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2024, 36: 106002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240207
2024, 36: 105001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240136
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240330
摘要:
基于雪崩晶体管的Marx电路常用于产生高压纳秒脉冲，输出波形通常具有前沿时间百ps量级、指数型放电后沿、kV级输出电压等特征。然而这种电路结构的典型输出波形后沿通常存在振荡或畸变；Marx电路的储能电容较大时，波形前沿还会出现尖峰振荡；已有研究对此关注较少或将其归因于电路杂散参数、阻抗匹配的影响。从雪崩晶体管动态导通过程的角度进行了仿真分析，并对储能电容取值、Marx电路级数、充电电压等因素的影响开展了实验研究。结果表明，雪崩晶体管自身过压导通状态是引起波形振荡的关键因素；储能电容越大、Marx级数越低、充电电压越小，则振荡的现象越明显，振荡幅值甚至能够高于晶体管雪崩击穿形成的快前沿尖峰，此时快前沿尖峰即体现为波形前沿上的振荡。通过调整Marx电路储能电容大小、优化微带线结构等方式可改善输出波形振荡。
基于雪崩晶体管的Marx电路常用于产生高压纳秒脉冲，输出波形通常具有前沿时间百ps量级、指数型放电后沿、kV级输出电压等特征。然而这种电路结构的典型输出波形后沿通常存在振荡或畸变；Marx电路的储能电容较大时，波形前沿还会出现尖峰振荡；已有研究对此关注较少或将其归因于电路杂散参数、阻抗匹配的影响。从雪崩晶体管动态导通过程的角度进行了仿真分析，并对储能电容取值、Marx电路级数、充电电压等因素的影响开展了实验研究。结果表明，雪崩晶体管自身过压导通状态是引起波形振荡的关键因素；储能电容越大、Marx级数越低、充电电压越小，则振荡的现象越明显，振荡幅值甚至能够高于晶体管雪崩击穿形成的快前沿尖峰，此时快前沿尖峰即体现为波形前沿上的振荡。通过调整Marx电路储能电容大小、优化微带线结构等方式可改善输出波形振荡。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240328
摘要:
超导托卡马克装置通过极高的磁场来约束高温等离子体，以实现可控核聚变反应。为了保证超导磁体的安全运行，失超保护系统中需要爆炸开关实现至关重要的后备保护。对15 kV爆炸开关中最关键的电流触头进行了建模，针对爆炸及触头开断过程进行了数值分析，计算了触头分断所需要的爆轰压力，以及爆炸产生的压力分布规律。通过试验验证了数值模拟的准确性，这为爆炸开关的理论设计提供了基础。
超导托卡马克装置通过极高的磁场来约束高温等离子体，以实现可控核聚变反应。为了保证超导磁体的安全运行，失超保护系统中需要爆炸开关实现至关重要的后备保护。对15 kV爆炸开关中最关键的电流触头进行了建模，针对爆炸及触头开断过程进行了数值分析，计算了触头分断所需要的爆轰压力，以及爆炸产生的压力分布规律。通过试验验证了数值模拟的准确性，这为爆炸开关的理论设计提供了基础。
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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，与文献数据对比验证后，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，与文献数据对比验证后，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。
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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%。
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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形成，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形成，且具有更高的对比度，在实验上更容易实现。
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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2290.221 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7238.229 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
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240305
摘要:
为实现脉冲驱动源气体主开关的精确控制技术，研制了基于电晕稳定机理的气体触发开关，并对稳定电晕放电过程以及高能逃逸电子对击穿稳定性的影响进行分析，揭示了抑制高能逃逸电子产生有助于增加气体开关自击穿稳定性的机制。从气体介质和电场条件两个方面进行实验研究，对比该型气体开关的自击穿稳定性，实验结果表明：在气压0.06 MPa至0.56 MPa范围内，气体开关充15%SF6/N2混合气体，其自击穿离散度不超过6%，最低可达1.4%；当SF6/N2混合气体内的电负性气体占比小于30%时，气体开关的自击穿电压离散度保持在2%~4%范围内；在充电电压小于1800 V范围内，改变间隙内电场的时域变化速度，可降低自击穿电压的离散度，当电压上升速度为12.4 kV/μs时，自击穿电压为242 kV，离散度为0.2%；在0.3 MPa的15%SF6/N2混合气体内，降低触发极尖端的场不均匀系数，击穿稳定性未得到明显改善，但是在电场时域变化速度增加时，自击穿电压离散度依然可以保持在1%以下；利用沟槽型触发极代替楔形触发极，击穿电压离散度最低可达0.15%，且击穿电压稳定在248 kV附近。
为实现脉冲驱动源气体主开关的精确控制技术，研制了基于电晕稳定机理的气体触发开关，并对稳定电晕放电过程以及高能逃逸电子对击穿稳定性的影响进行分析，揭示了抑制高能逃逸电子产生有助于增加气体开关自击穿稳定性的机制。从气体介质和电场条件两个方面进行实验研究，对比该型气体开关的自击穿稳定性，实验结果表明：在气压0.06 MPa至0.56 MPa范围内，气体开关充15%SF6/N2混合气体，其自击穿离散度不超过6%，最低可达1.4%；当SF6/N2混合气体内的电负性气体占比小于30%时，气体开关的自击穿电压离散度保持在2%~4%范围内；在充电电压小于
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240321
摘要:
光斑是影响光导开关导通特性的重要因素之一。探索了激光能量分布对光导开关输出特性的影响，分别采用高斯光和平顶光对同一GaN光导开关导通特性进行了对比测试。结果表明，由于平顶光具有更均匀的能量分布，相比于高斯光触发，在相同外加偏置电压（800 V）下，电压转换效率提升了6.8%。在激光能量为500 μJ时的平顶光触发下进行了加压测试，最大峰值输出电压为4550 V，此时输出功率达到414 kW，上升时间为420 ps，下降时间为5 ns，导通电阻为13.7 Ω。
光斑是影响光导开关导通特性的重要因素之一。探索了激光能量分布对光导开关输出特性的影响，分别采用高斯光和平顶光对同一GaN光导开关导通特性进行了对比测试。结果表明，由于平顶光具有更均匀的能量分布，相比于高斯光触发，在相同外加偏置电压（800 V）下，电压转换效率提升了6.8%。在激光能量为500 μJ时的平顶光触发下进行了加压测试，最大峰值输出电压为
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240325
摘要:
电触发真空沿面闪络开关(VSFS)具有高导通速度、高绝缘恢复速度、体积小、结构简单等优点，适合于高电压、高功率转换的场合。导通速度和稳定性是VSFS输出性能的重要指标，其影响因素的研究决定了VSFS的优化方向。研究了结构、材料、触发极性对真空沿面闪络开关的输出性能影响。结果表明，体式结构相较于片式结构导通速度更快、更稳定。钛酸钡介质和氮化铝介质具有稳定的脉冲击穿电压，适合作为触发介质。石英的直流耐压高，适合作为主间隙介质。正触发方式下开关的输出指标要优于负触发。
电触发真空沿面闪络开关(VSFS)具有高导通速度、高绝缘恢复速度、体积小、结构简单等优点，适合于高电压、高功率转换的场合。导通速度和稳定性是VSFS输出性能的重要指标，其影响因素的研究决定了VSFS的优化方向。研究了结构、材料、触发极性对真空沿面闪络开关的输出性能影响。结果表明，体式结构相较于片式结构导通速度更快、更稳定。钛酸钡介质和氮化铝介质具有稳定的脉冲击穿电压，适合作为触发介质。石英的直流耐压高，适合作为主间隙介质。正触发方式下开关的输出指标要优于负触发。
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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，初步地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洛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，初步地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洛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。
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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
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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。
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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。
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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/HPLPB202436.240329
摘要:
介绍了基于分数比可饱和脉冲变压器的一体化磁开关组成及其工作原理，可实现固态磁开关、脉冲调制以及电压升压等功能，并给出了该一体化磁开关的三种典型应用，一是应用在高压脉冲触发器中，可实现触发器电压大于100 kV，30 Hz重复频率下抖动小于5 ns；二是用于微秒准方波产生，实现了电压幅值大于50 kV，100 Hz长时间运行；三是作为低阻脉冲形成线的主开关，利用双开关调制产生百纳秒方波脉冲，以实现脉冲功率装置的轻量化。基于分数比可饱和脉冲变压器的一体化磁开关是一种将磁开关和脉冲变压器集成紧凑的脉冲功率器件，能够兼顾变压器高升压比和磁开关低次级饱和电感，对实现脉冲功率器件的固态化、集成紧凑化具有重要的意义。
介绍了基于分数比可饱和脉冲变压器的一体化磁开关组成及其工作原理，可实现固态磁开关、脉冲调制以及电压升压等功能，并给出了该一体化磁开关的三种典型应用，一是应用在高压脉冲触发器中，可实现触发器电压大于100 kV，30 Hz重复频率下抖动小于5 ns；二是用于微秒准方波产生，实现了电压幅值大于50 kV，100 Hz长时间运行；三是作为低阻脉冲形成线的主开关，利用双开关调制产生百纳秒方波脉冲，以实现脉冲功率装置的轻量化。基于分数比可饱和脉冲变压器的一体化磁开关是一种将磁开关和脉冲变压器集成紧凑的脉冲功率器件，能够兼顾变压器高升压比和磁开关低次级饱和电感，对实现脉冲功率器件的固态化、集成紧凑化具有重要的意义。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240316
摘要:
针对加速器传统闸流管半正弦冲击磁铁脉冲电源的低重频以及短寿命问题，研制了一种基于LC谐振放电的半正弦感应叠加脉冲电源。脉冲的产生由两种开关配合控制，变压器初级IGBT作为主动脉冲开启开关，次级高压硅堆作为被动脉冲关断开关，这种设计提高了有较长关断延时的大功率IGBT在窄脉冲应用的可能性。电源利用变压器磁芯饱和的特性，通过感应叠加初级二次反向谐振实现储能电容能量的自回收，降低了电路的充电时间以及热损耗。通过结合PSpice软件仿真和电路实验，研制出了一台5级叠加的脉冲电源原理样机。测试结果表明，相较于传统闸流管半正弦脉冲电源，该脉冲电源可实现更高的脉冲重复频率以及更低的功率损耗，可为加速器半正弦冲击磁铁系统提供更多设计选择方案。
针对加速器传统闸流管半正弦冲击磁铁脉冲电源的低重频以及短寿命问题，研制了一种基于LC谐振放电的半正弦感应叠加脉冲电源。脉冲的产生由两种开关配合控制，变压器初级IGBT作为主动脉冲开启开关，次级高压硅堆作为被动脉冲关断开关，这种设计提高了有较长关断延时的大功率IGBT在窄脉冲应用的可能性。电源利用变压器磁芯饱和的特性，通过感应叠加初级二次反向谐振实现储能电容能量的自回收，降低了电路的充电时间以及热损耗。通过结合PSpice软件仿真和电路实验，研制出了一台5级叠加的脉冲电源原理样机。测试结果表明，相较于传统闸流管半正弦脉冲电源，该脉冲电源可实现更高的脉冲重复频率以及更低的功率损耗，可为加速器半正弦冲击磁铁系统提供更多设计选择方案。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240005
摘要:
开关触发前发生的低概率自击穿故障，是制约直线变压器驱动源（LTD）技术发展和工程应用的主要因素。针对多间隙气体开关的自放电概率展开研究，设计了简化结构的气体开关来测量更高气压下的自击穿电压；推导了考虑间隙分压不均的开关自击穿电压累积分布函数，计算LTD工作气压下的多间隙开关自击穿电压分布特性并进行实验验证；通过超越阈值方法对低工作系数下的小概率自放电事件进行威布尔分布拟合，得到自放电概率估计值；对气体开关开展了万发次考核实验，得到自放电概率测量值。结果表明：开关的自击穿电压分散性随着气压升高而增加，测量低气压下的自击穿电压无法外推得到实际工作高气压条件下的自放电概率；开关工作系数为65%和60%时，气体开关的自放电概率估计值为\begin{document}$1.44 \times {10^{ - 4}}$\end{document} ![]()
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开关触发前发生的低概率自击穿故障，是制约直线变压器驱动源（LTD）技术发展和工程应用的主要因素。针对多间隙气体开关的自放电概率展开研究，设计了简化结构的气体开关来测量更高气压下的自击穿电压；推导了考虑间隙分压不均的开关自击穿电压累积分布函数，计算LTD工作气压下的多间隙开关自击穿电压分布特性并进行实验验证；通过超越阈值方法对低工作系数下的小概率自放电事件进行威布尔分布拟合，得到自放电概率估计值；对气体开关开展了万发次考核实验，得到自放电概率测量值。结果表明：开关的自击穿电压分散性随着气压升高而增加，测量低气压下的自击穿电压无法外推得到实际工作高气压条件下的自放电概率；开关工作系数为65%和60%时，气体开关的自放电概率估计值为
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240213
摘要:
磁开关具有高功率、高重频、高稳定、长寿命等特点，在脉冲功率领域得到了重要应用。首先，介绍了磁开关技术的发展现状。然后，建立了一种磁开关场路协同仿真模型，分析了不同脉冲宽度下磁开关的磁场扩散及饱和动态特性、层间绝缘特性和损耗特性等；研究了磁芯几何结构对磁开关动态特性的影响。最后，阐述了磁开关技术在固态化高功率脉冲驱动源的应用，以及两路脉冲源合成时磁开关的同步技术。
磁开关具有高功率、高重频、高稳定、长寿命等特点，在脉冲功率领域得到了重要应用。首先，介绍了磁开关技术的发展现状。然后，建立了一种磁开关场路协同仿真模型，分析了不同脉冲宽度下磁开关的磁场扩散及饱和动态特性、层间绝缘特性和损耗特性等；研究了磁芯几何结构对磁开关动态特性的影响。最后，阐述了磁开关技术在固态化高功率脉冲驱动源的应用，以及两路脉冲源合成时磁开关的同步技术。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240291
摘要:
开关电容器组成的初级放电支路是快脉冲直线变压器（FLTD）的基本单元，在输出电流幅值和前沿不变的前提下，降低单元回路电感可有效减少放电支路及气体开关的使用数量，从而提高FLTD的整体可靠性。因此，设法降低初级支路电感是FLTD关键技术。基于开关电容一体化技术研制了一台低电感FLTD初级放电单元，采用环形高压脉冲电容器作为能量储能元件，其工作电压100 kV，电容量39.6 nF，内电感8.8 nH。实验测试了初级放电单元的工作特性，结果表明：在±50 kV工作电压下，初级放电单元的短路电流幅值40 kA，前沿50 ns，回路电感为101 nH；在±80 kV工作电压下，初级放电单元对匹配负载的输出电流幅值为30 kA，前沿66 ns。
开关电容器组成的初级放电支路是快脉冲直线变压器（FLTD）的基本单元，在输出电流幅值和前沿不变的前提下，降低单元回路电感可有效减少放电支路及气体开关的使用数量，从而提高FLTD的整体可靠性。因此，设法降低初级支路电感是FLTD关键技术。基于开关电容一体化技术研制了一台低电感FLTD初级放电单元，采用环形高压脉冲电容器作为能量储能元件，其工作电压100 kV，电容量39.6 nF，内电感8.8 nH。实验测试了初级放电单元的工作特性，结果表明：在±50 kV工作电压下，初级放电单元的短路电流幅值40 kA，前沿50 ns，回路电感为101 nH；在±80 kV工作电压下，初级放电单元对匹配负载的输出电流幅值为30 kA，前沿66 ns。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240141
摘要:
高功率容量的气体开关是国内外大型脉冲功率装置的首选，但因气体放电随机性导致的自击穿电压抖动一直以来是脉冲功率装置的瓶颈问题。电极是影响气体开关稳定性和寿命的关键，开关设计总要面临低抖动和长寿命之间的取舍，提出一种兼顾低抖动、长寿命特性的球墨铸铁气体开关。基于对球墨铸铁材料的特性分析，提出球墨均布于电极有利于提高气体开关击穿稳定性的机制，且球状石墨均布于整个电极体内，相比表面结构，具有长寿命的原生优势。设计开展了单级开关稳定性测试实验，结果表明球墨铸铁电极可将传统电极结构3%～4%的重频自击穿抖动有效降低至2.5%。最终利用低抖动球墨电极，设计了5级1 MV等自击穿概率型全密封气体开关，开关抖动进一步降低至2%以下。在测试电压范围960～980 kV，放电电流约9 kA，无维护条件下开展了开关30万脉冲寿命考核，自击穿抖动维持在2%以下，最优达1.7%。开关导通前沿小于5 ns，传输效率大于90%。此结果展现了球墨铸铁作为气体开关电极的应用潜力。
高功率容量的气体开关是国内外大型脉冲功率装置的首选，但因气体放电随机性导致的自击穿电压抖动一直以来是脉冲功率装置的瓶颈问题。电极是影响气体开关稳定性和寿命的关键，开关设计总要面临低抖动和长寿命之间的取舍，提出一种兼顾低抖动、长寿命特性的球墨铸铁气体开关。基于对球墨铸铁材料的特性分析，提出球墨均布于电极有利于提高气体开关击穿稳定性的机制，且球状石墨均布于整个电极体内，相比表面结构，具有长寿命的原生优势。设计开展了单级开关稳定性测试实验，结果表明球墨铸铁电极可将传统电极结构3%～4%的重频自击穿抖动有效降低至2.5%。最终利用低抖动球墨电极，设计了5级1 MV等自击穿概率型全密封气体开关，开关抖动进一步降低至2%以下。在测试电压范围960～980 kV，放电电流约9 kA，无维护条件下开展了开关30万脉冲寿命考核，自击穿抖动维持在2%以下，最优达1.7%。开关导通前沿小于5 ns，传输效率大于90%。此结果展现了球墨铸铁作为气体开关电极的应用潜力。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240206
摘要:
12级串联太瓦级直线型变压器驱动源（LTD）采用内置时序触发新方法，对触发支路气体开关提出了低自放概率、低触发阈值、低抖动、触发延时可调的技术要求。介绍了自行研制的基于电阻均压/电晕辅助触发技术的气体开关结构和工作原理；建立了气体开关特性测试平台，完成了12只气体开关的老练和击穿特性测试；开关应用于12级LTD脉冲源级联触发实验，获得了不同工作电压、工作系数下的触发特性参数。实验结果表明：开关工作电压±60～±80 kV，工作系数60%～80%，抖动小于2 ns，500余发实验未发生自放电，实现了12级LTD脉冲源触发支路按理想时序依次导通，触发时序系数0.83～1.17范围内可调。
12级串联太瓦级直线型变压器驱动源（LTD）采用内置时序触发新方法，对触发支路气体开关提出了低自放概率、低触发阈值、低抖动、触发延时可调的技术要求。介绍了自行研制的基于电阻均压/电晕辅助触发技术的气体开关结构和工作原理；建立了气体开关特性测试平台，完成了12只气体开关的老练和击穿特性测试；开关应用于12级LTD脉冲源级联触发实验，获得了不同工作电压、工作系数下的触发特性参数。实验结果表明：开关工作电压±60～±80 kV，工作系数60%～80%，抖动小于2 ns，500余发实验未发生自放电，实现了12级LTD脉冲源触发支路按理想时序依次导通，触发时序系数0.83～1.17范围内可调。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240234
摘要:
层叠Blumlein脉冲发生器具有灵活紧凑的优点，但由于开关隔离问题没有得到广泛运用。本文设计了一种集成隔离全固态层叠Blumlein脉冲发生器，利用4绕组共模电感为脉冲形成网络充电、驱动供电和高电压隔离的器件，解决了半导体开关应用于层叠Blumlein脉冲发生器的问题。首先介绍了隔离的原理，设计了包含共模电感和同步光触发隔离组件，以及基于IGBT开关阵列的Blumlein脉冲形成网络，分析了层叠Blumlein脉冲发生器的充放电过程；其次，对设计的Blumlein脉冲形成网络与层叠Blumlein脉冲发生器进行电路仿真；搭建了8级层叠Blumlein脉冲发生器，在匹配负载上实验得到电压30.0 kV、电流604 A、脉宽237 ns的方波脉冲。
层叠Blumlein脉冲发生器具有灵活紧凑的优点，但由于开关隔离问题没有得到广泛运用。本文设计了一种集成隔离全固态层叠Blumlein脉冲发生器，利用4绕组共模电感为脉冲形成网络充电、驱动供电和高电压隔离的器件，解决了半导体开关应用于层叠Blumlein脉冲发生器的问题。首先介绍了隔离的原理，设计了包含共模电感和同步光触发隔离组件，以及基于IGBT开关阵列的Blumlein脉冲形成网络，分析了层叠Blumlein脉冲发生器的充放电过程；其次，对设计的Blumlein脉冲形成网络与层叠Blumlein脉冲发生器进行电路仿真；搭建了8级层叠Blumlein脉冲发生器，在匹配负载上实验得到电压30.0 kV、电流604 A、脉宽237 ns的方波脉冲。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240149
摘要:
用大气压空气下的场畸变火花开关组建一套纳秒脉冲电源，研究了开关不同重复频率（从50 Hz到1300 Hz）触发击穿时的电压工作范围以及吹气的影响，用高压探头和数字示波器记录电压波形。实验结果表明，开关稳定工作（电压低于30 kV、电流峰值小于300 A）的最高重复频率为1300 Hz，因开关击穿后绝缘未完全恢复，稳定工作的最高工作电压\begin{document}$ {V}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $\end{document} ![]()
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1300 Hz时很小，大约只有0.5 kV，这是因为高频时绝缘水平低，触发脉冲对击穿电压的降低作用不明显，因此触发条件下的实际工作电压更接近当前的自击穿电压。吹气可以加快气体绝缘恢复，提高最高和最低工作电压。若开关的最高工作电压为工作前自击穿电压30 kV的90%以上，则不吹气时重复频率低于50 Hz，吹气时最高能到500 Hz。
用大气压空气下的场畸变火花开关组建一套纳秒脉冲电源，研究了开关不同重复频率（从50 Hz到
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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，结果表明其具有百皮秒～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。
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，结果表明其具有百皮秒～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。
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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）。
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）。
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2024, 36: 101001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240268
摘要:
面向高端特种光纤激光器研制需求，突破限制光纤激光器系统功率输出和性能提升的技术瓶颈，中国工程物理研究院化工材料研究所高功率光纤激光技术所地联合创新中心团队采用模式裁剪制备工艺技术，率先推出了国内首创、特别适合976 nm-LD端面泵浦方式（976技术路线）的第1.5代YDF特种激光光纤，有效提升了光纤激光系统的模式不稳定阈值（TMI），显著优化了激光输出的光束质量。相对于目前普遍使用的第1.0代铝磷硅三元体系光纤（Yb-APS），第1.5代YDF特种激光光纤的激光功率提升约20%，光束质量M2优化约20%，集中展现了高功率、高效率、高TMI阈值、M2优化的“三高一优”的技术特点，可供工业市场高端客户选择和强激光技术领域应用。
2024, 36: 102001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240097
摘要:
为了解决百ns级可见光条纹相机时空非线性标定需求，提出了通过构建一个时空二维分布的等间距标准光场快速标定条纹相机二维非线性的设想。通过序列脉冲光构造技术获得时间维度间距相等的参考点；通过光场空间调制技术获得空间维度间距相等的参考点。分析了序列脉冲光和光学系统的设计准则，基于该准则研制了一套可见光条纹相机二维非线性快速标定系统。该系统的时间分辨可达0.1 ns、空间分辨小于90 μm。基于该系统，通过单次扫描成像高效标定了国产某型条纹相机的扫描非线性、时间弥散、时间畸变和几何像差等非线性信息。此外，利用该系统对不同电路的扫描非线性进行了分析验证。该标定系统快速验证了双边扫描电路有利于优化扫描非线性。分析验证结果表明，该标定技术通过单次扫描即可对条纹相机的非线性参数进行标定。
为了解决百ns级可见光条纹相机时空非线性标定需求，提出了通过构建一个时空二维分布的等间距标准光场快速标定条纹相机二维非线性的设想。通过序列脉冲光构造技术获得时间维度间距相等的参考点；通过光场空间调制技术获得空间维度间距相等的参考点。分析了序列脉冲光和光学系统的设计准则，基于该准则研制了一套可见光条纹相机二维非线性快速标定系统。该系统的时间分辨可达0.1 ns、空间分辨小于90 μm。基于该系统，通过单次扫描成像高效标定了国产某型条纹相机的扫描非线性、时间弥散、时间畸变和几何像差等非线性信息。此外，利用该系统对不同电路的扫描非线性进行了分析验证。该标定系统快速验证了双边扫描电路有利于优化扫描非线性。分析验证结果表明，该标定技术通过单次扫描即可对条纹相机的非线性参数进行标定。
2024, 36: 103001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240246
摘要:
为了实现透镜阵列天线所需的移相范围，设计了两种不同的单元结构，通过优化参数，在保证良好的传输幅值的基础上实现相移范围的互补。为了探索在高功率微波系统应用，对两种单元的功率容量也开展了详细研究。在无限周期情况下，随着单元尺寸变化，单元功率容量范围为1.08～19.37 MW；通过研制口径为315 mm×315 mm的透镜天线来构建有限周期条件，并仿真计算得到该天线最大功率容量为226.553 MW，功率密度可以达到2283.23 W/mm2，并且该天线在中心频点10 GHz处峰值增益可达到29.37 dBi，口径效率为62.43%，副瓣电平约为−21.54 dBi。结果表明所提出单元的有效性与正确性，也说明设计的透镜阵列天线不仅具有良好的辐射特性，同时具有MW量级的功率容量。
为了实现透镜阵列天线所需的移相范围，设计了两种不同的单元结构，通过优化参数，在保证良好的传输幅值的基础上实现相移范围的互补。为了探索在高功率微波系统应用，对两种单元的功率容量也开展了详细研究。在无限周期情况下，随着单元尺寸变化，单元功率容量范围为1.08～19.37 MW；通过研制口径为315 mm×315 mm的透镜天线来构建有限周期条件，并仿真计算得到该天线最大功率容量为226.553 MW，功率密度可以达到
2024, 36: 103002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240155
摘要:
输出耦合器作为速调管关键部件，其性能直接关系到速调管的整体表现。然而，耦合器故障却是速调管及多种真空电子设备中最为常见的问题之一，特别是在高连续波功率运行场景下，这一问题更为突出。针对连续波650 MHz/800 kW高效率速调管，对输出耦合器进行优化设计，并在单注和多注速调管耦合器测试方面取得了重要突破：单注速调管输出耦合器在连续波模式下的测试功率已达到690 kW以上，为了进一步增加功率容量，采用T-bar结构过渡，并对耦合器进行优化设计，使陶瓷附近电场分布更均匀；而多注速调管矩形波导窗输出耦合器最高测试功率达到全驻波115 kW。此外，通过对耦合器的结构、材料以及散热方式进行分析与优化，积极探索提升耦合器功率容量的多种可能途径，进一步增强了速调管的稳定性和可靠性。
输出耦合器作为速调管关键部件，其性能直接关系到速调管的整体表现。然而，耦合器故障却是速调管及多种真空电子设备中最为常见的问题之一，特别是在高连续波功率运行场景下，这一问题更为突出。针对连续波650 MHz/800 kW高效率速调管，对输出耦合器进行优化设计，并在单注和多注速调管耦合器测试方面取得了重要突破：单注速调管输出耦合器在连续波模式下的测试功率已达到690 kW以上，为了进一步增加功率容量，采用T-bar结构过渡，并对耦合器进行优化设计，使陶瓷附近电场分布更均匀；而多注速调管矩形波导窗输出耦合器最高测试功率达到全驻波115 kW。此外，通过对耦合器的结构、材料以及散热方式进行分析与优化，积极探索提升耦合器功率容量的多种可能途径，进一步增强了速调管的稳定性和可靠性。
2024, 36: 103003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240148
摘要:
由于行波管工作时无法直接测量阴极温度，目前主要通过组件测温和电子枪热仿真确定阴极工作温度。热辐射不仅是电子枪热量传递的主要途径之一，也是产生热损耗的主要因素，因而热辐射是电子枪热分析不可忽略的因素。对热损耗进行了定量分析，考虑了接触热阻和热损耗，建立了全面的热辐射边界，对阴极-热屏组件进行热仿真，通过调整零件表面发射率拟合了阴极-热屏组件测温实验数据曲线，得到了行波管电子枪高温区域零件表面的发射率，分析了热损耗、零件表面发射率对阴极温度的影响，并通过电子枪热平衡实验验证了所得发射率数值的正确性，进而得到了更准确的电子枪温度分布云图。研究表明，阴极温度950～1100 ℃时其表面发射率为0.65；电子枪零件表面发射率越大，阴极温度越低，阴极筒表面发射率对阴极温度影响最大；温度越高热子热损耗越大，不考虑热损耗仿真得到的阴极表面温度偏高14.4～17.5 ℃；组件测温得到的阴极表面温度比整管时高42～62 ℃。
由于行波管工作时无法直接测量阴极温度，目前主要通过组件测温和电子枪热仿真确定阴极工作温度。热辐射不仅是电子枪热量传递的主要途径之一，也是产生热损耗的主要因素，因而热辐射是电子枪热分析不可忽略的因素。对热损耗进行了定量分析，考虑了接触热阻和热损耗，建立了全面的热辐射边界，对阴极-热屏组件进行热仿真，通过调整零件表面发射率拟合了阴极-热屏组件测温实验数据曲线，得到了行波管电子枪高温区域零件表面的发射率，分析了热损耗、零件表面发射率对阴极温度的影响，并通过电子枪热平衡实验验证了所得发射率数值的正确性，进而得到了更准确的电子枪温度分布云图。研究表明，阴极温度950～
2024, 36: 103004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240226
摘要:
基于输入微波与腔体耦合的等效电路模型，对于任意的腔体和电子束参数，建立了任意的输入微波与腔体耦合的速调管放大器输入腔的两种匹配状态的理论。建立了带有互感和电子束等效电阻和电容等参数的输入腔等效电路模型，推导了入射功率与反射功率的表达式，以及输入微波与带有电子束的输入腔耦合的完全匹配状态和任意的耦合这两种情形时输入功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配状态时输入微波工作频率与输入腔有载品质因数的表达式。推导了复耦合系数等于1时输入腔外观品质因数与热腔品质因数的表达式，得出了当工作频率等于输入腔谐振频率，输入腔外观品质因数与热腔品质因数相等，且满足电子束等效电容远小于1时接近达到匹配状态，与传统理论基本一致。通过对比两种状态时的入射功率，得出了匹配状态时的入射功率小于复耦合系数等于1时入射功率的结论。通过对比复耦合系数等于1时新理论和传统理论的入射功率，得出不考虑电子束等效电容情况下两者相等的结论。采用二维粒子模拟的模型与匹配理论进行了对比，粒子模拟与理论基本一致。根据匹配理论找到了接近匹配状态的工作频率与有载品质因数以及较小的输入功率。
基于输入微波与腔体耦合的等效电路模型，对于任意的腔体和电子束参数，建立了任意的输入微波与腔体耦合的速调管放大器输入腔的两种匹配状态的理论。建立了带有互感和电子束等效电阻和电容等参数的输入腔等效电路模型，推导了入射功率与反射功率的表达式，以及输入微波与带有电子束的输入腔耦合的完全匹配状态和任意的耦合这两种情形时输入功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配状态时输入微波工作频率与输入腔有载品质因数的表达式。推导了复耦合系数等于1时输入腔外观品质因数与热腔品质因数的表达式，得出了当工作频率等于输入腔谐振频率，输入腔外观品质因数与热腔品质因数相等，且满足电子束等效电容远小于1时接近达到匹配状态，与传统理论基本一致。通过对比两种状态时的入射功率，得出了匹配状态时的入射功率小于复耦合系数等于1时入射功率的结论。通过对比复耦合系数等于1时新理论和传统理论的入射功率，得出不考虑电子束等效电容情况下两者相等的结论。采用二维粒子模拟的模型与匹配理论进行了对比，粒子模拟与理论基本一致。根据匹配理论找到了接近匹配状态的工作频率与有载品质因数以及较小的输入功率。
2024, 36: 103005.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240231
摘要:
The electrostatic discharge (ESD) protection circuit widely exists in the input and output ports of CMOS digital circuits, and fast rising time electromagnetic pulse (FREMP) coupled into the device not only interacts with the CMOS circuit, but also acts on the protection circuit. This paper establishes a model of on-chip CMOS electrostatic discharge protection circuit and selects square pulse as the FREMP signals. Based on multiple physical parameter models, it depicts the distribution of the lattice temperature, current density, and electric field intensity inside the device. At the same time, this paper explores the changes of the internal devices in the circuit under the injection of fast rising time electromagnetic pulse and describes the relationship between the damage amplitude threshold and the pulse width. The results show that the ESD protection circuit has potential damage risk, and the injection of FREMP leads to irreversible heat loss inside the circuit. In addition, pulse signals with different attributes will change the damage threshold of the circuit. These results provide an important reference for further evaluation of the influence of electromagnetic environment on the chip, which is helpful to carry out the reliability enhancement research of ESD protection circuit.
2024, 36: 104001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240200
摘要:
吸收法测量脉冲X射线能谱时，测量数据的微小扰动会引起重建能谱的较大波动，甚至出现不符合物理规律的负值。针对测量数据的噪声对脉冲X射线重建能谱影响较大的问题，构建了重建能谱准确性的评估方法，分析了贝叶斯迭代法对包含不同程度噪声干扰的测量数据重建能谱的准确性。通过在贝叶斯迭代法中加入平滑约束条件的方式，降低了噪声对重建能谱的影响。根据预估待测能谱的特征，提出了以能谱峰值为界分段平滑的方法，比较了整体平滑和分段平滑方法的能谱重建效果。多次求解表明，分段平滑贝叶斯迭代法的重建能谱对噪声的敏感度显著下降。设计了基于吸收法的能谱测量系统，分别利用平滑前后的贝叶斯迭代法依据实验测量数据重建能谱，结果表明，分段平滑的贝叶斯迭代法的重建能谱更接近理论能谱，重建效果更好。
吸收法测量脉冲X射线能谱时，测量数据的微小扰动会引起重建能谱的较大波动，甚至出现不符合物理规律的负值。针对测量数据的噪声对脉冲X射线重建能谱影响较大的问题，构建了重建能谱准确性的评估方法，分析了贝叶斯迭代法对包含不同程度噪声干扰的测量数据重建能谱的准确性。通过在贝叶斯迭代法中加入平滑约束条件的方式，降低了噪声对重建能谱的影响。根据预估待测能谱的特征，提出了以能谱峰值为界分段平滑的方法，比较了整体平滑和分段平滑方法的能谱重建效果。多次求解表明，分段平滑贝叶斯迭代法的重建能谱对噪声的敏感度显著下降。设计了基于吸收法的能谱测量系统，分别利用平滑前后的贝叶斯迭代法依据实验测量数据重建能谱，结果表明，分段平滑的贝叶斯迭代法的重建能谱更接近理论能谱，重建效果更好。
2024, 36: 104002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240217
摘要:
高斯噪声是闪光图像中的主要噪声，将在密度反演等后续处理中被放大，严重影响密度重建及客体边界提取结果，因此，消高斯噪声是闪光图像消噪研究的重点内容。针对闪光照相图像噪声及照相客体轴旋转对称的特点，研究了基于三维块匹配滤波（Block Matching and 3D Filtering，BM3D）的闪光照相图像消噪算法，针对闪光照相图像中难以获得更高质量相似块的缺陷，在不破坏噪声独立性的情况下，通过对含噪退化图像进行旋转与镜像操作，增加了提供相似块的图像来源。同时，通过引入图像块的灰度变换，降低了原有相似性要求中的灰度值要求，提高了形状相似的要求，增加了获得高质量相似块的能力。图像的消噪结果表明，由于相似块的质量得到保证，用于闪光图像消噪的改进BM3D方法取得了更好的消噪效果。
高斯噪声是闪光图像中的主要噪声，将在密度反演等后续处理中被放大，严重影响密度重建及客体边界提取结果，因此，消高斯噪声是闪光图像消噪研究的重点内容。针对闪光照相图像噪声及照相客体轴旋转对称的特点，研究了基于三维块匹配滤波（Block Matching and 3D Filtering，BM3D）的闪光照相图像消噪算法，针对闪光照相图像中难以获得更高质量相似块的缺陷，在不破坏噪声独立性的情况下，通过对含噪退化图像进行旋转与镜像操作，增加了提供相似块的图像来源。同时，通过引入图像块的灰度变换，降低了原有相似性要求中的灰度值要求，提高了形状相似的要求，增加了获得高质量相似块的能力。图像的消噪结果表明，由于相似块的质量得到保证，用于闪光图像消噪的改进BM3D方法取得了更好的消噪效果。
2024, 36: 105001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240136
摘要:
脉冲强磁场在高功率激光与物质相互作用领域有着重要的作用。报导了用于激光等离子体实验的脉冲强磁场设备产生的电磁干扰的空间和频谱分布特征以及屏蔽方法的实验结果。发现电磁干扰来自于脉冲强磁场设备的放电主回路、充电和接地的次级回路。这些电磁干扰主要通过电容性耦合进入真空靶室、进而通过传导型耦合途径从靶室进入电子设备，或通过充电线和接地线进入电网或弱电电缆、最终进入电子设备，部分电磁辐射通过自由空间传输方式耦合进电缆和电子设备。通过断开传导型耦合路径和屏蔽自由空间电磁辐射等途径来消弱电磁干扰，对比实验发现这些措施对抑制电磁干扰有明显的效果。这些结果可以应用于强磁场调控激光等离子体的实验研究。
脉冲强磁场在高功率激光与物质相互作用领域有着重要的作用。报导了用于激光等离子体实验的脉冲强磁场设备产生的电磁干扰的空间和频谱分布特征以及屏蔽方法的实验结果。发现电磁干扰来自于脉冲强磁场设备的放电主回路、充电和接地的次级回路。这些电磁干扰主要通过电容性耦合进入真空靶室、进而通过传导型耦合途径从靶室进入电子设备，或通过充电线和接地线进入电网或弱电电缆、最终进入电子设备，部分电磁辐射通过自由空间传输方式耦合进电缆和电子设备。通过断开传导型耦合路径和屏蔽自由空间电磁辐射等途径来消弱电磁干扰，对比实验发现这些措施对抑制电磁干扰有明显的效果。这些结果可以应用于强磁场调控激光等离子体的实验研究。
2024, 36: 105002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240176
摘要:
为了满足多领域对幅值、脉宽、波形、重复频率等参数的不同要求，基于分布式理念，提出了一种分布式全固态波形可调高压脉冲发生器。该脉冲发生器由多个结构相同的子模块构成，单个模块采用半桥结构的全固态Marx主拓扑，驱动采用磁隔离方案；每个模块具有统一设计的连接端子与通信协议，多个模块可以独立工作，也可以直接串联工作以获得更好的性能。整个装置采用分层式设计，结构紧凑。详细阐述了该发生器的电路拓扑、工作原理与波形产生方法，并搭建了3台8级基本单元的9电平试验样机，串联后可输出25级电平的单极性任意高压脉冲波形，最大输出电压达到16 kV。
为了满足多领域对幅值、脉宽、波形、重复频率等参数的不同要求，基于分布式理念，提出了一种分布式全固态波形可调高压脉冲发生器。该脉冲发生器由多个结构相同的子模块构成，单个模块采用半桥结构的全固态Marx主拓扑，驱动采用磁隔离方案；每个模块具有统一设计的连接端子与通信协议，多个模块可以独立工作，也可以直接串联工作以获得更好的性能。整个装置采用分层式设计，结构紧凑。详细阐述了该发生器的电路拓扑、工作原理与波形产生方法，并搭建了3台8级基本单元的9电平试验样机，串联后可输出25级电平的单极性任意高压脉冲波形，最大输出电压达到16 kV。
2024, 36: 105003.
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。
2024, 36: 106001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240256
摘要:
为了实现强伽马场环境下的造氚率在线测量，研制了小型“背靠背”6Li/7Li玻璃探测器。每块锂玻璃闪烁体的尺寸为3.0 mm×3.0 mm×0.4 mm，闪烁体之间及侧面采用0.5 mm二氧化钛作为反射层，整体尺寸为4.0 mm×4.0 mm×1.3 mm。7Li玻璃探测器测量伽马产生的信号作为6Li玻璃探测器的伽马本底扣除。通过对标准60Co源的伽马射线脉冲幅度谱测量，验证了两个闪烁体对伽马场响应的一致性；在反应堆热中子孔道处和252Cf中子源直照等强伽马环境下测量了脉冲幅度谱，获得的中子伽马信噪比都大于1，表明可以有效扣除伽马本底。验证实验研制的锂玻璃探测器在强伽马场环境下仍能有效甄别伽马，可用于聚变堆和聚变-裂变混合堆实验包层模块内造氚率高精度在线测量。
为了实现强伽马场环境下的造氚率在线测量，研制了小型“背靠背”6Li/7Li玻璃探测器。每块锂玻璃闪烁体的尺寸为3.0 mm×3.0 mm×0.4 mm，闪烁体之间及侧面采用0.5 mm二氧化钛作为反射层，整体尺寸为4.0 mm×4.0 mm×1.3 mm。7Li玻璃探测器测量伽马产生的信号作为6Li玻璃探测器的伽马本底扣除。通过对标准60Co源的伽马射线脉冲幅度谱测量，验证了两个闪烁体对伽马场响应的一致性；在反应堆热中子孔道处和252Cf中子源直照等强伽马环境下测量了脉冲幅度谱，获得的中子伽马信噪比都大于1，表明可以有效扣除伽马本底。验证实验研制的锂玻璃探测器在强伽马场环境下仍能有效甄别伽马，可用于聚变堆和聚变-裂变混合堆实验包层模块内造氚率高精度在线测量。
2024, 36: 106002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240207
摘要:
极端环境服役材料的研发一直是航空航天等国家战略发展的“瓶颈”，不同环境因素会影响材料的性能。中子由于其强穿透性、轻元素敏感等特点，可与同步辐射技术互为补充，运用原位装置还原材料在真实工况条件下的受力变形过程，并利用中子探针原位观察材料在服役条件下晶格应变、织构、相变和残余应力的演化。多个国家的中子谱仪均配备了不同的原位拉伸装置，实现在不同的加载环境下对样品进行原位应力加载，对样品材料的微观结构进行测试分析，能够解决材料工程领域的重要科学机理问题，进而推动材料的发展应用。介绍了国内外不同中子源谱仪原位拉伸装置的情况，重点阐述了应用于中子衍射技术的多场耦合原位拉伸装置的设计原理与结构特点，凸显了工程材料研究的发展方向。
2024, 36: 101002.
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，开展了异步双波长脉冲锁模动力学特性的数值模拟研究。以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，开展了异步双波长脉冲锁模动力学特性的数值模拟研究。以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。
2024, 36: 103006.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240122
摘要:
无人机定位系统是无人机与外部环境进行信息交互的重要核心模块，同时也为电磁干扰信号提供了耦合路径。围绕无人机定位系统电磁效应分析展开研究，关注未采取电磁加固措施的消费级无人机，基于无人机定位系统内部结构，建立了无人机定位系统的干扰序列图，进而推导出无人机定位系统各模块的瞬态响应函数，基于干扰序列图构建了无人机定位系统物理模型，开展了定位系统电磁效应场路联合分析，仿真分析了定位系统及其敏感单元磁场强度H和磁感应强度B的分布与规律，得到了无人机定位系统的电磁效应分布特征与电磁薄弱环节。仿真结果表明：无人机定位系统电磁薄弱环节在芯片线路连接点处，且随着电磁脉冲干扰时间的增加，电磁效应持续累积且呈现趋势一致的震荡效应。
无人机定位系统是无人机与外部环境进行信息交互的重要核心模块，同时也为电磁干扰信号提供了耦合路径。围绕无人机定位系统电磁效应分析展开研究，关注未采取电磁加固措施的消费级无人机，基于无人机定位系统内部结构，建立了无人机定位系统的干扰序列图，进而推导出无人机定位系统各模块的瞬态响应函数，基于干扰序列图构建了无人机定位系统物理模型，开展了定位系统电磁效应场路联合分析，仿真分析了定位系统及其敏感单元磁场强度H和磁感应强度B的分布与规律，得到了无人机定位系统的电磁效应分布特征与电磁薄弱环节。仿真结果表明：无人机定位系统电磁薄弱环节在芯片线路连接点处，且随着电磁脉冲干扰时间的增加，电磁效应持续累积且呈现趋势一致的震荡效应。
2024, 36: 103007.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240165
摘要:
为了拓展相对论磁控管工作频段，设计了一个Ku波段高效率全腔提取相对论磁控管。该器件采用20腔阳极结构，冷腔模拟结果表明其π模工作频率约为13.5 GHz。结合全腔轴向提取技术，在电压150 kV、电流0.41 kA、工作磁场0.4 T的条件下，PIC仿真得到38 MW的仿真功率，工作频率13.47 GHz；仿真得到的功率转换效率约61.6%。仿真结果表明该器件转换效率高，结构紧凑，具有实现轻小型永磁包装的潜质。
为了拓展相对论磁控管工作频段，设计了一个Ku波段高效率全腔提取相对论磁控管。该器件采用20腔阳极结构，冷腔模拟结果表明其π模工作频率约为13.5 GHz。结合全腔轴向提取技术，在电压150 kV、电流0.41 kA、工作磁场0.4 T的条件下，PIC仿真得到38 MW的仿真功率，工作频率13.47 GHz；仿真得到的功率转换效率约61.6%。仿真结果表明该器件转换效率高，结构紧凑，具有实现轻小型永磁包装的潜质。
2024, 36: 103008.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240190
摘要:
射频击穿、模式竞争是导致速调管振荡器（RKO）功率下降、脉冲缩短的主要原因。本文引入扩展互作用提取结构，可以有效降低提取腔射频电场，增大器件功率容量。传统的双间隙提取结构将电子能量在提取腔内转化为微波能量，共用一个通道输出。而扩展互作用提取结构采用了分布式提取腔而非集中式提取腔，增加了输出通道，可以有效提高束-波转换效率，降低提取腔的射频电场。粒子模拟结果显示：二极管电压561 kV，磁场强度0.5 T条件下，保持阴极结构、调制腔及反射器不变时，分别对传统双间隙提取腔、双间隙及三间隙扩展互作用提取腔进行仿真：输出功率分别为2.14、2.22、2.35 GW；分析其提取腔最大射频电场，分别为1.50、1.21、1.10 MV/cm；束波转换效率分别为35.7%、36.9%、39.1%；器件工作频率为12.52 GHz。在三维仿真中，通过改变阴极结构的S参数、设计新的反射器，有效抑制了调制腔TM113模带来的模式竞争，为开展后续实验奠定了基础。
射频击穿、模式竞争是导致速调管振荡器（RKO）功率下降、脉冲缩短的主要原因。本文引入扩展互作用提取结构，可以有效降低提取腔射频电场，增大器件功率容量。传统的双间隙提取结构将电子能量在提取腔内转化为微波能量，共用一个通道输出。而扩展互作用提取结构采用了分布式提取腔而非集中式提取腔，增加了输出通道，可以有效提高束-波转换效率，降低提取腔的射频电场。粒子模拟结果显示：二极管电压561 kV，磁场强度0.5 T条件下，保持阴极结构、调制腔及反射器不变时，分别对传统双间隙提取腔、双间隙及三间隙扩展互作用提取腔进行仿真：输出功率分别为2.14、2.22、2.35 GW；分析其提取腔最大射频电场，分别为1.50、1.21、1.10 MV/cm；束波转换效率分别为35.7%、36.9%、39.1%；器件工作频率为12.52 GHz。在三维仿真中，通过改变阴极结构的S参数、设计新的反射器，有效抑制了调制腔TM113模带来的模式竞争，为开展后续实验奠定了基础。
2024, 36: 104003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240162
摘要:
在光阴极电子枪系统当中，驱动激光的时空整形是实现束流低发射度的关键之一。基于南方光源预研项目C波段光阴极电子枪测试平台，介绍了驱动激光系统的布局与测试相关内容。测试平台于国内首次采用初始RMS脉冲长度为160 fs的266 nm激光作为驱动激光，利用双折射晶体的脉冲时间延迟完成对激光脉冲纵向时间整形，并配备多个孔径的可调光阑实现对束流的横向尺寸的调节。经过整形，激光平台可以提供纵向RMS长度为160 fs、420 fs的高斯脉冲激光与半高全宽为5 ps的平顶分布脉冲激光，根据激光测试结果，简要分析了不同脉冲分布对于束流发射度演化以及脉冲分布的影响，不仅为后续光阴极电子枪束流调试提供了指导，并对初始脉冲分布对空间电荷力的影响实现更加深入的研究提供了支持。
在光阴极电子枪系统当中，驱动激光的时空整形是实现束流低发射度的关键之一。基于南方光源预研项目C波段光阴极电子枪测试平台，介绍了驱动激光系统的布局与测试相关内容。测试平台于国内首次采用初始RMS脉冲长度为160 fs的266 nm激光作为驱动激光，利用双折射晶体的脉冲时间延迟完成对激光脉冲纵向时间整形，并配备多个孔径的可调光阑实现对束流的横向尺寸的调节。经过整形，激光平台可以提供纵向RMS长度为160 fs、420 fs的高斯脉冲激光与半高全宽为5 ps的平顶分布脉冲激光，根据激光测试结果，简要分析了不同脉冲分布对于束流发射度演化以及脉冲分布的影响，不仅为后续光阴极电子枪束流调试提供了指导，并对初始脉冲分布对空间电荷力的影响实现更加深入的研究提供了支持。
2024, 36: 106003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240037
摘要:
为了能够通过选择合适的计算方法对不同辐射情况的光子剂量进行准确有效的计算和评估，对比研究了蒙特卡罗模拟软件中常用的四种光子剂量计算方法：剂量转换系数法、发热数法、径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法，从计算原理出发结合仿真结果分析比较了这四种方法。通过模拟不同能量的单能光子束入射不同体积大小的水球，分析了用比释动能近似吸收剂量导致的误差，并且模拟分析了不同含量的高原子序数元素钆对于吸收剂量计算结果差异的影响。由于转换系数是根据参考人模计算得到的，因此剂量转换系数法只能对吸收剂量进行快速的估计计算，很难在特定情况下得到精准剂量；当高能量光子入射小体积物质时，比释动能会大于吸收剂量，使用发热数法和径迹长度能量沉积法会产生误差，采用脉冲高度计数法更加合适；在低能量和大体积时可以根据计算精度和计算机资源选择任意方法；当组成物质的高原子序数元素含量增多时，径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法之间的计算误差会减少。
为了能够通过选择合适的计算方法对不同辐射情况的光子剂量进行准确有效的计算和评估，对比研究了蒙特卡罗模拟软件中常用的四种光子剂量计算方法：剂量转换系数法、发热数法、径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法，从计算原理出发结合仿真结果分析比较了这四种方法。通过模拟不同能量的单能光子束入射不同体积大小的水球，分析了用比释动能近似吸收剂量导致的误差，并且模拟分析了不同含量的高原子序数元素钆对于吸收剂量计算结果差异的影响。由于转换系数是根据参考人模计算得到的，因此剂量转换系数法只能对吸收剂量进行快速的估计计算，很难在特定情况下得到精准剂量；当高能量光子入射小体积物质时，比释动能会大于吸收剂量，使用发热数法和径迹长度能量沉积法会产生误差，采用脉冲高度计数法更加合适；在低能量和大体积时可以根据计算精度和计算机资源选择任意方法；当组成物质的高原子序数元素含量增多时，径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法之间的计算误差会减少。
2024, 36: 109001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240096
摘要:
通过实验测量与数值模拟相结合的方法评估电子FLASH-RT的剂量学特性。实验中，使用EBT3胶片在固体水模中测量剂量，同时采用MCNP5程序模拟验证束流特征参数。实验平台基于9 MeV电子直线加速器构建，通过调整加速器参数，在源皮距1 m处实现了250 Gy/s的超高剂量率。实验与模拟结果在剂量分布上的最大偏差不超过5%，束流平坦度控制在3%以内。关键剂量率评估显示，加速器在最大工况下工作，可获得满足FLASH效应所需的超高剂量率。离轴剂量变化研究表明，引出窗中水层的存在改善了束流的均匀性。中心轴深度剂量分布分析表明，模拟与实验结果在水层厚度10 mm时吻合较好。二维剂量分布显示，模拟结果与EBT3胶片测量趋势一致。研究结果表明，电子FLASH-RT实验平台能够提供所需的超高剂量率，且实验与模拟结果具有较高的一致性，为FLASH-RT的进一步研究和应用提供了重要的剂量学参数和束流特征参考。
通过实验测量与数值模拟相结合的方法评估电子FLASH-RT的剂量学特性。实验中，使用EBT3胶片在固体水模中测量剂量，同时采用MCNP5程序模拟验证束流特征参数。实验平台基于9 MeV电子直线加速器构建，通过调整加速器参数，在源皮距1 m处实现了250 Gy/s的超高剂量率。实验与模拟结果在剂量分布上的最大偏差不超过5%，束流平坦度控制在3%以内。关键剂量率评估显示，加速器在最大工况下工作，可获得满足FLASH效应所需的超高剂量率。离轴剂量变化研究表明，引出窗中水层的存在改善了束流的均匀性。中心轴深度剂量分布分析表明，模拟与实验结果在水层厚度10 mm时吻合较好。二维剂量分布显示，模拟结果与EBT3胶片测量趋势一致。研究结果表明，电子FLASH-RT实验平台能够提供所需的超高剂量率，且实验与模拟结果具有较高的一致性，为FLASH-RT的进一步研究和应用提供了重要的剂量学参数和束流特征参考。
