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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250238
摘要:
为精确模拟高温球床堆内数万计燃料颗粒的气固两相耦合传热过程，并克服传统CFD-DEM方法因网格粗大导致的精度不足及全解析方法计算成本过高的问题，提出了一种适用于精细流体网格的半解析函数模型。该模型通过引入高斯核函数，对颗粒周围物理属性进行平滑与加权平均，从而实现在亚网格尺度下对颗粒所受流体作用力的精确计算。沃罗单元体分析表明，无量纲扩散时间的最优取值为0.6。超过此值会导致核函数影响域过度扩展，致使空间分布过度平滑而难以捕捉球床局部特征。在HTR-10球床堆的耦合传热仿真中，采用该模型计算得到的温度场分布与经验模型高度吻合。结果表明，本模型能够准确捕获颗粒间的相间作用力，为高温气冷堆热工流体仿真提供了一个兼具精度与效率的解决方案。
为精确模拟高温球床堆内数万计燃料颗粒的气固两相耦合传热过程，并克服传统CFD-DEM方法因网格粗大导致的精度不足及全解析方法计算成本过高的问题，提出了一种适用于精细流体网格的半解析函数模型。该模型通过引入高斯核函数，对颗粒周围物理属性进行平滑与加权平均，从而实现在亚网格尺度下对颗粒所受流体作用力的精确计算。沃罗单元体分析表明，无量纲扩散时间的最优取值为0.6。超过此值会导致核函数影响域过度扩展，致使空间分布过度平滑而难以捕捉球床局部特征。在HTR-10球床堆的耦合传热仿真中，采用该模型计算得到的温度场分布与经验模型高度吻合。结果表明，本模型能够准确捕获颗粒间的相间作用力，为高温气冷堆热工流体仿真提供了一个兼具精度与效率的解决方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250243
摘要:
提出了一种基于不规则三角网的复杂地形蒙特卡罗粒子输运快速建模方法，用于解决高分辨率下对复杂地形场景进行自适应高效蒙特卡罗（MC）建模的技术问题。具体为：首先，读取高分辨率的栅格形式的地形高程数据，并根据地形起伏变化的程度对高程点进行二维小波变换，用以精准定位地形突变并获得重要高程点集；然后，采用Delaunay 三角剖分方法对离散点集构造不规则三角网，得到TIN结构的地形数据；最后，采用MCNP程序的“任意多面体”宏体定义方式建立各种几何平面，并通过布尔运算构建复杂几何实体，从而实现了在高分辨率复杂地形场景下的MC粒子输运快速自动建模。测试结果表明，本文给出的建模方法能够精确还原复杂地形对核辐射的影响，在压缩栅元数目且提升建模计算效率的同时，获得了高保真的模拟结果。本文的研究适用于面向任一大规模复杂地形场景的MC粒子输运建模，是复杂地形影响下强辐射场建模计算的新方法。
提出了一种基于不规则三角网的复杂地形蒙特卡罗粒子输运快速建模方法，用于解决高分辨率下对复杂地形场景进行自适应高效蒙特卡罗（MC）建模的技术问题。具体为：首先，读取高分辨率的栅格形式的地形高程数据，并根据地形起伏变化的程度对高程点进行二维小波变换，用以精准定位地形突变并获得重要高程点集；然后，采用Delaunay 三角剖分方法对离散点集构造不规则三角网，得到TIN结构的地形数据；最后，采用MCNP程序的“任意多面体”宏体定义方式建立各种几何平面，并通过布尔运算构建复杂几何实体，从而实现了在高分辨率复杂地形场景下的MC粒子输运快速自动建模。测试结果表明，本文给出的建模方法能够精确还原复杂地形对核辐射的影响，在压缩栅元数目且提升建模计算效率的同时，获得了高保真的模拟结果。本文的研究适用于面向任一大规模复杂地形场景的MC粒子输运建模，是复杂地形影响下强辐射场建模计算的新方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250166
摘要:
研究系统电磁脉冲（SGEMP）的定标理论，掌握SGEMP的定标法则，并将其应用于腔体SGEMP，提出保持腔壁材料厚度不变的规范变换方法，应用PIC方法进行数值模拟研究，通过对比实验室激光等离子体源条件下的原模型与10倍扩比模型的模拟结果，发现两者在电场、磁场及电荷密度的空间分布规律上呈现严格一致性，幅值大小完全遵循定标关系：发射端面表面电场峰值原模型为2.0 MV/m，扩比模型为200 kV/m；磁场峰值原模型为0.8×10−3 T扩比模型为0.8×10−4 T；电荷密度峰值原模型为6.0×10−3 m−3，扩比模型为6.0×10−5 m−3。模拟结果验证了定标法则应用于腔体SGEMP的有效性。该研究为腔体SGEMP的物理机制解析及实验室模拟实验设计提供了理论依据。
研究系统电磁脉冲（SGEMP）的定标理论，掌握SGEMP的定标法则，并将其应用于腔体SGEMP，提出保持腔壁材料厚度不变的规范变换方法，应用PIC方法进行数值模拟研究，通过对比实验室激光等离子体源条件下的原模型与10倍扩比模型的模拟结果，发现两者在电场、磁场及电荷密度的空间分布规律上呈现严格一致性，幅值大小完全遵循定标关系：发射端面表面电场峰值原模型为2.0 MV/m，扩比模型为200 kV/m；磁场峰值原模型为0.8×10−3 T扩比模型为0.8×10−4 T；电荷密度峰值原模型为6.0×10−3 m−3，扩比模型为6.0×10−5 m−3。模拟结果验证了定标法则应用于腔体SGEMP的有效性。该研究为腔体SGEMP的物理机制解析及实验室模拟实验设计提供了理论依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250049
摘要:
以蒙特卡罗软件Geant4中的MAGNETOCOSMIC程序为基础，通过计算模拟不同地磁场模型和地理位置发射时的粒子损失过程，探讨了地球磁场对人工辐射带中粒子运动和俘获的影响规律。首先，模拟了10MeV电子在不同经度和L值（ L是赤道面上的空间映射点距地心距离与地球半径的比值） 下的发射，分析了在中心偶极子、偏心偶极子和国际地磁参考场（IGRF）三种地磁模型下电子的运动轨迹、损失锥角和俘获条件。结果显示：中心偶极子模型中电子的漂移轨迹相对规则且对称，而偏心偶极子模型则出现了不对称性，而 IGRF 模型则因其更精细的参数和更高的精度，展现了更复杂、不规则且更接近实际的轨迹；损失锥角随L值的变化关系中，IGRF模型下损失锥角最大，电子更难被地磁场俘获。其次，探讨了电子发射经度对损失过程的影响，尤其是在南大西洋异常区（SAA区）的损失过程。结果表明，当电子运动到靠近SAA中心的位置时会更容易发生漂移损失。
以蒙特卡罗软件Geant4中的MAGNETOCOSMIC程序为基础，通过计算模拟不同地磁场模型和地理位置发射时的粒子损失过程，探讨了地球磁场对人工辐射带中粒子运动和俘获的影响规律。首先，模拟了10MeV电子在不同经度和L值（ L是赤道面上的空间映射点距地心距离与地球半径的比值） 下的发射，分析了在中心偶极子、偏心偶极子和国际地磁参考场（IGRF）三种地磁模型下电子的运动轨迹、损失锥角和俘获条件。结果显示：中心偶极子模型中电子的漂移轨迹相对规则且对称，而偏心偶极子模型则出现了不对称性，而 IGRF 模型则因其更精细的参数和更高的精度，展现了更复杂、不规则且更接近实际的轨迹；损失锥角随L值的变化关系中，IGRF模型下损失锥角最大，电子更难被地磁场俘获。其次，探讨了电子发射经度对损失过程的影响，尤其是在南大西洋异常区（SAA区）的损失过程。结果表明，当电子运动到靠近SAA中心的位置时会更容易发生漂移损失。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250209
摘要:
为了满足研制兆瓦级大功率回旋行波管对高压、大电流、低电子注速度零散磁控注入电子枪的迫切需求，本文针对性地给出了一支新型磁控注入单阳极电子枪的设计方案。该新型电子枪方案引入曲面阴极结构，以降低电子枪的速度零散，同时有效增大阴极发射带面积，降低阴极发射密度，从根本上提高电子枪的工作稳定性与寿命。PIC仿真的结果表明：在115 kV、43 A的工作条件下，该电子枪的横纵速度比为1.05，速度零散为1.63%，引导中心半径为3.41 mm，满足应用需求。
为了满足研制兆瓦级大功率回旋行波管对高压、大电流、低电子注速度零散磁控注入电子枪的迫切需求，本文针对性地给出了一支新型磁控注入单阳极电子枪的设计方案。该新型电子枪方案引入曲面阴极结构，以降低电子枪的速度零散，同时有效增大阴极发射带面积，降低阴极发射密度，从根本上提高电子枪的工作稳定性与寿命。PIC仿真的结果表明：在115 kV、43 A的工作条件下，该电子枪的横纵速度比为1.05，速度零散为1.63%，引导中心半径为3.41 mm，满足应用需求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250185
摘要:
介绍了大回旋电子枪的形成理论，分析了电子注在非理想会切磁场中的运动过程，并利用CST和E-gun对电子枪进行建模和仿真分析。研究了磁场、工作电压、电流对大回旋电子注质量、轨迹的影响，为Ka波段二次谐波大回旋电子注回旋行波管实验测试寻找最佳工作点提供指导，同时降低电子枪在实验过程中的损坏风险。研究表明，电子枪的工作电压过低时，速度比较大，出现电子回轰的现象，对阴极不利；同时，阴极的反向磁场过高时，电子回旋半径过大，会导致电子轰击在电子枪壁上损坏电子枪。最后对比了两种软件的计算结果，分析了各自的特点。
介绍了大回旋电子枪的形成理论，分析了电子注在非理想会切磁场中的运动过程，并利用CST和E-gun对电子枪进行建模和仿真分析。研究了磁场、工作电压、电流对大回旋电子注质量、轨迹的影响，为Ka波段二次谐波大回旋电子注回旋行波管实验测试寻找最佳工作点提供指导，同时降低电子枪在实验过程中的损坏风险。研究表明，电子枪的工作电压过低时，速度比较大，出现电子回轰的现象，对阴极不利；同时，阴极的反向磁场过高时，电子回旋半径过大，会导致电子轰击在电子枪壁上损坏电子枪。最后对比了两种软件的计算结果，分析了各自的特点。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250150
摘要:
高功率GaN基蓝光二极管激光器在工业加工、铜材料焊接、3D打印、水下激光通信等技术领域有着广泛的应用前景。蓝光二极管激光芯片COS单元器件具有热阻低和尺寸小的优点，但是该器件存在可靠性较低的问题，导致其在工业化应用中受到一定限制，因此对其性能退化因素进行深入研究。基于光学显微技术、扫描电子显微表征和能谱分析手段对经过长时老化考核后器件的性能退化因素进行分析研究。实验研究和分析表明，GaN基体材料缺陷、腔面多余物沉积和光化学腐蚀是导致蓝光二极管激光芯片性能退化的主因，同时良好的气密性封装可提高二极管激光芯片的可靠性。
高功率GaN基蓝光二极管激光器在工业加工、铜材料焊接、3D打印、水下激光通信等技术领域有着广泛的应用前景。蓝光二极管激光芯片COS单元器件具有热阻低和尺寸小的优点，但是该器件存在可靠性较低的问题，导致其在工业化应用中受到一定限制，因此对其性能退化因素进行深入研究。基于光学显微技术、扫描电子显微表征和能谱分析手段对经过长时老化考核后器件的性能退化因素进行分析研究。实验研究和分析表明，GaN基体材料缺陷、腔面多余物沉积和光化学腐蚀是导致蓝光二极管激光芯片性能退化的主因，同时良好的气密性封装可提高二极管激光芯片的可靠性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250148
摘要:
背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射是激光聚变中广泛存在的两种激光等离子体不稳定性。为了深入理解两者之间的竞争过程，通过求解包含超高斯电子分布函数的五波耦合方程，并考虑了离子-离子碰撞对离子极化率的修正，分析了CH等离子体中Langdon效应和离子碰撞对两种不稳定性竞争关系和反射率的影响，研究结果表明，Langdon效应既可以改变背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射的色散关系，也可以改变电子等离子体波和离子声波的阻尼，而离子-离子碰撞的修正则主要是改变背向受激布里渊散射的色散关系和离子声波的阻尼，两者都可以使背向受激拉曼散射在密度相对更低的条件下在与背向受激布里渊散射的竞争中占据优势。
背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射是激光聚变中广泛存在的两种激光等离子体不稳定性。为了深入理解两者之间的竞争过程，通过求解包含超高斯电子分布函数的五波耦合方程，并考虑了离子-离子碰撞对离子极化率的修正，分析了CH等离子体中Langdon效应和离子碰撞对两种不稳定性竞争关系和反射率的影响，研究结果表明，Langdon效应既可以改变背向受激拉曼散射与背向受激布里渊散射的色散关系，也可以改变电子等离子体波和离子声波的阻尼，而离子-离子碰撞的修正则主要是改变背向受激布里渊散射的色散关系和离子声波的阻尼，两者都可以使背向受激拉曼散射在密度相对更低的条件下在与背向受激布里渊散射的竞争中占据优势。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250194
摘要:
低能量强流高电荷态重离子加速器装置（LEAF）是中国科学院近代物理研究所承担的国家重大科研仪器项目，旨在构建一台具备高电荷态、高流强、全谱系离子加速能力的低能重离子综合实验装置。系统介绍了该装置的结构、核心部件设计参数及束流调控策略，并重点报告了装置试运行期间在束流加速能力、多离子混合束制备及低能散碳离子束调控等方面取得的代表性进展。截至目前，LEAF已累计为终端实验提供超过13 000小时束流支持，覆盖质荷比A/q=2～7的多种离子种类，实现了高电荷态、高流强重离子束流的稳定加速。平台构建了适用于协同辐照研究的“鸡尾酒束”运行模式，并建立了具备高流强与低能散特性的12C2+束流系统，用于伽莫夫能区核反应的精密测量。最后，文章结合终端实验需求，提出了装置未来的发展方向，包括调能系统拓展与三离子协同供束能力增强等，以期进一步提升平台对核天体物理、核能材料等领域的支撑能力。
低能量强流高电荷态重离子加速器装置（LEAF）是中国科学院近代物理研究所承担的国家重大科研仪器项目，旨在构建一台具备高电荷态、高流强、全谱系离子加速能力的低能重离子综合实验装置。系统介绍了该装置的结构、核心部件设计参数及束流调控策略，并重点报告了装置试运行期间在束流加速能力、多离子混合束制备及低能散碳离子束调控等方面取得的代表性进展。截至目前，LEAF已累计为终端实验提供超过13 000小时束流支持，覆盖质荷比A/q=2～7的多种离子种类，实现了高电荷态、高流强重离子束流的稳定加速。平台构建了适用于协同辐照研究的“鸡尾酒束”运行模式，并建立了具备高流强与低能散特性的12C2+束流系统，用于伽莫夫能区核反应的精密测量。最后，文章结合终端实验需求，提出了装置未来的发展方向，包括调能系统拓展与三离子协同供束能力增强等，以期进一步提升平台对核天体物理、核能材料等领域的支撑能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250038
摘要:
束团电荷量100 pC条件下，C波段光阴极微波电子枪出口的束流归一化发射度预计低于0.2 mm.mrad。为实现对极小束流发射度的准确测量，设计了一套基于单狭缝扫描法的发射度测量仪，并利用数值模拟对发射度仪的狭缝结构和子束团漂移距离等核心参数进行了优化。考虑动态误差的数值模拟表明：采用宽度5 μm、厚度1 mm的狭缝和0.11 m的子束团漂移距离时，95%发射度的测量偏差低于5%。
束团电荷量100 pC条件下，C波段光阴极微波电子枪出口的束流归一化发射度预计低于0.2 mm.mrad。为实现对极小束流发射度的准确测量，设计了一套基于单狭缝扫描法的发射度测量仪，并利用数值模拟对发射度仪的狭缝结构和子束团漂移距离等核心参数进行了优化。考虑动态误差的数值模拟表明：采用宽度5 μm、厚度1 mm的狭缝和0.11 m的子束团漂移距离时，95%发射度的测量偏差低于5%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202537.250019
摘要:
光纤激光相干合成技术通过精确控制各路光纤激光的相位，实现高功率的激光输出。然而，系统运行中存在多种影响因素，如相位控制精度、光强稳定性、通信链路可靠性以及环境干扰等，这些因素可能导致系统性能下降。针对大规模光纤激光相干合成相位控制中的异常检测问题，提出一种基于深度学习的多探测器串行共孔径相干合成检测新方法。首先，采集十路光纤激光相干合成数据，分析系统控制过程及其合束原理，归类系统中可能出现的异常情况，并仿真得到数据集。其次，设计一种结合轻量化高效多头注意力机制（EMA）的EMA-Transformer网络模型。在对比实验中，本算法相较于ResNet50，在验证集上的精度提升了约50%，在测试集上的精度提升了约2.20%。在算法的实际应用中，搭建八束光纤激光相干合成实验装置，使用TensorRT部署算法进行测试。实验结果表明，本算法推理耗时达2.153 ms，达到了相位控制异常检测的实时性要求。
光纤激光相干合成技术通过精确控制各路光纤激光的相位，实现高功率的激光输出。然而，系统运行中存在多种影响因素，如相位控制精度、光强稳定性、通信链路可靠性以及环境干扰等，这些因素可能导致系统性能下降。针对大规模光纤激光相干合成相位控制中的异常检测问题，提出一种基于深度学习的多探测器串行共孔径相干合成检测新方法。首先，采集十路光纤激光相干合成数据，分析系统控制过程及其合束原理，归类系统中可能出现的异常情况，并仿真得到数据集。其次，设计一种结合轻量化高效多头注意力机制（EMA）的EMA-Transformer网络模型。在对比实验中，本算法相较于ResNet50，在验证集上的精度提升了约50%，在测试集上的精度提升了约2.20%。在算法的实际应用中，搭建八束光纤激光相干合成实验装置，使用TensorRT部署算法进行测试。实验结果表明，本算法推理耗时达2.153 ms，达到了相位控制异常检测的实时性要求。
