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2025, 37: 091001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250287
2025, 37: 094005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250172
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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
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250075
摘要:
针对电磁脉冲通过孔缝耦合进入电子设备腔体引发的干扰和损坏问题，基于时域有限差分法建立了理想导体矩形腔体的数值模型，系统分析了电磁脉冲的耦合特性。重点考察了不同入射角度和连续脉冲激励下腔体内的电磁场分布规律，采用时频联合分析方法揭示了孔缝耦合的共振机制。结果表明：孔缝耦合会导致特定频率下电场显著增强，其峰值可达入射场的数倍；正入射时腔体内共振效应最为明显，而斜入射条件下不同电场分量因边界条件限制呈现差异化响应；连续脉冲作用会引发电场能量累积，但其增长幅度受腔体驻波效应制约。此外，研究发现腔体共振频率与其结构尺寸密切相关，验证了孔缝耦合的频率选择特性，为电子设备在强电磁环境中的防护设计提供了理论依据和技术参考。
针对电磁脉冲通过孔缝耦合进入电子设备腔体引发的干扰和损坏问题，基于时域有限差分法建立了理想导体矩形腔体的数值模型，系统分析了电磁脉冲的耦合特性。重点考察了不同入射角度和连续脉冲激励下腔体内的电磁场分布规律，采用时频联合分析方法揭示了孔缝耦合的共振机制。结果表明：孔缝耦合会导致特定频率下电场显著增强，其峰值可达入射场的数倍；正入射时腔体内共振效应最为明显，而斜入射条件下不同电场分量因边界条件限制呈现差异化响应；连续脉冲作用会引发电场能量累积，但其增长幅度受腔体驻波效应制约。此外，研究发现腔体共振频率与其结构尺寸密切相关，验证了孔缝耦合的频率选择特性，为电子设备在强电磁环境中的防护设计提供了理论依据和技术参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250127
摘要:
随着旋翼无人机在空中雷暴电场探测等领域的应用变得越来越广泛，其在邻近雷击环境下的适应性问题也变得越来越突出。利用邻近雷击脉冲电场和脉冲磁场模拟装置，对无人机内部线缆的耦合效应进行了测试，获取了不同模块的连接线在邻近雷击脉冲电场和磁场作用下的耦合电流波形。结果表明，在邻近雷击脉冲电场作用下，无人机内部各模块之间的连接线都会耦合出较大电流，其中电机与电子调速器之间的电流峰值最高，达到了12 A；脉冲磁场对各连接线缆的耦合效应主要集中在脉冲电压信号上升沿段，电流波形变化更快。研究结果可为无人机的邻近雷击防护设计提供借鉴。
随着旋翼无人机在空中雷暴电场探测等领域的应用变得越来越广泛，其在邻近雷击环境下的适应性问题也变得越来越突出。利用邻近雷击脉冲电场和脉冲磁场模拟装置，对无人机内部线缆的耦合效应进行了测试，获取了不同模块的连接线在邻近雷击脉冲电场和磁场作用下的耦合电流波形。结果表明，在邻近雷击脉冲电场作用下，无人机内部各模块之间的连接线都会耦合出较大电流，其中电机与电子调速器之间的电流峰值最高，达到了12 A；脉冲磁场对各连接线缆的耦合效应主要集中在脉冲电压信号上升沿段，电流波形变化更快。研究结果可为无人机的邻近雷击防护设计提供借鉴。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250220
摘要:
针对随时间变化的裂变产物γ体源在冲击波扰动形成的非均匀大气中的输运问题，采用冲击波流场演化的LAMBR理论计算方法构建冲击波扰动下大气密度分布计算模型，基于辐射输运的时间离散理论，发展了用于计算裂变产物γ辐射场参数的瞬态变步长蒙特卡罗模拟方法，并开展了空旷地面条件下235U裂变产物γ辐射环境场流体力学增强效应的模拟计算。计算结果表明，建立的裂变产物γ辐射变步长多时间步MC模拟方法能够反映出冲击波扰动大气密度场对裂变产物γ辐射环境的流体力学增强效应，与静态大气模型相比，流体力学增强效应可使部分位置的总剂量增强2～3倍。
针对随时间变化的裂变产物γ体源在冲击波扰动形成的非均匀大气中的输运问题，采用冲击波流场演化的LAMBR理论计算方法构建冲击波扰动下大气密度分布计算模型，基于辐射输运的时间离散理论，发展了用于计算裂变产物γ辐射场参数的瞬态变步长蒙特卡罗模拟方法，并开展了空旷地面条件下235U裂变产物γ辐射环境场流体力学增强效应的模拟计算。计算结果表明，建立的裂变产物γ辐射变步长多时间步MC模拟方法能够反映出冲击波扰动大气密度场对裂变产物γ辐射环境的流体力学增强效应，与静态大气模型相比，流体力学增强效应可使部分位置的总剂量增强2～3倍。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250225
摘要:
电力设备端口特性差异大，注入波形畸变严重，耦合效率低，且其工作电压高，加电状态下开展试验，易引发试验系统故障。目前国内外尚无成熟的电力设备HEMP效应试验方法和试验平台。研究了电力系统与HEMP电流注入试验系统间相互作用的物理过程，提出了基于等效“零电位”的脉冲干扰加载方法，解决了脉冲源内部电路绝缘耐压与功率容量无法承受工频高电压的问题，同时实现了纳秒脉冲在毫秒级工频信号上的相位可控加载与脉冲源输出与电力设备的高效耦合。该方法便于更贴近真实工况下获取待测电力设备的强电磁脉冲效应现象与阈值数据。
电力设备端口特性差异大，注入波形畸变严重，耦合效率低，且其工作电压高，加电状态下开展试验，易引发试验系统故障。目前国内外尚无成熟的电力设备HEMP效应试验方法和试验平台。研究了电力系统与HEMP电流注入试验系统间相互作用的物理过程，提出了基于等效“零电位”的脉冲干扰加载方法，解决了脉冲源内部电路绝缘耐压与功率容量无法承受工频高电压的问题，同时实现了纳秒脉冲在毫秒级工频信号上的相位可控加载与脉冲源输出与电力设备的高效耦合。该方法便于更贴近真实工况下获取待测电力设备的强电磁脉冲效应现象与阈值数据。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250205
摘要:
为分析复杂电磁环境对无人机作战效能的影响，建立“复杂度特征-子系统性能-作战能力”三层评估体系。首先区分电磁环境的复杂度特征为时间占用度、频谱占用度、空间占用度及信号密度，并采用层次分析法确定特征权重，其次分解出通信可靠性、导航精度等7项无人机子系统性能指标与任务能力、生存能力、响应能力及抗干扰能力4项作战能力，并建立三者的耦合关系模型，然后通过归一化处理与敏感系数聚合推导出作战效能量化公式，表明电磁复杂度与无人机作战效能呈显著负相关，最后基于MATLAB软件构建复杂电磁战场环境，对不同电磁环境下无人机的作战效能进行仿真，进一步论证结果，并证明相同电磁环境下抗干扰能力强的无人机作战效能更优秀。
为分析复杂电磁环境对无人机作战效能的影响，建立“复杂度特征-子系统性能-作战能力”三层评估体系。首先区分电磁环境的复杂度特征为时间占用度、频谱占用度、空间占用度及信号密度，并采用层次分析法确定特征权重，其次分解出通信可靠性、导航精度等7项无人机子系统性能指标与任务能力、生存能力、响应能力及抗干扰能力4项作战能力，并建立三者的耦合关系模型，然后通过归一化处理与敏感系数聚合推导出作战效能量化公式，表明电磁复杂度与无人机作战效能呈显著负相关，最后基于MATLAB软件构建复杂电磁战场环境，对不同电磁环境下无人机的作战效能进行仿真，进一步论证结果，并证明相同电磁环境下抗干扰能力强的无人机作战效能更优秀。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250109
摘要:
针对系留无人机系统可能面临的雷击风险，分析了雷暴背景电场下系留无人机系统周围的静电场分布，确定了系留无人机系统上概率较大的雷击选择点，以此为基础，采用介质击穿模型和亚网格技术相结合的方法，对典型系留无人机系统进行了雷击数值模拟评估，获得了系留无人机系统不同部位的雷击概率分布，揭示了不同因素对系留无人机系统雷击概率的影响规律。结果表明：系留无人机系统遭受雷击的概率会随着系留高度、雷云体电荷密度的增大近似呈线性增加；当系留无人机系统遭受雷击时，无人机旋臂末端遭受雷击的概率最高，其次是无人机机身，系留线缆遭受雷击的概率相对较小。
针对系留无人机系统可能面临的雷击风险，分析了雷暴背景电场下系留无人机系统周围的静电场分布，确定了系留无人机系统上概率较大的雷击选择点，以此为基础，采用介质击穿模型和亚网格技术相结合的方法，对典型系留无人机系统进行了雷击数值模拟评估，获得了系留无人机系统不同部位的雷击概率分布，揭示了不同因素对系留无人机系统雷击概率的影响规律。结果表明：系留无人机系统遭受雷击的概率会随着系留高度、雷云体电荷密度的增大近似呈线性增加；当系留无人机系统遭受雷击时，无人机旋臂末端遭受雷击的概率最高，其次是无人机机身，系留线缆遭受雷击的概率相对较小。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250208
摘要:
空间电荷效应是制约强流离子束稳定传输的主要因素，主动馈入补偿气体被认为是一种能够抑制空间电荷效应的有效手段。但在强流负氢离子加速器中，负氢离子与补偿气体的作用机制十分复杂，存在多种互相竞争的物理过程。本研究通过数值模拟与实验测量，探究了负氢粒子与补偿气体在低能束流传输线中的相互作用机制。通过基于PIC方法的仿真程序，构建了包含电离反应、电子剥离反应和弹性碰撞散射等物理过程的三维仿真模型，研究了补偿气体为氮气和氩气时空间电荷补偿效应随气压、气体种类的变化对束流参数的影响规律。研究结果表明, 对负氢束流进行空间电荷补偿研究时，补偿气体对束流的散射与剥离效应不可忽略。
空间电荷效应是制约强流离子束稳定传输的主要因素，主动馈入补偿气体被认为是一种能够抑制空间电荷效应的有效手段。但在强流负氢离子加速器中，负氢离子与补偿气体的作用机制十分复杂，存在多种互相竞争的物理过程。本研究通过数值模拟与实验测量，探究了负氢粒子与补偿气体在低能束流传输线中的相互作用机制。通过基于PIC方法的仿真程序，构建了包含电离反应、电子剥离反应和弹性碰撞散射等物理过程的三维仿真模型，研究了补偿气体为氮气和氩气时空间电荷补偿效应随气压、气体种类的变化对束流参数的影响规律。研究结果表明, 对负氢束流进行空间电荷补偿研究时，补偿气体对束流的散射与剥离效应不可忽略。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250141
摘要:
基于国内外混响室应用现状，聚焦机载平台、一般电子电气设备、汽车电子部件及军用设备分系统等领域的辐射敏感度测试标准，系统梳理了试验要求与方法，并对比分析了频率范围、波形特性、场均匀性等关键指标的差异。针对当前军民领域混响室应用场景，研究指出了现有辐射敏感度测试标准的局限性，并提出以下改进方向：统一军民标准关键指标、优化军用测试标准、构建标准化场强评估体系。该研究为相关领域技术人员提供了重要参考，有助于提升高场强环境下产品设计及验证效率，从而优化研发资源配置。
基于国内外混响室应用现状，聚焦机载平台、一般电子电气设备、汽车电子部件及军用设备分系统等领域的辐射敏感度测试标准，系统梳理了试验要求与方法，并对比分析了频率范围、波形特性、场均匀性等关键指标的差异。针对当前军民领域混响室应用场景，研究指出了现有辐射敏感度测试标准的局限性，并提出以下改进方向：统一军民标准关键指标、优化军用测试标准、构建标准化场强评估体系。该研究为相关领域技术人员提供了重要参考，有助于提升高场强环境下产品设计及验证效率，从而优化研发资源配置。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250124
摘要:
中国散裂中子源 （CSNS）作为一台高功率强流质子加速器，其设计目标是严格控制束流损失,束流损失测量系统对加速器的设备保护、残留活化剂量控制和加速器机器调试非常重要。在CSNS一期工程中，束流损失测量系统使用NI PXIe-6358 采集卡进行束流损失波形采集。在CSNS-II工程中，计划开发基于ZYNQ的新型束流损失波形采集卡替代现有的NI采集板卡。详细介绍了基于ZYNQ的束流损失测量系统的电子学构成，主要分硬件架构和软件架构两部分进行详细阐述，重点介绍了AXI总线的LINUX驱动设计、EPICS IOC开发，通过实验室功能测试实现了束损波形采集、增益控制、过阈值机器保护和EPICS PV量发布等功能，并在RCS本地站进行了带束流测试。
中国散裂中子源 （CSNS）作为一台高功率强流质子加速器，其设计目标是严格控制束流损失,束流损失测量系统对加速器的设备保护、残留活化剂量控制和加速器机器调试非常重要。在CSNS一期工程中，束流损失测量系统使用NI PXIe-
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250138
摘要:
针对精确评估目标高功率微波后门耦合效应困难的问题，本文以典型金属腔体为对象，提出“强耦合区域覆盖率”指标，采用时域有限差分法（FDTD）建立仿真模型，分析了高功率微波波形参数对后门耦合效应的影响。研究发现：腔体固有谐振频率下强耦合覆盖率显著高于非谐振频率；脉冲宽度增至特定值时，谐振频率下覆盖率趋于稳定；极化角从水平向垂直变化时，覆盖率有显著变化；叠加不同谐振频率可填补非强耦合区域空白，进一步提高覆盖率；脉冲前沿对覆盖率影响较小。该研究可为高功率微波后门耦合效应机理及参数优化提供关键技术支撑。
针对精确评估目标高功率微波后门耦合效应困难的问题，本文以典型金属腔体为对象，提出“强耦合区域覆盖率”指标，采用时域有限差分法（FDTD）建立仿真模型，分析了高功率微波波形参数对后门耦合效应的影响。研究发现：腔体固有谐振频率下强耦合覆盖率显著高于非谐振频率；脉冲宽度增至特定值时，谐振频率下覆盖率趋于稳定；极化角从水平向垂直变化时，覆盖率有显著变化；叠加不同谐振频率可填补非强耦合区域空白，进一步提高覆盖率；脉冲前沿对覆盖率影响较小。该研究可为高功率微波后门耦合效应机理及参数优化提供关键技术支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250254
摘要:
微型反应堆在运行过程中具有紧密耦合的核热力响应特征，温度分布具有较强的不均匀性，当堆芯温度发生变化时，需要在线生成不同温度的反应截面，以达到快速模拟截面温度反馈的效果。MCNP的在线多普勒展宽使用较为普遍，但是它只针对可分辨共振区，对于热谱型反应堆，无法在线考虑热中子散射截面受温度的影响，为此，本文进行了基于统计学抽样MCNP连续型热中子散射截面在线计算功能的开发，针对耐高温慢化剂材料ZrHx中的H开展了在线多温度点截面的计算研究，对比了离散和连续型热中子散射截面差异，完成了TRIGA和TOPAZ反应堆有效增值因数（keff）的宏观验证，并将其功能应用到非结构网格MCNP与ABAQUS铀氢锆燃料单栅元核热耦合分析中。结果表明，开发的MCNP在线热中子截面计算产生的keff与采用NJOY离线库计算的keff较为一致，结合MCNP的非结构网格输运功能，可以精细考虑慢化剂材料不同位置的温度反馈效应，为微型固态堆高效的多物理耦合计算奠定重要的基础。
微型反应堆在运行过程中具有紧密耦合的核热力响应特征，温度分布具有较强的不均匀性，当堆芯温度发生变化时，需要在线生成不同温度的反应截面，以达到快速模拟截面温度反馈的效果。MCNP的在线多普勒展宽使用较为普遍，但是它只针对可分辨共振区，对于热谱型反应堆，无法在线考虑热中子散射截面受温度的影响，为此，本文进行了基于统计学抽样MCNP连续型热中子散射截面在线计算功能的开发，针对耐高温慢化剂材料ZrHx中的H开展了在线多温度点截面的计算研究，对比了离散和连续型热中子散射截面差异，完成了TRIGA和TOPAZ反应堆有效增值因数（keff）的宏观验证，并将其功能应用到非结构网格MCNP与ABAQUS铀氢锆燃料单栅元核热耦合分析中。结果表明，开发的MCNP在线热中子截面计算产生的keff与采用NJOY离线库计算的keff较为一致，结合MCNP的非结构网格输运功能，可以精细考虑慢化剂材料不同位置的温度反馈效应，为微型固态堆高效的多物理耦合计算奠定重要的基础。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250066
摘要:
针对小样本高功率固体激光装置中光学元件表面疵病的精准检测需求，基于ICFNet提出了一种融合数据增强与深度残差网络的检测方法ICFNetV2。首先采用残差连接机制与通道解耦卷积操作的协同设计，搭建了包含34个层级联模块的深度网络架构，成功抑制了深层网络训练中的梯度衰减现象，并显著提升了特征跨层传递效率。网络中嵌入了空间Dropout层，同时在数据预处理阶段采用随机旋转、镜像翻转和高斯噪声注入等数据增强策略，将训练样本量扩展至原始数据集的9倍，提升了模型的泛化能力。消融实验进一步证实网络中模块的有效性。实验结果表明，改进后的ICFNetV2在麻点、划痕、灰尘三类疵病分类任务中达到97.4%的准确率，相较ICFNet模型提升0.7个百分点。
针对小样本高功率固体激光装置中光学元件表面疵病的精准检测需求，基于ICFNet提出了一种融合数据增强与深度残差网络的检测方法ICFNetV2。首先采用残差连接机制与通道解耦卷积操作的协同设计，搭建了包含34个层级联模块的深度网络架构，成功抑制了深层网络训练中的梯度衰减现象，并显著提升了特征跨层传递效率。网络中嵌入了空间Dropout层，同时在数据预处理阶段采用随机旋转、镜像翻转和高斯噪声注入等数据增强策略，将训练样本量扩展至原始数据集的9倍，提升了模型的泛化能力。消融实验进一步证实网络中模块的有效性。实验结果表明，改进后的ICFNetV2在麻点、划痕、灰尘三类疵病分类任务中达到97.4%的准确率，相较ICFNet模型提升0.7个百分点。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250223
摘要:
提出了一种小型反应堆控制棒驱动机构（CRDM）密封线圈辐照剂量率的评估方法，阐明了剂量率计算中所考虑的辐射源项与计算模型，并给出了剂量率分析结果。计算表明：小堆正常运行期间CRDM密封线圈处辐照剂量率为4.1 Gy·h−1，主要源自冷却剂中N-16衰变产生的高能γ射线。冷却剂中裂变产物与活化腐蚀产物，以及堆芯裂变中子和γ射线的贡献可忽略。
提出了一种小型反应堆控制棒驱动机构（CRDM）密封线圈辐照剂量率的评估方法，阐明了剂量率计算中所考虑的辐射源项与计算模型，并给出了剂量率分析结果。计算表明：小堆正常运行期间CRDM密封线圈处辐照剂量率为4.1 Gy·h−1，主要源自冷却剂中N-16衰变产生的高能γ射线。冷却剂中裂变产物与活化腐蚀产物，以及堆芯裂变中子和γ射线的贡献可忽略。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250226
摘要:
系统在高空电磁脉冲（HEMP）作用下易损性评估是电磁脉冲效应领域具有挑战性的课题，目前尚未建立统一的评估方法。系统设计方、使用方和试验方三个不同的视角，存在不同的评判准则，因此会导致评估结果有较大的差异。其次，评估所需的基础数据具有多源性，包括经验数据、试验数据、计算数据或专家主观估计数据，因此评估数据均存在较大不确定性。融合上述主客观多方面信息得到的评估结果的可信性需要验证。但是，实践中全系统试验或计算往往成本高、周期长甚至不具可操作性，例如对通信、电力等基础设施的HEMP易损性的评估，所以评估结果可信性验证是一个难题。本文以智能控制系统HEMP易损性评估为例，尝试在系统使用方、设计方和试验方三种不同视角下，采用各自领域所擅长的方法给出评估结果，并将结果进行比对，从而验证评估方法的有效性以及不同方法的优点、缺点和适用性。
系统在高空电磁脉冲（HEMP）作用下易损性评估是电磁脉冲效应领域具有挑战性的课题，目前尚未建立统一的评估方法。系统设计方、使用方和试验方三个不同的视角，存在不同的评判准则，因此会导致评估结果有较大的差异。其次，评估所需的基础数据具有多源性，包括经验数据、试验数据、计算数据或专家主观估计数据，因此评估数据均存在较大不确定性。融合上述主客观多方面信息得到的评估结果的可信性需要验证。但是，实践中全系统试验或计算往往成本高、周期长甚至不具可操作性，例如对通信、电力等基础设施的HEMP易损性的评估，所以评估结果可信性验证是一个难题。本文以智能控制系统HEMP易损性评估为例，尝试在系统使用方、设计方和试验方三种不同视角下，采用各自领域所擅长的方法给出评估结果，并将结果进行比对，从而验证评估方法的有效性以及不同方法的优点、缺点和适用性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250212
摘要:
中子衍射技术凭借其穿透能力、轻元素敏感性和动态探测优势，成为半导体材料研究的重要表征手段。该技术通过分析衍射峰特征，揭示材料的晶格畸变、应变分布和缺陷演化规律，为理解材料性能提供原子尺度依据。它能定量分析位错密度和阳离子占位等缺陷，并研究磁有序结构和自旋相互作用机制，支撑新型电子器件开发。其原位测试能力可实时观测相变过程中的缺陷重组动态，揭示外场作用下的结构响应机制，尤其在极端环境材料研究中克服了传统方法的局限。当前研究重点转向建立微观结构与宏观性能的关联模型，发展原位动态测试方法以精准预测材料行为。随着大型科学装置的升级，该技术将在半导体材料的基础研究和工程应用中发挥更大作用，特别是在苛刻环境材料开发领域前景广阔。未来发展方向将聚焦多尺度表征能力提升和原位实验方法创新，为半导体材料科学进步提供有力支撑。
中子衍射技术凭借其穿透能力、轻元素敏感性和动态探测优势，成为半导体材料研究的重要表征手段。该技术通过分析衍射峰特征，揭示材料的晶格畸变、应变分布和缺陷演化规律，为理解材料性能提供原子尺度依据。它能定量分析位错密度和阳离子占位等缺陷，并研究磁有序结构和自旋相互作用机制，支撑新型电子器件开发。其原位测试能力可实时观测相变过程中的缺陷重组动态，揭示外场作用下的结构响应机制，尤其在极端环境材料研究中克服了传统方法的局限。当前研究重点转向建立微观结构与宏观性能的关联模型，发展原位动态测试方法以精准预测材料行为。随着大型科学装置的升级，该技术将在半导体材料的基础研究和工程应用中发挥更大作用，特别是在苛刻环境材料开发领域前景广阔。未来发展方向将聚焦多尺度表征能力提升和原位实验方法创新，为半导体材料科学进步提供有力支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250149
摘要:
高功率雷达广泛应用于国防、监视和航空航天等重要领域，但其较高的峰值功率和宽频谱特性可能对邻近频段的通信系统造成非预期的干扰。其中，线性调频（LFM）信号是高功率雷达最常用的信号形式，因此开展LFM信号对通信系统的干扰特性研究具有重要意义。为明确LFM信号关键波形参数对正交相移键控（QPSK）调制通信系统的干扰效应并揭示其干扰规律，基于软件定义无线电（SDR）搭建QPSK调制通信系统，以误差矢量幅度（EVM）为统一度量指标，定量分析了脉宽、脉冲周期和调频带宽三个关键波形参数对QPSK调制通信系统的干扰影响。结果表明：线性调频脉冲的占空比增大会显著提高EVM值，但当占空比超过30%后，EVM增速趋于稳定；在相同占空比条件下，脉冲周期变化对通信系统EVM的影响不显著；调频带宽从1 MHz增至3 MHz时，通信系统的EVM由−10.5 dB降至−19.8 dB，降幅达9.3 dB；进一步将带宽由3 MHz增加至10 MHz，EVM基本保持恒定。本文基于SDR平台搭建了高功率微波（HPM）雷达信号对通信系统干扰的定量分析实验系统，开展了多波形参数条件下的干扰测试与分析，揭示了LFM信号对QPSK调制通信系统的潜在影响，为雷达与通信频谱共存及通信系统抗干扰设计提供了实验依据与理论支撑。
高功率雷达广泛应用于国防、监视和航空航天等重要领域，但其较高的峰值功率和宽频谱特性可能对邻近频段的通信系统造成非预期的干扰。其中，线性调频（LFM）信号是高功率雷达最常用的信号形式，因此开展LFM信号对通信系统的干扰特性研究具有重要意义。为明确LFM信号关键波形参数对正交相移键控（QPSK）调制通信系统的干扰效应并揭示其干扰规律，基于软件定义无线电（SDR）搭建QPSK调制通信系统，以误差矢量幅度（EVM）为统一度量指标，定量分析了脉宽、脉冲周期和调频带宽三个关键波形参数对QPSK调制通信系统的干扰影响。结果表明：线性调频脉冲的占空比增大会显著提高EVM值，但当占空比超过30%后，EVM增速趋于稳定；在相同占空比条件下，脉冲周期变化对通信系统EVM的影响不显著；调频带宽从1 MHz增至3 MHz时，通信系统的EVM由−10.5 dB降至−19.8 dB，降幅达9.3 dB；进一步将带宽由3 MHz增加至10 MHz，EVM基本保持恒定。本文基于SDR平台搭建了高功率微波（HPM）雷达信号对通信系统干扰的定量分析实验系统，开展了多波形参数条件下的干扰测试与分析，揭示了LFM信号对QPSK调制通信系统的潜在影响，为雷达与通信频谱共存及通信系统抗干扰设计提供了实验依据与理论支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250206
摘要:
本文基于改进的S参数反演法，对具有色散特性和各向异性的蜂窝结构复合材料进行了等效化研究。利用三维电磁仿真软件CST与自由空间测试系统，完成对蜂窝结构及其等效平板的建模、仿真和实物测试。通过改变平面波的入射角度，分别获取垂直入射和斜入射条件下的蜂窝模型散射参数。利用反演程序依次推导出各入射条件对应的等效电磁参数，并将其应用于等效的匀质平板中，从而实现对蜂窝结构的等效化处理。通过对比蜂窝结构等效前后散射参数的仿真和实测结果，验证了该方法的准确性和可行性。
本文基于改进的S参数反演法，对具有色散特性和各向异性的蜂窝结构复合材料进行了等效化研究。利用三维电磁仿真软件CST与自由空间测试系统，完成对蜂窝结构及其等效平板的建模、仿真和实物测试。通过改变平面波的入射角度，分别获取垂直入射和斜入射条件下的蜂窝模型散射参数。利用反演程序依次推导出各入射条件对应的等效电磁参数，并将其应用于等效的匀质平板中，从而实现对蜂窝结构的等效化处理。通过对比蜂窝结构等效前后散射参数的仿真和实测结果，验证了该方法的准确性和可行性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250211
摘要:
辐射成像技术作为一种重要的诊断手段，被广泛应用于惯性约束聚变、闪光照相等各类科学装置上。实践中发现，成像系统点扩散函数通常存在预期之外的低频成分，导致图像出现低频模糊退化、图像灰度分布与射线注量分布之间呈现复杂的非线性关系，进而干扰源区强度分布或客体密度分布等关键物理量的诊断分析。由于点扩散函数低频成分强度极低，实验测量难度较大，其具体来源及份额目前尚未明确。针对这一难题，提出了基于环孔法的点扩散函数低频成分测量方法，首次获得了辐射成像系统点扩散函数低频成分的直接测量结果，将测量下限扩展至点扩散函数峰下10−6量级。同时，发现了闪烁屏表面状态对低频成分存在显著影响；将闪烁屏的非成像面涂覆黑色吸光材料后，可大幅降低闪烁屏导致的低频模糊。
辐射成像技术作为一种重要的诊断手段，被广泛应用于惯性约束聚变、闪光照相等各类科学装置上。实践中发现，成像系统点扩散函数通常存在预期之外的低频成分，导致图像出现低频模糊退化、图像灰度分布与射线注量分布之间呈现复杂的非线性关系，进而干扰源区强度分布或客体密度分布等关键物理量的诊断分析。由于点扩散函数低频成分强度极低，实验测量难度较大，其具体来源及份额目前尚未明确。针对这一难题，提出了基于环孔法的点扩散函数低频成分测量方法，首次获得了辐射成像系统点扩散函数低频成分的直接测量结果，将测量下限扩展至点扩散函数峰下10−6量级。同时，发现了闪烁屏表面状态对低频成分存在显著影响；将闪烁屏的非成像面涂覆黑色吸光材料后，可大幅降低闪烁屏导致的低频模糊。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250201
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针对大尺寸塑料闪烁体（Φ100 mm×100 mm）在近场（＜1 m）脉冲中子测量中因标定与测量几何差异导致的中子灵敏度偏差问题，本研究提出基于实验和蒙特卡洛模拟的双外推动态标定方法。建立蒙特卡洛模拟模型，量化距离对灵敏度的影响规律。模拟结果表明：当源距小于80 cm时，需要考虑距离对于中子灵敏度的影响，当源距缩短至20 cm时，中子灵敏度修正系数达到8.44%。通过近场实验分析，提出了一种散射本底外推方法，较为准确地测量了近场中子探测器的灵敏度，实验结果验证了理论模拟的准确性。研究建立的修正方法能够在平方反比定律不适用的条件下，有效降低传统单点标定法在近场测量中的系统偏差，扩展了中子探测器的测量范围，为脉冲堆瞬态诊断、聚变装置等强辐射场环境下的精确中子计量提供了新的技术途径。
针对大尺寸塑料闪烁体（Φ100 mm×100 mm）在近场（＜1 m）脉冲中子测量中因标定与测量几何差异导致的中子灵敏度偏差问题，本研究提出基于实验和蒙特卡洛模拟的双外推动态标定方法。建立蒙特卡洛模拟模型，量化距离对灵敏度的影响规律。模拟结果表明：当源距小于80 cm时，需要考虑距离对于中子灵敏度的影响，当源距缩短至20 cm时，中子灵敏度修正系数达到8.44%。通过近场实验分析，提出了一种散射本底外推方法，较为准确地测量了近场中子探测器的灵敏度，实验结果验证了理论模拟的准确性。研究建立的修正方法能够在平方反比定律不适用的条件下，有效降低传统单点标定法在近场测量中的系统偏差，扩展了中子探测器的测量范围，为脉冲堆瞬态诊断、聚变装置等强辐射场环境下的精确中子计量提供了新的技术途径。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250158
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建立了高空大气X射线辐射电离的工程计算模型，模型考虑了X射线与大气作用产生的高能电子在地磁场中的输运及电离大气问题，相较传统的射线能量沉积模型提高了计算精度。利用该模型分析了爆炸高度、纬度和当量对电离密度分布的影响规律，结果表明：由于高能电子输运的影响，电离密度分布丧失了对称性；电离密度分布在经过爆心垂直于磁力线方向有明显增强；爆高越大，高海拔位置电离密度变大，高能电子输运带来的影响在高海拔区域变小，低海拔位置电离密度变小；当量对电离密度的数值有较大影响，但对电离密度的相对分布影响较小。
建立了高空大气X射线辐射电离的工程计算模型，模型考虑了X射线与大气作用产生的高能电子在地磁场中的输运及电离大气问题，相较传统的射线能量沉积模型提高了计算精度。利用该模型分析了爆炸高度、纬度和当量对电离密度分布的影响规律，结果表明：由于高能电子输运的影响，电离密度分布丧失了对称性；电离密度分布在经过爆心垂直于磁力线方向有明显增强；爆高越大，高海拔位置电离密度变大，高能电子输运带来的影响在高海拔区域变小，低海拔位置电离密度变小；当量对电离密度的数值有较大影响，但对电离密度的相对分布影响较小。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250134
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为改善复杂电磁环境下无人机导航受影响需实现自主定位问题，提出一种基于多模态特征融合和粒子群算法优化的地形匹配算法。针对单一模态特征易受电磁干扰定向破坏的问题，并兼顾无人机机载内存与实时性要求，该算法从合成孔径雷达图像提取旋转不变均匀局部二值模式特征，以及从高程图提取频域能量分布特征。针对特征数值尺度差异导致的融合偏差问题，设计基于特征敏感度的动态权重特征融合方法，以融合后的堪培拉距离作为相似性测度标准。在匹配阶段，粒子群算法代替了传统遍历搜索，优化整个搜索匹配过程。实验结果表明，基于本文构建的包含山地、平原、沙漠等典型区域的测试数据集，所提地形匹配算法的匹配成功率均不低于90%。在分别注入高斯、相干斑和脉冲三种噪声后，该算法具有良好的鲁棒性，与单模态算法相比，匹配成功率上升30%。
为改善复杂电磁环境下无人机导航受影响需实现自主定位问题，提出一种基于多模态特征融合和粒子群算法优化的地形匹配算法。针对单一模态特征易受电磁干扰定向破坏的问题，并兼顾无人机机载内存与实时性要求，该算法从合成孔径雷达图像提取旋转不变均匀局部二值模式特征，以及从高程图提取频域能量分布特征。针对特征数值尺度差异导致的融合偏差问题，设计基于特征敏感度的动态权重特征融合方法，以融合后的堪培拉距离作为相似性测度标准。在匹配阶段，粒子群算法代替了传统遍历搜索，优化整个搜索匹配过程。实验结果表明，基于本文构建的包含山地、平原、沙漠等典型区域的测试数据集，所提地形匹配算法的匹配成功率均不低于90%。在分别注入高斯、相干斑和脉冲三种噪声后，该算法具有良好的鲁棒性，与单模态算法相比，匹配成功率上升30%。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250153
摘要:
基于里德堡原子的量子微波传感技术因其具有自校准、大带宽、高灵敏度以及低扰动等特点，具有颠覆传统电磁场测量方式的潜力。为探索量子微波传感技术在复杂电磁环境测试领域的应用方法，发掘其相较于传统方式的应用优势，利用有限元方法验证了量子微波传感技术的低扰动测量特性，建立了基于里德堡原子的设备内部电场测量方法，证明了其绘制设备内部高分辨率电磁场分布特征的能力。结果表明，量子微波传感技术对待测场的扰动极小，其电场测量分辨率可达毫米级别，可为复杂电磁环境效应分析与评估提供关键数据支撑。
基于里德堡原子的量子微波传感技术因其具有自校准、大带宽、高灵敏度以及低扰动等特点，具有颠覆传统电磁场测量方式的潜力。为探索量子微波传感技术在复杂电磁环境测试领域的应用方法，发掘其相较于传统方式的应用优势，利用有限元方法验证了量子微波传感技术的低扰动测量特性，建立了基于里德堡原子的设备内部电场测量方法，证明了其绘制设备内部高分辨率电磁场分布特征的能力。结果表明，量子微波传感技术对待测场的扰动极小，其电场测量分辨率可达毫米级别，可为复杂电磁环境效应分析与评估提供关键数据支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250145
摘要:
随着电子侦察、通信及雷达领域的发展，测向系统向高精度、宽频段、大动态、实时性方向提出了更高的要求。针对测向系统的宽频段需求，设计了一种20 MHz～40 GHz超宽频段范围的多通道阵列测向系统，详细介绍了系统的硬件组成和测向原理，以及系统的接收机、天线阵列、测向算法的设计实现过程。该测向系统基于多阵列天线采用空间谱测向体制进行测向，可实现20 MHz～40 GHz频段范围、瞬时最大带宽1 GHz的测向任务。测向系统已在项目中得以应用和验证。
随着电子侦察、通信及雷达领域的发展，测向系统向高精度、宽频段、大动态、实时性方向提出了更高的要求。针对测向系统的宽频段需求，设计了一种20 MHz～40 GHz超宽频段范围的多通道阵列测向系统，详细介绍了系统的硬件组成和测向原理，以及系统的接收机、天线阵列、测向算法的设计实现过程。该测向系统基于多阵列天线采用空间谱测向体制进行测向，可实现20 MHz～40 GHz频段范围、瞬时最大带宽1 GHz的测向任务。测向系统已在项目中得以应用和验证。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250126
摘要:
针对电磁频谱环境复杂多域这一问题，提出了基于时序卷积网络与双向长短期记忆网络融合的电磁信号调制识别算法。首先，设计了双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）来捕捉时序数据的双向依赖关系，提升对复杂调制模式的判别能力；其次，将时序卷积网络（TCN）与Bi-LSTM通过级联架构进行融合，实现了分层时序特征提取与双向动态建模；最后，加入改进的局部敏感哈希注意力机制（LSH Attention），降低注意力矩阵复杂度的同时提高识别的精准度。数据预处理方面提出了一种KNN-BH处理方法，能够提高频谱特征的提取精度。在RML2016.10a数据集上的实验结果表明，相较7个对比算法，TCN-LSTM-LSH Attention算法的识别效果最佳，其对11类信号调制的整体识别准确率达到64.71%。证实了该算法在电磁频谱应用中的潜能与价值。
针对电磁频谱环境复杂多域这一问题，提出了基于时序卷积网络与双向长短期记忆网络融合的电磁信号调制识别算法。首先，设计了双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）来捕捉时序数据的双向依赖关系，提升对复杂调制模式的判别能力；其次，将时序卷积网络（TCN）与Bi-LSTM通过级联架构进行融合，实现了分层时序特征提取与双向动态建模；最后，加入改进的局部敏感哈希注意力机制（LSH Attention），降低注意力矩阵复杂度的同时提高识别的精准度。数据预处理方面提出了一种KNN-BH处理方法，能够提高频谱特征的提取精度。在RML2016.10a数据集上的实验结果表明，相较7个对比算法，TCN-LSTM-LSH Attention算法的识别效果最佳，其对11类信号调制的整体识别准确率达到64.71%。证实了该算法在电磁频谱应用中的潜能与价值。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250222
摘要:
作为原子核裂变后的重要特征之一，裂变碎片发射的缓发中子在核技术及工程领域应用广泛。重大核反应堆事故（切尔诺贝利，福岛）通常伴随爆炸发生，为合理评估裂变产物形成的缓发中子剂量场，需考虑冲击波对裂变缓发中子输运的影响。本研究采用蒙特卡罗方法模拟缓发中子输运，建立质量厚度与缓发中子剂量的对应关系。使用基于镜像方法的LAMBR模型计算冲击波扰动下缓发中子源附近空气密度复杂分布。基于质量厚度等效衰减规律，结合LAMBR模型，计算给出地面测点处典型裂变核素缓发中子剂量场，分析冲击波对缓发中子输运的影响。研究表明，若冲击波源强确定，随着源高增加冲击波对缓发中子输运的增强效应也随之显著。此外，当源高接近地面且冲击波源强较大时，地面反射波可能会削弱缓发中子输运。
作为原子核裂变后的重要特征之一，裂变碎片发射的缓发中子在核技术及工程领域应用广泛。重大核反应堆事故（切尔诺贝利，福岛）通常伴随爆炸发生，为合理评估裂变产物形成的缓发中子剂量场，需考虑冲击波对裂变缓发中子输运的影响。本研究采用蒙特卡罗方法模拟缓发中子输运，建立质量厚度与缓发中子剂量的对应关系。使用基于镜像方法的LAMBR模型计算冲击波扰动下缓发中子源附近空气密度复杂分布。基于质量厚度等效衰减规律，结合LAMBR模型，计算给出地面测点处典型裂变核素缓发中子剂量场，分析冲击波对缓发中子输运的影响。研究表明，若冲击波源强确定，随着源高增加冲击波对缓发中子输运的增强效应也随之显著。此外，当源高接近地面且冲击波源强较大时，地面反射波可能会削弱缓发中子输运。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250161
摘要:
高能同步辐射光源（HEPS）快轨道反馈控制系统（FOFB）用于HEPS储存环的轨道反馈控制。针对FOFB系统的调试需求研制了一套用于FOFB测试的束流信号模拟发生器，其包含四路信号且幅值独立可调的输出端口，可实现在实验室无束流条件下对真实束流探测器（BPM）信号的模拟输出。该信号发生器具有结构简单、造价低、重复稳定性高等优点，简化了FOFB系统的调试过程。研制工作围绕该脉冲信号发生器展开，详细介绍了其硬件电路设计方案并给出了测试结果。
高能同步辐射光源（HEPS）快轨道反馈控制系统（FOFB）用于HEPS储存环的轨道反馈控制。针对FOFB系统的调试需求研制了一套用于FOFB测试的束流信号模拟发生器，其包含四路信号且幅值独立可调的输出端口，可实现在实验室无束流条件下对真实束流探测器（BPM）信号的模拟输出。该信号发生器具有结构简单、造价低、重复稳定性高等优点，简化了FOFB系统的调试过程。研制工作围绕该脉冲信号发生器展开，详细介绍了其硬件电路设计方案并给出了测试结果。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250179
摘要:
束流测试平台作为深圳中能高重复频率X射线自由电子激光（S3FEL）的先行启动项目，将用于攻克高重复频率自由电子激光中的多项重大关键技术。基于先前研究中提出的一种内置于废束桶的束窗方案，对其进行了辐射剂量分析，得到两侧墙与顶墙外30 cm处的辐射剂量符合国标要求，验证了该方案的辐射安全性。并基于束窗结构，对束窗运行时可能存在的异常工况包括束流偏心、束流缩束和冷却水流速降低工况进行热结构分析，结果表明束流偏心对束窗的温度、应力与变形影响不显著；束流缩束和冷却水流速降低均会引起温升、应力与变形的升高，但束流标准差缩束为原先值的百分比不能低于10%及冷却水流速不能低于0.2 m/s，否则将影响束窗的安全运行。明确了束窗安全运行的阈值，为束窗的安全运行提供了理论依据。
束流测试平台作为深圳中能高重复频率X射线自由电子激光（S3FEL）的先行启动项目，将用于攻克高重复频率自由电子激光中的多项重大关键技术。基于先前研究中提出的一种内置于废束桶的束窗方案，对其进行了辐射剂量分析，得到两侧墙与顶墙外30 cm处的辐射剂量符合国标要求，验证了该方案的辐射安全性。并基于束窗结构，对束窗运行时可能存在的异常工况包括束流偏心、束流缩束和冷却水流速降低工况进行热结构分析，结果表明束流偏心对束窗的温度、应力与变形影响不显著；束流缩束和冷却水流速降低均会引起温升、应力与变形的升高，但束流标准差缩束为原先值的百分比不能低于10%及冷却水流速不能低于0.2 m/s，否则将影响束窗的安全运行。明确了束窗安全运行的阈值，为束窗的安全运行提供了理论依据。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250160
摘要:
Background Purpose Methods Results Conclusions
Traveling-wave tubes (TWTs) are widely applied in radar, imaging, and military systems owing to their excellent amplification characteristics. Miniaturization and integration are critical to the future of TWTs, with multi-channel slow-wave structures (SWSs) forming the foundation for their realization in high-power vacuum electronic devices.
To offer design insights into multi-channel TWTs and simultaneously enhance output power, a W-band folded-waveguide TWT with dual electron beams and H-plane power combining was proposed.
Three-dimensional electromagnetic simulations in CST were conducted to verify the high-frequency characteristics, electric field distribution, and amplification performance of the proposed SWS, thereby confirming the validity of the design.
Results indicate that the designed TWT achieves a transmission bandwidth of 10 GHz. With an electron beam voltage of 17.9 kV and a current of 0.35 A, the output power reaches 450 W at 94 GHz, corresponding to an efficiency of 7.18% and a gain of 23.5 dB. Moreover, with fixed beam voltage and current, the TWT delivers over 200 W output power across 91–99 GHz, with a 3 dB bandwidth of 91–98.5 GHz. The particle voltage distribution after modulation further validates the mode analysis.
These results demonstrate the feasibility of compact dual-beam power-combining structures and provide useful guidance for the design of future multi-channel TWTs.
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250111
摘要:
对于场地受限或被试系统尺寸较大的应用场景，采用基本构型的“倒V”形双锥-平面线栅水平极化辐射波天线可能无法满足要求。提出了一种基于双锥-平面线栅的新型水平极化辐射波天线，通过线栅天线局部加密布局减小了X轴方向线栅天线附近的辐射场泄露，提高了该方向辐射场极化分量的强度和均匀性；采用非对称结构设计，对基本构型天线+Y方向布局进行调整，预留了较大的调整空间。研究表明，调整线栅天线布局能够对馈入天线的能量进行重新分配。与基本构型的天线相比，当天线系统架设高度为20 m时，新结构天线在X方向（20, 0, 3.5）m处水平极化辐射场强度提高了约20%，可提供约20 m×20 m的工作空间；+Y方向和45°方向辐射场极化分量衰减相对较快，+Y方向辐射场等值线沿Y轴向最外侧天线收拢点压缩，呈“橄榄球”状。实际天线试验证明了新天线结构的可行性和有效性，所提方案还具有架设灵活方便、易于维护等特点，为水平极化电磁脉冲模拟器天线设计提供了新的思路。
对于场地受限或被试系统尺寸较大的应用场景，采用基本构型的“倒V”形双锥-平面线栅水平极化辐射波天线可能无法满足要求。提出了一种基于双锥-平面线栅的新型水平极化辐射波天线，通过线栅天线局部加密布局减小了X轴方向线栅天线附近的辐射场泄露，提高了该方向辐射场极化分量的强度和均匀性；采用非对称结构设计，对基本构型天线+Y方向布局进行调整，预留了较大的调整空间。研究表明，调整线栅天线布局能够对馈入天线的能量进行重新分配。与基本构型的天线相比，当天线系统架设高度为20 m时，新结构天线在X方向（20, 0, 3.5）m处水平极化辐射场强度提高了约20%，可提供约20 m×20 m的工作空间；+Y方向和45°方向辐射场极化分量衰减相对较快，+Y方向辐射场等值线沿Y轴向最外侧天线收拢点压缩，呈“橄榄球”状。实际天线试验证明了新天线结构的可行性和有效性，所提方案还具有架设灵活方便、易于维护等特点，为水平极化电磁脉冲模拟器天线设计提供了新的思路。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250098
摘要:
X/γ射线照射电子系统屏蔽盒时会穿透盒体在各层系统表面或内部产生光电子或康普顿电子，并激励起电磁脉冲，这些粒子或电磁场将干扰甚至损伤盒内电子系统的敏感电子元器件，影响电子系统的正常工作。为快速评估受射线照射下的电子系统内部粒子和电磁环境及其效应，理论分析了屏蔽盒腔体内初级粒子激励的电磁脉冲与PCB的场路耦合及射线直接多层穿透耦合这两种作用机制下产生的辐照响应，构建了其等效电路模型并验证了可行性，进而利用该模型对产生的效应电流进行了计算。在此基础上，利用该计算建模方法研究分析了对PCB采用涂覆绝缘防护层和进行接地两种保护措施后的PCB系统辐照效应的变化规律。为研究电子系统屏蔽盒的辐射效应提供了一种较为完整的直观理论计算方法，其可以在不采用模拟仿真软件的前提下实现对电子系统辐射效应的计算分析，并可推广至更广泛的场景。
X/γ射线照射电子系统屏蔽盒时会穿透盒体在各层系统表面或内部产生光电子或康普顿电子，并激励起电磁脉冲，这些粒子或电磁场将干扰甚至损伤盒内电子系统的敏感电子元器件，影响电子系统的正常工作。为快速评估受射线照射下的电子系统内部粒子和电磁环境及其效应，理论分析了屏蔽盒腔体内初级粒子激励的电磁脉冲与PCB的场路耦合及射线直接多层穿透耦合这两种作用机制下产生的辐照响应，构建了其等效电路模型并验证了可行性，进而利用该模型对产生的效应电流进行了计算。在此基础上，利用该计算建模方法研究分析了对PCB采用涂覆绝缘防护层和进行接地两种保护措施后的PCB系统辐照效应的变化规律。为研究电子系统屏蔽盒的辐射效应提供了一种较为完整的直观理论计算方法，其可以在不采用模拟仿真软件的前提下实现对电子系统辐射效应的计算分析，并可推广至更广泛的场景。
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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
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250215
摘要:
电子发射参数是研究X射线辐照下腔体结构产生系统电磁脉冲(SGEMP)效应的关键电流源项。采用基于浓缩历史方法与单事件方法建立的电子输运模块开展光子-电子耦合输运蒙特卡罗模拟计算。通过分析光子、电子与物质相互作用特点，系统分析了不同能量X射线正入射辐照典型材料时产生的背向及前向电子发射特性，包括电子能谱、角分布规律。建立基于光子平均自由程的背向电子产额计算方法，提出了饱和产额计算公式与饱和厚度；针对前向电子产额，结合光子衰减规律和电子最大射程建立了计算模型，并引入累积因子进行修正，进一步提升了准确性。在SGEMP关注的X射线能量范围及典型材料厚度范围内进行验证，结果显示，与蒙特卡罗直接模拟相比，计算公式给出的背向、前向电子产额相对偏差在10%以内，研究结果为SGEMP的电子产额计算提供了一种高效便捷的求解方法。
电子发射参数是研究X射线辐照下腔体结构产生系统电磁脉冲(SGEMP)效应的关键电流源项。采用基于浓缩历史方法与单事件方法建立的电子输运模块开展光子-电子耦合输运蒙特卡罗模拟计算。通过分析光子、电子与物质相互作用特点，系统分析了不同能量X射线正入射辐照典型材料时产生的背向及前向电子发射特性，包括电子能谱、角分布规律。建立基于光子平均自由程的背向电子产额计算方法，提出了饱和产额计算公式与饱和厚度；针对前向电子产额，结合光子衰减规律和电子最大射程建立了计算模型，并引入累积因子进行修正，进一步提升了准确性。在SGEMP关注的X射线能量范围及典型材料厚度范围内进行验证，结果显示，与蒙特卡罗直接模拟相比，计算公式给出的背向、前向电子产额相对偏差在10%以内，研究结果为SGEMP的电子产额计算提供了一种高效便捷的求解方法。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250122
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为实现脉冲驱动源的紧凑化，研制了基于PFN-Marx的高功率脉冲驱动源。7级PFN-Marx采用单级性脉冲充电方式，有利于PFN-Marx内部结构以及Tesla变压器的紧凑化设计；采用锂电池供电的高功率恒流充电电源给Tesla变压器的初级电容充电，供电电源体积小且灵活可移动；PFN各级充电回路电感相同，脉冲充电波形完全同步，模块化结构设计，可以灵活增加驱动源的模块数提高输出功率。脉冲驱动源输出单脉冲能量为45.6 J，在75 Ω负载条件下输出脉冲幅值为-189.2 kV，脉宽93.2 ns，前沿为8.4 ns的准方波脉冲，功率为477 MW。锂电池充电及控制电源的体积为482 mm×443 mm×177 mm，重量为12.6 kg；Telsa变压器及PFN-Marx发生器集成化设计后的体积为Φ 370mm×848 mm，重量为28.7 kg，此驱动源样机为更高功率更高性能脉冲驱动源的紧凑化设计奠定了基础。
为实现脉冲驱动源的紧凑化，研制了基于PFN-Marx的高功率脉冲驱动源。7级PFN-Marx采用单级性脉冲充电方式，有利于PFN-Marx内部结构以及Tesla变压器的紧凑化设计；采用锂电池供电的高功率恒流充电电源给Tesla变压器的初级电容充电，供电电源体积小且灵活可移动；PFN各级充电回路电感相同，脉冲充电波形完全同步，模块化结构设计，可以灵活增加驱动源的模块数提高输出功率。脉冲驱动源输出单脉冲能量为45.6 J，在75 Ω负载条件下输出脉冲幅值为-189.2 kV，脉宽93.2 ns，前沿为8.4 ns的准方波脉冲，功率为477 MW。锂电池充电及控制电源的体积为482 mm×443 mm×177 mm，重量为12.6 kg；Telsa变压器及PFN-Marx发生器集成化设计后的体积为Φ 370mm×848 mm，重量为28.7 kg，此驱动源样机为更高功率更高性能脉冲驱动源的紧凑化设计奠定了基础。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250114
摘要:
为满足负离子源中性束注入系统对控制与监测功能的需求，设计了基于QT的负离子源中性束注入控制与监测系统。针对传统基于NI-PXIe硬件与LabVIEW-FPGA架构系统存在的开发周期长、硬件成本高、扩展性不足等方面的问题，提出基于国产PXIe平台、Linux实时系统与Qt5.9框架的模块化控制方案。通过国产化硬件替代与Linux实时内核优化控制，结合C++面向对象编程开发多线程控制程序，攻克了高成本、低扩展性瓶颈。实验表明，该系统实现了微秒级同步精度，在提供更高的可扩展性和控制精度的情况下，控制与监测系统可以满足实验有关定时控制方面的需求。
为满足负离子源中性束注入系统对控制与监测功能的需求，设计了基于QT的负离子源中性束注入控制与监测系统。针对传统基于NI-PXIe硬件与LabVIEW-FPGA架构系统存在的开发周期长、硬件成本高、扩展性不足等方面的问题，提出基于国产PXIe平台、Linux实时系统与Qt5.9框架的模块化控制方案。通过国产化硬件替代与Linux实时内核优化控制，结合C++面向对象编程开发多线程控制程序，攻克了高成本、低扩展性瓶颈。实验表明，该系统实现了微秒级同步精度，在提供更高的可扩展性和控制精度的情况下，控制与监测系统可以满足实验有关定时控制方面的需求。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250071
摘要:
Vlasov方程是研究等离子体物理的重要方程，在高温、完全电离且忽略库伦碰撞的情况下，其数值求解方法主要有欧拉类方法和拉格朗日类方法。考虑传统数值求解方法在高精度网格条件下计算资源快速增长、维度灾难等问题，采用了基于物理信息驱动的傅里叶神经算子（Physics-informed Fourier Neural Operator, PFNO）对Vlasov方程进行求解。该方法将傅里叶神经算子高维函数映射能力与Vlasov方程物理约束结合，构建了数据-物理信息驱动的深度学习框架，可提升模型在稀疏数据条件下的泛化性能，同时具有网格无关性特征。数值实验表明，该方法在保证求解精度的同时，相比传统有限元法和谱方法计算效率提升1～2个数量级，且能并行处理大批量数据。该研究为高维Vlasov动力学方程的求解提供了新思路，在惯性约束聚变、空间等离子体模拟等领域具有一定应用潜力。
Vlasov方程是研究等离子体物理的重要方程，在高温、完全电离且忽略库伦碰撞的情况下，其数值求解方法主要有欧拉类方法和拉格朗日类方法。考虑传统数值求解方法在高精度网格条件下计算资源快速增长、维度灾难等问题，采用了基于物理信息驱动的傅里叶神经算子（Physics-informed Fourier Neural Operator, PFNO）对Vlasov方程进行求解。该方法将傅里叶神经算子高维函数映射能力与Vlasov方程物理约束结合，构建了数据-物理信息驱动的深度学习框架，可提升模型在稀疏数据条件下的泛化性能，同时具有网格无关性特征。数值实验表明，该方法在保证求解精度的同时，相比传统有限元法和谱方法计算效率提升1～2个数量级，且能并行处理大批量数据。该研究为高维Vlasov动力学方程的求解提供了新思路，在惯性约束聚变、空间等离子体模拟等领域具有一定应用潜力。
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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。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250247
摘要:
放射性源项调查是反应堆退役制订方案、估算费用和进度以及作好辐射防护和应急准备的重要依据。反应堆构件在中子辐照过程中由于中子活化反应会产生大量的放射性核素，其产生的衰变光子是反应堆退役过程中工作人员面临辐射剂量的主要来源。采用蒙特卡罗粒子输运程序（cosRMC、MCNP）和活化计算程序（DEPTH、ALARA）相结合的方法计算反应堆构件在运行一定时间后产生的放射性核素核子数密度、活度和几个主要构件的辐射剂量率。对比通过两个不同活化程序计算得到的计算结果，相对偏差在可接受范围内，表明了cosRMC的活化计算和剂量率计算功能应用于反应堆退役分析的可靠性和准确性。
放射性源项调查是反应堆退役制订方案、估算费用和进度以及作好辐射防护和应急准备的重要依据。反应堆构件在中子辐照过程中由于中子活化反应会产生大量的放射性核素，其产生的衰变光子是反应堆退役过程中工作人员面临辐射剂量的主要来源。采用蒙特卡罗粒子输运程序（cosRMC、MCNP）和活化计算程序（DEPTH、ALARA）相结合的方法计算反应堆构件在运行一定时间后产生的放射性核素核子数密度、活度和几个主要构件的辐射剂量率。对比通过两个不同活化程序计算得到的计算结果，相对偏差在可接受范围内，表明了cosRMC的活化计算和剂量率计算功能应用于反应堆退役分析的可靠性和准确性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250085
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针对瞬态强电磁脉冲远场测量中因地面反射波叠加引起波形畸变的问题，设计了一种基于单极子阵列抑制地面散射的波形复原算法。分别从频域和时域推导基于单极子阵列测量波形提取直达波的原理，分析了计算结果中趋势项及其周期性振荡的原因，对比了不同算法的优缺点，以及不同场景下择优选择算法的依据。为验证算法有效性，在存在地面反射条件下构建了测量系统并开展了实验测试，结果表明，在时域天线不同主轴距离的电场测量中，波形复原算法提取的直达波均与参考直达波一致，幅度误差在0.2 dB以内，二者主波形保真系数大于0.99。测量结果验证该波形复原算法可有效抑制复杂环境中地面散射影响，能够准确实现对直达波波形提取，为该类场景下时域辐射系统参数分离和测量提供有效的方法支撑。
针对瞬态强电磁脉冲远场测量中因地面反射波叠加引起波形畸变的问题，设计了一种基于单极子阵列抑制地面散射的波形复原算法。分别从频域和时域推导基于单极子阵列测量波形提取直达波的原理，分析了计算结果中趋势项及其周期性振荡的原因，对比了不同算法的优缺点，以及不同场景下择优选择算法的依据。为验证算法有效性，在存在地面反射条件下构建了测量系统并开展了实验测试，结果表明，在时域天线不同主轴距离的电场测量中，波形复原算法提取的直达波均与参考直达波一致，幅度误差在0.2 dB以内，二者主波形保真系数大于0.99。测量结果验证该波形复原算法可有效抑制复杂环境中地面散射影响，能够准确实现对直达波波形提取，为该类场景下时域辐射系统参数分离和测量提供有效的方法支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250120
摘要:
战场无人机的数据链射频前端容易受到高功率微波干扰和损伤而不能正常发挥工作效能。为研究无人机数据链射频前端高功率微波耦合规律与防护，建立数据链天线和射频前端电路PCB仿真模型，以不同载波频率、脉宽、极化方向和上升沿时间的高功率微波分别对数据链天线进行辐照，得到天线输出口端接负载的耦合电压波形，然后将其注入数据链射频芯片外围接收电路中，得到射频芯片引脚的耦合电压，完整模拟了高功率微波的场-路耦合过程。选用一款2.45 GHz的PIN限幅器进行电磁防护。结果表明：无人机数据链射频前端电路的Si24R1芯片引脚耦合电压幅值随着载波频率的上升出现了尖峰现象，随着极化角的增加，耦合电压出现了较大的降低，脉冲宽度和上升沿变化对耦合电压幅值影响不大。PIN限幅器在保证信号接收质量情况下能显著降低高功率微波对射频前端电路的耦合电压，提升了无人机数据链的电磁防护性能。
战场无人机的数据链射频前端容易受到高功率微波干扰和损伤而不能正常发挥工作效能。为研究无人机数据链射频前端高功率微波耦合规律与防护，建立数据链天线和射频前端电路PCB仿真模型，以不同载波频率、脉宽、极化方向和上升沿时间的高功率微波分别对数据链天线进行辐照，得到天线输出口端接负载的耦合电压波形，然后将其注入数据链射频芯片外围接收电路中，得到射频芯片引脚的耦合电压，完整模拟了高功率微波的场-路耦合过程。选用一款2.45 GHz的PIN限幅器进行电磁防护。结果表明：无人机数据链射频前端电路的Si24R1芯片引脚耦合电压幅值随着载波频率的上升出现了尖峰现象，随着极化角的增加，耦合电压出现了较大的降低，脉冲宽度和上升沿变化对耦合电压幅值影响不大。PIN限幅器在保证信号接收质量情况下能显著降低高功率微波对射频前端电路的耦合电压，提升了无人机数据链的电磁防护性能。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250152
摘要:
高功率微波可通过“前门”耦合毁伤通信系统的射频前端关键器件，导致系统性能降级或失效。对于相控阵通信系统，其射频通道数量多，各射频通道损伤程度并不一致，这种非对称的损伤会造成相控阵天线波束合成受到影响，导致系统性能更加恶化。通过半实物仿真实验和系统级辐照实验，开展了典型相控阵通信系统的非对称损伤效应研究。研究结果表明，高功率微波毁伤相控阵通信系统后将造成各通道出现非对称损伤，且幅相不一致性越大，尤其是相位不一致性越大，系统性能受到的额外损失也就越大。
高功率微波可通过“前门”耦合毁伤通信系统的射频前端关键器件，导致系统性能降级或失效。对于相控阵通信系统，其射频通道数量多，各射频通道损伤程度并不一致，这种非对称的损伤会造成相控阵天线波束合成受到影响，导致系统性能更加恶化。通过半实物仿真实验和系统级辐照实验，开展了典型相控阵通信系统的非对称损伤效应研究。研究结果表明，高功率微波毁伤相控阵通信系统后将造成各通道出现非对称损伤，且幅相不一致性越大，尤其是相位不一致性越大，系统性能受到的额外损失也就越大。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250143
摘要:
为了优化电磁炮引信电路部件的排布方式，实现减小电磁屏蔽壳体尺寸及重量，针对电磁轨道炮发射的弹药引信电路部件所受电磁场特征，对引信电路模块在引信中的垂直于弹轴发射方向和平行于弹轴发射方向两种典型布置方式进行了电磁特性仿真计算，分别得到引信电路模块上的磁场分布情况、感应电流、电流体积力密度和感应电动势，经对比分析计算结果，给出用于电磁轨道炮发射弹药引信电路部件的优化设计思路。
为了优化电磁炮引信电路部件的排布方式，实现减小电磁屏蔽壳体尺寸及重量，针对电磁轨道炮发射的弹药引信电路部件所受电磁场特征，对引信电路模块在引信中的垂直于弹轴发射方向和平行于弹轴发射方向两种典型布置方式进行了电磁特性仿真计算，分别得到引信电路模块上的磁场分布情况、感应电流、电流体积力密度和感应电动势，经对比分析计算结果，给出用于电磁轨道炮发射弹药引信电路部件的优化设计思路。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250118
摘要:
针对战场环境中无人机数据链容易受到单音干扰影响而导致帧同步失败的现象，以直接序列扩频型数据链为研究对象，通过对干扰机理的分析，针对干扰的前门耦合效应，建立带内单源单音干扰和双源双音干扰两种典型场景中的失锁阈值模型，为了验证模型的有效性，以某型无人机数据链为试验对象，采用电磁干扰注入的方式开展了单源和双源干扰注入的效应试验，得到了不同干扰的失锁阈值，试验结果表明：失锁阈值的理论值与试验值变化趋势一致，验证了模型的有效性，该模型能够为试验设计提供理论依据。最后，研究了单源和双源干扰对数据链的效应规律，得到了单源干扰失锁阈值随工作信号功率、干扰频率的变化趋势，以及失锁时双源干扰中干扰1功率随工作信号功率、干扰1频率、干扰2功率和频率的变化趋势。
针对战场环境中无人机数据链容易受到单音干扰影响而导致帧同步失败的现象，以直接序列扩频型数据链为研究对象，通过对干扰机理的分析，针对干扰的前门耦合效应，建立带内单源单音干扰和双源双音干扰两种典型场景中的失锁阈值模型，为了验证模型的有效性，以某型无人机数据链为试验对象，采用电磁干扰注入的方式开展了单源和双源干扰注入的效应试验，得到了不同干扰的失锁阈值，试验结果表明：失锁阈值的理论值与试验值变化趋势一致，验证了模型的有效性，该模型能够为试验设计提供理论依据。最后，研究了单源和双源干扰对数据链的效应规律，得到了单源干扰失锁阈值随工作信号功率、干扰频率的变化趋势，以及失锁时双源干扰中干扰1功率随工作信号功率、干扰1频率、干扰2功率和频率的变化趋势。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250076
摘要:
电子设备在运行过程中产生的电磁辐射可能导致信息泄漏，对信息安全构成威胁。电磁指纹识别方法在安全检测和漏源定位中发挥着重要作用。电磁指纹识别在实际检测中需要准确性和适应性，现有电磁指纹识别方法存在跨采样率适配性差、高频特征提取不足等缺陷。为此提出增强型神经网络架构ELEC-TDNN，模型融合了通道注意力机制与多尺度时序建模能力，设计引入局部信号增强层等模块，并基于自建双采样率（1.25 GHz/500 MHz）的USB设备电磁辐射数据集进行了实验。实验结果表明，ELEC-TDNN具有较高的精度，能够适应不同的采样率。在500 MHz采样率下，模型等错误率最低可达0.35%，在1.25 GHz高频场景下，等错误率为5.23%。
电子设备在运行过程中产生的电磁辐射可能导致信息泄漏，对信息安全构成威胁。电磁指纹识别方法在安全检测和漏源定位中发挥着重要作用。电磁指纹识别在实际检测中需要准确性和适应性，现有电磁指纹识别方法存在跨采样率适配性差、高频特征提取不足等缺陷。为此提出增强型神经网络架构ELEC-TDNN，模型融合了通道注意力机制与多尺度时序建模能力，设计引入局部信号增强层等模块，并基于自建双采样率（1.25 GHz/500 MHz）的USB设备电磁辐射数据集进行了实验。实验结果表明，ELEC-TDNN具有较高的精度，能够适应不同的采样率。在500 MHz采样率下，模型等错误率最低可达0.35%，在1.25 GHz高频场景下，等错误率为5.23%。
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2025, 37: 091001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250287
摘要:
半导体直接泵浦的短波长高亮度掺镱光纤激光器在非线性变频、光纤级联泵浦等方面有着十分重要的应用。基于大模场掺镱光纤搭建了全光纤结构的1035 nm光纤激光主振荡功率放大系统，实现了2040 W的最高功率输出，斜率效率约为70%，最高输出功率下x和y方向的光束质量因子（M2）分别为1.33和1.22，放大自发辐射抑制比为32 dB，是目前报道的输出功率最高的1035 nm波段近单模简单MOPA结构光纤激光器。
半导体直接泵浦的短波长高亮度掺镱光纤激光器在非线性变频、光纤级联泵浦等方面有着十分重要的应用。基于大模场掺镱光纤搭建了全光纤结构的
2025, 37: 091002.
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
2025, 37: 093001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250131
摘要:
随着固态化、模块化、小型化脉冲功率系统的需求不断加深，宽禁带半导体光电导开关（PCSS）由于高功率和快响应等特点引起了广泛的关注。基于高纯半绝缘（HPSI）碳化硅（SiC）衬底，研制了体结构SiC PCSS。在此基础上，提出了一种基于氟化镁和二氧化钛的高反射镜SiC光电导开关封装结构，有效地提高了光电导开关的光能利用率，搭建了基于新封装结构高纯SiC光电导开关的亚纳秒短脉冲产生电路，优化了脉冲形成线与光电导开关的连接方式，设计了开槽型脉冲形成线结构，减小了电路的寄生电感，缩短了电路的响应时间。采用新封装结构和脉冲形成线，在偏置电压为10 kV、激光波长为532 nm、激光脉冲半高宽为500 ps、激光脉冲能量为90 μJ和负载为50 Ω的工作条件下，实验获得了电压幅值为7.6 kV的亚纳秒短脉冲，脉冲波形的上升沿和半高宽分别为620 ps和2.2 ns，对应的输出峰值功率为1.1 MW，系统的光电功率增益达到7.7 dB。
随着固态化、模块化、小型化脉冲功率系统的需求不断加深，宽禁带半导体光电导开关（PCSS）由于高功率和快响应等特点引起了广泛的关注。基于高纯半绝缘（HPSI）碳化硅（SiC）衬底，研制了体结构SiC PCSS。在此基础上，提出了一种基于氟化镁和二氧化钛的高反射镜SiC光电导开关封装结构，有效地提高了光电导开关的光能利用率，搭建了基于新封装结构高纯SiC光电导开关的亚纳秒短脉冲产生电路，优化了脉冲形成线与光电导开关的连接方式，设计了开槽型脉冲形成线结构，减小了电路的寄生电感，缩短了电路的响应时间。采用新封装结构和脉冲形成线，在偏置电压为10 kV、激光波长为532 nm、激光脉冲半高宽为500 ps、激光脉冲能量为90 μJ和负载为50 Ω的工作条件下，实验获得了电压幅值为7.6 kV的亚纳秒短脉冲，脉冲波形的上升沿和半高宽分别为620 ps和2.2 ns，对应的输出峰值功率为1.1 MW，系统的光电功率增益达到7.7 dB。
2025, 37: 093002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250097
摘要:
为研究基于磁控管等电真空振荡器的低成本、小型化、稳定且可阵列化应用的SLAC能量倍增器（SLED），设计了一种功率容量兆瓦级、响应时间纳秒级的高功率快速倒相开关。在波导结构中插入传统PIN二极管加载线型移相电路单元，通过波导外置偏置电路控制PIN二极管的“开”/“关”状态，改变移相电路的等效阻抗以控制波导传输微波相位。已通过高功率实验验证了此类二极管波导移相器的高功率特性。通过级联8个移相电路单元实现180°相移。对所设计的倒相开关进行了频域与时域参数测试：频域测试结果表明，该倒相开关在工作频率下的插损小于0.7 dB，在中心频率2.458 GHz处相移172°，相移量与仿真设计值相比误差在±4°以内；时域测试结果表明，该倒相开关的倒相时间约为5 ns。
为研究基于磁控管等电真空振荡器的低成本、小型化、稳定且可阵列化应用的SLAC能量倍增器（SLED），设计了一种功率容量兆瓦级、响应时间纳秒级的高功率快速倒相开关。在波导结构中插入传统PIN二极管加载线型移相电路单元，通过波导外置偏置电路控制PIN二极管的“开”/“关”状态，改变移相电路的等效阻抗以控制波导传输微波相位。已通过高功率实验验证了此类二极管波导移相器的高功率特性。通过级联8个移相电路单元实现180°相移。对所设计的倒相开关进行了频域与时域参数测试：频域测试结果表明，该倒相开关在工作频率下的插损小于0.7 dB，在中心频率2.458 GHz处相移172°，相移量与仿真设计值相比误差在±4°以内；时域测试结果表明，该倒相开关的倒相时间约为5 ns。
2025, 37: 093003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250041
摘要:
共焦波导结构因其衍射损耗可降低模式密度的特性，能够有效抑制模式竞争，进而有助于回旋行波管放大器（gyro-TWT）在太赫兹（＞100 GHz）频段实现稳定工作。采用理论分析与三维粒子模拟（3D-PIC）相结合的方法，针对220 GHz共焦波导gyro-TWT的衍射损耗率（DLR）展开综合分析。研究结果表明，DLR的大小对gyro-TWT性能具有显著影响。较小的DLR会激发低阶竞争模式的回旋返波振荡（GBWO）；而较大的DLR则会大幅降低共焦波导gyro-TWT的束波互作效率、增益、带宽，同时降低其对电子束速度零散的容忍度，应避免使共焦波导gyro-TWT工作在较大的DLR下。在该设计的共焦波导gyro-TWT中，HE07单模稳定工作的DLR不小于0.38 dB/cm，对应的镜面宽度角θ不大于47°。
共焦波导结构因其衍射损耗可降低模式密度的特性，能够有效抑制模式竞争，进而有助于回旋行波管放大器（gyro-TWT）在太赫兹（＞100 GHz）频段实现稳定工作。采用理论分析与三维粒子模拟（3D-PIC）相结合的方法，针对220 GHz共焦波导gyro-TWT的衍射损耗率（DLR）展开综合分析。研究结果表明，DLR的大小对gyro-TWT性能具有显著影响。较小的DLR会激发低阶竞争模式的回旋返波振荡（GBWO）；而较大的DLR则会大幅降低共焦波导gyro-TWT的束波互作效率、增益、带宽，同时降低其对电子束速度零散的容忍度，应避免使共焦波导gyro-TWT工作在较大的DLR下。在该设计的共焦波导gyro-TWT中，HE07单模稳定工作的DLR不小于0.38 dB/cm，对应的镜面宽度角θ不大于47°。
2025, 37: 093004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250048
摘要:
为在微波波段实现宽带大功率合成输出，设计并研制了一种新型大功率、宽带四路矩形波导TE10模到圆波导TE01模模式变换功率合成器。该模式变换功率合成器由两部分组成，分别是四路矩形波导TE10模合成变换到十字波导TE22模的结构，以及十字波导TE22模变换到过模圆波导TE01模的结构。仿真结果表明，在15.2～18.2 GHz的Ku波段内，TE10-TE01模式合成转化效率大于99.4%，最大可承受1.6 MW的脉冲功率输出。实验验证样品的背靠背冷测实验表明，该模式变换功率合成器在15.2～18.2 GHz频段内的最低合成效率为94%。仿真结果和冷测实验结果表明，该模式变换功率合成器具有工作带宽大、合成效率高、功率容量大的特点，可以较好地解决微波及毫米低端波段宽带大功率TE01模的模式变换和合成输出问题。
为在微波波段实现宽带大功率合成输出，设计并研制了一种新型大功率、宽带四路矩形波导TE10模到圆波导TE01模模式变换功率合成器。该模式变换功率合成器由两部分组成，分别是四路矩形波导TE10模合成变换到十字波导TE22模的结构，以及十字波导TE22模变换到过模圆波导TE01模的结构。仿真结果表明，在15.2～18.2 GHz的Ku波段内，TE10-TE01模式合成转化效率大于99.4%，最大可承受1.6 MW的脉冲功率输出。实验验证样品的背靠背冷测实验表明，该模式变换功率合成器在15.2～18.2 GHz频段内的最低合成效率为94%。仿真结果和冷测实验结果表明，该模式变换功率合成器具有工作带宽大、合成效率高、功率容量大的特点，可以较好地解决微波及毫米低端波段宽带大功率TE01模的模式变换和合成输出问题。
2025, 37: 093005.
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%。
2025, 37: 093006.
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%。
2025, 37: 094001.
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，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，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。
2025, 37: 094002.
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。
2025, 37: 094003.
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，进一步改进设计，将现有6次次谐波聚束系统的前级增设一个新的12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，进一步改进设计，将现有6次次谐波聚束系统的前级增设一个新的12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。
2025, 37: 094004.
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，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，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。
2025, 37: 094005.
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，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。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，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。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。
2025, 37: 095001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250017
摘要:
一般来说，同一大小的力推动不同质量的物体，质量轻的物体获得的速度总是更大。然而，在磁驱动对称飞片发射实验中，同一电流驱动0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”，0.37 mm“飞片对”获得的最终速度为18 km/s，0.48 mm“飞片对”获得的最终速度为19 km/s，即厚“飞片对”获得的测量速度反而更大。采用边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序解释这一反常现象。数值模拟表明，边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序能正确模拟0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”的动力学过程。厚“飞片对”测得的最终速度比薄“飞片对”测得的最终速度更大，其物理机理是厚“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间，比薄“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间更长。
一般来说，同一大小的力推动不同质量的物体，质量轻的物体获得的速度总是更大。然而，在磁驱动对称飞片发射实验中，同一电流驱动0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”，0.37 mm“飞片对”获得的最终速度为18 km/s，0.48 mm“飞片对”获得的最终速度为19 km/s，即厚“飞片对”获得的测量速度反而更大。采用边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序解释这一反常现象。数值模拟表明，边界磁场受烧蚀影响的磁流体力学程序能正确模拟0.37 mm和0.48 mm两个“飞片对”的动力学过程。厚“飞片对”测得的最终速度比薄“飞片对”测得的最终速度更大，其物理机理是厚“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间，比薄“飞片对”烧蚀熔化到整个“飞片对”密度低于固体密度的完全熔化时间更长。
2025, 37: 095002.
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。
2025, 37: 096001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250009
摘要:
停堆剂量率计算分析是核反应堆辐射安全的重要内容。为了分析车载微型移动核电源的停堆剂量率，研究了基于栅元嵌套网格的停堆剂量率计算方法。该方法在严格两步法的计算框架下，对活化光子源的抽样方法进行了改进。通过构建几何简单的包围盒，抽样得到源栅元内的粒子分布，从而提高了抽样效率和精度。在国际热核聚变实验堆（ITER）停堆剂量率基准题中进行了验证，该方法与参考解符合较好。基于该方法开展了兆瓦级车载微型移动核电源Megapower的停堆剂量率分析，计算结果表明热管贯穿端剂量率水平相对较高。该方法可用于反应堆停堆剂量率的计算分析，能够准确评估结构材料活化源及其产生的剂量率，对于反应堆屏蔽设计、维修计划的制定及退役具有重要的参考意义。
停堆剂量率计算分析是核反应堆辐射安全的重要内容。为了分析车载微型移动核电源的停堆剂量率，研究了基于栅元嵌套网格的停堆剂量率计算方法。该方法在严格两步法的计算框架下，对活化光子源的抽样方法进行了改进。通过构建几何简单的包围盒，抽样得到源栅元内的粒子分布，从而提高了抽样效率和精度。在国际热核聚变实验堆（ITER）停堆剂量率基准题中进行了验证，该方法与参考解符合较好。基于该方法开展了兆瓦级车载微型移动核电源Megapower的停堆剂量率分析，计算结果表明热管贯穿端剂量率水平相对较高。该方法可用于反应堆停堆剂量率的计算分析，能够准确评估结构材料活化源及其产生的剂量率，对于反应堆屏蔽设计、维修计划的制定及退役具有重要的参考意义。
2025, 37: 096002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250012
摘要:
当核反应堆一回路系统发生超压时，可采用超压泄放系统将高温高压流体通过安全阀及下游管道向水池泄放以实现降压，但是安全阀的快速开启会导致流体剧烈释放，可能对管道及水池施加剧烈地瞬态载荷冲击。建立了包括压力容器、管道及水池的系统性分析模型，用于分析管道及水池处的载荷特征。结果表明：超压泄放过程中阀门入口存在水封及开启时间减小会使管道及水池所受载荷峰值增大。喷嘴淹没深度减小或水池截面积增大，水池处载荷峰值减小。
当核反应堆一回路系统发生超压时，可采用超压泄放系统将高温高压流体通过安全阀及下游管道向水池泄放以实现降压，但是安全阀的快速开启会导致流体剧烈释放，可能对管道及水池施加剧烈地瞬态载荷冲击。建立了包括压力容器、管道及水池的系统性分析模型，用于分析管道及水池处的载荷特征。结果表明：超压泄放过程中阀门入口存在水封及开启时间减小会使管道及水池所受载荷峰值增大。喷嘴淹没深度减小或水池截面积增大，水池处载荷峰值减小。
2025, 37: 096003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250061
摘要:
基于一体化小堆堆芯设计特点，分析了氚的产生途径，建立了主回路冷却剂中氚源项计算模型。计算结果表明，单台一体化小堆堆芯氚年产量为1.81 TBq，其主要贡献来源是二次中子源材料Sb-Be和控制棒吸收体材料B4C受中子活化产生，占比分别达到46%和51%。通过对沸水堆（BWR）运行电厂氚的排放数据进行统计，证明了理论分析结果的包络性。基于该分析结果，提出了减小一体化小堆运行期间氚产生量的途径，为一体化小堆优化设计提供指引。分析表明，取消二次中子源或中子源棒采用双层包壳结构，以及控制棒吸收体材料进行更换（如更换为Ag-In-Cd或者铪），将会显著减小一体化小堆的氚产生量。
基于一体化小堆堆芯设计特点，分析了氚的产生途径，建立了主回路冷却剂中氚源项计算模型。计算结果表明，单台一体化小堆堆芯氚年产量为1.81 TBq，其主要贡献来源是二次中子源材料Sb-Be和控制棒吸收体材料B4C受中子活化产生，占比分别达到46%和51%。通过对沸水堆（BWR）运行电厂氚的排放数据进行统计，证明了理论分析结果的包络性。基于该分析结果，提出了减小一体化小堆运行期间氚产生量的途径，为一体化小堆优化设计提供指引。分析表明，取消二次中子源或中子源棒采用双层包壳结构，以及控制棒吸收体材料进行更换（如更换为Ag-In-Cd或者铪），将会显著减小一体化小堆的氚产生量。
2025, 37: 096004.
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。
2025, 37: 096005.
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，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，具有较好的实际应用价值。
2025, 37: 099001.
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。
2025, 37: 094006.
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。
2025, 37: 096006.
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。
2025, 37: 099002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250133
摘要:
光学散射特性是空间目标的重要特征，在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求，以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面（OCS）、散射特性或模拟目标图像等不足，对空间目标光学散射特性计算进行了较全面研究，给出了空间目标光学散射特性计算流程，给出了目标OCS、目标辐照度、天光背景亮度、目标星等、信噪比和探测概率等计算公式，根据太阳辐射特性、相对于站址位置、天地背景球辐射特性等，利用图形处理单元（GPU）和着色语言实现任意时刻目标光学散射特性计算（目标OCS、探测器接收到的目标反射光功率和背景光功率、目标星等、信噪比和探测概率、模拟目标亮度图像等）。通过球体和圆柱体实验验证了目标OCS计算正确性。通过光学散射特性仿真实验，给出了空间目标在不同站址、不同反射特性和不同探测窗口下目标光学散射特性计算结果，结果表明，目标光学散射特性计算结果合理。给出了全套计算公式、计算参数和计算结果，对空间目标光学散射特性计算、目标图像识别等研究提供了参考。
光学散射特性是空间目标的重要特征，在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求，以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面（OCS）、散射特性或模拟目标图像等不足，对空间目标光学散射特性计算进行了较全面研究，给出了空间目标光学散射特性计算流程，给出了目标OCS、目标辐照度、天光背景亮度、目标星等、信噪比和探测概率等计算公式，根据太阳辐射特性、相对于站址位置、天地背景球辐射特性等，利用图形处理单元（GPU）和着色语言实现任意时刻目标光学散射特性计算（目标OCS、探测器接收到的目标反射光功率和背景光功率、目标星等、信噪比和探测概率、模拟目标亮度图像等）。通过球体和圆柱体实验验证了目标OCS计算正确性。通过光学散射特性仿真实验，给出了空间目标在不同站址、不同反射特性和不同探测窗口下目标光学散射特性计算结果，结果表明，目标光学散射特性计算结果合理。给出了全套计算公式、计算参数和计算结果，对空间目标光学散射特性计算、目标图像识别等研究提供了参考。
