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2025, 37: 011001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240437
2025, 37: 014001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240210
2025, 37: 011004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240304
2025, 37: 011001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240437
摘要:
窄线宽大能量纳秒脉冲单模光纤放大器具有高效率、高光束质量和小体积等优点，在激光探测、工业加工等应用领域中具有明显的竞争优势。近期中国工程物理研究院激光聚变研究中心基于国产锥形掺镱光纤和主振荡功率放大器（MOPA），实现了平均功率100 W、脉冲宽度100 ns、单脉冲能量1 mJ、峰值功率10 kW的窄线宽（Δλ3dB=0.49 nm）、线偏振（PER：12.3 dB）、近单模（M2=1.49）全光纤结构1 064 nm激光输出。通过优化增益光纤和放大器设计，可进一步提升放大器的输出能量、功率和光束质量。
窄线宽大能量纳秒脉冲单模光纤放大器具有高效率、高光束质量和小体积等优点，在激光探测、工业加工等应用领域中具有明显的竞争优势。近期中国工程物理研究院激光聚变研究中心基于国产锥形掺镱光纤和主振荡功率放大器（MOPA），实现了平均功率100 W、脉冲宽度100 ns、单脉冲能量1 mJ、峰值功率10 kW的窄线宽（Δλ3dB=0.49 nm）、线偏振（PER：12.3 dB）、近单模（M2=1.49）全光纤结构1 064 nm激光输出。通过优化增益光纤和放大器设计，可进一步提升放大器的输出能量、功率和光束质量。
2025, 37: 011002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240354
摘要:
利用已有的激光器试车台进行了不同质量流率的DF激光器恢复压力试验。当质量流率达到2.475 g·s−1·cm−2时，注入副气流D2及He后激射腔压力异常升高，激射腔内部存在热堵。建立DF激光器激射腔与扩压器仿真分析模型，结合DF激光器反应机理，对有无热反应的激射腔及扩压器通道的流场进行了仿真分析。分析结果显示，不考虑热反应的激射腔内部流场通畅、考虑真实气体反应放热效应时，激射腔内静压迅速抬升，出现热堵，且热堵现象集中在激射腔入口段，与试验结果吻合。根据仿真分析结果，优化了激射腔设计，进行了DF激光器试验研究。结果显示，优化后的激射腔热堵问题得到解决，质量流率2.475 g·s−1·cm−2时，激光器实现了背压22 kPa直排。
利用已有的激光器试车台进行了不同质量流率的DF激光器恢复压力试验。当质量流率达到2.475 g·s−1·cm−2时，注入副气流D2及He后激射腔压力异常升高，激射腔内部存在热堵。建立DF激光器激射腔与扩压器仿真分析模型，结合DF激光器反应机理，对有无热反应的激射腔及扩压器通道的流场进行了仿真分析。分析结果显示，不考虑热反应的激射腔内部流场通畅、考虑真实气体反应放热效应时，激射腔内静压迅速抬升，出现热堵，且热堵现象集中在激射腔入口段，与试验结果吻合。根据仿真分析结果，优化了激射腔设计，进行了DF激光器试验研究。结果显示，优化后的激射腔热堵问题得到解决，质量流率2.475 g·s−1·cm−2时，激光器实现了背压22 kPa直排。
2025, 37: 011003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240232
摘要:
受激拉曼散射（SRS）作为一种高效的激光频率改变方法，受到广泛关注。但是拉曼激光也存在着明显的不足，其波长缺少连续调谐的能力，因此需要开发更多的拉曼活性介质，提高拉曼频移覆盖密度。以波长为1064 nm的激光作为泵浦源，以高压乙烷作为拉曼活性介质，产生了波长为1550 nm的一阶拉曼（S1），实验过程中未发现明显后向拉曼和高阶拉曼，通过优化实验条件，降低激光诱导击穿（LIB），使S1的光子转化效率提高到了20.7%，最高脉冲能量达到21.2 mJ。并且首次测量了乙烷对1.55 μm激光的吸收系数和吸收截面，它们分别是5.71\begin{document}$ \times {{10}}^{-{8}} $\end{document} ![]()
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2025, 37: 012001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240224
摘要:
为了实现单次扫描条纹相机扫描控制模块中斜坡信号的高电压阈值、高线性斜坡、电路简单且易调试的目标，提出了利用开关放电产生大电流高压脉冲和恒流充电斜坡线性好的优点，设计出一款单次扫描线性高压斜坡信号产生电路，该电路可通过调节电阻的大小，实现线性斜坡信号斜率和线性率的调节和优化。实验表明，该电路所产生的线性高压斜坡信号可提供幅值高达1 700 V的电压，产生的斜坡非线性精度小于3%，扫描时间可实现200 ns至50 μs可调。与传统高压斜坡信号电路相比，电路结构简单，调试方便，斜坡时间可实现纳秒到微秒的无级调整，这可有效提高条纹相机扫描时间精度，有效减小电路串扰等问题。
为了实现单次扫描条纹相机扫描控制模块中斜坡信号的高电压阈值、高线性斜坡、电路简单且易调试的目标，提出了利用开关放电产生大电流高压脉冲和恒流充电斜坡线性好的优点，设计出一款单次扫描线性高压斜坡信号产生电路，该电路可通过调节电阻的大小，实现线性斜坡信号斜率和线性率的调节和优化。实验表明，该电路所产生的线性高压斜坡信号可提供幅值高达1 700 V的电压，产生的斜坡非线性精度小于3%，扫描时间可实现200 ns至50 μs可调。与传统高压斜坡信号电路相比，电路结构简单，调试方便，斜坡时间可实现纳秒到微秒的无级调整，这可有效提高条纹相机扫描时间精度，有效减小电路串扰等问题。
2025, 37: 012002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240266
摘要:
在高通量激光装置真空系统运行过程中，泵组润滑油在真空环境下产生的分子污染可能扩散沉积在光学系统元件表面，在高通量激光辐照下诱导损伤，降低光学元件负载能力。针对真空系统洁净度控制开展研究，构建了包括真空泵组优化、增加低温冷阱吸附、增加冷阱在线加热再生工艺的真空系统洁净度控制方法。实验研究结果表明：真空系统经过120 h连续运行后，平均24 h非挥发性残留物表面沉积量维持在2.86×10−9 g/cm2洁净水平，熔石英光学试片考核组和对照组在350 nm处的透过率以及12.3 J/cm2通量以下的损伤密度曲线基本一致，证明了该方法的有效性。
在高通量激光装置真空系统运行过程中，泵组润滑油在真空环境下产生的分子污染可能扩散沉积在光学系统元件表面，在高通量激光辐照下诱导损伤，降低光学元件负载能力。针对真空系统洁净度控制开展研究，构建了包括真空泵组优化、增加低温冷阱吸附、增加冷阱在线加热再生工艺的真空系统洁净度控制方法。实验研究结果表明：真空系统经过120 h连续运行后，平均24 h非挥发性残留物表面沉积量维持在2.86×10−9 g/cm2洁净水平，熔石英光学试片考核组和对照组在350 nm处的透过率以及12.3 J/cm2通量以下的损伤密度曲线基本一致，证明了该方法的有效性。
2025, 37: 013001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240243
摘要:
精确、快速求解电磁轨道炮电磁特性，对于电磁轨道炮动态特性研究和可靠性设计具有重要意义。基于COMSOL动网格功能，提出一种新的网格划分形式—滑移网格+动网格划分。对电枢区域及枢轨接触的轨道部分进行滑移网格划分，对于其余轨道部分进行动网格划分。这种划分方式不但能解决“静网格”计算准确性低（粗网格）与计算复杂度高（细网格）的问题，也能准确求解瞬态以及快速移动的模型的动态电磁特性。采用脉冲激励电流对所建立的电磁轨道炮模型进行仿真分析。比较了三种静网格与本文提出的网格划分方式的计算时间、计算单元个数。并对不同网格划分方式对于电枢运动速度、电枢中心位置处电流密度分布的仿真结果进行比较，数值计算结果证明了所提出的网格划分方式的有效性与高效性。
精确、快速求解电磁轨道炮电磁特性，对于电磁轨道炮动态特性研究和可靠性设计具有重要意义。基于COMSOL动网格功能，提出一种新的网格划分形式—滑移网格+动网格划分。对电枢区域及枢轨接触的轨道部分进行滑移网格划分，对于其余轨道部分进行动网格划分。这种划分方式不但能解决“静网格”计算准确性低（粗网格）与计算复杂度高（细网格）的问题，也能准确求解瞬态以及快速移动的模型的动态电磁特性。采用脉冲激励电流对所建立的电磁轨道炮模型进行仿真分析。比较了三种静网格与本文提出的网格划分方式的计算时间、计算单元个数。并对不同网格划分方式对于电枢运动速度、电枢中心位置处电流密度分布的仿真结果进行比较，数值计算结果证明了所提出的网格划分方式的有效性与高效性。
2025, 37: 013002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240342
摘要:
针对一种由高速数采通道存在寄生参数、带宽不足导致的纳秒脉冲测量波形畸变的问题，提出了一种基于神经网络的波形重建方法。通过单一神经网络辨识高速数采畸变波形与示波器参考波形的局部映射关系，通过神经网络序列完成全局波形的重建。验证实验表明所提出的方法可以明显缓解高速数采波形的边沿变缓、过冲等问题，波形功率估计精度提高32.5%，能够显著改善高速数采的频响特性。
针对一种由高速数采通道存在寄生参数、带宽不足导致的纳秒脉冲测量波形畸变的问题，提出了一种基于神经网络的波形重建方法。通过单一神经网络辨识高速数采畸变波形与示波器参考波形的局部映射关系，通过神经网络序列完成全局波形的重建。验证实验表明所提出的方法可以明显缓解高速数采波形的边沿变缓、过冲等问题，波形功率估计精度提高32.5%，能够显著改善高速数采的频响特性。
2025, 37: 013003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240296
摘要:
研究高频微波在等离子体中的传输特性能有效地分析评估在微波通信和雷达技术中信息的传递过程。通过使用数值仿真的方法分析了等离子体电子密度、厚度及入射波频率对微波反射、吸收和透射的影响。结果显示，等离子体厚度和电子密度增加会导致吸收增强、透射减弱；且反射会随厚度降低和电子密度升高而微弱升高；高频微波更易于穿透等离子体，透射随频率提高而增强。此外，研究结果表明电子密度不仅能影响能量的传输，还会影响电磁波波形，使其展宽。高密度等离子体会明显导致微波波形时空上延展增宽，非弹性碰撞使得增宽现象明显。波形的改变规律能为雷达回波和微波通信所携带信息的复原工作提供一定的理论支撑。
研究高频微波在等离子体中的传输特性能有效地分析评估在微波通信和雷达技术中信息的传递过程。通过使用数值仿真的方法分析了等离子体电子密度、厚度及入射波频率对微波反射、吸收和透射的影响。结果显示，等离子体厚度和电子密度增加会导致吸收增强、透射减弱；且反射会随厚度降低和电子密度升高而微弱升高；高频微波更易于穿透等离子体，透射随频率提高而增强。此外，研究结果表明电子密度不仅能影响能量的传输，还会影响电磁波波形，使其展宽。高密度等离子体会明显导致微波波形时空上延展增宽，非弹性碰撞使得增宽现象明显。波形的改变规律能为雷达回波和微波通信所携带信息的复原工作提供一定的理论支撑。
2025, 37: 013004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240353
摘要:
对一个S波段TE11输出8腔全腔提取相对论磁控管（R8 ACAE-RM）的永磁包装设计进行了初步探索。采用一种内磁块和外磁块相组合的结构，内磁块置于阳极筒内阳极块两端，外磁块置于阳极筒外，在互作用区产生磁感应强度约为0.34 T，轴向均匀区长度为72 mm的磁场，永磁体重量仅为21 kg。相较于传统外磁体系统，该设计可以使磁体重量降低，互作用区磁场强度更加均匀，系统结构更加紧凑，满足高功率微波源系统的轻量化、小型化需求。相对论磁控管选择\begin{document}$ \mathit{\pi } $\end{document} ![]()
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对一个S波段TE11输出8腔全腔提取相对论磁控管（R8 ACAE-RM）的永磁包装设计进行了初步探索。采用一种内磁块和外磁块相组合的结构，内磁块置于阳极筒内阳极块两端，外磁块置于阳极筒外，在互作用区产生磁感应强度约为0.34 T，轴向均匀区长度为72 mm的磁场，永磁体重量仅为21 kg。相较于传统外磁体系统，该设计可以使磁体重量降低，互作用区磁场强度更加均匀，系统结构更加紧凑，满足高功率微波源系统的轻量化、小型化需求。相对论磁控管选择
2025, 37: 013005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250006
摘要:
在复杂电磁对抗环境中，对电子信息装备射频前端采取电磁防护措施以抵御强电磁干扰甚至损伤是必要的。针对现有防护器件在工作时反射超过阈值的强干扰信号，容易造成二次电磁威胁的问题，提出一种宽带吸波型电磁脉冲防护器件设计。通过在防护主路上引入微带线匹配枝节，实现电磁脉冲信号与输出端口隔离的同时，将其传输至匹配负载进行宽带吸收。在0.5 GHz至1.5 GHz（相对带宽>90%）内，实现了对低功率信号插入损耗小于1 dB，对电磁脉冲信号防护隔离度大于10 dB，同时输入端口回波损耗大于10 dB的良好性能。
在复杂电磁对抗环境中，对电子信息装备射频前端采取电磁防护措施以抵御强电磁干扰甚至损伤是必要的。针对现有防护器件在工作时反射超过阈值的强干扰信号，容易造成二次电磁威胁的问题，提出一种宽带吸波型电磁脉冲防护器件设计。通过在防护主路上引入微带线匹配枝节，实现电磁脉冲信号与输出端口隔离的同时，将其传输至匹配负载进行宽带吸收。在0.5 GHz至1.5 GHz（相对带宽>90%）内，实现了对低功率信号插入损耗小于1 dB，对电磁脉冲信号防护隔离度大于10 dB，同时输入端口回波损耗大于10 dB的良好性能。
2025, 37: 014001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240210
摘要:
为了提升加速器装置的设计效率和建设质量，解决现有加速器装置设计和建设过程中存在的多学科数据孤岛、各系统数据实时交互性差与一致性弱、设计周期长且成本高等问题，立足于加速器装置建设需求，提出基于3DEXPERIENCE （简称 3DE） 平台对CS30加速器α辐照装置开展协同设计研究，梳理出一套较为完善的加速器装置协同设计流程，实现了加速器装置机械、管路、电气及土建等各系统多维度协同设计，规范了整个设计流程，减少了设计错误，提高了设计效率及质量，节约了设计成本，为加速器装置的设计及建设提供指导和帮助，有效缩短了加速器装置的建设周期。
为了提升加速器装置的设计效率和建设质量，解决现有加速器装置设计和建设过程中存在的多学科数据孤岛、各系统数据实时交互性差与一致性弱、设计周期长且成本高等问题，立足于加速器装置建设需求，提出基于3DEXPERIENCE （简称 3DE） 平台对CS30加速器α辐照装置开展协同设计研究，梳理出一套较为完善的加速器装置协同设计流程，实现了加速器装置机械、管路、电气及土建等各系统多维度协同设计，规范了整个设计流程，减少了设计错误，提高了设计效率及质量，节约了设计成本，为加速器装置的设计及建设提供指导和帮助，有效缩短了加速器装置的建设周期。
2025, 37: 014002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240153
摘要:
中国科学院高能物理研究所第二台硼中子俘获治疗（BNCT02）加速器主要由1台离子源、1条低能束流传输线、1台射频四极加速器和3条高能束流传输线组成。为了保障BNCT02加速器的安全运行，设计了基于横河PLC和实验物理及工业控制系统（EPICS）软件工具包的机器保护系统。为了增强安全性，该系统采用了冗余设计，由两套完全独立且主要输入、输出信号一致的子系统构成。测试结果表明，BNCT02加速器机器保护系统的响应时间小于1.6 ms，且具有稳定可靠性高的特点，满足BNCT02加速器运行的需要。
中国科学院高能物理研究所第二台硼中子俘获治疗（BNCT02）加速器主要由1台离子源、1条低能束流传输线、1台射频四极加速器和3条高能束流传输线组成。为了保障BNCT02加速器的安全运行，设计了基于横河PLC和实验物理及工业控制系统（EPICS）软件工具包的机器保护系统。为了增强安全性，该系统采用了冗余设计，由两套完全独立且主要输入、输出信号一致的子系统构成。测试结果表明，BNCT02加速器机器保护系统的响应时间小于1.6 ms，且具有稳定可靠性高的特点，满足BNCT02加速器运行的需要。
2025, 37: 014003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240202
摘要:
提出了一种基于Proxmox VE平台搭建的高可用Kubernetes集群下的新型服务化EPICS与新型前端数据获取方式，以提高数据采集系统的性能和稳定性。通过将EPICS服务化部署在Kubernetes集群上，实现了全新高效的前端数据处理及获取方式。数据获取方式利用基于Channel Access协议的分布式数据共享，对数据进行实时处理和分析。该方法具有降低硬件和维护成本、提高可移植性和灵活性、提高数据采集和处理效率等优势。实际应用和测试表明，该方法具有在大型科学设施中应用的潜力，未来将探索其在其他领域的应用价值。
提出了一种基于Proxmox VE平台搭建的高可用Kubernetes集群下的新型服务化EPICS与新型前端数据获取方式，以提高数据采集系统的性能和稳定性。通过将EPICS服务化部署在Kubernetes集群上，实现了全新高效的前端数据处理及获取方式。数据获取方式利用基于Channel Access协议的分布式数据共享，对数据进行实时处理和分析。该方法具有降低硬件和维护成本、提高可移植性和灵活性、提高数据采集和处理效率等优势。实际应用和测试表明，该方法具有在大型科学设施中应用的潜力，未来将探索其在其他领域的应用价值。
2025, 37: 01500.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240158
摘要:
为提高水中金属丝电爆炸（水中丝爆）产生的冲击波，将多根丝并联形成丝阵负载，但此方法会降低负载电阻导致沉积功率低。为解决这一问题，通过电流“换向件”设计了总质量不变前提下、整体电阻可变的多种串并联丝阵，提出负载与电源内阻动态匹配是理想放电模式。借助串并联丝阵验证了单丝放电相似性，实现了高电压大装置的小型化验证。通过放电相似性和串并联丝阵，提出水中丝爆丝阵负载优化设计方法，实现了给定能量和金属丝质量下最优负载确定方法。
为提高水中金属丝电爆炸（水中丝爆）产生的冲击波，将多根丝并联形成丝阵负载，但此方法会降低负载电阻导致沉积功率低。为解决这一问题，通过电流“换向件”设计了总质量不变前提下、整体电阻可变的多种串并联丝阵，提出负载与电源内阻动态匹配是理想放电模式。借助串并联丝阵验证了单丝放电相似性，实现了高电压大装置的小型化验证。通过放电相似性和串并联丝阵，提出水中丝爆丝阵负载优化设计方法，实现了给定能量和金属丝质量下最优负载确定方法。
2025, 37: 015002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240367
摘要:
提出了一种双极性直线型变压器驱动源布局结构，实现了双极性直线型变压器驱动源模块的灵活叠加。通过调节驱动电路的驱动电压来调控金属氧化物半导体场效应晶体管的导通时间，精确控制脉冲电压的上升时间。在直线型变压器驱动源结构中引入了磁芯-铜柱一体结构和反向过冲泄放回路，优化了电磁兼容性，减小了脉冲波尾的反向过冲。研制的双极性直线型变压器驱动源在1 kHz的频率下能够稳定输出脉冲宽度为1 μs、幅值为±5 kV的脉冲电压，上升时间从30 ns到100 ns内连续可调。利用研制的双极性直线型变压器驱动源开展了细胞不可逆电穿孔实验。
提出了一种双极性直线型变压器驱动源布局结构，实现了双极性直线型变压器驱动源模块的灵活叠加。通过调节驱动电路的驱动电压来调控金属氧化物半导体场效应晶体管的导通时间，精确控制脉冲电压的上升时间。在直线型变压器驱动源结构中引入了磁芯-铜柱一体结构和反向过冲泄放回路，优化了电磁兼容性，减小了脉冲波尾的反向过冲。研制的双极性直线型变压器驱动源在1 kHz的频率下能够稳定输出脉冲宽度为1 μs、幅值为±5 kV的脉冲电压，上升时间从30 ns到100 ns内连续可调。利用研制的双极性直线型变压器驱动源开展了细胞不可逆电穿孔实验。
2025, 37: 016001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240211
摘要:
蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）方法是辐照损伤、辐照屏蔽研究中应用最广泛的方法之一。在对机场、铁路、舰船等大型靶目标开展辐照损伤研究时，通常关注靶目标的3D建模及辐照计算，而对计算后的数据分析多采用人工方式，工作难度大、效率低，成为制约相关研究的技术瓶颈。开展靶目标粒子辐照MC计算可视化后处理方法研究，建立了基于KD树（k-dimensional tree，KDtree）+反距离加权（inverse distance weight，IDW）和基于遗传算法优化反向传播（genetic algorithm based backpropagation，GABP）神经网络的后处理模型，实现了数据与模型结合的可视化分析。与传统数据分析方法相比，提出的方法能够大幅减低研究人员工作难度，提升数据处理速度，实现辐照效应直观展示，提升辐照效应研究后处理工作效率。
蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）方法是辐照损伤、辐照屏蔽研究中应用最广泛的方法之一。在对机场、铁路、舰船等大型靶目标开展辐照损伤研究时，通常关注靶目标的3D建模及辐照计算，而对计算后的数据分析多采用人工方式，工作难度大、效率低，成为制约相关研究的技术瓶颈。开展靶目标粒子辐照MC计算可视化后处理方法研究，建立了基于KD树（k-dimensional tree，KDtree）+反距离加权（inverse distance weight，IDW）和基于遗传算法优化反向传播（genetic algorithm based backpropagation，GABP）神经网络的后处理模型，实现了数据与模型结合的可视化分析。与传统数据分析方法相比，提出的方法能够大幅减低研究人员工作难度，提升数据处理速度，实现辐照效应直观展示，提升辐照效应研究后处理工作效率。
2025, 37: 016002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240192
摘要:
为研究压水堆棒束通道内气液两相流型特性及演变规律，基于双层丝网传感器（WMS）在常温常压下开展了3×3棒束通道内的空气-水两相流型测量实验，流型包含泡状流、泡-帽状流和弹状流。结果表明：常温常压下横向升力方向发生反转的临界气泡直径范围为4～5.8 mm。此外，对于泡状流，气相表观速度较低时，空泡份额呈现“壁峰”分布；气相表观速度较高时，呈现“中心峰”分布。对于泡-帽状流，相邻子通道内，帽状气泡交叉分布，并引发液相在相邻子通道间的大尺度交混，空泡份额呈现“中心峰”分布。对于弹状流，大尺寸气泡沿轴向发展会跨越子通道间隙并聚合为弹状气泡，空泡份额“中心峰”分布更为明显。将实验数据用以评价部分漂移流模型，其中Bestion漂移流模型因高估漂移速度，导致空泡份额预测结果偏小；Ozaki漂移流模型对空泡份额预测较为精准，其平均相对误差为9.8%。
为研究压水堆棒束通道内气液两相流型特性及演变规律，基于双层丝网传感器（WMS）在常温常压下开展了3×3棒束通道内的空气-水两相流型测量实验，流型包含泡状流、泡-帽状流和弹状流。结果表明：常温常压下横向升力方向发生反转的临界气泡直径范围为4～5.8 mm。此外，对于泡状流，气相表观速度较低时，空泡份额呈现“壁峰”分布；气相表观速度较高时，呈现“中心峰”分布。对于泡-帽状流，相邻子通道内，帽状气泡交叉分布，并引发液相在相邻子通道间的大尺度交混，空泡份额呈现“中心峰”分布。对于弹状流，大尺寸气泡沿轴向发展会跨越子通道间隙并聚合为弹状气泡，空泡份额“中心峰”分布更为明显。将实验数据用以评价部分漂移流模型，其中Bestion漂移流模型因高估漂移速度，导致空泡份额预测结果偏小；Ozaki漂移流模型对空泡份额预测较为精准，其平均相对误差为9.8%。
2025, 37: 016003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240265
摘要:
在包括激光惯性约束聚变（ICF）、Z箍缩及稠密等离子聚焦（DPF）等脉冲聚变装置上，活化法作为中子通量测量与产额诊断的手段，得到了广泛的应用。利用无机闪烁体探测器，测量89Y核与中子非弹散反应产生的909 keV的单能伽马射线，可以实现DD中子通量的准确测量。采用金属钇作为活化靶，利用LaBr3:Ce闪烁体伽马探测器建立了中子活化原位探测系统。针对钇活化核半衰期仅有15.663 s的特点，对其在连续束流辐照下的累积过程进行了物理分析，建立了通过加速器DD中子源进行入射中子探测效率标定的实验方法。实验中，利用伽马探测器兼顾中子通量监测与活化伽马测量，模拟了钇靶活度随中子通量变化的过程，实现了该活化探测系统对入射中子探测效率的原位标定。
在包括激光惯性约束聚变（ICF）、Z箍缩及稠密等离子聚焦（DPF）等脉冲聚变装置上，活化法作为中子通量测量与产额诊断的手段，得到了广泛的应用。利用无机闪烁体探测器，测量89Y核与中子非弹散反应产生的909 keV的单能伽马射线，可以实现DD中子通量的准确测量。采用金属钇作为活化靶，利用LaBr3:Ce闪烁体伽马探测器建立了中子活化原位探测系统。针对钇活化核半衰期仅有15.663 s的特点，对其在连续束流辐照下的累积过程进行了物理分析，建立了通过加速器DD中子源进行入射中子探测效率标定的实验方法。实验中，利用伽马探测器兼顾中子通量监测与活化伽马测量，模拟了钇靶活度随中子通量变化的过程，实现了该活化探测系统对入射中子探测效率的原位标定。
2025, 37: 019001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240373
摘要:
离子液体离子源可以提供种类丰富的大质量离子，在离子推力器等方面有重要应用。为了获得离子液体离子源束流品质参数并有效调控束流品质，使用粒子方法模拟了离子液体离子源束流加速过程，研究了束电流、加速电压和发射锥-引出电极轴向间距等三个常用操作条件对束流发射度和Twiss参数的影响。研究表明：束流的归一化发射度随束电流的降低、发射锥-引出电极轴向间距的减小和加速电压的升高而降低。加速过程会造成动能分布展宽，束电流和加速电压对加速效率没有明显影响，而增加发射锥-引出电极轴向间距可以提高加速效率。进一步以加速过程模拟得到的束流参数集为输入，模拟了厘米级空间尺度束流的调控。研究表明通过一组三电极静电透镜，可以有效调控束流的发散、速度分布和比冲性能，而不增加对现有离子液体电推力器电源配置的要求。
离子液体离子源可以提供种类丰富的大质量离子，在离子推力器等方面有重要应用。为了获得离子液体离子源束流品质参数并有效调控束流品质，使用粒子方法模拟了离子液体离子源束流加速过程，研究了束电流、加速电压和发射锥-引出电极轴向间距等三个常用操作条件对束流发射度和Twiss参数的影响。研究表明：束流的归一化发射度随束电流的降低、发射锥-引出电极轴向间距的减小和加速电压的升高而降低。加速过程会造成动能分布展宽，束电流和加速电压对加速效率没有明显影响，而增加发射锥-引出电极轴向间距可以提高加速效率。进一步以加速过程模拟得到的束流参数集为输入，模拟了厘米级空间尺度束流的调控。研究表明通过一组三电极静电透镜，可以有效调控束流的发散、速度分布和比冲性能，而不增加对现有离子液体电推力器电源配置的要求。
2025, 37: 011004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240304
摘要:
飞秒激光精密加工技术具备极短脉冲宽度避免或缓解热效应、极高峰值功率密度适用于任意固体材料、极小焦斑尺寸实现微区精准去除或改性等三个方面的特性，满足精密诊断/测量实验涉及的各类难加工及特种材料的安全精密加工需求。高稳定性高重复频率飞秒激光器的应用，弥补了低重复频率飞秒激光难以实现高速扫描的不足，这为精密实验所需各类精密样品/样件的高效精密加工提供了重要能量源。以中国工程物理研究院各研究所精密实验对精密样品的安全高效精密加工需求为切入点，分别以激光X射线精密靶材及结构、炸药材料微结构、超硬材料复合折射透镜结构、微型探头光纤精密固定结构、太赫兹滤波器核心结构等典型应用场景为例，介绍了高重频飞秒激光精密加工技术在难加工材料和特种材料安全高效精密加工方面的研究进展。
飞秒激光精密加工技术具备极短脉冲宽度避免或缓解热效应、极高峰值功率密度适用于任意固体材料、极小焦斑尺寸实现微区精准去除或改性等三个方面的特性，满足精密诊断/测量实验涉及的各类难加工及特种材料的安全精密加工需求。高稳定性高重复频率飞秒激光器的应用，弥补了低重复频率飞秒激光难以实现高速扫描的不足，这为精密实验所需各类精密样品/样件的高效精密加工提供了重要能量源。以中国工程物理研究院各研究所精密实验对精密样品的安全高效精密加工需求为切入点，分别以激光X射线精密靶材及结构、炸药材料微结构、超硬材料复合折射透镜结构、微型探头光纤精密固定结构、太赫兹滤波器核心结构等典型应用场景为例，介绍了高重频飞秒激光精密加工技术在难加工材料和特种材料安全高效精密加工方面的研究进展。
2025, 37: 013006.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240159
摘要:
针对传统高功率微波在线测量装置寄生模式抑制度低、测量精度易受到寄生模式干扰的问题，提出了一种高功率TM01模式选模耦合装置。由于相对论返波管阴极发射角向不均匀性会产生非对称模式，而传统的单臂多孔圆波导耦合器无法解决其他非对称模寄生耦合干扰的问题，往往导致检测波形畸变、耦合度判断偏差，严重影响对返波管TM01模输出功率在线评估的准确性。为此，将四臂多孔耦合结构与基于魔T的TM01选模网络相结合，提出了一种新颖的在线选模耦合装置，利用不同波导模式场结构区别实现了TM01模式与其他寄生模式的差异化耦合，解决了因寄生模式干扰引起的在线测试功率不准的问题。仿真结果表明，提出的新型耦合器对TM01模耦合强度相对于其他模式高出20 dB以上，高功率实验中测得在线测试波形及功率与辐射场测试波形及功率符合较好，耦合稳定性得到明显提高。
针对传统高功率微波在线测量装置寄生模式抑制度低、测量精度易受到寄生模式干扰的问题，提出了一种高功率TM01模式选模耦合装置。由于相对论返波管阴极发射角向不均匀性会产生非对称模式，而传统的单臂多孔圆波导耦合器无法解决其他非对称模寄生耦合干扰的问题，往往导致检测波形畸变、耦合度判断偏差，严重影响对返波管TM01模输出功率在线评估的准确性。为此，将四臂多孔耦合结构与基于魔T的TM01选模网络相结合，提出了一种新颖的在线选模耦合装置，利用不同波导模式场结构区别实现了TM01模式与其他寄生模式的差异化耦合，解决了因寄生模式干扰引起的在线测试功率不准的问题。仿真结果表明，提出的新型耦合器对TM01模耦合强度相对于其他模式高出20 dB以上，高功率实验中测得在线测试波形及功率与辐射场测试波形及功率符合较好，耦合稳定性得到明显提高。
2025, 37: 014004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240168
摘要:
太赫兹近场高通量材料物性测试系统（NFTHZ）中集成了一台波长可调谐的太赫兹自由电子激光器（THz-FEL），该仪器采用电子能量10～18 MeV可调的直线加速器作为注入器。调节驱动激光的纵向/时间结构，可以形成电子束团的预群聚，通过匹配电子束团的群聚因子、波荡器入口处电子束能量以及波荡器K值之间的关系，能够实现MW级高峰值功率、中心波长0.5～5 THz可调的太赫兹自由电子激光。微波系统为THz-FEL中电子束加速至目标能量提供了高功率微波电场、加速结构以及微波幅度相位控制系统。本文将针对NFTHZ装置微波系统的关键技术以及电子直线加速器的研制进展进行介绍。
太赫兹近场高通量材料物性测试系统（NFTHZ）中集成了一台波长可调谐的太赫兹自由电子激光器（THz-FEL），该仪器采用电子能量10～18 MeV可调的直线加速器作为注入器。调节驱动激光的纵向/时间结构，可以形成电子束团的预群聚，通过匹配电子束团的群聚因子、波荡器入口处电子束能量以及波荡器K值之间的关系，能够实现MW级高峰值功率、中心波长0.5～5 THz可调的太赫兹自由电子激光。微波系统为THz-FEL中电子束加速至目标能量提供了高功率微波电场、加速结构以及微波幅度相位控制系统。本文将针对NFTHZ装置微波系统的关键技术以及电子直线加速器的研制进展进行介绍。
2025, 37: 014005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240195
摘要:
作为南方先进光源直线段注入器重要设备，开展了C波段光阴极电子枪研究，包括驻波腔微波设计和耦合器设计。其中驻波腔采用3.6腔结构，π模加速模式，工作频率为5.712 GHz；耦合器采用同轴耦合方式。利用Superfish及CST完成了腔体微波结构设计，优化盘片的形状，降低腔体表面最大电场，从而有利于提高腔体加速场强；利用COMSOL开展了腔体水冷系统的分析，优化设计水路，减少腔体由于功率负载所造成的频率偏移, 控制腔体温度的上升，保持腔体最大温升小于20 ℃。在18.15 MW的入腔功率下，阴极面最高场强为180 MV/m，腔体表面最大场强与阴极面场强比值约为0.9346 ，腔体Q值大于10 000。通过对耦合器的设计，抑制二极模和四极模的传输，S11参数小于−40 dB。
作为南方先进光源直线段注入器重要设备，开展了C波段光阴极电子枪研究，包括驻波腔微波设计和耦合器设计。其中驻波腔采用3.6腔结构，π模加速模式，工作频率为5.712 GHz；耦合器采用同轴耦合方式。利用Superfish及CST完成了腔体微波结构设计，优化盘片的形状，降低腔体表面最大电场，从而有利于提高腔体加速场强；利用COMSOL开展了腔体水冷系统的分析，优化设计水路，减少腔体由于功率负载所造成的频率偏移, 控制腔体温度的上升，保持腔体最大温升小于20 ℃。在18.15 MW的入腔功率下，阴极面最高场强为180 MV/m，腔体表面最大场强与阴极面场强比值约为
2025, 37: 014006.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240289
摘要:
负氢剥离注入是强流质子同步加速器累积束流的唯一可行性方案。目前中国散裂中子源（CSNS）采用负氢剥离方案为薄膜剥离注入。由负氢束流穿越剥离膜产生的能量沉积造成的膜片剧烈温升是影响剥离膜寿命和加速器稳定运行的关键问题。同时，剥离产生的高功率残余电子束会产生严重后果，包括：电子在膜中的电离作用造成膜温度升高；电子打在真空盒上造成真空盒热损伤；停留在真空管道中的电子可能被质子束流俘获，造成e-p不稳定性；产生的二次电子会引起严重的电子云效应。主要内容包括两部分：首先，利用有限元分析软件，考虑粒子通过剥离膜的平均穿越次数等参数，模拟剥离膜温升并对不同软件结果进行详细比较，得到剥离膜上的温度场分布，并对未来继续提高的束流功率做出膜表面温升的预测。其次，根据理论计算结果和蒙特卡罗程序Geant4模拟结果对剥离后电子分布进行分析，完善3D计算模型并综合考虑CSNS注入区的电磁场和束流条件，获得电子收集装置的合适位置，给出剥离电子收集方案。
负氢剥离注入是强流质子同步加速器累积束流的唯一可行性方案。目前中国散裂中子源（CSNS）采用负氢剥离方案为薄膜剥离注入。由负氢束流穿越剥离膜产生的能量沉积造成的膜片剧烈温升是影响剥离膜寿命和加速器稳定运行的关键问题。同时，剥离产生的高功率残余电子束会产生严重后果，包括：电子在膜中的电离作用造成膜温度升高；电子打在真空盒上造成真空盒热损伤；停留在真空管道中的电子可能被质子束流俘获，造成e-p不稳定性；产生的二次电子会引起严重的电子云效应。主要内容包括两部分：首先，利用有限元分析软件，考虑粒子通过剥离膜的平均穿越次数等参数，模拟剥离膜温升并对不同软件结果进行详细比较，得到剥离膜上的温度场分布，并对未来继续提高的束流功率做出膜表面温升的预测。其次，根据理论计算结果和蒙特卡罗程序Geant4模拟结果对剥离后电子分布进行分析，完善3D计算模型并综合考虑CSNS注入区的电磁场和束流条件，获得电子收集装置的合适位置，给出剥离电子收集方案。
