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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250159
摘要:
相对论磁控管因其高功率转换效率、低工作磁场、结构简单紧凑等特性，已成为高功率微波源领域的研究热点。为了拓宽其应用场景，系统小型化与轻量化已成为相对论磁控管的重点技术攻关方向。传统微波源尤其是低频段微波源，受波长与径向尺寸的共度性约束，其慢波结构的径向尺寸往往需与工作波长同量级，这严重限制了其小型化和紧凑化设计。提出一种基于超材料的C波段全腔提取相对论磁控管，通过引入具有双负特性的超材料，突破传统共度性关系的限制，实现器件径向尺寸和重量的减小。仿真结果显示：在输入电压675 kV、磁场0.29 T条件下，器件输出功率为1.42 GW，功率转换效率为52.6%，频率为4.3 GHz。与传统相对论磁控管结构对比，当以上工作性能基本相同时，超材料的引入使阳极外半径缩减5.5 mm，尺寸减小幅度达12%，相应的永磁体重量可减轻22.8%。
相对论磁控管因其高功率转换效率、低工作磁场、结构简单紧凑等特性，已成为高功率微波源领域的研究热点。为了拓宽其应用场景，系统小型化与轻量化已成为相对论磁控管的重点技术攻关方向。传统微波源尤其是低频段微波源，受波长与径向尺寸的共度性约束，其慢波结构的径向尺寸往往需与工作波长同量级，这严重限制了其小型化和紧凑化设计。提出一种基于超材料的C波段全腔提取相对论磁控管，通过引入具有双负特性的超材料，突破传统共度性关系的限制，实现器件径向尺寸和重量的减小。仿真结果显示：在输入电压675 kV、磁场0.29 T条件下，器件输出功率为1.42 GW，功率转换效率为52.6%，频率为4.3 GHz。与传统相对论磁控管结构对比，当以上工作性能基本相同时，超材料的引入使阳极外半径缩减5.5 mm，尺寸减小幅度达12%，相应的永磁体重量可减轻22.8%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250069
摘要:
为进一步提高返波管的耦合阻抗和输出功率，提出了一种梯形双脊波导慢波结构。与正弦双脊波导和平顶型正弦双脊波导相比，在归一化相速度基本一致时，梯形双脊波导的电子注通道中心轴线耦合阻抗和截面平均耦合阻抗都得到了显著提升。仿真结果显示，在320～360 GHz频带范围内，其平均耦合阻抗较正弦双脊波导提升78.33%～86.97%，较平顶型正弦双脊波导提升至少46.65%。在相同工作条件及频带范围内，梯形双脊波导返波管在340 GHz频段的输出功率为5.55～8.03 W，比正弦双脊波导返波管提升26.97%～73.44%，比平顶型正弦双脊波导返波管提升33.65%～52.47%。此时三种返波管均为最佳管长，梯形双脊波导返波管可比另两种结构缩短至少16.5%。
为进一步提高返波管的耦合阻抗和输出功率，提出了一种梯形双脊波导慢波结构。与正弦双脊波导和平顶型正弦双脊波导相比，在归一化相速度基本一致时，梯形双脊波导的电子注通道中心轴线耦合阻抗和截面平均耦合阻抗都得到了显著提升。仿真结果显示，在320～360 GHz频带范围内，其平均耦合阻抗较正弦双脊波导提升78.33%～86.97%，较平顶型正弦双脊波导提升至少46.65%。在相同工作条件及频带范围内，梯形双脊波导返波管在340 GHz频段的输出功率为5.55～8.03 W，比正弦双脊波导返波管提升26.97%～73.44%，比平顶型正弦双脊波导返波管提升33.65%～52.47%。此时三种返波管均为最佳管长，梯形双脊波导返波管可比另两种结构缩短至少16.5%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250172
摘要:
为了对取消散热板后的12.5 kW霍尔推力器的热设计优化提供工程指引，本文计算了推力器热耗并校准了热模型，之后采用有限元仿真结合热平衡试验验证对12.5 kW霍尔推力器的不同热设计措施的有效性进行了分析。结果显示，在取消散热板后，推力器各部件平均温升达到50~150 ℃，在考虑推力器主要的热量传递路径后，提出6种热设计措施并分别进行仿真分析。分析结果表明，措施4和措施6，即阻断空心阴极与内线圈的辐射热交换以及提高导磁底座外磁屏和外线圈套筒的发射系数，对控制内线圈及导磁底座的温升具有显著影响。其次，基于措施1即阻断内线圈和导磁底座之间的热传导，在二者间增加了厚度为5 mm隔热垫并开展了热平衡试验验证。结果显示，各部件的仿真值与实测值的比对误差均小于10%，而导磁底座和外壳处的温度比对误差最大，这是由于试验中仍存在轴向热传导所导致。比对结果验证了针对措施1所开展仿真分析的准确性，同时也间接证明了措施4组合措施6的降温效果有效性。
为了对取消散热板后的12.5 kW霍尔推力器的热设计优化提供工程指引，本文计算了推力器热耗并校准了热模型，之后采用有限元仿真结合热平衡试验验证对12.5 kW霍尔推力器的不同热设计措施的有效性进行了分析。结果显示，在取消散热板后，推力器各部件平均温升达到50~150 ℃，在考虑推力器主要的热量传递路径后，提出6种热设计措施并分别进行仿真分析。分析结果表明，措施4和措施6，即阻断空心阴极与内线圈的辐射热交换以及提高导磁底座外磁屏和外线圈套筒的发射系数，对控制内线圈及导磁底座的温升具有显著影响。其次，基于措施1即阻断内线圈和导磁底座之间的热传导，在二者间增加了厚度为5 mm隔热垫并开展了热平衡试验验证。结果显示，各部件的仿真值与实测值的比对误差均小于10%，而导磁底座和外壳处的温度比对误差最大，这是由于试验中仍存在轴向热传导所导致。比对结果验证了针对措施1所开展仿真分析的准确性，同时也间接证明了措施4组合措施6的降温效果有效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250108
摘要:
通过多尺度建模模拟，同时考虑电子系统和晶格系统的温度变化，选用TTM-MD模型开展X射线与材料相互作用时的热效应仿真模拟，对X射线辐照铝箔的能量沉积及其在材料内的热传导过程进行深入研究。通过分析X射线能量对铝箔热效应的具体影响，得到了电子和晶格温度、材料密度等物理参数随时间的演化规律。在X射线辐照铝箔的过程中，X射线的能量被铝箔材料吸收并转化为热能，这种加热效应会导致其表面密度下降并逐渐向深层沉积；同时，辐照引起的温度升高还导致了铝箔内部压力的动态响应，先急剧增加后逐渐稳定。
通过多尺度建模模拟，同时考虑电子系统和晶格系统的温度变化，选用TTM-MD模型开展X射线与材料相互作用时的热效应仿真模拟，对X射线辐照铝箔的能量沉积及其在材料内的热传导过程进行深入研究。通过分析X射线能量对铝箔热效应的具体影响，得到了电子和晶格温度、材料密度等物理参数随时间的演化规律。在X射线辐照铝箔的过程中，X射线的能量被铝箔材料吸收并转化为热能，这种加热效应会导致其表面密度下降并逐渐向深层沉积；同时，辐照引起的温度升高还导致了铝箔内部压力的动态响应，先急剧增加后逐渐稳定。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250047
摘要:
SOI MOSFET器件广泛应用于航天电子设备中，但它们容易受到空间中电磁脉冲及粒子辐照效应的影响，进而影响航天器的稳定性。通过建立二维的短沟道SOI MOSFET器件模型，探究电磁脉冲和重离子辐照引起的单粒子效应对器件电学特性的影响。研究结果表明，在电磁脉冲作用下，随着电磁脉冲电压幅值的增大，SOI MOSFET会发生雪崩击穿，雪崩击穿现象导致PN结内建电场的电场强度和电流密度的增加，继而导致晶格温度上升；器件发生雪崩击穿的阈值电压随着栅极电压的增加而降低，同时也随着源极和漏极之间沟道长度的减小而降低。重离子入射会使SOI MOSFET器件的瞬态漏电流激增，随着电子-空穴对的复合和扩散，电流逐渐减小。电磁脉冲和重离子协同作用于器件时，重离子辐照降低了器件发生雪崩击穿的阈值电压。
SOI MOSFET器件广泛应用于航天电子设备中，但它们容易受到空间中电磁脉冲及粒子辐照效应的影响，进而影响航天器的稳定性。通过建立二维的短沟道SOI MOSFET器件模型，探究电磁脉冲和重离子辐照引起的单粒子效应对器件电学特性的影响。研究结果表明，在电磁脉冲作用下，随着电磁脉冲电压幅值的增大，SOI MOSFET会发生雪崩击穿，雪崩击穿现象导致PN结内建电场的电场强度和电流密度的增加，继而导致晶格温度上升；器件发生雪崩击穿的阈值电压随着栅极电压的增加而降低，同时也随着源极和漏极之间沟道长度的减小而降低。重离子入射会使SOI MOSFET器件的瞬态漏电流激增，随着电子-空穴对的复合和扩散，电流逐渐减小。电磁脉冲和重离子协同作用于器件时，重离子辐照降低了器件发生雪崩击穿的阈值电压。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250024
摘要:
高能电子加速器中，束流与真空室相互作用产生的尾场会引发束流不稳定性，此现象在高重频(>105 Hz)超导加速器中尤为明显。全金属加速器真空室大量使用的CF刀口法兰，其连接处截面突变是导致产生束流耦合阻抗的主要来源之一。设计了一种RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构，其目的是通过实现法兰-密封圈-法兰预紧密封后的平滑过渡，有效减少阻抗。首先采用3D电磁仿真CST软件对比仿真了连接过渡段不同径向台阶和轴向间隙参数下的阻抗效应，给出了相关参数的允许范围。然后通过ANSYS软件对屏蔽法兰-铜圈结构进行了形变仿真，初步制定了不同型号的屏蔽密封圈的内径几何参数，在屏蔽法兰-密封圈的真空密封试验中，验证了预紧力矩≥6 N·m时即可实现有效的超高真空密封，并且通过屏蔽法兰-密封铜圈过渡段径向台阶和轴向间隙测试试验，得到了最优预紧力矩和屏蔽铜圈的关键尺寸参数。最后采用对光滑真空管段、标准法兰-密封圈过渡段和屏蔽法兰-密封圈过渡段的功率损失和阻抗进行了仿真计算，验证了所设计的RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构可以有效地实现阻抗屏蔽。
高能电子加速器中，束流与真空室相互作用产生的尾场会引发束流不稳定性，此现象在高重频(>105 Hz)超导加速器中尤为明显。全金属加速器真空室大量使用的CF刀口法兰，其连接处截面突变是导致产生束流耦合阻抗的主要来源之一。设计了一种RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构，其目的是通过实现法兰-密封圈-法兰预紧密封后的平滑过渡，有效减少阻抗。首先采用3D电磁仿真CST软件对比仿真了连接过渡段不同径向台阶和轴向间隙参数下的阻抗效应，给出了相关参数的允许范围。然后通过ANSYS软件对屏蔽法兰-铜圈结构进行了形变仿真，初步制定了不同型号的屏蔽密封圈的内径几何参数，在屏蔽法兰-密封圈的真空密封试验中，验证了预紧力矩≥6 N·m时即可实现有效的超高真空密封，并且通过屏蔽法兰-密封铜圈过渡段径向台阶和轴向间隙测试试验，得到了最优预紧力矩和屏蔽铜圈的关键尺寸参数。最后采用对光滑真空管段、标准法兰-密封圈过渡段和屏蔽法兰-密封圈过渡段的功率损失和阻抗进行了仿真计算，验证了所设计的RF屏蔽型法兰-密封圈连接结构可以有效地实现阻抗屏蔽。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250055
摘要:
随着粒子加速器对束流的稳定性要求越来越高，对工程控制网的精度提出了更高的要求，本文以高能同步辐射光源（HEPS）周长454 m的增强器为例，针对隧道内空间狭长、无法大范围通视的不利条件，提出了基于激光跟踪仪精密测量的控制网布设方案及测量方法；同时，面对测量环节中测站多和测点密的数据有效性检测难题，提出了相邻单站拟合及多站拟合的观测过程质量控制方法，点位拟合误差RMS优于0.1 mm；最终，控制网的径向、切向及高程方向各坐标分量的绝对点位误差RMS达到0.2 mm，满足设备安装精度要求。同时，为了监测增强器土建完毕初期的稳定性，对增强器控制网在一年内进行了两期观测，测量结果表明：增强器隧道在一年内产生了10 mm左右变形，具体表现为隧道地基在正东偏南、正北偏西、正南偏西三区域向外膨胀。
随着粒子加速器对束流的稳定性要求越来越高，对工程控制网的精度提出了更高的要求，本文以高能同步辐射光源（HEPS）周长454 m的增强器为例，针对隧道内空间狭长、无法大范围通视的不利条件，提出了基于激光跟踪仪精密测量的控制网布设方案及测量方法；同时，面对测量环节中测站多和测点密的数据有效性检测难题，提出了相邻单站拟合及多站拟合的观测过程质量控制方法，点位拟合误差RMS优于0.1 mm；最终，控制网的径向、切向及高程方向各坐标分量的绝对点位误差RMS达到0.2 mm，满足设备安装精度要求。同时，为了监测增强器土建完毕初期的稳定性，对增强器控制网在一年内进行了两期观测，测量结果表明：增强器隧道在一年内产生了10 mm左右变形，具体表现为隧道地基在正东偏南、正北偏西、正南偏西三区域向外膨胀。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250106
摘要:
硬X射线自由电子激光装置（SHINE）中常温L波段聚束器在电子束团进行压缩过程中发挥了关键作用，有效提升了束流品质，满足了SHINE对低发射度和低能散的注入要求。由于聚束器采用了2-cell的设计，特研制了一套数字化低电平控制系统。该系统基于FPGA板卡和上下变频板卡的架构，采用I/Q解调技术，集成了幅度相位反馈、频率调谐及场平坦度多电机协调控制功能。在10 kW连续波运行中，聚束器腔压的幅度稳定度（peak-to-peak）由开环的±0.17%提高到闭环的±0.03%，相位稳定度（peak-to-peak）控制在±0.05°以内，场平坦度保持在±2%以内，满足了设计指标要求。此外，还提出了一种基于模拟数字转换（ADC）采集的射频信号功率校准方法，通过与功率计对比实测误差在±2%以内，验证了该方法的可行性，为射频功率标定提供了一种可选方案。
硬X射线自由电子激光装置（SHINE）中常温L波段聚束器在电子束团进行压缩过程中发挥了关键作用，有效提升了束流品质，满足了SHINE对低发射度和低能散的注入要求。由于聚束器采用了2-cell的设计，特研制了一套数字化低电平控制系统。该系统基于FPGA板卡和上下变频板卡的架构，采用I/Q解调技术，集成了幅度相位反馈、频率调谐及场平坦度多电机协调控制功能。在10 kW连续波运行中，聚束器腔压的幅度稳定度（peak-to-peak）由开环的±0.17%提高到闭环的±0.03%，相位稳定度（peak-to-peak）控制在±0.05°以内，场平坦度保持在±2%以内，满足了设计指标要求。此外，还提出了一种基于模拟数字转换（ADC）采集的射频信号功率校准方法，通过与功率计对比实测误差在±2%以内，验证了该方法的可行性，为射频功率标定提供了一种可选方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250022
摘要:
基于正在运行的合肥红外自由电子激光装置注入器的指标要求，对注入器结构进行优化设计，得到更适合红外振荡器型自由电子激光装置的电子束。基于前期电子枪栅网结构的优化结果改进设计，将现有六次次谐波聚束系统的前级增设一个新的十二次次谐波聚束腔，再结合改进的行波聚束结构对束团进行聚束和加速。在束流动力学优化过程中首先设计次谐波聚束腔，扫描束流注入相位、行波聚束器相速度等参数使得电子束在聚束阶段中达到100%捕获，能量提升至接近4.4 MeV。随后，通过装置原有的两个等梯度行波加速管，束流能量被提升至64 MeV。根据红外自由电子激光的实际应用需求，滤除高能散电子，对±1%束团能散的电子束进行统计，优化后核心束团的均方根纵向长度降低至3.1 ps，能散低于0.23 MeV，归一化横向发射度可以降低至9.8 mm · mrad，同时峰值流强达到270 A，为原有优化结果的2.7倍。优化后的注入器能够为光源的运行提供更高品质的电子束，有望驱动产生质量更为优异的红外辐射光。
基于正在运行的合肥红外自由电子激光装置注入器的指标要求，对注入器结构进行优化设计，得到更适合红外振荡器型自由电子激光装置的电子束。基于前期电子枪栅网结构的优化结果改进设计，将现有六次次谐波聚束系统的前级增设一个新的十二次次谐波聚束腔，再结合改进的行波聚束结构对束团进行聚束和加速。在束流动力学优化过程中首先设计次谐波聚束腔，扫描束流注入相位、行波聚束器相速度等参数使得电子束在聚束阶段中达到100%捕获，能量提升至接近4.4 MeV。随后，通过装置原有的两个等梯度行波加速管，束流能量被提升至64 MeV。根据红外自由电子激光的实际应用需求，滤除高能散电子，对±1%束团能散的电子束进行统计，优化后核心束团的均方根纵向长度降低至3.1 ps，能散低于0.23 MeV，归一化横向发射度可以降低至9.8 mm · mrad，同时峰值流强达到270 A，为原有优化结果的2.7倍。优化后的注入器能够为光源的运行提供更高品质的电子束，有望驱动产生质量更为优异的红外辐射光。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250051
摘要:
针对目前单相交流输入低纹波直流稳压电源存在主电路结构复杂等不足，提出一种新型的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源主电路拓扑结构。介绍了该新型拓扑结构的基本工作原理，建立了其数学模型并分析了其电压传输特性，根据其低纹波高稳定度控制要求提出一种基于改进迭代学习控制的参考输出电压幅值自补偿与双闭环比例复数积分(PCI)控制相结合的控制方法，最后对其效果进行了仿真与实验验证，同时与目前常用单相交流输入低纹波直流稳压电源进行了对比分析，结果表明：所提出的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源拓扑结构具有电路结构简单、输出电压任意可调、纹波小、稳态精度高等特点，因而具有较好的实际应用价值。
针对目前单相交流输入低纹波直流稳压电源存在主电路结构复杂等不足，提出一种新型的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源主电路拓扑结构。介绍了该新型拓扑结构的基本工作原理，建立了其数学模型并分析了其电压传输特性，根据其低纹波高稳定度控制要求提出一种基于改进迭代学习控制的参考输出电压幅值自补偿与双闭环比例复数积分(PCI)控制相结合的控制方法，最后对其效果进行了仿真与实验验证，同时与目前常用单相交流输入低纹波直流稳压电源进行了对比分析，结果表明：所提出的单相交流输入低纹波可调直流稳压电源拓扑结构具有电路结构简单、输出电压任意可调、纹波小、稳态精度高等特点，因而具有较好的实际应用价值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.240438
摘要:
在高温颗粒球床堆芯辐射换热过程中，角系数是辐射换热计算的关键参数。传统数值计算角系数的方法需进行复杂积分运算，且不同几何形状的积分公式各异，计算难度较大。为降低球床颗粒间角系数的计算难度，提出了一种基于光线追踪理论并结合颗粒辐射特性的角系数计算模型。该模型无需对颗粒进行建模做离散分析，仅需获取颗粒的坐标信息和半径即可进行计算，极大地简化了计算过程。通过在颗粒相切情况下对比光线追踪与数值结果，当光线密度达到特定值时，二者结果相对误差在1%内。颗粒间辐射主要以中心连线为辐射能量最强处，向四周减少，其变化趋势呈余弦函数。在球床颗粒随机堆积情况下，选取单个颗粒进行分析，发现辐射范围以2倍直径内为主，此时角系数累积超过0.98，颗粒数量在100个以内；在3倍直径范围内，累积角系数超过0.99。
在高温颗粒球床堆芯辐射换热过程中，角系数是辐射换热计算的关键参数。传统数值计算角系数的方法需进行复杂积分运算，且不同几何形状的积分公式各异，计算难度较大。为降低球床颗粒间角系数的计算难度，提出了一种基于光线追踪理论并结合颗粒辐射特性的角系数计算模型。该模型无需对颗粒进行建模做离散分析，仅需获取颗粒的坐标信息和半径即可进行计算，极大地简化了计算过程。通过在颗粒相切情况下对比光线追踪与数值结果，当光线密度达到特定值时，二者结果相对误差在1%内。颗粒间辐射主要以中心连线为辐射能量最强处，向四周减少，其变化趋势呈余弦函数。在球床颗粒随机堆积情况下，选取单个颗粒进行分析，发现辐射范围以2倍直径内为主，此时角系数累积超过0.98，颗粒数量在100个以内；在3倍直径范围内，累积角系数超过0.99。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250151
摘要:
针对薄型化微波吸波材料在低频段带宽受限的技术瓶颈，本研究提出一种基于双层磁性介质与榫眼结构的新型吸波体设计方案，重点突破材料厚度与吸收带宽间的制约关系，实现L/S频段电磁波的高效吸收。研究采用磁性介质基板构建双层异质结构，结合表面周期排布的榫眼式金属谐振单元，利用磁损耗与结构谐振的协同效应增强电磁能量耗散。仿真结果表明，该吸波体在1.16～2.82 GHz频段内吸收率超过90%，有效覆盖L波段并延伸至S波段部分频段，在薄层条件下实现了1.66 GHz的宽频吸收，解决了低频段吸波材料厚度与带宽的固有矛盾，可为新一代薄型宽带吸波体的工程应用提供可行方案。
针对薄型化微波吸波材料在低频段带宽受限的技术瓶颈，本研究提出一种基于双层磁性介质与榫眼结构的新型吸波体设计方案，重点突破材料厚度与吸收带宽间的制约关系，实现L/S频段电磁波的高效吸收。研究采用磁性介质基板构建双层异质结构，结合表面周期排布的榫眼式金属谐振单元，利用磁损耗与结构谐振的协同效应增强电磁能量耗散。仿真结果表明，该吸波体在1.16～2.82 GHz频段内吸收率超过90%，有效覆盖L波段并延伸至S波段部分频段，在薄层条件下实现了1.66 GHz的宽频吸收，解决了低频段吸波材料厚度与带宽的固有矛盾，可为新一代薄型宽带吸波体的工程应用提供可行方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250107
摘要:
针对无人机卫星导航系统抗压制干扰评估缺乏标准化与定量化的问题，提出一种注入-辐照联合的动态试验方法。该方法构建了可复现多源、动态复杂电磁压制环境的试验体系，实现了从射频注入到空间辐照的全链路考核。以某型七阵元GNSS接收机为对象，静态试验量化了多干扰源对其空间滤波的饱和效应（干信比门限从单源106 dB降至六源60 dB）。动态试验（转速2°/s）揭示了动态场景下干扰空间几何构型变化对系统自适应算法的复杂时域-空域耦合效应：在六干扰源、70 dB干信比下，定位成功率达100%，反而优于其静态失效门限，证实了动态几何构型变化对自适应算法的复杂影响。
针对无人机卫星导航系统抗压制干扰评估缺乏标准化与定量化的问题，提出一种注入-辐照联合的动态试验方法。该方法构建了可复现多源、动态复杂电磁压制环境的试验体系，实现了从射频注入到空间辐照的全链路考核。以某型七阵元GNSS接收机为对象，静态试验量化了多干扰源对其空间滤波的饱和效应（干信比门限从单源106 dB降至六源60 dB）。动态试验（转速2°/s）揭示了动态场景下干扰空间几何构型变化对系统自适应算法的复杂时域-空域耦合效应：在六干扰源、70 dB干信比下，定位成功率达100%，反而优于其静态失效门限，证实了动态几何构型变化对自适应算法的复杂影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250033
摘要:
针对典型拍瓦级飞秒激光装置参数，提出一种毛细管型的气室结构靶以产生百微米尺度且具有陡峭的密度上升沿的近临界密度等离子体。该气室结构靶具有背压低、喷气量小的特点。由于气室壁约束，气室内，该气室靶可更加稳定产生平台状的气体密度分布。采用粒子模拟方法研究了拍瓦级飞秒激光与该近临界密度等离子体相互作用的电子加速及Betatron辐射过程。结果表明，合适气体密度和激光脉宽有利于产生稳定的等离子体通道。在通道内，电子首先经历有效的激光尾波场加速。这些加速的高能电子与激光尾部直接作用，通过Betatron共振和激光直接加速，可使其产额及截止能量进一步提升。该大电荷量高能电子束在等离子体通道内的横向振荡能够产生高亮度Betatron辐射源，峰值光子能量约8 keV，亮度达到\begin{document}$ 1.75\times {10}^{20}\;\mathrm{p}\mathrm{h}\cdot {\mathrm{s}}^{-1}\cdot {\mathrm{mm}}^{-2}\cdot $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ {\mathrm{m}\mathrm{rad}}^{-2}\cdot {\left(0.1\mathrm{{\text{%}}}\mathrm{b}\mathrm{w}\right)}^{-1} $\end{document} ![]()
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针对典型拍瓦级飞秒激光装置参数，提出一种毛细管型的气室结构靶以产生百微米尺度且具有陡峭的密度上升沿的近临界密度等离子体。该气室结构靶具有背压低、喷气量小的特点。由于气室壁约束，气室内，该气室靶可更加稳定产生平台状的气体密度分布。采用粒子模拟方法研究了拍瓦级飞秒激光与该近临界密度等离子体相互作用的电子加速及Betatron辐射过程。结果表明，合适气体密度和激光脉宽有利于产生稳定的等离子体通道。在通道内，电子首先经历有效的激光尾波场加速。这些加速的高能电子与激光尾部直接作用，通过Betatron共振和激光直接加速，可使其产额及截止能量进一步提升。该大电荷量高能电子束在等离子体通道内的横向振荡能够产生高亮度Betatron辐射源，峰值光子能量约8 keV，亮度达到
