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基于氢等离子体加载的脉冲功率同步放大与质子加速技术

马腾飞 张婕 张文宇 叶思隽 魏强 肖堃 潘静 张程 袁军

马腾飞, 张婕, 张文宇, 等. 基于氢等离子体加载的脉冲功率同步放大与质子加速技术[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202537.240400
引用本文: 马腾飞, 张婕, 张文宇, 等. 基于氢等离子体加载的脉冲功率同步放大与质子加速技术[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202537.240400
Ma Tengfei, Zhang Jie, Zhang Wenyu, et al. Synchronous amplification of pulse power and proton acceleration technology based on hydrogen plasma loading[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202537.240400
Citation: Ma Tengfei, Zhang Jie, Zhang Wenyu, et al. Synchronous amplification of pulse power and proton acceleration technology based on hydrogen plasma loading[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202537.240400

基于氢等离子体加载的脉冲功率同步放大与质子加速技术

doi: 10.11884/HPLPB202537.240400
详细信息
    作者简介:

    马腾飞,tengfei.ma@zju.edu.cn

  • 中图分类号: TL

Synchronous amplification of pulse power and proton acceleration technology based on hydrogen plasma loading

  • 摘要: 为有效解决驱动粒子反应需要的强电磁脉冲功率问题,在压电陶瓷堆脉冲功率源基础上研究了一种新型的基于氢等离子体加载和波粒共振机制的脉冲功率同步放大技术,其放大机理为:一是氢分子成键轨道比反键轨道能量低,在电离过程中会释放内能促进脉冲功率驱动的电离过程高效发生;二是氢原子电离后,电磁场与电离后形成的电子发生波粒共振,电子能量被同步转换为电磁场能量。波粒共振放大后获得更强的电磁脉冲能量,其作用到螺旋电极上可形成球形电磁场,并具有极高的加速梯度,可对氢原子高效电离后产生的大量质子进行近距加速。本文通过实验测试和仿真分析对上述理论进行了有效证明,该项研究有望为强电磁脉冲驱动的小型化、低成本质子发生器奠定基础。
  • 图  1  波粒共振作用下电磁能量放大过程

    Figure  1.  The process of electromagnetic energy amplification under wave-particle resonance

    图  2  波粒共振作用下电磁脉冲能量放大增益

    Figure  2.  Electromagnetic pulse energy amplification gain under wave-particle resonance

    图  3  高频情况下电子穿越间隙模型

    Figure  3.  Electron crossing gap model at high frequencies

    图  4  粒子加速系统组成原理及其功率衡量原理图

    Figure  4.  Schematic diagram of the composition principle of a particle acceleration system and its power measurement

    图  5  粒子加速装置构型

    Figure  5.  The configuration of the particle acceleration device

    图  6  脉冲源初始脉冲电压与电流波形

    Figure  6.  Pulse source initial impulse voltage and current waveforms

    图  7  脉冲源放大后脉冲电压与电流波形

    Figure  7.  The pulse voltage and current waveforms after the pulse source is amplified

    图  8  球形场加速电极的等离子场与质子加速曲线模拟结果

    Figure  8.  Simulation results of plasma field and proton acceleration curves of spherical field acceleration electrodes

    图  9  中子测量结果

    Figure  9.  The results of neutron measurements

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-11-28
  • 修回日期:  2025-03-06
  • 录用日期:  2025-02-07
  • 网络出版日期:  2025-04-29

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