Email alert
RSS推荐文章More >
2025, 37: 071001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250191
2025, 37: 071002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250116
最新录用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。
显示方式:
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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奠定了基础。
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奠定了基础。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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，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，同时存在缺少具体的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。对设计模型进行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，通过噪声响应和时间抖动对比分析表明，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，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，同时存在缺少具体的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。对设计模型进行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，通过噪声响应和时间抖动对比分析表明，设计方法能够进一步提升同步扫描时间分辨性能。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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，可能与程序精细建模有关。该工作为局部区域辐射流精密测量和相关实验研究奠定了良好基础。
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，可能与程序精细建模有关。该工作为局部区域辐射流精密测量和相关实验研究奠定了良好基础。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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: Rogers5880 , quartz, and diamond. The quartz substrate exhibits the closest agreement with simulation results. The results advance the development of the microstrip TWTs for high-data-rate communication systems.
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
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。本文研制了一款适用于高能同步辐射光源（HEPS）光束线前端区的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，给出了硬件电路设计和XBPM-AFE的测试结果。
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。本文研制了一款适用于高能同步辐射光源（HEPS）光束线前端区的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，给出了硬件电路设计和XBPM-AFE的测试结果。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
doi: 10.11884/HPLPB202537.250027
摘要:
为了实现二维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三幅图像进行配准，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三幅图像进行配准，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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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平台。
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平台。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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三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宽度的三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三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宽度的三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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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的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的获取金属微喷射实验X光图像面密度信息。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
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。
显示方式:
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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。
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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
当前状态:
, 最新更新时间: ,
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3kA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3kA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。
显示方式:
2025, 37: 071001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250191
摘要:
金属激光增材制造中的孔洞缺陷通常起源于熔池内部，并呈现出微观且高度动态的演化特性。采用高时空分辨的X射线透视成像技术，可对缺陷的产生与演化过程进行原位观测，对于揭示缺陷形成机理和优化工艺参数具有重要意义。基于超强超短脉冲激光驱动的Betatron辐射源，发展了面向金属激光增材制造的高时空分辨X射线透视成像技术，并开展了不同工艺参数下微熔池的原位表征研究。结果表明，利用Betatron辐射源可实现对百微米厚度金属样品中熔池及匙孔动态结构的透视成像，空间分辨率达到4 μm。该研究为激光驱动X射线辐射源在金属激光增材制造中缺陷形成机理及工艺优化方面的应用奠定了重要基础。
金属激光增材制造中的孔洞缺陷通常起源于熔池内部，并呈现出微观且高度动态的演化特性。采用高时空分辨的X射线透视成像技术，可对缺陷的产生与演化过程进行原位观测，对于揭示缺陷形成机理和优化工艺参数具有重要意义。基于超强超短脉冲激光驱动的Betatron辐射源，发展了面向金属激光增材制造的高时空分辨X射线透视成像技术，并开展了不同工艺参数下微熔池的原位表征研究。结果表明，利用Betatron辐射源可实现对百微米厚度金属样品中熔池及匙孔动态结构的透视成像，空间分辨率达到4 μm。该研究为激光驱动X射线辐射源在金属激光增材制造中缺陷形成机理及工艺优化方面的应用奠定了重要基础。
2025, 37: 071002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250116
摘要:
提高光纤激光器的宽温运行能力，可有效提升光纤激光器在极端高低温条件下的环境适应能力与运行可靠性，确保其在复杂工况下的稳定输出，为相关领域的技术革新与产业升级提供支撑。近期，国防科技大学利用光纤耦合半导体激光器直接泵浦实现了可在−50～50 ℃内稳定运行的近单模全光纤激光振荡器，输出功率达到2 kW，是目前公开报道的宽温度范围运行光纤激光器最高输出功率水平。
提高光纤激光器的宽温运行能力，可有效提升光纤激光器在极端高低温条件下的环境适应能力与运行可靠性，确保其在复杂工况下的稳定输出，为相关领域的技术革新与产业升级提供支撑。近期，国防科技大学利用光纤耦合半导体激光器直接泵浦实现了可在−50～50 ℃内稳定运行的近单模全光纤激光振荡器，输出功率达到2 kW，是目前公开报道的宽温度范围运行光纤激光器最高输出功率水平。
2025, 37: 071003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240413
摘要:
针对前表面高反、后表面增透的取样光学元件的性能测试需求，基于光腔衰荡大口径光学元件反射率均匀性测试实验装置，分别从反射膜面入射和增透膜面入射，扫描测量得到该取样光学元件的反射率分布及光学损耗、缺陷高分辨扫描成像；并进一步通过对比分析缺陷分布图，实现取样光学元件反射膜、透射膜以及基片缺陷分类；另外通过建立双通道光腔衰荡实验装置，获取增透膜的剩余反射率分布以及透射膜缺陷类型；实现了大口径取样光学元件光谱和缺陷特性的准确测量。
针对前表面高反、后表面增透的取样光学元件的性能测试需求，基于光腔衰荡大口径光学元件反射率均匀性测试实验装置，分别从反射膜面入射和增透膜面入射，扫描测量得到该取样光学元件的反射率分布及光学损耗、缺陷高分辨扫描成像；并进一步通过对比分析缺陷分布图，实现取样光学元件反射膜、透射膜以及基片缺陷分类；另外通过建立双通道光腔衰荡实验装置，获取增透膜的剩余反射率分布以及透射膜缺陷类型；实现了大口径取样光学元件光谱和缺陷特性的准确测量。
2025, 37: 071004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250002
摘要:
在超快超强激光系统中，通常会使用消色差透镜组代替普通的扩束透镜，以消除后者自身存在的色差导致的脉冲激光的“空-时”耦合（STCs）畸变。然而，消色差透镜组对装调精度要求非常高，装调误差的存在会引入新的“空-时”耦合畸变，使脉冲激光的远场功率密度下降，达不到预期的消色差效果。针对工程实践中常见的几种消色差透镜组装调误差，详细分析了其引入的“空-时”耦合畸变，并且根据其对远场聚焦功率密度的影响给出了不同种类装调误差的容许范围。分析过程采用了宽光谱脉冲激光传输演化模型及厚透镜等效位相屏演化模型，该模型可以精确地表征激光近远场的“空-时”特性。
在超快超强激光系统中，通常会使用消色差透镜组代替普通的扩束透镜，以消除后者自身存在的色差导致的脉冲激光的“空-时”耦合（STCs）畸变。然而，消色差透镜组对装调精度要求非常高，装调误差的存在会引入新的“空-时”耦合畸变，使脉冲激光的远场功率密度下降，达不到预期的消色差效果。针对工程实践中常见的几种消色差透镜组装调误差，详细分析了其引入的“空-时”耦合畸变，并且根据其对远场聚焦功率密度的影响给出了不同种类装调误差的容许范围。分析过程采用了宽光谱脉冲激光传输演化模型及厚透镜等效位相屏演化模型，该模型可以精确地表征激光近远场的“空-时”特性。
2025, 37: 071005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250094
摘要:
采用Transformer模型来解决多物理场耦合作用下的光学元件实时温度预测难题。试验结果表明，与经验模型法相比，Transformer模型法在均方根误差和平均绝对误差2个指标上分别提升70%和32%；与LSTM法相比，Transformer模型法在均方根误差和平均绝对误差2个指标上分别提升66%和23%；Transformer模型法的决定系数值更加接近1，表明模型的预测结果与真实值吻合度更高。
采用Transformer模型来解决多物理场耦合作用下的光学元件实时温度预测难题。试验结果表明，与经验模型法相比，Transformer模型法在均方根误差和平均绝对误差2个指标上分别提升70%和32%；与LSTM法相比，Transformer模型法在均方根误差和平均绝对误差2个指标上分别提升66%和23%；Transformer模型法的决定系数值更加接近1，表明模型的预测结果与真实值吻合度更高。
2025, 37: 073001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250042
摘要:
在爆炸发射阴极驱动下，相对论回旋管常因超高束流电流（＞300A）易发生虚阴极现象，电子束也极易轰击导体内表面，并伴随回旋共振（Cyclotron Resonance）和回旋返波振荡（Gyro-Backward-Wave Oscillation, BWO）模式的非预期激励。采用通过理论分析与三维粒子模拟相结合的方法，系统探究了X波段同轴回旋管腔体在强流相对论电子束（Intense Relativistic Electron Beam, IREB）驱动下的电磁特性。结果表明，通过腔体几何优化与电子束参数匹配可实现强流相对论电子束的稳定传输与TE01单模工作。腔体品质因数(Qcav)的合理取值对于抑制寄生模式竞争至关重要。当Qcav＜65时，会激励TE21-BWO模式；当Qcav＞90时，会激励TE31回旋共振模式；而Qcav=65～90区间内可稳定维持TE01单模振荡，输出功率达35 MW（电压300 kV、电流500 A、横纵速度比1.2），对应效率34.4%。进一步研究表明，该腔体对电子束速度零散（Δβ＜25%）具备显著鲁棒性，为高功率微波源设计提供了重要参考。
在爆炸发射阴极驱动下，相对论回旋管常因超高束流电流（＞300A）易发生虚阴极现象，电子束也极易轰击导体内表面，并伴随回旋共振（Cyclotron Resonance）和回旋返波振荡（Gyro-Backward-Wave Oscillation, BWO）模式的非预期激励。采用通过理论分析与三维粒子模拟相结合的方法，系统探究了X波段同轴回旋管腔体在强流相对论电子束（Intense Relativistic Electron Beam, IREB）驱动下的电磁特性。结果表明，通过腔体几何优化与电子束参数匹配可实现强流相对论电子束的稳定传输与TE01单模工作。腔体品质因数(Qcav)的合理取值对于抑制寄生模式竞争至关重要。当Qcav＜65时，会激励TE21-BWO模式；当Qcav＞90时，会激励TE31回旋共振模式；而Qcav=65～90区间内可稳定维持TE01单模振荡，输出功率达35 MW（电压300 kV、电流500 A、横纵速度比1.2），对应效率34.4%。进一步研究表明，该腔体对电子束速度零散（Δβ＜25%）具备显著鲁棒性，为高功率微波源设计提供了重要参考。
2025, 37: 073002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250032
摘要:
提出了一种小型化平面倒F电磁防护天线，通过在平面倒F天线上加载U形防护结构，实现了天线在正常工作状态与电磁防护状态间的自适应切换。通过在平面倒F天线上加载U形防护结构，并将该结构通过PIN二极管与天线相连接，在正常工作模式下，当接收信号功率低于阈值时，PIN二极管处于截止状态，U形防护结构不影响天线正常辐射特性，当遭遇高功率微波攻击时，U形防护结构中的PIN二极管两端会感应产生较大的感应电场，使PIN二极管迅速导通形成低阻抗通路，此时U形结构与馈线构成闭合回路，阻止高功率微波通过天线进入后端电子设备，从而实现电磁防护。通过优化U形结构的几何参数与二极管加载数量，使其在保持小型化优势的同时，具备良好辐射特性和防护性能。实测结果表明，天线具有17.2%的相对带宽，在1.57 GHz中心频点处增益达到2.36 dBi。仿真结果表明，该设计在电磁防护状态下能实现16.4 dB的防护水平,天线辐射体电尺寸仅为0.25λ×0.06λ（λ为波长），实现了电磁防护天线的小型化设计。
提出了一种小型化平面倒F电磁防护天线，通过在平面倒F天线上加载U形防护结构，实现了天线在正常工作状态与电磁防护状态间的自适应切换。通过在平面倒F天线上加载U形防护结构，并将该结构通过PIN二极管与天线相连接，在正常工作模式下，当接收信号功率低于阈值时，PIN二极管处于截止状态，U形防护结构不影响天线正常辐射特性，当遭遇高功率微波攻击时，U形防护结构中的PIN二极管两端会感应产生较大的感应电场，使PIN二极管迅速导通形成低阻抗通路，此时U形结构与馈线构成闭合回路，阻止高功率微波通过天线进入后端电子设备，从而实现电磁防护。通过优化U形结构的几何参数与二极管加载数量，使其在保持小型化优势的同时，具备良好辐射特性和防护性能。实测结果表明，天线具有17.2%的相对带宽，在1.57 GHz中心频点处增益达到2.36 dBi。仿真结果表明，该设计在电磁防护状态下能实现16.4 dB的防护水平,天线辐射体电尺寸仅为0.25λ×0.06λ（λ为波长），实现了电磁防护天线的小型化设计。
2025, 37: 074001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240435
摘要:
随着粒子加速器物理实验的深入研究，对束流质量的要求逐渐提高。为获得极高稳定度和极低噪声的磁场环境，分析设计了开关模式和线性模式结合的高精度直流励磁电源。前级开关电源提供稳定的功率来源，串联后级线性电源控制电流线性放大后进行输出。在电源电流和管压降控制环路基础上，通过对关键部件的温度补偿措施，进一步提高了输出电流的稳定度；通过对后级线性电源的模块化设计，减小了电源体积并提高了运维便利性。实测结果表明：8 h长期电流稳定度达到1.3×10−6，且噪声极低。
随着粒子加速器物理实验的深入研究，对束流质量的要求逐渐提高。为获得极高稳定度和极低噪声的磁场环境，分析设计了开关模式和线性模式结合的高精度直流励磁电源。前级开关电源提供稳定的功率来源，串联后级线性电源控制电流线性放大后进行输出。在电源电流和管压降控制环路基础上，通过对关键部件的温度补偿措施，进一步提高了输出电流的稳定度；通过对后级线性电源的模块化设计，减小了电源体积并提高了运维便利性。实测结果表明：8 h长期电流稳定度达到1.3×10−6，且噪声极低。
2025, 37: 074002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250020
摘要:
加速器的束流品质直接影响着其应用性能，电子枪的结构决定了加速器的初始束流状态。优化针对花瓣加速器所适用的射频栅控电子枪，减小其发射度可得到更高的CT成像分辨率。模拟分析基于CST的Particle Tracking求解器得到了归一化发射度0.4918 mm·mrad、峰值流强35 mA的束流，并且讨论了电子枪结构改变对电子枪发射度以及TWISS参数的影响。结果表明，当聚焦极角度改变时对归一化发射度具有较大影响，且在67.5°、60°和45°中，60°度的归一化发射度最小为0.2617 mm·mrad。
加速器的束流品质直接影响着其应用性能，电子枪的结构决定了加速器的初始束流状态。优化针对花瓣加速器所适用的射频栅控电子枪，减小其发射度可得到更高的CT成像分辨率。模拟分析基于CST的Particle Tracking求解器得到了归一化发射度
2025, 37: 074003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240270
摘要:
超导腔故障的传统分析方法依赖先验知识，人工和时间成本较高，准确性和一致性较差，并且在处理复杂设备和大量数据时效率较低。机器学习技术能够提高故障分类的准确性和效率，减少主观判断造成的人为误差。研究了基于机器学习算法的超导腔故障分类方法，即，基于BEPCII运行过程中产生的超导腔故障图片数据，通过图片信息提取、特征选择与优化、机器学习算法训练、利用K折交叉验证分析模型准确率与一致性等，实现了对超导腔故障的分类。研究结果表明，随机森林算法、支持向量机与Bagging分类算法在处理故障图片时有更好的分类效果，有监督学习方法的准确性和一致性明显高于无监督学习。研究中实现的故障分类达到了较高的准确率和一致性，有助于快速高效地区分BEPCII超导腔上发生的故障，同时为其他加速器中超导腔故障的诊断提供参考。
超导腔故障的传统分析方法依赖先验知识，人工和时间成本较高，准确性和一致性较差，并且在处理复杂设备和大量数据时效率较低。机器学习技术能够提高故障分类的准确性和效率，减少主观判断造成的人为误差。研究了基于机器学习算法的超导腔故障分类方法，即，基于BEPCII运行过程中产生的超导腔故障图片数据，通过图片信息提取、特征选择与优化、机器学习算法训练、利用K折交叉验证分析模型准确率与一致性等，实现了对超导腔故障的分类。研究结果表明，随机森林算法、支持向量机与Bagging分类算法在处理故障图片时有更好的分类效果，有监督学习方法的准确性和一致性明显高于无监督学习。研究中实现的故障分类达到了较高的准确率和一致性，有助于快速高效地区分BEPCII超导腔上发生的故障，同时为其他加速器中超导腔故障的诊断提供参考。
2025, 37: 074004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240131
摘要:
北京大学拍瓦激光质子加速器针对肿瘤治疗需求，开发激光质子放疗系统，实现质子放射肿瘤治疗。其水平束流线和垂直束流线的公共收集段主要由三台超导螺线管（S1～S3）组成。在降温过程和励磁过程中螺线管内会产生较大的应力，此外超导螺线管采用快脉冲的方式运行，励磁过程中的交流损耗会对螺线管励磁速度和稳定运行有重要影响。以结构最复杂、中心场强为7.8 T、直径120 mm的螺线管S1为研究对象，使用COMSOL Multiphysics软件对超导螺线管进行了多场条件下的应力分析，同时对其由于快速变化的电流所产生的交流损耗进行了模拟计算。随后开展了相应的实验研究，获得了应变随温度变化，给出了电流、磁场、应变三者对应关系的变化曲线。在实验过程中，磁场和应变的测量值与电流的变化之间存在显著的正相关性，应变值小于线圈所受应力的最大限值，验证了超导螺线管设计的合理性。
北京大学拍瓦激光质子加速器针对肿瘤治疗需求，开发激光质子放疗系统，实现质子放射肿瘤治疗。其水平束流线和垂直束流线的公共收集段主要由三台超导螺线管（S1～S3）组成。在降温过程和励磁过程中螺线管内会产生较大的应力，此外超导螺线管采用快脉冲的方式运行，励磁过程中的交流损耗会对螺线管励磁速度和稳定运行有重要影响。以结构最复杂、中心场强为7.8 T、直径120 mm的螺线管S1为研究对象，使用COMSOL Multiphysics软件对超导螺线管进行了多场条件下的应力分析，同时对其由于快速变化的电流所产生的交流损耗进行了模拟计算。随后开展了相应的实验研究，获得了应变随温度变化，给出了电流、磁场、应变三者对应关系的变化曲线。在实验过程中，磁场和应变的测量值与电流的变化之间存在显著的正相关性，应变值小于线圈所受应力的最大限值，验证了超导螺线管设计的合理性。
2025, 37: 074005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240387
摘要:
The next generation of synchrotron radiation light sources features extremely low emittance, enabling the generation of synchrotron radiation with significantly higher brilliance, which facilitates the exploration of matter at smaller scales. However, the extremely low emittance results in stronger sextupole magnet strengths, leading to high natural chromaticity. This necessitates the use of sextupole magnets to correct the natural chromaticity. For the Shanghai Synchrotron Radiation Facility Upgrade (SSRF-U), a lattice was designed for the storage ring that can achieve an ultra-low natural emittance of 72.2 pm·rad at the beam energy of 3.5 GeV. However, the significant detuning effects, driven by high second-order resonant driving terms due to strong sextupoles, will degrade the performance of the facility. To resolve this issue, installation of octupoles in the SSRF-U storage ring has been planned. This paper presents the study results on configuration selection and optimization method for the octupoles. An optimal solution for the SSRF-U storage ring was obtained to effectively mitigate the amplitude-dependent tune shift and the second-order chromaticity, consequently leading to an increased dynamic aperture (DA), momentum acceptance (MA), and reduced sensitivity to magnetic field errors.
2025, 37: 074006.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240352
摘要:
As an advanced 4th generation synchrotron radiation facility, the Shenzhen Innovation Light-source Facility (SILF) storage ring is based on multi-bend achromat (MBA) lattices, enabling one to two orders of magnitude reduction in beam emittance compared to the 3rd generation storage ring. This significantly enhance the radiation brightness and coherence. The multipole magnets of many types for SILF storage ring are under preliminary design, which require high integral field homogeneity. As a result, a dedicated pole tip optimization procedure with high efficiency is developed for quadrupole and sextupole magnets with Opera-2D® python script. The procedure considers also the 3D field effect which makes the optimization more straightforward. In this paper, the design of the quadrupole and sextupole magnets for SILF storage ring is first presented, followed by a detailed description of the implemented pole shape optimization method.
2025, 37: 074007.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250016
摘要:
中国科学院近代物理研究所近期开展了一台静电高压型离子加速器的研制工作。高压发生器作为该类型加速器的核心部件，要求最高工作电压达到4.2 MV、电压不稳定度小于±0.1%、纹波系数小于±0.1%的性能指标。针对设计指标，首先通过模拟仿真对高压发生器整体结构进行了设计与优化，从而支撑提升设备运行的安全性和稳定性。针对高压发生器中的重要组成部分，高频变压器部分，采用场路耦合的方法对其电路结构和电气参数进行了分析与优化，并改进了变压器的散热结构，从而确保高频变压器的输出稳定。最后介绍了高压发生器的高精度稳压设计方案，为提升高压发生器控制性能，进一步保证设备安全稳定运行提供了思路。研究结果表明，高压发生器设计能够满足项目技术指标的要求。
中国科学院近代物理研究所近期开展了一台静电高压型离子加速器的研制工作。高压发生器作为该类型加速器的核心部件，要求最高工作电压达到4.2 MV、电压不稳定度小于±0.1%、纹波系数小于±0.1%的性能指标。针对设计指标，首先通过模拟仿真对高压发生器整体结构进行了设计与优化，从而支撑提升设备运行的安全性和稳定性。针对高压发生器中的重要组成部分，高频变压器部分，采用场路耦合的方法对其电路结构和电气参数进行了分析与优化，并改进了变压器的散热结构，从而确保高频变压器的输出稳定。最后介绍了高压发生器的高精度稳压设计方案，为提升高压发生器控制性能，进一步保证设备安全稳定运行提供了思路。研究结果表明，高压发生器设计能够满足项目技术指标的要求。
2025, 37: 075001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240280
摘要:
为提升绝缘材料真空沿面耐压，提出了一种由微槽与分子自组装膜结合的复合结构，并采用激光微刻蚀、超声清洗、分子自组装等方法，在氧化铝真空绝缘子表面制备了该表面复合结构。作为对比，同时制备了仅有微槽或分子自组装膜的绝缘子。二次电子发射系数测试结果表明，表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以降低绝缘子的二次电子发射系数，而他们相结合形成的复合结构能够进一步降低绝缘子的二次电子发射系数；相应地，闪络电压测试结果表明表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以提升绝缘子的真空沿面闪络电压，而两者相结合形成的复合结构能够进一步提升闪络电压。该结果证明了复合结构中分子自组装膜和微槽能够对真空沿面闪络的发展进行双重抑制。
为提升绝缘材料真空沿面耐压，提出了一种由微槽与分子自组装膜结合的复合结构，并采用激光微刻蚀、超声清洗、分子自组装等方法，在氧化铝真空绝缘子表面制备了该表面复合结构。作为对比，同时制备了仅有微槽或分子自组装膜的绝缘子。二次电子发射系数测试结果表明，表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以降低绝缘子的二次电子发射系数，而他们相结合形成的复合结构能够进一步降低绝缘子的二次电子发射系数；相应地，闪络电压测试结果表明表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以提升绝缘子的真空沿面闪络电压，而两者相结合形成的复合结构能够进一步提升闪络电压。该结果证明了复合结构中分子自组装膜和微槽能够对真空沿面闪络的发展进行双重抑制。
2025, 37: 075002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250093
摘要:
采用电脉冲触发兆伏（MV）级开关，触发器与被触发开关之间既需要良好的电气连接以保证触发脉冲的有效施加，还需要隔离保护措施以避免开关导通后形成的MV级主脉冲反馈回触发器导致其损坏。介绍了一种用于MV级电触发开关的触发脉冲引入方法，该方法将保护电阻放置在脉冲传输线的内外筒之间。当开关导通后，形成的MV级主脉冲经保护元件后再反馈回触发电缆。由于保护电阻与触发电缆之间近似按阻值（阻抗）分压，因此耦合进入触发电缆的脉冲的幅值远低于主脉冲的幅值，而保护电感能够有效抑制开关在导通过程中形成的快前沿、高幅值的电脉冲。结合提出的触发脉冲引入方法，讨论了开关导通过程对触发保护元件的影响，结合等效电路分析了保护电阻、保护电感所起的作用，实验研究了保护元件参数对开关触发特性的影响，最终将这两个保护元件的参数分别设定为500 Ω和2 μH，在此配置下开关在2.6 MV工作电压下实现稳定运行。
采用电脉冲触发兆伏（MV）级开关，触发器与被触发开关之间既需要良好的电气连接以保证触发脉冲的有效施加，还需要隔离保护措施以避免开关导通后形成的MV级主脉冲反馈回触发器导致其损坏。介绍了一种用于MV级电触发开关的触发脉冲引入方法，该方法将保护电阻放置在脉冲传输线的内外筒之间。当开关导通后，形成的MV级主脉冲经保护元件后再反馈回触发电缆。由于保护电阻与触发电缆之间近似按阻值（阻抗）分压，因此耦合进入触发电缆的脉冲的幅值远低于主脉冲的幅值，而保护电感能够有效抑制开关在导通过程中形成的快前沿、高幅值的电脉冲。结合提出的触发脉冲引入方法，讨论了开关导通过程对触发保护元件的影响，结合等效电路分析了保护电阻、保护电感所起的作用，实验研究了保护元件参数对开关触发特性的影响，最终将这两个保护元件的参数分别设定为500 Ω和2 μH，在此配置下开关在2.6 MV工作电压下实现稳定运行。
2025, 37: 075003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250014
摘要:
强电磁脉冲会以场-传输线耦合的方式在线缆上形成纳秒级上升沿的脉冲传导骚扰，对线缆末端的设备构成较大威胁。针对某型号继电保护装置，先测试其抗扰度性能，然后开展场线耦合路径下的高空电磁脉冲辐照试验，获得了装置端口的耦合特性。耦合到信号端口的共模电流达32.45 A及以上时引发了该装置的误动作。同时开展了脉冲电流注入试验，注入信号端口的脉冲电流达36.92 A及以上时该装置误动作，进一步确定了装置端口的临界干扰阈值。通过建立变电站内二次电缆和保护屏柜内信号线缆的场线耦合模型，计算了不同场景下高空电磁脉冲产生的耦合量，提出了场线耦合的防护重点。研究结果可为继电保护装置在强电磁脉冲环境下的抗干扰能力评估与防护技术提供参考。
强电磁脉冲会以场-传输线耦合的方式在线缆上形成纳秒级上升沿的脉冲传导骚扰，对线缆末端的设备构成较大威胁。针对某型号继电保护装置，先测试其抗扰度性能，然后开展场线耦合路径下的高空电磁脉冲辐照试验，获得了装置端口的耦合特性。耦合到信号端口的共模电流达32.45 A及以上时引发了该装置的误动作。同时开展了脉冲电流注入试验，注入信号端口的脉冲电流达36.92 A及以上时该装置误动作，进一步确定了装置端口的临界干扰阈值。通过建立变电站内二次电缆和保护屏柜内信号线缆的场线耦合模型，计算了不同场景下高空电磁脉冲产生的耦合量，提出了场线耦合的防护重点。研究结果可为继电保护装置在强电磁脉冲环境下的抗干扰能力评估与防护技术提供参考。
2025, 37: 076001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250056
摘要:
为研究接触和轴向功率对热管冷却反应堆堆芯热力学性能的影响，基于FEniCS开源平台开发了一套热力耦合分析程序。该程序使用简化方法求解二维、三维接触压力，主要包括间隙传热模型、线弹性力学模型和多维接触压力求解模型。以MegaPower反应堆为对象，首先使用商业软件ANSYS验证了程序的准确性，然后对堆芯进行热力耦合模拟，分析温度及Mises应力场。结果表明：考虑接触时，燃料棒峰值温度显著降低，Mises应力有所减小；基体峰值温度变化不大，Mises应力却显著增大；轴向功率主要影响燃料棒Mises应力，基体Mises应力则主要受接触压力影响。
为研究接触和轴向功率对热管冷却反应堆堆芯热力学性能的影响，基于FEniCS开源平台开发了一套热力耦合分析程序。该程序使用简化方法求解二维、三维接触压力，主要包括间隙传热模型、线弹性力学模型和多维接触压力求解模型。以MegaPower反应堆为对象，首先使用商业软件ANSYS验证了程序的准确性，然后对堆芯进行热力耦合模拟，分析温度及Mises应力场。结果表明：考虑接触时，燃料棒峰值温度显著降低，Mises应力有所减小；基体峰值温度变化不大，Mises应力却显著增大；轴向功率主要影响燃料棒Mises应力，基体Mises应力则主要受接触压力影响。
2025, 37: 076002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240397
摘要:
基于多群截面的确定论计算方法一直都是反应堆工程设计的重要方法，多群截面精度直接影响着反应堆物理计算的精度。为了产生快堆高精度的截面数据，华北电力大学开发了高精度截面处理程序MGGC2.0，对该程序进行了基准验证和确认。基于ENDF/B-Ⅶ.1库计算无限大均匀混合介质UO2、MOX、U-TRU-Zr燃料，将MGGC2.0与MCNP产生的宏观截面对比验证，验证了程序产生多群截面的精度，超细群宏观多群总截面与MCNP的参考解的相对偏差基本在5%以内。然后对俄罗斯快堆实验BFS97-1进行了计算，提出了针对多种燃料排布形式的燃料少群截面均匀化方法，利用MGGC2.0的碰撞概率法计算了燃料的少群截面数据，利用DIF3D程序进行堆芯计算，同时还对比了不同截面均匀化方法的结果。研究结果表明：对于BFS97-1，如果直接采用临界搜索产生的截面，DIF3D计算的有效增殖因数（keff）结果与MCNP计算的keff的绝对偏差为2.541×10−2，通过改进燃料轴向不均匀计算方法，使得偏差降到了5.0×10−4以下。针对BFS97-1、BFS97-2、BFS97-5和BFS97-6的计算结果与MCNP结果的偏差都在3.0×10−3以内，验证了程序产生多群和少群截面具有较高精度，可以满足工程设计要求。
基于多群截面的确定论计算方法一直都是反应堆工程设计的重要方法，多群截面精度直接影响着反应堆物理计算的精度。为了产生快堆高精度的截面数据，华北电力大学开发了高精度截面处理程序MGGC2.0，对该程序进行了基准验证和确认。基于ENDF/B-Ⅶ.1库计算无限大均匀混合介质UO2、MOX、U-TRU-Zr燃料，将MGGC2.0与MCNP产生的宏观截面对比验证，验证了程序产生多群截面的精度，超细群宏观多群总截面与MCNP的参考解的相对偏差基本在5%以内。然后对俄罗斯快堆实验BFS97-1进行了计算，提出了针对多种燃料排布形式的燃料少群截面均匀化方法，利用MGGC2.0的碰撞概率法计算了燃料的少群截面数据，利用DIF3D程序进行堆芯计算，同时还对比了不同截面均匀化方法的结果。研究结果表明：对于BFS97-1，如果直接采用临界搜索产生的截面，DIF3D计算的有效增殖因数（keff）结果与MCNP计算的keff的绝对偏差为2.541×10−2，通过改进燃料轴向不均匀计算方法，使得偏差降到了5.0×10−4以下。针对BFS97-1、BFS97-2、BFS97-5和BFS97-6的计算结果与MCNP结果的偏差都在3.0×10−3以内，验证了程序产生多群和少群截面具有较高精度，可以满足工程设计要求。
2025, 37: 076003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240349
摘要:
为了提升基于模拟数字转换（ADC）技术的波形数字化读出系统的性能，提出了一种多通道间失配误差估计校准方法。采用两片国产高速ADC组成并行交替采样（TIADC）系统，采用粒子群算法（PSO）结合梯度下降法（GD）来完成系统通道失配误差估计；利用滤波器方程组和Kaiser窗截断处理得到补偿校准滤波器系数值。该补偿方法可以直接在以现场可编程门阵列（FPGA）为处理芯片的TIADC硬件平台上实现，达成宽带并行交替采样信号的在线重构。实验结果表明，该算法可以有效实现通道失配误差的补偿校准，在Vivado开发软件平台行为级仿真条件下使无杂散动态范围（SFDR）由32.1 dBFS提升到53.1 dBFS，在硬件系统测试时使SFDR提升到60.8 dBFS，且该信号重构方法易在硬件系统实现，不受通道数目的限制。
为了提升基于模拟数字转换（ADC）技术的波形数字化读出系统的性能，提出了一种多通道间失配误差估计校准方法。采用两片国产高速ADC组成并行交替采样（TIADC）系统，采用粒子群算法（PSO）结合梯度下降法（GD）来完成系统通道失配误差估计；利用滤波器方程组和Kaiser窗截断处理得到补偿校准滤波器系数值。该补偿方法可以直接在以现场可编程门阵列（FPGA）为处理芯片的TIADC硬件平台上实现，达成宽带并行交替采样信号的在线重构。实验结果表明，该算法可以有效实现通道失配误差的补偿校准，在Vivado开发软件平台行为级仿真条件下使无杂散动态范围（SFDR）由32.1 dBFS提升到53.1 dBFS，在硬件系统测试时使SFDR提升到60.8 dBFS，且该信号重构方法易在硬件系统实现，不受通道数目的限制。
2025, 37: 079001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240163
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。
2025, 37: 079002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240400
摘要:
为有效解决驱动粒子反应需要的强电磁脉冲功率问题，在压电陶瓷堆脉冲功率源基础上研究了一种新型的基于氢等离子体加载和波粒共振机制的脉冲功率同步放大技术，其放大机理为：一是氢分子成键轨道比反键轨道能量低，在电离过程中会释放内能促进脉冲功率驱动的电离过程高效发生；二是氢原子电离后，电磁场与电离后形成的电子发生波粒共振，电子能量被同步转换为电磁场能量。波粒共振放大后获得更强的电磁脉冲能量，其作用到螺旋电极上可形成球形电磁场，并具有极高的加速梯度，可对氢原子高效电离后产生的大量质子进行近距加速。本文通过实验测试和仿真分析对上述理论进行了有效证明，该项研究有望为强电磁脉冲驱动的小型化、低成本质子发生器奠定基础。
为有效解决驱动粒子反应需要的强电磁脉冲功率问题，在压电陶瓷堆脉冲功率源基础上研究了一种新型的基于氢等离子体加载和波粒共振机制的脉冲功率同步放大技术，其放大机理为：一是氢分子成键轨道比反键轨道能量低，在电离过程中会释放内能促进脉冲功率驱动的电离过程高效发生；二是氢原子电离后，电磁场与电离后形成的电子发生波粒共振，电子能量被同步转换为电磁场能量。波粒共振放大后获得更强的电磁脉冲能量，其作用到螺旋电极上可形成球形电磁场，并具有极高的加速梯度，可对氢原子高效电离后产生的大量质子进行近距加速。本文通过实验测试和仿真分析对上述理论进行了有效证明，该项研究有望为强电磁脉冲驱动的小型化、低成本质子发生器奠定基础。
2025, 37: 079003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240401
摘要:
介绍了一种小型化高通量中子源系统的工作原理、组成与构型，系统性地介绍了开发该型中子源系统所需的压电脉冲功率源技术、核反应设计技术、球形电磁场发生技术、粒子近距加速技术、粒子极化与共振对撞技术。研发了完整的中子源实物系统并对其进行能谱和通量测试，实验中观测到了预期的物理现象，通过在线与离线中子测试方法证明了核反应的发生，测试结果显示直径2 cm、长度为4 cm的新式微型中子源的中子辐射通量达到了1010 n/(cm2·s)水平，属于强中子辐射源。
介绍了一种小型化高通量中子源系统的工作原理、组成与构型，系统性地介绍了开发该型中子源系统所需的压电脉冲功率源技术、核反应设计技术、球形电磁场发生技术、粒子近距加速技术、粒子极化与共振对撞技术。研发了完整的中子源实物系统并对其进行能谱和通量测试，实验中观测到了预期的物理现象，通过在线与离线中子测试方法证明了核反应的发生，测试结果显示直径2 cm、长度为4 cm的新式微型中子源的中子辐射通量达到了1010 n/(cm2·s)水平，属于强中子辐射源。
