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2025, 37: 084002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250003
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250159
摘要:
相对论磁控管因其高功率转换效率、低工作磁场、结构简单紧凑等特性，已成为高功率微波源领域的研究热点。为了拓宽其应用场景，系统小型化与轻量化已成为相对论磁控管的重点技术攻关方向。传统微波源尤其是低频段微波源，受波长与径向尺寸的共度性约束，其慢波结构的径向尺寸往往需与工作波长同量级，这严重限制了其小型化和紧凑化设计。提出一种基于超材料的C波段全腔提取相对论磁控管，通过引入具有双负特性的超材料，突破传统共度性关系的限制，实现器件径向尺寸和重量的减小。仿真结果显示：在输入电压675 kV、磁场0.29 T条件下，器件输出功率为1.42 GW，功率转换效率为52.6%，频率为4.3 GHz。与传统相对论磁控管结构对比，当以上工作性能基本相同时，超材料的引入使阳极外半径缩减5.5 mm，尺寸减小幅度达12%，相应的永磁体重量可减轻22.8%。
相对论磁控管因其高功率转换效率、低工作磁场、结构简单紧凑等特性，已成为高功率微波源领域的研究热点。为了拓宽其应用场景，系统小型化与轻量化已成为相对论磁控管的重点技术攻关方向。传统微波源尤其是低频段微波源，受波长与径向尺寸的共度性约束，其慢波结构的径向尺寸往往需与工作波长同量级，这严重限制了其小型化和紧凑化设计。提出一种基于超材料的C波段全腔提取相对论磁控管，通过引入具有双负特性的超材料，突破传统共度性关系的限制，实现器件径向尺寸和重量的减小。仿真结果显示：在输入电压675 kV、磁场0.29 T条件下，器件输出功率为1.42 GW，功率转换效率为52.6%，频率为4.3 GHz。与传统相对论磁控管结构对比，当以上工作性能基本相同时，超材料的引入使阳极外半径缩减5.5 mm，尺寸减小幅度达12%，相应的永磁体重量可减轻22.8%。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250172
摘要:
为了对取消散热板后的12.5 kW霍尔推力器的热设计优化提供工程指引，本文计算了推力器热耗并校准了热模型，之后采用有限元仿真结合热平衡试验验证对12.5 kW霍尔推力器的不同热设计措施的有效性进行了分析。结果显示，在取消散热板后，推力器各部件平均温升达到50~150 ℃，在考虑推力器主要的热量传递路径后，提出6种热设计措施并分别进行仿真分析。分析结果表明，措施4和措施6，即阻断空心阴极与内线圈的辐射热交换以及提高导磁底座外磁屏和外线圈套筒的发射系数，对控制内线圈及导磁底座的温升具有显著影响。其次，基于措施1即阻断内线圈和导磁底座之间的热传导，在二者间增加了厚度为5 mm隔热垫并开展了热平衡试验验证。结果显示，各部件的仿真值与实测值的比对误差均小于10%，而导磁底座和外壳处的温度比对误差最大，这是由于试验中仍存在轴向热传导所导致。比对结果验证了针对措施1所开展仿真分析的准确性，同时也间接证明了措施4组合措施6的降温效果有效性。
为了对取消散热板后的12.5 kW霍尔推力器的热设计优化提供工程指引，本文计算了推力器热耗并校准了热模型，之后采用有限元仿真结合热平衡试验验证对12.5 kW霍尔推力器的不同热设计措施的有效性进行了分析。结果显示，在取消散热板后，推力器各部件平均温升达到50~150 ℃，在考虑推力器主要的热量传递路径后，提出6种热设计措施并分别进行仿真分析。分析结果表明，措施4和措施6，即阻断空心阴极与内线圈的辐射热交换以及提高导磁底座外磁屏和外线圈套筒的发射系数，对控制内线圈及导磁底座的温升具有显著影响。其次，基于措施1即阻断内线圈和导磁底座之间的热传导，在二者间增加了厚度为5 mm隔热垫并开展了热平衡试验验证。结果显示，各部件的仿真值与实测值的比对误差均小于10%，而导磁底座和外壳处的温度比对误差最大，这是由于试验中仍存在轴向热传导所导致。比对结果验证了针对措施1所开展仿真分析的准确性，同时也间接证明了措施4组合措施6的降温效果有效性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250108
摘要:
通过多尺度建模模拟，同时考虑电子系统和晶格系统的温度变化，选用TTM-MD模型开展X射线与材料相互作用时的热效应仿真模拟，对X射线辐照铝箔的能量沉积及其在材料内的热传导过程进行深入研究。通过分析X射线能量对铝箔热效应的具体影响，得到了电子和晶格温度、材料密度等物理参数随时间的演化规律。在X射线辐照铝箔的过程中，X射线的能量被铝箔材料吸收并转化为热能，这种加热效应会导致其表面密度下降并逐渐向深层沉积；同时，辐照引起的温度升高还导致了铝箔内部压力的动态响应，先急剧增加后逐渐稳定。
通过多尺度建模模拟，同时考虑电子系统和晶格系统的温度变化，选用TTM-MD模型开展X射线与材料相互作用时的热效应仿真模拟，对X射线辐照铝箔的能量沉积及其在材料内的热传导过程进行深入研究。通过分析X射线能量对铝箔热效应的具体影响，得到了电子和晶格温度、材料密度等物理参数随时间的演化规律。在X射线辐照铝箔的过程中，X射线的能量被铝箔材料吸收并转化为热能，这种加热效应会导致其表面密度下降并逐渐向深层沉积；同时，辐照引起的温度升高还导致了铝箔内部压力的动态响应，先急剧增加后逐渐稳定。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250047
摘要:
SOI MOSFET器件广泛应用于航天电子设备中，但它们容易受到空间中电磁脉冲及粒子辐照效应的影响，进而影响航天器的稳定性。通过建立二维的短沟道SOI MOSFET器件模型，探究电磁脉冲和重离子辐照引起的单粒子效应对器件电学特性的影响。研究结果表明，在电磁脉冲作用下，随着电磁脉冲电压幅值的增大，SOI MOSFET会发生雪崩击穿，雪崩击穿现象导致PN结内建电场的电场强度和电流密度的增加，继而导致晶格温度上升；器件发生雪崩击穿的阈值电压随着栅极电压的增加而降低，同时也随着源极和漏极之间沟道长度的减小而降低。重离子入射会使SOI MOSFET器件的瞬态漏电流激增，随着电子-空穴对的复合和扩散，电流逐渐减小。电磁脉冲和重离子协同作用于器件时，重离子辐照降低了器件发生雪崩击穿的阈值电压。
SOI MOSFET器件广泛应用于航天电子设备中，但它们容易受到空间中电磁脉冲及粒子辐照效应的影响，进而影响航天器的稳定性。通过建立二维的短沟道SOI MOSFET器件模型，探究电磁脉冲和重离子辐照引起的单粒子效应对器件电学特性的影响。研究结果表明，在电磁脉冲作用下，随着电磁脉冲电压幅值的增大，SOI MOSFET会发生雪崩击穿，雪崩击穿现象导致PN结内建电场的电场强度和电流密度的增加，继而导致晶格温度上升；器件发生雪崩击穿的阈值电压随着栅极电压的增加而降低，同时也随着源极和漏极之间沟道长度的减小而降低。重离子入射会使SOI MOSFET器件的瞬态漏电流激增，随着电子-空穴对的复合和扩散，电流逐渐减小。电磁脉冲和重离子协同作用于器件时，重离子辐照降低了器件发生雪崩击穿的阈值电压。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250024
摘要:
高能电子加速器中，束流与真空室相互作用产生的尾场会引发束流不稳定性，此现象在高重频(>105 Hz)超导加速器中尤为明显。全金属加速器真空室大量使用的CF刀口法兰，其连接处截面突变是导致产生束流耦合阻抗的主要来源之一。设计了一种RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构，其目的是通过实现法兰-密封圈-法兰预紧密封后的平滑过渡，有效减少阻抗。首先采用3D电磁仿真CST软件对比仿真了连接过渡段不同径向台阶和轴向间隙参数下的阻抗效应，给出了相关参数的允许范围。然后通过ANSYS软件对屏蔽法兰-铜圈结构进行了形变仿真，初步制定了不同型号的屏蔽密封圈的内径几何参数，在屏蔽法兰-密封圈的真空密封试验中，验证了预紧力矩≥6 N·m时即可实现有效的超高真空密封，并且通过屏蔽法兰-密封铜圈过渡段径向台阶和轴向间隙测试试验，得到了最优预紧力矩和屏蔽铜圈的关键尺寸参数。最后采用对光滑真空管段、标准法兰-密封圈过渡段和屏蔽法兰-密封圈过渡段的功率损失和阻抗进行了仿真计算，验证了所设计的RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构可以有效地实现阻抗屏蔽。
高能电子加速器中，束流与真空室相互作用产生的尾场会引发束流不稳定性，此现象在高重频(>105 Hz)超导加速器中尤为明显。全金属加速器真空室大量使用的CF刀口法兰，其连接处截面突变是导致产生束流耦合阻抗的主要来源之一。设计了一种RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构，其目的是通过实现法兰-密封圈-法兰预紧密封后的平滑过渡，有效减少阻抗。首先采用3D电磁仿真CST软件对比仿真了连接过渡段不同径向台阶和轴向间隙参数下的阻抗效应，给出了相关参数的允许范围。然后通过ANSYS软件对屏蔽法兰-铜圈结构进行了形变仿真，初步制定了不同型号的屏蔽密封圈的内径几何参数，在屏蔽法兰-密封圈的真空密封试验中，验证了预紧力矩≥6 N·m时即可实现有效的超高真空密封，并且通过屏蔽法兰-密封铜圈过渡段径向台阶和轴向间隙测试试验，得到了最优预紧力矩和屏蔽铜圈的关键尺寸参数。最后采用对光滑真空管段、标准法兰-密封圈过渡段和屏蔽法兰-密封圈过渡段的功率损失和阻抗进行了仿真计算，验证了所设计的RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构可以有效地实现阻抗屏蔽。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250051
摘要:
针对目前单相交流输入低纹波直流稳压电源存在主电路结构复杂等不足，提出一种新型的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源主电路拓扑结构。介绍了该新型拓扑结构的基本工作原理，建立了其数学模型并分析了其电压传输特性，根据其低纹波高稳定度控制要求提出一种基于改进迭代学习控制的参考输出电压幅值自补偿与双闭环比例复数积分(PCI)控制相结合的控制方法，最后对其效果进行了仿真与实验验证，同时与目前常用单相交流输入低纹波直流稳压电源进行了对比分析，结果表明：所提出的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源拓扑结构具有电路结构简单、输出电压任意可调、纹波小、稳态精度高等特点，因而具有较好的实际应用价值。
针对目前单相交流输入低纹波直流稳压电源存在主电路结构复杂等不足，提出一种新型的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源主电路拓扑结构。介绍了该新型拓扑结构的基本工作原理，建立了其数学模型并分析了其电压传输特性，根据其低纹波高稳定度控制要求提出一种基于改进迭代学习控制的参考输出电压幅值自补偿与双闭环比例复数积分(PCI)控制相结合的控制方法，最后对其效果进行了仿真与实验验证，同时与目前常用单相交流输入低纹波直流稳压电源进行了对比分析，结果表明：所提出的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源拓扑结构具有电路结构简单、输出电压任意可调、纹波小、稳态精度高等特点，因而具有较好的实际应用价值。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250055
摘要:
随着粒子加速器对束流的稳定性要求越来越高，对工程控制网的精度提出了更高的要求，本文以高能同步辐射光源（HEPS）周长454 m的增强器为例，针对隧道内空间狭长、无法大范围通视的不利条件，提出了基于激光跟踪仪精密测量的控制网布设方案及测量方法；同时，面对测量环节中测站多和测点密的数据有效性检测难题，提出了相邻单站拟合及多站拟合的观测过程质量控制方法，点位拟合误差RMS优于0.1 mm；最终，控制网的径向、切向及高程方向各坐标分量的绝对点位误差RMS达到0.2 mm，满足设备安装精度要求。同时，为了监测增强器土建完毕初期的稳定性，对增强器控制网在一年内进行了两期观测，测量结果表明：增强器隧道在一年内产生了10 mm左右变形，具体表现为隧道地基在正东偏南、正北偏西、正南偏西三区域向外膨胀。
随着粒子加速器对束流的稳定性要求越来越高，对工程控制网的精度提出了更高的要求，本文以高能同步辐射光源（HEPS）周长454 m的增强器为例，针对隧道内空间狭长、无法大范围通视的不利条件，提出了基于激光跟踪仪精密测量的控制网布设方案及测量方法；同时，面对测量环节中测站多和测点密的数据有效性检测难题，提出了相邻单站拟合及多站拟合的观测过程质量控制方法，点位拟合误差RMS优于0.1 mm；最终，控制网的径向、切向及高程方向各坐标分量的绝对点位误差RMS达到0.2 mm，满足设备安装精度要求。同时，为了监测增强器土建完毕初期的稳定性，对增强器控制网在一年内进行了两期观测，测量结果表明：增强器隧道在一年内产生了10 mm左右变形，具体表现为隧道地基在正东偏南、正北偏西、正南偏西三区域向外膨胀。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250106
摘要:
硬X射线自由电子激光装置（SHINE）中常温L波段聚束器在电子束团进行压缩过程中发挥了关键作用，有效提升了束流品质，满足了SHINE对低发射度和低能散的注入要求。由于聚束器采用了2-cell的设计，特研制了一套数字化低电平控制系统。该系统基于FPGA板卡和上下变频板卡的架构，采用I/Q解调技术，集成了幅度相位反馈、频率调谐及场平坦度多电机协调控制功能。在10 kW连续波运行中，聚束器腔压的幅度稳定度（peak-to-peak）由开环的±0.17%提高到闭环的±0.03%，相位稳定度（peak-to-peak）控制在±0.05°以内，场平坦度保持在±2%以内，满足了设计指标要求。此外，还提出了一种基于模拟数字转换（ADC）采集的射频信号功率校准方法，通过与功率计对比实测误差在±2%以内，验证了该方法的可行性，为射频功率标定提供了一种可选方案。
硬X射线自由电子激光装置（SHINE）中常温L波段聚束器在电子束团进行压缩过程中发挥了关键作用，有效提升了束流品质，满足了SHINE对低发射度和低能散的注入要求。由于聚束器采用了2-cell的设计，特研制了一套数字化低电平控制系统。该系统基于FPGA板卡和上下变频板卡的架构，采用I/Q解调技术，集成了幅度相位反馈、频率调谐及场平坦度多电机协调控制功能。在10 kW连续波运行中，聚束器腔压的幅度稳定度（peak-to-peak）由开环的±0.17%提高到闭环的±0.03%，相位稳定度（peak-to-peak）控制在±0.05°以内，场平坦度保持在±2%以内，满足了设计指标要求。此外，还提出了一种基于模拟数字转换（ADC）采集的射频信号功率校准方法，通过与功率计对比实测误差在±2%以内，验证了该方法的可行性，为射频功率标定提供了一种可选方案。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250022
摘要:
基于正在运行的合肥红外自由电子激光装置注入器的指标要求，对注入器结构进行优化设计，得到更适合红外振荡器型自由电子激光装置的电子束。基于前期电子枪栅网结构的优化结果改进设计，将现有六次次谐波聚束系统的前级增设一个新的十二次次谐波聚束腔，再结合改进的行波聚束结构对束团进行聚束和加速。在束流动力学优化过程中首先设计次谐波聚束腔，扫描束流注入相位、行波聚束器相速度等参数使得电子束在聚束阶段中达到100%捕获，能量提升至接近4.4 MeV。随后，通过装置原有的两个等梯度行波加速管，束流能量被提升至64 MeV。根据红外自由电子激光的实际应用需求，滤除高能散电子，对±1%束团能散的电子束进行统计，优化后核心束团的均方根纵向长度降低至3.1 ps，能散低于0.23 MeV，归一化横向发射度可以降低至9.8 mm · mrad，同时峰值流强达到270 A，为原有优化结果的2.7倍。优化后的注入器能够为光源的运行提供更高品质的电子束，有望驱动产生质量更为优异的红外辐射光。
基于正在运行的合肥红外自由电子激光装置注入器的指标要求，对注入器结构进行优化设计，得到更适合红外振荡器型自由电子激光装置的电子束。基于前期电子枪栅网结构的优化结果改进设计，将现有六次次谐波聚束系统的前级增设一个新的十二次次谐波聚束腔，再结合改进的行波聚束结构对束团进行聚束和加速。在束流动力学优化过程中首先设计次谐波聚束腔，扫描束流注入相位、行波聚束器相速度等参数使得电子束在聚束阶段中达到100%捕获，能量提升至接近4.4 MeV。随后，通过装置原有的两个等梯度行波加速管，束流能量被提升至64 MeV。根据红外自由电子激光的实际应用需求，滤除高能散电子，对±1%束团能散的电子束进行统计，优化后核心束团的均方根纵向长度降低至3.1 ps，能散低于0.23 MeV，归一化横向发射度可以降低至9.8 mm · mrad，同时峰值流强达到270 A，为原有优化结果的2.7倍。优化后的注入器能够为光源的运行提供更高品质的电子束，有望驱动产生质量更为优异的红外辐射光。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250151
摘要:
针对薄型化微波吸波材料在低频段带宽受限的技术瓶颈，本研究提出一种基于双层磁性介质与榫眼结构的新型吸波体设计方案，重点突破材料厚度与吸收带宽间的制约关系，实现L/S频段电磁波的高效吸收。研究采用磁性介质基板构建双层异质结构，结合表面周期排布的榫眼式金属谐振单元，利用磁损耗与结构谐振的协同效应增强电磁能量耗散。仿真结果表明，该吸波体在1.16～2.82 GHz频段内吸收率超过90%，有效覆盖L波段并延伸至S波段部分频段，在薄层条件下实现了1.66 GHz的宽频吸收，解决了低频段吸波材料厚度与带宽的固有矛盾，可为新一代薄型宽带吸波体的工程应用提供可行方案。
针对薄型化微波吸波材料在低频段带宽受限的技术瓶颈，本研究提出一种基于双层磁性介质与榫眼结构的新型吸波体设计方案，重点突破材料厚度与吸收带宽间的制约关系，实现L/S频段电磁波的高效吸收。研究采用磁性介质基板构建双层异质结构，结合表面周期排布的榫眼式金属谐振单元，利用磁损耗与结构谐振的协同效应增强电磁能量耗散。仿真结果表明，该吸波体在1.16～2.82 GHz频段内吸收率超过90%，有效覆盖L波段并延伸至S波段部分频段，在薄层条件下实现了1.66 GHz的宽频吸收，解决了低频段吸波材料厚度与带宽的固有矛盾，可为新一代薄型宽带吸波体的工程应用提供可行方案。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250107
摘要:
针对无人机卫星导航系统抗压制干扰评估缺乏标准化与定量化的问题，提出一种注入-辐照联合的动态试验方法。该方法构建了可复现多源、动态复杂电磁压制环境的试验体系，实现了从射频注入到空间辐照的全链路考核。以某型七阵元GNSS接收机为对象，静态试验量化了多干扰源对其空间滤波的饱和效应（干信比门限从单源106 dB降至六源60 dB）。动态试验（转速2°/s）揭示了动态场景下干扰空间几何构型变化对系统自适应算法的复杂时域-空域耦合效应：在六干扰源、70 dB干信比下，定位成功率达100%，反而优于其静态失效门限，证实了动态几何构型变化对自适应算法的复杂影响。
针对无人机卫星导航系统抗压制干扰评估缺乏标准化与定量化的问题，提出一种注入-辐照联合的动态试验方法。该方法构建了可复现多源、动态复杂电磁压制环境的试验体系，实现了从射频注入到空间辐照的全链路考核。以某型七阵元GNSS接收机为对象，静态试验量化了多干扰源对其空间滤波的饱和效应（干信比门限从单源106 dB降至六源60 dB）。动态试验（转速2°/s）揭示了动态场景下干扰空间几何构型变化对系统自适应算法的复杂时域-空域耦合效应：在六干扰源、70 dB干信比下，定位成功率达100%，反而优于其静态失效门限，证实了动态几何构型变化对自适应算法的复杂影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250069
摘要:
为进一步提高返波管的耦合阻抗和输出功率，提出了一种梯形双脊波导慢波结构。与正弦双脊波导和平顶型正弦双脊波导相比，在归一化相速度基本一致时，梯形双脊波导的电子注通道中心轴线耦合阻抗和截面平均耦合阻抗都得到了显著提升。仿真结果显示，在320～360 GHz频带范围内，其平均耦合阻抗较正弦双脊波导提升78.33%～86.97%，较平顶型正弦双脊波导提升至少46.65%。在相同工作条件及频带范围内，梯形双脊波导返波管在340 GHz频段的输出功率为5.55～8.03 W，比正弦双脊波导返波管提升26.97%～73.44%，比平顶型正弦双脊波导返波管提升33.65%～52.47%。此时三种返波管均为最佳管长，梯形双脊波导返波管可比另两种结构缩短至少16.5%。
为进一步提高返波管的耦合阻抗和输出功率，提出了一种梯形双脊波导慢波结构。与正弦双脊波导和平顶型正弦双脊波导相比，在归一化相速度基本一致时，梯形双脊波导的电子注通道中心轴线耦合阻抗和截面平均耦合阻抗都得到了显著提升。仿真结果显示，在320～360 GHz频带范围内，其平均耦合阻抗较正弦双脊波导提升78.33%～86.97%，较平顶型正弦双脊波导提升至少46.65%。在相同工作条件及频带范围内，梯形双脊波导返波管在340 GHz频段的输出功率为5.55～8.03 W，比正弦双脊波导返波管提升26.97%～73.44%，比平顶型正弦双脊波导返波管提升33.65%～52.47%。此时三种返波管均为最佳管长，梯形双脊波导返波管可比另两种结构缩短至少16.5%。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250033
摘要:
针对典型拍瓦级飞秒激光装置参数，提出一种毛细管型的气室结构靶以产生百微米尺度且具有陡峭的密度上升沿的近临界密度等离子体。该气室结构靶具有背压低、喷气量小的特点。由于气室壁约束，气室内，该气室靶可更加稳定产生平台状的气体密度分布。采用粒子模拟方法研究了拍瓦级飞秒激光与该近临界密度等离子体相互作用的电子加速及Betatron辐射过程。结果表明，合适气体密度和激光脉宽有利于产生稳定的等离子体通道。在通道内，电子首先经历有效的激光尾波场加速。这些加速的高能电子与激光尾部直接作用，通过Betatron共振和激光直接加速，可使其产额及截止能量进一步提升。该大电荷量高能电子束在等离子体通道内的横向振荡能够产生高亮度Betatron辐射源，峰值光子能量约8 keV，亮度达到\begin{document}$ 1.75\times {10}^{20}\;\mathrm{p}\mathrm{h}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}\cdot {\mathrm{mm}}^{-2}\cdot $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ {\mathrm{m}\mathrm{rad}}^{-2}\cdot {\left(0.1\mathrm{{\text{%}}}\mathrm{b}\mathrm{w}\right)}^{-1} $\end{document} ![]()
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针对典型拍瓦级飞秒激光装置参数，提出一种毛细管型的气室结构靶以产生百微米尺度且具有陡峭的密度上升沿的近临界密度等离子体。该气室结构靶具有背压低、喷气量小的特点。由于气室壁约束，气室内，该气室靶可更加稳定产生平台状的气体密度分布。采用粒子模拟方法研究了拍瓦级飞秒激光与该近临界密度等离子体相互作用的电子加速及Betatron辐射过程。结果表明，合适气体密度和激光脉宽有利于产生稳定的等离子体通道。在通道内，电子首先经历有效的激光尾波场加速。这些加速的高能电子与激光尾部直接作用，通过Betatron共振和激光直接加速，可使其产额及截止能量进一步提升。该大电荷量高能电子束在等离子体通道内的横向振荡能够产生高亮度Betatron辐射源，峰值光子能量约8 keV，亮度达到
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240438
摘要:
在高温颗粒球床堆芯辐射换热过程中，角系数是辐射换热计算的关键参数。传统数值计算角系数的方法需进行复杂积分运算，且不同几何形状的积分公式各异，计算难度较大。为降低球床颗粒间角系数的计算难度，提出了一种基于光线追踪理论并结合颗粒辐射特性的角系数计算模型。该模型无需对颗粒进行建模做离散分析，仅需获取颗粒的坐标信息和半径即可进行计算，极大地简化了计算过程。通过在颗粒相切情况下对比光线追踪与数值结果，当光线密度达到特定值时，二者结果相对误差在1%内。颗粒间辐射主要以中心连线为辐射能量最强处，向四周减少，其变化趋势呈余弦函数。在球床颗粒随机堆积情况下，选取单个颗粒进行分析，发现辐射范围以2倍直径内为主，此时角系数累积超过0.98，颗粒数量在100个以内；在3倍直径范围内，累积角系数超过0.99。
在高温颗粒球床堆芯辐射换热过程中，角系数是辐射换热计算的关键参数。传统数值计算角系数的方法需进行复杂积分运算，且不同几何形状的积分公式各异，计算难度较大。为降低球床颗粒间角系数的计算难度，提出了一种基于光线追踪理论并结合颗粒辐射特性的角系数计算模型。该模型无需对颗粒进行建模做离散分析，仅需获取颗粒的坐标信息和半径即可进行计算，极大地简化了计算过程。通过在颗粒相切情况下对比光线追踪与数值结果，当光线密度达到特定值时，二者结果相对误差在1%内。颗粒间辐射主要以中心连线为辐射能量最强处，向四周减少，其变化趋势呈余弦函数。在球床颗粒随机堆积情况下，选取单个颗粒进行分析，发现辐射范围以2倍直径内为主，此时角系数累积超过0.98，颗粒数量在100个以内；在3倍直径范围内，累积角系数超过0.99。
预发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章，这些文章目前处在编校过程，尚未确定卷期及页码，但可以根据DOI进行引用。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250120
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战场无人机的数据链射频前端容易受到高功率微波干扰和损伤而不能正常发挥工作效能。为研究无人机数据链射频前端高功率微波耦合规律与防护，建立数据链天线和射频前端电路PCB仿真模型，以不同载波频率、脉宽、极化方向和上升沿时间的高功率微波分别对数据链天线进行辐照，得到天线输出口端接负载的耦合电压波形，然后将其注入数据链射频芯片外围接收电路中，得到射频芯片引脚的耦合电压，完整模拟了高功率微波的场-路耦合过程。选用一款2.45 GHz的PIN限幅器进行电磁防护。结果表明：无人机数据链射频前端电路的Si24R1芯片引脚耦合电压幅值随着载波频率的上升出现了尖峰现象，随着极化角的增加，耦合电压出现了较大的降低，脉冲宽度和上升沿变化对耦合电压幅值影响不大。PIN限幅器在保证信号接收质量情况下能显著降低高功率微波对射频前端电路的耦合电压，提升了无人机数据链的电磁防护性能。
战场无人机的数据链射频前端容易受到高功率微波干扰和损伤而不能正常发挥工作效能。为研究无人机数据链射频前端高功率微波耦合规律与防护，建立数据链天线和射频前端电路PCB仿真模型，以不同载波频率、脉宽、极化方向和上升沿时间的高功率微波分别对数据链天线进行辐照，得到天线输出口端接负载的耦合电压波形，然后将其注入数据链射频芯片外围接收电路中，得到射频芯片引脚的耦合电压，完整模拟了高功率微波的场-路耦合过程。选用一款2.45 GHz的PIN限幅器进行电磁防护。结果表明：无人机数据链射频前端电路的Si24R1芯片引脚耦合电压幅值随着载波频率的上升出现了尖峰现象，随着极化角的增加，耦合电压出现了较大的降低，脉冲宽度和上升沿变化对耦合电压幅值影响不大。PIN限幅器在保证信号接收质量情况下能显著降低高功率微波对射频前端电路的耦合电压，提升了无人机数据链的电磁防护性能。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250152
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高功率微波可通过“前门”耦合毁伤通信系统的射频前端关键器件，导致系统性能降级或失效。对于相控阵通信系统，其射频通道数量多，各射频通道损伤程度并不一致，这种非对称的损伤会造成相控阵天线波束合成受到影响，导致系统性能更加恶化。通过半实物仿真实验和系统级辐照实验，开展了典型相控阵通信系统的非对称损伤效应研究。研究结果表明，高功率微波毁伤相控阵通信系统后将造成各通道出现非对称损伤，且幅相不一致性越大，尤其是相位不一致性越大，系统性能受到的额外损失也就越大。
高功率微波可通过“前门”耦合毁伤通信系统的射频前端关键器件，导致系统性能降级或失效。对于相控阵通信系统，其射频通道数量多，各射频通道损伤程度并不一致，这种非对称的损伤会造成相控阵天线波束合成受到影响，导致系统性能更加恶化。通过半实物仿真实验和系统级辐照实验，开展了典型相控阵通信系统的非对称损伤效应研究。研究结果表明，高功率微波毁伤相控阵通信系统后将造成各通道出现非对称损伤，且幅相不一致性越大，尤其是相位不一致性越大，系统性能受到的额外损失也就越大。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250085
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针对瞬态强电磁脉冲远场测量中因地面反射波叠加引起波形畸变的问题，设计了一种基于单极子阵列抑制地面散射的波形复原算法。分别从频域和时域推导基于单极子阵列测量波形提取直达波的原理，分析了计算结果中趋势项及其周期性振荡的原因，对比了不同算法的优缺点，以及不同场景下择优选择算法的依据。为验证算法有效性，在存在地面反射条件下构建了测量系统并开展了实验测试，结果表明，在时域天线不同主轴距离的电场测量中，波形复原算法提取的直达波均与参考直达波一致，幅度误差在0.2 dB以内，二者主波形保真系数大于0.99。测量结果验证该波形复原算法可有效抑制复杂环境中地面散射影响，能够准确实现对直达波波形提取，为该类场景下时域辐射系统参数分离和测量提供有效的方法支撑。
针对瞬态强电磁脉冲远场测量中因地面反射波叠加引起波形畸变的问题，设计了一种基于单极子阵列抑制地面散射的波形复原算法。分别从频域和时域推导基于单极子阵列测量波形提取直达波的原理，分析了计算结果中趋势项及其周期性振荡的原因，对比了不同算法的优缺点，以及不同场景下择优选择算法的依据。为验证算法有效性，在存在地面反射条件下构建了测量系统并开展了实验测试，结果表明，在时域天线不同主轴距离的电场测量中，波形复原算法提取的直达波均与参考直达波一致，幅度误差在0.2 dB以内，二者主波形保真系数大于0.99。测量结果验证该波形复原算法可有效抑制复杂环境中地面散射影响，能够准确实现对直达波波形提取，为该类场景下时域辐射系统参数分离和测量提供有效的方法支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250009
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停堆剂量率计算分析是核反应堆辐射安全的重要内容。为了分析车载微型移动核电源的停堆剂量率，研究了基于栅元嵌套网格的停堆剂量率计算方法。该方法在严格两步法的计算框架下，对活化光子源的抽样方法进行了改进。通过构建几何简单的包围盒，抽样得到源栅元内的粒子分布，从而提高了抽样效率和精度。在国际热核聚变实验堆(ITER)停堆剂量率基准题中进行了验证，该方法与参考解符合较好。基于该方法开展了兆瓦级车载微型移动核电源Megapower的停堆剂量率分析，计算结果表明热管贯穿端剂量率水平相对较高。该方法可用于反应堆停堆剂量率的计算分析，能够准确评估结构材料活化源及其产生的剂量率，对于反应堆屏蔽设计、维修计划的制定及退役具有重要的参考意义。
停堆剂量率计算分析是核反应堆辐射安全的重要内容。为了分析车载微型移动核电源的停堆剂量率，研究了基于栅元嵌套网格的停堆剂量率计算方法。该方法在严格两步法的计算框架下，对活化光子源的抽样方法进行了改进。通过构建几何简单的包围盒，抽样得到源栅元内的粒子分布，从而提高了抽样效率和精度。在国际热核聚变实验堆(ITER)停堆剂量率基准题中进行了验证，该方法与参考解符合较好。基于该方法开展了兆瓦级车载微型移动核电源Megapower的停堆剂量率分析，计算结果表明热管贯穿端剂量率水平相对较高。该方法可用于反应堆停堆剂量率的计算分析，能够准确评估结构材料活化源及其产生的剂量率，对于反应堆屏蔽设计、维修计划的制定及退役具有重要的参考意义。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250131
摘要:
随着固态化、模块化、小型化脉冲功率系统的需求不断加深，宽禁带半导体光电导开关（PCSS）由于高功率和快响应等特点引起了广泛的关注。基于高纯半绝缘（HPSI）碳化硅（SiC）衬底，研制了体结构SiC PCSS。在此基础上，提出了一种基于氟化镁和二氧化钛的高反射镜SiC光电导开关封装结构，有效地提高了光电导开关的光能利用率，搭建了基于新封装结构高纯SiC光电导开关的亚纳秒短脉冲产生电路，优化了脉冲形成线与光电导开关的连接方式，设计了开槽型脉冲形成线结构，减小了电路的寄生电感，缩短了电路的响应时间。采用新封装结构和脉冲形成线，在偏置电压为10 kV、激光波长为532 nm、激光脉冲半高宽为500 ps、激光脉冲能量为90 μJ和负载为50 Ω的工作条件下，实验获得了电压幅值为7.6 kV的亚纳秒短脉冲，脉冲波形的上升沿和半高宽分别为620 ps和2.2 ns，对应的输出峰值功率为1.1 MW，系统的光电功率增益达到7.7 dB。
随着固态化、模块化、小型化脉冲功率系统的需求不断加深，宽禁带半导体光电导开关（PCSS）由于高功率和快响应等特点引起了广泛的关注。基于高纯半绝缘（HPSI）碳化硅（SiC）衬底，研制了体结构SiC PCSS。在此基础上，提出了一种基于氟化镁和二氧化钛的高反射镜SiC光电导开关封装结构，有效地提高了光电导开关的光能利用率，搭建了基于新封装结构高纯SiC光电导开关的亚纳秒短脉冲产生电路，优化了脉冲形成线与光电导开关的连接方式，设计了开槽型脉冲形成线结构，减小了电路的寄生电感，缩短了电路的响应时间。采用新封装结构和脉冲形成线，在偏置电压为10 kV、激光波长为532 nm、激光脉冲半高宽为500 ps、激光脉冲能量为90 μJ和负载为50 Ω的工作条件下，实验获得了电压幅值为7.6 kV的亚纳秒短脉冲，脉冲波形的上升沿和半高宽分别为620 ps和2.2 ns，对应的输出峰值功率为1.1 MW，系统的光电功率增益达到7.7 dB。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250017
摘要:
一般来说，同一大小的力推动不同质量的物体，质量轻的物体获得的速度总是更大。然而，在磁驱动对称飞片发射实验中，同一电流驱动0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”，0.37 mm“飞片对”获得的最终速度为18 km/s，0.48 mm“飞片对”获得的最终速度为19 km/s，即厚“飞片对”获得的测量速度反而更大。采用边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序解释这一反常现象。数值模拟表明，边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序能正确模拟0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”的动力学过程。厚“飞片对”测得的最终速度比薄“飞片对”测得的最终速度更大，其物理机理是厚“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间，比薄“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间更长。
一般来说，同一大小的力推动不同质量的物体，质量轻的物体获得的速度总是更大。然而，在磁驱动对称飞片发射实验中，同一电流驱动0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”，0.37 mm“飞片对”获得的最终速度为18 km/s，0.48 mm“飞片对”获得的最终速度为19 km/s，即厚“飞片对”获得的测量速度反而更大。采用边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序解释这一反常现象。数值模拟表明，边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序能正确模拟0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”的动力学过程。厚“飞片对”测得的最终速度比薄“飞片对”测得的最终速度更大，其物理机理是厚“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间，比薄“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间更长。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250097
摘要:
为研究基于磁控管等电真空振荡器的低成本、小型化、稳定且可阵列化应用的SLAC能量倍增器（SLED），设计了一种功率容量兆瓦级、响应时间纳秒级的高功率快速倒相开关。在波导结构中插入传统PIN二极管加载线型移相电路单元，通过波导外置偏置电路控制PIN二极管的“开”/“关”状态，改变移相电路的等效阻抗以控制波导传输微波相位。已通过高功率实验验证了此类二极管波导移相器的高功率特性。通过级联8个移相电路单元实现180°相移。对所设计的倒相开关进行了频域与时域参数测试：频域测试结果表明，该倒相开关在工作频率下的插损小于0.7 dB，在中心频率2.458 GHz处相移172°，相移量与仿真设计值相比误差在±4°以内；时域测试结果表明，该倒相开关的倒相时间约为5 ns。
为研究基于磁控管等电真空振荡器的低成本、小型化、稳定且可阵列化应用的SLAC能量倍增器（SLED），设计了一种功率容量兆瓦级、响应时间纳秒级的高功率快速倒相开关。在波导结构中插入传统PIN二极管加载线型移相电路单元，通过波导外置偏置电路控制PIN二极管的“开”/“关”状态，改变移相电路的等效阻抗以控制波导传输微波相位。已通过高功率实验验证了此类二极管波导移相器的高功率特性。通过级联8个移相电路单元实现180°相移。对所设计的倒相开关进行了频域与时域参数测试：频域测试结果表明，该倒相开关在工作频率下的插损小于0.7 dB，在中心频率2.458 GHz处相移172°，相移量与仿真设计值相比误差在±4°以内；时域测试结果表明，该倒相开关的倒相时间约为5 ns。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250043
摘要:
随着有源相控阵雷达的发展，相控阵雷达对发送接收（TR）电源的需求不断提高，宽输入电压范围、高频化和高效率的TR电源成为当今的主流研究方向。双有源桥（DAB）变换器能够实现宽输入电压范围，并且控制方式多样化，在TR电源领域具有广泛的应用前景，但DAB变换器的电感量和开关频率等系统参数对TR电源的传输功率和功率MOS管的通态电流影响很大。基于DAB变换器中的扩展移相（EPS）调制方法，推导了其功率传输特性和电感电流大小等表达式，并以考虑过载需求的最大传输功率、MOS器件最大通态电流降额设计、最小输出电压纹波频率为限制指标，提出一种基于EPS调制下的DAB电路参数优化设计方法，基于参数限制规划了可靠运行区ROA，为设计相应的电感值、开关频率，优化DAB参数提供参考依据。最后通过对两路输出的DAB变换器进行相应的MATLAB仿真分析，仿真结果表明输出电压纹波、MOS管通态电流大小、输出功率符合预期需求指标，验证上述理论推导的准确性。
随着有源相控阵雷达的发展，相控阵雷达对发送接收（TR）电源的需求不断提高，宽输入电压范围、高频化和高效率的TR电源成为当今的主流研究方向。双有源桥（DAB）变换器能够实现宽输入电压范围，并且控制方式多样化，在TR电源领域具有广泛的应用前景，但DAB变换器的电感量和开关频率等系统参数对TR电源的传输功率和功率MOS管的通态电流影响很大。基于DAB变换器中的扩展移相（EPS）调制方法，推导了其功率传输特性和电感电流大小等表达式，并以考虑过载需求的最大传输功率、MOS器件最大通态电流降额设计、最小输出电压纹波频率为限制指标，提出一种基于EPS调制下的DAB电路参数优化设计方法，基于参数限制规划了可靠运行区ROA，为设计相应的电感值、开关频率，优化DAB参数提供参考依据。最后通过对两路输出的DAB变换器进行相应的MATLAB仿真分析，仿真结果表明输出电压纹波、MOS管通态电流大小、输出功率符合预期需求指标，验证上述理论推导的准确性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250090
摘要:
高功率微波系统上使用的固面天线一般为悬臂结构，在有外界扰动力情况下，很难保持馈源结构较低加速度响应的要求。传统的动力吸振方法可以较好地控制悬臂结构的振动响应，但是这种方法仅能在一个有限的频率范围内抑制悬臂结构的响应加速度。为了解决上述问题，提出了一种主动控制与被动吸振相结合的最优振动控制方法。通过分析和仿真固面天线的结构模型得到主动吸振器最佳的安装位置，然后根据简化被动吸振器数学模型计算出最优的参数，在此基础上，将滑模控制方法与主动吸振方法相结合设计了相应的控制律，同时，证明了控制律的稳定性。仿真分析了存在主动控制吸振器情况下的两自由度振动系统，得出天线馈源结构随时间的振动响应情况。结果表明：该方法可以有效降低在外界扰动下馈源结构顶部的加速度响应，顶部最大振幅相比无控制情况可降低95%以上，馈源结构在该控制器作用下处于较稳定的状态。
高功率微波系统上使用的固面天线一般为悬臂结构，在有外界扰动力情况下，很难保持馈源结构较低加速度响应的要求。传统的动力吸振方法可以较好地控制悬臂结构的振动响应，但是这种方法仅能在一个有限的频率范围内抑制悬臂结构的响应加速度。为了解决上述问题，提出了一种主动控制与被动吸振相结合的最优振动控制方法。通过分析和仿真固面天线的结构模型得到主动吸振器最佳的安装位置，然后根据简化被动吸振器数学模型计算出最优的参数，在此基础上，将滑模控制方法与主动吸振方法相结合设计了相应的控制律，同时，证明了控制律的稳定性。仿真分析了存在主动控制吸振器情况下的两自由度振动系统，得出天线馈源结构随时间的振动响应情况。结果表明：该方法可以有效降低在外界扰动下馈源结构顶部的加速度响应，顶部最大振幅相比无控制情况可降低95%以上，馈源结构在该控制器作用下处于较稳定的状态。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250048
摘要:
为在微波波段实现宽带大功率合成输出，设计并研制了一种新型大功率、宽带四路矩形波导TE10模到圆波导TE01模模式变换功率合成器。该模式变换功率合成器由两部分组成，分别是四路矩形波导TE10模合成变换到十字波导TE22模的结构，以及十字波导TE22模变换到过模圆波导TE01模的结构。仿真结果表明，在15.2～18.2 GHz的Ku波段内，TE10-TE01模式合成转化效率大于99.4%，最大可承受1.6 MW的脉冲功率输出。实验验证样品的背靠背冷测实验表明，该模式变换功率合成器在15.2～18.2 GHz频段内的最低合成效率为94%。仿真结果和冷测实验结果表明，该模式变换功率合成器具有工作带宽大、合成效率高、功率容量大的特点，可以较好地解决微波及毫米低端波段宽带大功率TE01模的模式变换和合成输出问题。
为在微波波段实现宽带大功率合成输出，设计并研制了一种新型大功率、宽带四路矩形波导TE10模到圆波导TE01模模式变换功率合成器。该模式变换功率合成器由两部分组成，分别是四路矩形波导TE10模合成变换到十字波导TE22模的结构，以及十字波导TE22模变换到过模圆波导TE01模的结构。仿真结果表明，在15.2～18.2 GHz的Ku波段内，TE10-TE01模式合成转化效率大于99.4%，最大可承受1.6 MW的脉冲功率输出。实验验证样品的背靠背冷测实验表明，该模式变换功率合成器在15.2～18.2 GHz频段内的最低合成效率为94%。仿真结果和冷测实验结果表明，该模式变换功率合成器具有工作带宽大、合成效率高、功率容量大的特点，可以较好地解决微波及毫米低端波段宽带大功率TE01模的模式变换和合成输出问题。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250133
摘要:
光学散射特性是空间目标的重要特征，在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求，以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面（OCS）、散射特性或模拟目标图像等不足，对空间目标光学散射特性计算进行了较全面研究，给出了空间目标光学散射特性计算流程，给出了目标OCS、目标辐照度、天光背景亮度、目标星等、信噪比和探测概率等计算公式，根据太阳辐射特性、相对于站址位置、天地背景球辐射特性等，利用图形处理单元（GPU）和着色语言实现任意时刻目标光学散射特性计算（目标OCS、探测器接收到的目标反射光功率和背景光功率、目标星等、信噪比和探测概率、模拟目标亮度图像等）。通过球体和圆柱体实验验证了目标OCS计算正确性。通过光学散射特性仿真实验，给出了空间目标在不同站址、不同反射特性和不同探测窗口下目标光学散射特性计算结果，结果表明，目标光学散射特性计算结果合理。给出了全套计算公式、计算参数和计算结果，对空间目标光学散射特性计算、目标图像识别等研究提供了参考。
光学散射特性是空间目标的重要特征，在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求，以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面（OCS）、散射特性或模拟目标图像等不足，对空间目标光学散射特性计算进行了较全面研究，给出了空间目标光学散射特性计算流程，给出了目标OCS、目标辐照度、天光背景亮度、目标星等、信噪比和探测概率等计算公式，根据太阳辐射特性、相对于站址位置、天地背景球辐射特性等，利用图形处理单元（GPU）和着色语言实现任意时刻目标光学散射特性计算（目标OCS、探测器接收到的目标反射光功率和背景光功率、目标星等、信噪比和探测概率、模拟目标亮度图像等）。通过球体和圆柱体实验验证了目标OCS计算正确性。通过光学散射特性仿真实验，给出了空间目标在不同站址、不同反射特性和不同探测窗口下目标光学散射特性计算结果，结果表明，目标光学散射特性计算结果合理。给出了全套计算公式、计算参数和计算结果，对空间目标光学散射特性计算、目标图像识别等研究提供了参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250041
摘要:
共焦波导结构因其衍射损耗可降低模式密度的特性，能够有效抑制模式竞争，进而有助于回旋行波管放大器（gyro-TWT）在太赫兹（>100 GHz）频段实现稳定工作。采用理论分析与三维粒子模拟（3D-PIC）相结合的方法，针对220 GHz共焦波导gyro-TWT的衍射损耗率（DLR）展开综合分析。研究结果表明，DLR的大小对gyro-TWT性能具有显著影响。较小的DLR会激发低阶竞争模式的回旋返波振荡（GBWO）；而较大的DLR则会大幅降低共焦波导gyro-TWT的束波互作效率、增益、带宽，同时降低其对电子束速度零散的容忍度，应避免使共焦波导gyro-TWT工作在较大的DLR下。在该设计的共焦波导gyro-TWT中，HE07单模稳定工作的DLR不小于0.38 dB/cm，对应的镜面宽度角θ不大于47°。
共焦波导结构因其衍射损耗可降低模式密度的特性，能够有效抑制模式竞争，进而有助于回旋行波管放大器（gyro-TWT）在太赫兹（>100 GHz）频段实现稳定工作。采用理论分析与三维粒子模拟（3D-PIC）相结合的方法，针对220 GHz共焦波导gyro-TWT的衍射损耗率（DLR）展开综合分析。研究结果表明，DLR的大小对gyro-TWT性能具有显著影响。较小的DLR会激发低阶竞争模式的回旋返波振荡（GBWO）；而较大的DLR则会大幅降低共焦波导gyro-TWT的束波互作效率、增益、带宽，同时降低其对电子束速度零散的容忍度，应避免使共焦波导gyro-TWT工作在较大的DLR下。在该设计的共焦波导gyro-TWT中，HE07单模稳定工作的DLR不小于0.38 dB/cm，对应的镜面宽度角θ不大于47°。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250061
摘要:
基于一体化小堆堆芯设计特点，分析了氚的产生途径，建立了主回路冷却剂中氚源项计算模型。计算结果表明，单台一体化小堆堆芯氚年产量为1.81 TBq，其主要贡献来源是二次中子源材料Sb-Be和控制棒吸收体材料B4C受中子活化产生，占比分别达到46%和51%。通过对沸水堆（BWR）运行电厂氚的排放数据进行统计，证明了理论分析结果的包络性。基于该分析结果，提出了减小一体化小堆运行期间氚产生量的途径，为一体化小堆优化设计提供指引。分析表明，取消二次中子源或中子源棒采用双层包壳结构，以及控制棒吸收体材料进行更换（如更换为Ag-In-Cd或者铪），将会显著减小一体化小堆的氚产生量。
基于一体化小堆堆芯设计特点，分析了氚的产生途径，建立了主回路冷却剂中氚源项计算模型。计算结果表明，单台一体化小堆堆芯氚年产量为1.81 TBq，其主要贡献来源是二次中子源材料Sb-Be和控制棒吸收体材料B4C受中子活化产生，占比分别达到46%和51%。通过对沸水堆（BWR）运行电厂氚的排放数据进行统计，证明了理论分析结果的包络性。基于该分析结果，提出了减小一体化小堆运行期间氚产生量的途径，为一体化小堆优化设计提供指引。分析表明，取消二次中子源或中子源棒采用双层包壳结构，以及控制棒吸收体材料进行更换（如更换为Ag-In-Cd或者铪），将会显著减小一体化小堆的氚产生量。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250012
摘要:
当核反应堆一回路系统发生超压时，可采用超压泄放系统将高温高压流体通过安全阀及下游管道向水池泄放以实现降压，但是安全阀的快速开启会导致流体剧烈释放，可能对管道及水池施加剧烈地瞬态载荷冲击。建立了包括压力容器、管道及水池的系统性分析模型，用于分析管道及水池处的载荷特征。结果表明：超压泄放过程中阀门入口存在水封及开启时间减小会使管道及水池所受载荷峰值增大。喷嘴淹没深度减小或水池截面积增大，水池处载荷峰值减小。
当核反应堆一回路系统发生超压时，可采用超压泄放系统将高温高压流体通过安全阀及下游管道向水池泄放以实现降压，但是安全阀的快速开启会导致流体剧烈释放，可能对管道及水池施加剧烈地瞬态载荷冲击。建立了包括压力容器、管道及水池的系统性分析模型，用于分析管道及水池处的载荷特征。结果表明：超压泄放过程中阀门入口存在水封及开启时间减小会使管道及水池所受载荷峰值增大。喷嘴淹没深度减小或水池截面积增大，水池处载荷峰值减小。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250073
摘要:
高功率微波试验是研究半导体器件在强电磁环境下损伤效应的重要手段。然而，传统试验方法主要依赖人工操作，难以精准测定器件的失效阈值，影响实验的重复性和可靠性。为提升测试精度并减少人为误差，基于半导体器件与高功率微波相互作用机制，设计了一套高功率微波脉冲自动化试验系统及标准化试验流程。以典型商用低噪声放大器为研究对象，系统评估其在高功率微波脉冲作用下的损伤阈值。通过同步测量器件的时域响应、频域特性及电流变化，并结合失效前后的参数对比分析，精确确定器件的失效阈值点。进一步地针对失效器件的一次、二次及三次损伤过程进行系统评估，并结合微观物理机制探讨损伤累积效应对器件关键参数的影响，以揭示失效机理。
高功率微波试验是研究半导体器件在强电磁环境下损伤效应的重要手段。然而，传统试验方法主要依赖人工操作，难以精准测定器件的失效阈值，影响实验的重复性和可靠性。为提升测试精度并减少人为误差，基于半导体器件与高功率微波相互作用机制，设计了一套高功率微波脉冲自动化试验系统及标准化试验流程。以典型商用低噪声放大器为研究对象，系统评估其在高功率微波脉冲作用下的损伤阈值。通过同步测量器件的时域响应、频域特性及电流变化，并结合失效前后的参数对比分析，精确确定器件的失效阈值点。进一步地针对失效器件的一次、二次及三次损伤过程进行系统评估，并结合微观物理机制探讨损伤累积效应对器件关键参数的影响，以揭示失效机理。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250143
摘要:
为了优化电磁炮引信电路部件的排布方式，实现减小电磁屏蔽壳体尺寸及重量，针对电磁轨道炮发射的弹药引信电路部件所受电磁场特征，对引信电路模块在引信中的垂直于弹轴发射方向和平行于弹轴发射方向两种典型布置方式进行了电磁特性仿真计算，分别得到引信电路模块上的磁场分布情况、感应电流、电流体积力密度和感应电动势，经对比分析计算结果，给出用于电磁轨道炮发射弹药引信电路部件的优化设计思路。
为了优化电磁炮引信电路部件的排布方式，实现减小电磁屏蔽壳体尺寸及重量，针对电磁轨道炮发射的弹药引信电路部件所受电磁场特征，对引信电路模块在引信中的垂直于弹轴发射方向和平行于弹轴发射方向两种典型布置方式进行了电磁特性仿真计算，分别得到引信电路模块上的磁场分布情况、感应电流、电流体积力密度和感应电动势，经对比分析计算结果，给出用于电磁轨道炮发射弹药引信电路部件的优化设计思路。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250118
摘要:
针对战场环境中无人机数据链容易受到单音干扰影响而导致帧同步失败的现象，以直接序列扩频型数据链为研究对象，通过对干扰机理的分析，针对干扰的前门耦合效应，建立带内单源单音干扰和双源双音干扰两种典型场景中的失锁阈值模型，为了验证模型的有效性，以某型无人机数据链为试验对象，采用电磁干扰注入的方式开展了单源和双源干扰注入的效应试验，得到了不同干扰的失锁阈值，试验结果表明：失锁阈值的理论值与试验值变化趋势一致，验证了模型的有效性，该模型能够为试验设计提供理论依据。最后，研究了单源和双源干扰对数据链的效应规律，得到了单源干扰失锁阈值随工作信号功率、干扰频率的变化趋势，以及失锁时双源干扰中干扰1功率随工作信号功率、干扰1频率、干扰2功率和频率的变化趋势。
针对战场环境中无人机数据链容易受到单音干扰影响而导致帧同步失败的现象，以直接序列扩频型数据链为研究对象，通过对干扰机理的分析，针对干扰的前门耦合效应，建立带内单源单音干扰和双源双音干扰两种典型场景中的失锁阈值模型，为了验证模型的有效性，以某型无人机数据链为试验对象，采用电磁干扰注入的方式开展了单源和双源干扰注入的效应试验，得到了不同干扰的失锁阈值，试验结果表明：失锁阈值的理论值与试验值变化趋势一致，验证了模型的有效性，该模型能够为试验设计提供理论依据。最后，研究了单源和双源干扰对数据链的效应规律，得到了单源干扰失锁阈值随工作信号功率、干扰频率的变化趋势，以及失锁时双源干扰中干扰1功率随工作信号功率、干扰1频率、干扰2功率和频率的变化趋势。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250076
摘要:
电子设备在运行过程中产生的电磁辐射可能导致信息泄漏，对信息安全构成威胁。电磁指纹识别方法在安全检测和漏源定位中发挥着重要作用。电磁指纹识别在实际检测中需要准确性和适应性，现有电磁指纹识别方法存在跨采样率适配性差、高频特征提取不足等缺陷。为此提出增强型神经网络架构ELEC-TDNN，模型融合了通道注意力机制与多尺度时序建模能力，设计引入局部信号增强层等模块，并基于自建双采样率（1.25 GHz/500 MHz）的USB设备电磁辐射数据集进行了实验。实验结果表明，ELEC-TDNN具有较高的精度，能够适应不同的采样率。在500 MHz采样率下，模型等错误率最低可达0.35%，在1.25 GHz高频场景下，等错误率为5.23%。
电子设备在运行过程中产生的电磁辐射可能导致信息泄漏，对信息安全构成威胁。电磁指纹识别方法在安全检测和漏源定位中发挥着重要作用。电磁指纹识别在实际检测中需要准确性和适应性，现有电磁指纹识别方法存在跨采样率适配性差、高频特征提取不足等缺陷。为此提出增强型神经网络架构ELEC-TDNN，模型融合了通道注意力机制与多尺度时序建模能力，设计引入局部信号增强层等模块，并基于自建双采样率（1.25 GHz/500 MHz）的USB设备电磁辐射数据集进行了实验。实验结果表明，ELEC-TDNN具有较高的精度，能够适应不同的采样率。在500 MHz采样率下，模型等错误率最低可达0.35%，在1.25 GHz高频场景下，等错误率为5.23%。
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2025, 37: 081001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250034
摘要:
罗斯对和滤片堆栈谱仪常被用于探测硬X射线光谱，但滤片堆栈谱仪的结果对预估谱形状十分敏感，而罗斯对只能给出离散的分立谱。发展了一种罗斯对滤片堆栈混合谱仪，结合了传统滤片堆栈谱仪和罗斯对的优点，将传统堆栈谱仪的每一层滤片都换成一对滤片构成的罗斯对，这样可以利用罗斯对测到的离散分立光谱作为预估谱，输入到堆栈通道的解谱程序中求解出整个X射线光谱。数值实验和使用X光机进行的测试都显示，这种罗斯对滤片堆栈混合谱仪相较于传统滤片堆栈谱仪能给出更准确的光谱结构，其紧凑轻便的优势在硬X射线光谱测量中有广泛的应用前景。
罗斯对和滤片堆栈谱仪常被用于探测硬X射线光谱，但滤片堆栈谱仪的结果对预估谱形状十分敏感，而罗斯对只能给出离散的分立谱。发展了一种罗斯对滤片堆栈混合谱仪，结合了传统滤片堆栈谱仪和罗斯对的优点，将传统堆栈谱仪的每一层滤片都换成一对滤片构成的罗斯对，这样可以利用罗斯对测到的离散分立光谱作为预估谱，输入到堆栈通道的解谱程序中求解出整个X射线光谱。数值实验和使用X光机进行的测试都显示，这种罗斯对滤片堆栈混合谱仪相较于传统滤片堆栈谱仪能给出更准确的光谱结构，其紧凑轻便的优势在硬X射线光谱测量中有广泛的应用前景。
2025, 37: 081002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250065
摘要:
低相干激光驱动器作为新型激光驱动器可抑制激光等离子体不稳定性，在激光惯性约束聚变领域具有重要研究价值。为实现大带宽高功率低相干脉冲参量放大，详细分析了I类共线匹配方式下不同氘化率的 DKDP 晶体参量匹配特性，给出了相位匹配角、走离角、参量带宽等基本匹配参数，得到掺氘量58% DKDP晶体的理论支持参量带宽约为180 nm。在此基础上，基于掺氘量58%的DKDP 晶体进行了宽带时间低相干光参量放大设计，结合三波耦合方程组建立了参量放大的理论模型以及相应的数值分析模型。同时开展了58% DKDP晶体参量放大实验，宽带低相干信号光中心波长为1053 nm，泵浦光波长为532 nm，在2.1倍的增益倍率前提下光谱宽度为40 nm。结果显示，58% DKDP晶体具有很大的增益带宽，结合共线相位匹配方式，有望实现低相干光大带宽高增益放大。
低相干激光驱动器作为新型激光驱动器可抑制激光等离子体不稳定性，在激光惯性约束聚变领域具有重要研究价值。为实现大带宽高功率低相干脉冲参量放大，详细分析了I类共线匹配方式下不同氘化率的 DKDP 晶体参量匹配特性，给出了相位匹配角、走离角、参量带宽等基本匹配参数，得到掺氘量58% DKDP晶体的理论支持参量带宽约为180 nm。在此基础上，基于掺氘量58%的DKDP 晶体进行了宽带时间低相干光参量放大设计，结合三波耦合方程组建立了参量放大的理论模型以及相应的数值分析模型。同时开展了58% DKDP晶体参量放大实验，宽带低相干信号光中心波长为
2025, 37: 081003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250103
摘要:
通过泵浦探测超快成像技术，采用固体激光器输出的1064 nm激光对铽镓石榴石（TGG）磁光元件的入射面、出射面进行了辐照损伤测试，研究了铽镓石榴石晶体镀膜元件在基频1064 nm脉冲激光辐照下的损伤特性及损伤后的动力学特性。结果表明，镀膜元件在出射面表现出较低的损伤阈值，而入射面和出射面损伤差异主要受激光诱导的等离子体效应影响。通过超快阴影成像研究发现，铽镓石榴石晶体入射面初始损伤主要来源于膜层杂质缺陷，在高能下会发生膜层的剥离；出射面损伤主要以基底材料中的杂质缺陷诱导损伤为主，损伤坑的尺寸随着激光能量的增加而逐渐增大。
通过泵浦探测超快成像技术，采用固体激光器输出的
2025, 37: 081004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250072
摘要:
为了激光在中红外波段实现更低损耗、单模、单偏振的稳定传输，设计了一种具有双包层嵌套式结构的抗弯曲空芯反谐振光纤构型。利用有限元法优化了其结构参数，在模拟仿真上证明了光纤的宽带低损耗单偏振的传输特性。该光纤在波长2.9～3.3 μm范围内限制损耗小于0.01 dB/km，高阶模抑制比大于1 000，在3 μm波长处的限制损耗低至0.0014 dB/km。通过引入不同的嵌套管厚度破坏了光纤结构的对称性，理论研究了光纤的单偏振特性，在波长2.996～3.004 μm内，偏振消光比大于10 000，具有极其稳定的单偏振效果。此外，根据理论分析表明该光纤还具有良好的抗弯曲性能，当y方向的弯曲半径大于5 cm时，仍能保证激光单偏振传输，弯曲损耗小于3.11 dB/km。所设计的空芯反谐振光纤构型在中红外光纤激光器等领域具有巨大的应用潜力。
为了激光在中红外波段实现更低损耗、单模、单偏振的稳定传输，设计了一种具有双包层嵌套式结构的抗弯曲空芯反谐振光纤构型。利用有限元法优化了其结构参数，在模拟仿真上证明了光纤的宽带低损耗单偏振的传输特性。该光纤在波长2.9～3.3 μm范围内限制损耗小于0.01 dB/km，高阶模抑制比大于1 000，在3 μm波长处的限制损耗低至
2025, 37: 082001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240429
摘要:
在间接驱动惯性约束聚变实验研究中，平响应X射线探测器（FXRD）和空间分辨辐射流探测器（SRFD）都是测量辐射流常用的方式，SRFD探测器可以测量空间局部范围的辐射流，具有避开非目标区域信号干扰的优势，但是长期以来，缺乏直接判断两种辐射流探测器测量一致性的实验证据。介绍了神光100 kJ装置上基于小平面靶的一致性实验，兼顾了两种探测器的视场范围和信号强度，实验结果表明两种探测器获得的辐射流平均差异约4.6%，具有较好的一致性。最后，辐射流体模拟程序给出的辐射流结果与实验整体趋势基本接近，尽管在上升沿和下降沿处存在一定差异，可能与程序建模的精细度不足有关。该工作为局部区域辐射流精密测量和相关实验研究提供了参考。
在间接驱动惯性约束聚变实验研究中，平响应X射线探测器（FXRD）和空间分辨辐射流探测器（SRFD）都是测量辐射流常用的方式，SRFD探测器可以测量空间局部范围的辐射流，具有避开非目标区域信号干扰的优势，但是长期以来，缺乏直接判断两种辐射流探测器测量一致性的实验证据。介绍了神光100 kJ装置上基于小平面靶的一致性实验，兼顾了两种探测器的视场范围和信号强度，实验结果表明两种探测器获得的辐射流平均差异约4.6%，具有较好的一致性。最后，辐射流体模拟程序给出的辐射流结果与实验整体趋势基本接近，尽管在上升沿和下降沿处存在一定差异，可能与程序建模的精细度不足有关。该工作为局部区域辐射流精密测量和相关实验研究提供了参考。
2025, 37: 082002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250027
摘要:
为了实现二维任意反射面速度干涉仪（VISAR）四相位图像配准，提出了一种基于SIFT算法的图像配准方法。首先利用尺度不变特征转换(SIFT)算法分别提取基准图像和待配准图像的特征点，这一步中充分考虑了二维VISAR图像本身的特点，通过引入同源的无干涉图像获得了更准确的提取结果。接着对特征点进行粗匹配，并进一步设计了角度直方图和特征点距离两步筛选法进行精匹配。然后，根据最终的匹配结果计算变换矩阵，最后将变换矩阵应用于待配准的图像进行插值变换实现图像配准。以四相位图像的其中一幅作为基准对剩余3幅图像进行配准，实验结果表明：无条纹图像的相关性从0.5提升至0.9，有条纹图像的截断相位计算精度有了大幅提升，有效解决了二维VISAR四相位图像的配准问题。
为了实现二维任意反射面速度干涉仪（VISAR）四相位图像配准，提出了一种基于SIFT算法的图像配准方法。首先利用尺度不变特征转换(SIFT)算法分别提取基准图像和待配准图像的特征点，这一步中充分考虑了二维VISAR图像本身的特点，通过引入同源的无干涉图像获得了更准确的提取结果。接着对特征点进行粗匹配，并进一步设计了角度直方图和特征点距离两步筛选法进行精匹配。然后，根据最终的匹配结果计算变换矩阵，最后将变换矩阵应用于待配准的图像进行插值变换实现图像配准。以四相位图像的其中一幅作为基准对剩余3幅图像进行配准，实验结果表明：无条纹图像的相关性从0.5提升至0.9，有条纹图像的截断相位计算精度有了大幅提升，有效解决了二维VISAR四相位图像的配准问题。
2025, 37: 083001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250030
摘要:
为解决小功率条件下固体含能材料微波点火问题，提出了一种基于矩形谐振腔双聚焦优化设计的小功率高场强微波点火技术。研发的微波点火装置由固态微波源、矩形谐振腔、微波探针等部分构成。其中，矩形谐振腔采用探针馈电，通过谐振作用实现能量一次聚焦，结合探针尖端对电场的畸变作用及金属置物台对电场分布空间的压缩效应，实现对谐振时腔内能量二次聚焦，并通过电磁兼容设计防止电磁波泄露。仿真与试验表明：微波点火装置在2～3 GHz范围内具有多个工作频点且频率可调，22 W功率下最大场强可达MV/m级，并能实现对小粒黑火药的有效点火，与现有装置相比，点火功率大幅减小。研发的小功率高场强微波点火技术可为固体含能材料微波点火的研究提供参考。
为解决小功率条件下固体含能材料微波点火问题，提出了一种基于矩形谐振腔双聚焦优化设计的小功率高场强微波点火技术。研发的微波点火装置由固态微波源、矩形谐振腔、微波探针等部分构成。其中，矩形谐振腔采用探针馈电，通过谐振作用实现能量一次聚焦，结合探针尖端对电场的畸变作用及金属置物台对电场分布空间的压缩效应，实现对谐振时腔内能量二次聚焦，并通过电磁兼容设计防止电磁波泄露。仿真与试验表明：微波点火装置在2～3 GHz范围内具有多个工作频点且频率可调，22 W功率下最大场强可达MV/m级，并能实现对小粒黑火药的有效点火，与现有装置相比，点火功率大幅减小。研发的小功率高场强微波点火技术可为固体含能材料微波点火的研究提供参考。
2025, 37: 083002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250059
摘要:
微波等离子体因其高电子密度和功率利用效率等优势，在材料合成和化工催化等领域都展现出显著优势。为解决传统反应器反应区小，限制其大规模应用的问题，基于压缩波导原理创新性地提出了一种三棱柱式微波等离子体反应器结构。设计采用三端口对称构型，并在腔体内部引入压缩波导结构，以实现电场的有效叠加和增强；运用多物理场耦合计算方法，系统分析了端口位置和微波相位对腔体内部反射系数和电场分布特性的影响规律。结果显示，优化端口位置可以降低反射系数，提高能量利用利效率；调控端口相位能有效增强电场的叠加效应，使电场集中且广泛分布在石英管区域，峰值场强高达1.64×105 V/m，满足大面积等离子体的激发条件，为后续微波等离子体化学反应的研究提供参考。
微波等离子体因其高电子密度和功率利用效率等优势，在材料合成和化工催化等领域都展现出显著优势。为解决传统反应器反应区小，限制其大规模应用的问题，基于压缩波导原理创新性地提出了一种三棱柱式微波等离子体反应器结构。设计采用三端口对称构型，并在腔体内部引入压缩波导结构，以实现电场的有效叠加和增强；运用多物理场耦合计算方法，系统分析了端口位置和微波相位对腔体内部反射系数和电场分布特性的影响规律。结果显示，优化端口位置可以降低反射系数，提高能量利用利效率；调控端口相位能有效增强电场的叠加效应，使电场集中且广泛分布在石英管区域，峰值场强高达1.64×105 V/m，满足大面积等离子体的激发条件，为后续微波等离子体化学反应的研究提供参考。
2025, 37: 083003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250010
摘要:
Microstrip traveling wave tubes (TWTs) have garnered significant attention due to their potential applications in communication, defense, and industrial systems. This paper presents a compact W-band dual-channel TWT, utilizing a U-shaped microstrip meander-line slow-wave structure (SWS). High-frequency characteristics are analyzed through simulation and cold tests. The results demonstrate that adjusting structural parameters effectively optimizes the S-parameters. Particle-in-cell (PIC) simulations with an 18.8 kV, 0.1 A electron beam predict an output power of 18 W with a gain of 14 dB. Experimental measurements of S-parameters are conducted using three substrate materials: Rogers 5880, quartz, and diamond. The quartz substrate exhibits the closest agreement with simulation results. The results advance the development of the microstrip-based TWTs for high-data-rate communication systems.
2025, 37: 083004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250062
摘要:
针对射频前端在复杂电磁环境下的电磁脉冲防护需求，设计了一款工作于L波段的强电磁脉冲防护电路。该电路以PIN二极管为核心器件，采用多级PIN二极管级联的防护结构，通过微带传输线连接每级并优化设计，仿真验证了电路在不同工作状态下的性能，并对其进行实物测试。测试结果表明，在L频段内，其插入损耗<0.6 dB，回波损耗>11.93 dB，驻波比<1.68，具有良好的信号传输性能；在4 kV方波脉冲注入下，该电路可在1 ns的时间内迅速做出响应，其产生的尖峰泄漏电压为69.636 V，经过2 ns后，电路稳定输出电压小于20 V，表明电路对快沿脉冲具有较好的瞬态防护能力。结合L波段内的低损耗特性，该电路可为工作在L波段的设备提供有效的电磁脉冲防护支持。
针对射频前端在复杂电磁环境下的电磁脉冲防护需求，设计了一款工作于L波段的强电磁脉冲防护电路。该电路以PIN二极管为核心器件，采用多级PIN二极管级联的防护结构，通过微带传输线连接每级并优化设计，仿真验证了电路在不同工作状态下的性能，并对其进行实物测试。测试结果表明，在L频段内，其插入损耗<0.6 dB，回波损耗>11.93 dB，驻波比<1.68，具有良好的信号传输性能；在4 kV方波脉冲注入下，该电路可在1 ns的时间内迅速做出响应，其产生的尖峰泄漏电压为69.636 V，经过2 ns后，电路稳定输出电压小于20 V，表明电路对快沿脉冲具有较好的瞬态防护能力。结合L波段内的低损耗特性，该电路可为工作在L波段的设备提供有效的电磁脉冲防护支持。
2025, 37: 084001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250082
摘要:
随着基于粒子加速器的大科学装置的规模和复杂度不断提升，其控制网络面临着设备数量激增、安全管控困难、维护效率低下等挑战。针对这些问题，设计并开发了一套面向大型加速器的控制网络管理系统。该系统实现了控制网络IP地址统一管理、网络动态信息自动采集以及网络接入控制的三个主要功能。通过集中申请与审批机制避免IP冲突问题；基于交换机运行数据实现设备在线状态实时监控和物理位置精确定位功能；采用IP与端口绑定方案确保控制网络的安全接入。该系统采用web架构进行设计和实现，前端基于Vue.js框架开发，后端采用Node.js与Python混合技术栈，数据存储选用MongoDB数据库。该系统已在CSNS加速器控制网络中成功部署并稳定运行，有效解决了网络管理中的安全隐患和维护难题，为CSNS-II网络管理奠定了基础。
随着基于粒子加速器的大科学装置的规模和复杂度不断提升，其控制网络面临着设备数量激增、安全管控困难、维护效率低下等挑战。针对这些问题，设计并开发了一套面向大型加速器的控制网络管理系统。该系统实现了控制网络IP地址统一管理、网络动态信息自动采集以及网络接入控制的三个主要功能。通过集中申请与审批机制避免IP冲突问题；基于交换机运行数据实现设备在线状态实时监控和物理位置精确定位功能；采用IP与端口绑定方案确保控制网络的安全接入。该系统采用web架构进行设计和实现，前端基于Vue.js框架开发，后端采用Node.js与Python混合技术栈，数据存储选用MongoDB数据库。该系统已在CSNS加速器控制网络中成功部署并稳定运行，有效解决了网络管理中的安全隐患和维护难题，为CSNS-II网络管理奠定了基础。
2025, 37: 084002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250003
摘要:
为了实现超高剂量率的质子Flash照射，基于快循环同步加速器建立了一个束流配送系统。快循环同步加速器能够在数百ns内快速引出质子束，通过改变不同的引出时间引出不同能量的束流，从而实现能量的快速切换。基于这个特性，考虑与层叠加照射方式相结合，束流的瞬时剂量率可以达到107 Gy/s。靶区在纵向上分成单独的层，每一层需要不同的能量。由于能量层切换的时间非常短，射程调制轮无法满足需求，选用纹波过滤器进行射程调制。使用蒙特卡罗软件FLUKA模拟了整个装置，包括了散射片，射程补偿器，纹波过滤器和准直器，最大化提高进入靶区的质子通量。在低、中、高三个能量区域，根据原始布拉格峰曲线设计了3种尺寸的纹波过滤器，将尖峰区域扩展成高斯分布，分别提供了2、6、13 cm宽度的3个扩展布拉格峰区域，有效减少了能量层数量，缩短了整体照射时间。将快循环同步加速器与层叠加的照射方式相结合，可以获得超高瞬时剂量率的照射野，为实现Flash照射提供了一种新的方法。
为了实现超高剂量率的质子Flash照射，基于快循环同步加速器建立了一个束流配送系统。快循环同步加速器能够在数百ns内快速引出质子束，通过改变不同的引出时间引出不同能量的束流，从而实现能量的快速切换。基于这个特性，考虑与层叠加照射方式相结合，束流的瞬时剂量率可以达到107 Gy/s。靶区在纵向上分成单独的层，每一层需要不同的能量。由于能量层切换的时间非常短，射程调制轮无法满足需求，选用纹波过滤器进行射程调制。使用蒙特卡罗软件FLUKA模拟了整个装置，包括了散射片，射程补偿器，纹波过滤器和准直器，最大化提高进入靶区的质子通量。在低、中、高三个能量区域，根据原始布拉格峰曲线设计了3种尺寸的纹波过滤器，将尖峰区域扩展成高斯分布，分别提供了2、6、13 cm宽度的3个扩展布拉格峰区域，有效减少了能量层数量，缩短了整体照射时间。将快循环同步加速器与层叠加的照射方式相结合，可以获得超高瞬时剂量率的照射野，为实现Flash照射提供了一种新的方法。
2025, 37: 085001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250021
摘要:
提出了一种不同于传统气体球间隙的冲击电压发生器，即基于电力电子技术的小型化冲击电压发生装置。其采用模块化多电平结构，以Marx拓扑作为主回路，MOSFET作为主开关，利用MATLAB通过最近电平逼近调制算法（NLM）对雷电波、或者雷电截波进行拟合、调制，通过FPGA控制模块化冲击电压发生器，产生充电电压、波前时间、波尾时间、截断时间等可通过上位机灵活调节的冲击电压波形。测试结果表明：单个冲击电压模块最大输出电压为24 kV，共30级电压输出；5个冲击电压模块串联运行时，最高可产生150级不同电平数，峰值电压可达−100 kV的雷电波、或者雷电截波。
提出了一种不同于传统气体球间隙的冲击电压发生器，即基于电力电子技术的小型化冲击电压发生装置。其采用模块化多电平结构，以Marx拓扑作为主回路，MOSFET作为主开关，利用MATLAB通过最近电平逼近调制算法（NLM）对雷电波、或者雷电截波进行拟合、调制，通过FPGA控制模块化冲击电压发生器，产生充电电压、波前时间、波尾时间、截断时间等可通过上位机灵活调节的冲击电压波形。测试结果表明：单个冲击电压模块最大输出电压为24 kV，共30级电压输出；5个冲击电压模块串联运行时，最高可产生150级不同电平数，峰值电压可达−100 kV的雷电波、或者雷电截波。
2025, 37: 085002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250025
摘要:
提出了一种基于对比标定的微喷射X光图像面密度数据测量方法，该方法通过中值滤波来减小白斑噪声的影响，利用空场图像来校正光场分布及探测器响应的不均匀性问题，通过对Roll-Bar客体的成像获取系统点扩展函数，并利用成像系统点扩展函数及基于改进的Tikhonov正则化的图像复原方法来减小模糊对X光图像的影响。给出了获取微喷射X光图像面密度信息的处理流程，对静态客体实验图像面密度反演的验证表明，提出的面密度测量方法可以较准确地获取金属微喷射实验X光图像面密度信息。
提出了一种基于对比标定的微喷射X光图像面密度数据测量方法，该方法通过中值滤波来减小白斑噪声的影响，利用空场图像来校正光场分布及探测器响应的不均匀性问题，通过对Roll-Bar客体的成像获取系统点扩展函数，并利用成像系统点扩展函数及基于改进的Tikhonov正则化的图像复原方法来减小模糊对X光图像的影响。给出了获取微喷射X光图像面密度信息的处理流程，对静态客体实验图像面密度反演的验证表明，提出的面密度测量方法可以较准确地获取金属微喷射实验X光图像面密度信息。
2025, 37: 085003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250102
摘要:
作为高功率脉冲装置中脉冲形成线或传输线（PFL/PTL）的常用绝缘介质，去离子水具有高介电常数、高击穿强度、良好自愈性以及低成本等优势，然而其中用于支撑内筒及实现前后端不同绝缘介质物理隔离的固体绝缘隔板往往是PFL/PTL绝缘的薄弱环节。为了评估典型固体绝缘材料在去离子水中的高压绝缘性能，利用工作电压最高约900 kV、脉冲上升时间约100 ns的高压绝缘实验平台，对MC尼龙、有机玻璃、交联聚苯乙烯以及高密度聚乙烯等四种典型固体绝缘材料在去离子水中的沿面闪络特性进行了研究。实验采用圆形平板电极和圆柱形样品，获得了样品材料、厚度、电压作用时间以及表面粗糙度等因素对闪络电压和场强的影响。当样品厚度从0.5 cm增加至2 cm时，闪络电压线性增加，闪络场强指数减小；不同材料的闪络电压和场强排序为：MC尼龙≥有机玻璃＞交联聚苯乙烯＞高密度聚乙烯；随着电压作用时间缩短，闪络电压逐渐增加，电压作用时间在100 ns以内时，闪络电压基本保持稳定；当固体材料表面粗糙度从1.6 μm增加至12.5 μm时，闪络场强无明显变化。综合考虑闪络场强数据和抗冲击能力特性等因素，认为MC尼龙的综合性能相对最佳。
作为高功率脉冲装置中脉冲形成线或传输线（PFL/PTL）的常用绝缘介质，去离子水具有高介电常数、高击穿强度、良好自愈性以及低成本等优势，然而其中用于支撑内筒及实现前后端不同绝缘介质物理隔离的固体绝缘隔板往往是PFL/PTL绝缘的薄弱环节。为了评估典型固体绝缘材料在去离子水中的高压绝缘性能，利用工作电压最高约900 kV、脉冲上升时间约100 ns的高压绝缘实验平台，对MC尼龙、有机玻璃、交联聚苯乙烯以及高密度聚乙烯等四种典型固体绝缘材料在去离子水中的沿面闪络特性进行了研究。实验采用圆形平板电极和圆柱形样品，获得了样品材料、厚度、电压作用时间以及表面粗糙度等因素对闪络电压和场强的影响。当样品厚度从0.5 cm增加至2 cm时，闪络电压线性增加，闪络场强指数减小；不同材料的闪络电压和场强排序为：MC尼龙≥有机玻璃＞交联聚苯乙烯＞高密度聚乙烯；随着电压作用时间缩短，闪络电压逐渐增加，电压作用时间在100 ns以内时，闪络电压基本保持稳定；当固体材料表面粗糙度从1.6 μm增加至12.5 μm时，闪络场强无明显变化。综合考虑闪络场强数据和抗冲击能力特性等因素，认为MC尼龙的综合性能相对最佳。
2025, 37: 086001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240430
摘要:
X射线位置探测器（XBPM）可用于光束线同步辐射光位置的测量，其中XBPM前端采集电路主要用于模拟信号采集与处理。为满足高能同步辐射光源（HEPS）光束线前端区对精确测量同步光位置信息的需求，研制了一款XBPM电子学模拟前端板卡（AFE），设计并实现了XBPM信号的电流电压转换、量程切换、增益控制和ADC采样等功能，并搭建实验室测试平台对XBPM-AFE进行了性能测试。测试结果表明，I/V转换模块电流输入范围为10 nA至1 mA，输入电流在三个数量级变化时，各量程段跨阻增益线性误差均保持在较低水准；四个通道之间测量结果的平均相对标准偏差小于0.46%；模数转换模块在慢采集和快采集两种模式下，分别可以准确地反映变化速度在0.1 s和1 ms以上的信号输入情况。
X射线位置探测器（XBPM）可用于光束线同步辐射光位置的测量，其中XBPM前端采集电路主要用于模拟信号采集与处理。为满足高能同步辐射光源（HEPS）光束线前端区对精确测量同步光位置信息的需求，研制了一款XBPM电子学模拟前端板卡（AFE），设计并实现了XBPM信号的电流电压转换、量程切换、增益控制和ADC采样等功能，并搭建实验室测试平台对XBPM-AFE进行了性能测试。测试结果表明，I/V转换模块电流输入范围为10 nA至1 mA，输入电流在三个数量级变化时，各量程段跨阻增益线性误差均保持在较低水准；四个通道之间测量结果的平均相对标准偏差小于0.46%；模数转换模块在慢采集和快采集两种模式下，分别可以准确地反映变化速度在0.1 s和1 ms以上的信号输入情况。
2025, 37: 089001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250188
摘要:
面对日趋智能化的电子信息系统对高性能、定制化电磁防护材料的迫切需求，传统研发模式受限于多参数耦合复杂、试错成本高、跨尺度设计难等瓶颈，难以适应高效研发需求。人工智能（AI）通过数据驱动与算法优化，为突破上述瓶颈提供了新范式。系统综述了AI赋能电磁防护材料相关研究，首先剖析电磁防护材料研发主要特点与核心挑战，阐明AI应用于该领域的高适配性；随后从正向预测和逆向设计两方面分述该领域典型案例；最后指出在数据层面、物理可解释性和应用推广方面存在的挑战，并分别从构建电磁防护材料基因库、发展数据物理融合驱动神经网络以及推动领域数据共享、构建标准化协议三方面提出具体思考，为下一代电磁防护材料的智能化提供方向。
面对日趋智能化的电子信息系统对高性能、定制化电磁防护材料的迫切需求，传统研发模式受限于多参数耦合复杂、试错成本高、跨尺度设计难等瓶颈，难以适应高效研发需求。人工智能（AI）通过数据驱动与算法优化，为突破上述瓶颈提供了新范式。系统综述了AI赋能电磁防护材料相关研究，首先剖析电磁防护材料研发主要特点与核心挑战，阐明AI应用于该领域的高适配性；随后从正向预测和逆向设计两方面分述该领域典型案例；最后指出在数据层面、物理可解释性和应用推广方面存在的挑战，并分别从构建电磁防护材料基因库、发展数据物理融合驱动神经网络以及推动领域数据共享、构建标准化协议三方面提出具体思考，为下一代电磁防护材料的智能化提供方向。
2025, 37: 089002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250063
摘要:
随着科学技术的快速发展，高速光学成像与超快诊断技术在科学、工业、国防和医学等领域中的应用愈发重要。同步扫描条纹相机作为一种超快光现象探测仪器，与高重频激光器协同使用，能够实现高精度时间同步的泵浦探测，通过对微弱光信号的累积与放大实现高信噪比探测。然而，现有同步扫描电路在长时间工作模式下，信号源器件累计高频噪声随之增加，同时存在缺少具体阻抗匹配设计方法的问题，影响了条纹相机的时间分辨性能提升。综合考虑多种变压器结构和设计方案，基于螺旋谐振器进行谐振匹配设计，利用有限元仿真开展相关模拟研究，通过谐振器初级线圈参数的调节，实现了射频功率放大器输出阻抗和容性负载之间匹配。对设计模型的谐振耦合升压研究表明，在一定功率输入下能够输出高峰值电压，验证了螺旋谐振方法的有效性；对噪声响应和时间抖动的对比分析表明，设计方法能够进一步提升同步扫描时间分辨性能。
随着科学技术的快速发展，高速光学成像与超快诊断技术在科学、工业、国防和医学等领域中的应用愈发重要。同步扫描条纹相机作为一种超快光现象探测仪器，与高重频激光器协同使用，能够实现高精度时间同步的泵浦探测，通过对微弱光信号的累积与放大实现高信噪比探测。然而，现有同步扫描电路在长时间工作模式下，信号源器件累计高频噪声随之增加，同时存在缺少具体阻抗匹配设计方法的问题，影响了条纹相机的时间分辨性能提升。综合考虑多种变压器结构和设计方案，基于螺旋谐振器进行谐振匹配设计，利用有限元仿真开展相关模拟研究，通过谐振器初级线圈参数的调节，实现了射频功率放大器输出阻抗和容性负载之间匹配。对设计模型的谐振耦合升压研究表明，在一定功率输入下能够输出高峰值电压，验证了螺旋谐振方法的有效性；对噪声响应和时间抖动的对比分析表明，设计方法能够进一步提升同步扫描时间分辨性能。
2025, 37: 089003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250045
摘要:
针对复杂曲面工件中传统单光斑激光固态相变温控方法的局限性，提出了一种基于自抗扰控制算法（ADRC）的多输入多输出（MIMO）激光固态相变温度解耦控制策略。通过建立多光斑激光固态相变有限元模型，并采用降阶方法提取系统的关键动态特性，以降低计算复杂度，为控制算法设计提供基础。然后对传统fal函数在误差较小区域的高频震颤的问题进行改进，提高系统的观测精度和抗干扰能力，同时采用改进的PSO算法整定ADRC参数，提高参数整定效率。最后，在MATLAB/Simulink与COMSOL平台上进行联合仿真。结果表明，改进后的PSO-ADRC控制器在提高系统响应速度、减少超调量和提升稳态精度方面均优于传统PID与标准ADRC方法，为复杂曲面工件的激光固态相变温控提供了高效、精准的解决方案。
针对复杂曲面工件中传统单光斑激光固态相变温控方法的局限性，提出了一种基于自抗扰控制算法（ADRC）的多输入多输出（MIMO）激光固态相变温度解耦控制策略。通过建立多光斑激光固态相变有限元模型，并采用降阶方法提取系统的关键动态特性，以降低计算复杂度，为控制算法设计提供基础。然后对传统fal函数在误差较小区域的高频震颤的问题进行改进，提高系统的观测精度和抗干扰能力，同时采用改进的PSO算法整定ADRC参数，提高参数整定效率。最后，在MATLAB/Simulink与COMSOL平台上进行联合仿真。结果表明，改进后的PSO-ADRC控制器在提高系统响应速度、减少超调量和提升稳态精度方面均优于传统PID与标准ADRC方法，为复杂曲面工件的激光固态相变温控提供了高效、精准的解决方案。
2025, 37: 083005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250089
摘要:
为了实现高功率微波源的小型化，提出了一种Q波段低磁场工作的高效率相对论返波管，其结构主要由谐振腔反射器与两段周期性慢波结构组成，慢波结构采用同轴结构，基于同轴结构特性可以选取合适的内径，提高功率容量的同时降低了器件尺寸小带来的空间电荷效应。通过优化仿真，研究了不同的二极管电压、引导磁场对于微波输出功率的影响，同时通过调节阴阳极间距AK获得了最佳电子束阻抗。最终在引导磁场0.9 T、二极管电压为400 kV、束流3 kA的条件下，获得了470 MW的微波输出功率，效率约为39.1%，微波的中心频率为45 GHz。
为了实现高功率微波源的小型化，提出了一种Q波段低磁场工作的高效率相对论返波管，其结构主要由谐振腔反射器与两段周期性慢波结构组成，慢波结构采用同轴结构，基于同轴结构特性可以选取合适的内径，提高功率容量的同时降低了器件尺寸小带来的空间电荷效应。通过优化仿真，研究了不同的二极管电压、引导磁场对于微波输出功率的影响，同时通过调节阴阳极间距AK获得了最佳电子束阻抗。最终在引导磁场0.9 T、二极管电压为400 kV、束流3 kA的条件下，获得了470 MW的微波输出功率，效率约为39.1%，微波的中心频率为45 GHz。
2025, 37: 086002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250100
摘要:
通过建立热辐射脉冲输运模型，结合无量纲化处理与数值模拟方法，量化不同时刻、不同波段及传输距离下的热辐射能量速率与累积能量。重点分析大气透过率与空气密度比对热辐射能量分布的影响，揭示了强爆炸热辐射在空间传输中的规律及其对波长的敏感性。结果表明：时间维度上，热辐射累积能量随时间增加而增长，且增长速率逐渐降低，在火球复燃阶段时可见光波段热辐射累积能量占比略高，在火球冷却阶段则由红外波段占主导。空间维度上，随传输距离增长热辐射能分布规律为海拔越低热辐射能越小，直到一定传输距离后热辐射能空间分布趋于稳定。建立的模型可预测任意爆炸条件下特定位置的热辐射能量分布，为波长敏感材料的防护设计提供理论支撑。
通过建立热辐射脉冲输运模型，结合无量纲化处理与数值模拟方法，量化不同时刻、不同波段及传输距离下的热辐射能量速率与累积能量。重点分析大气透过率与空气密度比对热辐射能量分布的影响，揭示了强爆炸热辐射在空间传输中的规律及其对波长的敏感性。结果表明：时间维度上，热辐射累积能量随时间增加而增长，且增长速率逐渐降低，在火球复燃阶段时可见光波段热辐射累积能量占比略高，在火球冷却阶段则由红外波段占主导。空间维度上，随传输距离增长热辐射能分布规律为海拔越低热辐射能越小，直到一定传输距离后热辐射能空间分布趋于稳定。建立的模型可预测任意爆炸条件下特定位置的热辐射能量分布，为波长敏感材料的防护设计提供理论支撑。
2025, 37: 086003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250083
摘要:
人工辐射带对空间飞行器寿命和性能存在潜在威胁，高纬度爆点产生的大量高能粒子会注入地球外辐射带，而外辐射带相较于内辐射带更容易受到地磁活动的影响。基于VERB3D模型构建了人工辐射带模型，并从三个参量对高L壳层人工辐射带内的电子的扩散和演化进行了数值模拟，研究分析了地磁活动对电子演化规律的影响。强地磁活动不仅会导致等离子体层发生明显内缩，还会使等离子体层内外波的水平指数级增强。由于波粒互作用是辐射带粒子扩散的主要机制，因此强地磁活动会显著加速人工辐射带的扩散过程。当地磁活动剧烈时，原本非均匀分布的人工辐射带电子会经历明显的扩散加速过程，电子通量显著衰减，在较短时间内达到径向、能量和投掷角的稳定分布状态，这种稳定分布的高能电子通量也会受到地磁活动的显著影响而持续下降。人工辐射带的加速扩散将有效降低其对空间飞行器的损伤程度，可为空间飞行器的防护设计提供新的理论依据。
人工辐射带对空间飞行器寿命和性能存在潜在威胁，高纬度爆点产生的大量高能粒子会注入地球外辐射带，而外辐射带相较于内辐射带更容易受到地磁活动的影响。基于VERB3D模型构建了人工辐射带模型，并从三个参量对高L壳层人工辐射带内的电子的扩散和演化进行了数值模拟，研究分析了地磁活动对电子演化规律的影响。强地磁活动不仅会导致等离子体层发生明显内缩，还会使等离子体层内外波的水平指数级增强。由于波粒互作用是辐射带粒子扩散的主要机制，因此强地磁活动会显著加速人工辐射带的扩散过程。当地磁活动剧烈时，原本非均匀分布的人工辐射带电子会经历明显的扩散加速过程，电子通量显著衰减，在较短时间内达到径向、能量和投掷角的稳定分布状态，这种稳定分布的高能电子通量也会受到地磁活动的显著影响而持续下降。人工辐射带的加速扩散将有效降低其对空间飞行器的损伤程度，可为空间飞行器的防护设计提供新的理论依据。
