坐标为输入参数，以系统级电场辐射发射为输出参数，建立基于Levenberg-Marquardt （LM）算法的三层逆向传播（BP）神经网络的反向模型，将神经网络的输入、输出反向，寻找验证误差最小的备选神经网络作为最终的神经网络，并结合试位法和共轭梯度法等数值求解算法计算神经网络输出。结果表明，该模型仿真的验证误差较传统三层LM-BP神经网络改善明显，其中采用共轭梯度法求解的神经网络反向模型将验证误差由0.4159%减小到了0.0997%。该方法不仅不依赖于复杂的神经网络结构，且在有限的训练数据规模下提高了模型精度，为舰船、卫星、飞机等电子信息平台的电磁兼容性评估提供了一种新的高效解决途径。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240117
摘要:
高分辨率通用型三维多粒子输运蒙特卡罗软件JMCT已升级到3.0版本，相比2.0版本，3.0新增了13项功能，改进发展了8种算法，通过低层JCOGIN框架的优化，计算效率提高30%～600%以上。JMCT能够模拟任意复杂几何系统的中子/光子/电子/质子/分子/光辐射/大气输运问题，支持数十万核的多级并行，已广泛用于辐射屏蔽、反应堆临界安全分析、核探测及核医学等领域。JMCT开发了质子、低能光子/电子及分子模拟功能，通过基准检验，验证了算法的正确有效性。新功能主要用于图像诊断、闪光照相、光辐射及大气输运的模拟。
高分辨率通用型三维多粒子输运蒙特卡罗软件JMCT已升级到3.0版本，相比2.0版本，3.0新增了13项功能，改进发展了8种算法，通过低层JCOGIN框架的优化，计算效率提高30%～600%以上。JMCT能够模拟任意复杂几何系统的中子/光子/电子/质子/分子/光辐射/大气输运问题，支持数十万核的多级并行，已广泛用于辐射屏蔽、反应堆临界安全分析、核探测及核医学等领域。JMCT开发了质子、低能光子/电子及分子模拟功能，通过基准检验，验证了算法的正确有效性。新功能主要用于图像诊断、闪光照相、光辐射及大气输运的模拟。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240120
摘要:
近年来，采用新一代半导体开关替代传统气体或真空开关是脉冲功率系统的一种重要发展趋势。为了给脉冲功率半导体器件领域的技术发展提供参考，简要介绍了压控型脉冲功率半导体器件技术的发展历程，总结了MOS栅控晶闸管（MCT）在器件设计、工艺和可靠性等方面的研究进展，同时通过比较MCT与一般商业IGBT器件，阐述了MCT相比于其他功率脉冲半导体器件的优劣情况，并结合典型应用场景展示了MCT器件的优势，对压控型脉冲功率半导体器件的发展趋势进行了简要分析。
近年来，采用新一代半导体开关替代传统气体或真空开关是脉冲功率系统的一种重要发展趋势。为了给脉冲功率半导体器件领域的技术发展提供参考，简要介绍了压控型脉冲功率半导体器件技术的发展历程，总结了MOS栅控晶闸管（MCT）在器件设计、工艺和可靠性等方面的研究进展，同时通过比较MCT与一般商业IGBT器件，阐述了MCT相比于其他功率脉冲半导体器件的优劣情况，并结合典型应用场景展示了MCT器件的优势，对压控型脉冲功率半导体器件的发展趋势进行了简要分析。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240145
摘要:
随着高功率微波源频率的提升，腔体尺寸会随着电磁波波长的缩短而减小，从而导致器件功率容量不足，增大了射频击穿、脉冲缩短的风险。为了提升高频器件的功率容量，提出了一种基于TM03模式的低表面场强V波段同轴渡越时间振荡器，通过引入TM03模式的方式在极高频下拓宽腔体的横向尺寸，从而降低表面场强，提升功率容量。为了激励TM03模式并使之成为器件主要工作模式，计算了束波互作用结构的色散曲线及耦合阻抗，通过腔体设计使TM03模式的相速度与电子速度同步并发生换能，从而获得较低的群速度以及较高的耦合阻抗，最终成功在慢波结构中建立起了TM03模式电磁场。随后的粒子模拟仿真表明，在二极管电压400 kV、电流5 kA的条件下，输出微波功率达440 MW，频率为62.25 GHz，转换效率为22%，最大表面场强为1.6 MV/cm。
随着高功率微波源频率的提升，腔体尺寸会随着电磁波波长的缩短而减小，从而导致器件功率容量不足，增大了射频击穿、脉冲缩短的风险。为了提升高频器件的功率容量，提出了一种基于TM03模式的低表面场强V波段同轴渡越时间振荡器，通过引入TM03模式的方式在极高频下拓宽腔体的横向尺寸，从而降低表面场强，提升功率容量。为了激励TM03模式并使之成为器件主要工作模式，计算了束波互作用结构的色散曲线及耦合阻抗，通过腔体设计使TM03模式的相速度与电子速度同步并发生换能，从而获得较低的群速度以及较高的耦合阻抗，最终成功在慢波结构中建立起了TM03模式电磁场。随后的粒子模拟仿真表明，在二极管电压400 kV、电流5 kA的条件下，输出微波功率达440 MW，频率为62.25 GHz，转换效率为22%，最大表面场强为1.6 MV/cm。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230403
摘要:
为提高用于医用同位素211At生产的金属Bi靶在高束流功率作用下的可靠性与使役寿命，对多种束流均匀化方法进行了模拟与对比，利用计算流体力学（CFD）方法模拟分析了在wobbler磁铁作用下强度为500 eμA的α束流轰击Bi靶产生的热效应，为靶系统的设计和寿命的延长提供了关键技术支撑。结果表明，通过扫描实现束流均匀化可大幅降低靶上的最大热功率密度；在靶前采用wobbler磁铁对束流进行周期性圆扫描可有效降低Bi靶的表面温度。当扫描频率为50 Hz时，Bi靶最高温度为189.8 ℃，低于其熔点（271.3 ℃），能够满足Bi靶在此高功率束流照射下安全运行的温度要求。
为提高用于医用同位素211At生产的金属Bi靶在高束流功率作用下的可靠性与使役寿命，对多种束流均匀化方法进行了模拟与对比，利用计算流体力学（CFD）方法模拟分析了在wobbler磁铁作用下强度为500 eμA的α束流轰击Bi靶产生的热效应，为靶系统的设计和寿命的延长提供了关键技术支撑。结果表明，通过扫描实现束流均匀化可大幅降低靶上的最大热功率密度；在靶前采用wobbler磁铁对束流进行周期性圆扫描可有效降低Bi靶的表面温度。当扫描频率为50 Hz时，Bi靶最高温度为189.8 ℃，低于其熔点（271.3 ℃），能够满足Bi靶在此高功率束流照射下安全运行的温度要求。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240099
摘要:
设计了基于双峰滤波的掺铒全光纤激光模型，开展异步双波长脉冲锁模动力学特性的数值模拟研究。基于同一噪声作为初始条件，分别将增益光纤饱和能量设置为15、40、55 pJ，模拟结果表明噪声最终分别演化成为单波长脉冲锁模、异步双波长脉冲锁模、孤子分子形式的异步双波长脉冲锁模，其中异步双波长脉冲生成的演化过程经历噪声脉冲、多脉冲锁模与增益竞争、稳定的异步双波长脉冲锁模3个阶段；增益光纤饱和能量的大小直接决定脉冲在增益竞争中的演化方向。脉冲碰撞过程中互相位调制作用引起的脉冲频率移动，导致时域脉冲时间抖动。
设计了基于双峰滤波的掺铒全光纤激光模型，开展异步双波长脉冲锁模动力学特性的数值模拟研究。基于同一噪声作为初始条件，分别将增益光纤饱和能量设置为15、40、55 pJ，模拟结果表明噪声最终分别演化成为单波长脉冲锁模、异步双波长脉冲锁模、孤子分子形式的异步双波长脉冲锁模，其中异步双波长脉冲生成的演化过程经历噪声脉冲、多脉冲锁模与增益竞争、稳定的异步双波长脉冲锁模3个阶段；增益光纤饱和能量的大小直接决定脉冲在增益竞争中的演化方向。脉冲碰撞过程中互相位调制作用引起的脉冲频率移动，导致时域脉冲时间抖动。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240143
摘要:
水中流注放电为击穿前放电通道起始与发展的关键过程，但由于涉及物理机制较为复杂且尚不明确，制约了水中放电应用效率的提升。探究了水中正极性丝状流注放电的模式转化特性、重燃特性与分叉特性，明确了通道界面沉积电荷与空间电荷分布对流注发展过程的影响。研究结果表明，水中正极性放电可分为第一类与第二类丝状流注，流注模式转化特性受气液界面电荷弛豫过程影响较大。当外施电压达到加速电压时，第一类流注迅速转化为第二类流注。第一类丝状流注通道内电离形成、熄灭及重燃过程与通道内部电场及气/液界面电荷密度关系密切。第二类丝状流注通道空间电荷分布受电压上升沿与电极表面结构影响较大。电压上升沿时间越长，主通道头部电荷密度与电场强度越低，通道发展速度随之降低。随电极表面微凸结构半径增大，流注分叉点位置将电极表面过渡为主通道根部。受主通道空间电荷分布影响，分支通道发展速度在微凸结构半径为5 μm时呈现先降后升趋势。
水中流注放电为击穿前放电通道起始与发展的关键过程，但由于涉及物理机制较为复杂且尚不明确，制约了水中放电应用效率的提升。探究了水中正极性丝状流注放电的模式转化特性、重燃特性与分叉特性，明确了通道界面沉积电荷与空间电荷分布对流注发展过程的影响。研究结果表明，水中正极性放电可分为第一类与第二类丝状流注，流注模式转化特性受气液界面电荷弛豫过程影响较大。当外施电压达到加速电压时，第一类流注迅速转化为第二类流注。第一类丝状流注通道内电离形成、熄灭及重燃过程与通道内部电场及气/液界面电荷密度关系密切。第二类丝状流注通道空间电荷分布受电压上升沿与电极表面结构影响较大。电压上升沿时间越长，主通道头部电荷密度与电场强度越低，通道发展速度随之降低。随电极表面微凸结构半径增大，流注分叉点位置将电极表面过渡为主通道根部。受主通道空间电荷分布影响，分支通道发展速度在微凸结构半径为5 μm时呈现先降后升趋势。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240152
摘要:
图像重建算法对编码孔伽马相机的成像性能有重要的影响，然而广泛使用的最大似然期望最大化（MLEM）算法无法在较强干扰背景下有效抑制图像中的噪声，当超过一定迭代次数后，图像信噪比会逐渐降低。本文针对MLEM算法的这一“病态性”问题开展了研究。首先将最大后验估计（MAP）算法应用于编码孔图像重建，接着分析了算法中Gibbs先验函数的邻域大小和权值系数等关键参数的选取方法。然后使用编码孔相机开展了成像实验，对比了MLEM算法与MAP算法对22Na点源的图像重建结果。结果表明，在300至1200次迭代下，MLEM重建图像中出现了明显的噪点，且随着迭代深入图像质量逐渐变差；而MAP重建图像没有出现明显噪点，重建图像的平均梯度相较于MLEM降低了26.45%至49.16%，对比度噪声比（CNR）提升了42.32%至351.07%。另外，对比了3×3和5×5邻域大小时的多点源图像重建结果，结果显示，邻域过小会导致重建图像的热点亮度降低，与理论分析结果一致。最后，分别对比了MLEM与MAP算法在较远距离和较强干扰两种场景下的成像结果，MAP算法均表现出更良好的信噪比性能。
图像重建算法对编码孔伽马相机的成像性能有重要的影响，然而广泛使用的最大似然期望最大化（MLEM）算法无法在较强干扰背景下有效抑制图像中的噪声，当超过一定迭代次数后，图像信噪比会逐渐降低。本文针对MLEM算法的这一“病态性”问题开展了研究。首先将最大后验估计（MAP）算法应用于编码孔图像重建，接着分析了算法中Gibbs先验函数的邻域大小和权值系数等关键参数的选取方法。然后使用编码孔相机开展了成像实验，对比了MLEM算法与MAP算法对22Na点源的图像重建结果。结果表明，在300至1200次迭代下，MLEM重建图像中出现了明显的噪点，且随着迭代深入图像质量逐渐变差；而MAP重建图像没有出现明显噪点，重建图像的平均梯度相较于MLEM降低了26.45%至49.16%，对比度噪声比（CNR）提升了42.32%至351.07%。另外，对比了3×3和5×5邻域大小时的多点源图像重建结果，结果显示，邻域过小会导致重建图像的热点亮度降低，与理论分析结果一致。最后，分别对比了MLEM与MAP算法在较远距离和较强干扰两种场景下的成像结果，MAP算法均表现出更良好的信噪比性能。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240128
摘要:
为解决传统显微成像技术难以获取无色透明样本结构和厚度的问题，设计了一款小型透明样本3维重建系统。该系统通过对透明样本进行相位恢复，实现3维重建。系统的设计突破了传统光学结构，只需输入携带样本信息的光线，经过分光棱镜分成两路，终由双目相机捕获。系统使用3D打印制作，尺寸仅为110 mm×110 mm×60 mm，成本低廉，并可与传统显微成像设备配合使用。系统内置自动对焦和视场配准算法，只需采集1张过焦和1张欠焦图像，通过求解光强传输方程便可进行相位恢复，从而实现透明样本的3维重建。测试结果显示，10倍物镜下系统的成像分辨率可达2.46 μm，同时相位恢复精确度也能达到基本要求。系统成功对血细胞和载玻片划痕进行了3维重建，证明了系统的可行性与实用性。
为解决传统显微成像技术难以获取无色透明样本结构和厚度的问题，设计了一款小型透明样本3维重建系统。该系统通过对透明样本进行相位恢复，实现3维重建。系统的设计突破了传统光学结构，只需输入携带样本信息的光线，经过分光棱镜分成两路，终由双目相机捕获。系统使用3D打印制作，尺寸仅为110 mm×110 mm×60 mm，成本低廉，并可与传统显微成像设备配合使用。系统内置自动对焦和视场配准算法，只需采集1张过焦和1张欠焦图像，通过求解光强传输方程便可进行相位恢复，从而实现透明样本的3维重建。测试结果显示，10倍物镜下系统的成像分辨率可达2.46 μm，同时相位恢复精确度也能达到基本要求。系统成功对血细胞和载玻片划痕进行了3维重建，证明了系统的可行性与实用性。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230386
摘要:
针对高能同步辐射光源需要进行大批量磁铁的中心引出标定，提出了一种基于三坐标测量机的磁铁机械中心标定方案，确定了编写自动测量程序的流程和方法,参与完成了加速器中多种类型磁铁的标定。对176块储存环六极铁的三坐标机测量数据进行分析，结果表明：每块磁铁进行两遍机械中心标定，获得准直基准点的标定重复性在0.01 mm之内；极缝间距离的实测值与设计值标准偏差均在0.015 mm之内；标定效率相较激光跟踪仪提高了2倍。这种借助三坐标测量机的磁铁标定方法可以提高标定精度，降低人力成本，提高工作效率，能为加速器工程中磁铁中心的引出标定工作提供参考，保证加速器装置的安装顺利，满足加速器准直测量的工程进度要求。
针对高能同步辐射光源需要进行大批量磁铁的中心引出标定，提出了一种基于三坐标测量机的磁铁机械中心标定方案，确定了编写自动测量程序的流程和方法,参与完成了加速器中多种类型磁铁的标定。对176块储存环六极铁的三坐标机测量数据进行分析，结果表明：每块磁铁进行两遍机械中心标定，获得准直基准点的标定重复性在0.01 mm之内；极缝间距离的实测值与设计值标准偏差均在0.015 mm之内；标定效率相较激光跟踪仪提高了2倍。这种借助三坐标测量机的磁铁标定方法可以提高标定精度，降低人力成本，提高工作效率，能为加速器工程中磁铁中心的引出标定工作提供参考，保证加速器装置的安装顺利，满足加速器准直测量的工程进度要求。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240123
摘要:
为提高线圈发射器的发射速度及能量利用率，研究了磁阻型电磁线圈发射器不同放电电路结构对发射性能的影响。对晶闸管式（SCR)、半桥式、阻容（RCD）吸收式、Boost-Buck式四种不同结构放电电路进行分析，使用有限元方法研究了四种电路对发射性能的影响。结果表明，相同条件下，相比SCR式电路，三种可关断电路中，Boost-Buck式电路下电枢出口速度提升最少，为78.77%；RCD式电路下系统能量利用率提升最少，为220.66%。可关断电路中电流的衰减速率会影响电枢的加速度，存在最优电流衰减速率曲线；单级可关断电路中出口速度与系统能量利用率搭配最均衡的为半桥式放电电路；Boost-Buck式放电电路更具灵活性，更适合应用于多级线圈发射器中。
为提高线圈发射器的发射速度及能量利用率，研究了磁阻型电磁线圈发射器不同放电电路结构对发射性能的影响。对晶闸管式（SCR)、半桥式、阻容（RCD）吸收式、Boost-Buck式四种不同结构放电电路进行分析，使用有限元方法研究了四种电路对发射性能的影响。结果表明，相同条件下，相比SCR式电路，三种可关断电路中，Boost-Buck式电路下电枢出口速度提升最少，为78.77%；RCD式电路下系统能量利用率提升最少，为220.66%。可关断电路中电流的衰减速率会影响电枢的加速度，存在最优电流衰减速率曲线；单级可关断电路中出口速度与系统能量利用率搭配最均衡的为半桥式放电电路；Boost-Buck式放电电路更具灵活性，更适合应用于多级线圈发射器中。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230452
摘要:
在环形对撞机中等方位角间隔安装奇数个西伯利亚蛇是用来获得纵向极化束对撞的通常方案。根据超级陶粲工厂的特点，选取螺线管型西伯利亚蛇作为维持束流极化的装置。详细介绍了如何把粒子群优化算法与螺线管蛇去耦合和光学匹配问题相结合，对它进行快速优化设计，并对设计结果进行了展示。结果显示，基于粒子群算法的螺线管蛇优化设计有效且高效。
在环形对撞机中等方位角间隔安装奇数个西伯利亚蛇是用来获得纵向极化束对撞的通常方案。根据超级陶粲工厂的特点，选取螺线管型西伯利亚蛇作为维持束流极化的装置。详细介绍了如何把粒子群优化算法与螺线管蛇去耦合和光学匹配问题相结合，对它进行快速优化设计，并对设计结果进行了展示。结果显示，基于粒子群算法的螺线管蛇优化设计有效且高效。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230385
摘要:
高空电磁脉冲（HEMP）能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器，采用脉冲电流注入（PCI）的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明：双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因，且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响；高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同；高速比较器与时钟驱动器在不同的工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。
高空电磁脉冲（HEMP）能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器，采用脉冲电流注入（PCI）的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明：双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因，且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响；高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同；高速比较器与时钟驱动器在不同的工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240072
摘要:
为掌握雷达装备关键参数对虚警信号的影响规律，揭示虚警信号产生的本质原因，针对雷达装备在复杂电磁干扰中出现的多虚警信号问题，以某型步进频雷达为受试对象，理论阐明虚警干扰的作用机理和虚警目标的成像特征。理论与试验测定相结合，选取单频连续波为电磁干扰源，采用注入等效替代电磁辐射的试验方法，总结归纳雷达关键参数跳频间隔和频率步进对虚警信号影响规律。结果表明：受试雷达在单频电磁干扰作用下会产生能量较集中的虚警信号；受试雷达频率步进选取10 kHz、跳频时间0.05 ms时，虚警电平随干扰频偏的变化规律较稳定，信号幅度损失较小，该参数取值可作为控制参数的最优取值，依据该结果能够为后续开展雷达装备在多频电磁环境下的试验评估提供技术支撑。
为掌握雷达装备关键参数对虚警信号的影响规律，揭示虚警信号产生的本质原因，针对雷达装备在复杂电磁干扰中出现的多虚警信号问题，以某型步进频雷达为受试对象，理论阐明虚警干扰的作用机理和虚警目标的成像特征。理论与试验测定相结合，选取单频连续波为电磁干扰源，采用注入等效替代电磁辐射的试验方法，总结归纳雷达关键参数跳频间隔和频率步进对虚警信号影响规律。结果表明：受试雷达在单频电磁干扰作用下会产生能量较集中的虚警信号；受试雷达频率步进选取10 kHz、跳频时间0.05 ms时，虚警电平随干扰频偏的变化规律较稳定，信号幅度损失较小，该参数取值可作为控制参数的最优取值，依据该结果能够为后续开展雷达装备在多频电磁环境下的试验评估提供技术支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240078
摘要:
为了实现多路激光集束焦斑测量，给出其时间和空间分辨的特性，搭建了基于成像系统、光电管结合示波器、条纹相机和科学CCD等主要部件组成的焦斑光学测试平台。实验之前，对科学CCD的灵敏度和动态范围及条纹相机增益系数、狭缝宽度、扫描时间等性能参数进行离线测试标定。采用CCD测试多路激光时间积分的集束焦斑空间分布；采用光电管结合示波器及条纹相机对多路激光到达靶点的时间同步进行测试；开展高质量集束焦斑的时间分辨特性测试，获得了光谱色散匀滑光束焦斑精细的时空演化图像。多路激光集束焦斑形态及多路光束时间同步测试为提升高功率激光装置焦斑测试技术和方法提供了支撑。
为了实现多路激光集束焦斑测量，给出其时间和空间分辨的特性，搭建了基于成像系统、光电管结合示波器、条纹相机和科学CCD等主要部件组成的焦斑光学测试平台。实验之前，对科学CCD的灵敏度和动态范围及条纹相机增益系数、狭缝宽度、扫描时间等性能参数进行离线测试标定。采用CCD测试多路激光时间积分的集束焦斑空间分布；采用光电管结合示波器及条纹相机对多路激光到达靶点的时间同步进行测试；开展高质量集束焦斑的时间分辨特性测试，获得了光谱色散匀滑光束焦斑精细的时空演化图像。多路激光集束焦斑形态及多路光束时间同步测试为提升高功率激光装置焦斑测试技术和方法提供了支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240161
摘要:
雪崩砷化镓光导开关（PCSS）因其超快开关速度、低触发抖动、光电隔离、高功率容量、高重复频率以及器件结构灵活的特点，得到广泛应用。制备封装了电极间隙为5 mm的异面结构GaAs光导开关，对不同偏置电场下（36～76 kV/cm）开关的暗态和开态的电学特性进行了测试分析，结果表明其具有百皮秒～纳秒量级的上升沿、低暗态泄漏电流（0.15～6.61 μA）、高耐压（18～38 kV）的特点。实验探究了开关工作次数与输出电压峰值的关系，结果表明随着工作次数的增大，输出电压幅值呈台阶型降低趋势，在20 kV、2 Hz条件下，开关寿命达4.0×104次。
雪崩砷化镓光导开关（PCSS）因其超快开关速度、低触发抖动、光电隔离、高功率容量、高重复频率以及器件结构灵活的特点，得到广泛应用。制备封装了电极间隙为5 mm的异面结构GaAs光导开关，对不同偏置电场下（36～76 kV/cm）开关的暗态和开态的电学特性进行了测试分析，结果表明其具有百皮秒～纳秒量级的上升沿、低暗态泄漏电流（0.15～6.61 μA）、高耐压（18～38 kV）的特点。实验探究了开关工作次数与输出电压峰值的关系，结果表明随着工作次数的增大，输出电压幅值呈台阶型降低趋势，在20 kV、2 Hz条件下，开关寿命达4.0×104次。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240024
摘要:
为了深入研究核数据不确定度对JRR-3M研究堆有效增殖因子计算的影响，建立了一套基于蒙特卡罗法的核数据不确定度量化流程。具体方法为：使用核数据扰动软件SANDY扰动目标核素的重要反应道生成扰动文件，再通过核数据加工软件NJOY对扰动文件进行处理，最终利用核反应堆物理模拟软件OpenMC进行蒙特卡罗模拟。针对JRR-3M研究堆的控制棒全插、反应堆临界、控制棒全拔三种运行工况，对多个关键核素（如235U、238U、Hf等）的核数据不确定度给有效增殖因子计算带来的影响进行了详细分析。研究结果表明，177Hf、235U、1H、27Al的核数据不确定度对JRR-3M有效增殖因子具有显著影响。临界、控制棒全插和控制棒全提这3种工况下，核数据不确定引起的有效增殖因子总不确定度分别为660.8×10−5、588.5×10−5、708.4×10−5。在各个工况下，235U的次级粒子能量分布的影响都是最大的。研究发现，对以铪为主要组成材料的控制棒内，只有177Hf的核数据不确定度起主要影响。
为了深入研究核数据不确定度对JRR-3M研究堆有效增殖因子计算的影响，建立了一套基于蒙特卡罗法的核数据不确定度量化流程。具体方法为：使用核数据扰动软件SANDY扰动目标核素的重要反应道生成扰动文件，再通过核数据加工软件NJOY对扰动文件进行处理，最终利用核反应堆物理模拟软件OpenMC进行蒙特卡罗模拟。针对JRR-3M研究堆的控制棒全插、反应堆临界、控制棒全拔三种运行工况，对多个关键核素（如235U、238U、Hf等）的核数据不确定度给有效增殖因子计算带来的影响进行了详细分析。研究结果表明，177Hf、235U、1H、27Al的核数据不确定度对JRR-3M有效增殖因子具有显著影响。临界、控制棒全插和控制棒全提这3种工况下，核数据不确定引起的有效增殖因子总不确定度分别为660.8×10−5、588.5×10−5、708.4×10−5。在各个工况下，235U的次级粒子能量分布的影响都是最大的。研究发现，对以铪为主要组成材料的控制棒内，只有177Hf的核数据不确定度起主要影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240106
摘要:
双层磁化套筒靶在内层采用高原子序数（Z）材料，减少了因能斯特效应导致的磁通损失并降低点火要求，为磁化靶聚变提供了一种备选方案。然而，添加高Z材料也可能增加由于物质混合而产生的辐射损失。通过在金属套筒中使用带有塑料掺杂的锗作为高Z替代物，初步分析了磁场能斯特输运和物质混合对磁化套筒惯性聚变的影响。与单层套筒相比，双层套筒靶展示出温度和磁通的显著增加，从而使聚变产额提高了154%。将碳氢掺杂剂添加到最内层的锗中，模拟了物质混合对聚变产额的影响。研究结果表明，锗与CH混合，保持较低的混合比例，能够显著提高聚变产额。
双层磁化套筒靶在内层采用高原子序数（Z）材料，减少了因能斯特效应导致的磁通损失并降低点火要求，为磁化靶聚变提供了一种备选方案。然而，添加高Z材料也可能增加由于物质混合而产生的辐射损失。通过在金属套筒中使用带有塑料掺杂的锗作为高Z替代物，初步分析了磁场能斯特输运和物质混合对磁化套筒惯性聚变的影响。与单层套筒相比，双层套筒靶展示出温度和磁通的显著增加，从而使聚变产额提高了154%。将碳氢掺杂剂添加到最内层的锗中，模拟了物质混合对聚变产额的影响。研究结果表明，锗与CH混合，保持较低的混合比例，能够显著提高聚变产额。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230218
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峰化电容器由于结构紧凑一般采用间接测量其承受的电压，而峰化电容电压的直接测量一直是难以解决的问题。为了解决该问题，以峰化电容器为基础，研制了一种新型结构的电阻补偿式自积分型峰化电容一体化电容分压器。其次，根据分压器的新型结构分析了峰化电容一体化电容分压器的理论分压比，给出了理论分压比计算公式，分析了影响低频响应的因素并进行了电路仿真验证。同时，开展了方波标定实验，得到了两个探头的分压比及响应时间，且探头响应时间均小于6.2 ns。此外，为了得到更准确的分压比并验证正常工作状态下该一体化电容分压器分压比的稳定性，进行了高压在线标定实验，得到了1#探头分压比为11071，2#探头分压比为15148。且在更高电压等级下，该电容分压器探头的测量相对误差较小，分压比稳定性良好。
峰化电容器由于结构紧凑一般采用间接测量其承受的电压，而峰化电容电压的直接测量一直是难以解决的问题。为了解决该问题，以峰化电容器为基础，研制了一种新型结构的电阻补偿式自积分型峰化电容一体化电容分压器。其次，根据分压器的新型结构分析了峰化电容一体化电容分压器的理论分压比，给出了理论分压比计算公式，分析了影响低频响应的因素并进行了电路仿真验证。同时，开展了方波标定实验，得到了两个探头的分压比及响应时间，且探头响应时间均小于6.2 ns。此外，为了得到更准确的分压比并验证正常工作状态下该一体化电容分压器分压比的稳定性，进行了高压在线标定实验，得到了1#探头分压比为11071，2#探头分压比为15148。且在更高电压等级下，该电容分压器探头的测量相对误差较小，分压比稳定性良好。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230283
摘要:
Penning离子源因为结构简单、体积小、功耗低等优点，被广泛应用在伴随中子管中。基于实验室所用的潘宁（Penning）离子源，分析其电离时的伏-安特性；通过CCD相机拍摄观察离子源内部等离子体分布情况；采用光谱法诊断氢等离子体中电子的密度和温度。基于实验测试用的Penning离子源结构，建立H2分子碰撞电离的全局模型，分析离子源的工作参数与等离子体中电子温度和电子密度之间的关系。仿真结果表明：电子温度和电子密度与离子源的运行压强、磁场和功率密切相关；电子密度随功率增加逐渐增加、随磁场强度和压强都是先增加后减小，因此需将磁场强度控制在0.03～0.05 T，压强控制在（0.2～2）×10−2 Pa之间；电子温度随功率增加逐渐增加、随压强增加逐渐减小。通过模型可知，在Penning离子源的工作区间内，电子平均温度小于10 eV，电子密度数量级为1010 cm−3。
Penning离子源因为结构简单、体积小、功耗低等优点，被广泛应用在伴随中子管中。基于实验室所用的潘宁（Penning）离子源，分析其电离时的伏-安特性；通过CCD相机拍摄观察离子源内部等离子体分布情况；采用光谱法诊断氢等离子体中电子的密度和温度。基于实验测试用的Penning离子源结构，建立H2分子碰撞电离的全局模型，分析离子源的工作参数与等离子体中电子温度和电子密度之间的关系。仿真结果表明：电子温度和电子密度与离子源的运行压强、磁场和功率密切相关；电子密度随功率增加逐渐增加、随磁场强度和压强都是先增加后减小，因此需将磁场强度控制在0.03～0.05 T，压强控制在（0.2～2）×10−2 Pa之间；电子温度随功率增加逐渐增加、随压强增加逐渐减小。通过模型可知，在Penning离子源的工作区间内，电子平均温度小于10 eV，电子密度数量级为1010 cm−3。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240147
摘要:
针对高功率微波源在深空通信、空间无线能量传输和高功率超导线性加速器等应用中的实时功率控制难题，提出了一种利用注入锁定频率控制输出功率的方法。从理论上分析了注入锁定频控功率源的可行性，并基于双路S波段20 kW高功率磁控管完成了注入锁定频率控制输出功率的实验。实验结果表明，当双路20 kW磁控管的自由振荡频率或注入功率不同时，双管合成的输出功率可通过注入频率实现有效控制，功率控制的范围达到了3 dB，注入锁定的带宽达到了4.0 MHz，输出频谱尖锐，无啁啾颤噪，杂散抑制比为−65.0 dBc@500 kHz。该系统合成输出功率达到了33.9 kW，系统效率约为86.6%。上述研究结果为磁控管在高功率微波领域的应用起到了重大推动作用。
针对高功率微波源在深空通信、空间无线能量传输和高功率超导线性加速器等应用中的实时功率控制难题，提出了一种利用注入锁定频率控制输出功率的方法。从理论上分析了注入锁定频控功率源的可行性，并基于双路S波段20 kW高功率磁控管完成了注入锁定频率控制输出功率的实验。实验结果表明，当双路20 kW磁控管的自由振荡频率或注入功率不同时，双管合成的输出功率可通过注入频率实现有效控制，功率控制的范围达到了3 dB，注入锁定的带宽达到了4.0 MHz，输出频谱尖锐，无啁啾颤噪，杂散抑制比为−65.0 dBc@500 kHz。该系统合成输出功率达到了33.9 kW，系统效率约为86.6%。上述研究结果为磁控管在高功率微波领域的应用起到了重大推动作用。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240068
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针对双面抛光难以建立稳定去除函数进行加工面型预测这一问题，基于双面抛光加工原理，采用坐标变换法推导出元件上下表面相对速度分布方程，然后运用ANSYS软件仿真元件上下表面静态压力分布，采用多项式拟合法将仿真数据导入Matlab软件拟合出元件上下表面压力分布随时间变化公式。根据Preston方程推导修正系数K表达式，通过4组抛光实验数据计算出修正系数K值为2.588×10−15，构建双面抛光加工面型预测模型。最后通过加工实验验证该预测模型，实验结果表明预测PV值误差占元件实际加工后面型PV值的1.07%～7.4%，预测模型与实际加工后的面型吻合。
针对双面抛光难以建立稳定去除函数进行加工面型预测这一问题，基于双面抛光加工原理，采用坐标变换法推导出元件上下表面相对速度分布方程，然后运用ANSYS软件仿真元件上下表面静态压力分布，采用多项式拟合法将仿真数据导入Matlab软件拟合出元件上下表面压力分布随时间变化公式。根据Preston方程推导修正系数K表达式，通过4组抛光实验数据计算出修正系数K值为2.588×10−15，构建双面抛光加工面型预测模型。最后通过加工实验验证该预测模型，实验结果表明预测PV值误差占元件实际加工后面型PV值的1.07%～7.4%，预测模型与实际加工后的面型吻合。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240086
摘要:
当前对于光触发伪火花开关的研究主要集中在使用紫外激光触发，触发物理机制普遍认为是光电发射。然而，当紫外弱聚焦激光在低电场环境中照射光电材料（靶材）时，由光电发射产生的种子电子非常有限。为了进一步揭示紫外弱聚焦激光触发物理机制，利用266 nm紫外弱聚焦激光，搭建了开关测试实验平台和种子电子测试实验平台，研究了激光能量、开关电压、气压、靶材料、触发位置对开关触发特性的影响，分析了种子电子的来源和对触发开关的贡献。研究结果表明，在阴极背面孔边缘触发时，光电发射产生的瞬发电子不是种子电子的主要来源，与烧蚀等离子有关的超快电子才是。因此，当在阴极背面孔边缘触发时，密度和熔沸点低，易烧蚀的材料更适合作为紫外弱聚焦激光触发伪火花开关的靶材。经测试，当在阴极背面孔边缘触发，工作电压为−15 kV，气压为80 Pa（氦气）时，以镁为靶材的开关能实现稳定触发导通的最低激光能量为2 mJ，远低于铜（6 mJ）和钼（8 mJ）。此外，在上述相同条件下，激光在开关阴极孔内壁触发时，触发时延和抖动分别为36.9 ns和1.41 ns，远低于在阴极背面孔边缘触发时的时延和抖动（116.4 ns和5.39 ns）。
当前对于光触发伪火花开关的研究主要集中在使用紫外激光触发，触发物理机制普遍认为是光电发射。然而，当紫外弱聚焦激光在低电场环境中照射光电材料（靶材）时，由光电发射产生的种子电子非常有限。为了进一步揭示紫外弱聚焦激光触发物理机制，利用266 nm紫外弱聚焦激光，搭建了开关测试实验平台和种子电子测试实验平台，研究了激光能量、开关电压、气压、靶材料、触发位置对开关触发特性的影响，分析了种子电子的来源和对触发开关的贡献。研究结果表明，在阴极背面孔边缘触发时，光电发射产生的瞬发电子不是种子电子的主要来源，与烧蚀等离子有关的超快电子才是。因此，当在阴极背面孔边缘触发时，密度和熔沸点低，易烧蚀的材料更适合作为紫外弱聚焦激光触发伪火花开关的靶材。经测试，当在阴极背面孔边缘触发，工作电压为−15 kV，气压为80 Pa（氦气）时，以镁为靶材的开关能实现稳定触发导通的最低激光能量为2 mJ，远低于铜（6 mJ）和钼（8 mJ）。此外，在上述相同条件下，激光在开关阴极孔内壁触发时，触发时延和抖动分别为36.9 ns和1.41 ns，远低于在阴极背面孔边缘触发时的时延和抖动（116.4 ns和5.39 ns）。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240144
摘要:
在金属铝表面用飞秒激光分别刻蚀了四种形状的微结构，对比分析了周期不同的矩形、圆形、三角形和六边形微结构对沉积在其表面Cr元素水溶液的表面增强激光诱导击穿光谱（LIBS）光谱强度和稳定性的影响。研究结果表明微结构的周期越小，光谱增强效果越显著，其中矩形微结构在相同周期下表现出最优光谱增强效果，相比于未处理的金属铝，其光谱强度增强了4倍左右。此外，六边形微结构的光谱稳定性最佳，具有良好的可重复性。研究结果为今后采用表面增强LIBS法检测水溶液中的重金属元素提供了一种可行的基底制备方法。
在金属铝表面用飞秒激光分别刻蚀了四种形状的微结构，对比分析了周期不同的矩形、圆形、三角形和六边形微结构对沉积在其表面Cr元素水溶液的表面增强激光诱导击穿光谱（LIBS）光谱强度和稳定性的影响。研究结果表明微结构的周期越小，光谱增强效果越显著，其中矩形微结构在相同周期下表现出最优光谱增强效果，相比于未处理的金属铝，其光谱强度增强了4倍左右。此外，六边形微结构的光谱稳定性最佳，具有良好的可重复性。研究结果为今后采用表面增强LIBS法检测水溶液中的重金属元素提供了一种可行的基底制备方法。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240079
摘要:
针对噪声对跳频信号参数估计造成的困难，提出了基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。对跳频信号进行短时傅里叶变换，计算得到时频脊线，对时频脊线进行波形整形处理，消除噪声造成的虚假跳频时刻干扰，通过跳频时刻序列得到跳周期序列，对跳周期序列计算其直方图，选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳频速率。根据跳周期序列分别取出每段信号，再进行频率估计。通过实验验证了提出方法的有效性，综合利用时频变换及波形整形处理技术，保证了在低信噪比下跳频信号跳频时刻、跳频速率及跳频频率的理想估计结果。
针对噪声对跳频信号参数估计造成的困难，提出了基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。对跳频信号进行短时傅里叶变换，计算得到时频脊线，对时频脊线进行波形整形处理，消除噪声造成的虚假跳频时刻干扰，通过跳频时刻序列得到跳周期序列，对跳周期序列计算其直方图，选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳频速率。根据跳周期序列分别取出每段信号，再进行频率估计。通过实验验证了提出方法的有效性，综合利用时频变换及波形整形处理技术，保证了在低信噪比下跳频信号跳频时刻、跳频速率及跳频频率的理想估计结果。
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2024, 36: 081001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240081
摘要:
针对常规物镜聚焦飞秒激光光斑较小，难以单次直写加工成型大面积纳米光栅结构的问题，提出了利用空间狭缝整形的飞秒激光脉冲直写方法。通过开展单晶硅表面纳米光栅结构对加工系统的参数依赖关系研究，获得入射整形飞秒激光能量密度8.00 μJ/cm2、扫描速度9 mm/s、狭缝宽度0.40 mm的优化条件。采用SEM、AFM等手段对光栅进行微观表征，结果表明，单次扫描所制备的纳米光栅结构具有极高的宽度 （41.20 μm），说明提出的方法可以显著提升 一次成型大面积纳米光栅结构的制备效率。
针对常规物镜聚焦飞秒激光光斑较小，难以单次直写加工成型大面积纳米光栅结构的问题，提出了利用空间狭缝整形的飞秒激光脉冲直写方法。通过开展单晶硅表面纳米光栅结构对加工系统的参数依赖关系研究，获得入射整形飞秒激光能量密度8.00 μJ/cm2、扫描速度9 mm/s、狭缝宽度0.40 mm的优化条件。采用SEM、AFM等手段对光栅进行微观表征，结果表明，单次扫描所制备的纳米光栅结构具有极高的宽度 （41.20 μm），说明提出的方法可以显著提升 一次成型大面积纳米光栅结构的制备效率。
2024, 36: 081002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240125
摘要:
在半导体激光器自混合干涉（SMI）微位移测量中，相位信息的准确提取对于位移的高精度重构至关重要。然而，测量噪声会对SMI信号引入相位误差，位移重构精度较低。针对信号去噪问题，小波阈值去噪算法能够滤除多数信号的噪声，但该算法在SMI信号去噪中存在局部振荡的问题，使得去噪后的自混合干涉信号中出现新的干扰峰，最终识别到的干扰峰会产生错误的位移重构。提出一种基于小波阈值滤波和Savitzky-Golay（S-G）滤波相结合的SMI信号处理算法。该算法通过引入S-G滤波算法，从全局上平滑处理相位跳变点的噪声，解决了只是采用小波去噪算法而引起SMI信号的局部振荡问题。位移重构实验结果表明，基于小波阈值结合S-G滤波算法的激光自混合干涉重构信号消除了振幅处和相位跳变点之间的高频噪声，重构位移曲线保持了振动物体的原始波形特征。
在半导体激光器自混合干涉（SMI）微位移测量中，相位信息的准确提取对于位移的高精度重构至关重要。然而，测量噪声会对SMI信号引入相位误差，位移重构精度较低。针对信号去噪问题，小波阈值去噪算法能够滤除多数信号的噪声，但该算法在SMI信号去噪中存在局部振荡的问题，使得去噪后的自混合干涉信号中出现新的干扰峰，最终识别到的干扰峰会产生错误的位移重构。提出一种基于小波阈值滤波和Savitzky-Golay（S-G）滤波相结合的SMI信号处理算法。该算法通过引入S-G滤波算法，从全局上平滑处理相位跳变点的噪声，解决了只是采用小波去噪算法而引起SMI信号的局部振荡问题。位移重构实验结果表明，基于小波阈值结合S-G滤波算法的激光自混合干涉重构信号消除了振幅处和相位跳变点之间的高频噪声，重构位移曲线保持了振动物体的原始波形特征。
2024, 36: 082001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240098
摘要:
参考国内外聚变堆技术，建立了一种200 MW激光惯性约束聚变堆包层概念设计，包层采用超临界二氧化碳和锂铅双冷结构。研究构建了瞬态和稳态耦合模型计算包层温度分布及变化。靶丸内爆反应使用MULTI-IFE进行计算，核热耦合部分基于蒙特卡罗程序OpenMC和自编程换热模型对包层模型结构、冷却和产氚进行计算。研究结果表明，核热耦合模型能够完成对包层的初步计算分析，周期性的瞬态载荷会引起第一壁面温度的振荡，但包层内部的温度最终会收敛到稳态计算结果。堆腔尺寸对于降低温度以及震荡效果明显，但仍需氙展平辐射功率峰。包层产氚和能量导出同时受到堆腔尺寸和增殖区的影响，在200 MW工况下，3 m半径和0.25 m增殖区尺寸计算结果最能满足需求。
参考国内外聚变堆技术，建立了一种200 MW激光惯性约束聚变堆包层概念设计，包层采用超临界二氧化碳和锂铅双冷结构。研究构建了瞬态和稳态耦合模型计算包层温度分布及变化。靶丸内爆反应使用MULTI-IFE进行计算，核热耦合部分基于蒙特卡罗程序OpenMC和自编程换热模型对包层模型结构、冷却和产氚进行计算。研究结果表明，核热耦合模型能够完成对包层的初步计算分析，周期性的瞬态载荷会引起第一壁面温度的振荡，但包层内部的温度最终会收敛到稳态计算结果。堆腔尺寸对于降低温度以及震荡效果明显，但仍需氙展平辐射功率峰。包层产氚和能量导出同时受到堆腔尺寸和增殖区的影响，在200 MW工况下，3 m半径和0.25 m增殖区尺寸计算结果最能满足需求。
2024, 36: 082002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240059
摘要:
以皮秒时间分辨条纹相机和光谱仪为核心，以高压脉冲电源所产生的火花等离子体为研究对象，搭建了一套瞬态光谱与扫描高温计系统。实验中，考虑了针尖间隙和两极电压这两个影响因素，通过采集针尖高压击穿空气所产生火花的瞬态光谱，在对数据进行处理和标定后，结合普朗克的黑体辐射理论，实现对放电等离子体瞬态光谱与温度的诊断。研究结果表明，在针尖间隙相同的情况下，随着电压的增大，放电等离子体的发射光谱随之增强，并在一定电压范围内达到饱和。放电所产生的瞬态温度整体呈现上升趋势，并且通常在1.02～1.16 μs之间达到峰值，在针尖电压为10 kV时温度最高可达16 617 K。而在相同电压的情况下，随着间隙的增大，放电等离子体的发射光谱呈现先增强后减弱的情况，同时，放电温度在整体趋势上逐渐降低。
以皮秒时间分辨条纹相机和光谱仪为核心，以高压脉冲电源所产生的火花等离子体为研究对象，搭建了一套瞬态光谱与扫描高温计系统。实验中，考虑了针尖间隙和两极电压这两个影响因素，通过采集针尖高压击穿空气所产生火花的瞬态光谱，在对数据进行处理和标定后，结合普朗克的黑体辐射理论，实现对放电等离子体瞬态光谱与温度的诊断。研究结果表明，在针尖间隙相同的情况下，随着电压的增大，放电等离子体的发射光谱随之增强，并在一定电压范围内达到饱和。放电所产生的瞬态温度整体呈现上升趋势，并且通常在1.02～1.16 μs之间达到峰值，在针尖电压为10 kV时温度最高可达16 617 K。而在相同电压的情况下，随着间隙的增大，放电等离子体的发射光谱呈现先增强后减弱的情况，同时，放电温度在整体趋势上逐渐降低。
2024, 36: 083001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240065
摘要:
导弹作为军机的挂载，在雷电特殊环境中存在遭受雷击风险。为了提高机载导弹的雷电防护，根据标准SAE ARP5416的试验方法在CST中搭建仿真环境，对“军机挂载导弹”模型采用静电场仿真进行雷电附着1A区划分，并采用注入电流法仿真模型遭遇雷击时的间接效应。仿真结果表明：导弹导引头固定后沿（金属部分）和尾翼翼尖易遭受雷电初始附着，当雷电附着于导弹导引头固定后沿时，雷达罩内的电磁场环境最为恶劣，并且碳纤维复合材料（CFRP）舱段内产生的强电场环境和线缆的高感应电压会损坏弹内设备，而CFRP镀铝可将舱段内电场强度和线缆感应电压降低2个数量级，有着良好的雷电电磁屏蔽效果。
导弹作为军机的挂载，在雷电特殊环境中存在遭受雷击风险。为了提高机载导弹的雷电防护，根据标准SAE ARP5416的试验方法在CST中搭建仿真环境，对“军机挂载导弹”模型采用静电场仿真进行雷电附着1A区划分，并采用注入电流法仿真模型遭遇雷击时的间接效应。仿真结果表明：导弹导引头固定后沿（金属部分）和尾翼翼尖易遭受雷电初始附着，当雷电附着于导弹导引头固定后沿时，雷达罩内的电磁场环境最为恶劣，并且碳纤维复合材料（CFRP）舱段内产生的强电场环境和线缆的高感应电压会损坏弹内设备，而CFRP镀铝可将舱段内电场强度和线缆感应电压降低2个数量级，有着良好的雷电电磁屏蔽效果。
2024, 36: 083002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240119
摘要:
肖特基混频器是固态太赫兹接收系统的关键部件，与基于超导体-绝缘体-超导体混频器、热电子辐射热计混频器的接收机相比，基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收机系统不依赖低温附属设备，具有成本低、重量轻、体积小、功耗低等优点。目前基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收前端结构相对复杂，集成度普遍不高且损耗较大。针对太赫兹接收前端结构复杂、集成度低、损耗大等问题，基于太赫兹肖特基二极管设计了288～318 GHz二次谐波混频器及其本振驱动链路，并基于此混频器构建了太赫兹接收机系统。太赫兹接收机本振驱动链路由一个75 GHz的六倍频功放集成模块与一个150 GHz二倍频模块组成。本振链路的集成化设计使得该接收机集成度大大提高，集成模块尺寸为20 mm×20 mm×43 mm，测试结果表明：在288～318 GHz带宽内，实测的双边带变频损耗为5.8～9.4 dB，噪声温度为1 055～1 722 K，具有良好的射频性能。
肖特基混频器是固态太赫兹接收系统的关键部件，与基于超导体-绝缘体-超导体混频器、热电子辐射热计混频器的接收机相比，基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收机系统不依赖低温附属设备，具有成本低、重量轻、体积小、功耗低等优点。目前基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收前端结构相对复杂，集成度普遍不高且损耗较大。针对太赫兹接收前端结构复杂、集成度低、损耗大等问题，基于太赫兹肖特基二极管设计了288～318 GHz二次谐波混频器及其本振驱动链路，并基于此混频器构建了太赫兹接收机系统。太赫兹接收机本振驱动链路由一个75 GHz的六倍频功放集成模块与一个150 GHz二倍频模块组成。本振链路的集成化设计使得该接收机集成度大大提高，集成模块尺寸为20 mm×20 mm×43 mm，测试结果表明：在288～318 GHz带宽内，实测的双边带变频损耗为5.8～9.4 dB，噪声温度为1 055～1 722 K，具有良好的射频性能。
2024, 36: 083003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230448
摘要:
设计了一种用于高功率微波发射的S波段波导缝隙阵列天线。采用耦合波导和馈电波导同层排布的方式减小了天线的剖面高度，通过耦合缝隙同向偏置，辐射缝隙按照一定规律排布补偿相位，实现了缝隙单元方向图同相叠加，对缝隙参数、功分器形式与功率容量的关系进行了仿真分析，并在天线内部充入0.1 MPa SF6气体，提高了天线的功率容量。仿真和试验结果表明，在6.7%带宽内，天线电压驻波比小于1.5，增益达到27 dBi，采用窄谱高功率微波源激励天线并进行了高功率微波发射试验，天线的发射波形与微波源的输出波形具有良好一致性，测试的微波源输出功率为2.67 MW。
设计了一种用于高功率微波发射的S波段波导缝隙阵列天线。采用耦合波导和馈电波导同层排布的方式减小了天线的剖面高度，通过耦合缝隙同向偏置，辐射缝隙按照一定规律排布补偿相位，实现了缝隙单元方向图同相叠加，对缝隙参数、功分器形式与功率容量的关系进行了仿真分析，并在天线内部充入0.1 MPa SF6气体，提高了天线的功率容量。仿真和试验结果表明，在6.7%带宽内，天线电压驻波比小于1.5，增益达到27 dBi，采用窄谱高功率微波源激励天线并进行了高功率微波发射试验，天线的发射波形与微波源的输出波形具有良好一致性，测试的微波源输出功率为2.67 MW。
2024, 36: 083004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240090
摘要:
集总参数巴伦尺寸小且易集成，但其不能承受较大功率，且频带较窄；分布参数类同轴巴伦因其具有宽频带、低损耗、大功率容量等特点，目前被广泛应用于大功率辐照天线的差分馈电与阻抗匹配的设计中。针对某试验系统对宽频带大功率辐照天线的工程应用需求，基于非整数阻抗变化比的同轴巴伦设计方法，设计与实现了一款加载铁氧体磁环的阻抗变换比1∶2.25的同轴巴伦。仿真结果与实测结果表明，该巴伦频带为0.01～1.30 GHz，巴伦相位不平衡度在180°±5°以内，幅度不平衡度在±1 dB以内，两路插损均小于1.5 dB。仿真分析了巴伦在500 W功率馈电下的电性能，验证了其功率容量。
集总参数巴伦尺寸小且易集成，但其不能承受较大功率，且频带较窄；分布参数类同轴巴伦因其具有宽频带、低损耗、大功率容量等特点，目前被广泛应用于大功率辐照天线的差分馈电与阻抗匹配的设计中。针对某试验系统对宽频带大功率辐照天线的工程应用需求，基于非整数阻抗变化比的同轴巴伦设计方法，设计与实现了一款加载铁氧体磁环的阻抗变换比1∶2.25的同轴巴伦。仿真结果与实测结果表明，该巴伦频带为0.01～1.30 GHz，巴伦相位不平衡度在180°±5°以内，幅度不平衡度在±1 dB以内，两路插损均小于1.5 dB。仿真分析了巴伦在500 W功率馈电下的电性能，验证了其功率容量。
2024, 36: 083005.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240118
摘要:
结合高频特性下肖特基二极管有源区电气模型建模方法，实现了一种基于对差分结构的320 GHz三倍频器，相比于传统的平衡式和非平衡式电路，这种结构可以在降低工艺复杂度的同时使电路的功率容量增加一倍，更好地满足现代通信系统对大功率太赫兹频率源的需求。为了提高电路在高耗散功率下的仿真精度，使用符号定义器件在电路仿真软件中建立起新型的电-热自适应模型，最后按照场路结合的迭代方式完成整体电路设计。测试结果表明设计的三倍频器在123～200 mW的驱动功率下可以实现最高8.8%的转换效率，最大输出功率为17.27 mW；在305～384 mW的驱动功率下可以实现最高7.2%的转换效率，最大输出功率为27.33 mW，为高功率太赫兹器件的高效设计提供了有益借鉴。
结合高频特性下肖特基二极管有源区电气模型建模方法，实现了一种基于对差分结构的320 GHz三倍频器，相比于传统的平衡式和非平衡式电路，这种结构可以在降低工艺复杂度的同时使电路的功率容量增加一倍，更好地满足现代通信系统对大功率太赫兹频率源的需求。为了提高电路在高耗散功率下的仿真精度，使用符号定义器件在电路仿真软件中建立起新型的电-热自适应模型，最后按照场路结合的迭代方式完成整体电路设计。测试结果表明设计的三倍频器在123～200 mW的驱动功率下可以实现最高8.8%的转换效率，最大输出功率为17.27 mW；在305～384 mW的驱动功率下可以实现最高7.2%的转换效率，最大输出功率为27.33 mW，为高功率太赫兹器件的高效设计提供了有益借鉴。
2024, 36: 083006.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230401
摘要:
为了抑制波导中引入传动轴导致的微波泄露，保障系统的正常运行，提出了一种级联宽带扼流装置。利用阻抗变换原理分析了级联宽带扼流装置的带宽特性，通过增加介质片的数量提升扼流装置的频带宽度。根据等效波长原理，提高介质片介电常数可缩小扼流装置的体积。通过电磁仿真软件构建扼流装置模型，并分析了介质片数量、介电常数和尺寸对扼流装置性能的影响。仿真结果表明：工作频率为10 GHz时，双层扼流装置的泄露损耗在9.70～10.82 GHz带宽范围内小于−40 dB，相对带宽达到8.2%。最后，采用简化仿真模型进行了实物加工和测试，测试结果证实了仿真结果的正确性，同时验证了该扼流装置的低损耗和宽频带特性。
为了抑制波导中引入传动轴导致的微波泄露，保障系统的正常运行，提出了一种级联宽带扼流装置。利用阻抗变换原理分析了级联宽带扼流装置的带宽特性，通过增加介质片的数量提升扼流装置的频带宽度。根据等效波长原理，提高介质片介电常数可缩小扼流装置的体积。通过电磁仿真软件构建扼流装置模型，并分析了介质片数量、介电常数和尺寸对扼流装置性能的影响。仿真结果表明：工作频率为10 GHz时，双层扼流装置的泄露损耗在9.70～10.82 GHz带宽范围内小于−40 dB，相对带宽达到8.2%。最后，采用简化仿真模型进行了实物加工和测试，测试结果证实了仿真结果的正确性，同时验证了该扼流装置的低损耗和宽频带特性。
2024, 36: 084001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240071
摘要:
阵列屏采用大量独立晶柱组合而成限制了可见光在转换屏内的扩散，能够在提高X光转换效率的同时保证照相系统有较高的空间分辨能力，是高能闪光照相系统中的重要器件。阵列屏由于各晶柱之间的转换系数不同而导致接收图像中存在非一致响应现象，必须将其校正才能对图像进行有效判读。研究了中阵列屏接收图像中非一致响应现象的校正方法，首先使用平板照相获得空场图像，然后对实验图像和空场图像扣除暗电流本底和消除脉冲噪声，最后将实验图像与空场图像进行像素相除运算。针对强振动环境下空场图像与实验图像不匹配问题，提出对空场图像进行位移的方法以实现空场图像与实验图像的重新匹配，采用校正后图像的标准差数据来判断两者的匹配性。实验结果表明位移后的空场图像能够校正强振动环境下阵列屏图像的非一致性响应。
阵列屏采用大量独立晶柱组合而成限制了可见光在转换屏内的扩散，能够在提高X光转换效率的同时保证照相系统有较高的空间分辨能力，是高能闪光照相系统中的重要器件。阵列屏由于各晶柱之间的转换系数不同而导致接收图像中存在非一致响应现象，必须将其校正才能对图像进行有效判读。研究了中阵列屏接收图像中非一致响应现象的校正方法，首先使用平板照相获得空场图像，然后对实验图像和空场图像扣除暗电流本底和消除脉冲噪声，最后将实验图像与空场图像进行像素相除运算。针对强振动环境下空场图像与实验图像不匹配问题，提出对空场图像进行位移的方法以实现空场图像与实验图像的重新匹配，采用校正后图像的标准差数据来判断两者的匹配性。实验结果表明位移后的空场图像能够校正强振动环境下阵列屏图像的非一致性响应。
2024, 36: 084002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230407
摘要:
介绍了合肥先进光源储存环超导纵向梯度弯铁样机的研制工作，基于已发展的一种磁体结构参数优化方法，综合考虑磁场空间分布需求和超导线圈工作负载，完成了磁铁结构的设计和优化。为了验证磁体设计方案，应用一种矩形铌钛线材和DT4C电工纯铁材料，研制了一台纵向长度0.30 m、磁极间隙46 mm的磁体样机。并搭建了一套简易低温测试装置，对该磁体进行了励磁特性测量，经过10余次失超，测得磁体最大工作电流大于275 A。磁体纵向磁场分布测量结果表明，该磁体在约196 A工作电流下，纵向磁场积分值达到0.4 T·m，峰值磁场约4.5 T。测试结果与理论设计结果基本一致，表明该种超导磁体的设计是可行的。
介绍了合肥先进光源储存环超导纵向梯度弯铁样机的研制工作，基于已发展的一种磁体结构参数优化方法，综合考虑磁场空间分布需求和超导线圈工作负载，完成了磁铁结构的设计和优化。为了验证磁体设计方案，应用一种矩形铌钛线材和DT4C电工纯铁材料，研制了一台纵向长度0.30 m、磁极间隙46 mm的磁体样机。并搭建了一套简易低温测试装置，对该磁体进行了励磁特性测量，经过10余次失超，测得磁体最大工作电流大于275 A。磁体纵向磁场分布测量结果表明，该磁体在约196 A工作电流下，纵向磁场积分值达到0.4 T·m，峰值磁场约4.5 T。测试结果与理论设计结果基本一致，表明该种超导磁体的设计是可行的。
2024, 36: 084003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240041
摘要:
针对哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置（SESRI）-300 MeV质子重离子加速器直线注入器，设计了直线定时系统，为脉冲工作模式的直线注入器斩波器、高频低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精准的、符合物理调束需求的工作时序触发信号。系统硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）设计和开发，实现了内触发模式与外触发模式两种模式下对直线加速器相关设备的精准时序控制以及斩波器的控制与安全联锁。硬件支持光信号通信、W5300以太网通信、多路继电器输出与多路同步触发信号的精准时序输出。同时，系统采用光信号通信模块方便系统的级联，易于系统扩展，可满足大规模直线加速器定时系统需求。用户上位机软件基于实验物理和工业控制系统（EPICS）分布式架构开发。该系统已成功运用在300 MeV质子重离子加速器装置、近代物理研究所SSC-LINAC装置，且长期运行稳定、可靠，无任何故障。
针对哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置（SESRI）-300 MeV质子重离子加速器直线注入器，设计了直线定时系统，为脉冲工作模式的直线注入器斩波器、高频低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精准的、符合物理调束需求的工作时序触发信号。系统硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）设计和开发，实现了内触发模式与外触发模式两种模式下对直线加速器相关设备的精准时序控制以及斩波器的控制与安全联锁。硬件支持光信号通信、W5300以太网通信、多路继电器输出与多路同步触发信号的精准时序输出。同时，系统采用光信号通信模块方便系统的级联，易于系统扩展，可满足大规模直线加速器定时系统需求。用户上位机软件基于实验物理和工业控制系统（EPICS）分布式架构开发。该系统已成功运用在300 MeV质子重离子加速器装置、近代物理研究所SSC-LINAC装置，且长期运行稳定、可靠，无任何故障。
2024, 36: 084004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230323
摘要:
粒子加速器运行时，地面变形会导致束流畸变甚至丢失，所以在粒子加速器领域对地面变形进行研究很有必要。通过在合肥光源直线加速器隧道先后搭建两套并行分布、由7台间隔10 m的静力水准传感器构成的静力水准系统，经过对两套系统采集的共计三段为期半个月的监测数据进行分析，发现了ATL模型中存在的线性关系，分别得到不同时段本地区模型常数值，并发现了模型常数与季节温度的相关性。最后通过数据对比发现地面点相对运动中的周期成分主要受固体潮效应影响。
粒子加速器运行时，地面变形会导致束流畸变甚至丢失，所以在粒子加速器领域对地面变形进行研究很有必要。通过在合肥光源直线加速器隧道先后搭建两套并行分布、由7台间隔10 m的静力水准传感器构成的静力水准系统，经过对两套系统采集的共计三段为期半个月的监测数据进行分析，发现了ATL模型中存在的线性关系，分别得到不同时段本地区模型常数值，并发现了模型常数与季节温度的相关性。最后通过数据对比发现地面点相对运动中的周期成分主要受固体潮效应影响。
2024, 36: 084005.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230325
摘要:
A highly precise low-level radio-frequency (LLRF) system for a 1.3 GHz continuous-wave (CW) superconducting radio-frequency (RF) cavity is required to stabilize the electromagnetic field of cavities. However, because of the high loaded quality factor and wide electromagnetic frequency band of the 1.3 GHz CW RF cavity, the RF cavity has a small electromagnetic bandwidth in the frequency domain. The small electromagnetic frequency mismatch between the RF power source and RF cavity can easily cause ponderomotive instabilities in the generator driven resonator control system, eventually resulting in variations in the electromagnetic field of the cavity. In this study, a self-excited loop (SEL) control system was developed to prevent the occurrence of ponderomotive instabilities and compensate for the effects of microphonics noise. In addition, a digital 1.3 GHz RF cavity simulator, which can easily verify the designed algorithms of the LLRF system, was developed. The recorded measurements show that the SEL control system can ensure stability of the cavity field even when the RF cavity is detuned by 5 Hz. The comparison and validation have verified that the cavity simulator is a reliable platform to test the new algorithms.
2024, 36: 085001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230349
摘要:
根据分布式能源工业园区的光伏电力单元特点，对园区光伏发电功率预测模型进行优化，为后续的调度策略提供数据支持。针对经验模式分解（EMD）与季节性差分自回归移动平均模型（SARIMA）相组合的EMD-SARIMA预测模型中，原始数据经过EMD分解得到的各固有本征模态函数（IMF）分量周期计算问题，提出加入快速傅里叶变换（FFT）的周期计算方法，建立EMD-FFT-SARIMA光伏发电功率预测模型。再将每个IMF对应的预测结果进行叠加重构得到最终的预测结果。通过预测结果的误差计算可以发现，加入FFT环节后均方根误差（RMSE）从120.6 MW下降到19.3 MW，平均绝对误差（MAE）从52.87 MW下降到12.3 MW。
根据分布式能源工业园区的光伏电力单元特点，对园区光伏发电功率预测模型进行优化，为后续的调度策略提供数据支持。针对经验模式分解（EMD）与季节性差分自回归移动平均模型（SARIMA）相组合的EMD-SARIMA预测模型中，原始数据经过EMD分解得到的各固有本征模态函数（IMF）分量周期计算问题，提出加入快速傅里叶变换（FFT）的周期计算方法，建立EMD-FFT-SARIMA光伏发电功率预测模型。再将每个IMF对应的预测结果进行叠加重构得到最终的预测结果。通过预测结果的误差计算可以发现，加入FFT环节后均方根误差（RMSE）从120.6 MW下降到19.3 MW，平均绝对误差（MAE）从52.87 MW下降到12.3 MW。
2024, 36: 085002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240047
摘要:
设计了一款用于全固态Marx发生器的半导体开关驱动电路。该驱动电路输出侧采用储能电容与P-N双MOSFET管结构，可完成对固态Marx脉冲发生器功率回路开关管快速同步的导通关断控制，并具有死区时间调节与负压关断功能。此外，该驱动电路配合串芯磁环二次侧反向接线方案，可实现用同一信号对功率回路充、放电两路开关管的控制。实验证明，采用该款驱动电路的半桥型全固态Marx脉冲发生器可稳定输出幅值24 kV的脉冲方波，输出脉宽可在300 ns～10 μs之间自由调节，上升沿和下降沿均在40 ns以内。
设计了一款用于全固态Marx发生器的半导体开关驱动电路。该驱动电路输出侧采用储能电容与P-N双MOSFET管结构，可完成对固态Marx脉冲发生器功率回路开关管快速同步的导通关断控制，并具有死区时间调节与负压关断功能。此外，该驱动电路配合串芯磁环二次侧反向接线方案，可实现用同一信号对功率回路充、放电两路开关管的控制。实验证明，采用该款驱动电路的半桥型全固态Marx脉冲发生器可稳定输出幅值24 kV的脉冲方波，输出脉宽可在300 ns～10 μs之间自由调节，上升沿和下降沿均在40 ns以内。
2024, 36: 086001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230368
摘要:
为了确定用于场所监测的临界事故报警系统合适的报警阈值，需选用相似的基准实验进行验证。根据设备室临界事故报警系统的特征，构建了简易模型和具有代表性的包含多个设备的虚拟设备室模型。针对固定源问题，在蒙卡程序（RMC）中实现了基于微分算符抽样法计算敏感性系数的功能。随后，运用敏感性和不确定度分析方法对系统间的相似性进行了研究，并深入分析了影响相似性的因素。计算分析结果显示，对于简易模型，源项能谱和混凝土材料对系统间的相似性有较大影响，探测器与内侧墙面之间的混凝土厚度对相似性有一定影响，而源项的几何位置对相似性的影响较小，乏燃料成分对相似性的影响可以忽略不计。根据本文提出的相似性分析流程进行计算得出，简易模型与虚拟设备室模型的相似性较高，基于简易模型的研究结论适用于虚拟设备室模型，可为工程上的临界报警系统相似性研究提供参考。
为了确定用于场所监测的临界事故报警系统合适的报警阈值，需选用相似的基准实验进行验证。根据设备室临界事故报警系统的特征，构建了简易模型和具有代表性的包含多个设备的虚拟设备室模型。针对固定源问题，在蒙卡程序（RMC）中实现了基于微分算符抽样法计算敏感性系数的功能。随后，运用敏感性和不确定度分析方法对系统间的相似性进行了研究，并深入分析了影响相似性的因素。计算分析结果显示，对于简易模型，源项能谱和混凝土材料对系统间的相似性有较大影响，探测器与内侧墙面之间的混凝土厚度对相似性有一定影响，而源项的几何位置对相似性的影响较小，乏燃料成分对相似性的影响可以忽略不计。根据本文提出的相似性分析流程进行计算得出，简易模型与虚拟设备室模型的相似性较高，基于简易模型的研究结论适用于虚拟设备室模型，可为工程上的临界报警系统相似性研究提供参考。
2024, 36: 089001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240130
摘要:
针对孪生全卷积网络的单目标跟踪算法因无法提取到目标的高层语义特征和无法一次性集中关注并学习到目标的通道、空间及坐标特征导致在复杂场景下面临目标形变、姿态变化及背景干扰等挑战时，出现跟踪性能下降以及跟踪失败的问题，提出了一种基于多重注意力机制与响应融合的孪生网络单目标跟踪算法用来解决这一问题。在该算法中设计了小卷积核与跳层连接特征融合的深层骨干特征提取网络、改进型注意力机制及卷积互相关后的响应融合运算这3个模块用来提升该算法的跟踪性能，并通过消融实验验证了这3个模块的有效性。最后，经在OTB100基准数据集上测试，跟踪精确度达到了0.825，跟踪成功率达到了0.618。同时与其他先进算法进行对比，结果表明该算法不仅可以有效应对复杂场景下目标跟踪算法性能下降的问题，还可以在保证跟踪速度的前提下，进一步提高跟踪的精度。
针对孪生全卷积网络的单目标跟踪算法因无法提取到目标的高层语义特征和无法一次性集中关注并学习到目标的通道、空间及坐标特征导致在复杂场景下面临目标形变、姿态变化及背景干扰等挑战时，出现跟踪性能下降以及跟踪失败的问题，提出了一种基于多重注意力机制与响应融合的孪生网络单目标跟踪算法用来解决这一问题。在该算法中设计了小卷积核与跳层连接特征融合的深层骨干特征提取网络、改进型注意力机制及卷积互相关后的响应融合运算这3个模块用来提升该算法的跟踪性能，并通过消融实验验证了这3个模块的有效性。最后，经在OTB100基准数据集上测试，跟踪精确度达到了0.825，跟踪成功率达到了0.618。同时与其他先进算法进行对比，结果表明该算法不仅可以有效应对复杂场景下目标跟踪算法性能下降的问题，还可以在保证跟踪速度的前提下，进一步提高跟踪的精度。
2024, 36: 089002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240067
摘要:
离子推力器是广泛应用于空间航天任务的电推力器之一，栅极在离子推力器中承担着引出离子并加速进而实现推力的作用，直接影响推力器性能及寿命。相比于传统钼栅，碳基栅极具有热膨胀系数低、耐离子溅射高等优势，是未来高比冲、大推力、长寿命离子推力器栅极的理想候选材料，已被国外部分先进离子推力器成功在轨应用。分析对比了不同栅极材料特性，调研总结了国内外碳基栅极研制过程及技术特点，并报道了作者近期在小口径不同构型C/C栅极与一体化C/C栅极研制方面的相关进展，最后针对我国离子电推进发展趋势，提出了后续碳基栅极研究的经验启示与建议。
离子推力器是广泛应用于空间航天任务的电推力器之一，栅极在离子推力器中承担着引出离子并加速进而实现推力的作用，直接影响推力器性能及寿命。相比于传统钼栅，碳基栅极具有热膨胀系数低、耐离子溅射高等优势，是未来高比冲、大推力、长寿命离子推力器栅极的理想候选材料，已被国外部分先进离子推力器成功在轨应用。分析对比了不同栅极材料特性，调研总结了国内外碳基栅极研制过程及技术特点，并报道了作者近期在小口径不同构型C/C栅极与一体化C/C栅极研制方面的相关进展，最后针对我国离子电推进发展趋势，提出了后续碳基栅极研究的经验启示与建议。
2024, 36: 089003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230351
摘要:
针对两轴压电剪切叠堆在高频电压驱动下的二维高频运动的位移测量问题，提出使用（AFM）探针在敲击模式下的加工痕迹测量压电剪切叠堆运动位移的方法，首先制备热塑性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，随后进行AFM探针敲击加工实验，扫描AMF探针加工轨迹并对其进行后处理，成功得到压电剪切叠堆的二维高频运动位移，实现了以半接触的方式对压电剪切叠堆二维高频复杂运动的准确检测，并依据实验数据对压电剪切叠堆二维运动位移随电压幅值及频率的变化情况进行分析。实验结果表明，在10 Hz～5 kHz的激励信号频率范围内，所提出的方法能准确测量压电剪切叠堆的运动位移。
针对两轴压电剪切叠堆在高频电压驱动下的二维高频运动的位移测量问题，提出使用（AFM）探针在敲击模式下的加工痕迹测量压电剪切叠堆运动位移的方法，首先制备热塑性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，随后进行AFM探针敲击加工实验，扫描AMF探针加工轨迹并对其进行后处理，成功得到压电剪切叠堆的二维高频运动位移，实现了以半接触的方式对压电剪切叠堆二维高频复杂运动的准确检测，并依据实验数据对压电剪切叠堆二维运动位移随电压幅值及频率的变化情况进行分析。实验结果表明，在10 Hz～5 kHz的激励信号频率范围内，所提出的方法能准确测量压电剪切叠堆的运动位移。
2024, 36: 083007.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240109
摘要:
磁控管高效互耦锁相为基于电真空振荡器的高效率、高功率阵列提供了一种有效的技术方案。互耦结构的引入使得互耦磁控管整体上建立了新的谐振模式序列，其中满足互耦磁控管高效锁相的模式为期望的锁相模式。然而，锁相模式易受到模式序列中邻近模式的干扰，导致工作不稳定。提出一种等效电路与本征模分析相结合调控模式分布的方法，通过调控模式频率分隔，使锁相模式单模工作；同时建立磁控管工作模式与互耦结构耦合场匹配的谐振条件，实现磁控管的高效互耦锁相。为了验证该方法的有效性，设计了基于S波段MW级磁控管高效互耦模型，对锁相模式工作特性进行了粒子模拟，模拟结果表明互耦模型可以稳定工作在高效锁相模式：0相位差模式和π相位差模式，锁定频率约为2.545 GHz，接近磁控管单管自由振荡频率。每只磁控管的输出功率接近单管自由运行时的输出功率，电子效率与单管几乎相同，互耦锁相效率达到了99%，实现了高效锁相。
磁控管高效互耦锁相为基于电真空振荡器的高效率、高功率阵列提供了一种有效的技术方案。互耦结构的引入使得互耦磁控管整体上建立了新的谐振模式序列，其中满足互耦磁控管高效锁相的模式为期望的锁相模式。然而，锁相模式易受到模式序列中邻近模式的干扰，导致工作不稳定。提出一种等效电路与本征模分析相结合调控模式分布的方法，通过调控模式频率分隔，使锁相模式单模工作；同时建立磁控管工作模式与互耦结构耦合场匹配的谐振条件，实现磁控管的高效互耦锁相。为了验证该方法的有效性，设计了基于S波段MW级磁控管高效互耦模型，对锁相模式工作特性进行了粒子模拟，模拟结果表明互耦模型可以稳定工作在高效锁相模式：0相位差模式和π相位差模式，锁定频率约为2.545 GHz，接近磁控管单管自由振荡频率。每只磁控管的输出功率接近单管自由运行时的输出功率，电子效率与单管几乎相同，互耦锁相效率达到了99%，实现了高效锁相。
2024, 36: 085003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240092
摘要:
针对宽频测量系统量值传递需求，基于Marx电路设计了一款单极性方波脉冲源。该脉冲源以MOSFET器件为核心，采用光纤隔离驱动方案实现10 kV的方波脉冲输出。采用叠层结构搭建12级样机，实现了脉冲发生器的模块化与小型化。实验结果表明：该方波脉冲源在带300 pF以下的容性负载时可实现前沿小于百纳秒、输出电压kV级别、脉宽200 μs的脉冲输出。该电源适用于宽频测量设备的方波响应性能实验等脉冲功率相关用途。
针对宽频测量系统量值传递需求，基于Marx电路设计了一款单极性方波脉冲源。该脉冲源以MOSFET器件为核心，采用光纤隔离驱动方案实现10 kV的方波脉冲输出。采用叠层结构搭建12级样机，实现了脉冲发生器的模块化与小型化。实验结果表明：该方波脉冲源在带300 pF以下的容性负载时可实现前沿小于百纳秒、输出电压kV级别、脉宽200 μs的脉冲输出。该电源适用于宽频测量设备的方波响应性能实验等脉冲功率相关用途。
