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, 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。
, 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。
, 最新更新时间 , 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。
, 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。
, 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
, 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。
, 最新更新时间 , 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
, 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。
, 最新更新时间 , 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，要求达到最高工作电压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，要求达到最高工作电压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。
, 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。
, 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B=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B=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。
, 最新更新时间 , 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 on the beam energy of 3.5 GeV. However, the significant detuning effects, led by high second-order resonant driving terms due to strong sextupoles, will degrade 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 about configuration choosing 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 an increased dynamic aperture (DA), momentum acceptance (MA), and reduced sensitivity to magnetic errors.
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 on the beam energy of 3.5 GeV. However, the significant detuning effects, led by high second-order resonant driving terms due to strong sextupoles, will degrade 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 about configuration choosing 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 an increased dynamic aperture (DA), momentum acceptance (MA), and reduced sensitivity to magnetic errors.
, 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。
, 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。
, 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。
