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2025, 37: 052001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240312
2025, 37: 051001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240370
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240186
摘要:
光导开关连续工作在长脉宽、高重频工况时，由于存在一定的导通电阻，开关内部热沉积现象较严重，容易导致光导开关的热损伤和热击穿，严重影响光导开关的使用寿命。因此必须对高功率光导开关进行有效散热。常规冷却循环系统采用循环泵泵出方式对物体进行冷却，存在冷却介质在循环过程中压力过高或过低的问题，使物体冷却不均匀，极易导致物体损坏；此外，循环泵的桨叶循环过程中会产生气泡，使光导开关绝缘强度下降，导致沿面闪络击穿。针对此问题，研制了一套基于负压吸引机制消除气泡、双回路系统实现精确控温的冷却系统，实现了光导开关的良好散热，实现了光导开关在工作电压11 kV、输出电流560 A、脉宽55 ns、重复频率1 kHz条件下寿命达到106次，大幅度提高了光导开关寿命。
光导开关连续工作在长脉宽、高重频工况时，由于存在一定的导通电阻，开关内部热沉积现象较严重，容易导致光导开关的热损伤和热击穿，严重影响光导开关的使用寿命。因此必须对高功率光导开关进行有效散热。常规冷却循环系统采用循环泵泵出方式对物体进行冷却，存在冷却介质在循环过程中压力过高或过低的问题，使物体冷却不均匀，极易导致物体损坏；此外，循环泵的桨叶循环过程中会产生气泡，使光导开关绝缘强度下降，导致沿面闪络击穿。针对此问题，研制了一套基于负压吸引机制消除气泡、双回路系统实现精确控温的冷却系统，实现了光导开关的良好散热，实现了光导开关在工作电压11 kV、输出电流560 A、脉宽55 ns、重复频率1 kHz条件下寿命达到106次，大幅度提高了光导开关寿命。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240299
摘要:
对多组磁芯进行并联复位时，磁芯各次励磁工作点不一致，会导致装置运行状态不够稳定。将原高功率猝发多脉冲直线感应加速器感应腔磁芯脉冲并联复位系统改造为直流复位系统，该直流复位系统利用继电器对每个感应腔的复位电路进行单独控制，在使用可以周期性重复输出的恒流源的条件下，实现了对多组磁芯一对一的直流复位，解决了脉冲并联复位引起的磁芯各次励磁工作点不一致的问题。工程实施中，系统通过两套恒流源与8套切换控制箱协同工作对94组感应加速腔磁芯进行复位，显著降低了系统复杂度与维护成本。实际应用验证表明，改进后加速器的多脉冲稳定性显著提升，加速器束心位置抖动由1.3 mm降至1 mm以下。介绍了猝发多脉冲感应腔磁芯直流复位系统的工程设计思路、关键器件以及最终的工程布局和运行效果。
对多组磁芯进行并联复位时，磁芯各次励磁工作点不一致，会导致装置运行状态不够稳定。将原高功率猝发多脉冲直线感应加速器感应腔磁芯脉冲并联复位系统改造为直流复位系统，该直流复位系统利用继电器对每个感应腔的复位电路进行单独控制，在使用可以周期性重复输出的恒流源的条件下，实现了对多组磁芯一对一的直流复位，解决了脉冲并联复位引起的磁芯各次励磁工作点不一致的问题。工程实施中，系统通过两套恒流源与8套切换控制箱协同工作对94组感应加速腔磁芯进行复位，显著降低了系统复杂度与维护成本。实际应用验证表明，改进后加速器的多脉冲稳定性显著提升，加速器束心位置抖动由1.3 mm降至1 mm以下。介绍了猝发多脉冲感应腔磁芯直流复位系统的工程设计思路、关键器件以及最终的工程布局和运行效果。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240411
摘要:
针对高功率微波系统宽频带和波束扫描需求，提出并设计了一种基于可变电容的X波段高功率宽频带波束扫描反射阵列天线。天线采用线极化喇叭馈源和三明治介质埋藏式贴片单元，其中贴片部分为嵌套式双谐振结构集成可变电容，同步拓宽相位调节范围（360°）与工作带宽。通过消除单元突变结构并采用三明治介质层，有效抑制了三相点产生，使功率容量提升至5 MW（1个大气压SF6环境）。调节可变电容容值可实现8.55-9.65 GHz频段内12%相对调谐带宽。基于11×11矩形栅格的反射阵仿真表明：242 mm口径阵列天线最大增益25.12 dBi，口径效率54.39%，全频带支持0°～20°波束扫描。相较于现有技术，该设计在调谐带宽（12%）和功率容量（5 MW）方面具有优势，为高功率微波系统的宽频带波束控制提供了有效途径。
针对高功率微波系统宽频带和波束扫描需求，提出并设计了一种基于可变电容的X波段高功率宽频带波束扫描反射阵列天线。天线采用线极化喇叭馈源和三明治介质埋藏式贴片单元，其中贴片部分为嵌套式双谐振结构集成可变电容，同步拓宽相位调节范围（360°）与工作带宽。通过消除单元突变结构并采用三明治介质层，有效抑制了三相点产生，使功率容量提升至5 MW（1个大气压SF6环境）。调节可变电容容值可实现8.55-9.65 GHz频段内12%相对调谐带宽。基于11×11矩形栅格的反射阵仿真表明：242 mm口径阵列天线最大增益25.12 dBi，口径效率54.39%，全频带支持0°～20°波束扫描。相较于现有技术，该设计在调谐带宽（12%）和功率容量（5 MW）方面具有优势，为高功率微波系统的宽频带波束控制提供了有效途径。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240383
摘要:
水介质的绝缘性能影响脉冲功率装置的运行状态，水中气泡是引起水介质击穿的主要因素。为去除水介质中的气泡和溶解性气体，分析了水介质中产生气泡的原因，针对水介质中的体相气泡和表面吸附气泡去除问题，比较了涡流式分离器和反渗透膜的脱气方法，并对其气泡脱除性能进行实验研究。研究结果表明，涡流式分离器的旋流强度低造成分离效率较低，反渗透膜脱气通过降低气体在水中的溶解度使得表面吸附气泡重新溶解，分离效率较高，可以去除水中气泡和溶解性气体，对脉冲功率装置的稳定运行具有重要意义。
水介质的绝缘性能影响脉冲功率装置的运行状态，水中气泡是引起水介质击穿的主要因素。为去除水介质中的气泡和溶解性气体，分析了水介质中产生气泡的原因，针对水介质中的体相气泡和表面吸附气泡去除问题，比较了涡流式分离器和反渗透膜的脱气方法，并对其气泡脱除性能进行实验研究。研究结果表明，涡流式分离器的旋流强度低造成分离效率较低，反渗透膜脱气通过降低气体在水中的溶解度使得表面吸附气泡重新溶解，分离效率较高，可以去除水中气泡和溶解性气体，对脉冲功率装置的稳定运行具有重要意义。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250001
摘要:
太赫兹波是介于微波和远红外区域之间的毫米/亚毫米波，波长从3 mm到30 μm。自宇宙开始以来发射的所有可探测光子中，98%落在太赫兹和远红外区域，其中许多光子来自宇宙微波背景辐射，其他重要的发射来自大量的受激分子，这些分子在太赫兹范围内具有明亮的光谱发射特征。基于太赫兹的天文观测技术在天体物理和宇宙学的研究中扮演着愈加重要的作用，对星际原子、分子和尘埃的太赫兹观测可以洞察宇宙星际介质的内部条件，并提供对恒星、行星、星系和宇宙本身起源和演化的独特观察窗口。近年来，许多大型天文望远镜不断部署基于微波动态电感探测器（MKID）的太赫兹探测器，MKID成为了太赫兹天文探测领域重要的技术手段。本文主要阐述MKID的基础原理和应用在太赫兹探测领域的研究进展，通过MKID在多个太赫兹天文探测项目的应用总结，厘清MKID 探测器的工作原理和架构，梳理MKID取得的突破，并对其发展进行展望。
太赫兹波是介于微波和远红外区域之间的毫米/亚毫米波，波长从3 mm到30 μm。自宇宙开始以来发射的所有可探测光子中，98%落在太赫兹和远红外区域，其中许多光子来自宇宙微波背景辐射，其他重要的发射来自大量的受激分子，这些分子在太赫兹范围内具有明亮的光谱发射特征。基于太赫兹的天文观测技术在天体物理和宇宙学的研究中扮演着愈加重要的作用，对星际原子、分子和尘埃的太赫兹观测可以洞察宇宙星际介质的内部条件，并提供对恒星、行星、星系和宇宙本身起源和演化的独特观察窗口。近年来，许多大型天文望远镜不断部署基于微波动态电感探测器（MKID）的太赫兹探测器，MKID成为了太赫兹天文探测领域重要的技术手段。本文主要阐述MKID的基础原理和应用在太赫兹探测领域的研究进展，通过MKID在多个太赫兹天文探测项目的应用总结，厘清MKID 探测器的工作原理和架构，梳理MKID取得的突破，并对其发展进行展望。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240346
摘要:
针对浑浊水体中光条纹中心点提取精度低、抗干扰能力弱的问题，提出一种改进的内部推进算法，旨在提升复杂环境下光条纹中心点提取的准确性和鲁棒性。首先利用中值滤波预处理图像以抑制噪声，结合八邻域法快速定位光条纹起始点；随后引入灰度邻域属性法，动态估算当前行的光条纹像素宽度，并基于此范围应用最大类间方差法自适应确定二值化阈值，有效减少背景干扰；最后在约束的像素宽度范围内采用灰度重心法计算初始中心点，并以此为基础向上、下方向推进搜索光条纹中心点。实验在多种浑浊水体环境及不同结构光形态下进行对比测试。结果表明，与原始内部推进算法相比，本文方法均方根误差降低了13.33%，算法运行速度较Steger算法提升了69.07%，实现了精度与速度的平衡。
针对浑浊水体中光条纹中心点提取精度低、抗干扰能力弱的问题，提出一种改进的内部推进算法，旨在提升复杂环境下光条纹中心点提取的准确性和鲁棒性。首先利用中值滤波预处理图像以抑制噪声，结合八邻域法快速定位光条纹起始点；随后引入灰度邻域属性法，动态估算当前行的光条纹像素宽度，并基于此范围应用最大类间方差法自适应确定二值化阈值，有效减少背景干扰；最后在约束的像素宽度范围内采用灰度重心法计算初始中心点，并以此为基础向上、下方向推进搜索光条纹中心点。实验在多种浑浊水体环境及不同结构光形态下进行对比测试。结果表明，与原始内部推进算法相比，本文方法均方根误差降低了13.33%，算法运行速度较Steger算法提升了69.07%，实现了精度与速度的平衡。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240229
摘要:
为优化脉冲氙灯灭菌装置性能，基于自主研发的微秒脉冲电源系统，研究了不同规格的定制氙灯及其光谱范围对灭菌效果的影响。结果表明：弧长50 mm、气压50 kPa的氙灯的紫外-可见部分光谱中，UV波段占38.5%，UVC波段占17.6%。增大弧长、减小气压均可提高光谱强度，后者还可提高UV比例。弧长100 mm，气压50 kPa的氙灯在放电能量为20 J时，处理3 s可使覆盖范围内的大肠杆菌基本全部失去活性。灭菌效率与灯管弧长、放电能量呈正相关，与灯管气压呈负相关。氙灯辐射光的不同波段均有灭菌作用，UV波段灭菌对数值占87.7%，小于280 nm波段占64.6%。原子力显微镜结果显示，脉冲氙灯可以改变细菌菌体形貌和力学性质，使菌体萎缩，增大表面粗糙度、菌体弹性和粘附力。
为优化脉冲氙灯灭菌装置性能，基于自主研发的微秒脉冲电源系统，研究了不同规格的定制氙灯及其光谱范围对灭菌效果的影响。结果表明：弧长50 mm、气压50 kPa的氙灯的紫外-可见部分光谱中，UV波段占38.5%，UVC波段占17.6%。增大弧长、减小气压均可提高光谱强度，后者还可提高UV比例。弧长100 mm，气压50 kPa的氙灯在放电能量为20 J时，处理3 s可使覆盖范围内的大肠杆菌基本全部失去活性。灭菌效率与灯管弧长、放电能量呈正相关，与灯管气压呈负相关。氙灯辐射光的不同波段均有灭菌作用，UV波段灭菌对数值占87.7%，小于280 nm波段占64.6%。原子力显微镜结果显示，脉冲氙灯可以改变细菌菌体形貌和力学性质，使菌体萎缩，增大表面粗糙度、菌体弹性和粘附力。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240271
摘要:
，残余气体电离型束流剖面探测器（IPM）可以实时提供高流强质子加速器调试和稳定运行所需的关键束流分布信息, 中国散裂中子源（CSNS）直线加速器IPM装置采用紧凑型结构设计，通过离子模式收集并由光学成像系统实现束流横向一维分布测量。电极板开孔处的蜂窝网格结构阻挡部分离子或电子进入微通道板，造成成像阴影并引入束流分布畸变，利用离线算法进行校正。利用偏微分修复和机器学习算法对CSNS直线加速器IPM蜂窝网格造成的成像阴影和束流分布畸变进行了校正处理，采用无监督机器学习方法DIP校正后的束流尺寸与理论预期偏差低于10%并保持较好信噪比。
，残余气体电离型束流剖面探测器（IPM）可以实时提供高流强质子加速器调试和稳定运行所需的关键束流分布信息, 中国散裂中子源（CSNS）直线加速器IPM装置采用紧凑型结构设计，通过离子模式收集并由光学成像系统实现束流横向一维分布测量。电极板开孔处的蜂窝网格结构阻挡部分离子或电子进入微通道板，造成成像阴影并引入束流分布畸变，利用离线算法进行校正。利用偏微分修复和机器学习算法对CSNS直线加速器IPM蜂窝网格造成的成像阴影和束流分布畸变进行了校正处理，采用无监督机器学习方法DIP校正后的束流尺寸与理论预期偏差低于10%并保持较好信噪比。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240408
摘要:
在地表核泄漏场景下，辐射中子与物质中原子核经过多次散射后，能量很快降低到只有几个电子伏的热中子能区，热中子的活化将对核反应过程产生强烈影响。在固体、液体材料中，原子核通常以束缚态核的形式存在，在与物质相互作用反应方面，束缚核与气态的自由核不同。为更准确地评估核辐射效应，本文研究了束缚核效应对热中子活化过程的影响。使用蒙特卡罗方法模拟粒子输运，基于地表核辐射的场景建立了相应的空地界面模型，模拟了核辐射中子束入射土壤、海水以及混凝土产生的一系列核反应。以热中子的活化反应为重点，通过替换入射中子在介质中的反应截面引入束缚核效应，计算并对比了考虑束缚核效应影响前后活化产物次级γ的注量变化。研究结果表明，在活化过程中考虑束缚核效应的影响，能够使固液介质的热中子活化强度出现明显增强，从而在一定程度上增强地表次级γ场的辐射强度。由于元素组成、粒子屏蔽能力等因素的综合作用，三种介质场景下次级γ注量的最高涨幅分别为18%，8%和11%，涨幅随探测距离的变化规律也有所差异。
在地表核泄漏场景下，辐射中子与物质中原子核经过多次散射后，能量很快降低到只有几个电子伏的热中子能区，热中子的活化将对核反应过程产生强烈影响。在固体、液体材料中，原子核通常以束缚态核的形式存在，在与物质相互作用反应方面，束缚核与气态的自由核不同。为更准确地评估核辐射效应，本文研究了束缚核效应对热中子活化过程的影响。使用蒙特卡罗方法模拟粒子输运，基于地表核辐射的场景建立了相应的空地界面模型，模拟了核辐射中子束入射土壤、海水以及混凝土产生的一系列核反应。以热中子的活化反应为重点，通过替换入射中子在介质中的反应截面引入束缚核效应，计算并对比了考虑束缚核效应影响前后活化产物次级γ的注量变化。研究结果表明，在活化过程中考虑束缚核效应的影响，能够使固液介质的热中子活化强度出现明显增强，从而在一定程度上增强地表次级γ场的辐射强度。由于元素组成、粒子屏蔽能力等因素的综合作用，三种介质场景下次级γ注量的最高涨幅分别为18%，8%和11%，涨幅随探测距离的变化规律也有所差异。
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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；相应的，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；相应的，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。
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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。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240433
摘要:
利用输出532 nm波长的全固态准连续Nd:YAG激光器作为泵浦源，对以KTP晶体为非线性晶体的窄线宽光学参量振荡器输出特性进行研究。在谐振腔内插入石英标准具压缩输出激光线宽。通过理论分析,估算了脉冲光学参量振荡器谐振腔内标准具对闲频光的透射光谱线宽，根据计算结果设计了实验用的标准具参数。在光学参量振荡器谐振腔内插入另一KTP晶体对闲频光进行腔内倍频，实现了波长调谐范围574.5～577.2 nm的pm级窄线宽可调谐黄光输出。在重复频率为10 kHz，泵浦光平均功率为30 W时，倍频黄光的峰值波长为575.81 nm，对应的平均输出功率为155 mW，脉宽约为35 ns，线宽仅为0.8 pm，x和y方向光束质量因子则分别为1.286和1.807。
利用输出532 nm波长的全固态准连续Nd:YAG激光器作为泵浦源，对以KTP晶体为非线性晶体的窄线宽光学参量振荡器输出特性进行研究。在谐振腔内插入石英标准具压缩输出激光线宽。通过理论分析,估算了脉冲光学参量振荡器谐振腔内标准具对闲频光的透射光谱线宽，根据计算结果设计了实验用的标准具参数。在光学参量振荡器谐振腔内插入另一KTP晶体对闲频光进行腔内倍频，实现了波长调谐范围574.5～577.2 nm的pm级窄线宽可调谐黄光输出。在重复频率为10 kHz，泵浦光平均功率为30 W时，倍频黄光的峰值波长为575.81 nm，对应的平均输出功率为155 mW，脉宽约为35 ns，线宽仅为0.8 pm，x和y方向光束质量因子则分别为1.286和1.807。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240412
摘要:
平面碳化硅光导开关因可采用本征光触发而具有实现高光电增益的特点，但正面与背面光入射两种触发方式在响应特性上存在显著差异。基于TCAD数值仿真软件，对本征光背入射的平面碳化硅（SiC）光导开关的光电流响应进行研究，对比本征光触发下不同衬底厚度、不同光功率下器件正面与背面入光输出光电流，并对器件内部电流与电场分布状态进行对比分析，最终对厚度为50 μm的平面SiC光导开关进行了正面、背面触发实验测试。实验结果表明，40 kW峰值光功率下，与正面触发相比，背面触发器件的导通电阻减少了40%，验证了背面入光器件光电转换效率高的特点，且背面触发器件内部电场、电流更加均匀，更有利于提高器件高功率容量。结果为平面光导开关本征触发提供仿真与实验参考。
平面碳化硅光导开关因可采用本征光触发而具有实现高光电增益的特点，但正面与背面光入射两种触发方式在响应特性上存在显著差异。基于TCAD数值仿真软件，对本征光背入射的平面碳化硅（SiC）光导开关的光电流响应进行研究，对比本征光触发下不同衬底厚度、不同光功率下器件正面与背面入光输出光电流，并对器件内部电流与电场分布状态进行对比分析，最终对厚度为50 μm的平面SiC光导开关进行了正面、背面触发实验测试。实验结果表明，40 kW峰值光功率下，与正面触发相比，背面触发器件的导通电阻减少了40%，验证了背面入光器件光电转换效率高的特点，且背面触发器件内部电场、电流更加均匀，更有利于提高器件高功率容量。结果为平面光导开关本征触发提供仿真与实验参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240426
摘要:
超宽禁带半导体材料Ga2O3具有大击穿电场、在较大的光谱范围内透明度高及制备成本低等优点，理论上适合用于制备光导开关器件，但目前国内外相关领域的研究较少，因此本文主要围绕Fe: β-Ga2O3基垂直型光导开关的高压性能进行实验和分析。结果显示，Fe: β-Ga2O3中深能级能提供产生非本征激发的载流子，输入电压为20 kV并进行单次激光触发时器件未出现击穿趋势，在15 kV下以10 Hz光触发至少5000 余次后开关损坏，有效数据中脉冲表现较为稳定，初步证明了氧化镓光导开关可应用于大功率和高频等极限环境。失效分析说明较大的禁带宽度不是决定高耐压的唯一条件，除了使用精确掺杂的手段引入特定缺陷来改变Ga2O3材料性能外，进一步改良现有的材料生长方式和器件封装结构等也对提高光导开关的输出和寿命有所帮助。
超宽禁带半导体材料Ga2O3具有大击穿电场、在较大的光谱范围内透明度高及制备成本低等优点，理论上适合用于制备光导开关器件，但目前国内外相关领域的研究较少，因此本文主要围绕Fe: β-Ga2O3基垂直型光导开关的高压性能进行实验和分析。结果显示，Fe: β-Ga2O3中深能级能提供产生非本征激发的载流子，输入电压为20 kV并进行单次激光触发时器件未出现击穿趋势，在15 kV下以10 Hz光触发至少
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240240
摘要:
针对中国散裂中子源二期CSNS（China Spallation Neutron Source Phase II, CSNS-II）加速器众多预研设备的调试及离线运行需求，自主设计并研制了一套基于“高精度脉冲发生器+低抖动光纤传输链路”的同步时序系统，为各预研设备提供精准且符合物理设计需求的工作时序信号。在同步时序系统硬件方面，研制了具有高性价比的多功能时序信号总控板卡和终端接收板卡，实现了时序信号的严格同步和低抖动传输。同时，采用“超高速双向点对点数据传输+千兆多模SFP光模块”方案，实现基于高速串行传输链路的板间级联，以扩展输出通道数量。在同步时序系统上位机软件方面，采用“串口服务器 + PC soft IOC”方式实现了多功能时序信号总控板卡与实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS）之间的数据交互机制，实现远程精确配置同步时序信号的频率、延时、脉宽等参数。同步时序系统已成功投入CSNS-II加速器射频离子源等关键预研设备的调试和运行，并在长期运行中表现出稳定可靠的性能。此外，与商业产品相比，该同步时序系统在软硬件设计方面具备灵活性强、抗干扰能力高和通用性好的优点，为国内外粒子加速器设备的同步时序系统设计与实现提供了切实可行的技术参考。
针对中国散裂中子源二期CSNS（China Spallation Neutron Source Phase II, CSNS-II）加速器众多预研设备的调试及离线运行需求，自主设计并研制了一套基于“高精度脉冲发生器+低抖动光纤传输链路”的同步时序系统，为各预研设备提供精准且符合物理设计需求的工作时序信号。在同步时序系统硬件方面，研制了具有高性价比的多功能时序信号总控板卡和终端接收板卡，实现了时序信号的严格同步和低抖动传输。同时，采用“超高速双向点对点数据传输+千兆多模SFP光模块”方案，实现基于高速串行传输链路的板间级联，以扩展输出通道数量。在同步时序系统上位机软件方面，采用“串口服务器 + PC soft IOC”方式实现了多功能时序信号总控板卡与实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS）之间的数据交互机制，实现远程精确配置同步时序信号的频率、延时、脉宽等参数。同步时序系统已成功投入CSNS-II加速器射频离子源等关键预研设备的调试和运行，并在长期运行中表现出稳定可靠的性能。此外，与商业产品相比，该同步时序系统在软硬件设计方面具备灵活性强、抗干扰能力高和通用性好的优点，为国内外粒子加速器设备的同步时序系统设计与实现提供了切实可行的技术参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250004
摘要:
激光无线能量传输技术具有高功率、远距离、非接触式、能信同传等优点，有望成为一种革新性的能源传递方式，在消费电子产品、无人机、航天等领域展现巨大的应用潜力。分析了激光无线能量传输系统的核心模块以及在地面、航天、水下等领域的国内外发展现状，总结了其面临的技术挑战。最后，讨论了激光无线能量传输系统的未来发展趋势。
激光无线能量传输技术具有高功率、远距离、非接触式、能信同传等优点，有望成为一种革新性的能源传递方式，在消费电子产品、无人机、航天等领域展现巨大的应用潜力。分析了激光无线能量传输系统的核心模块以及在地面、航天、水下等领域的国内外发展现状，总结了其面临的技术挑战。最后，讨论了激光无线能量传输系统的未来发展趋势。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240163
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。
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2025, 37: 043001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240274
摘要:
研究了波导缝隙阵天线在高功率微波技术中的应用，提出了一种新的设计方法，特别关注了波导缝隙阵天线的缝隙互耦、副瓣电平以及天线和馈源的匹配问题。新方法利用现代计算机技术快速计算出考虑缝隙互耦效应的缝隙电导函数，从而实现波导缝隙阵天线的高效设计，该方法无需复杂运算或外部结构，保证了系统紧凑性，并在设计波导缝隙面阵时表现出更高的有效性。仿真结果表明：新方法设计的天线在匹配度方面表现优异，在中心频率f = 2.458 GHz处，所设计的天线的各个端口的反射系数范围为−37.2 dB至−27.7 dB，相比使用Stevenson公式设计相同目标参数的天线的各个端口的反射系数范围为−11 dB至−8.7 dB，使用新方法设计的天线的各个端口的反射系数至少降低了19 dB。此外，新方法设计的天线实现了−30.2 dB的低副瓣电平和332.6 MW的高功率容量。
研究了波导缝隙阵天线在高功率微波技术中的应用，提出了一种新的设计方法，特别关注了波导缝隙阵天线的缝隙互耦、副瓣电平以及天线和馈源的匹配问题。新方法利用现代计算机技术快速计算出考虑缝隙互耦效应的缝隙电导函数，从而实现波导缝隙阵天线的高效设计，该方法无需复杂运算或外部结构，保证了系统紧凑性，并在设计波导缝隙面阵时表现出更高的有效性。仿真结果表明：新方法设计的天线在匹配度方面表现优异，在中心频率f = 2.458 GHz处，所设计的天线的各个端口的反射系数范围为−37.2 dB至−27.7 dB，相比使用Stevenson公式设计相同目标参数的天线的各个端口的反射系数范围为−11 dB至−8.7 dB，使用新方法设计的天线的各个端口的反射系数至少降低了19 dB。此外，新方法设计的天线实现了−30.2 dB的低副瓣电平和332.6 MW的高功率容量。
2025, 37: 043002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240374
摘要:
传统上通常采用外接真空泵组来获取和维持高功率微波系统的真空状态，但这会显著增加系统的体积和重量，限制其实际应用场景。为了实现高功率微波系统的轻小型化，提升其实用性，针对X波段重频高功率微波系统，设计研制了一种真空封装装置。在脉冲传输线-二极管界面以及微波天线喇叭口，采用了陶瓷-金属钎焊技术；在系统的其他接口处采用了刀口密封技术，实现了高功率微波产生、传输及发射腔体内部的真空封装。借鉴真空电子领域中的材料表面清洗、烘烤排气等真空获取手段，系统可以在非工作状态下维持10−7 Pa数量级的气压接近100 h。通过在二极管外筒和微波天线喇叭上安装非蒸散型吸气剂泵，可有效捕集系统加电工作时腔内释放的气体，实现动态真空维持。实验结果表明，该系统能够以10～30 Hz的重频稳定运行10 000炮次以上。
传统上通常采用外接真空泵组来获取和维持高功率微波系统的真空状态，但这会显著增加系统的体积和重量，限制其实际应用场景。为了实现高功率微波系统的轻小型化，提升其实用性，针对X波段重频高功率微波系统，设计研制了一种真空封装装置。在脉冲传输线-二极管界面以及微波天线喇叭口，采用了陶瓷-金属钎焊技术；在系统的其他接口处采用了刀口密封技术，实现了高功率微波产生、传输及发射腔体内部的真空封装。借鉴真空电子领域中的材料表面清洗、烘烤排气等真空获取手段，系统可以在非工作状态下维持10−7 Pa数量级的气压接近100 h。通过在二极管外筒和微波天线喇叭上安装非蒸散型吸气剂泵，可有效捕集系统加电工作时腔内释放的气体，实现动态真空维持。实验结果表明，该系统能够以10～30 Hz的重频稳定运行10 000炮次以上。
2025, 37: 043003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240295
摘要:
提出了一种基于可变倾角连续横向枝节(VICTS)天线和多层全金属十字开孔透镜的变极化波束扫描方案，通过调整极化层、辐射层以及天线整体的旋转角度，即可实现线极化和左（右）旋圆极化的自由切换，并可实现不同极化输出下的二维波束扫描。设计了一个K波段口径150 mm的天线模型，仿真得到天线圆极化辐射时的最大增益为27.61 dB，轴比为1.05 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.72 dB，轴比为2.58 dB。线极化辐射时的最大增益为27.63 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.82 dB。按真空中金属击穿阈值50 MV/m进行计算，VICTS天线的功率容量为9.6 GW/m2，极化层的功率容量超过10 GW/m2，该变极化波束扫描天线方案有应用于高功率微波领域的潜力。
提出了一种基于可变倾角连续横向枝节(VICTS)天线和多层全金属十字开孔透镜的变极化波束扫描方案，通过调整极化层、辐射层以及天线整体的旋转角度，即可实现线极化和左（右）旋圆极化的自由切换，并可实现不同极化输出下的二维波束扫描。设计了一个K波段口径150 mm的天线模型，仿真得到天线圆极化辐射时的最大增益为27.61 dB，轴比为1.05 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.72 dB，轴比为2.58 dB。线极化辐射时的最大增益为27.63 dB，口径效率为58.7%；波束扫描至26°时，增益为25.82 dB。按真空中金属击穿阈值50 MV/m进行计算，VICTS天线的功率容量为9.6 GW/m2，极化层的功率容量超过10 GW/m2，该变极化波束扫描天线方案有应用于高功率微波领域的潜力。
2025, 37: 043004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240300
摘要:
基于互耦锁相方案，设计了多磁控管单元模块，将其构造为轴向输出的模块化单元，以解决径向输出磁控管在大规模阵列应用中因为角向不均匀性带来的影响，并有效提高系统的鲁棒性。磁控管之间通过锁相桥连接，传统方案以单个磁控管模块为基础，设计方式单一且不灵活。此外，由于径向输出的磁控管角向电场分布不均匀，锁相桥在不同位置增加耦合结构会导致磁控管的特性阻抗变化，并改变锁相桥中能量占系统整体能量的比例，从而影响输出特性和锁相效率。首先设计了多种拓扑结构的磁控管锁相单元并进行了仿真研究，仿真结果表明，电场角向均匀性使得锁相桥开口位置及数量对于锁相性能有明显影响。随后，选取了适合模块化设计的首尾串联型模块进行下一步的研究，在此基础之上设计了四合一功率合成器，此时模块化单元为轴向输出设计。仿真结果表明，四管锁相单元模块的输出功率约为988 kW，约为自由振荡磁控管单管输出功率的四倍，锁相效率达到97%。
基于互耦锁相方案，设计了多磁控管单元模块，将其构造为轴向输出的模块化单元，以解决径向输出磁控管在大规模阵列应用中因为角向不均匀性带来的影响，并有效提高系统的鲁棒性。磁控管之间通过锁相桥连接，传统方案以单个磁控管模块为基础，设计方式单一且不灵活。此外，由于径向输出的磁控管角向电场分布不均匀，锁相桥在不同位置增加耦合结构会导致磁控管的特性阻抗变化，并改变锁相桥中能量占系统整体能量的比例，从而影响输出特性和锁相效率。首先设计了多种拓扑结构的磁控管锁相单元并进行了仿真研究，仿真结果表明，电场角向均匀性使得锁相桥开口位置及数量对于锁相性能有明显影响。随后，选取了适合模块化设计的首尾串联型模块进行下一步的研究，在此基础之上设计了四合一功率合成器，此时模块化单元为轴向输出设计。仿真结果表明，四管锁相单元模块的输出功率约为988 kW，约为自由振荡磁控管单管输出功率的四倍，锁相效率达到97%。
2025, 37: 043005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240288
摘要:
石墨因组成元素的原子序数较低、熔点极高、导热性能优异、化学稳定性高及抗热冲击能力较强等诸多优点, 已成为相对论返波管中关键部件收集极的首选材料。对4种具有代表性的高纯石墨及其各自碳化钛涂层改性材料作为强流电子束二极管中的阳极进行了耐强流电子束轰击性能考核。结果表明，4种石墨在电压为860 kV、电流为11 kA、脉宽为40 ns的电子束轰击下二极管的电流表现出明显的差异，石墨4#即使电子束脉冲作用167次，电流曲线也未表现出明显异常，而其他三种石墨的电流曲线均出现不同程度的尾蚀。通过石墨表面碳化钛涂层的烧蚀实验进一步验证了石墨的差异性，表明石墨的热导率对其抗烧蚀性能具有重要的影响。石墨的热导率越高，碳化钛熔融析出再结晶程度越低，说明石墨的抗烧蚀性能越好。石墨4#具有优异的耐电子束轰击性能，在相对论返波管收集极领域具有重要的应用前景。
石墨因组成元素的原子序数较低、熔点极高、导热性能优异、化学稳定性高及抗热冲击能力较强等诸多优点, 已成为相对论返波管中关键部件收集极的首选材料。对4种具有代表性的高纯石墨及其各自碳化钛涂层改性材料作为强流电子束二极管中的阳极进行了耐强流电子束轰击性能考核。结果表明，4种石墨在电压为860 kV、电流为11 kA、脉宽为40 ns的电子束轰击下二极管的电流表现出明显的差异，石墨4#即使电子束脉冲作用167次，电流曲线也未表现出明显异常，而其他三种石墨的电流曲线均出现不同程度的尾蚀。通过石墨表面碳化钛涂层的烧蚀实验进一步验证了石墨的差异性，表明石墨的热导率对其抗烧蚀性能具有重要的影响。石墨的热导率越高，碳化钛熔融析出再结晶程度越低，说明石墨的抗烧蚀性能越好。石墨4#具有优异的耐电子束轰击性能，在相对论返波管收集极领域具有重要的应用前景。
2025, 37: 043006.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240340
摘要:
无人机系统复杂且故障模式多样，对其可靠性、稳定性和安全性提出了一定的挑战。针对无人机故障数据样本集缺乏且不完备的问题，采用预设故障注入法构建了无人机故障模拟数据集。故障模拟数据集基于偏差故障、漂移故障、锁死故障和缩放故障四种故障描述模型，实现了无人机正常状态、执行器故障和传感器故障的等效模拟，并进一步通过深度学习网络评测数据集。仿真结果表明：WDCNN、ResNet和QCNN三种深度学习网络均验证了本文故障模拟数据集构建方法及数据集的有效性和完备性。从故障诊断精确度指标来看，WDCNN达到82%以上，ResNet达到90%以上，QCNN达到92%以上，提出的方法为基于数据驱动的无人机故障诊断研究提供了一个较为完备的数据集及评测方法。
无人机系统复杂且故障模式多样，对其可靠性、稳定性和安全性提出了一定的挑战。针对无人机故障数据样本集缺乏且不完备的问题，采用预设故障注入法构建了无人机故障模拟数据集。故障模拟数据集基于偏差故障、漂移故障、锁死故障和缩放故障四种故障描述模型，实现了无人机正常状态、执行器故障和传感器故障的等效模拟，并进一步通过深度学习网络评测数据集。仿真结果表明：WDCNN、ResNet和QCNN三种深度学习网络均验证了本文故障模拟数据集构建方法及数据集的有效性和完备性。从故障诊断精确度指标来看，WDCNN达到82%以上，ResNet达到90%以上，QCNN达到92%以上，提出的方法为基于数据驱动的无人机故障诊断研究提供了一个较为完备的数据集及评测方法。
2025, 37: 043007.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240309
摘要:
设计实现了一种基于四分之一模基片集成波导（Quarter-Mode Substrate Integrated Waveguide, QMSIW）应用于5.2 GHz/5.8 GHz的双频天线。采用QMSIW结构，在保持了基片集成波导（SIW）的低损耗、低剖面等特性的情况下，减小了天线的体积。通过在QMSIW腔体上添加两排金属化通孔并刻蚀两条矩形槽以及不对称Y形槽，减小其尺寸并实现较高的隔离度。经过测试，天线在5.2 GHz和5.8 GHz的增益分别为6.0和6.1 dBi，交叉极化比分别大于20 dB和25 dB。所设计的天线实现了良好的小型化和大于34 dB的高隔离度，尺寸为0.42λ0×0.42λ0×0.01λ0。实物测试结果与仿真结果吻合良好。
设计实现了一种基于四分之一模基片集成波导（Quarter-Mode Substrate Integrated Waveguide, QMSIW）应用于5.2 GHz/5.8 GHz的双频天线。采用QMSIW结构，在保持了基片集成波导（SIW）的低损耗、低剖面等特性的情况下，减小了天线的体积。通过在QMSIW腔体上添加两排金属化通孔并刻蚀两条矩形槽以及不对称Y形槽，减小其尺寸并实现较高的隔离度。经过测试，天线在5.2 GHz和5.8 GHz的增益分别为6.0和6.1 dBi，交叉极化比分别大于20 dB和25 dB。所设计的天线实现了良好的小型化和大于34 dB的高隔离度，尺寸为0.42λ0×0.42λ0×0.01λ0。实物测试结果与仿真结果吻合良好。
2025, 37: 044001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240396
摘要:
云光二号加速器采用感应电压叠加技术路线，全系统包含12台Marx发生器、24条水线、12级感应腔和1条长磁绝缘传输线，由于装置规模大、级数多、结构复杂，为保证整体装配精度，尤其是感应腔和磁绝缘传输线的同轴度，对准直测量技术提出了很高的要求。针对国外同类装置测量系统复杂、过程繁琐的技术缺陷，提出了以激光跟踪仪为核心测量手段的全系统准直测量技术方案，分别完成了发生器输出法兰、感应腔导轨、磁绝缘传输线及其导轨的准直测量和调节，尤其是设计了能够实现双向内孔定心的靶标座测量机构，高精度、高效率实现了12级感应腔同轴串联的准直测量调节，为更大规模装置建设奠定了良好的技术基础。
云光二号加速器采用感应电压叠加技术路线，全系统包含12台Marx发生器、24条水线、12级感应腔和1条长磁绝缘传输线，由于装置规模大、级数多、结构复杂，为保证整体装配精度，尤其是感应腔和磁绝缘传输线的同轴度，对准直测量技术提出了很高的要求。针对国外同类装置测量系统复杂、过程繁琐的技术缺陷，提出了以激光跟踪仪为核心测量手段的全系统准直测量技术方案，分别完成了发生器输出法兰、感应腔导轨、磁绝缘传输线及其导轨的准直测量和调节，尤其是设计了能够实现双向内孔定心的靶标座测量机构，高精度、高效率实现了12级感应腔同轴串联的准直测量调节，为更大规模装置建设奠定了良好的技术基础。
2025, 37: 044002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240276
摘要:
电子束焊机中的电子束具有功率密度高（106～108 W/cm2）、焦斑尺寸小（几百微米）的特点。其束流密度分布是一项重要的束流品质参数，对焊接工艺研究具有重要意义。然而，传统的电子束密度测量方法（比如荧光成像法）在如此高的功率密度下无法使用。研究了一种基于水冷微孔法拉第杯与高频束流扫描相结合的测量方法。在电子束焊机偏转线圈上加高频（1～10 kHz）信号，使电子束在较大尺寸范围内扫描，从而降低电子束沉积在法拉第杯表面的功率密度，避免法拉第杯表面被烧毁。可用于真空腔体中的水冷微孔法拉第杯是经过特别设计的，通过水冷带走电子束损失在法拉第杯的表面上的热量。法拉第杯表面有一个数十微米尺寸的微孔。当电子束周期性地经过微孔时，少量电子束通过微孔会进入法拉第杯，形成电信号并经过集成在法拉第杯中的放大器放大后被采集。电子束功率密度分布可由采集到的时域内的电流信号进行重建得到。实验证明，该方法可以准确测量电子束焊机中高功率密度电子束的密度分布，同时具有约23 μm的成像精度。
电子束焊机中的电子束具有功率密度高（106～108 W/cm2）、焦斑尺寸小（几百微米）的特点。其束流密度分布是一项重要的束流品质参数，对焊接工艺研究具有重要意义。然而，传统的电子束密度测量方法（比如荧光成像法）在如此高的功率密度下无法使用。研究了一种基于水冷微孔法拉第杯与高频束流扫描相结合的测量方法。在电子束焊机偏转线圈上加高频（1～10 kHz）信号，使电子束在较大尺寸范围内扫描，从而降低电子束沉积在法拉第杯表面的功率密度，避免法拉第杯表面被烧毁。可用于真空腔体中的水冷微孔法拉第杯是经过特别设计的，通过水冷带走电子束损失在法拉第杯的表面上的热量。法拉第杯表面有一个数十微米尺寸的微孔。当电子束周期性地经过微孔时，少量电子束通过微孔会进入法拉第杯，形成电信号并经过集成在法拉第杯中的放大器放大后被采集。电子束功率密度分布可由采集到的时域内的电流信号进行重建得到。实验证明，该方法可以准确测量电子束焊机中高功率密度电子束的密度分布，同时具有约23 μm的成像精度。
2025, 37: 044003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240279
摘要:
针对120 keV正离子源，设计了加速器的绝缘支撑系统，确定了绝缘体与支撑法兰的连接方式及相关参数，并通过有限元分析的方法，针对电场集中和连接支撑的问题，开展了绝缘支撑系统的优化设计。分别对绝缘体和电极进行静电模拟，确定了绝缘体的材料及结构参数，研究了加速器的绝缘性能。研究表明各绝缘体周围最大电场值低于4 kV/mm，电极间最大电场值约为14 kV/mm，满足120 keV正离子源加速器耐压要求。其次考虑离子源的垂直安装，在离子源重力作用下EG支撑法兰和绝缘体的连接螺栓要承受很大的正应力和剪应力，开展了加速器的机械性能研究。经过力学分析，螺栓最大正应力为26.336 MPa，剪切力为1.292 MPa。经过模拟分析，螺栓最大正应力为25.867 MPa，与理论解相差1.78%，小于材料的抗拉强度；最大剪切力为1.295 MPa，与理论解相差0.23%，小于材料的抗剪强度。研究结果表明120 keV正离子源加速器机械性能满足设计要求。
针对120 keV正离子源，设计了加速器的绝缘支撑系统，确定了绝缘体与支撑法兰的连接方式及相关参数，并通过有限元分析的方法，针对电场集中和连接支撑的问题，开展了绝缘支撑系统的优化设计。分别对绝缘体和电极进行静电模拟，确定了绝缘体的材料及结构参数，研究了加速器的绝缘性能。研究表明各绝缘体周围最大电场值低于4 kV/mm，电极间最大电场值约为14 kV/mm，满足120 keV正离子源加速器耐压要求。其次考虑离子源的垂直安装，在离子源重力作用下EG支撑法兰和绝缘体的连接螺栓要承受很大的正应力和剪应力，开展了加速器的机械性能研究。经过力学分析，螺栓最大正应力为26.336 MPa，剪切力为1.292 MPa。经过模拟分析，螺栓最大正应力为25.867 MPa，与理论解相差1.78%，小于材料的抗拉强度；最大剪切力为1.295 MPa，与理论解相差0.23%，小于材料的抗剪强度。研究结果表明120 keV正离子源加速器机械性能满足设计要求。
2025, 37: 044004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240285
摘要:
为了在国产化配套条件下，开展C波段小型化加速器整机技术研究，中国工程物理研究院应用电子学研究所在研制出了多种C波段小型化驻波加速管的基础上，建立了以国产零部件（磁控管、环形器、高压电源等）为主要构件的C波段加速器X射线源整机系统，并进一步利用该加速器X射线源整机系统作为测试平台，开展了大功率热测实验工作。在热测实验中，按照国标《GB/T 20129-2015无损检测用电子直线加速器》规定的测试原理和方法，测试了加速器的主要性能指标：利用钢衰减法测试了加速器的能量、利用“三明治”测试了加速器的焦点尺寸等。最终的测试结果表明，加速器焦点尺寸约为1.2 mm，加速器的能量在3～4 MeV范围可实现连续可调，20 min内加速器的剂量率波动小于±3%。该研究结果表明，国内C波段小型化加速器整机配套环境和整机性能已经基本上可以满足当前部分能量段的小型化加速器整机系统的研制和使用需求。
为了在国产化配套条件下，开展C波段小型化加速器整机技术研究，中国工程物理研究院应用电子学研究所在研制出了多种C波段小型化驻波加速管的基础上，建立了以国产零部件（磁控管、环形器、高压电源等）为主要构件的C波段加速器X射线源整机系统，并进一步利用该加速器X射线源整机系统作为测试平台，开展了大功率热测实验工作。在热测实验中，按照国标《GB/T 20129-2015无损检测用电子直线加速器》规定的测试原理和方法，测试了加速器的主要性能指标：利用钢衰减法测试了加速器的能量、利用“三明治”测试了加速器的焦点尺寸等。最终的测试结果表明，加速器焦点尺寸约为1.2 mm，加速器的能量在3～4 MeV范围可实现连续可调，20 min内加速器的剂量率波动小于±3%。该研究结果表明，国内C波段小型化加速器整机配套环境和整机性能已经基本上可以满足当前部分能量段的小型化加速器整机系统的研制和使用需求。
2025, 37: 044005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240286
摘要:
花瓣型加速器是一种具有结构紧凑、高效率特点的加速器装置，其运行依赖一种高重复频率、短脉冲且低发射度的电子枪，以确保最佳的加速性能。据此展示了该类电子枪的物理设计、模拟仿真、样机研制和束流测试情况。该电子枪设计为一种基于钡钨热阴极的栅控电子枪，采用皮尔斯结构，其阴极电压−40 kV，工作重复频率为10.75 MHz，设计的最大发射电流可达200 mA，单个脉冲最小长度不超过3 ns。实际测试中，该电子枪在阴极热子工作参数0.95 A/6.7 V，加载阴极直流电压−40 kV，栅控电压290 V/10 MHz时，测得峰值发射电流为204 mA。当束流脉冲长度底宽2.7 ns时，束流幅值为39.2 mA，还测试得到实际束流发射度小于2 mm·mrad，满足设计和加速器应用需求。
花瓣型加速器是一种具有结构紧凑、高效率特点的加速器装置，其运行依赖一种高重复频率、短脉冲且低发射度的电子枪，以确保最佳的加速性能。据此展示了该类电子枪的物理设计、模拟仿真、样机研制和束流测试情况。该电子枪设计为一种基于钡钨热阴极的栅控电子枪，采用皮尔斯结构，其阴极电压−40 kV，工作重复频率为10.75 MHz，设计的最大发射电流可达200 mA，单个脉冲最小长度不超过3 ns。实际测试中，该电子枪在阴极热子工作参数0.95 A/6.7 V，加载阴极直流电压−40 kV，栅控电压290 V/10 MHz时，测得峰值发射电流为204 mA。当束流脉冲长度底宽2.7 ns时，束流幅值为39.2 mA，还测试得到实际束流发射度小于2 mm·mrad，满足设计和加速器应用需求。
2025, 37: 044006.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240343
摘要:
安徽省先进光子源实验室正在研制一台S波段6 MeV紧凑型电子回旋加速器，可以用于驱动紧凑型微焦点X射线源或用于驱动紧凑型太赫兹自由电子激光。为了得到更紧凑的加速器设计，利用CST电磁工作室对电子回旋加速器二型谐振腔进行了设计与计算，谐振腔工作频率为2998.2 MHz，在谐振腔间隙可获得1 MV以上的加速电压，使电子单圈能量增益可达0.9 MeV左右。同时，利用CST粒子工作室对内嵌式热阴极谐振腔的电子产生与加速过程进行了仿真计算，研究了微波功率幅度、磁场强度、热阴极发射位置、束流通道对电子回旋加速器的影响，完成了考虑束流负载情况下的耦合器设计，得到了稳态运行时的谐振腔工作参数。仿真结果表明，束流负载到达稳态时，在热阴极发射能力为20 A/cm2的情况下，可引出流强为 24 mA，束流能量为6.02 MeV，能散约为0.64%，束流横向均方根尺寸为3.3 mm×1.8 mm。
安徽省先进光子源实验室正在研制一台S波段6 MeV紧凑型电子回旋加速器，可以用于驱动紧凑型微焦点X射线源或用于驱动紧凑型太赫兹自由电子激光。为了得到更紧凑的加速器设计，利用CST电磁工作室对电子回旋加速器二型谐振腔进行了设计与计算，谐振腔工作频率为
2025, 37: 044007.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240419
摘要:
束流的横向剖面分布是强流质子加速器的关键性能指标之一。中国散裂中子源直线加速器新安装一台残余气体电离型束流剖面探测器（IPM），用于关键位置束流横向剖面等参数的非拦截式实时测量。介绍了该剖面探测器的选型、结构设计思路及束流实验结果。探测器采用紧凑型结构，提供了一种较小空间占用下较高分辨率的设计思路。紧凑型IPM在低压板通孔处采用匀场栅网的结构形式改善电场均匀度，减小横向电场分量及剖面测量畸变。探测器带束实验测试了其在轨道和剖面等参数测量任务中引导电场、MCP、相机等关键影响因素的性能，并与探测器位置附近的BPM所测得的束流轨道进行比对和校准。该IPM的横向剖面测量值与理论计算值对比最终误差小于8.3%，满足束流剖面的测量需求。
束流的横向剖面分布是强流质子加速器的关键性能指标之一。中国散裂中子源直线加速器新安装一台残余气体电离型束流剖面探测器（IPM），用于关键位置束流横向剖面等参数的非拦截式实时测量。介绍了该剖面探测器的选型、结构设计思路及束流实验结果。探测器采用紧凑型结构，提供了一种较小空间占用下较高分辨率的设计思路。紧凑型IPM在低压板通孔处采用匀场栅网的结构形式改善电场均匀度，减小横向电场分量及剖面测量畸变。探测器带束实验测试了其在轨道和剖面等参数测量任务中引导电场、MCP、相机等关键影响因素的性能，并与探测器位置附近的BPM所测得的束流轨道进行比对和校准。该IPM的横向剖面测量值与理论计算值对比最终误差小于8.3%，满足束流剖面的测量需求。
2025, 37: 044008.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240278
摘要:
大电流加速器束管中，当带电粒子流通过束管时，会在束管中激励起高频场影响束流大小和稳定性，还会在超导腔运行中带来额外的热损耗，影响超导腔本身运行的稳定性，所以必须对高次模进行有效控制。采用铁氧体为吸波材料吸收高次模，通过金属化和钎焊实现铁氧体与铜基板的焊接，然后与铜束管、冷却系统焊接获得铁氧体高次模阻尼器。使用CST软件仿真了铁氧体高次模阻尼器在不同频率下的微波性能，并与实测结果对比，发现在测试频段内可以有效抑制高次模，但是一定频段内两者的结果存在一定差异。使用COMSOL软件仿真了铁氧体高次模阻尼器工作时的温度分布状态，并与测试结果进行了比较；热测结果表明，吸收功率10.14 kW时，吸收效率达到77.4%。真空漏率、极限真空、水路耐压测试结果均满足超导高频腔设计需求。
大电流加速器束管中，当带电粒子流通过束管时，会在束管中激励起高频场影响束流大小和稳定性，还会在超导腔运行中带来额外的热损耗，影响超导腔本身运行的稳定性，所以必须对高次模进行有效控制。采用铁氧体为吸波材料吸收高次模，通过金属化和钎焊实现铁氧体与铜基板的焊接，然后与铜束管、冷却系统焊接获得铁氧体高次模阻尼器。使用CST软件仿真了铁氧体高次模阻尼器在不同频率下的微波性能，并与实测结果对比，发现在测试频段内可以有效抑制高次模，但是一定频段内两者的结果存在一定差异。使用COMSOL软件仿真了铁氧体高次模阻尼器工作时的温度分布状态，并与测试结果进行了比较；热测结果表明，吸收功率10.14 kW时，吸收效率达到77.4%。真空漏率、极限真空、水路耐压测试结果均满足超导高频腔设计需求。
2025, 37: 044009.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240236
摘要:
调束初期，电子储存环的逐圈束流损失信号可以直观展示出束流的注入、储存和积累状态。介绍了束流损失的种类和机制，列举了几种常见的束流损失探测器及其关键参数。基于北京正负电子对撞机（BEPCII）重大改造工程机器参数，用Geant4模拟了BEPCII束流条件下束流丢失引起的二次粒子分布情况，分析了真空室外簇射电子和光子的分布，根据分析结果，最终选用闪烁体加光电倍增管（PMT）型探测器探测逐圈束损信号，并在BEPCII进行了束流测试。针对闪烁体型束损探测器性能不一致问题，对探测器进行了灵敏度校准并在BEPCII上完成了束流验证，最后介绍了信号采集与处理电子学并计算分析了其测量精度。上述实验为闪烁体束损探测器在高能同步辐射光源储存环上的应用奠定了基础。
调束初期，电子储存环的逐圈束流损失信号可以直观展示出束流的注入、储存和积累状态。介绍了束流损失的种类和机制，列举了几种常见的束流损失探测器及其关键参数。基于北京正负电子对撞机（BEPCII）重大改造工程机器参数，用Geant4模拟了BEPCII束流条件下束流丢失引起的二次粒子分布情况，分析了真空室外簇射电子和光子的分布，根据分析结果，最终选用闪烁体加光电倍增管（PMT）型探测器探测逐圈束损信号，并在BEPCII进行了束流测试。针对闪烁体型束损探测器性能不一致问题，对探测器进行了灵敏度校准并在BEPCII上完成了束流验证，最后介绍了信号采集与处理电子学并计算分析了其测量精度。上述实验为闪烁体束损探测器在高能同步辐射光源储存环上的应用奠定了基础。
2025, 37: 044010.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240388
摘要:
为考察高功率电子加速器是否达到设计指标性能和消毒效果，利用标准规定的方法和程序对高功率电子加速器的性能进行了测试和评价，探究了该电子加速器输出电子束对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、短小芽孢杆菌和新型冠状病毒等微生物的灭活效果，同时考察了不同材质负载对于杀灭效果的影响。该电子加速器可以输出能量10.27 MeV、功率25 kW的高能电子束，束流扫描不均匀度为4.1%，并且对于模拟材料具有一定的穿透能力；电子束对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、短小芽孢杆菌等微生物的消毒效果均能达到3个对数值及以上，并且穿透一定厚度负载材料后对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、短小芽孢杆菌及枯草杆菌黑色变种芽孢的消毒效果均能达到杀灭3个对数值及以上。设计的电子加速器性能指标达标，同时具备一定的穿透能力，对研究微生物的消毒效果达标。
为考察高功率电子加速器是否达到设计指标性能和消毒效果，利用标准规定的方法和程序对高功率电子加速器的性能进行了测试和评价，探究了该电子加速器输出电子束对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、短小芽孢杆菌和新型冠状病毒等微生物的灭活效果，同时考察了不同材质负载对于杀灭效果的影响。该电子加速器可以输出能量10.27 MeV、功率25 kW的高能电子束，束流扫描不均匀度为4.1%，并且对于模拟材料具有一定的穿透能力；电子束对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、短小芽孢杆菌等微生物的消毒效果均能达到3个对数值及以上，并且穿透一定厚度负载材料后对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、短小芽孢杆菌及枯草杆菌黑色变种芽孢的消毒效果均能达到杀灭3个对数值及以上。设计的电子加速器性能指标达标，同时具备一定的穿透能力，对研究微生物的消毒效果达标。
2025, 37: 044011.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240404
摘要:
研制了用于稠密等离子体焦点（DPF）装置中子产额和时间分布监测的闪烁体探测器，通过仿真模拟闪烁体透出光子随厚度的变化曲线确定闪烁体的尺寸参数，并采用相对标定获得该探测器的中子探测灵敏度。根据Monte-Carlo 方法模拟了实验环境下的中子散射分布，并根据探头的线性范围等因素设计实验布局。利用研制的闪烁体探测器对自研的DPF装置的D-D脉冲中子产额和时间波形进行了测量，并对测量结果进行了分析和讨论。测试结果表明：设计的闪烁体探测器测试获得DPF装置产生的硬X 射线及中子波形，两者峰值信号时间差与2.45 MeV中子飞行时间相当，中子脉宽约百纳秒。
研制了用于稠密等离子体焦点（DPF）装置中子产额和时间分布监测的闪烁体探测器，通过仿真模拟闪烁体透出光子随厚度的变化曲线确定闪烁体的尺寸参数，并采用相对标定获得该探测器的中子探测灵敏度。根据Monte-Carlo 方法模拟了实验环境下的中子散射分布，并根据探头的线性范围等因素设计实验布局。利用研制的闪烁体探测器对自研的DPF装置的D-D脉冲中子产额和时间波形进行了测量，并对测量结果进行了分析和讨论。测试结果表明：设计的闪烁体探测器测试获得DPF装置产生的硬X 射线及中子波形，两者峰值信号时间差与2.45 MeV中子飞行时间相当，中子脉宽约百纳秒。
2025, 37: 045001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240319
摘要:
设计了一种测量纳秒级高电压脉冲的D-dot探测器，包括微分探头和无源积分器的设计、仿真和实验。该探测器的探头电极可以根据不同的测量器件进行更换，探头电极的轴向长度也可以根据测量需求进行调节。采用CST软件对该探头的电场分布开展了静电场模拟分析，并进行了结构优化，同时利用OrCAD/Pspice软件对D-dot探头、积分器和探测器的幅频响应特性进行了分析，确保探测器的工作频率满足设计要求。利用设计的D-dot探测器开展了纳秒级高电压脉冲测量实验，实验结果表明，设计的D-dot探测器满足前沿时间约37 ns、电压幅值约597 kV的高电压脉冲测量需求。
设计了一种测量纳秒级高电压脉冲的D-dot探测器，包括微分探头和无源积分器的设计、仿真和实验。该探测器的探头电极可以根据不同的测量器件进行更换，探头电极的轴向长度也可以根据测量需求进行调节。采用CST软件对该探头的电场分布开展了静电场模拟分析，并进行了结构优化，同时利用OrCAD/Pspice软件对D-dot探头、积分器和探测器的幅频响应特性进行了分析，确保探测器的工作频率满足设计要求。利用设计的D-dot探测器开展了纳秒级高电压脉冲测量实验，实验结果表明，设计的D-dot探测器满足前沿时间约37 ns、电压幅值约597 kV的高电压脉冲测量需求。
2025, 37: 045002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240416
摘要:
开展不同温度下气体开关的自击穿特性研究，对提升脉冲功率装置的环境适应性具有促进作用，尤其是在页岩油气资源开采等领域具有重大应用前景。通过建立空气介质同轴气体开关高温性能研究平台，实验研究了气体开关在不同环境温度下的自击穿电压分布，结合汤森放电理论，分析了环境温度对开关自击穿放电过程的主要影响因素和规律。研究结果表明：在不同环境温度下，影响空气介质气体开关自击穿电压的主要因素是气体介质密度和电极间隙距离。对于腔体可换气气体开关，其自击穿电压随环境温度的升高而下降；对于腔体密闭气体开关，开关电极烧蚀过程中喷溅出的高温颗粒造成绝缘材料表面的分子热解和吸附气体脱吸附，以及大电流放电过程中发生气体分子化学反应等，造成开关内气体产物成份变化，气体分子总数密度降低，引起开关自击穿稳定性降低和开关自击穿电压下降。
开展不同温度下气体开关的自击穿特性研究，对提升脉冲功率装置的环境适应性具有促进作用，尤其是在页岩油气资源开采等领域具有重大应用前景。通过建立空气介质同轴气体开关高温性能研究平台，实验研究了气体开关在不同环境温度下的自击穿电压分布，结合汤森放电理论，分析了环境温度对开关自击穿放电过程的主要影响因素和规律。研究结果表明：在不同环境温度下，影响空气介质气体开关自击穿电压的主要因素是气体介质密度和电极间隙距离。对于腔体可换气气体开关，其自击穿电压随环境温度的升高而下降；对于腔体密闭气体开关，开关电极烧蚀过程中喷溅出的高温颗粒造成绝缘材料表面的分子热解和吸附气体脱吸附，以及大电流放电过程中发生气体分子化学反应等，造成开关内气体产物成份变化，气体分子总数密度降低，引起开关自击穿稳定性降低和开关自击穿电压下降。
2025, 37: 055003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240275
摘要:
利用浸涂法将Cr2O3涂覆于Al2O3陶瓷表面，通过高温烧结获得涂层陶瓷，并系统性地研究了Cr2O3涂层对样品的物质成分、微观形貌、二次电子发射系数、表面电阻率和真空沿面耐压性能的影响。结果表明：涂层陶瓷表面呈红黑色，其为Al2O3-Cr2O3固溶体、MgAl2O4和Cr2O3三种物质的混合物。相较于Al2O3陶瓷，涂层表面晶粒和孔洞的尺寸均较小，其晶粒尺寸均匀性也有明显提升。高温烧结后，Al、Cr两种元素相互扩散，并且涂层中有少量从陶瓷基体迁移而来的玻璃相。高温烧结的Cr2O3涂层将Al2O3陶瓷的二次电子发射系数减小至3.22，将表面电阻率减小至4.52×1011 Ω，将真空沿面耐压强度增大至34.44 kV/cm，此值较Al2O3陶瓷提高了约108%。
利用浸涂法将Cr2O3涂覆于Al2O3陶瓷表面，通过高温烧结获得涂层陶瓷，并系统性地研究了Cr2O3涂层对样品的物质成分、微观形貌、二次电子发射系数、表面电阻率和真空沿面耐压性能的影响。结果表明：涂层陶瓷表面呈红黑色，其为Al2O3-Cr2O3固溶体、MgAl2O4和Cr2O3三种物质的混合物。相较于Al2O3陶瓷，涂层表面晶粒和孔洞的尺寸均较小，其晶粒尺寸均匀性也有明显提升。高温烧结后，Al、Cr两种元素相互扩散，并且涂层中有少量从陶瓷基体迁移而来的玻璃相。高温烧结的Cr2O3涂层将Al2O3陶瓷的二次电子发射系数减小至3.22，将表面电阻率减小至4.52×1011 Ω，将真空沿面耐压强度增大至34.44 kV/cm，此值较Al2O3陶瓷提高了约108%。
2025, 37: 045004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240336
摘要:
采用气体主开关后置的结构，研制了一台基于甘油介质脉冲形成线和变阻抗传输线结构的脉冲驱动源。该驱动源由气体开关、Tesla变压器、双螺旋Blumlein线、变阻抗传输线和负载构成。论文就共外筒的双螺旋Blumlein线和变阻抗传输线的绝缘耐压技术设计，以及开关不同位置对驱动源输出波形的影响等内容进行分析和研究。通过理论分析、仿真模拟、结构优化和实验研究等方法，对驱动源的结构设计、绝缘耐压和负载匹配等关键性问题进行处理，从而提高了驱动源整体的紧凑化和小型化水平。实验结果表明，该驱动源可在50 Ω的负载上输出峰值电压177 kV、脉冲宽度101.4 ns的准方波脉冲信号。
采用气体主开关后置的结构，研制了一台基于甘油介质脉冲形成线和变阻抗传输线结构的脉冲驱动源。该驱动源由气体开关、Tesla变压器、双螺旋Blumlein线、变阻抗传输线和负载构成。论文就共外筒的双螺旋Blumlein线和变阻抗传输线的绝缘耐压技术设计，以及开关不同位置对驱动源输出波形的影响等内容进行分析和研究。通过理论分析、仿真模拟、结构优化和实验研究等方法，对驱动源的结构设计、绝缘耐压和负载匹配等关键性问题进行处理，从而提高了驱动源整体的紧凑化和小型化水平。实验结果表明，该驱动源可在50 Ω的负载上输出峰值电压177 kV、脉冲宽度101.4 ns的准方波脉冲信号。
2025, 37: 045005.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240284
摘要:
多项研究表明，材料表面的立式石墨烯涂层能够显著降低二次电子产额，且二次电子产额最大值所对应的入射电子能量通常在百电子伏特。在电子束辐照的实际工况下，立式石墨烯的微观结构会经历复杂的动态演变过程，这些微观结构变化的方式、特点以及由其导致的二次电子发射特性的变化程度与机理可能各不相同。为系统研究电子束辐照参数对立式石墨烯微观结构演变及其二次电子发射特性的影响规律，本研究采用理论仿真与实验验证相结合的研究方法，自主设计并研制了一套专门用于立式石墨烯辐照研究的电子束辐照系统。
多项研究表明，材料表面的立式石墨烯涂层能够显著降低二次电子产额，且二次电子产额最大值所对应的入射电子能量通常在百电子伏特。在电子束辐照的实际工况下，立式石墨烯的微观结构会经历复杂的动态演变过程，这些微观结构变化的方式、特点以及由其导致的二次电子发射特性的变化程度与机理可能各不相同。为系统研究电子束辐照参数对立式石墨烯微观结构演变及其二次电子发射特性的影响规律，本研究采用理论仿真与实验验证相结合的研究方法，自主设计并研制了一套专门用于立式石墨烯辐照研究的电子束辐照系统。
2025, 37: 045006.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240434
摘要:
介质阻挡放电（DBD）技术作为一种新兴的空气消毒手段，因其能够在常温下产生低温等离子体，并有效杀灭空气中的细菌和病毒，受到了广泛关注。为满足DBD技术的应用需求，完成了DBD放电脉冲电源的研制。该电源采用倍压电路对前级电容进行充电，不仅保证了IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的零电流关断，还防止了后级短路可能对固态开关造成的击穿风险。通过将脉冲变压器的电压提升作用与磁开关的脉冲陡化作用相结合，实现了负载电压的快前沿、高峰值输出。这一设计不仅减轻了前级系统的负担，还显著提高了系统的寿命和重复工作频率。实验结果表明，该电源的负载输出电压峰值可达27 kV，脉冲宽度为650 ns，脉冲前沿时间为60 ns，且重复频率在0～500 Hz范围内连续可调。
介质阻挡放电（DBD）技术作为一种新兴的空气消毒手段，因其能够在常温下产生低温等离子体，并有效杀灭空气中的细菌和病毒，受到了广泛关注。为满足DBD技术的应用需求，完成了DBD放电脉冲电源的研制。该电源采用倍压电路对前级电容进行充电，不仅保证了IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的零电流关断，还防止了后级短路可能对固态开关造成的击穿风险。通过将脉冲变压器的电压提升作用与磁开关的脉冲陡化作用相结合，实现了负载电压的快前沿、高峰值输出。这一设计不仅减轻了前级系统的负担，还显著提高了系统的寿命和重复工作频率。实验结果表明，该电源的负载输出电压峰值可达27 kV，脉冲宽度为650 ns，脉冲前沿时间为60 ns，且重复频率在0～500 Hz范围内连续可调。
2025, 37: 045007.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240341
摘要:
喷气负载是Z箍缩研究广泛采用的一种负载构型。在喷气负载中，准确诊断在施加电流之前气流场初始分布，对于控制内爆动力学不稳定性、提高X射线辐射输出具有重要意义。开展利用平面紫外激光瑞利散射法对喷气负载气流场分布进行诊断的可行性实验，获得了Z箍缩喷气负载气流壳层随时间演化的图像信息，可以得出，喷气负载在靠近喷嘴端面1 cm区域内形成低密度空心区，同时径向呈现喇叭形外扩，与弹道气流解析模型计算结果较为吻合。实验中利用平面瑞利散射所获得的气体密度要高于模拟得到的密度3～4个量级，主要原因在于喷嘴气流场在低压及低温条件下形成了团簇结构，大大增强了光的瑞利散射效应。尽管如此，利用激光瑞利散射法仍可获得细节清晰的气流场相对密度分布。
喷气负载是Z箍缩研究广泛采用的一种负载构型。在喷气负载中，准确诊断在施加电流之前气流场初始分布，对于控制内爆动力学不稳定性、提高X射线辐射输出具有重要意义。开展利用平面紫外激光瑞利散射法对喷气负载气流场分布进行诊断的可行性实验，获得了Z箍缩喷气负载气流壳层随时间演化的图像信息，可以得出，喷气负载在靠近喷嘴端面1 cm区域内形成低密度空心区，同时径向呈现喇叭形外扩，与弹道气流解析模型计算结果较为吻合。实验中利用平面瑞利散射所获得的气体密度要高于模拟得到的密度3～4个量级，主要原因在于喷嘴气流场在低压及低温条件下形成了团簇结构，大大增强了光的瑞利散射效应。尽管如此，利用激光瑞利散射法仍可获得细节清晰的气流场相对密度分布。
