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RSS2025年 37卷 第2期
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2025, 37: 021001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240261
2025, 37: 023001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240399
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2025, 37: 021001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240261
摘要:
光阴极电子源是先进加速器装置最为关键的部件，驱动激光的品质参数是电子源性能的首要决定因素。近年来，电子加速器装置的束流指标不断提升，要求驱动激光具备高功率、高稳定性等特点和时空分布调控的功能，这对驱动激光系统的放大、选频、倍频、时空整形等模块提出了更高的需求。国内外主要研究机构根据其电子源的需求采用了相应的技术路线，在重复频率、激光波长、单脉冲能量和时空分布整形等方面各有特点。本文介绍了高亮度电子源驱动激光的主要技术路线和国内外发展现状，分析了典型的驱动激光方案，并讨论了驱动激光系统的未来发展趋势，以期为相关装置的规划和建设提供参考。
光阴极电子源是先进加速器装置最为关键的部件，驱动激光的品质参数是电子源性能的首要决定因素。近年来，电子加速器装置的束流指标不断提升，要求驱动激光具备高功率、高稳定性等特点和时空分布调控的功能，这对驱动激光系统的放大、选频、倍频、时空整形等模块提出了更高的需求。国内外主要研究机构根据其电子源的需求采用了相应的技术路线，在重复频率、激光波长、单脉冲能量和时空分布整形等方面各有特点。本文介绍了高亮度电子源驱动激光的主要技术路线和国内外发展现状，分析了典型的驱动激光方案，并讨论了驱动激光系统的未来发展趋势，以期为相关装置的规划和建设提供参考。
2025, 37: 021002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240209
摘要:
与真空罐系统相比，超声速引射技术在化学激光器压力恢复方面有着显著优势，其中超声速中心引射器由于总压损失更小引射潜力更大。对超声速中心引射器流动特性分别进行了数值仿真与试验研究。结果表明：对于带收缩型混合室的超声速中心引射器，尽管其更易达到工作状态，然而在固定引射系数且以维持较低盲腔压力条件下，前者并不优于等直型引射器。在变引射系数（固定二次流质量流率）条件下，混合室面积缩比每提高0.05，一次流质量流率约提高0.3 kg/s才能使其达到临界启动状态。超声速引射器在临界启动状态时整体引射性能达到最高。在抽盲腔能力方面，单级超声速中心型引射器明显强于其他类型引射器，最低可达1.3 kPa。
与真空罐系统相比，超声速引射技术在化学激光器压力恢复方面有着显著优势，其中超声速中心引射器由于总压损失更小引射潜力更大。对超声速中心引射器流动特性分别进行了数值仿真与试验研究。结果表明：对于带收缩型混合室的超声速中心引射器，尽管其更易达到工作状态，然而在固定引射系数且以维持较低盲腔压力条件下，前者并不优于等直型引射器。在变引射系数（固定二次流质量流率）条件下，混合室面积缩比每提高0.05，一次流质量流率约提高0.3 kg/s才能使其达到临界启动状态。超声速引射器在临界启动状态时整体引射性能达到最高。在抽盲腔能力方面，单级超声速中心型引射器明显强于其他类型引射器，最低可达1.3 kPa。
2025, 37: 021003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240290
摘要:
在化学激光器的研制中，扩压器压力恢复的研究具有重要的工程应用价值，通过数值模拟结合试验的方式对氟化氘（DF）化学激光器的扩压器进行展开研究，主要针对扩压器的扩张角、结构类型等参数对扩压器性能的影响进行计算分析并进行试验验证。研究结果表明：平直段+8°扩张角的扩压器，抵抗高背压的能力较弱，通过减小扩张角至5°可以有效提高抵抗背压的能力；进一步优化后的超声速二次喉道扩压器能够再次提高扩压器的恢复压力，减小气流的能量损失，提高抗反压特性。针对不同模型的扩压器进行了实验验证，实验结果与数值模拟的结果趋势较一致。
在化学激光器的研制中，扩压器压力恢复的研究具有重要的工程应用价值，通过数值模拟结合试验的方式对氟化氘（DF）化学激光器的扩压器进行展开研究，主要针对扩压器的扩张角、结构类型等参数对扩压器性能的影响进行计算分析并进行试验验证。研究结果表明：平直段+8°扩张角的扩压器，抵抗高背压的能力较弱，通过减小扩张角至5°可以有效提高抵抗背压的能力；进一步优化后的超声速二次喉道扩压器能够再次提高扩压器的恢复压力，减小气流的能量损失，提高抗反压特性。针对不同模型的扩压器进行了实验验证，实验结果与数值模拟的结果趋势较一致。
2025, 37: 021004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240216
摘要:
极紫外（EUV）反射镜在高能、高功率极紫外光辐照的过程中，其表面易形成碳沉积和氧化，从而影响其反射率，进而缩短其使用寿命。针对这一问题，分别实验研究了在极紫外多层膜表面镀制氮化物和氧化物保护层的制备工艺，并进行了表征。在制备过程中，基于直流反应磁控溅射技术，研究了工艺气体流量与溅射电压之间的“双曲线”关系，以此优化控制反应气体量，进而降低反应溅射过程中反应气体对Mo/Si多层膜的影响。基于这一方法，分别在Mo/Si多层膜表面镀制TiN、ZrN和TiO2保护层，应用掠入射X射线反射（GIXR）、X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微成像（TEM）对其进行了表征，并通过对比分析，验证了氮化物保护层具有一定的性能优势。
极紫外（EUV）反射镜在高能、高功率极紫外光辐照的过程中，其表面易形成碳沉积和氧化，从而影响其反射率，进而缩短其使用寿命。针对这一问题，分别实验研究了在极紫外多层膜表面镀制氮化物和氧化物保护层的制备工艺，并进行了表征。在制备过程中，基于直流反应磁控溅射技术，研究了工艺气体流量与溅射电压之间的“双曲线”关系，以此优化控制反应气体量，进而降低反应溅射过程中反应气体对Mo/Si多层膜的影响。基于这一方法，分别在Mo/Si多层膜表面镀制TiN、ZrN和TiO2保护层，应用掠入射X射线反射（GIXR）、X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微成像（TEM）对其进行了表征，并通过对比分析，验证了氮化物保护层具有一定的性能优势。
2025, 37: 021005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240347
摘要:
介绍了安徽大学正在建设的强光磁试验装置的整体布局，详细分析了装置的稳定运行对水冷系统的设计要求及难点，根据需求完成了整个装置的水冷系统设计研制，装置的水冷系统一共包含了两路独立的水冷机组系统，设计温度分别为（42±0.1）℃与（25±0.5）℃，并且可在一定范围内调节。装置水冷控制系统基于EPICS 框架开发，温度调节及控制功能通过PLC程序实现，PID参数配置通过PID调节器实现。控制系统的软件开发主要是在EPICS环境下实现对设备参数的设定和状态数据的回读，并将历史数据存入Archiver Appliances数据库中。试运行期间水冷控制系统的温度控制精度达到了（42±0.03）℃和（25±0.08）℃，符合设计要求，运行期间该系统稳定可靠，可以很好地保障装置安全稳定运行。
介绍了安徽大学正在建设的强光磁试验装置的整体布局，详细分析了装置的稳定运行对水冷系统的设计要求及难点，根据需求完成了整个装置的水冷系统设计研制，装置的水冷系统一共包含了两路独立的水冷机组系统，设计温度分别为（42±0.1）℃与（25±0.5）℃，并且可在一定范围内调节。装置水冷控制系统基于EPICS 框架开发，温度调节及控制功能通过PLC程序实现，PID参数配置通过PID调节器实现。控制系统的软件开发主要是在EPICS环境下实现对设备参数的设定和状态数据的回读，并将历史数据存入Archiver Appliances数据库中。试运行期间水冷控制系统的温度控制精度达到了（42±0.03）℃和（25±0.08）℃，符合设计要求，运行期间该系统稳定可靠，可以很好地保障装置安全稳定运行。
2025, 37: 022001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240199
摘要:
在激光驱动惯性约束聚变实验研究中，质子能谱诊断常用的记录介质CR-39固体径迹探测器在能谱测量方面存在时效性与一致性的缺陷，而具有在线信号获取能力的Timepix探测器能够克服这些问题。为将Timepix探测器应用于内爆质子能谱探测，研究Timepix探测器对质子能量和入射角度的响应十分有必要。在Allpix2框架内，使用蒙特卡罗方法分析了Timepix探测器对不同能量和入射角度质子束的响应。模拟结果显示，以质子能否穿透传感器灵敏区域为区分，Timepix探测器对质子束入射角度与能量的响应规律在簇形态、簇尺寸分布以及簇电荷分布上具有显著差异。当入射质子束能量低于6 MeV时，Timepix探测器探测效率高，且质子入射角度不会对探测器能量响应产生显著影响。
在激光驱动惯性约束聚变实验研究中，质子能谱诊断常用的记录介质CR-39固体径迹探测器在能谱测量方面存在时效性与一致性的缺陷，而具有在线信号获取能力的Timepix探测器能够克服这些问题。为将Timepix探测器应用于内爆质子能谱探测，研究Timepix探测器对质子能量和入射角度的响应十分有必要。在Allpix2框架内，使用蒙特卡罗方法分析了Timepix探测器对不同能量和入射角度质子束的响应。模拟结果显示，以质子能否穿透传感器灵敏区域为区分，Timepix探测器对质子束入射角度与能量的响应规律在簇形态、簇尺寸分布以及簇电荷分布上具有显著差异。当入射质子束能量低于6 MeV时，Timepix探测器探测效率高，且质子入射角度不会对探测器能量响应产生显著影响。
2025, 37: 022002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240247
摘要:
CUP-VISAR系统是将超快压缩成像（CUP）与二维任意反射面速度干涉仪（VISAR）结合的新技术。针对CUP-VISAR系统在含有大噪声情况下图像重构质量明显下降的问题，提出了一种基于迭代-帧间双预测的压缩超快摄影重构方法。对帧间图像数据的相关性及同一帧图像前后迭代的关联性进行研究，将压缩图像重构问题表述为一个基于卡尔曼预测和帧间预测的迭代-帧间双预测优化问题，并使用即插即用广义交替投影（PnP-GAP）框架来有效解决优化问题。仿真实验表明，在大高斯噪声条件下，所提方法的最小峰值信噪比（PSNR）提高了3.18～2.11 dB，最小结构相似性（SSIM）提高了20.30%～8.22%。实际结果表明，所提方法得到的条纹图像清晰度更高，重构的线-VISAR（1D-VISAR）条纹移动趋势更清晰，验证了算法的有效性。
CUP-VISAR系统是将超快压缩成像（CUP）与二维任意反射面速度干涉仪（VISAR）结合的新技术。针对CUP-VISAR系统在含有大噪声情况下图像重构质量明显下降的问题，提出了一种基于迭代-帧间双预测的压缩超快摄影重构方法。对帧间图像数据的相关性及同一帧图像前后迭代的关联性进行研究，将压缩图像重构问题表述为一个基于卡尔曼预测和帧间预测的迭代-帧间双预测优化问题，并使用即插即用广义交替投影（PnP-GAP）框架来有效解决优化问题。仿真实验表明，在大高斯噪声条件下，所提方法的最小峰值信噪比（PSNR）提高了3.18～2.11 dB，最小结构相似性（SSIM）提高了20.30%～8.22%。实际结果表明，所提方法得到的条纹图像清晰度更高，重构的线-VISAR（1D-VISAR）条纹移动趋势更清晰，验证了算法的有效性。
2025, 37: 023001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240399
摘要:
无人机系统级线缆耦合特征对于无人机电磁效应与机理分析具有重要意义。针对无人机系统中多类型线缆建立了线缆电磁干扰场路联合仿真模型，分析了无人机不同类型线缆的耦合特征，并结合无人机系统复杂物理结构对无人机系统级线缆耦合特征展开研究，基于无人机系统表面电流分布情况，在无人机飞控端口线缆处、机翼线缆处、旋翼线缆处设置电压监测点，得到了无人机系统线缆耦合的薄弱环节。仿真结果表明，平面波以不同角度入射相同长度线缆时，电场矢量与线缆所在平面平行时耦合峰值电压最大，且不同类型线缆耦合敏感频点相同，平面波以相同角度入射不同长度线缆时，谐振频点的倒数满足与线缆长度相同的倍数关系；无人机系统线缆辐照场景下，飞控线缆耦合敏感频段为300～600 MHz；无人机机翼线缆与旋翼线缆耦合敏感频段为300～430 MHz，且飞控线缆耦合峰值电压明显大于机翼线缆与旋翼线缆处峰值电压。
无人机系统级线缆耦合特征对于无人机电磁效应与机理分析具有重要意义。针对无人机系统中多类型线缆建立了线缆电磁干扰场路联合仿真模型，分析了无人机不同类型线缆的耦合特征，并结合无人机系统复杂物理结构对无人机系统级线缆耦合特征展开研究，基于无人机系统表面电流分布情况，在无人机飞控端口线缆处、机翼线缆处、旋翼线缆处设置电压监测点，得到了无人机系统线缆耦合的薄弱环节。仿真结果表明，平面波以不同角度入射相同长度线缆时，电场矢量与线缆所在平面平行时耦合峰值电压最大，且不同类型线缆耦合敏感频点相同，平面波以相同角度入射不同长度线缆时，谐振频点的倒数满足与线缆长度相同的倍数关系；无人机系统线缆辐照场景下，飞控线缆耦合敏感频段为300～600 MHz；无人机机翼线缆与旋翼线缆耦合敏感频段为300～430 MHz，且飞控线缆耦合峰值电压明显大于机翼线缆与旋翼线缆处峰值电压。
2025, 37: 023002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240225
摘要:
高功率微波易通过电子设备间互连线缆这一主要耦合途径进入系统内部，扰乱甚至损坏敏感电路或器件。为指导工程上合理布线，提升电子系统在高功率微波环境下生存能力，采用仿真分析和试验验证相结合的方法，系统性研究了不同参数条件（线缆长度、离地高度、端接负载阻值、辐射场入射角）下高功率微波与线缆的耦合效应，获取了耦合响应规律并分析了内在原因。结果表明：耦合信号随线缆长度增加先振荡变化后逐渐趋于稳定，振荡周期与入射波波长相等；耦合信号随线缆距地高度变化呈现振荡变化，极大值和极小值分别出现在距地高度为入射波1/4波长的奇数倍以及1/2波长的整数倍时；耦合信号随端接负载阻值增加先变小后变大，当负载阻值与线缆特性阻抗匹配时，耦合信号最小；耦合信号随来波方向与线缆布设方向间夹角的增大而增大，当两者垂直时，耦合信号最大。在此基础上给出实际工程中线缆敷设优化建议。
高功率微波易通过电子设备间互连线缆这一主要耦合途径进入系统内部，扰乱甚至损坏敏感电路或器件。为指导工程上合理布线，提升电子系统在高功率微波环境下生存能力，采用仿真分析和试验验证相结合的方法，系统性研究了不同参数条件（线缆长度、离地高度、端接负载阻值、辐射场入射角）下高功率微波与线缆的耦合效应，获取了耦合响应规律并分析了内在原因。结果表明：耦合信号随线缆长度增加先振荡变化后逐渐趋于稳定，振荡周期与入射波波长相等；耦合信号随线缆距地高度变化呈现振荡变化，极大值和极小值分别出现在距地高度为入射波1/4波长的奇数倍以及1/2波长的整数倍时；耦合信号随端接负载阻值增加先变小后变大，当负载阻值与线缆特性阻抗匹配时，耦合信号最小；耦合信号随来波方向与线缆布设方向间夹角的增大而增大，当两者垂直时，耦合信号最大。在此基础上给出实际工程中线缆敷设优化建议。
2025, 37: 023003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240228
摘要:
为了评估道路车辆在复杂电磁环境中的适应性，研究了基于实际电磁环境的车辆辐射抗干扰混响室试验方法。对实际电磁信号进行采集，在混响室内搭建了复杂电磁信号回放系统，分析了接收功率的累积分布函数。针对复杂电磁信号，给出了混响室的场强标定方法和辐射抗扰度测试方法，并开展了车辆辐射抗扰度测试验证，结果表明在混响室复杂电磁环境下，部分车型存在电磁安全风险，该方法的提出为企业进行车辆电磁兼容品质评估提供了重要支撑。
为了评估道路车辆在复杂电磁环境中的适应性，研究了基于实际电磁环境的车辆辐射抗干扰混响室试验方法。对实际电磁信号进行采集，在混响室内搭建了复杂电磁信号回放系统，分析了接收功率的累积分布函数。针对复杂电磁信号，给出了混响室的场强标定方法和辐射抗扰度测试方法，并开展了车辆辐射抗扰度测试验证，结果表明在混响室复杂电磁环境下，部分车型存在电磁安全风险，该方法的提出为企业进行车辆电磁兼容品质评估提供了重要支撑。
2025, 37: 023004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240310
摘要:
为了解决波导传输线中硬连接问题，部分波导组件将使用软波导，但软波导的使用会带来传输线损耗的增大。为了探究其在真实工作条件下的损耗和电热情况，搭建了基于谐振环的测试平台，谐振环行波功率增益为13.4 dB，通过两个2 kW功率放大器，成功在波腹位置实现了140 kW的等效功率。根据仿真和实验结果，对矩形软波导进行了优化设计，改进其结构和材料，以更好地应对高功率输入下的热形变和应力问题。优化后的软波导电热性能表现优于国外同类型产品。
为了解决波导传输线中硬连接问题，部分波导组件将使用软波导，但软波导的使用会带来传输线损耗的增大。为了探究其在真实工作条件下的损耗和电热情况，搭建了基于谐振环的测试平台，谐振环行波功率增益为13.4 dB，通过两个2 kW功率放大器，成功在波腹位置实现了140 kW的等效功率。根据仿真和实验结果，对矩形软波导进行了优化设计，改进其结构和材料，以更好地应对高功率输入下的热形变和应力问题。优化后的软波导电热性能表现优于国外同类型产品。
2025, 37: 023005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240338
摘要:
基于输出波导与腔体耦合的等效电路模型，对于任意的输出波导与腔体的耦合和任意的腔体和电子束参数，建立了速调管放大器输出腔的匹配理论即最大输出功率理论。建立了带有互感和感应电流等参数的输出腔等效电路模型，研究了输出微波功率和反射功率，其中在研究反射功率时讨论了复耦合系数不等于1和等于1这两种情况下反射功率的表达式，推导了输出波导与带有电子束的输出腔任意的耦合和完全匹配这两种情形时输出微波功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配时输出腔谐振频率与输出腔有载品质因数的表达式。匹配情形时从含有互感的等效电路模型推出的输出功率的计算结果与经典理论的计算结果近似相等。
基于输出波导与腔体耦合的等效电路模型，对于任意的输出波导与腔体的耦合和任意的腔体和电子束参数，建立了速调管放大器输出腔的匹配理论即最大输出功率理论。建立了带有互感和感应电流等参数的输出腔等效电路模型，研究了输出微波功率和反射功率，其中在研究反射功率时讨论了复耦合系数不等于1和等于1这两种情况下反射功率的表达式，推导了输出波导与带有电子束的输出腔任意的耦合和完全匹配这两种情形时输出微波功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配时输出腔谐振频率与输出腔有载品质因数的表达式。匹配情形时从含有互感的等效电路模型推出的输出功率的计算结果与经典理论的计算结果近似相等。
2025, 37: 024001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240154
摘要:
大电流加速器束管中，当带电粒子流通过束管时，会在束管中激励起高频场，为了降低对束流的影响，束管中产生的高次模需要利用阻尼器将高频场能量转换成热量并通过冷却装置导走。介绍了某混合型高次模阻尼器的研制及主要性能。阻尼器采用的吸收材料为铁氧体和碳化硅，吸收材料通过金属化和钎焊实现与金属基板的焊接。通过CST和COMSOL软件分别开展了微波性能仿真和热仿真，对阻尼器的结构进行了优化设计。阻尼器的测试结果表明：该混合型阻尼器的吸收效率与计算结果在1.7 GHz以下频段相接近，在1.7 GHz以上高频段后，仿真吸收效率高于实测结果，相差较大；真空漏率、极限真空、水路耐压均满足超导高频腔设计需求。
大电流加速器束管中，当带电粒子流通过束管时，会在束管中激励起高频场，为了降低对束流的影响，束管中产生的高次模需要利用阻尼器将高频场能量转换成热量并通过冷却装置导走。介绍了某混合型高次模阻尼器的研制及主要性能。阻尼器采用的吸收材料为铁氧体和碳化硅，吸收材料通过金属化和钎焊实现与金属基板的焊接。通过CST和COMSOL软件分别开展了微波性能仿真和热仿真，对阻尼器的结构进行了优化设计。阻尼器的测试结果表明：该混合型阻尼器的吸收效率与计算结果在1.7 GHz以下频段相接近，在1.7 GHz以上高频段后，仿真吸收效率高于实测结果，相差较大；真空漏率、极限真空、水路耐压均满足超导高频腔设计需求。
2025, 37: 024002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240255
摘要:
针对质子束辐照钍靶装卸系统在低辐射、大尺度、高复杂性等操作环境下，传统的单机控制故障率高、维护难、灵活性差、人工操作危险的问题，提出了一种基于可编程逻辑控制器（PLC）冗余的数字孪生质子束辐照钍靶装卸系统控制方法。首先，该方法采用CPU冗余、I/O冗余、电源冗余等多要素协调控制策略，通过对硬件热备冗余系统的搭建和软件冗余系统的组态、编程及仿真，使控制系统不间断运行。其次，基于“NX MCD+PLC SIM+OPC”架构设计了数字孪生虚实交互的控制系统,对物理空间的数据信息在虚拟空间构建靶片装卸系统孪生模型，实现辐射环境下无人值守的连续监控；最后，经过实验与可靠性分析，所提方法使此控制系统的稳定性提升至99%，为辐照环境下操作系统的管控提供了一种新思路。
针对质子束辐照钍靶装卸系统在低辐射、大尺度、高复杂性等操作环境下，传统的单机控制故障率高、维护难、灵活性差、人工操作危险的问题，提出了一种基于可编程逻辑控制器（PLC）冗余的数字孪生质子束辐照钍靶装卸系统控制方法。首先，该方法采用CPU冗余、I/O冗余、电源冗余等多要素协调控制策略，通过对硬件热备冗余系统的搭建和软件冗余系统的组态、编程及仿真，使控制系统不间断运行。其次，基于“NX MCD+PLC SIM+OPC”架构设计了数字孪生虚实交互的控制系统,对物理空间的数据信息在虚拟空间构建靶片装卸系统孪生模型，实现辐射环境下无人值守的连续监控；最后，经过实验与可靠性分析，所提方法使此控制系统的稳定性提升至99%，为辐照环境下操作系统的管控提供了一种新思路。
2025, 37: 024003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240223
摘要:
针对增强型共源共栅（Cascode）结构GaN HEMT器件，利用5 MeV、60 MeV和300 MeV质子进行注量为2×1012～1×1014 cm−2的辐照实验，研究高能质子辐照后器件电学性能的退化规律和损伤机制。实验发现，注量为2×1012 cm−2的5 MeV质子辐照后，器件阈值电压明显减小，跨导峰位负漂且峰值跨导减小，饱和漏极电流显著增加，栅泄露电流无明显变化，当辐照注量达到1×1013 cm−2后，电学性能退化受到抑制并趋于饱和。分析认为Cascode结构GaN HEMT器件内部级联硅基MOS管的存在是导致辐照后阈值电压负漂和漏极电流增大的内在原因。结合低频噪声测试分析，发现质子辐照注量越高，器件噪声功率谱密度越大，表明辐照引入的缺陷就越多，辐照损伤越严重。与60 MeV和300 MeV质子辐照结果相比，5 MeV质子辐照后器件电学特性退化最为严重。利用SRIM仿真得到GaN材料受到质子辐照后产生的空位情况，结果显示质子入射能量越低，产生的空位数量越多（镓空位VGa占主导），器件电学特性退化就越显著。
针对增强型共源共栅（Cascode）结构GaN HEMT器件，利用5 MeV、60 MeV和300 MeV质子进行注量为2×1012～1×1014 cm−2的辐照实验，研究高能质子辐照后器件电学性能的退化规律和损伤机制。实验发现，注量为2×1012 cm−2的5 MeV质子辐照后，器件阈值电压明显减小，跨导峰位负漂且峰值跨导减小，饱和漏极电流显著增加，栅泄露电流无明显变化，当辐照注量达到1×1013 cm−2后，电学性能退化受到抑制并趋于饱和。分析认为Cascode结构GaN HEMT器件内部级联硅基MOS管的存在是导致辐照后阈值电压负漂和漏极电流增大的内在原因。结合低频噪声测试分析，发现质子辐照注量越高，器件噪声功率谱密度越大，表明辐照引入的缺陷就越多，辐照损伤越严重。与60 MeV和300 MeV质子辐照结果相比，5 MeV质子辐照后器件电学特性退化最为严重。利用SRIM仿真得到GaN材料受到质子辐照后产生的空位情况，结果显示质子入射能量越低，产生的空位数量越多（镓空位VGa占主导），器件电学特性退化就越显著。
2025, 37: 025001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240248
摘要:
提出了一种带有新型磁隔离驱动电路的小型化全固态方波Marx发生器。小型化全固态方波Marx发生器的主电路基于半桥结构，将相邻级的充电开关和放电开关的源极短接，与串芯磁环磁隔离驱动方法相结合，只需一个来自初级侧的双极性信号就能同步驱动Marx发生器中的所有开关，从而大大减少了驱动电路中所需的元件数量。搭建了14级实验样机，电源总质量仅为314 g，宽15 cm、长8 cm、高5 cm。在电阻负载上获得了峰值电压为10 kV、最大重复频率为10 kHz、脉冲宽度为200 ns～5 μs的高压方波脉冲。利用样机产生的500 ns、10 kV、1 kHz的方波脉冲驱动了介质阻挡放电负载，产生了均匀且强烈的放电，表明该小型化Marx 发生器适合驱动介质阻挡放电负载、用作低温等离子体源。
提出了一种带有新型磁隔离驱动电路的小型化全固态方波Marx发生器。小型化全固态方波Marx发生器的主电路基于半桥结构，将相邻级的充电开关和放电开关的源极短接，与串芯磁环磁隔离驱动方法相结合，只需一个来自初级侧的双极性信号就能同步驱动Marx发生器中的所有开关，从而大大减少了驱动电路中所需的元件数量。搭建了14级实验样机，电源总质量仅为314 g，宽15 cm、长8 cm、高5 cm。在电阻负载上获得了峰值电压为10 kV、最大重复频率为10 kHz、脉冲宽度为200 ns～5 μs的高压方波脉冲。利用样机产生的500 ns、10 kV、1 kHz的方波脉冲驱动了介质阻挡放电负载，产生了均匀且强烈的放电，表明该小型化Marx 发生器适合驱动介质阻挡放电负载、用作低温等离子体源。
2025, 37: 025002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240334
摘要:
针对压控晶闸管脉冲工作特性和串联使用需求，设计了一种可级联的驱动电路，实现了多级串联压控晶闸管的同步开通。首先，介绍了电路拓扑及工作原理，利用推挽结构的平面耦合电感器隔离初、次级信号并传递驱动能量，解决了串联驱动小型化和低压供电条件下快前沿输出的问题；其次，通过计算和仿真确定了电路参数和主要器件选型；最后，使用6级串联的MCT作为放电开关搭建了测试电路，在充电电压8.4 kV、工作重复频率20 Hz条件下，4 Ω电阻负载上获得了幅值为1.958 kA的准方波脉冲电流。
针对压控晶闸管脉冲工作特性和串联使用需求，设计了一种可级联的驱动电路，实现了多级串联压控晶闸管的同步开通。首先，介绍了电路拓扑及工作原理，利用推挽结构的平面耦合电感器隔离初、次级信号并传递驱动能量，解决了串联驱动小型化和低压供电条件下快前沿输出的问题；其次，通过计算和仿真确定了电路参数和主要器件选型；最后，使用6级串联的MCT作为放电开关搭建了测试电路，在充电电压8.4 kV、工作重复频率20 Hz条件下，4 Ω电阻负载上获得了幅值为1.958 kA的准方波脉冲电流。
2025, 37: 026001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240369
摘要:
快中子脉冲堆（FBR）是临界安全分析研究的重要对象。它们具有几何形状不规则、强瞬态过程、多物理紧密耦合以及复杂的反馈特性等特点。为了精确模拟并分析快中子脉冲堆在瞬发超临界过程中各物理场的变化情况，开发了一门基于OpenFOAM的多物理核临界安全分析程序，名为INSL-UniFoam。该程序集成了离散纵坐标中子输运求解器、传热和应力-应变求解器，能够模拟快中子脉冲堆的瞬态超临界脉冲过程。程序在Godiva-I基准题中进行了验证，对稳态条件下的多个物理参数进行了敏感性分析。同时，程序还对Godiva-I的瞬态脉冲场景进行了计算并与实验结果进行了比对。结果表明，程序在中子学计算方面具有较高的精度，能精确反映脉冲堆的功率、中子通量的分布情况。同时瞬态耦合计算所得的脉冲功率曲线、峰值功率、裂变产额等方面与参考解符合良好，能够较好地反映脉冲过程并且能够完整地输出脉冲过程的功率、温度、应力应变在内多个物理场的分布情况并与实验结果较好地匹配。
快中子脉冲堆（FBR）是临界安全分析研究的重要对象。它们具有几何形状不规则、强瞬态过程、多物理紧密耦合以及复杂的反馈特性等特点。为了精确模拟并分析快中子脉冲堆在瞬发超临界过程中各物理场的变化情况，开发了一门基于OpenFOAM的多物理核临界安全分析程序，名为INSL-UniFoam。该程序集成了离散纵坐标中子输运求解器、传热和应力-应变求解器，能够模拟快中子脉冲堆的瞬态超临界脉冲过程。程序在Godiva-I基准题中进行了验证，对稳态条件下的多个物理参数进行了敏感性分析。同时，程序还对Godiva-I的瞬态脉冲场景进行了计算并与实验结果进行了比对。结果表明，程序在中子学计算方面具有较高的精度，能精确反映脉冲堆的功率、中子通量的分布情况。同时瞬态耦合计算所得的脉冲功率曲线、峰值功率、裂变产额等方面与参考解符合良好，能够较好地反映脉冲过程并且能够完整地输出脉冲过程的功率、温度、应力应变在内多个物理场的分布情况并与实验结果较好地匹配。
2025, 37: 026002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240307
摘要:
燃耗数据库的构建决定了燃耗和衰变热计算的准确性，评价核数据库中的燃耗信息过于复杂，导致燃耗矩阵规模大，刚性强，计算效率低。从燃耗数据库的基本组成出发，考虑燃耗数据库中，各核素及其转化关系对中子学计算精度和重要核素核子密度计算精度的影响，并作为燃耗库压缩的依据。对于因裂变产物压缩而损失的衰变热计算精度，通过非线性最小二乘优化算法拟合衰变释热函数，构造伪衰变核代替裂变产物衰变热计算，以保持衰变热的计算精度。验证结果表明，原精细燃耗库中有超过1 500种核素，经压缩后保留不足200种核素。压缩后的燃耗数据库在有效增殖因子计算和核子密度计算中并未引入明显偏差。在衰变热计算方面，伪衰变核对于衰变热计算精度有显著的复原效果，对总功率贡献的计算偏差小于0.5%，满足衰变热计算精度的需求。
燃耗数据库的构建决定了燃耗和衰变热计算的准确性，评价核数据库中的燃耗信息过于复杂，导致燃耗矩阵规模大，刚性强，计算效率低。从燃耗数据库的基本组成出发，考虑燃耗数据库中，各核素及其转化关系对中子学计算精度和重要核素核子密度计算精度的影响，并作为燃耗库压缩的依据。对于因裂变产物压缩而损失的衰变热计算精度，通过非线性最小二乘优化算法拟合衰变释热函数，构造伪衰变核代替裂变产物衰变热计算，以保持衰变热的计算精度。验证结果表明，原精细燃耗库中有超过1 500种核素，经压缩后保留不足200种核素。压缩后的燃耗数据库在有效增殖因子计算和核子密度计算中并未引入明显偏差。在衰变热计算方面，伪衰变核对于衰变热计算精度有显著的复原效果，对总功率贡献的计算偏差小于0.5%，满足衰变热计算精度的需求。
2025, 37: 025003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240282
摘要:
海关安检双能加速器是由磁控管驱动的，在双能运行时，由于磁控管的静态工作阻抗及脉冲电流波形幅值一般相差比较大，造成脉冲电流顶部波形畸变，不能满足海关安检需要。为此采用“双回路并联电路拓扑+并联IGBT固态开关技术+高变比脉冲变压器技术+波形校正技术”研制了用于双能加速器的固态调制器，实现高低能交替输出脉冲。结果显示，在工作电流在70～120 A范围内时，高低能交替工作的磁控管脉冲电流波形都为比较理想的梯形波，其电流波形的平顶相对变化小于5%。
海关安检双能加速器是由磁控管驱动的，在双能运行时，由于磁控管的静态工作阻抗及脉冲电流波形幅值一般相差比较大，造成脉冲电流顶部波形畸变，不能满足海关安检需要。为此采用“双回路并联电路拓扑+并联IGBT固态开关技术+高变比脉冲变压器技术+波形校正技术”研制了用于双能加速器的固态调制器，实现高低能交替输出脉冲。结果显示，在工作电流在70～120 A范围内时，高低能交替工作的磁控管脉冲电流波形都为比较理想的梯形波，其电流波形的平顶相对变化小于5%。
2025, 37: 026003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240150
摘要:
基于射流穿透长度与夹带液滴分数等水力模型，建立了混合气体射流条件下气溶胶惯性碰撞去除模型，通过对注入区空间离散构建了高韦伯数射流流型含气芯夹带特征的气溶胶水洗去除分析方法。采用气溶胶水洗机理实验装置开展的两组蒸汽份额为64%，淹没深度为0.7 m，质量通量分别为217 kg/（m2·s）和120 kg/（m2·s）实验，以及引用淹没深度为0.5 m、质量通量为95 kg/（m2·s）的纯不凝性气体载带气溶胶的RCA2实验结果，对分析方法进行了验证。结果表明：考虑射流水力学特征的气溶胶水洗去除模型的预测结果与实验值符合较好，通过参数分析发现随着射流韦伯数的增加，射流穿透长度和夹带液滴分数均增加，增强了气溶胶与液滴的惯性碰撞作用。
基于射流穿透长度与夹带液滴分数等水力模型，建立了混合气体射流条件下气溶胶惯性碰撞去除模型，通过对注入区空间离散构建了高韦伯数射流流型含气芯夹带特征的气溶胶水洗去除分析方法。采用气溶胶水洗机理实验装置开展的两组蒸汽份额为64%，淹没深度为0.7 m，质量通量分别为217 kg/（m2·s）和120 kg/（m2·s）实验，以及引用淹没深度为0.5 m、质量通量为95 kg/（m2·s）的纯不凝性气体载带气溶胶的RCA2实验结果，对分析方法进行了验证。结果表明：考虑射流水力学特征的气溶胶水洗去除模型的预测结果与实验值符合较好，通过参数分析发现随着射流韦伯数的增加，射流穿透长度和夹带液滴分数均增加，增强了气溶胶与液滴的惯性碰撞作用。
