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, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , 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。
