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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250338
摘要:
随着低空经济产业加速发展，低空安防日益引起广泛关注。我们提出了一种片上固态高功率微波新思路，并在单个厚度0.5 mm、直径0.15 m的半导体晶圆上集成了储能电容、高功率光控半导体开关及天线，实现了辐射因子20 kV的超宽谱高功率微波输出。实验表明，基于集成化片上高功率微波系统，对10 m处的消费级无人机造成了通信链路切断及飞行失控的效果。
随着低空经济产业加速发展，低空安防日益引起广泛关注。我们提出了一种片上固态高功率微波新思路，并在单个厚度0.5 mm、直径0.15 m的半导体晶圆上集成了储能电容、高功率光控半导体开关及天线，实现了辐射因子20 kV的超宽谱高功率微波输出。实验表明，基于集成化片上高功率微波系统，对10 m处的消费级无人机造成了通信链路切断及飞行失控的效果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250271
摘要:
基于反射阵列天线基础理论并利用参考相位优化方法，提出了一种适用于高功率微波双频反射阵列天线的相位综合方法。该方法充分考虑天线单元在不同入射波角度下的反射相位状态、电场强度以及与结构参数之间的对应关系，并进一步引入了筛选阈值的概念以提升系统功率容量，同时通过参考相位优选来缓解因筛选阈值而丢失掉小部分相移曲线引起的口径效率降低。该方法能够简化双频反射阵列天线流程并有效提升天线性能。为了验证方法的正确性，设计了一种多方框形状的改进型反射阵列天线单元，并用所提出方法开展双频反射阵列天线设计。该27×27单元阵列的工作频率为4.3 GHz和10 GHz，口径效率分别达到了67.37%和48.69%，真空中的功率容量达到数百兆瓦，有效验证了所提出相位综合方法的适用性。
基于反射阵列天线基础理论并利用参考相位优化方法，提出了一种适用于高功率微波双频反射阵列天线的相位综合方法。该方法充分考虑天线单元在不同入射波角度下的反射相位状态、电场强度以及与结构参数之间的对应关系，并进一步引入了筛选阈值的概念以提升系统功率容量，同时通过参考相位优选来缓解因筛选阈值而丢失掉小部分相移曲线引起的口径效率降低。该方法能够简化双频反射阵列天线流程并有效提升天线性能。为了验证方法的正确性，设计了一种多方框形状的改进型反射阵列天线单元，并用所提出方法开展双频反射阵列天线设计。该27×27单元阵列的工作频率为4.3 GHz和10 GHz，口径效率分别达到了67.37%和48.69%，真空中的功率容量达到数百兆瓦，有效验证了所提出相位综合方法的适用性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250185
摘要:
介绍了大回旋电子枪的形成理论，分析了电子注在非理想会切磁场中的运动过程，并利用CST和E-gun对电子枪进行建模和仿真分析。研究了磁场、工作电压、电流对大回旋电子注质量、轨迹的影响，为Ka波段二次谐波大回旋电子注回旋行波管实验测试寻找最佳工作点提供指导，同时降低电子枪在实验过程中的损坏风险。研究表明，电子枪的工作电压过低时，速度比较大，出现电子回轰的现象，对阴极不利；同时，阴极的反向磁场过高时，电子回旋半径过大，会导致电子轰击在电子枪壁上损坏电子枪。最后对比了两种软件的计算结果，分析了各自的特点。
介绍了大回旋电子枪的形成理论，分析了电子注在非理想会切磁场中的运动过程，并利用CST和E-gun对电子枪进行建模和仿真分析。研究了磁场、工作电压、电流对大回旋电子注质量、轨迹的影响，为Ka波段二次谐波大回旋电子注回旋行波管实验测试寻找最佳工作点提供指导，同时降低电子枪在实验过程中的损坏风险。研究表明，电子枪的工作电压过低时，速度比较大，出现电子回轰的现象，对阴极不利；同时，阴极的反向磁场过高时，电子回旋半径过大，会导致电子轰击在电子枪壁上损坏电子枪。最后对比了两种软件的计算结果，分析了各自的特点。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250285
摘要:
本研究聚焦于微波等离子体推力器在微小卫星应用中的关键测试技术难题。针对实验室真空环境下的空间约束条件，创新性地开发了多种推力测量方案。实验采用1.5 kW功率的2.45 GHz磁控管微波源，通过氦气工质产生等离子体推力。研究重点突破了传统推力测量装置在有限空间内的应用限制，建立了包括直接力学测量和间接参数推算在内的完整测试体系。测试结果表明，在0～600 mN推力范围内，这四种方法在不同工况下均表现出良好的测量效果，且推拉力计和单摆推力计的测量结果高度一致，验证了方法的有效性。此外，基于谐振腔特性的间接计算方法在放电实验中提供了与直接测量相符的推力估计值，进一步证明了其可行性。本研究为微小推力器的地面测试提供了可靠的技术方案，其模块化设计思路特别适合立方星等微小卫星平台的推进系统验证需求。
本研究聚焦于微波等离子体推力器在微小卫星应用中的关键测试技术难题。针对实验室真空环境下的空间约束条件，创新性地开发了多种推力测量方案。实验采用1.5 kW功率的2.45 GHz磁控管微波源，通过氦气工质产生等离子体推力。研究重点突破了传统推力测量装置在有限空间内的应用限制，建立了包括直接力学测量和间接参数推算在内的完整测试体系。测试结果表明，在0～600 mN推力范围内，这四种方法在不同工况下均表现出良好的测量效果，且推拉力计和单摆推力计的测量结果高度一致，验证了方法的有效性。此外，基于谐振腔特性的间接计算方法在放电实验中提供了与直接测量相符的推力估计值，进一步证明了其可行性。本研究为微小推力器的地面测试提供了可靠的技术方案，其模块化设计思路特别适合立方星等微小卫星平台的推进系统验证需求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250139
摘要:
作为轻量化设计的战略材料，铝合金凭借其低比重、耐腐蚀和良好的低温特性，在海洋装备、航空航天及交通运输领域中占据重要地位。值得注意的是，表面润湿特性作为铝合金功能化应用的关键界面参数，直接影响其工程服役性能。近年来，基于激光毛化织构的表面润湿性调控技术突破传统化学改性局限，为铝合金表面功能化提供了新的思路。本文系统阐释了润湿性基础理论体系，包括Young氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型，分析了超短脉冲激光和长脉冲激光体系在铝合金表面仿生功能化构建中的应用差异，其中超短脉冲激光（飞秒/皮秒）凭借其极短脉宽和超高峰值功率的特性可实现亚微米级精密织构，而长脉冲激光则在大面积加工效率方面具有优势。研究显示，此类功能化表面在表面自清洁、低温防覆冰、耐Cl−腐蚀、高效沸腾传热、粘接及微流控等领域展现出显著优势，然而其实际应用仍受限于润湿稳定性衰退和环境耐受性不足等关键技术瓶颈。
作为轻量化设计的战略材料，铝合金凭借其低比重、耐腐蚀和良好的低温特性，在海洋装备、航空航天及交通运输领域中占据重要地位。值得注意的是，表面润湿特性作为铝合金功能化应用的关键界面参数，直接影响其工程服役性能。近年来，基于激光毛化织构的表面润湿性调控技术突破传统化学改性局限，为铝合金表面功能化提供了新的思路。本文系统阐释了润湿性基础理论体系，包括Young氏模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型，分析了超短脉冲激光和长脉冲激光体系在铝合金表面仿生功能化构建中的应用差异，其中超短脉冲激光（飞秒/皮秒）凭借其极短脉宽和超高峰值功率的特性可实现亚微米级精密织构，而长脉冲激光则在大面积加工效率方面具有优势。研究显示，此类功能化表面在表面自清洁、低温防覆冰、耐Cl−腐蚀、高效沸腾传热、粘接及微流控等领域展现出显著优势，然而其实际应用仍受限于润湿稳定性衰退和环境耐受性不足等关键技术瓶颈。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250194
摘要:
低能量强流高电荷态重离子加速器装置（LEAF）是中国科学院近代物理研究所承担的国家重大科研仪器项目，旨在构建一台具备高电荷态、高流强、全谱系离子加速能力的低能重离子综合实验装置。系统介绍了该装置的结构、核心部件设计参数及束流调控策略，并重点报告了装置试运行期间在束流加速能力、多离子混合束制备及低能散碳离子束调控等方面取得的代表性进展。截至目前，LEAF已累计为终端实验提供超过13 000小时束流支持，覆盖质荷比A/q=2～7的多种离子种类，实现了高电荷态、高流强重离子束流的稳定加速。平台构建了适用于协同辐照研究的“鸡尾酒束”运行模式，并建立了具备高流强与低能散特性的12C2+束流系统，用于伽莫夫能区核反应的精密测量。最后，文章结合终端实验需求，提出了装置未来的发展方向，包括调能系统拓展与三离子协同供束能力增强等，以期进一步提升平台对核天体物理、核能材料等领域的支撑能力。
低能量强流高电荷态重离子加速器装置（LEAF）是中国科学院近代物理研究所承担的国家重大科研仪器项目，旨在构建一台具备高电荷态、高流强、全谱系离子加速能力的低能重离子综合实验装置。系统介绍了该装置的结构、核心部件设计参数及束流调控策略，并重点报告了装置试运行期间在束流加速能力、多离子混合束制备及低能散碳离子束调控等方面取得的代表性进展。截至目前，LEAF已累计为终端实验提供超过13 000小时束流支持，覆盖质荷比A/q=2～7的多种离子种类，实现了高电荷态、高流强重离子束流的稳定加速。平台构建了适用于协同辐照研究的“鸡尾酒束”运行模式，并建立了具备高流强与低能散特性的12C2+束流系统，用于伽莫夫能区核反应的精密测量。最后，文章结合终端实验需求，提出了装置未来的发展方向，包括调能系统拓展与三离子协同供束能力增强等，以期进一步提升平台对核天体物理、核能材料等领域的支撑能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250263
摘要:
Rhodotron加速器因其微焦点特性，为工业计算机断层扫描（CT）系统实现高空间分辨率检测提供了硬件基础。然而，在检测航空航天等领域常用的高密度、大尺寸工件时，X射线的强衰减会导致投影数据信噪比严重降低，常规重建算法难以兼顾噪声抑制与细节保持，限制了系统分辨能力的发挥。针对此问题，旨在提出一种能够在强噪声背景下实现高保真重建的算法。本研究提出一种基于双边总变分正则化凸集投影（POCS-BTV）的高分辨迭代重建算法。该算法在POCS框架内，创新性地引入具有优越边缘保持能力的BTV作为正则项，通过迭代优化有效分离图像结构与噪声。通过仿真实验和基于Rhodotron加速器CT系统的实际物理模体实验对算法性能进行验证，并与SIRT、POCS-TV及POCS-RTV等算法进行对比。仿真实验结果表明，所提POCS-BTV算法重建的Shepp-Logan头模图像峰值信噪比（PSNR）达到30.76，结构相似性（SSIM）为0.8405 ，在各项评价指标上均表现出显著优势。针对直径70 mm高强度钢丝缆绳模体的实际数据重建，POCS-BTV算法的重建图像能够清晰分辨钢丝间的微小缝隙，有效避免了其他算法中出现的结构混叠与边缘模糊现象。研究证实，POCS-BTV算法能充分利用Rhodotron加速器的硬件优势，在强噪声背景下实现高密度工件内部微观结构的高分辨、高保真重建，为关键工业部件的精密无损检测提供了可靠的解决方案。
Rhodotron加速器因其微焦点特性，为工业计算机断层扫描（CT）系统实现高空间分辨率检测提供了硬件基础。然而，在检测航空航天等领域常用的高密度、大尺寸工件时，X射线的强衰减会导致投影数据信噪比严重降低，常规重建算法难以兼顾噪声抑制与细节保持，限制了系统分辨能力的发挥。针对此问题，旨在提出一种能够在强噪声背景下实现高保真重建的算法。本研究提出一种基于双边总变分正则化凸集投影（POCS-BTV）的高分辨迭代重建算法。该算法在POCS框架内，创新性地引入具有优越边缘保持能力的BTV作为正则项，通过迭代优化有效分离图像结构与噪声。通过仿真实验和基于Rhodotron加速器CT系统的实际物理模体实验对算法性能进行验证，并与SIRT、POCS-TV及POCS-RTV等算法进行对比。仿真实验结果表明，所提POCS-BTV算法重建的Shepp-Logan头模图像峰值信噪比（PSNR）达到30.76，结构相似性（SSIM）为
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250175
摘要:
甚高频光阴极微波电子枪是一种工作于连续波模式的电子源，用于产生MHz级高重频、高品质的电子束，是高重频X射线自由电子激光、高重频超快电子衍射等科学装置的关键核心部件。在运行过程中，电子枪腔体谐振频率随着馈入功率及冷却水温度变化而变化，因此需要对电子枪频率进行实时测量并通过调谐器对腔体频率进行调整以保障腔体内微波场幅度和相位的稳定。基于LCR振荡电路模型，分析了腔体取样微波与入射微波的相位差与电子枪谐振频率的关系，采用了频率扫描、频率跟踪和主动调谐的电子枪腔体三步调谐方法，成功应用于清华大学甚高频电子枪调谐和微波幅度相位控制。通过该调谐方法，可以使电子枪在高功率运行时始终保持谐振状态。电子枪在满功率运行下腔体谐振频率偏差控制在94.2 Hz （RMS），腔体微波采样口的幅值稳定性达到0.0046 % （RMS），锁相精度达到0.0023 ° （RMS），实现电子枪在满功率下长时间稳定运行。
甚高频光阴极微波电子枪是一种工作于连续波模式的电子源，用于产生MHz级高重频、高品质的电子束，是高重频X射线自由电子激光、高重频超快电子衍射等科学装置的关键核心部件。在运行过程中，电子枪腔体谐振频率随着馈入功率及冷却水温度变化而变化，因此需要对电子枪频率进行实时测量并通过调谐器对腔体频率进行调整以保障腔体内微波场幅度和相位的稳定。基于LCR振荡电路模型，分析了腔体取样微波与入射微波的相位差与电子枪谐振频率的关系，采用了频率扫描、频率跟踪和主动调谐的电子枪腔体三步调谐方法，成功应用于清华大学甚高频电子枪调谐和微波幅度相位控制。通过该调谐方法，可以使电子枪在高功率运行时始终保持谐振状态。电子枪在满功率运行下腔体谐振频率偏差控制在94.2 Hz （RMS），腔体微波采样口的幅值稳定性达到
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250038
摘要:
束团电荷量100 pC条件下，C波段光阴极微波电子枪出口的束流归一化发射度预计低于0.2 mm.mrad。为实现对极小束流发射度的准确测量，设计了一套基于单狭缝扫描法的发射度测量仪，并利用数值模拟对发射度仪的狭缝结构和子束团漂移距离等核心参数进行了优化。考虑动态误差的数值模拟表明：采用宽度5 μm、厚度1 mm的狭缝和0.11 m的子束团漂移距离时，95%发射度的测量偏差低于5%。
束团电荷量100 pC条件下，C波段光阴极微波电子枪出口的束流归一化发射度预计低于0.2 mm.mrad。为实现对极小束流发射度的准确测量，设计了一套基于单狭缝扫描法的发射度测量仪，并利用数值模拟对发射度仪的狭缝结构和子束团漂移距离等核心参数进行了优化。考虑动态误差的数值模拟表明：采用宽度5 μm、厚度1 mm的狭缝和0.11 m的子束团漂移距离时，95%发射度的测量偏差低于5%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250148
摘要:
背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射是激光聚变中广泛存在的两种激光等离子体不稳定性。为了深入理解两者之间的竞争过程，通过求解包含超高斯电子分布函数的五波耦合方程，并考虑了离子-离子碰撞对离子极化率的修正，分析了CH等离子体中Langdon效应和离子碰撞对两种不稳定性竞争关系和反射率的影响，研究结果表明，Langdon效应既可以改变背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射的色散关系，也可以改变电子等离子体波和离子声波的阻尼，而离子-离子碰撞的修正则主要是改变背向受激布里渊散射的色散关系和离子声波的阻尼，两者都可以使背向受激拉曼散射在密度相对更低的条件下在与背向受激布里渊散射的竞争中占据优势。
背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射是激光聚变中广泛存在的两种激光等离子体不稳定性。为了深入理解两者之间的竞争过程，通过求解包含超高斯电子分布函数的五波耦合方程，并考虑了离子-离子碰撞对离子极化率的修正，分析了CH等离子体中Langdon效应和离子碰撞对两种不稳定性竞争关系和反射率的影响，研究结果表明，Langdon效应既可以改变背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射的色散关系，也可以改变电子等离子体波和离子声波的阻尼，而离子-离子碰撞的修正则主要是改变背向受激布里渊散射的色散关系和离子声波的阻尼，两者都可以使背向受激拉曼散射在密度相对更低的条件下在与背向受激布里渊散射的竞争中占据优势。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250210
摘要:
近年来，快速发展的卷绕式云母纸电容器较大地提升了其工作电压，有希望用于提升PFN-Marx（pulse forming line - Marx）发生器的整体储能密度水平。电容器寿命是确保装置可靠性的重要因素，而该电容器的寿命特性尚未清楚，其最优工作条件和装置的预期工作寿命未能明确。基于此，开展了微秒脉冲下云母电容寿命特性的预测模型和实验研究。首先，分析了云母电容的内部结构，建立仿真模型并进行了电场、热场模拟分析。其次，搭建了一个能够稳定长时间工作的寿命测试平台，通过该平台获取并分析了云母电容的退化参数、寿命数据和失效机理。根据寿命数据结果，本文修正了在给定运行因素下的云母电容寿命预测模型。结果表明，寿命预测模型与寿命测试结果基本匹配。研究工作将有助于发展云母电容的寿命预测，并为在微秒脉冲下使用云母电容的系统装置设计提供参考。
近年来，快速发展的卷绕式云母纸电容器较大地提升了其工作电压，有希望用于提升PFN-Marx（pulse forming line - Marx）发生器的整体储能密度水平。电容器寿命是确保装置可靠性的重要因素，而该电容器的寿命特性尚未清楚，其最优工作条件和装置的预期工作寿命未能明确。基于此，开展了微秒脉冲下云母电容寿命特性的预测模型和实验研究。首先，分析了云母电容的内部结构，建立仿真模型并进行了电场、热场模拟分析。其次，搭建了一个能够稳定长时间工作的寿命测试平台，通过该平台获取并分析了云母电容的退化参数、寿命数据和失效机理。根据寿命数据结果，本文修正了在给定运行因素下的云母电容寿命预测模型。结果表明，寿命预测模型与寿命测试结果基本匹配。研究工作将有助于发展云母电容的寿命预测，并为在微秒脉冲下使用云母电容的系统装置设计提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250019
摘要:
光纤激光相干合成技术通过精确控制各路光纤激光的相位，实现高功率的激光输出。然而，系统运行中存在多种影响因素，如相位控制精度、光强稳定性、通信链路可靠性以及环境干扰等，这些因素可能导致系统性能下降。针对大规模光纤激光相干合成相位控制中的异常检测问题，提出一种基于深度学习的多探测器串行共孔径相干合成检测新方法。首先，采集十路光纤激光相干合成数据，分析系统控制过程及其合束原理，归类系统中可能出现的异常情况，并仿真得到数据集。其次，设计一种结合轻量化高效多头注意力机制（EMA）的EMA-Transformer网络模型。在对比实验中，本算法相较于ResNet50，在验证集上的精度提升了约50%，在测试集上的精度提升了约2.20%。在算法的实际应用中，搭建八束光纤激光相干合成实验装置，使用TensorRT部署算法进行测试。实验结果表明，本算法推理耗时达2.153 ms，达到了相位控制异常检测的实时性要求。
光纤激光相干合成技术通过精确控制各路光纤激光的相位，实现高功率的激光输出。然而，系统运行中存在多种影响因素，如相位控制精度、光强稳定性、通信链路可靠性以及环境干扰等，这些因素可能导致系统性能下降。针对大规模光纤激光相干合成相位控制中的异常检测问题，提出一种基于深度学习的多探测器串行共孔径相干合成检测新方法。首先，采集十路光纤激光相干合成数据，分析系统控制过程及其合束原理，归类系统中可能出现的异常情况，并仿真得到数据集。其次，设计一种结合轻量化高效多头注意力机制（EMA）的EMA-Transformer网络模型。在对比实验中，本算法相较于ResNet50，在验证集上的精度提升了约50%，在测试集上的精度提升了约2.20%。在算法的实际应用中，搭建八束光纤激光相干合成实验装置，使用TensorRT部署算法进行测试。实验结果表明，本算法推理耗时达2.153 ms，达到了相位控制异常检测的实时性要求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250157
摘要:
强爆炸释放的γ辐射剂量评估是核应急防护体系研究的重要方向之一，传统研究多聚焦于瞬发γ（<1 μs）的剂量评估，缓发γ（秒级）因时间延迟常被忽视。本文针对强爆炸后裂变产物在0.2～0.5 s内产生的缓发γ剂量与中子泄露产生的次级γ剂量开展研究，基于蒙特卡罗（MC）方法构建了强爆炸源项-大气输运-地表活化耦合的三维全尺度模型，提出基于MC多步计算的动态剂量评估框架，利用重要性卡降低一定距离内实验模拟的方差，详细对比了其与瞬发γ剂量随时间距离变化的趋势。模拟结果表明，在0.2–0.5秒窗口内，距爆炸源500 m处缓发γ总剂量达0.829 Gy，为瞬发剂量（0.441 Gy）的1.88倍；距爆炸源1000 m处仅裂变产物产生的缓发剂量（0.0318 Gy）为瞬发剂量（0.0042 Gy）的7.6倍，远距离下危害相较瞬发尤为显著；而中子泄漏产生的γ剂量500 m到1000 m的剂量由0.634 Gy逐步衰减至0.0485 Gy。本文提出动态剂量评估框架，为核应急防护策略优化提供了数据支撑。
强爆炸释放的γ辐射剂量评估是核应急防护体系研究的重要方向之一，传统研究多聚焦于瞬发γ（<1 μs）的剂量评估，缓发γ（秒级）因时间延迟常被忽视。本文针对强爆炸后裂变产物在0.2～0.5 s内产生的缓发γ剂量与中子泄露产生的次级γ剂量开展研究，基于蒙特卡罗（MC）方法构建了强爆炸源项-大气输运-地表活化耦合的三维全尺度模型，提出基于MC多步计算的动态剂量评估框架，利用重要性卡降低一定距离内实验模拟的方差，详细对比了其与瞬发γ剂量随时间距离变化的趋势。模拟结果表明，在0.2–0.5秒窗口内，距爆炸源500 m处缓发γ总剂量达0.829 Gy，为瞬发剂量（0.441 Gy）的1.88倍；距爆炸源
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250183
摘要:
回旋行波管在毫米波雷达、通信、电子对抗、深空探测等方面有重要应用。对于大回旋状态下的电子注，只与\begin{document}$ \mathit{s}=\mathit{m} $\end{document} ![]()
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回旋行波管在毫米波雷达、通信、电子对抗、深空探测等方面有重要应用。对于大回旋状态下的电子注，只与
