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惯性约束聚变物理与技术
多路激光集束的焦斑测试技术
孙志红, 张波, 赵军普, 董军, 曾发, 李平
, 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和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。
脉冲功率技术
异面结构雪崩GaAs光导开关的制备及特性测试
杨迎香, 杨向红, 朱章杰, 黄嘉, 李昕, 胡龙
, 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。
266 nm紫外弱聚焦激光触发伪火花开关研究
聂少豪, 孙国祥, 余锟浩, 袁琪, 丁卫东, 王霞
, 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)。
磁阻型线圈发射器电路拓扑优化与性能提升
王振春, 胡言, 张玉婷
, 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。
一种MV级峰化电容一体化电容分压器的研制
李奇胜, 李俊娜, 李楚男, 王永亮, 龚渝涵, 刘建
, doi: 10.11884/HPLPB202436.230218
摘要:
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以及影响低频响应因素的分析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的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。
核科学与工程
基于最大后验估计的编码孔图像重建算法
秦玉瑞, 朱巴邻, 王忠海, 周荣, 杨朝文
, 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。
高速比较器与时钟驱动器电源模块电磁敏感性研究
李宁, 彭治钢, 贺朝会
, 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。
核数据引起的研究堆有效增殖因子计算不确定度量化
孙静宇, 马纪敏
, 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(keff)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keff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keff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。
强激光物理与技术
基于相位恢复的透明样本3维重建系统
曹皓月, 赵晨, 刘静, 彭贺, 周扬, 杨树蔚, 马悦, 卢奕冰
, 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。
第4届HPLPB前沿学术研讨会专栏
利用掺杂层研究磁化靶中的能斯特效应
陈诗佳, 张华, 周沧涛, 卓红斌, 吴福源, RafaelRamis
, 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,即使锗与其他物质混合,只要保持较低的混合比例,也能显著提高聚变产额。
粒子束及加速器技术
高能光源磁铁的三坐标标定技术
韩圆颖, 董岚, 王铜, 卢尚, 闫路平, 张露彦, 刘晓阳, 闫皓月, 门玲鸰, 王小龙, 李波, 梁静, 马娜, 何振强, 柯志勇
, 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。
基于粒子群优化算法设计超级陶粲工厂中的螺线管蛇装置
蓝杰钦, 钟敏良, 王栋梁, 李炜煌, 谭淦, 曾德榕, 高巍巍
, 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。
伴随中子管Penning源诊断及仿真研究
叶龙建, 董攀, 李杰, 张东东, 陈宇航, 胡志杰
, 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
高功率微波技术
高功率S波段注入锁定频控功率源研究
刘臻龙
, 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。
步进频雷达关键参数对虚警信号的影响分析
杜雪, 魏光辉, 吴大林
, 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。