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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190434
摘要:
将基于MPI平台的并行时域有限差分(FDTD)方法与基于完全磁导体(PMC)镜像法相结合，并结合CST模拟软件，模拟给出分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲(EMP)的外泄场(包括侧泄场和后泄场)的分布规律。模拟结果与实验结果符合得很好。研究表明：在高度方向上，地面附近的外泄场峰值最大，但远离模拟器时，在1.5 m高的高度范围内，外泄场的峰值差别不大；不管采用何种双指数脉冲源，距离模拟器边缘位置比较近的测点在传输线段的侧泄场的幅值大于分布式负载段侧泄场的幅值，且两者都大于分布式负载末端的后泄场幅值，但随着测点与模拟器边缘的垂直距离的增加，分布式负载段的后泄场可能会比侧泄场大；对于电压峰值相同的双指数激励源而言，所含的高频分量越多，在一定范围内，从其分布式负载末端外泄的后泄场更大；模拟器下方大地的电导率增加，模拟器的外泄场增加。
将基于MPI平台的并行时域有限差分(FDTD)方法与基于完全磁导体(PMC)镜像法相结合，并结合CST模拟软件，模拟给出分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲(EMP)的外泄场(包括侧泄场和后泄场)的分布规律。模拟结果与实验结果符合得很好。研究表明：在高度方向上，地面附近的外泄场峰值最大，但远离模拟器时，在1.5 m高的高度范围内，外泄场的峰值差别不大；不管采用何种双指数脉冲源，距离模拟器边缘位置比较近的测点在传输线段的侧泄场的幅值大于分布式负载段侧泄场的幅值，且两者都大于分布式负载末端的后泄场幅值，但随着测点与模拟器边缘的垂直距离的增加，分布式负载段的后泄场可能会比侧泄场大；对于电压峰值相同的双指数激励源而言，所含的高频分量越多，在一定范围内，从其分布式负载末端外泄的后泄场更大；模拟器下方大地的电导率增加，模拟器的外泄场增加。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190275
摘要:
为了给HL-2M装置建设一条5 MW中性束加热束线，开展了中性束加热用热阴极弧放电离子源放电室的研制。这条中性束束线包含4套80 kV/45 A/5 s离子源，放电室的设计指标为850 A/5 s。首先采用CST软件中的电磁工作室对特定几何结构的放电室会切磁场进行了模拟计算，得到了会切磁场分布，验证了会切磁场布局的合理性。针对放电室加工工艺和实验过程中局部拉弧等问题，对放电室结构进行了不断改进。放电室侧壁由40列会切磁体改为7圈环形磁体，阴极灯丝结构从灯丝板结构最终改为陶瓷可伐结构，并且在放电室和加速器之间增加了陶瓷屏蔽。在阴极板结构放电室和阴极陶瓷可伐结构放电室内都获得了正常的弧放电。最终定型的放电室采用周边7圈环形会切磁体和陶瓷可伐结构。在定型的放电室内达到了5 MW中性束束线离子源弧放电的指标。弧放电时间接近5 s，最大弧放电电流达到1000 A。
为了给HL-2M装置建设一条5 MW中性束加热束线，开展了中性束加热用热阴极弧放电离子源放电室的研制。这条中性束束线包含4套80 kV/45 A/5 s离子源，放电室的设计指标为850 A/5 s。首先采用CST软件中的电磁工作室对特定几何结构的放电室会切磁场进行了模拟计算，得到了会切磁场分布，验证了会切磁场布局的合理性。针对放电室加工工艺和实验过程中局部拉弧等问题，对放电室结构进行了不断改进。放电室侧壁由40列会切磁体改为7圈环形磁体，阴极灯丝结构从灯丝板结构最终改为陶瓷可伐结构，并且在放电室和加速器之间增加了陶瓷屏蔽。在阴极板结构放电室和阴极陶瓷可伐结构放电室内都获得了正常的弧放电。最终定型的放电室采用周边7圈环形会切磁体和陶瓷可伐结构。在定型的放电室内达到了5 MW中性束束线离子源弧放电的指标。弧放电时间接近5 s，最大弧放电电流达到1000 A。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190333
摘要:
利用CFBR-Ⅱ快中子反应堆（中国第二座快中子脉冲堆）和60Co装置开展不同顺序的中子/γ辐照双极晶体管的实验。在集电极-发射极电压恒定条件下，测量了双极晶体管电流增益随集电极电流的变化曲线，研究不同顺序中子/γ辐照对双极晶体管电流增益的影响。分析实验结果发现，集电极-发射极电压一定时，集电极电流极低情况下电流增益退化比较大，随集电极电流增加电流增益逐渐减小；就实验选中的两类晶体管而言，先中子后γ辐照造成双极晶体管电流增益的退化程度大于先γ后中子辐照，而且PNP型晶体管比NPN型晶体管差异更明显。本文进行了双极晶体管电离/位移协同辐照效应相关机理的初步探讨。
利用CFBR-Ⅱ快中子反应堆（中国第二座快中子脉冲堆）和60Co装置开展不同顺序的中子/γ辐照双极晶体管的实验。在集电极-发射极电压恒定条件下，测量了双极晶体管电流增益随集电极电流的变化曲线，研究不同顺序中子/γ辐照对双极晶体管电流增益的影响。分析实验结果发现，集电极-发射极电压一定时，集电极电流极低情况下电流增益退化比较大，随集电极电流增加电流增益逐渐减小；就实验选中的两类晶体管而言，先中子后γ辐照造成双极晶体管电流增益的退化程度大于先γ后中子辐照，而且PNP型晶体管比NPN型晶体管差异更明显。本文进行了双极晶体管电离/位移协同辐照效应相关机理的初步探讨。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190192
摘要:
首先通过理论分析确定影响多注电子束引入效率的主要因素，确定初步的结构参数；其次利用三维粒子模拟软件建立Ka波段相对论多注二极管模型进行仿真优化，使电子束引入效率达到89%；并开展了电子束的产生与传输实验研究，验证了粒子模拟仿真结果。在电子束电压502 kV、束流4.34 kA、轴向磁感应强度0.76 T的条件下，电子束引入效率达到了72%，由电子束轰击尼龙靶材获得的电子束束斑图表明，电子束在产生与传输过程中形状未发生畸变，产生的电子束直径约为2 mm。模拟和实验研究验证了设计的强流多注二极管可以产生高品质的电子束和实现高效率的电子束引入。
首先通过理论分析确定影响多注电子束引入效率的主要因素，确定初步的结构参数；其次利用三维粒子模拟软件建立Ka波段相对论多注二极管模型进行仿真优化，使电子束引入效率达到89%；并开展了电子束的产生与传输实验研究，验证了粒子模拟仿真结果。在电子束电压502 kV、束流4.34 kA、轴向磁感应强度0.76 T的条件下，电子束引入效率达到了72%，由电子束轰击尼龙靶材获得的电子束束斑图表明，电子束在产生与传输过程中形状未发生畸变，产生的电子束直径约为2 mm。模拟和实验研究验证了设计的强流多注二极管可以产生高品质的电子束和实现高效率的电子束引入。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190089
摘要:
采用自由基浓度起伏理论并考虑光镊集聚效应，理论研究了飞秒激光双光子聚合多次快速扫描的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系，考虑光镊力及自由扩散效应对自由基分布的影响，得到了多次快速扫描加工线宽的表达式。研究了多次扫描过程中产生自由基浓度随扫描次数的变化、双光子聚合加工不同扫描次数下加工线宽随激光功率的变化、多次扫描过程中间隔时间对于加工线宽的影响。多次扫描的线宽表达式可以直接回归至单次扫描的一般公式，且理论结果与文献中实验加工线宽相吻合，两者误差在2%。控制扫描间隔时间，减少自由基的向外扩散运动以及被树脂材料内大分子猝灭，使得活性自由基的分布更为集中，可以获得更小的加工线宽。研究结果为飞秒激光双光子更小线宽加工的研究提供了新的思路，为飞秒激光多次快速扫描加工提供了理论依据。
采用自由基浓度起伏理论并考虑光镊集聚效应，理论研究了飞秒激光双光子聚合多次快速扫描的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系，考虑光镊力及自由扩散效应对自由基分布的影响，得到了多次快速扫描加工线宽的表达式。研究了多次扫描过程中产生自由基浓度随扫描次数的变化、双光子聚合加工不同扫描次数下加工线宽随激光功率的变化、多次扫描过程中间隔时间对于加工线宽的影响。多次扫描的线宽表达式可以直接回归至单次扫描的一般公式，且理论结果与文献中实验加工线宽相吻合，两者误差在2%。控制扫描间隔时间，减少自由基的向外扩散运动以及被树脂材料内大分子猝灭，使得活性自由基的分布更为集中，可以获得更小的加工线宽。研究结果为飞秒激光双光子更小线宽加工的研究提供了新的思路，为飞秒激光多次快速扫描加工提供了理论依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190359
摘要:
针对行波管更高工作频率和更大输出功率的发展需要，提出了一种半矩形环螺旋线慢波结构。基于三维电磁仿真软件HFSS的模拟研究表明：调控慢波结构的尺寸可以获得合适的色散特性和互作用阻抗，与现有技术的半圆环螺旋线慢波结构相比较，半矩形环螺旋线慢波结构的色散变化很小，但是具有更高的互作用阻抗值。新结构具有平坦色散、高互作用阻抗、与微细加工技术相兼容以及方便与带状电子束互作用的综合优点。
针对行波管更高工作频率和更大输出功率的发展需要，提出了一种半矩形环螺旋线慢波结构。基于三维电磁仿真软件HFSS的模拟研究表明：调控慢波结构的尺寸可以获得合适的色散特性和互作用阻抗，与现有技术的半圆环螺旋线慢波结构相比较，半矩形环螺旋线慢波结构的色散变化很小，但是具有更高的互作用阻抗值。新结构具有平坦色散、高互作用阻抗、与微细加工技术相兼容以及方便与带状电子束互作用的综合优点。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190270
摘要:
Ten Insert Devices (IDs) had been installed in the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) storage ring. The ID gaps were repeatedly adjusted for the scientific experiments during the user time. The residual quadrupole errors beyond the ID feedforward disturbed the beam optics, including the betatron tune deviations that spoiled machine performance and brightness stability. A tune feedback system was developed and implemented in the SSRF storage ring to resolve the deterioration. The tune stability of ±0.001 in 2 weeks was reached. Another important function of this feedback system is finding out slow drift in the power supplies of dipole or quadrupole by observing the correction current changes in the feedback. To prove this feedback’s feasibility, we compared variations of the beam parameters, including the injection efficiency, the beam life-time, the horizontal beam size and the beta-beatings.
Ten Insert Devices (IDs) had been installed in the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) storage ring. The ID gaps were repeatedly adjusted for the scientific experiments during the user time. The residual quadrupole errors beyond the ID feedforward disturbed the beam optics, including the betatron tune deviations that spoiled machine performance and brightness stability. A tune feedback system was developed and implemented in the SSRF storage ring to resolve the deterioration. The tune stability of ±0.001 in 2 weeks was reached. Another important function of this feedback system is finding out slow drift in the power supplies of dipole or quadrupole by observing the correction current changes in the feedback. To prove this feedback’s feasibility, we compared variations of the beam parameters, including the injection efficiency, the beam life-time, the horizontal beam size and the beta-beatings.
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190416
摘要:
针对200 L核废物桶分段γ扫描（SGS）过程中的效率刻度问题，提出了一种效率刻度函数模型，采用MCNP程序计算不同基质密度和γ射线能量条件下的离散断层效率，经过多元非线性回归获取函数参数，从而建立效率刻度函数，实现核废物桶SGS断层效率刻度。对核废物桶样品进行实验分析，结果表明：对于桶内基质分别为密度0.310 g·cm−3的硅酸铝、密度0.595 g·cm−3的木质纤维，桶内核素分别为活度3.110×105 Bq的点源137Cs、活度1.371×105 Bq的点源60Co，在桶内仅有单个点源存在的核素分布极端不均匀情况下，桶内核素活度重建误差在−37.68%～31.52%范围内。本文的方法能够准确有效实现核废物桶SGS断层效率矩阵计算，并确定核废物桶内放射性核素活度，满足实际检测要求。
针对200 L核废物桶分段γ扫描（SGS）过程中的效率刻度问题，提出了一种效率刻度函数模型，采用MCNP程序计算不同基质密度和γ射线能量条件下的离散断层效率，经过多元非线性回归获取函数参数，从而建立效率刻度函数，实现核废物桶SGS断层效率刻度。对核废物桶样品进行实验分析，结果表明：对于桶内基质分别为密度0.310 g·cm−3的硅酸铝、密度0.595 g·cm−3的木质纤维，桶内核素分别为活度3.110×105 Bq的点源137Cs、活度1.371×105 Bq的点源60Co，在桶内仅有单个点源存在的核素分布极端不均匀情况下，桶内核素活度重建误差在−37.68%～31.52%范围内。本文的方法能够准确有效实现核废物桶SGS断层效率矩阵计算，并确定核废物桶内放射性核素活度，满足实际检测要求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190382
摘要:
为实现激光束对空域的有效扫描和探测，研究了栅形扫描、李萨茹形扫描、螺旋形扫描和六边形扫描四种常见的激光雷达扫描方式，推导了相应的扫描方程，讨论了参数的物理意义及调整方法；重点研究了栅形扫描和六边形扫描方式下光斑的分布情况，通过仿真分析了两种扫描方式下光束的漏扫率和重叠率，结果表明，在相同扫描条件下六边形扫描方式的漏扫区域最少。展示了基于上述研究内容的扫描控制系统实物图及扫描图案。分析总结了四种扫描方式的特点，给出了每种扫描方式的适用情况及使用建议。
为实现激光束对空域的有效扫描和探测，研究了栅形扫描、李萨茹形扫描、螺旋形扫描和六边形扫描四种常见的激光雷达扫描方式，推导了相应的扫描方程，讨论了参数的物理意义及调整方法；重点研究了栅形扫描和六边形扫描方式下光斑的分布情况，通过仿真分析了两种扫描方式下光束的漏扫率和重叠率，结果表明，在相同扫描条件下六边形扫描方式的漏扫区域最少。展示了基于上述研究内容的扫描控制系统实物图及扫描图案。分析总结了四种扫描方式的特点，给出了每种扫描方式的适用情况及使用建议。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190356
摘要:
基于相应的数学模型来表征液电脉冲激波的产生和传播过程，搭建了液电式碎岩综合试验平台，分析了典型的激波特性的仿真和实测结果。给出了不同充电电压下液电脉冲激波特性的仿真结果，并分析了充电电压对激波特性的影响。结果表明：充电电压为11 kV时，激波的压力峰值为2.67 MPa，激波能量为27.30 J，波前时间为2.16 μs，激波加载速率为1.24 MPa/μs，电能转化为激波能量的效率为13.35%；提高电容充电电压，激波压力峰值和激波能量增大，波前时间减少，激波加载速率增加，但电能转化为激波能量的效率降低。利用建模分析的方法，可以根据放电回路参数预测液电脉冲激波特性，从而为进一步研究激波破碎岩石的形态和效果提供理论依据。
基于相应的数学模型来表征液电脉冲激波的产生和传播过程，搭建了液电式碎岩综合试验平台，分析了典型的激波特性的仿真和实测结果。给出了不同充电电压下液电脉冲激波特性的仿真结果，并分析了充电电压对激波特性的影响。结果表明：充电电压为11 kV时，激波的压力峰值为2.67 MPa，激波能量为27.30 J，波前时间为2.16 μs，激波加载速率为1.24 MPa/μs，电能转化为激波能量的效率为13.35%；提高电容充电电压，激波压力峰值和激波能量增大，波前时间减少，激波加载速率增加，但电能转化为激波能量的效率降低。利用建模分析的方法，可以根据放电回路参数预测液电脉冲激波特性，从而为进一步研究激波破碎岩石的形态和效果提供理论依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190338
摘要:
利用自行研制的纳秒脉冲实验平台（输出脉冲前沿30 ns，半宽百纳秒）和标准介电强度测试仪，对变压器油、甘油、去离子水、Galden HT200四种液体绝缘介质在直流与纳秒脉冲下的击穿特性进行了实验研究与结果比对，结果表明：在直流与纳秒脉冲下，Galden HT200均具有最高的击穿场强，且两种情况下均比变压器油高出40%以上；纳秒脉冲下，Galden HT200与变压器油的击穿场强均提高6.5～7倍，Galden HT200击穿过程耗时最短（ns量级），其次是变压器油（20 ns），然后依次为甘油（45 ns）和去离子水（70 ns）；多次放电后，粘度系数最大的甘油更易在电极间隙处聚集碳化放电产物，粘度系数较小的Galden HT200和去离子水则无明显痕迹，但二者放电过程会产生明显的冲击波，多次放电后易造成间隙电极松动。
利用自行研制的纳秒脉冲实验平台（输出脉冲前沿30 ns，半宽百纳秒）和标准介电强度测试仪，对变压器油、甘油、去离子水、Galden HT200四种液体绝缘介质在直流与纳秒脉冲下的击穿特性进行了实验研究与结果比对，结果表明：在直流与纳秒脉冲下，Galden HT200均具有最高的击穿场强，且两种情况下均比变压器油高出40%以上；纳秒脉冲下，Galden HT200与变压器油的击穿场强均提高6.5～7倍，Galden HT200击穿过程耗时最短（ns量级），其次是变压器油（20 ns），然后依次为甘油（45 ns）和去离子水（70 ns）；多次放电后，粘度系数最大的甘油更易在电极间隙处聚集碳化放电产物，粘度系数较小的Galden HT200和去离子水则无明显痕迹，但二者放电过程会产生明显的冲击波，多次放电后易造成间隙电极松动。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190320
摘要:
基于数字自激算法设计并实现的超导腔垂直测试系统提高了超导腔的垂直测试效率，为先进光源技术研发与测试平台（PAPS）的超导腔批量化生产提供了重要保障；垂直测试系统的射频前端和时钟分配系统采用了二次上下变频方案，可以在一定范围内灵活设置测试系统自激环路的工作频率，增大了该测试系统的工作带宽。利用此系统完成了1.3 GHz 9-cell超导腔的通带频率测试，结果表明，该测试系统能有效避免不同模式之间的串扰，具备较强的频率分辨能力（＜800 kHz），保证多单元超导腔性能验证的进行。
基于数字自激算法设计并实现的超导腔垂直测试系统提高了超导腔的垂直测试效率，为先进光源技术研发与测试平台（PAPS）的超导腔批量化生产提供了重要保障；垂直测试系统的射频前端和时钟分配系统采用了二次上下变频方案，可以在一定范围内灵活设置测试系统自激环路的工作频率，增大了该测试系统的工作带宽。利用此系统完成了1.3 GHz 9-cell超导腔的通带频率测试，结果表明，该测试系统能有效避免不同模式之间的串扰，具备较强的频率分辨能力（＜800 kHz），保证多单元超导腔性能验证的进行。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190141
摘要:
为了大幅度提高纯铌超导腔的品质因数，从而降低其使用功耗，选择对超导腔进行高温氮掺杂处理。立足国内外大型加速器的需求，中国科学院高能物理研究所首先开展了1.3 GHz 1-cell超导腔的研究，包括常规处理以及氮掺杂实验，并且对掺杂前后的结果进行了分析、对比。结果表明，通过掺氮，两只1.3 GHz 1-cell细晶粒纯铌超导腔的品质因数均获得了显著提升，同时在超导腔低温垂直测试中观察到了比较明显的反常的品质因数随加速梯度变化的曲线，即“anti-Q-slope”现象。
为了大幅度提高纯铌超导腔的品质因数，从而降低其使用功耗，选择对超导腔进行高温氮掺杂处理。立足国内外大型加速器的需求，中国科学院高能物理研究所首先开展了1.3 GHz 1-cell超导腔的研究，包括常规处理以及氮掺杂实验，并且对掺杂前后的结果进行了分析、对比。结果表明，通过掺氮，两只1.3 GHz 1-cell细晶粒纯铌超导腔的品质因数均获得了显著提升，同时在超导腔低温垂直测试中观察到了比较明显的反常的品质因数随加速梯度变化的曲线，即“anti-Q-slope”现象。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190357
摘要:
磁化套筒惯性聚变（MagLIF）是一种新的聚变构型，它结合了传统惯性约束聚变和磁约束聚变的优点，理论上可以显著地降低聚变实现的难度，未来必将朝着点火的目标进一步发展，具备极大的应用潜力。针对这一特殊构型，分别从理论、实验和工程三个部分介绍了国际上该领域主要的研究进展，内容覆盖理论研究、数值模拟、实验加载、测量与诊断、负载设计与加工、分解实验、构型改进等多个方面，通过本文能够对该领域的研究现状有相对完善的了解，对未来发展趋势也有一定的认知。
磁化套筒惯性聚变（MagLIF）是一种新的聚变构型，它结合了传统惯性约束聚变和磁约束聚变的优点，理论上可以显著地降低聚变实现的难度，未来必将朝着点火的目标进一步发展，具备极大的应用潜力。针对这一特殊构型，分别从理论、实验和工程三个部分介绍了国际上该领域主要的研究进展，内容覆盖理论研究、数值模拟、实验加载、测量与诊断、负载设计与加工、分解实验、构型改进等多个方面，通过本文能够对该领域的研究现状有相对完善的了解，对未来发展趋势也有一定的认知。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202032.190370
摘要:
在脉冲大电流直线驱动装置中，电枢和轨道的接触状态会改变电枢起动特性，而电枢起动过程将直接影响整个发射系统的效率和寿命，因此有必要对电枢起始阶段的滑动接触状态进行研究。搭建发射实验平台，通过高速相机观察电枢起动状态，并结合有限元软件 ANSYS，对电枢的预紧力、初始接触状态以及电磁压力、电流密度进行仿真分析，研究电枢表面形貌对电枢起动的影响。结论表明：开槽电枢增加了电枢本身的柔顺性，使得预紧力增大，同时由于电流趋肤效应使得电流密度分布更加均匀，从而电磁压力增大，电枢起动变慢，接触电阻变小。实验和仿真结果对于改善电枢起动过程的接触状态，减轻烧蚀具有重要意义。
在脉冲大电流直线驱动装置中，电枢和轨道的接触状态会改变电枢起动特性，而电枢起动过程将直接影响整个发射系统的效率和寿命，因此有必要对电枢起始阶段的滑动接触状态进行研究。搭建发射实验平台，通过高速相机观察电枢起动状态，并结合有限元软件 ANSYS，对电枢的预紧力、初始接触状态以及电磁压力、电流密度进行仿真分析，研究电枢表面形貌对电枢起动的影响。结论表明：开槽电枢增加了电枢本身的柔顺性，使得预紧力增大，同时由于电流趋肤效应使得电流密度分布更加均匀，从而电磁压力增大，电枢起动变慢，接触电阻变小。实验和仿真结果对于改善电枢起动过程的接触状态，减轻烧蚀具有重要意义。
