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2020年  32卷  第08期

推荐文章
光学炮塔气动载荷的非稳态特性
陈勇, 路大举, 谢伟明, 姚向红, 袁强, 吴运刚
2020, 32: 081001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200113
Ka波段分布作用速调管降压收集极设计
王柳亚, 丁海兵
2020, 32: 083001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200093
采用单开关谐振电路的脉冲电源设计
饶俊峰, 吴改生, 王永刚, 姜松, 李孜
2020, 32: 085001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200163
封面目录
《强激光与粒子束》2020年32卷第8期封面目录
《强》刊编辑部
强激光物理与技术
光学炮塔气动载荷的非稳态特性
陈勇, 路大举, 谢伟明, 姚向红, 袁强, 吴运刚
2020, 32: 081001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200113
摘要:
采用耦合J-B模型的IDDES模型与双时间步LU-SGS方法开展炮塔非稳态气动载荷的数值仿真研究。炮塔流动会发生分离,天顶位置的分离角大于90°;当流动绕过炮塔时,形成马蹄涡、脱落涡街等非稳态流场结构,导致气动载荷也具有非稳态特性;炮塔顶点的脉动静压功率谱在1.6~40.0 kHz进入各向同性均匀湍流的惯性子区,基本满足Kolmogrov的−5/3定律;气动力以阻力为主,横向力的脉动幅值大,气动力矩则以俯仰力矩为主,滚转力矩的脉动幅值大,偏航力矩可以忽略不计;气动力和力矩的功率谱主要集中在1 kHz以下,存在多个尖峰频率,主频约为230 Hz(斯特劳哈尔数为0.15)。在ATP系统设计之初,需要考虑光学炮塔所受气动载荷的非稳态特性,并规避尖峰频率尤其是主频的谐振破坏问题。
基于变形镜本征模式和远场测量的光束净化
梁佳新, 向汝建, 杜应磊, 顾静良, 吴晶
2020, 32: 081002. doi: 10.11884/HPLPB202032.200082
摘要:
利用波前传感器对光束进行净化的自适应光学系统是目前提高光束质量的常用技术,但在实际应用中,该技术需要波前传感器,系统复杂,体积庞大,同时需要较高性能信标源。为解决上述问题,提出了一种基于变形镜本征模式和远场光斑特征分析的无波前自适应光学系统,用于校正激光器输出的方形光束。将变形镜影响函数进行本征模式分解,并用远场光斑的均方半径作为评价函数,建立了畸变波前的模式系数与评价函数之间的关系,通过测量评价函数获得模式系数用于求解校正电压,实现波前共轭校正。仿真校正和实验验证结果表明,该方法可以有效实现静态像差校正,提高远场光斑的能量集中度。
伽马辐照对掺镱光纤材料特性影响的研究
李奋飞, 周晓燕, 张魁宝, 陈进湛, 高聪, 张立华, 石兆华, 夏汉定, 叶鑫, 吴卫东, 李波
2020, 32: 081003. doi: 10.11884/HPLPB202032.200059
摘要:
掺镱光纤是高功率激光器的核心材料,但在高能射线辐照后其应用性能会显著下降,因此有必要对掺镱光纤材料在辐照环境下的性能变化进行深入研究。采用改进型化学气相沉积法结合稀土螯合物掺杂制备了系列光纤预制棒及光纤,测试了光纤在不同剂量下射线辐照前后的高功率输出性能,以及光纤预制棒辐照前后的吸收光谱及镱离子荧光寿命。结果表明:小剂量辐照后掺镱光纤的高功率输出显著下降,通过预制棒吸收光谱可看出主要是因为伽马辐照后使掺镱光纤材料中Al的相关缺陷浓度增多,在可见光区域吸收损耗增加。Ce离子的掺杂通过缓减辐致铝氧空位中心(Al-OHC)色心缺陷的增加,减少Yb离子荧光寿命的下降,可在一定程度上抑制高功率掺镱光纤的辐致暗化。
图像处理在双波长激光诱导熔石英损伤增长中的应用
李翠, 史晋芳, 邱荣, 叶成, 郭德成, 蒋勇
2020, 32: 081004. doi: 10.11884/HPLPB202032.200076
摘要:
利用图像处理方法对比研究了单波长辐照和双波长激光同时辐照下熔石英光学元件的损伤增长阈值。通过实时采集损伤图像和靶面光斑能量空间分布,获取损伤增长发生位置对应的能量密度。针对\begin{document}$3\omega $\end{document}单独辐照、\begin{document}$3\omega $\end{document}\begin{document}$1\omega $\end{document}同时辐照下熔石英元件损伤增长的实验数据,比较分析了基于图像处理方法和传统损伤增长阈值R-on-1测量方法(国标)所得结果的差异。结果表明:本文采用的图像处理方法在研究小口径非均匀光斑辐照下的熔石英光学元件损伤增长阈值时,能解决传统损伤阈值测试中将能量密度分布非均匀光斑等效为均匀分布的平顶光斑带来的计算误差问题,有助于降低损伤(增长)阈值测量中的光斑口径效应。
线偏振相位涡旋光束的像散特性
龙凤琼, 郑世杰, 李玮, 罗韵, 王建军, 冯国英
2020, 32: 081005. doi: 10.11884/HPLPB202032.200025
摘要:
提出采用像散系数表征涡旋光束的像散特性。利用螺旋相位板产生了线偏振相位涡旋光束,并对其光束质量及像散特性进行了实际测量。数值模拟了不同拓扑荷数的涡旋光束的传输特性及光束质量,分析了像散系数随拓扑荷数变化的规律,结果表明:当拓扑荷数为整数时,光束无像散,像散系数为零;当拓扑荷数为半奇数时,光束的像散特性明显,像散系数达到极大值;随着拓扑荷数整数部分的增加,像散系数的极大值减小。
惯性约束聚变物理与技术
一种脉冲强电流条件下导线电阻测量方法
王为武, 单连强, 田超, 袁宗强, 张锋, 邓志刚, 张天奎, 滕建, 刘东晓, 曹磊峰, 周维民, 谷渝秋
2020, 32: 082001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200057
摘要:
在超强激光辐照电容线圈靶产生强磁场实验中,在约50 ps时,线圈电流达到20 kA以上。通过该实验结果与磁场产生理论模型对比,可得出该导线电阻值比常温直流电阻高出3个量级。对导线材料电阻率与趋肤效应的分析结果表明,该电阻值在量级上是合理的。获得超快脉冲强电流条件下的导线电阻值,有助于更深入理解线圈靶产生强磁场过程。
高功率微波技术
Ka波段分布作用速调管降压收集极设计
王柳亚, 丁海兵
2020, 32: 083001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200093
摘要:
为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求,开展大功率连续波速调管高效率技术研究,采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管(EIK)降压收集极的设计方案,包括注-波互作用后废电子能量分布及行为特性的研究,收集极初始条件、结构及电极电压的设计,给出了单级降压收集极和两级降压收集极的设计和计算结果。三维粒子模拟(PIC)计算结果表明,该Ka波段连续波EIK采用单级降压收集极时回收效率为41.0%,采用两级降压收集极时回收效率为68.8%,EIK总管效率相比于未采用降压收集极技术时的27.5%上升至54.8%,表明通过降压收集极技术可有效提升毫米波大功率速调管工作效率。
220 GHz均匀永磁聚焦行波管电子光学系统的设计与实验研究
曾造金, 胡芯瑞, 蒋艺, 胡鹏, 马国武, 马乔生
2020, 32: 083002. doi: 10.11884/HPLPB202032.200062
摘要:
电子光学系统是行波管的核心部件之一,在太赫兹频段,电子束通道很小,导致高电流密度电子束的传输非常困难。基于220 GHz折叠波导行波管慢波结构设计所需束流参数,根据理论分析和电磁仿真软件,设计了一款采用均匀永磁聚焦对电子束进行约束的电子光学系统。仿真结果显示,当电子束通道直径0.3 mm、长度31 mm时,在阴阳极压差20 kV的条件下阴极发射电流141 mA,电子流通率100%。根据设计结果封接了流通管,实验结果显示,当阴阳极压差20 kV时,阴极发射电流138.5 mA,收集极电流125.5 mA,电子流通率91%。
汽车发动机转速传感器瞬变脉冲敏感性研究
王震, 蔡金良, 秦风, 白凯
2020, 32: 083003. doi: 10.11884/HPLPB202032.200120
摘要:
为了研究瞬变脉冲下汽车发动机转速传感器的电磁敏感性,根据转速传感器功能与电磁效应现象提出了其电磁敏感度门限判定依据。以霍尔式转速传感器为研究对象,搭建转速测试平台,采用瞬变脉冲注入方式,分别测试了不同注入端口和不同脉冲重复频率条件下转速传感器的敏感度。试验结果表明:在瞬变脉冲干扰下,转速传感器性能降级具有随机性,失效概率符合正态分布累积分布函数;从电源线注入时传感器敏感度门限明显低于从信号线注入的情况,失效带宽也更窄;随着脉冲重复频率的增大,传感器的敏感度逐渐降低,最终趋于稳定。
星载X频段1600 W高幅相一致性脉冲行波管放大器
黄微波, 杨飞, 李晖, 陈倩雯, 付浩
2020, 32: 083004. doi: 10.11884/HPLPB202032.200100
摘要:
空间高分辨率合成孔径雷达(SAR)系统对大功率脉冲行波管放大器的带宽、输出脉冲能力、幅相一致性提出了更高的要求,基于宽带功率合成的kW级脉冲行波管放大器技术是空间应用的关键技术问题。研究了大功率脉冲行波管放大器宽带高幅相一致性控制技术和宽带功率合成技术,提出了空间用小型化脉冲双路合成行波管放大器集成结构,在3 GHz宽带内,实现了大于95%的合成效率,多台产品相位一致性≤±10°。
粒子束及加速器技术
CSNS加速器真空控制系统的设计与实现
康明涛, 黄涛, 张玉亮, 何泳成, 王金灿, 金大鹏, 吴煊, 郭凤琴, 朱鹏, 王林, 薛康佳
2020, 32: 084001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200042
摘要:
中国散裂中子源(CSNS)加速器真空控制系统负责真空数据采集、设备监控和闸板阀控制与联锁,是设备运行和故障诊断以及超高真空保持的重要保障。本文介绍了加速器真空需求,基于实验物理及工业控制系统EPICS软件框架的真空控制系统设计与实现,使用横河可编程逻辑控制器PLC控制与联锁设备,摩莎MOXA工控机监测真空状态,EPICS PV数据直接进入声音报警系统和历史数据库系统,为工作人员及时发现和处理问题、进行后续数据分析和机器研究等提供了便捷途径和可靠保障。目前,该系统已完成现场安装和调试,并已正式投入运行。运行结果表明,该系统具有稳定性好、可靠性高、人机交互友好的特点,很好地满足了加速器真空控制系统运行的需要。
离子能量分析器测量特性的仿真研究
翟红雨, 程健, 陈银华, 陆伟
2020, 32: 084002. doi: 10.11884/HPLPB202032.190459
摘要:
针对空间等离子体及其模拟环境、空间原子氧及其模拟环境对离子能谱测量的需要,利用仿真软件COMSOL,对离子能量分析器的低能离子测量特性进行了仿真研究。介绍了离子能量分析器的工作原理,对离子能谱测量过程进行了公式推导。通过对三种待选仪器设计方案进行离子透过率仿真分析,确定了一种较优的仪器设计方案。多种离子温度下的误差分析结果也表明,该设计方案能够较为准确地测量离子能量分布。分析了电场畸变、等离子鞘层、栅网对齐方式和离子温度对测量结果的影响,根据仿真结果对一些仿真实验现象做出了合理的解释。
基于合肥先进光源的准直参考网络机械系统设计及其仿真分析
张海艇, 何晓业, 王巍, 汪昭义, 李笑
2020, 32: 084003. doi: 10.11884/HPLPB202032.200003
摘要:
新一代粒子加速器中磁铁位置与姿态的准确测量和安装依赖于各项技术的综合运用。实现磁铁在全局坐标系中准确定位,并且快速精密安装测量,为了建造高亮度、低发射度的第四代同步辐射光源,国家同步辐射实验室开展了“合肥先进光源(HALF)”的预研工作。作为准直测量系统的重要研究内容,创新性地提出了准直参考网络方法。为了保证准直测量精度,对准直参考网络的机械系统本身的形变要求很高,通过ANSYS软件对机械系统整机进行了静力学仿真,根据分析结果对准直基准板进行了优化设计,使其满足工作条件要求。
基于Lattice Server中间件的束流光学参数测量
李承羲, 罗箐, 刘功发, 李川, 宣科
2020, 32: 084004. doi: 10.11884/HPLPB202032.200054
摘要:
根据合肥先进光源(HALF)的需求,在合肥先进光源预研项目中,开展了Lattice Server中间件技术的应用研究,开发出Lattice Server中间件。为验证Lattice Server中间件软件结构的可行性,利用合肥光源储存环,采用Python语言开发了基于Lattice Server中间件的束流光学参数测量。测量结果表明,该Lattice Server中间件实现了加速器上层物理应用与控制系统的交互,所测束流光学参数准确,证实了Lattice Server中间件软件结构的可行性。
7 MeV注入剥离膜系统设计
陈佳鑫, 郑家煦, 康玲, 王安鑫, 刘磊, 聂小军
2020, 32: 084005. doi: 10.11884/HPLPB202032.200084
摘要:
设计了一台注入能量为7 MeV的快循环同步加速器剥离膜装置,介绍了主体结构设计及高精度换膜运动结构,实现膜片精确定位及在线换膜功能。针对注入参数对膜片开展分析计算,分析了7 MeV的负氢离子束注入时相应的碳膜材料的反应截面及不同厚度的剥离效率,给出了膜片厚度的参数选择。对所设计膜片的温升和寿命进行分析,膜片的温升最高点达到755 K,远小于同类的加速器的剥离膜温度,具有更高的寿命和可靠性。
基于MTCA的HLS-II直线加速器低电平系统改造
任天祺, 唐雷雷, 周泽然
2020, 32: 084006. doi: 10.11884/HPLPB202032.200080
摘要:
合肥光源(HLS-II)在重大维修改造之后,其光源性能有了很大的提升。为了进一步实现连续、平稳地供光,需要对其进行恒流改造。恒流运行要求直线加速器的微波功率源有长期的稳定性与可靠性,旧的模拟低电平控制系统满足不了要求。本文基于微型电信计算平台(MTCA)设计实现了数字低电平控制系统,控制微波功率源的幅度和相位,它由以FPGA为核心的数字板卡、射频板卡、MTCA机箱以及频率合成系统组成。该数字低电平系统工作在2856 MHz的S波段,在线运行幅度稳定度达到0.04%,相位稳定度达到0.2°,满足恒流改造对直线加速器数字低电平系统0.25°相位抖动RMS值的相位精度要求。
单元素靶粒子位移损伤计算方法及有效模式分析
李欣, 赵强, 郝建红, 董志伟, 范杰清, 张芳
2020, 32: 084007. doi: 10.11884/HPLPB202032.200051
摘要:
通过SRIM程序的快速损伤计算与全级联计算两种常用模式,对单元素靶材料进行粒子辐照模拟计算,分别利用基于损伤能量间接计算移位数的NRT位移模型方法和直接通过输出文件读取的方法获得移位数,并对数据进行相应的处理及分析对比,结果表明:对于单元素靶来说,在SRIM快速损伤和全级联两种计算模式下,利用NRT位移模型数值计算得到的移位数基本一致,都可以用于进一步计算得到可靠的位移损伤剂量(dpa);而通过SRIM两种模式下的输出文件数据直接获得的移位数则有两倍左右的差异,要想得到相对可靠的dpa相关参数,需要根据不同辐照情况选取合适的计算模式。
脉冲功率技术
采用单开关谐振电路的脉冲电源设计
饶俊峰, 吴改生, 王永刚, 姜松, 李孜
2020, 32: 085001. doi: 10.11884/HPLPB202032.200163
摘要:
谐振电路可以实现软开关,减小开关损耗,而广泛应用于电力电子领域。谐振电路工作在特定模式下可以产生脉冲形式电压,相较于其他脉冲发生器拓扑具有开关数量少、低开关损耗和低电磁干扰(EMI)的优点。谐振电路通常需要半桥或全桥转换器产生一个方波激励,本文提出了一种结合脉冲变压器和单开关谐振电路的脉冲电路,主电路只需使用一个半导体开关,便可通过谐振电路和脉冲变压器在副边得到高压脉冲,且可以实现零电流关断(ZCS)。对电路的工作过程进行了理论分析,并搭建了样机进行了带载实验。试验结果表明,在介质阻挡放电(DBD)负载上实现了频率为10~20 kHz、幅值为5~10 kV的正弦脉冲电压。该电路结构简单,成本低,安全可靠。
磁驱动飞片发射实验结构系数初步研究
阚明先, 段书超, 王刚华, 肖波, 赵海龙
2020, 32: 085002. doi: 10.11884/HPLPB202032.200072
摘要:
为了确定磁驱动飞片发射实验结构系数的范围、影响因素、结构系数与影响因素的关系,对聚龙一号装置上的磁驱动飞片发射实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明,磁流体力学程序能正确模拟聚龙一号装置上各个磁驱动飞片发射实验;磁驱动双侧飞片发射实验的结构系数为0.7~0.8;磁驱动单侧飞片发射实验的结构系数为0.80~0.85。磁驱动飞片发射实验的结构系数与实验加载电流无关,仅由磁驱动飞片发射实验的负载结构决定。磁驱动飞片发射实验的结构系数取决于阴阳电极极板的初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙以及阴阳电极上飞片厚度之和等三个因素。在磁驱动飞片发射实验中,电极初始宽度、阴阳电极之间的初始间隙不变的情况下,结构系数由阴阳电极上飞片厚度之和确定,阴阳电极上飞片厚度之和越大,结构系数越大。