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2024, 36: 126002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240359
2024, 36: 121001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240384
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240168
摘要:
太赫兹近场高通量材料物性测试系统（NFTHZ）中集成了一台波长可调谐的太赫兹自由电子激光器（THz-FEL），该仪器采用电子能量10～18 MeV可调的直线加速器作为注入器。调节驱动激光的纵向/时间结构，可以形成电子束团的预群聚，通过匹配电子束团的群聚因子、波荡器入口处电子束能量以及波荡器K值之间的关系，能够实现MW级高峰值功率、中心波长0.5～5 THz可调的太赫兹自由电子激光。微波系统为THz-FEL中电子束加速至目标能量提供了高功率微波电场、加速结构以及微波幅度相位控制系统。本文将针对NFTHZ装置微波系统的关键技术以及电子直线加速器的研制进展进行介绍。
太赫兹近场高通量材料物性测试系统（NFTHZ）中集成了一台波长可调谐的太赫兹自由电子激光器（THz-FEL），该仪器采用电子能量10～18 MeV可调的直线加速器作为注入器。调节驱动激光的纵向/时间结构，可以形成电子束团的预群聚，通过匹配电子束团的群聚因子、波荡器入口处电子束能量以及波荡器K值之间的关系，能够实现MW级高峰值功率、中心波长0.5～5 THz可调的太赫兹自由电子激光。微波系统为THz-FEL中电子束加速至目标能量提供了高功率微波电场、加速结构以及微波幅度相位控制系统。本文将针对NFTHZ装置微波系统的关键技术以及电子直线加速器的研制进展进行介绍。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240342
摘要:
针对一种由高速数采通道存在寄生参数、带宽不足导致的纳秒脉冲测量波形畸变的问题，提出了一种基于神经网络的波形重建方法。通过单一神经网络辨识高速数采畸变波形与示波器参考波形的局部映射关系，通过神经网络序列完成全局波形的重建。验证实验表明所提出的方法可以明显缓解高速数采波形的边沿变缓、过冲等问题，波形功率估计精度提高32.5%，能够显著改善高速数采的频响特性。
针对一种由高速数采通道存在寄生参数、带宽不足导致的纳秒脉冲测量波形畸变的问题，提出了一种基于神经网络的波形重建方法。通过单一神经网络辨识高速数采畸变波形与示波器参考波形的局部映射关系，通过神经网络序列完成全局波形的重建。验证实验表明所提出的方法可以明显缓解高速数采波形的边沿变缓、过冲等问题，波形功率估计精度提高32.5%，能够显著改善高速数采的频响特性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240225
摘要:
高功率微波易通过电子设备间互连线缆这一主要耦合途径进入系统内部，扰乱甚至损坏敏感电路或器件。为指导工程上合理布线，提升电子系统在高功率微波环境下生存能力，采用仿真分析和试验验证相结合的方法，系统性研究了不同参数条件（线缆长度、离地高度、端接负载阻值、辐射场入射角）下高功率微波与线缆的耦合效应，获取了耦合响应规律并分析了内在原因。结果表明：耦合信号随线缆长度增加先振荡变化后逐渐趋于稳定，振荡周期与入射波波长相等；耦合信号随线缆距地高度变化呈现振荡变化，极大值和极小值分别出现在距地高度为入射波1/4波长的奇数倍以及1/2波长的整数倍时；耦合信号随端接负载阻值增加先变小后变大，当负载阻值与线缆特性阻抗匹配时，耦合信号最小；耦合信号随来波方向与线缆布设方向间夹角的增大而增大，当两者垂直时，耦合信号最大。在此基础上给出实际工程中线缆敷设优化建议。
高功率微波易通过电子设备间互连线缆这一主要耦合途径进入系统内部，扰乱甚至损坏敏感电路或器件。为指导工程上合理布线，提升电子系统在高功率微波环境下生存能力，采用仿真分析和试验验证相结合的方法，系统性研究了不同参数条件（线缆长度、离地高度、端接负载阻值、辐射场入射角）下高功率微波与线缆的耦合效应，获取了耦合响应规律并分析了内在原因。结果表明：耦合信号随线缆长度增加先振荡变化后逐渐趋于稳定，振荡周期与入射波波长相等；耦合信号随线缆距地高度变化呈现振荡变化，极大值和极小值分别出现在距地高度为入射波1/4波长的奇数倍以及1/2波长的整数倍时；耦合信号随端接负载阻值增加先变小后变大，当负载阻值与线缆特性阻抗匹配时，耦合信号最小；耦合信号随来波方向与线缆布设方向间夹角的增大而增大，当两者垂直时，耦合信号最大。在此基础上给出实际工程中线缆敷设优化建议。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240199
摘要:
在激光驱动惯性约束聚变实验研究中，质子能谱诊断常用的记录介质CR-39固体径迹探测器在能谱测量方面存在时效性与一致性的缺陷，而具有在线信号获取能力的Timepix探测器能够克服这些问题。为将Timepix探测器应用于内爆质子能谱探测，研究Timepix探测器对质子能量和入射角度的响应十分有必要。在Allpix2框架内，使用蒙特卡罗方法分析了Timepix探测器对不同能量和入射角度质子束的响应。模拟结果显示，以质子能否穿透传感器灵敏区域为区分，Timepix探测器对质子束入射角度与能量的响应规律在簇形态、簇尺寸分布以及簇电荷分布上具有显著差异。当入射质子束能量低于6 MeV时，Timepix探测器探测效率高，且质子入射角度不会对探测器能量响应产生显著影响。
在激光驱动惯性约束聚变实验研究中，质子能谱诊断常用的记录介质CR-39固体径迹探测器在能谱测量方面存在时效性与一致性的缺陷，而具有在线信号获取能力的Timepix探测器能够克服这些问题。为将Timepix探测器应用于内爆质子能谱探测，研究Timepix探测器对质子能量和入射角度的响应十分有必要。在Allpix2框架内，使用蒙特卡罗方法分析了Timepix探测器对不同能量和入射角度质子束的响应。模拟结果显示，以质子能否穿透传感器灵敏区域为区分，Timepix探测器对质子束入射角度与能量的响应规律在簇形态、簇尺寸分布以及簇电荷分布上具有显著差异。当入射质子束能量低于6 MeV时，Timepix探测器探测效率高，且质子入射角度不会对探测器能量响应产生显著影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240232
摘要:
受激拉曼散射（SRS）作为一种高效的激光频率改变方法，受到广泛关注。但是拉曼激光也存在着明显的不足，其波长缺少连续调谐的能力，因此需要开发更多的拉曼活性介质，提高拉曼频移覆盖密度。以波长为1064 nm的激光作为泵浦源，以高压乙烷作为拉曼活性介质，产生了波长为1550 nm的一阶拉曼（S1），实验过程中未发现明显后向拉曼和高阶拉曼，通过优化实验条件，降低激光诱导击穿（LIB），使S1的光子转化效率提高到了20.7%，最高脉冲能量达到21.2 mJ。并且首次测量了乙烷对1.55 μm激光的吸收系数和吸收截面，它们分别是5.71\begin{document}$ \times {{10}}^{-{8}} $\end{document} ![]()
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受激拉曼散射（SRS）作为一种高效的激光频率改变方法，受到广泛关注。但是拉曼激光也存在着明显的不足，其波长缺少连续调谐的能力，因此需要开发更多的拉曼活性介质，提高拉曼频移覆盖密度。以波长为
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240243
摘要:
精确、快速求解轨道电磁炮电磁特性，对于轨道电磁炮动态特性研究和可靠性设计具有重要意义。基于COMSOL动网格功能，提出一种新的网格划分形式—滑移网格+动网格划分。对电枢区域及枢轨接触的轨道部分进行滑移网格划分，对于其余轨道部分进行动网格划分。这种划分方式不但能解决“静网格”计算准确性低（粗网格）、与计算复杂度高（细网格）的问题，也能准确求解瞬态以及快速移动的模型的动态电磁特性。采用脉冲激励电流对所建立的轨道电磁炮模型进行仿真分析。比较了三种静网格与该文提出的网格划分方式的计算时间、计算单元个数。并对不同网格划分方式对于电枢运动速度、电枢中心位置处电流密度分布的仿真结果进行比较，数值计算结果证明了所提出的网格划分方式的有效性与高效性。
精确、快速求解轨道电磁炮电磁特性，对于轨道电磁炮动态特性研究和可靠性设计具有重要意义。基于COMSOL动网格功能，提出一种新的网格划分形式—滑移网格+动网格划分。对电枢区域及枢轨接触的轨道部分进行滑移网格划分，对于其余轨道部分进行动网格划分。这种划分方式不但能解决“静网格”计算准确性低（粗网格）、与计算复杂度高（细网格）的问题，也能准确求解瞬态以及快速移动的模型的动态电磁特性。采用脉冲激励电流对所建立的轨道电磁炮模型进行仿真分析。比较了三种静网格与该文提出的网格划分方式的计算时间、计算单元个数。并对不同网格划分方式对于电枢运动速度、电枢中心位置处电流密度分布的仿真结果进行比较，数值计算结果证明了所提出的网格划分方式的有效性与高效性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240154
摘要:
大电流加速器束管中，当带电粒子流通过束管时，会在束管中激励起高频场，为了降低对束流的影响，束管中产生的高次模需要利用阻尼器将高频场能量转换成热量并通过冷却装置导走。介绍了某混合型高次模阻尼器的研制及主要性能，阻尼器所采用的吸收材料为铁氧体和碳化硅，其通过金属化和钎焊实现与金属基板的焊接。通过CST和COMSOL软件分别开展了微波性能仿真和热仿真，对阻尼器的结构进行了优化设计。阻尼器的测试结果表明，该混合型阻尼器的吸收效率与计算结果在1.7 GHz以下频段相接近，在1.7 GHz以上高频段后，仿真吸收效率高于实测结果，相差较大；真空漏率、极限真空、水路耐压均满足超导高频腔设计需求。
大电流加速器束管中，当带电粒子流通过束管时，会在束管中激励起高频场，为了降低对束流的影响，束管中产生的高次模需要利用阻尼器将高频场能量转换成热量并通过冷却装置导走。介绍了某混合型高次模阻尼器的研制及主要性能，阻尼器所采用的吸收材料为铁氧体和碳化硅，其通过金属化和钎焊实现与金属基板的焊接。通过CST和COMSOL软件分别开展了微波性能仿真和热仿真，对阻尼器的结构进行了优化设计。阻尼器的测试结果表明，该混合型阻尼器的吸收效率与计算结果在1.7 GHz以下频段相接近，在1.7 GHz以上高频段后，仿真吸收效率高于实测结果，相差较大；真空漏率、极限真空、水路耐压均满足超导高频腔设计需求。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240223
摘要:
针对增强型共源共栅Cascode结构GaN HEMT器件，利用5 MeV、60 MeV和300 MeV质子进行注量为2×1012～1×1014 p/cm2的辐照实验，研究高能质子辐照后器件电学性能的退化规律和损伤机制。实验发现，注量为2×1012 p/cm2的5 MeV质子辐照后，器件阈值电压明显减小，跨导峰位负漂且峰值跨导减小，饱和漏极电流显著增加，栅泄露电流无明显变化，当辐照注量达到1×1013 p/cm2后，电学性能退化受到抑制并趋于饱和。分析认为Cascode结构GaN HEMT器件内部级联硅基MOS管的存在是导致辐照后阈值电压负漂和漏极电流增大的内在原因。结合低频噪声测试分析，发现质子辐照注量越高，器件噪声功率谱密度越大，表明辐照引入的缺陷就越多，辐照损伤越严重。与60 MeV和300 MeV质子辐照结果相比，5 MeV质子辐照后器件电学特性退化最为严重。利用SRIM仿真得到GaN材料受到质子辐照后产生的空位情况，结果显示质子入射能量越低，产生的空位数量越多（镓空位VGa占主导），器件电学特性退化就越显著。
针对增强型共源共栅Cascode结构GaN HEMT器件，利用5 MeV、60 MeV和300 MeV质子进行注量为2×1012～1×1014 p/cm2的辐照实验，研究高能质子辐照后器件电学性能的退化规律和损伤机制。实验发现，注量为2×1012 p/cm2的5 MeV质子辐照后，器件阈值电压明显减小，跨导峰位负漂且峰值跨导减小，饱和漏极电流显著增加，栅泄露电流无明显变化，当辐照注量达到1×1013 p/cm2后，电学性能退化受到抑制并趋于饱和。分析认为Cascode结构GaN HEMT器件内部级联硅基MOS管的存在是导致辐照后阈值电压负漂和漏极电流增大的内在原因。结合低频噪声测试分析，发现质子辐照注量越高，器件噪声功率谱密度越大，表明辐照引入的缺陷就越多，辐照损伤越严重。与60 MeV和300 MeV质子辐照结果相比，5 MeV质子辐照后器件电学特性退化最为严重。利用SRIM仿真得到GaN材料受到质子辐照后产生的空位情况，结果显示质子入射能量越低，产生的空位数量越多（镓空位VGa占主导），器件电学特性退化就越显著。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240209
摘要:
与真空罐系统相比，超声速引射技术在化学激光器压力恢复方面有着显著优势，其中超声速中心引射器由于总压损失更小引射潜力更大。对超声速中心引射器流动特性分别进行了数值仿真与试验研究。结果表明：对于带收缩型混合室的超声速中心引射器，尽管其更易达到工作状态，然而在固定引射系数且以维持较低盲腔压力条件下，前者并不优于等直型引射器。在变引射系数（固定二次流质量流率）条件下，混合室面积缩比每提高0.05，一次流质量流率约提高0.3 kg/s才能使其达到临界启动状态。超声速引射器在临界启动状态时整体引射性能达到最高。在抽盲腔能力方面，单级超声速中心型引射器明显强于其他类型引射器，最低可达1.3 kPa。
与真空罐系统相比，超声速引射技术在化学激光器压力恢复方面有着显著优势，其中超声速中心引射器由于总压损失更小引射潜力更大。对超声速中心引射器流动特性分别进行了数值仿真与试验研究。结果表明：对于带收缩型混合室的超声速中心引射器，尽管其更易达到工作状态，然而在固定引射系数且以维持较低盲腔压力条件下，前者并不优于等直型引射器。在变引射系数（固定二次流质量流率）条件下，混合室面积缩比每提高0.05，一次流质量流率约提高0.3 kg/s才能使其达到临界启动状态。超声速引射器在临界启动状态时整体引射性能达到最高。在抽盲腔能力方面，单级超声速中心型引射器明显强于其他类型引射器，最低可达1.3 kPa。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240296
摘要:
研究高频微波在等离子体中的传输特性能有效地分析评估在微波通信和雷达技术中信息的传递过程。通过使用数值仿真的方法分析了等离子体电子密度、厚度及入射波频率对微波反射、吸收和透射的影响。结果显示，等离子体厚度和电子密度增加会导致吸收增强、透射减弱；且反射会随厚度降低和电子密度升高而微弱升高；高频微波更易于穿透等离子体，透射随频率提高而增强。此外，研究结果表明电子密度不仅能影响能量的传输，还会影响电磁波波形，使其展宽。高密度等离子体会明显导致微波波形时空上延展增宽，非弹性碰撞使得增宽现象明显。波形的改变规律能对雷达回波和微波通信所携带信息的复原工作提供一定的理论支撑。
研究高频微波在等离子体中的传输特性能有效地分析评估在微波通信和雷达技术中信息的传递过程。通过使用数值仿真的方法分析了等离子体电子密度、厚度及入射波频率对微波反射、吸收和透射的影响。结果显示，等离子体厚度和电子密度增加会导致吸收增强、透射减弱；且反射会随厚度降低和电子密度升高而微弱升高；高频微波更易于穿透等离子体，透射随频率提高而增强。此外，研究结果表明电子密度不仅能影响能量的传输，还会影响电磁波波形，使其展宽。高密度等离子体会明显导致微波波形时空上延展增宽，非弹性碰撞使得增宽现象明显。波形的改变规律能对雷达回波和微波通信所携带信息的复原工作提供一定的理论支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240216
摘要:
极紫外（EUV）反射镜在高能、高功率极紫外光辐照的过程中，其表面易形成碳沉积和氧化，从而影响其反射率，进而缩短其使用寿命。针对这一问题，分别实验研究了在极紫外多层膜表面镀制氮化物和氧化物保护层的制备工艺，并进行了表征。在制备过程中，基于直流反应磁控溅射技术，研究了工艺气体流量与溅射电压之间的“双曲线”关系，以此优化控制反应气体量，进而降低反应溅射过程中反应气体对Mo/Si多层膜的影响。基于这一方法，分别在Mo/Si多层膜表面镀制TiN、ZrN和TiO2保护层，应用掠入射X射线反射（GIXR）、X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微成像（TEM）对其进行了表征，并通过对比分析，验证了氮化物保护层具有一定的性能优势。
极紫外（EUV）反射镜在高能、高功率极紫外光辐照的过程中，其表面易形成碳沉积和氧化，从而影响其反射率，进而缩短其使用寿命。针对这一问题，分别实验研究了在极紫外多层膜表面镀制氮化物和氧化物保护层的制备工艺，并进行了表征。在制备过程中，基于直流反应磁控溅射技术，研究了工艺气体流量与溅射电压之间的“双曲线”关系，以此优化控制反应气体量，进而降低反应溅射过程中反应气体对Mo/Si多层膜的影响。基于这一方法，分别在Mo/Si多层膜表面镀制TiN、ZrN和TiO2保护层，应用掠入射X射线反射（GIXR）、X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微成像（TEM）对其进行了表征，并通过对比分析，验证了氮化物保护层具有一定的性能优势。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240153
摘要:
中国科学院高能物理研究所第二台硼中子俘获治疗（BNCT02）加速器主要由1台离子源、1条低能束流传输线、1台射频四极加速器和3条高能束流传输线组成。为了保障BNCT02加速器的安全运行，设计了基于横河PLC和实验物理及工业控制系统（EPICS）软件工具包的机器保护系统。为了增强安全性，该系统采用了冗余设计，由两套完全独立且主要输入、输出信号一致的子系统构成。测试结果表明，BNCT02加速器机器保护系统的响应时间小于1.6 ms，且具有稳定可靠性高的特点，满足BNCT02加速器运行的需要。
中国科学院高能物理研究所第二台硼中子俘获治疗（BNCT02）加速器主要由1台离子源、1条低能束流传输线、1台射频四极加速器和3条高能束流传输线组成。为了保障BNCT02加速器的安全运行，设计了基于横河PLC和实验物理及工业控制系统（EPICS）软件工具包的机器保护系统。为了增强安全性，该系统采用了冗余设计，由两套完全独立且主要输入、输出信号一致的子系统构成。测试结果表明，BNCT02加速器机器保护系统的响应时间小于1.6 ms，且具有稳定可靠性高的特点，满足BNCT02加速器运行的需要。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240158
摘要:
为提高水中金属丝电爆炸（水中丝爆）产生的冲击波，将多根丝并联形成丝阵负载，但此方法会降低负载电阻导致沉积功率低。为解决这一问题，通过电流“换向件”设计了总质量不变前提下，整体电阻可变的多种串并联丝阵，提出负载与电源内阻动态匹配是理想放电模式。借助串并联丝阵验证了单丝放电相似性，实现了高电压大装置的小型化验证。通过放电相似性和串并联丝阵，提出水中丝爆丝阵负载优化设计方法，实现了给定能量和金属丝质量下最优负载确定方法。
为提高水中金属丝电爆炸（水中丝爆）产生的冲击波，将多根丝并联形成丝阵负载，但此方法会降低负载电阻导致沉积功率低。为解决这一问题，通过电流“换向件”设计了总质量不变前提下，整体电阻可变的多种串并联丝阵，提出负载与电源内阻动态匹配是理想放电模式。借助串并联丝阵验证了单丝放电相似性，实现了高电压大装置的小型化验证。通过放电相似性和串并联丝阵，提出水中丝爆丝阵负载优化设计方法，实现了给定能量和金属丝质量下最优负载确定方法。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240315
摘要:
脉冲功率驱动源是高功率微波技术的关键部分，其输出波形质量直接影响高功率微波器件的输出，针对脉冲功率驱动源输出波形平顶存在的振荡问题，设计并研制了一套基于PFN-Marx的紧凑化脉冲功率驱动源并进行波形优化，通过PSpice仿真分析了不同结构的PFN-Marx发生器的参数，从而确定了PFN-Marx发生器的节数与级数；将输出波形存在的振荡问题转化为波形平顶区域各极值点距离基准值的偏移程度，以平顶纹波误差最小为目标，以均方根误差构建目标函数，在Simulink中建立电路模型，结合MATLAB遗传算法，对PFN的电感进行不断迭代优化，最后确定一组最优值，重新设计电感结构，使其可以方便快捷调整电感值，以此实现波形优化。优化后的单级PFN在10 Ω负载上输出波形前沿24.4 ns，脉宽93.6 ns，其平顶性能良好。装配完成的7级PFN-Marx发生器在充电电压53.8 kV、负载阻抗75 Ω条件下，输出准方波波形的峰值为189.2 kV，脉宽93.2 ns，前沿8.4 ns，后沿33.6 ns，纹波系数为3.5%。
脉冲功率驱动源是高功率微波技术的关键部分，其输出波形质量直接影响高功率微波器件的输出，针对脉冲功率驱动源输出波形平顶存在的振荡问题，设计并研制了一套基于PFN-Marx的紧凑化脉冲功率驱动源并进行波形优化，通过PSpice仿真分析了不同结构的PFN-Marx发生器的参数，从而确定了PFN-Marx发生器的节数与级数；将输出波形存在的振荡问题转化为波形平顶区域各极值点距离基准值的偏移程度，以平顶纹波误差最小为目标，以均方根误差构建目标函数，在Simulink中建立电路模型，结合MATLAB遗传算法，对PFN的电感进行不断迭代优化，最后确定一组最优值，重新设计电感结构，使其可以方便快捷调整电感值，以此实现波形优化。优化后的单级PFN在10 Ω负载上输出波形前沿24.4 ns，脉宽93.6 ns，其平顶性能良好。装配完成的7级PFN-Marx发生器在充电电压53.8 kV、负载阻抗75 Ω条件下，输出准方波波形的峰值为189.2 kV，脉宽93.2 ns，前沿8.4 ns，后沿33.6 ns，纹波系数为3.5%。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240159
摘要:
针对传统高功率微波在线测量装置寄生模式抑制度低、测量精度易受到寄生模式干扰的问题，提出了一种高功率TM01模式选模耦合装置。由于相对论返波管阴极发射角向不均匀性会产生非对称模式，而传统的单臂多孔圆波导耦合器无法解决其他非对称模寄生耦合干扰的问题，往往导致检测波形畸变、耦合度判断偏差，严重影响对返波管TM01模输出功率在线评估的准确性。为此，将四臂多孔耦合结构与基于魔T的TM01选模网络相结合，提出了一种新颖的在线选模耦合装置，利用不同波导模式场结构区别实现了TM01模式与其他寄生模式的差异化耦合，解决了因寄生模式干扰引起的在线测试功率不准的问题。仿真结果表明，提出的新型耦合器对TM01模耦合强度相对于其他模式高出20 dB以上，高功率实验中测得在线测试波形及功率与辐射场测试波形及功率符合较好，耦合稳定性得到明显提高。
针对传统高功率微波在线测量装置寄生模式抑制度低、测量精度易受到寄生模式干扰的问题，提出了一种高功率TM01模式选模耦合装置。由于相对论返波管阴极发射角向不均匀性会产生非对称模式，而传统的单臂多孔圆波导耦合器无法解决其他非对称模寄生耦合干扰的问题，往往导致检测波形畸变、耦合度判断偏差，严重影响对返波管TM01模输出功率在线评估的准确性。为此，将四臂多孔耦合结构与基于魔T的TM01选模网络相结合，提出了一种新颖的在线选模耦合装置，利用不同波导模式场结构区别实现了TM01模式与其他寄生模式的差异化耦合，解决了因寄生模式干扰引起的在线测试功率不准的问题。仿真结果表明，提出的新型耦合器对TM01模耦合强度相对于其他模式高出20 dB以上，高功率实验中测得在线测试波形及功率与辐射场测试波形及功率符合较好，耦合稳定性得到明显提高。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240254
摘要:
为降低脉冲功率源使用门槛，设计并实现了一种基于Marx发生器的紧凑型脉冲功率源：Marx发生器为7级单极性充电同轴结构，采用低电感陶瓷电容、紫外光预电离输出窄脉冲；使用可调初级高压电源和2路同步触发开关，金属外壳作为接地屏蔽与放电回路；发生器内部充填高气压N2。基于上述设计获得的脉冲功率源在充电电压26 kV、充气0.3 MPa时，在60 Ω负载上获得了前沿33 ns、脉宽59 ns、幅度109.2 kV的高电压脉冲；功率源封装在一个直径0.2 m、长1.1 m的铝合金圆筒内。为紧凑型、模块化脉冲功率源的实现提供了设计思路和参考样机，可用于闪光X射线照相驱动源。
为降低脉冲功率源使用门槛，设计并实现了一种基于Marx发生器的紧凑型脉冲功率源：Marx发生器为7级单极性充电同轴结构，采用低电感陶瓷电容、紫外光预电离输出窄脉冲；使用可调初级高压电源和2路同步触发开关，金属外壳作为接地屏蔽与放电回路；发生器内部充填高气压N2。基于上述设计获得的脉冲功率源在充电电压26 kV、充气0.3 MPa时，在60 Ω负载上获得了前沿33 ns、脉宽59 ns、幅度109.2 kV的高电压脉冲；功率源封装在一个直径0.2 m、长1.1 m的铝合金圆筒内。为紧凑型、模块化脉冲功率源的实现提供了设计思路和参考样机，可用于闪光X射线照相驱动源。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240211
摘要:
蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）方法是辐照损伤、辐照屏蔽研究中应用最广泛的方法之一。在对机场、铁路、舰船等大型靶目标开展辐照损伤研究时，通常关注靶目标的3D建模及辐照计算，而对计算后的数据分析多采用人工方式，工作难度大、效率低，成为制约相关研究的技术瓶颈。开展靶目标粒子辐照MC计算可视化后处理方法研究，建立了基于KD树（k-dimensional tree，简称KDtree）+反距离加权（inverse distance weight，IDW）和基于遗传算法优化反向传播（genetic algorithm based backpropagation，GABP）神经网络的后处理模型，实现了数据与模型结合的可视化分析。与传统数据分析方法相比，提出的方法能够大幅减低研究人员工作难度，提升数据处理速度，实现辐照效应直观展示，提升辐照效应研究后处理工作效率。
蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）方法是辐照损伤、辐照屏蔽研究中应用最广泛的方法之一。在对机场、铁路、舰船等大型靶目标开展辐照损伤研究时，通常关注靶目标的3D建模及辐照计算，而对计算后的数据分析多采用人工方式，工作难度大、效率低，成为制约相关研究的技术瓶颈。开展靶目标粒子辐照MC计算可视化后处理方法研究，建立了基于KD树（k-dimensional tree，简称KDtree）+反距离加权（inverse distance weight，IDW）和基于遗传算法优化反向传播（genetic algorithm based backpropagation，GABP）神经网络的后处理模型，实现了数据与模型结合的可视化分析。与传统数据分析方法相比，提出的方法能够大幅减低研究人员工作难度，提升数据处理速度，实现辐照效应直观展示，提升辐照效应研究后处理工作效率。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240265
摘要:
在包括激光惯性约束聚变（ICF）、Z箍缩及稠密等离子聚焦（DPF）等脉冲聚变装置上，活化法作为中子通量测量与产额诊断的手段，得到了广泛的应用。利用无机闪烁体探测器，测量89Y核与中子非弹散反应产生的909 keV的单能伽马射线，可以实现DD中子通量的准确测量。采用金属钇作为活化靶，利用LaBr3:Ce闪烁体伽马探测器建立了中子活化原位探测系统。针对钇活化核半衰期仅有15.663 s的特点，对其在连续束流辐照下的累积过程进行了物理分析，建立了通过加速器DD中子源进行入射中子探测效率标定的实验方法。实验中，利用伽马探测器兼顾中子通量监测与活化伽马测量，模拟了钇靶活度随中子通量变化的过程，实现了该活化探测系统对入射中子探测效率的原位标定。
在包括激光惯性约束聚变（ICF）、Z箍缩及稠密等离子聚焦（DPF）等脉冲聚变装置上，活化法作为中子通量测量与产额诊断的手段，得到了广泛的应用。利用无机闪烁体探测器，测量89Y核与中子非弹散反应产生的909 keV的单能伽马射线，可以实现DD中子通量的准确测量。采用金属钇作为活化靶，利用LaBr3:Ce闪烁体伽马探测器建立了中子活化原位探测系统。针对钇活化核半衰期仅有15.663 s的特点，对其在连续束流辐照下的累积过程进行了物理分析，建立了通过加速器DD中子源进行入射中子探测效率标定的实验方法。实验中，利用伽马探测器兼顾中子通量监测与活化伽马测量，模拟了钇靶活度随中子通量变化的过程，实现了该活化探测系统对入射中子探测效率的原位标定。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240228
摘要:
为了评估道路车辆在复杂电磁环境中的适应性，研究了基于实际电磁环境的车辆辐射抗干扰混响室试验方法。对实际电磁信号进行采集，在混响室内搭建了复杂电磁信号回放系统，分析了接收功率的累积分布函数。针对复杂电磁信号，给出了混响室的场强标定方法和辐射抗扰度测试方法，并开展了车辆辐射抗扰度测试验证，结果表明在混响室复杂电磁环境下，部分车型存在电磁安全风险，该方法的提出为企业进行车辆电磁兼容品质评估提供了重要支撑。
为了评估道路车辆在复杂电磁环境中的适应性，研究了基于实际电磁环境的车辆辐射抗干扰混响室试验方法。对实际电磁信号进行采集，在混响室内搭建了复杂电磁信号回放系统，分析了接收功率的累积分布函数。针对复杂电磁信号，给出了混响室的场强标定方法和辐射抗扰度测试方法，并开展了车辆辐射抗扰度测试验证，结果表明在混响室复杂电磁环境下，部分车型存在电磁安全风险，该方法的提出为企业进行车辆电磁兼容品质评估提供了重要支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240163
摘要:
战斗力指数的定量化研究是军队实现信息化建设必须解决的难题。针对战斗力指数研究存在定量研究较少、方法精度较低、鲁棒性不强等问题，以及战斗力指数函数本身为复杂规则主导、多变量数学模型、影响因素强耦合等难以拟合的限制，受模糊逻辑理论中对规则的数学分析方法启发，提出了一种基于局部逼近的战斗力指数函数拟合方法，并结合神经网络强大的自学习和自推导能力，构建了相应的基于径向基神经网络（RBF）的定量计算模型。仿真对比实验表明，该方法比利用全局逼近的方法误差率低约2%和6%，且表现出更强的鲁棒性。该计算方法具有较强的实用性，而且具备向其他军事领域迁移的可能性，具备良好的工程应用前景。
战斗力指数的定量化研究是军队实现信息化建设必须解决的难题。针对战斗力指数研究存在定量研究较少、方法精度较低、鲁棒性不强等问题，以及战斗力指数函数本身为复杂规则主导、多变量数学模型、影响因素强耦合等难以拟合的限制，受模糊逻辑理论中对规则的数学分析方法启发，提出了一种基于局部逼近的战斗力指数函数拟合方法，并结合神经网络强大的自学习和自推导能力，构建了相应的基于径向基神经网络（RBF）的定量计算模型。仿真对比实验表明，该方法比利用全局逼近的方法误差率低约2%和6%，且表现出更强的鲁棒性。该计算方法具有较强的实用性，而且具备向其他军事领域迁移的可能性，具备良好的工程应用前景。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240224
摘要:
为了实现单次扫描条纹相机扫描控制模块中斜坡信号的高电压阈值、高线性斜坡、电路简单且易调试的目标，提出了利用开关放电产生大电流高压脉冲和恒流充电斜坡线性好的优点，设计出一款单次扫描线性高压斜坡信号产生电路，该电路可通过调节电阻的大小，实现线性斜坡信号斜率和线性率的调节和优化。实验表明，该电路所产生的线性高压斜坡信号可提供幅值高达1 700 V的电压，产生的斜坡非线性精度小于3%，扫描时间可实现200 ns至50 μs可调。与传统高压斜坡信号电路相比，电路结构简单，调试方便，斜坡时间可实现纳秒到微秒的无级调整，这可有效提高条纹相机扫描时间精度，有效减小电路串扰等问题。
为了实现单次扫描条纹相机扫描控制模块中斜坡信号的高电压阈值、高线性斜坡、电路简单且易调试的目标，提出了利用开关放电产生大电流高压脉冲和恒流充电斜坡线性好的优点，设计出一款单次扫描线性高压斜坡信号产生电路，该电路可通过调节电阻的大小，实现线性斜坡信号斜率和线性率的调节和优化。实验表明，该电路所产生的线性高压斜坡信号可提供幅值高达1 700 V的电压，产生的斜坡非线性精度小于3%，扫描时间可实现200 ns至50 μs可调。与传统高压斜坡信号电路相比，电路结构简单，调试方便，斜坡时间可实现纳秒到微秒的无级调整，这可有效提高条纹相机扫描时间精度，有效减小电路串扰等问题。
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2024, 36: 121001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240384
摘要:
高功率掺镱光纤激光器具有高功率、高效率、可柔性传输的优点，在核设施维护中有着广泛的应用前景。然而，核设施环境中存在的辐照效应会导致光纤激光器功率降低，对实际激光系统应用带来较大挑战。考虑光纤激光器的自漂白效应，探索不同辐照剂量率下光纤激光器暗化与自漂白的关系。结果表明，当辐照剂量率低至一定数值时（比如0.1 rad/s），1 kW光纤激光器在整个实验过程中出光稳定，功率起伏小于1.79%。把观察到的这种现象命名为自漂白-辐照平衡。首次验证了在一定辐照剂量率下，光纤激光器自漂白效应导致的激光功率提升可以平衡辐照效应导致的功率下降，为相关应用中光纤激光器设计提供了有效支撑。
高功率掺镱光纤激光器具有高功率、高效率、可柔性传输的优点，在核设施维护中有着广泛的应用前景。然而，核设施环境中存在的辐照效应会导致光纤激光器功率降低，对实际激光系统应用带来较大挑战。考虑光纤激光器的自漂白效应，探索不同辐照剂量率下光纤激光器暗化与自漂白的关系。结果表明，当辐照剂量率低至一定数值时（比如0.1 rad/s），1 kW光纤激光器在整个实验过程中出光稳定，功率起伏小于1.79%。把观察到的这种现象命名为自漂白-辐照平衡。首次验证了在一定辐照剂量率下，光纤激光器自漂白效应导致的激光功率提升可以平衡辐照效应导致的功率下降，为相关应用中光纤激光器设计提供了有效支撑。
2024, 36: 121002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240230
摘要:
采用γ射线对窄线宽光纤激光器的种子源进行辐照试验，辐照总剂量约50 krad(Si)，并对比分析了辐照前后输出激光特性，种子源的功率衰减超过70%、增益光纤损耗增加、温度升高明显。对不同辐照剂量下的种子源进行功率放大，结果表明：放大后的激光输出功率、中心波长、3 dB线宽等未发生明显变化，但拉曼抑制比随辐照剂量的增加略微降低。采用793 nm和524 nm激光对辐照后的种子源进行漂白，验证了不同波长漂白光的恢复能力。在同等漂白功率条件下，由于524 nm激光的光子能量更高且对应于掺镱光纤辐致缺陷的主吸收峰，具有更快的漂白速度和更强的漂白能力。漂白试验结果表明，种子源输出功率与793 nm漂白时长呈线性关系、漂白速率约为0.30 W/h，种子源输出功率与524 nm漂白时长大体上呈拉伸指数函数关系、漂白速率约为1.65 W/h。
采用γ射线对窄线宽光纤激光器的种子源进行辐照试验，辐照总剂量约50 krad(Si)，并对比分析了辐照前后输出激光特性，种子源的功率衰减超过70%、增益光纤损耗增加、温度升高明显。对不同辐照剂量下的种子源进行功率放大，结果表明：放大后的激光输出功率、中心波长、3 dB线宽等未发生明显变化，但拉曼抑制比随辐照剂量的增加略微降低。采用793 nm和524 nm激光对辐照后的种子源进行漂白，验证了不同波长漂白光的恢复能力。在同等漂白功率条件下，由于524 nm激光的光子能量更高且对应于掺镱光纤辐致缺陷的主吸收峰，具有更快的漂白速度和更强的漂白能力。漂白试验结果表明，种子源输出功率与793 nm漂白时长呈线性关系、漂白速率约为0.30 W/h，种子源输出功率与524 nm漂白时长大体上呈拉伸指数函数关系、漂白速率约为1.65 W/h。
2024, 36: 121003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240008
摘要:
通过1维粒子模拟（PIC）的方法，发现利用单束超短激光与固体密度的等离子体碳靶相互作用可以产生瞬态等离子体密度光栅。研究表明，当选取合适的激光以及等离子体参数，等离子靶后表面的反射激光与入射激光通过干涉形成驻波，然后等离子体在有质动力势和电荷分离场的调制下演化出瞬态等离子体数密度光栅。当波长在40～130 nm之间的紫外飞秒激光束和亚临界密度等离子体相互作用时，瞬态等离子密度光栅的稳定时间可达数十个皮秒，峰值密度最大可达初始数密度二十倍以上。和传统的通过双激光束干涉或者梯度靶形成等离子体光栅的方案相比，该方案只需要单束激光和均匀固体靶相互作用就可以实现等离子体光栅，且具有更高的对比度，在实验上更容易实现。
通过1维粒子模拟（PIC）的方法，发现利用单束超短激光与固体密度的等离子体碳靶相互作用可以产生瞬态等离子体密度光栅。研究表明，当选取合适的激光以及等离子体参数，等离子靶后表面的反射激光与入射激光通过干涉形成驻波，然后等离子体在有质动力势和电荷分离场的调制下演化出瞬态等离子体数密度光栅。当波长在40～130 nm之间的紫外飞秒激光束和亚临界密度等离子体相互作用时，瞬态等离子密度光栅的稳定时间可达数十个皮秒，峰值密度最大可达初始数密度二十倍以上。和传统的通过双激光束干涉或者梯度靶形成等离子体光栅的方案相比，该方案只需要单束激光和均匀固体靶相互作用就可以实现等离子体光栅，且具有更高的对比度，在实验上更容易实现。
2024, 36: 121004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240215
摘要:
在真空和空间环境下，光学薄膜的抗激光损伤能力会极大地降低，主要是由于真空环境中放气有机污染与薄膜内部缺陷的耦合效应导致薄膜光场增强。而保护膜技术是一项能够提高光学薄膜抗激光损伤能力的有效措施。基于时域有限差分算法，分析了保护层技术对有机污染液滴与缺陷耦合诱导薄膜光场增强的抑制作用。分析结果显示TiO2薄膜光场的峰值随着保护层厚度增加而下降。保护层折射率为有机污染液滴和膜层折射率的中间值时，光场增强的抑制作用最大。实验结果也对理论分析进行了验证。该研究加深了对真空中光学薄膜抗激光诱导损伤降级机制的理解，对提高真空环境中光学薄膜的抗激光损伤能力有一定参考价值。
在真空和空间环境下，光学薄膜的抗激光损伤能力会极大地降低，主要是由于真空环境中放气有机污染与薄膜内部缺陷的耦合效应导致薄膜光场增强。而保护膜技术是一项能够提高光学薄膜抗激光损伤能力的有效措施。基于时域有限差分算法，分析了保护层技术对有机污染液滴与缺陷耦合诱导薄膜光场增强的抑制作用。分析结果显示TiO2薄膜光场的峰值随着保护层厚度增加而下降。保护层折射率为有机污染液滴和膜层折射率的中间值时，光场增强的抑制作用最大。实验结果也对理论分析进行了验证。该研究加深了对真空中光学薄膜抗激光诱导损伤降级机制的理解，对提高真空环境中光学薄膜的抗激光损伤能力有一定参考价值。
2024, 36: 122001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240379
摘要:
研究收缩几何下的流体力学不稳定性增长对于惯性约束聚变靶丸降低流体力学不稳定性增长和混合的优化设计具有重要的作用。在神光100 kJ激光装置上开展了辐射驱动柱几何内界面减速段的流体力学不稳定性实验，观测到模耦合现象，以及收缩几何独有的Bell-Plesset（BP）效应，理论预估BP效应导致的扰动增长与实验结果基本一致。实验中观察到驱动不对称性引入的2阶模扰动，M2不对称性约为11%，提出了通过增加黑腔长度来优化驱动不对称性的方法。柱几何流体力学不稳定性增长研究将有助于理解收缩几何效应在高能量密度条件下对流体力学不稳定性增长的影响，为优化惯性约束聚变靶丸设计提供帮助。
研究收缩几何下的流体力学不稳定性增长对于惯性约束聚变靶丸降低流体力学不稳定性增长和混合的优化设计具有重要的作用。在神光100 kJ激光装置上开展了辐射驱动柱几何内界面减速段的流体力学不稳定性实验，观测到模耦合现象，以及收缩几何独有的Bell-Plesset（BP）效应，理论预估BP效应导致的扰动增长与实验结果基本一致。实验中观察到驱动不对称性引入的2阶模扰动，M2不对称性约为11%，提出了通过增加黑腔长度来优化驱动不对称性的方法。柱几何流体力学不稳定性增长研究将有助于理解收缩几何效应在高能量密度条件下对流体力学不稳定性增长的影响，为优化惯性约束聚变靶丸设计提供帮助。
2024, 36: 122002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240218
摘要:
用于惯性约束聚变诊断的传统微通道板(microchannel plate, MCP)选通分幅相机存在体积大、非单视线成像等问题，可用时间分辨率为百皮秒的CMOS芯片代替MCP变像管，将分幅相机芯片化并实现单视线成像。提出了具有8×8×4像素阵列的单视线四分幅超快成像CMOS电路，并对其性能进行了模拟仿真。基于0.18 μm标准CMOS工艺、5晶体管(5T)像素单元结构，设计了四分幅像素单元电路、电压控制延迟器、时钟树以及行列选通电路等。对CMOS电路像素信号进行选通输出并分析，仿真结果表明该CMOS电路可实现单次四分幅成像，每幅图像的时间分辨率为100 ps，相邻两幅图像之间的时间间隔为300 ps，四幅图像像素信号均匀性优于90%。
用于惯性约束聚变诊断的传统微通道板(microchannel plate, MCP)选通分幅相机存在体积大、非单视线成像等问题，可用时间分辨率为百皮秒的CMOS芯片代替MCP变像管，将分幅相机芯片化并实现单视线成像。提出了具有8×8×4像素阵列的单视线四分幅超快成像CMOS电路，并对其性能进行了模拟仿真。基于0.18 μm标准CMOS工艺、5晶体管(5T)像素单元结构，设计了四分幅像素单元电路、电压控制延迟器、时钟树以及行列选通电路等。对CMOS电路像素信号进行选通输出并分析，仿真结果表明该CMOS电路可实现单次四分幅成像，每幅图像的时间分辨率为100 ps，相邻两幅图像之间的时间间隔为300 ps，四幅图像像素信号均匀性优于90%。
2024, 36: 122003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240025
摘要:
为了获得钽铌合金（Ta-Nb）材料在高压下的状态方程数据，制备了用于激光状态方程实验研究的铝/钽铌合金（Al/Ta-Nb）阻抗匹配靶。研究了Ta-Nb合金箔的精密轧制与飞秒激光切割工艺，获得了厚度13 μm，宽度400 μm的Ta-Nb合金台阶样品。使用聚乙烯醇（PVA）水溶胶将Ta-Nb合金台阶与铝（Al）标准材料进行复合装配。利用白光干涉仪、电子密度计等仪器对阻抗匹配靶的表面形貌、台阶厚度、样品密度等靶参数进行精密测量，结果表明研制的Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶能够满足激光状态方程物理实验需求。
为了获得钽铌合金（Ta-Nb）材料在高压下的状态方程数据，制备了用于激光状态方程实验研究的铝/钽铌合金（Al/Ta-Nb）阻抗匹配靶。研究了Ta-Nb合金箔的精密轧制与飞秒激光切割工艺，获得了厚度13 μm，宽度400 μm的Ta-Nb合金台阶样品。使用聚乙烯醇（PVA）水溶胶将Ta-Nb合金台阶与铝（Al）标准材料进行复合装配。利用白光干涉仪、电子密度计等仪器对阻抗匹配靶的表面形貌、台阶厚度、样品密度等靶参数进行精密测量，结果表明研制的Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶能够满足激光状态方程物理实验需求。
2024, 36: 122004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240015
摘要:
High-resolution flow field data has important applications in meteorology, aerospace engineering, high-energy physics and other fields. Experiments and numerical simulations are two main ways to obtain high-resolution flow field data, while the high experiment cost and computing resources for simulation hinder the specific analysis of flow field evolution. With the development of deep learning technology, convolutional neural networks are used to achieve high-resolution reconstruction of the flow field. In this paper, an ordinary convolutional neural network and a multi-time-path convolutional neural network are established for the ablative Rayleigh-Taylor instability. These two methods can reconstruct the high-resolution flow field in just a few seconds, and further greatly enrich the application of high-resolution reconstruction technology in fluid instability. Compared with the ordinary convolutional neural network, the multi-time-path convolutional neural network model has smaller error and can restore more details of the flow field. The influence of low-resolution flow field data obtained by the two pooling methods on the convolutional neural networks model is also discussed.
2024, 36: 123001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240219
摘要:
为提升北斗/GPS导航接收系统抗高功率微波的防护效能，采用场路协同仿真设计的方法，分析了北斗/GPS天线在高功率微波辐照下的响应特性，仿真得到天线端口的耦合电压量值。为实现对高功率微波的防护，设计两级防护电路，通过构建稳态电路和瞬态电路模型，对插入损耗和泄漏电压进行仿真分析，并对防护电路进行了加工。测试结果表明：防护电路在2 kW的窄带高功率微波注入下，泄漏功率小于0.5 W；在1411 V的超宽谱高功率微波注入下，泄漏电压小于12 V，可实现对高功率微波的有效抑制。同时将防护电路装配到北斗/GPS导航天线内，导航系统可正常工作。
为提升北斗/GPS导航接收系统抗高功率微波的防护效能，采用场路协同仿真设计的方法，分析了北斗/GPS天线在高功率微波辐照下的响应特性，仿真得到天线端口的耦合电压量值。为实现对高功率微波的防护，设计两级防护电路，通过构建稳态电路和瞬态电路模型，对插入损耗和泄漏电压进行仿真分析，并对防护电路进行了加工。测试结果表明：防护电路在2 kW的窄带高功率微波注入下，泄漏功率小于0.5 W；在
2024, 36: 123002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240104
摘要:
分析了边界形变对混响室谐振频率漂移的影响，并提供了一种边界形变可控的混响室反射面设计。将传统机械搅拌器改变为褶皱墙面，通过控制相邻反射模块的夹角，达到改变边界条件的目的。构建了5 m×4 m×3 m混响室腔体仿真模型，从场均匀性、搅拌效率和场分布规律三个方面分析了边界形变可控混响室的有效性，结果表明测试区域电场标准偏差低于3 dB，搅拌效率高于传统机械搅拌器，测试区域电场服从理想混响室分布规律，该方法可有效增加混响室测试区域空间。
分析了边界形变对混响室谐振频率漂移的影响，并提供了一种边界形变可控的混响室反射面设计。将传统机械搅拌器改变为褶皱墙面，通过控制相邻反射模块的夹角，达到改变边界条件的目的。构建了5 m×4 m×3 m混响室腔体仿真模型，从场均匀性、搅拌效率和场分布规律三个方面分析了边界形变可控混响室的有效性，结果表明测试区域电场标准偏差低于3 dB，搅拌效率高于传统机械搅拌器，测试区域电场服从理想混响室分布规律，该方法可有效增加混响室测试区域空间。
2024, 36: 123003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240007
摘要:
针对太赫兹频段行波管输出功率较小的瓶颈以及对紧凑型设计的明确需求，提出一种管内功率合成的0.34 THz折叠波导行波管结构。首先，对太赫兹折叠波导慢波结构的高频特性进行了研究，通过仿真计算得到了其色散特性和耦合阻抗，0.34 THz处归一化相速度为0.248，耦合阻抗为0.46 Ω；其次，提出了用于管内功率合成的3 dB定向耦合器结构设计，分析表明，其在0.31～0.368 THz范围内，幅度平衡度在±0.19 dB以内，隔离度优于24 dB；最后，完成了基于3 dB定向耦合器管内功率合成的折叠波导行波管基本结构设计并构建了仿真模型，仿真结果表明，最大输出功率为9.16 W，增益为26.6 dB，3 dB带宽达到21 GHz。作为对比，单个折叠波导行波管输出功率为6.18 W，故管内合成的折叠波导行波管的输出功率是单个行波管输出功率的1.48倍；此外，与采用常规外置功率合成结构的双行波管组件设计相比，管内功率合成折叠波导行波管的横向尺寸至少缩减了56.5%。
针对太赫兹频段行波管输出功率较小的瓶颈以及对紧凑型设计的明确需求，提出一种管内功率合成的0.34 THz折叠波导行波管结构。首先，对太赫兹折叠波导慢波结构的高频特性进行了研究，通过仿真计算得到了其色散特性和耦合阻抗，0.34 THz处归一化相速度为0.248，耦合阻抗为0.46 Ω；其次，提出了用于管内功率合成的3 dB定向耦合器结构设计，分析表明，其在0.31～0.368 THz范围内，幅度平衡度在±0.19 dB以内，隔离度优于24 dB；最后，完成了基于3 dB定向耦合器管内功率合成的折叠波导行波管基本结构设计并构建了仿真模型，仿真结果表明，最大输出功率为9.16 W，增益为26.6 dB，3 dB带宽达到21 GHz。作为对比，单个折叠波导行波管输出功率为6.18 W，故管内合成的折叠波导行波管的输出功率是单个行波管输出功率的1.48倍；此外，与采用常规外置功率合成结构的双行波管组件设计相比，管内功率合成折叠波导行波管的横向尺寸至少缩减了56.5%。
2024, 36: 123004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240134
摘要:
设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统，利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析，并对磁场过渡区进行了优化设计，改善电子注与磁场的匹配效果。经计算，该电子光学系统阴极发射电流60 mA，阴极电压20 kV，流通率99.9%。样管测试结果显示，电子枪参数与设计结果相符合，实测流通率达到97.2%，行波管实现连续波稳定工作。
设计了一种140 GHz折叠波导行波管电子光学系统，利用三维粒子仿真软件Opera-3D对考虑热初速效应的圆形电子注在周期永磁聚焦系统内传输状态进行了仿真分析，并对磁场过渡区进行了优化设计，改善电子注与磁场的匹配效果。经计算，该电子光学系统阴极发射电流60 mA，阴极电压20 kV，流通率99.9%。样管测试结果显示，电子枪参数与设计结果相符合，实测流通率达到97.2%，行波管实现连续波稳定工作。
2024, 36: 123005.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240198
摘要:
功分网络用于将HPM分成若干路后馈入移相器、单元天线等，其中过模圆波导到多路矩形波导功分器同时具有模式转换和功率分配功能，需具备高功率容量、高传输效率、低反射等特性。针对Ku波段GW级过模圆波导到8路矩形波导功分器，开展了设计、仿真、研制和小信号测试，建立了功率容量测试平台，对其功率容量进行了考核。小信号测试结果表明，该1分8路功分器，在14.7 GHz±200 MHz范围内，反射系数小于−20 dB，传输系数−9.1 dB左右，端口不平衡度小于0.4 dB；功率容量考核实验表明，该功分器功率容量超过900 MW。
功分网络用于将HPM分成若干路后馈入移相器、单元天线等，其中过模圆波导到多路矩形波导功分器同时具有模式转换和功率分配功能，需具备高功率容量、高传输效率、低反射等特性。针对Ku波段GW级过模圆波导到8路矩形波导功分器，开展了设计、仿真、研制和小信号测试，建立了功率容量测试平台，对其功率容量进行了考核。小信号测试结果表明，该1分8路功分器，在14.7 GHz±200 MHz范围内，反射系数小于−20 dB，传输系数−9.1 dB左右，端口不平衡度小于0.4 dB；功率容量考核实验表明，该功分器功率容量超过900 MW。
2024, 36: 124001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240044
摘要:
同步加速器中，磁铁励磁电流高频的纹波误差能够引起磁场纹波，进而导致束流接受度降低。励磁电流低频的跟踪误差会影响磁场与束流能量的匹配程度，同时会引起束流闭合轨道畸变。为了从以上两方面评估励磁电流误差对于束流的影响，研究了HIAF BRing二极磁铁磁场纹波与励磁电流纹波之间的关系，并提出了一套基于高低频分离的脉冲励磁电流质量量化方法。该方法利用高斯平滑处理得到励磁电流低频的跟踪误差分量和高频的纹波误差分量，采用三倍标准差作为励磁电流跟踪性能及纹波质量的量化指标。方法中低通滤波器参数由磁铁磁场纹波与励磁电流纹波的响应关系确定，该方法同时准确地量化评估了磁场纹波质量。此外，由该方法得到的电流跟踪误差波形能够应用于同步加速器励磁电源的给定修正，进而提高磁场与束流能量匹配程度。
同步加速器中，磁铁励磁电流高频的纹波误差能够引起磁场纹波，进而导致束流接受度降低。励磁电流低频的跟踪误差会影响磁场与束流能量的匹配程度，同时会引起束流闭合轨道畸变。为了从以上两方面评估励磁电流误差对于束流的影响，研究了HIAF BRing二极磁铁磁场纹波与励磁电流纹波之间的关系，并提出了一套基于高低频分离的脉冲励磁电流质量量化方法。该方法利用高斯平滑处理得到励磁电流低频的跟踪误差分量和高频的纹波误差分量，采用三倍标准差作为励磁电流跟踪性能及纹波质量的量化指标。方法中低通滤波器参数由磁铁磁场纹波与励磁电流纹波的响应关系确定，该方法同时准确地量化评估了磁场纹波质量。此外，由该方法得到的电流跟踪误差波形能够应用于同步加速器励磁电源的给定修正，进而提高磁场与束流能量匹配程度。
2024, 36: 124002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240205
摘要:
近年来，基于非线性冲击磁铁的离轴注入方案逐渐成为一种新兴的研究方向, 尤其适用于动力学孔径较小的储存环。该方案的特点是磁场在注入束流位置有较大值在中心轨道处接近零，显著降低了脉冲磁场对储存束流的扰动。设计了一种基于八导线布局的非线性冲击磁铁，重点研究了一些关键参数对磁场性能的影响，包括导线布局、磁铁端部边缘场、陶瓷真空镀膜等，并相应地综合优化了这些关键参数。结果表明所设计的非线性冲击磁铁能够满足在研的高亮度正负电子对撞环和高亮度同步辐射环的注入系统要求。
近年来，基于非线性冲击磁铁的离轴注入方案逐渐成为一种新兴的研究方向, 尤其适用于动力学孔径较小的储存环。该方案的特点是磁场在注入束流位置有较大值在中心轨道处接近零，显著降低了脉冲磁场对储存束流的扰动。设计了一种基于八导线布局的非线性冲击磁铁，重点研究了一些关键参数对磁场性能的影响，包括导线布局、磁铁端部边缘场、陶瓷真空镀膜等，并相应地综合优化了这些关键参数。结果表明所设计的非线性冲击磁铁能够满足在研的高亮度正负电子对撞环和高亮度同步辐射环的注入系统要求。
2024, 36: 125001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240070
摘要:
小空间下强电场测量方法的研究是一个难点，借助谱线的Stark效应，选择合理的原子或离子，可在无干扰的情况下完成测量。设计了一套大气压纳秒脉冲放电实验装置，通过针-极板放电产生强电场，试验He 447.1 nm谱线在不同放电电压下产生的强电场下的分裂情况，在谱线展宽难以直接通过观察谱线的方法得到的情况下，借助非线性最小二乘法，分析谱线的允许分量、禁止分量和场无关分量，求出对应的波长偏移量，由此得出电场大小。根据Mason公式，在能量等效的基础上，实验结果符合理论预期，通过该方法可以实现对小空间内强电场的测量。经分析，理论与实验结果之间的偏差可能是由氦气在被击穿时产生等离子体形成的屏蔽导致。
小空间下强电场测量方法的研究是一个难点，借助谱线的Stark效应，选择合理的原子或离子，可在无干扰的情况下完成测量。设计了一套大气压纳秒脉冲放电实验装置，通过针-极板放电产生强电场，试验He 447.1 nm谱线在不同放电电压下产生的强电场下的分裂情况，在谱线展宽难以直接通过观察谱线的方法得到的情况下，借助非线性最小二乘法，分析谱线的允许分量、禁止分量和场无关分量，求出对应的波长偏移量，由此得出电场大小。根据Mason公式，在能量等效的基础上，实验结果符合理论预期，通过该方法可以实现对小空间内强电场的测量。经分析，理论与实验结果之间的偏差可能是由氦气在被击穿时产生等离子体形成的屏蔽导致。
2024, 36: 126001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240320
摘要:
在聚变包层中子学性能的实验检验中，造氚率是重要的测量参数之一，探测器中6Li原子数目作为计算造氚率的归一化因子，是决定测量结果精度的关键因素，必须进行精确标定。对6Li原子数标定原理、实验配置及过程、不确定度量化方法进行具体介绍，并首次在中国绵阳研究堆（CMRR）的M5水平孔道以锗单晶单色器获得32.36 meV中子对小型锂玻璃探测器中6Li原子数进行了标定，不确定度为2.62%。
在聚变包层中子学性能的实验检验中，造氚率是重要的测量参数之一，探测器中6Li原子数目作为计算造氚率的归一化因子，是决定测量结果精度的关键因素，必须进行精确标定。对6Li原子数标定原理、实验配置及过程、不确定度量化方法进行具体介绍，并首次在中国绵阳研究堆（CMRR）的M5水平孔道以锗单晶单色器获得32.36 meV中子对小型锂玻璃探测器中6Li原子数进行了标定，不确定度为2.62%。
2024, 36: 126002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240359
摘要:
为了提高贫化铀表面耐腐蚀性能，利用三种等离子氮化技术（等离子源离子注入Plasma Source Ion Implantation——PSII、辉光放电等离子氮化Glow Discharge Plasma Nitriding——GDPN、空心阴极等离子氮化Hollow Cathode Plasma Nitriding——HCPN）在贫化铀表面制备了氮化层。通过多种材料分析手段对氮化层成分、结构、化学状态进行了分析。三种氮化层中的氮化物都以α-U2N3为主，由于金属铀与氧的亲和力较强，三种等离子氮化过程都不同程度地引入了氧杂质。PSII可以突破热力学平衡，将部分氧化物转化为氮化物。GDPN和HCPN则通过表面反应和热扩散形成氮化物层。HCPN技术对控制氧杂质有一定优势，可以显著降低氮化层中氧杂质含量。湿热腐蚀和电化学测试表明，等离子氮化可以明显提升贫化铀的抗腐蚀性能，HCPN和GDPN的提升程度要优于PSII，而HCPN技术最优。本文的研究结果可为活性金属的等离子氮化处理提供参考。
为了提高贫化铀表面耐腐蚀性能，利用三种等离子氮化技术（等离子源离子注入Plasma Source Ion Implantation——PSII、辉光放电等离子氮化Glow Discharge Plasma Nitriding——GDPN、空心阴极等离子氮化Hollow Cathode Plasma Nitriding——HCPN）在贫化铀表面制备了氮化层。通过多种材料分析手段对氮化层成分、结构、化学状态进行了分析。三种氮化层中的氮化物都以α-U2N3为主，由于金属铀与氧的亲和力较强，三种等离子氮化过程都不同程度地引入了氧杂质。PSII可以突破热力学平衡，将部分氧化物转化为氮化物。GDPN和HCPN则通过表面反应和热扩散形成氮化物层。HCPN技术对控制氧杂质有一定优势，可以显著降低氮化层中氧杂质含量。湿热腐蚀和电化学测试表明，等离子氮化可以明显提升贫化铀的抗腐蚀性能，HCPN和GDPN的提升程度要优于PSII，而HCPN技术最优。本文的研究结果可为活性金属的等离子氮化处理提供参考。
2024, 36: 126003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240156
摘要:
在中子辐射领域，中子解谱问题备受关注。邦纳多球谱仪常用于中子能谱探测，最大熵法可针对多球谱仪探测数据进行中子解谱。基于此原理，建立包含邦纳多球谱仪的仿真模型，以蒙特卡罗方法的模拟结果作为先验谱，使用基于最大熵原理的最大熵反卷积（MAXED）方法进行中子解谱，结果证明了方法的有效性和准确性。通过增加蒙特卡罗方法的随机粒子数，获得了精确度不同的多组先验谱，对于不同的先验谱，最终解谱结果均可获得统计学显著性，解谱结果有效。经过对比，先验谱越精准，最终解谱结果准确度越高，说明通过合适的降方差方法获得准确的蒙特卡罗计算结果至关重要，可为后续研究和实验提供参考。同步使用了基于迭代算法的GRAVEL方法进行中子解谱，两种解谱方法计算结果对比进一步证明了MAXED方法解谱的优越性能。
在中子辐射领域，中子解谱问题备受关注。邦纳多球谱仪常用于中子能谱探测，最大熵法可针对多球谱仪探测数据进行中子解谱。基于此原理，建立包含邦纳多球谱仪的仿真模型，以蒙特卡罗方法的模拟结果作为先验谱，使用基于最大熵原理的最大熵反卷积（MAXED）方法进行中子解谱，结果证明了方法的有效性和准确性。通过增加蒙特卡罗方法的随机粒子数，获得了精确度不同的多组先验谱，对于不同的先验谱，最终解谱结果均可获得统计学显著性，解谱结果有效。经过对比，先验谱越精准，最终解谱结果准确度越高，说明通过合适的降方差方法获得准确的蒙特卡罗计算结果至关重要，可为后续研究和实验提供参考。同步使用了基于迭代算法的GRAVEL方法进行中子解谱，两种解谱方法计算结果对比进一步证明了MAXED方法解谱的优越性能。
2024, 36: 126004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240292
摘要:
核辐射环境中，舰船、坦克的辐射屏蔽特性关乎着核安全、防护、效应评估以及决策应对等实际应用问题。瞄准舰船的核辐射屏蔽性能开展研究。针对舰船材料及典型结构，采用中子-光子耦合输运方法，定量给出中子源、γ源同时辐照下的辐射屏蔽效能。通过借助大规模并行技术，实现了该深穿透屏蔽问题的高效模拟。该辐照屏蔽研究中考虑了入射中子和γ以及次级γ粒子的综合叠加效应。通过模拟中子和γ分别入射不同厚度、不同材料壳体后的注量、剂量、能谱演化，计算获得了屏蔽体的入射中子、入射γ射线、中子和次级γ及其综合屏蔽因子，给出腔内的屏蔽因子分布规律，材料包括Fe、Al、Pb、船体材料HSLA100钢等，辐射源包括单能中子、单能γ以及核泄漏中子谱和γ谱。研究成果将为船体、坦克等的辐射防护性能的深入分析奠定基础，为核辐射效应评估、应急处理等提供理论支撑。
核辐射环境中，舰船、坦克的辐射屏蔽特性关乎着核安全、防护、效应评估以及决策应对等实际应用问题。瞄准舰船的核辐射屏蔽性能开展研究。针对舰船材料及典型结构，采用中子-光子耦合输运方法，定量给出中子源、γ源同时辐照下的辐射屏蔽效能。通过借助大规模并行技术，实现了该深穿透屏蔽问题的高效模拟。该辐照屏蔽研究中考虑了入射中子和γ以及次级γ粒子的综合叠加效应。通过模拟中子和γ分别入射不同厚度、不同材料壳体后的注量、剂量、能谱演化，计算获得了屏蔽体的入射中子、入射γ射线、中子和次级γ及其综合屏蔽因子，给出腔内的屏蔽因子分布规律，材料包括Fe、Al、Pb、船体材料HSLA100钢等，辐射源包括单能中子、单能γ以及核泄漏中子谱和γ谱。研究成果将为船体、坦克等的辐射防护性能的深入分析奠定基础，为核辐射效应评估、应急处理等提供理论支撑。
2024, 36: 129001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240333
摘要:
利用傅里叶红外光谱仪开展了短波红外波段上辐射定标方法和连续整层大气透过率的测量研究。由于在短波红外波段（0.9～2.2 μm）上存在多个强吸收波段，导致常用的Langley法存在较大误差，且改进的Langley法对于强吸收波段的定标处理也无法得到较好的结果。为满足短波红外全波段上整层大气透过率的高精度测量要求，提出了一种改进的大气透过率计算方法，先利用Langley定标法得到非吸收波段的仪器定标值和响应函数K再结合仪器定标值与大气顶层太阳辐照度的关系确定仪器定标值，得到短波红外全波段上整层大气透过率。利用该方法得到的0.9～2.2 μm波段上整层连续大气透过率的结果，与中等分辨率大气辐射传输计算模型软件CART计算结果对比，相对误差最大为6.3%，平均误差小于2.5%。
利用傅里叶红外光谱仪开展了短波红外波段上辐射定标方法和连续整层大气透过率的测量研究。由于在短波红外波段（0.9～2.2 μm）上存在多个强吸收波段，导致常用的Langley法存在较大误差，且改进的Langley法对于强吸收波段的定标处理也无法得到较好的结果。为满足短波红外全波段上整层大气透过率的高精度测量要求，提出了一种改进的大气透过率计算方法，先利用Langley定标法得到非吸收波段的仪器定标值和响应函数K再结合仪器定标值与大气顶层太阳辐照度的关系确定仪器定标值，得到短波红外全波段上整层大气透过率。利用该方法得到的0.9～2.2 μm波段上整层连续大气透过率的结果，与中等分辨率大气辐射传输计算模型软件CART计算结果对比，相对误差最大为6.3%，平均误差小于2.5%。
2024, 36: 129002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240069
摘要:
为提高核退役设施辐射测量效率、减少测量人员遭受放射性照射的风险,设计了一种面向多无人车编队辐射巡测控制系统。首先，采用领航-跟随编队策略，控制机器人以预定队形行进，同时实时采集每个无人车在编队行进过程中巡测到的辐射强度信息以及它们各自的位置数据，初步分析环境内部的辐射分布状况。其次，利用辐射强度与位置信息，运用马尔科夫链蒙特卡罗方法对放射源参数进行估计。仿真结果表明，无人车编队不仅可以在辐射环境下按照自动规划的路径运动并对放射源位置进行参数估计，且行进过程中距离误差为0～0.055 m，观测角误差为0～0.035 rad。
为提高核退役设施辐射测量效率、减少测量人员遭受放射性照射的风险,设计了一种面向多无人车编队辐射巡测控制系统。首先，采用领航-跟随编队策略，控制机器人以预定队形行进，同时实时采集每个无人车在编队行进过程中巡测到的辐射强度信息以及它们各自的位置数据，初步分析环境内部的辐射分布状况。其次，利用辐射强度与位置信息，运用马尔科夫链蒙特卡罗方法对放射源参数进行估计。仿真结果表明，无人车编队不仅可以在辐射环境下按照自动规划的路径运动并对放射源位置进行参数估计，且行进过程中距离误差为0～0.055 m，观测角误差为0～0.035 rad。
2024, 36: 124003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240175
摘要:
基于蒙特卡罗方法建立了单环及双环平行电子束轰击钽靶模型，以此模拟环形二极管产生轫致辐射场的过程。模型选用电子束能量为1.5 MeV，钽金属靶厚度为200 μm，并采用探测器计数方法对单环电子束在靶后10 cm产生的轫致辐射场剂量进行模拟研究。对于单环二极管结构，环内径是影响靶后轫致辐射场均匀性的主要因素，内径越大，中心剂量均匀性越差。相比环内径，环宽则主要影响辐射场的剂量大小，对于均匀性的影响较小。当单环内径为19 cm、外径为20 cm时，能得到最大面积为2 290.221 cm2的均匀辐射场。双环二极管结构对比单环结构能得到更大面积的均匀辐射场。但外环环径的变化会导致辐射场剂量分布出现多级峰值，同时对辐射场各个区域的均匀性造成影响。模拟结果表明，通过在上述单环结构外侧添加内径为43.5 cm、外径为44.167 cm的同心外环，可将满足均匀度要求的辐射场面积增大至7 238.229 cm2。
基于蒙特卡罗方法建立了单环及双环平行电子束轰击钽靶模型，以此模拟环形二极管产生轫致辐射场的过程。模型选用电子束能量为1.5 MeV，钽金属靶厚度为200 μm，并采用探测器计数方法对单环电子束在靶后10 cm产生的轫致辐射场剂量进行模拟研究。对于单环二极管结构，环内径是影响靶后轫致辐射场均匀性的主要因素，内径越大，中心剂量均匀性越差。相比环内径，环宽则主要影响辐射场的剂量大小，对于均匀性的影响较小。当单环内径为19 cm、外径为20 cm时，能得到最大面积为
2024, 36: 126005.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240095
摘要:
闪光放疗使用超高剂量率在毫秒时间内将剂量全部注入靶区，其超高剂量率使现有的在线剂量计基本失效，目前通常使用辐射显色胶片来测量剂量。基于中国工程物理研究院应用电子学研究所研制的电子加速器搭建了电子FLASH放疗平台，基于EBT3胶片的快速读出方法，研究了此平台的剂量率范围及剂量分布。实验结果表明，EBT3胶片的快速读出方法可用于电子FLASH放疗的剂量测量，在源皮距100 cm及深度1 cm处剂量率在240～290 Gy/s之间；电子束到达模体表面的平均能量的波动会导致靶区约±5%的剂量波动；面剂量分布满足平坦性在±5%以内和对称性在±3%以内的要求。
闪光放疗使用超高剂量率在毫秒时间内将剂量全部注入靶区，其超高剂量率使现有的在线剂量计基本失效，目前通常使用辐射显色胶片来测量剂量。基于中国工程物理研究院应用电子学研究所研制的电子加速器搭建了电子FLASH放疗平台，基于EBT3胶片的快速读出方法，研究了此平台的剂量率范围及剂量分布。实验结果表明，EBT3胶片的快速读出方法可用于电子FLASH放疗的剂量测量，在源皮距100 cm及深度1 cm处剂量率在240～290 Gy/s之间；电子束到达模体表面的平均能量的波动会导致靶区约±5%的剂量波动；面剂量分布满足平坦性在±5%以内和对称性在±3%以内的要求。
