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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240391
摘要:
在高功率微波辐射领域中，模式变换器加喇叭天线是实现旋转轴对称模定向辐射的常用技术，但模式变换器与喇叭天线的分离设计往往会使得天线轴向和口面尺寸较大。为了满足实际应用场景对天线小型化的需求，提出了一种模式控制与辐射一体化的阶梯型双半圆波导辐射天线。该天线由圆波导TM01模输入，通过插板将圆波导TM01模分成两路相位相反的半圆波导TE11模，之后再连接两个不对称的阶梯型半圆波导辐射器实现微波辐射。功分器采用了渐变圆波导进行匹配，同时采用大半径的内导体以提高功率容量。双半圆波导辐射器利用模式匹配法结合粒子群优化算法进行相位调节和模式控制。通过分区域的模式控制和辐射一体化设计，在辐射口面处达到更加均匀的同相电场分布，实现定向辐射，从而缩短了天线长度、降低了口面大小。优化设计了一个中心频率为2.85 GHz的天线模型，天线尺寸为1.18λ×1.18λ × 2.42λ。仿真结果表明：在2.75～2.96 GHz内天线回波损耗大于15 dB，在2.71～3 GHz内实际增益大于15.5 dBi，中心频点的实际增益为16.14 dBi，真空功率容量为906 MW。相比于传统的模式转换器加喇叭天线的技术路线，该天线具有高功率容量、小型化的特点。
在高功率微波辐射领域中，模式变换器加喇叭天线是实现旋转轴对称模定向辐射的常用技术，但模式变换器与喇叭天线的分离设计往往会使得天线轴向和口面尺寸较大。为了满足实际应用场景对天线小型化的需求，提出了一种模式控制与辐射一体化的阶梯型双半圆波导辐射天线。该天线由圆波导TM01模输入，通过插板将圆波导TM01模分成两路相位相反的半圆波导TE11模，之后再连接两个不对称的阶梯型半圆波导辐射器实现微波辐射。功分器采用了渐变圆波导进行匹配，同时采用大半径的内导体以提高功率容量。双半圆波导辐射器利用模式匹配法结合粒子群优化算法进行相位调节和模式控制。通过分区域的模式控制和辐射一体化设计，在辐射口面处达到更加均匀的同相电场分布，实现定向辐射，从而缩短了天线长度、降低了口面大小。优化设计了一个中心频率为2.85 GHz的天线模型，天线尺寸为1.18λ×1.18λ × 2.42λ。仿真结果表明：在2.75～2.96 GHz内天线回波损耗大于15 dB，在2.71～3 GHz内实际增益大于15.5 dBi，中心频点的实际增益为16.14 dBi，真空功率容量为906 MW。相比于传统的模式转换器加喇叭天线的技术路线，该天线具有高功率容量、小型化的特点。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240295
摘要:
提出了一种基于可变倾角连续横向枝节(VICTS)天线和多层全金属十字开孔透镜的变极化波束扫描方案，通过调整极化层、辐射层以及天线整体的旋转角度，即可实现线极化和左（右）旋圆极化的自由切换，并可实现不同极化输出下的二维波束扫描。设计了一个K波段口径150 mm的天线模型，仿真得到天线圆极化辐射时的最大增益为27.61 dB，轴比为1.05 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.72 dB，轴比为2.58 dB。线极化辐射时的最大增益为27.63 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.82 dB。按真空中金属击穿阈值50 MV/m进行计算，VICTS天线的功率容量为9.6 GW/m2，极化层的功率容量超过10 GW/m2，该变极化波束扫描天线方案有应用于高功率微波领域的潜力。
提出了一种基于可变倾角连续横向枝节(VICTS)天线和多层全金属十字开孔透镜的变极化波束扫描方案，通过调整极化层、辐射层以及天线整体的旋转角度，即可实现线极化和左（右）旋圆极化的自由切换，并可实现不同极化输出下的二维波束扫描。设计了一个K波段口径150 mm的天线模型，仿真得到天线圆极化辐射时的最大增益为27.61 dB，轴比为1.05 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.72 dB，轴比为2.58 dB。线极化辐射时的最大增益为27.63 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.82 dB。按真空中金属击穿阈值50 MV/m进行计算，VICTS天线的功率容量为9.6 GW/m2，极化层的功率容量超过10 GW/m2，该变极化波束扫描天线方案有应用于高功率微波领域的潜力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240309
摘要:
设计实现了一种基于四分之一模基片集成波导（Quarter-Mode Substrate Integrated Waveguide, QMSIW）应用于5.2 GHz/5.8 GHz的双频天线。采用QMSIW结构，在保持了基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）的低损耗、低剖面等特性的情况下，减小了天线的体积。通过在QMSIW腔体上添加两排金属化通孔并刻蚀两条矩形槽以及不对称Y形槽，减小其尺寸并实现较高的隔离度。经过测试，天线在5.2 GHz和5.8 GHz的增益分别为6.0和6.1 dBi，交叉极化比分别大于25 dB和20 dB。所提出的天线实现了良好的小型化和大于34 dB的高隔离度，尺寸为0.42λ0*0.42λ0*0.01λ0。实物测试结果与仿真结果吻合良好。
设计实现了一种基于四分之一模基片集成波导（Quarter-Mode Substrate Integrated Waveguide, QMSIW）应用于5.2 GHz/5.8 GHz的双频天线。采用QMSIW结构，在保持了基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW）的低损耗、低剖面等特性的情况下，减小了天线的体积。通过在QMSIW腔体上添加两排金属化通孔并刻蚀两条矩形槽以及不对称Y形槽，减小其尺寸并实现较高的隔离度。经过测试，天线在5.2 GHz和5.8 GHz的增益分别为6.0和6.1 dBi，交叉极化比分别大于25 dB和20 dB。所提出的天线实现了良好的小型化和大于34 dB的高隔离度，尺寸为0.42λ0*0.42λ0*0.01λ0。实物测试结果与仿真结果吻合良好。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240241
摘要:
采用磁控溅射技术控制不同的铝靶电流在对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）的表面制备双面铝薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察铝薄膜的微观形貌，使用X射线衍射仪（XRD）对铝薄膜进行物相分析，利用划格法检测铝薄膜和PET的结合情况，利用紫外-可见分光光度计检测铝薄膜的挡光性，采用手持式核辐射探测器检测α和β粒子射线粒子在铝薄膜中的透过率。结果表明：铝薄膜表面光滑平整，具有金属光泽，Al晶粒均匀致密。铝薄膜无孔洞、裂纹等缺陷；随着Al靶电流增加，Al晶粒尺寸、铝薄膜厚度及沉积速率均增大，铝薄膜粗糙度先降低后增大。铝薄膜的挡光性先提高后降低，α、β粒子的平均透过率均逐渐降低；当铝靶电流为2.0 A时，铝薄膜的粗糙度最小，为2.49 nm，光透过率最低在0.025%左右，α、β粒子的平均透过率最高，分别为581.7 CPS、547.2 CPS。
采用磁控溅射技术控制不同的铝靶电流在对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）的表面制备双面铝薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察铝薄膜的微观形貌，使用X射线衍射仪（XRD）对铝薄膜进行物相分析，利用划格法检测铝薄膜和PET的结合情况，利用紫外-可见分光光度计检测铝薄膜的挡光性，采用手持式核辐射探测器检测α和β粒子射线粒子在铝薄膜中的透过率。结果表明：铝薄膜表面光滑平整，具有金属光泽，Al晶粒均匀致密。铝薄膜无孔洞、裂纹等缺陷；随着Al靶电流增加，Al晶粒尺寸、铝薄膜厚度及沉积速率均增大，铝薄膜粗糙度先降低后增大。铝薄膜的挡光性先提高后降低，α、β粒子的平均透过率均逐渐降低；当铝靶电流为2.0 A时，铝薄膜的粗糙度最小，为2.49 nm，光透过率最低在0.025%左右，α、β粒子的平均透过率最高，分别为581.7 CPS、547.2 CPS。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240398
摘要:
放射性核素已在核医疗、核安保及无损检测等领域中广泛应用，而对其准确识别是放射性核素定性检测的基础。在便携式核素识别仪中，基于传统能谱分析方法存在延迟高、识别率低等不足。提出一种基于核脉冲峰值序列的核素识别轻量化神经网络模型及其FPGA硬件加速方法，通过引入深度可分离卷积和倒残差模块，并使用全局平均池化替代传统全连接层，构建了一种轻量化、高效的神经网络模型。针对网络训练数据集，通过蒙特卡罗工具包Geant4构建NaI(Tl)探测器模型，获取模拟能谱，再由核脉冲信号模拟仿真器根据能谱产生核脉冲信号序列，构建了16种核脉冲信号数据。最后，将训练好的模型通过量化、融合与并行计算等优化方法部署到PYNQ-Z2异构芯片，实现加速。实验结果表明，模型识别精度可达98.3%，相较传统卷积神经网络模型提高了13.2%，参数量仅为2 128。FPGA优化加速后单次识别耗时0.273 ms，功耗为1.94 W。
放射性核素已在核医疗、核安保及无损检测等领域中广泛应用，而对其准确识别是放射性核素定性检测的基础。在便携式核素识别仪中，基于传统能谱分析方法存在延迟高、识别率低等不足。提出一种基于核脉冲峰值序列的核素识别轻量化神经网络模型及其FPGA硬件加速方法，通过引入深度可分离卷积和倒残差模块，并使用全局平均池化替代传统全连接层，构建了一种轻量化、高效的神经网络模型。针对网络训练数据集，通过蒙特卡罗工具包Geant4构建NaI(Tl)探测器模型，获取模拟能谱，再由核脉冲信号模拟仿真器根据能谱产生核脉冲信号序列，构建了16种核脉冲信号数据。最后，将训练好的模型通过量化、融合与并行计算等优化方法部署到PYNQ-Z2异构芯片，实现加速。实验结果表明，模型识别精度可达98.3%，相较传统卷积神经网络模型提高了13.2%，参数量仅为2 128。FPGA优化加速后单次识别耗时0.273 ms，功耗为1.94 W。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240327
摘要:
为了解激光焦斑尺寸对极紫外转换效率影响及产生影响的物理机制，通过理论解析的方式提出了激光烧蚀平面靶产生冕区等离子体的二维瞬态膨胀模型来研究激光焦斑对极紫外光转换效率的影响。发现在激光光强7.45×1010 W/cm2、半高全宽5 ns、波长1064 nm时，随着激光焦斑半径从60 μm增大到300 μm相应地极紫外转换效率从1%增大到5.5%，而焦斑半径大于300 μm后相应地极紫外转换效率保持在5.5%。这是由于激光烧蚀平面靶产生的冕区等离子体从初始的一维膨胀到随后的二维膨胀过程决定了发射极紫外光的等离子体区的饱和尺寸，并最终决定了极紫外光的转换效率。转换效率随焦斑半径变化的趋势可以解释激光烧蚀锡靶实验观察到的物理现象。
为了解激光焦斑尺寸对极紫外转换效率影响及产生影响的物理机制，通过理论解析的方式提出了激光烧蚀平面靶产生冕区等离子体的二维瞬态膨胀模型来研究激光焦斑对极紫外光转换效率的影响。发现在激光光强7.45×1010 W/cm2、半高全宽5 ns、波长
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240312
摘要:
随着高能量密度（HED）物质诊断需求的日益增长，X射线干涉成像技术在该领域得到了广泛关注和应用。主要综述了X射线干涉成像技术与系统的国内外最新进展，介绍了基于Talbot和Talbot-Lau干涉的X射线光栅成像原理和能力，Talbot干涉和Talbot-Lau干涉是通过利用具有周期性结构的光栅，对X射线的相位、吸收和散射特性进行高精度测量，从而实现对样品内部结构的无损检测与成像。总结了该技术在高能量密度物质诊断实验中的应用，介绍了Talbot干涉分析（TIA）代码，并依靠了TIA程序与Flash流体力学代码结合进行了初步模拟，成功获取了Flash模型中的吸收、相位和暗场三种信息，最后总结和展望了X射线Talbot-Lau干涉诊断技术在高能量密度等离子体实验中的应用。
随着高能量密度（HED）物质诊断需求的日益增长，X射线干涉成像技术在该领域得到了广泛关注和应用。主要综述了X射线干涉成像技术与系统的国内外最新进展，介绍了基于Talbot和Talbot-Lau干涉的X射线光栅成像原理和能力，Talbot干涉和Talbot-Lau干涉是通过利用具有周期性结构的光栅，对X射线的相位、吸收和散射特性进行高精度测量，从而实现对样品内部结构的无损检测与成像。总结了该技术在高能量密度物质诊断实验中的应用，介绍了Talbot干涉分析（TIA）代码，并依靠了TIA程序与Flash流体力学代码结合进行了初步模拟，成功获取了Flash模型中的吸收、相位和暗场三种信息，最后总结和展望了X射线Talbot-Lau干涉诊断技术在高能量密度等离子体实验中的应用。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240269
摘要:
为了研究激光聚变内爆中出现的流体力学不稳定性问题，需要具备大视场、高分辨率的X射线诊断技术。菲涅耳波带片（FZP）是一种圆形非周期光栅结构，可实现X射线的高空间分辨率成像。开展了基于衍射成像的高分辨X射线诊断技术仿真研究，展示了FZP对于流体力学不稳定性问题的应用前景。基于衍射理论建立FZP理论模型，根据诊断实验环境，设计了工作能点为8.04 keV下的FZP结构参数。基于光学仿真模型，对FZP成像色差问题进行模拟，给出了空间分辨与光谱带宽的关系，仿真结果表明，光源带宽小于0.2 keV，FZP的分辨率优于3 μm。通过网格背光成像仿真表明，FZP在0.8 mm视场内，可以实现优于3 μm的分辨。
为了研究激光聚变内爆中出现的流体力学不稳定性问题，需要具备大视场、高分辨率的X射线诊断技术。菲涅耳波带片（FZP）是一种圆形非周期光栅结构，可实现X射线的高空间分辨率成像。开展了基于衍射成像的高分辨X射线诊断技术仿真研究，展示了FZP对于流体力学不稳定性问题的应用前景。基于衍射理论建立FZP理论模型，根据诊断实验环境，设计了工作能点为8.04 keV下的FZP结构参数。基于光学仿真模型，对FZP成像色差问题进行模拟，给出了空间分辨与光谱带宽的关系，仿真结果表明，光源带宽小于0.2 keV，FZP的分辨率优于3 μm。通过网格背光成像仿真表明，FZP在0.8 mm视场内，可以实现优于3 μm的分辨。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240356
摘要:
指标高、结构紧凑、稳定性好的固态高压脉冲开关对脉冲功率技术的进步具有重要意义。本文提出基于光电导开关（PCSS）和电涌抑制晶闸管（TSS）阵列的高压纳秒开关技术路线，采用便于实现高压隔离的PCSS作为TSS阵列的触发单元，研制了一种新型高压纳秒开关模块（PTTSSM）。研制的20 kV开关模块输出峰值电流23.7 A，脉冲宽度122.1 ns，上升时间和下降时间分别为55.9 ns和128.3 ns，尺寸为60 mm×60 mm×40 mm；100 kV模块输出峰值电压60～100 kV可调、最大输出峰值电流356 A，脉宽1.308 μs，上升和下降时间分别是160.4 ns和2.454 μs，尺寸为150 mm×100 mm×50 mm，均能够长时间稳定工作。基于新型高压纳秒开关模块的脉冲电源在有机废水处理实验中成功产生大量稳定低温等离子体，有效降解有机物，验证了开关模块驱动产生等离子体的可行性和有效性。
指标高、结构紧凑、稳定性好的固态高压脉冲开关对脉冲功率技术的进步具有重要意义。本文提出基于光电导开关（PCSS）和电涌抑制晶闸管（TSS）阵列的高压纳秒开关技术路线，采用便于实现高压隔离的PCSS作为TSS阵列的触发单元，研制了一种新型高压纳秒开关模块（PTTSSM）。研制的20 kV开关模块输出峰值电流23.7 A，脉冲宽度122.1 ns，上升时间和下降时间分别为55.9 ns和128.3 ns，尺寸为60 mm×60 mm×40 mm；100 kV模块输出峰值电压60～100 kV可调、最大输出峰值电流356 A，脉宽1.308 μs，上升和下降时间分别是160.4 ns和2.454 μs，尺寸为150 mm×100 mm×50 mm，均能够长时间稳定工作。基于新型高压纳秒开关模块的脉冲电源在有机废水处理实验中成功产生大量稳定低温等离子体，有效降解有机物，验证了开关模块驱动产生等离子体的可行性和有效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240083
摘要:
横向尾场导致的束流崩溃效应是限制加速器向强流小型化发展发展的主要因素.介质金属盘片混合加速结构是具有小型化高束流功率特性的新型加速结构，但其结构较为复杂导致装配和调谐困难。通过开展介质金属盘片混合加速结构研究，明确介质材料对腔体性能的影响，从而优化结构以解决装配和调谐的问题。该结构优化后可以大幅度降低横向尾场导致的束流崩溃，增大束流功率。基于优化后的结构，设计一只工作频率为S波段2856 MHz，具有小型化高束流平均功率特性的2.5 MeV加速管。本文介绍了加速结构的优化及加速管的物理设计，采用数值计算方法完成了加速管束流动力学设计，并用PARMELA进行了验证计算。本研究明确该结构具有成为新一代大束流功率辐照直线加速器的潜力。
横向尾场导致的束流崩溃效应是限制加速器向强流小型化发展发展的主要因素.介质金属盘片混合加速结构是具有小型化高束流功率特性的新型加速结构，但其结构较为复杂导致装配和调谐困难。通过开展介质金属盘片混合加速结构研究，明确介质材料对腔体性能的影响，从而优化结构以解决装配和调谐的问题。该结构优化后可以大幅度降低横向尾场导致的束流崩溃，增大束流功率。基于优化后的结构，设计一只工作频率为S波段
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240286
摘要:
花瓣型加速器是一种具有结构紧凑、高效率特点的加速器装置，其运行依赖一种高重复频率、短脉冲且低发射度的电子枪，以确保最佳的加速性能。据此展示了该类电子枪的物理设计、模拟仿真、样机研制和束流测试情况。该电子枪设计为一种基于钡钨热阴极的栅控电子枪，采用皮尔斯结构，其阴极电压-40 kV，工作重复频率为10.75 MHz，设计的最大发射电流可达200 mA，单个脉冲最小长度不超过3 ns。实际测试中，该电子枪在阴极热子工作参数0.95 A/6.7 V，加载阴极直流电压-40 kV，栅控电压290 V/10 MHz时，测得峰值发射电流为204 mA。当束流脉冲长度底宽2.7 ns时，束流幅值为39.2 mA，还测试得到实际束流发射度＜2 mm·mrad，满足设计和加速器应用需求。
花瓣型加速器是一种具有结构紧凑、高效率特点的加速器装置，其运行依赖一种高重复频率、短脉冲且低发射度的电子枪，以确保最佳的加速性能。据此展示了该类电子枪的物理设计、模拟仿真、样机研制和束流测试情况。该电子枪设计为一种基于钡钨热阴极的栅控电子枪，采用皮尔斯结构，其阴极电压-40 kV，工作重复频率为10.75 MHz，设计的最大发射电流可达200 mA，单个脉冲最小长度不超过3 ns。实际测试中，该电子枪在阴极热子工作参数0.95 A/6.7 V，加载阴极直流电压-40 kV，栅控电压290 V/10 MHz时，测得峰值发射电流为204 mA。当束流脉冲长度底宽2.7 ns时，束流幅值为39.2 mA，还测试得到实际束流发射度＜2 mm·mrad，满足设计和加速器应用需求。
