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消色散270°偏转磁铁系统设计及束流动力学研究
李佳, 赵全堂, 冉朝晖, 龙渊铭, 宗阳, 李宇伦, 曹树春, 申晓康, 张子民, 袁平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220180
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1313KB](0)
摘要:
对三种常用结构的270°偏转磁铁进行系统的分析研究,采用数值计算和模拟方法对双磁铁不对称偏转结构、三块90°磁铁偏转结构和70°+130°+70°偏转结构这三种不同的270°偏转磁铁系统进行模拟,给出偏转系统的消色散传输条件,并且分析了束流包络在偏转系统和出口管道中的变化情况。经过分析对比,详细列出了三种结构的优势与劣势。双磁铁不对称结构适用于医用加速器,三块90°磁铁偏转结构适用于需要在出口长距离漂移的辐照加速器,而70°+130°+70°偏转结构可以满足出口一定距离的无损漂移,同时实现相对较低的成本,是工业辐照加速器较为经济适宜的选择。
地闪通道底部回击速度的频变特性分析
厉燚翀, 罗小军, 张琪, 邱实, 石立华
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220185
[摘要](16) [HTML全文](5) [PDF 2800KB](4)
摘要:
回击通道的光学观测对于研究回击发展过程和物理机制、完善工程回击模型都具有重要的意义。采用雷电发展过程高速光学观测系统(LiPOS)测量了人工引雷中距离通道底部21 m至309 m的一组通道发光波形,基于系统辨识的输出误差(OE)模型建立了回击向上传播过程光辐射脉冲间的传递函数,获得了1 kHz~1 MHz频段内群速度和相速度曲线。时域分析表明,通道辐射光脉冲波形前沿上升时间由靠近底部的1.1 μs变化为309 m高度处的1.84 μs,色散特性是其变化的重要原因。频域分析表明,OE模型能够有效抑制测量噪声的影响、获得清晰的分析曲线,100 kHz以下低频段内群速度呈显著的非单调变化,500 kHz以上区域群速度稳定在58%光速左右。将分析结果与相关文献的研究进行了对比和讨论。研究结果对于定量评价回击电流传播色散特性具有重要参考价值。
强场下真空中粒子对产生的研究进展
龚驰, 李子良, 李英骏
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220145
[摘要](19) [HTML全文](17)
摘要:
随着激光技术的飞快发展,激光强度不断提高,超强外场下真空中正负电子对产生的过程,即能量向质量转化过程,已经成为一个研究热点。主要综述了近几年量子Vlasov方程方法和计算量子场论(数值求解Dirac方程)方法在研究强场下真空中正负电子对产生方面的进展,介绍了分空间均匀场和空间不均匀场下的粒子对产生的两种情况。第一种情况主要介绍双脉冲结构振荡电场中电子-正电子对的产生、强双频振荡电场中非微扰电子-正电子对的产生、频率调制的激光场中电子-正电子对的产生和Dirac真空对啁啾外场的快速分辨。第二种情况主要介绍优化空间局域电场提高粒子对的产生率、多个势阱-垒结构的振荡场对粒子对产生的增强、振荡 Sauter 电势中正负电子对产生问题、操纵Dirac真空以控制其在场诱导下的衰变、作为信息传输介质的Dirac真空与正负电子对产生中的相干和非相干啁啾机制的转变。
基于射频功率调节的负离子源束流反馈控制研究
舒先来, 刘智民, 谢亚红, 王娜, 刘伟, 韦江龙, 崔庆龙, 潘军军, 陈世勇, 胡纯栋
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220098
[摘要](29) [HTML全文](28) [PDF 1643KB](6)
摘要:
基于射频负离子源的中性束注入系统是高功率长脉冲(稳态)运行中性束注入系统的最佳选择。负离子源是中性束注入系统的核心部件,需要实现稳定的负离子束引出和加速。在负离子源的运行过程中引出负离子电流会发生变化,尤其在长脉冲、高能量运行条件下会更加明显,因此无法满足稳定运行的要求。为了实现引出束流的稳定引出,开展了束流反馈控制研究,研发了一套基于射频功率调节的束流反馈控制系统,并将束流反馈控制系统应用在射频负离子源测试平台,开展了束流反馈控制测试。测试结果表明束流反馈控制系统能够实现对束流的实时反馈调节以获得束流的稳定引出,验证了基于射频功率调节的束流反馈控制的可行性,为高功率射频负离子源的研制提供支持。
闪光照相散射定量技术初步研究
贾清刚, 毛朋成, 王文远, 孔令海, 杨波, 许海波
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210488
[摘要](27) [HTML全文](42) [PDF 3714KB](4)
摘要:
高能MeV闪光照相所针对的客体通常具有极高的面密度。当X射线穿过客体时,直穿X射线的强度将被极大衰减,到达成像面的直穿信号可能被散射“噪声”所淹没,若直接对图像进行反演将严重影响照相重建精度。从散射抑制角度出发,目前主要采用网柵相机即阵列型准直孔阻挡散射,但网栅相机的应用效果受光源位置稳定性影响较大,且网栅不易加工。本文提出了一种可实时定量散射强度的照相方案,该方案利用狭缝准直器对散射的抑制能力不随散射强度变化而改变这一特点,对现有照相布局进行小改进,利用已知客体实验结果标定狭缝准直器对散射的抑制能力,进一步自洽确定待测客体的散射量大小。基于蒙卡方法的仿真照相实验结果表明,当采用低面密度客体标定参数时,高面密度客体散射强度的估计值与模拟真实值偏差可小于2%。
全砖激光驱动电源模块的研制
黎陈, 谭志远, 刘平, 李涛, 于婷, 王挺
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.22
[摘要](38) [HTML全文](44) [PDF 8162KB](10)
摘要:
随着半导体制造工艺的进步以及半导体激光器应用领域的拓展,目前半导体激光器对大功率,小型化驱动电源的需求越来越迫切,推动着驱动电源朝着更高功率密度、模块化的方向发展。基于BUCK电路设计了一款全砖激光驱动电源模块,电源模块整机尺寸为116.8 mm×61 mm×12.7 mm,最大输出电流12 A,最大自适应输出电压为50 V,电流纹波峰峰值小于35 mA,电流稳定度达到了0.067%。同时驱动电源模块设计有过流保护电路,保证了激光器负载可靠安全工作,目前也已在某项目中成功应用。
放射性物质137Cs对微波大气击穿特性影响研究
陈志国, 闫二艳, 刘星辰, 孟凡宝, 黄诺慈, 杨浩, 鲍向阳
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220100
[摘要](25) [HTML全文](41) [PDF 930KB](7)
摘要:
针对现有的放射性物质探测手段有效距离近和效率较低等局限性,考虑到高功率微波(HPM)良好的空间辐射特性,研究放射性物质对微波大气击穿特性的影响,以实现利用HPM远距离探测放射性物质的设想。阐释了微波脉冲等离子体击穿原理和自由电子对击穿特性影响,分析了放射性物质137Cs射线产生自由电子的过程,在此基础上分析了HPM大气击穿时间和击穿阈值。基于HPM大气击穿等离子体实验装置,分别在6000 Pa、7000 Pa和8000 Pa的低气压环境对有、无放射源存在情形开展多次HPM辐照实验。实验结果表明:放射源的存在降低了约10%的HPM大气击穿阈值,缩短约50%的击穿时间。
面向模分复用的偏振保持领结型椭圆芯少模光纤的设计
慈英娟, 任芳, 张金玉, 牛晶晶, 雷晓, 张燕飞, 王晓晖
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210105
[摘要](36) [HTML全文](45) [PDF 12993KB](4)
摘要:
提出了一种弱耦合领结型椭圆芯应力保偏少模光纤(PM-FMF),通过使用高折射率纤芯,所提出的光纤可在1505~1585 nm波段下,支持32个独立的本征模式。椭圆纤芯和领结型应力区的引入,有效地分离了相邻的本征模式。采用有限元法对领结型椭圆芯应力PM-FMF的纤芯及领结型应力区的结构参数进行优化。评估了光纤参数对模式数量、模式间的最小有效折射率差、模态双折射、应力双折射以及弯曲损耗的影响。此外还分析了该光纤的带宽性能,包括模式间的有效折射率、有效折射率差、差分模式时延(DMD)。经数据分析,在1505~1585nm波段下,该光纤支持的32个本征模式是完全分离的,相邻模式之间的最小有效折射率差大于1.295×10−4。所提出的弱耦合保偏少模光纤能够提高传输容量,在本征模式复用传输中具有潜在的应用前景。
基于一维查找表的相移结构光实时相位计算
应松霖, 胡丹, 刘凯
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210159
[摘要](37) [HTML全文](33) [PDF 3212KB](8)
摘要:
针对相移结构光中相位计算环节,提出了一种基于一维查找表的相位实时解码算法。首先根据相位计算公式中的反正切函数性质,得到四个象限之间的相位转化关系。基于得到的转换关系,使用线性函数将第一象限中的所有坐标点映射至某个离散整数区间中,结合该区间与线性函数提前建立相位的一维查找表。在相位计算过程中,首先利用相关信息计算一维查找表的索引,直接获取相位值,然后利用线性插值法与相位转换关系调整该相位值,得到最终的真实相位。通过实验验证了所提算法的有效性,与使用传统相位计算方法相比,本文提出的方法最快可提升3.97倍,使用线性插值后,相位精度可达\begin{document}${10^{ - 8}}$\end{document}。与传统的多项式逼近算法相比,该算法速度提升了1.29倍,与传统的一维查找表算法相比,该算法速度提升了1.22倍
粒子加速器丝线位置测量电容传感器标定方法
闫路平, 董岚, 王铜, 卢尚, 韩圆颖, 刘晓阳, 张露彦, 闫皓月, 马娜, 何振强, 柯志勇, 门玲鸰, 李波, 王小龙, 梁静, 罗涛
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220447
[摘要](38) [HTML全文](41) [PDF 9908KB](2)
摘要:
在高能同步辐射光源中,为了提高磁铁的准直精度,采用磁中心代替机械中心进行磁铁标定,通过振动线或旋转线等技术获得磁铁的磁中心位置,以及通过电容式位移传感器测量得到丝线的位置,从而实现磁中心与准直靶标的关联。为了实现丝线位置的高精度测量,必须对电容传感器进行精确标定,因此介绍了一种电容式位移传感器,并对其标定方法进行了研究,提出了网格化的数据采集方式以及高阶多项式拟合的数据处理方法,搭建了传感器标定平台并开发了相应的标定控制程序,实现了对传感器的自动控制、数据采集和高精度标定过程。经过分析与对比,标定后的电容传感器达到μm级的位移测量精度,为磁铁的高精度准直提供了基础。
基于深度学习的光学元件表面疵病识别
邵延华, 冯玉沛, 刘长春, 张晓强, 楚红雨
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202233.220023
[摘要](187) [HTML全文](112) [PDF 1058KB](23)
摘要:
精密光学元件表面疵病的人工检测分类方法效率低,且准确率易受疲劳等人工因素影响,而基于传统机器学习方法的分类准确率有待进一步提高。提出了一种基于深度学习卷积神经网络的光学大尺寸元件表面疵病识别方法。首先,通过现场实验采集并整理了大尺寸镜面疵病样本;接着基于单通道灰度图像构建融合梯度的三通道图像,挖掘更深入的特征表达;最后基于经典的LeNet网络,提出了面向激光惯性约束聚变(ICF)的光学元件表面疵病识别网络ICFNet,该网络不需要复杂的手工特征设计和提取,仅使用原始灰度图像就实现高效的疵病识别。实验结果表明,针对包含麻点、划痕和灰尘的三类疵病数据,ICFNet相较于使用多项特征和支持向量机的传统方法拥有较好的分类准确率。
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一种极线近似的双目结构光相位立体匹配方法
唐笑虎, 胡丹, 刘凯
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220102
[摘要](28) [HTML全文](26)
摘要:
针对双目结构光三维重建中的相位立体匹配效率较低问题,提出了一种极线近似的快速匹配方法。首先依据两相机光心与左像素形成平面与右成像平面交线对极线进行描述;对每行像素中部分区域的对应极线进行近似,结合立体视觉的连续性约束,使得孤立的沿各自极线搜索匹配相位改为区域内沿近似极线连续搜索匹配相位;同时结合双目相机位姿特性,实现全局均匀分区,避免针对每行数据重复分区;计算过程中采用查表法辅助计算。实验结果表明,立体匹配后获得点云平均误差为0.436 mm,属可接受误差范围内,立体匹配计算速度平均提升10.18倍,对640×480尺寸图像可在17 ms内完成立体匹配,可应用于结构光实时三维重建。
填充预等离子体通道靶激光电子加速研究
王子涛, 周维民, 邓志刚, 宋尧祥
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220067
[摘要](46) [HTML全文](39) [PDF 3363KB](7)
摘要:
采用紧聚焦的超强短脉冲激光与固体通道靶相互作用是获得大电量、高准直相对论电子束的一种有效方式。实验中由于激光预脉冲烧蚀靶壁产生预等离子体会膨胀、填充到真空通道中,从而导致电子束品质发生变化。采用二维PIC粒子模拟程序研究了通道靶中填充预等离子体的电子加速过程。模拟结果显示,在功率密度为5.0\begin{document}$ \times {10}^{20}\;{\mathrm{W}/\mathrm{c}\mathrm{m}}^{2} $\end{document}的超强短脉冲激光条件下,通道中填充一定密度的等离子体时激光场优先与低密度等离子体相互作用,激光脉冲与通道壁的相互作用减弱,电子加速机制由纵向场主导的真空电子加速转变为横向电场主导的等离子体电子加速,产生电子束具有更大的电荷量,但能量降低,发散角增大。
成像法在电磁叠加型光阴极注入器中的应用
范培亮, 王科, 何小中, 杨柳, 魏涛, 江孝国, 杨治勇, 杨兴林
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220112
[摘要](59) [HTML全文](46) [PDF 2773KB](5)
摘要:
光阴极注入器为X射线自由电子激光提供高品质电子束团,其中,阴极面上电子发射的均匀性在很大程度上影响着电子束团的束流品质,实验中常通过测量光阴极量子效率分布来评估电子发射的均匀性。成像法测量光阴极量子效率分布时具有实时、高分辨的特点,目前,此方法只在电磁分离型光阴极注入器中有所应用。探索成像法在电磁叠加型光阴极注入器中应用的可行性,采用理论分析结合数值模拟的方法,研究结果显示成像法适用于电磁叠加型光阴极注入器,且由此获得的量子效率分布具有阴极面中心位置处分辨率优于外层的特点。此外,针对成像法在初始束团横向动量分布测量中的应用进行模拟计算分析,并在此基础上提出一种判断阴极面剩余磁场是否为零的方法。
应用于光源的射频超导加速技术
刘克新, 郝建奎, 全胜文, 黄森林
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220075
[摘要](38) [HTML全文](50) [PDF 5536KB](8)
摘要:
射频超导加速器采用在液氦温度下工作的超导加速腔,可运行在长宏脉冲或连续波模式,同时具有较大的束流孔径,可有效减小束腔相互作用。经过半个多世纪的发展,射频超导技术已经日趋成熟,广泛应用于各种光源,并将发挥越来越重要的作用。简要介绍射频超导基本原理、应用于光源的椭球型电子超导加速腔的研制工艺、超导加速模组构成和应用于不同类型光源的超导加速腔的主要特点。
北京大学DC-SRF-II注入器光阴极驱动激光系统
冯立文, 王天一, 贾豪彦, 刘中琦, 徐航, 黄森林, 刘克新
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210343
[摘要](89) [HTML全文](55) [PDF 10083KB](6)
摘要:
为满足北京大学新一代超导注入器DC-SRF-II注入器的需求,设计了新的光阴极驱动激光系统。系统采用模块化的布局,可以工作在从单脉冲到81.25 MHz连续波模式,绿光输出功率1.41 W @ 1 MHz。系统实现了激光的纵向和横向整形,纵向整形后的激光脉冲为平顶分布,脉宽约为18 ps,横向则为截断高斯分布。实验结果显示,输出激光的RMS功率波动为1.8%,指向抖动小于1 μrad。
闪光X射线照相光源的发展
石金水
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220108
[摘要](47) [HTML全文](62) [PDF 16102KB](8)
摘要:
闪光X射线照相是利用加速器产生的短脉冲X射线对快速运动的致密客体进行透视照相的技术。概述了闪光X射线照相对X射线的性能要求;回顾了闪光X射线照相及其加速器的发展历程;分析了闪光X射线照相用加速器的发展方向。
中物院太赫兹自由电子激光装置现状及升级计划
周奎, 李鹏, 周征, 肖德鑫, 王建新, 王汉斌, 罗星, 单李军, 沈旭明, 和天慧, 劳成龙, 闫陇刚, 徐勇, 张鹏, 陈立均, 王伟俊, 刘宇, 刘婕, 杨兴繁, 吴岱, 黎明
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220091
[摘要](39) [HTML全文](33) [PDF 9756KB](13)
摘要:
中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CAEP THz FEL, CTFEL)是国内唯一运行的基于超导加速器的高平均功率自由电子激光太赫兹源,具有频率连续在线可调(0.1~4.2 THz)、高峰值功率(>0.5 MW)、高平均功率(>10 W)、高重频(54.17 MHz)、短脉冲(~ps)、窄线宽(~2%)、全相干和线性偏振等特点。自2017年出光以来,已稳定运行了四年多,并开展了诸多应用实验研究。为进一步满足用户需求,CTFEL计划升级为一台红外太赫兹自由电子激光装置,电子束能量提升至最大50 MeV,频谱范围拓展至0.1~125 THz,同时,建设材料光谱和生物医学两个实验站。
紧凑型单能伽马射线源
杜应超, 陈寒, 张鸿泽, 高强, 田其立, 迟智军, 张智, 查皓, 施嘉儒, 颜立新, 邱睿, 程诚, 杜泰斌, 李任恺, 陈怀璧, 黄文会, 唐传祥
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220132
[摘要](32) [HTML全文](31) [PDF 1512KB](8)
摘要:
基于高亮度电子束与超短强激光相互作用的逆康普顿散射X/γ射线源具有单色性好、能量可调、偏振可控等特点,在核安全及核安保领域具有广泛的应用前景。清华大学将研制国际上首套能量达MeV的紧凑准单能伽马源装置并开展包括先进辐射成像、基于核共振荧光的物质分析检测等应用工作。给出该光源设计方案,以及针对其关键性能指标进行的优化及光源最终性能指标。目前已完成光源的设计,正在进行部件的加工采购,预计将于2023年启动装置的安装调试工作,于2025年完成项目的调试和验收。
基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展
姜海, 王文涛, 冯珂, 顾铮先, 李儒新
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220090
[摘要](37) [HTML全文](41) [PDF 1436KB](8)
摘要:
激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。
基于能量回收技术的光源—ERL光源
黄森林, 刘克新
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220076
[摘要](34) [HTML全文](31) [PDF 4240KB](9)
摘要:
能量回收技术将使用后的电子束进行能量回收,用于加速后续束团,可大大减少加速器消耗的射频功率和有害辐射。基于能量回收技术的光源除节能环保外,还具有束团短、发射度低的特点,可有效提高光源的峰值亮度和相干性,是一种很有潜力的未来先进光源。介绍能量回收直线加速器技术的基本原理、相关关键物理问题和技术以及能量回收直线加速器发展现状,最后简要介绍几个国际上提出的典型能量回收直线加速器光源方案。
基于相对论电子束的太赫兹源
颜立新, 刘卓辕
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220134
[摘要](37) [HTML全文](22) [PDF 22157KB](10)
摘要:
太赫兹辐射在基础科学和产业应用中具有重要的应用前景,但传统的电子学和光学方法难以在1~10 THz产生相干的高功率、窄带且连续可调的太赫兹辐射。基于相对论性超短电子束和预调制电子束序列的加速器太赫兹源将能在上述范围内产生可调的高能谱强度窄带太赫兹辐射。综述了清华大学加速器实验室近年来在基于相对论电子束的加速器太赫兹源方面的理论和实验进展,以及与加速器太赫兹源一起发展起来的太赫兹辐射测量、束流诊断和先进加速技术。
9-cell超导腔快速预调谐方法研究
朱航, 翟纪元, 戴建枰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220061
[摘要](33) [HTML全文](43) [PDF 704KB](6)
摘要:
对频率和场平坦度的预调谐是9-cell超导腔耗时最多的后处理工序之一,很快将成为国内相关大科学工程9-cell腔批量生产的瓶颈。首先介绍了9-cell超导腔两种常用的预调谐方法,即DESY方法和Cornell方法的原理,建模分析和比较了两种方法的计算精度和误差来源,给出Cornell方法调谐量计算的修正。然后结合9-cell超导腔预调谐实验研究,给出了快速预调谐方法:DESY的重建算法在低场平时精度较高且收敛迅速,可作为粗调;Cornell微扰算法在高场平时精度较高且测量迅速,可作为微调。结合两种调谐方式,将预调谐分为粗调和微调两步,可有效提升9-cell超导腔预调谐的速度。
束内散射效应下HALF储存环物理参数的优化设计
罗楚文, 刘刚文, 李伟伟, 胡楠, 李为民, 白正贺, 王琳
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220140
[摘要](71) [HTML全文](56) [PDF 1812KB](10)
摘要:
合肥先进光源(HALF)是我国规划建设的软X射线与VUV衍射极限储存环光源(DLSR)。如何有效地实现衍射极限束流发射度,是DLSR物理设计中的核心问题之一。基于束流发射度演化方程,针对HALF预研项目的储存环物理设计方案,计算了束内散射(IBS)效应带来的发射度增长,研究了DLSR中关键参数选择对IBS造成的发射度增长的影响。研究表明,在中低能DLSR物理设计中需要综合考虑储存环的周长、同步辐射阻尼时间等关键参数,以更好地抑制束流发射度的增长。在此研究基础上,通过综合考虑用户需求与储存环物理要求,提出了HALF当前工程项目的储存环物理设计方案。进一步综合应用束团拉伸、全耦合等措施后,更高效地抑制了HALF储存环内IBS造成的束流发射度增长。
合肥先进光源前端光子吸收器的设计及热分析
马文静, 赵壮, 王思慧, 张善才, 范乐, 洪远志, 尉伟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220057
[摘要](81) [HTML全文](70) [PDF 6031KB](104)
摘要:
合肥先进光源(HALF)将建设成为1台第四代衍射极限储存环光源。HALF的引出光具有更高亮度,能给储存环带来更高的热负载。引光段需设置光子吸收器,以限定引出光的尺寸和吸收其余未使用的同步光,同时减少同步光热负载对储存环超高真空系统的影响。紧凑的衍射极限储存环的物理设计及光子吸收器与真空室连接方式的选择给光子吸收器的设计带来了一系列挑战。在插入式双片型吸收器结构的基础上,综合考虑吸收面形状、水冷结构、安装定位等因素,设计了一种基于CuCrZr材料、与真空室一体、无需单独定位的光子吸收器,并计算其位于弯转角2.74°的弯转磁铁下游光引出段处,被同步光照射的光斑尺寸和辐射功率;采用有限元分析方法对光子吸收器进行热、热力学模拟,得到辐照后的最高温度约为80 ℃,最大应力为20.8 MPa,最大热变形为0.05 mm。结合制作材料CuCrZr在高热负载下的许用准则,确定了光子吸收器结构的合理性。此研究为合肥先进光源中前端区光子吸收器的设计提供了重要的理论依据。
储存环全相干光源
姜伯承, 唐传祥, 冯超, 邓海啸, 李任恺
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220047
[摘要](132) [HTML全文](86)
摘要:
基于电子储存环的同步辐射具有稳定性高、光子能量范围广、支持多用户等优势,但其辐射相干性较差。在储存环上实现相干辐射不但可以大幅提高辐射光的相干性,同时还可以极大地提高特定频谱范围内的光通量、亮度和能量分辨率。随着光通量的提高,其功率有可能达到工业应用的水平,这将拓展光源的应用范围。回顾了基于电子束储存环的各类相干光源的发展历史,并展望其发展趋势。
第四代同步辐射光源物理设计与优化
焦毅, 白正贺
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220136
[摘要](79) [HTML全文](65) [PDF 4431KB](23)
摘要:
近十年来,世界上开始大力发展第四代同步辐射光源——衍射极限储存环光源。目前我国正在建设或立项建设两台第四代同步辐射光源:高能同步辐射光源和合肥先进光源。从储存环磁聚焦结构设计与优化、束流注入与集体效应等方面,对第四代同步辐射光源的物理设计与优化进行了介绍;对国际范围内第四代储存环光源装置的研制情况进行了介绍。
高能同步辐射光源
焦毅, 潘卫民
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220080
[摘要](54) [HTML全文](35) [PDF 1873KB](14)
摘要:
基于多弯铁消色散结构的超低发射度储存环光源是新一代同步辐射光源发展的一个重要方向。作为国内第一台第四代同步辐射光源,高能同步辐射光源,已经完成物理及工程设计,并于2019年启动建设。高能同步辐射光源电子能量6 GeV,流强200 mA,水平自然发射度低于60 pm∙rad,可提供能量达300 keV的X射线,在典型硬X射线波段的同步辐射亮度达1×1022 phs·s−1·mm−2·mrad−2·(0.1%bw)−1,可为材料科学、化学工程、能源环境、生物医学、航空航天、能源环境等众多基础和工程科学研究领域提供先进的实验平台。本文将介绍高能同步辐射光源项目的整体方案及物理设计。
合肥先进光源储存环初步物理设计
白正贺, 刘刚文, 何天龙, 李伟伟, 杨鹏辉, 李为民, 张善才, 王琳, 冯光耀
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220137
[摘要](68) [HTML全文](56) [PDF 2745KB](14)
摘要:
我国最近立项建设的合肥先进光源将是一台软X射线与真空紫外衍射极限储存环光源,其电子束能量为2.2 GeV,周长为480 m,束流自然发射度为86 pm·rad,共有20个长直线节和20个短直线节。介绍了目前合肥先进光源储存环物理设计的进展情况,包括磁聚焦结构设计与优化,束流注入和集体效应的模拟与计算。
低能区衍射限储存环同步辐射的应用浅析
储旺盛, 张国斌, 孙喆, 罗震林, 黄宁东, 张善才, 冯光耀, 刘啸嵩
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220122
[摘要](21) [HTML全文](9) [PDF 3091KB](78)
摘要:
在科学技术新需求的推动下,同步辐射光源持续往前发展。目前,同步辐射装置发展已历经三代,正处于第四代同步辐射光源蓬勃发展阶段。基于衍射极限储存环的同步辐射装置是第四代同步辐射光源的典型代表之一。第四代同步辐射光源主要发展趋势是进一步减小电子束流发射度,使光源具有极好的横向相干性,以及产生圆截面辐射的能力。如果束流发射度降至光学衍射极限“辐射波长/4π”,其亮度比第三代同步辐射光源高2个数量级。这种同步辐射光源在性能上发生的质的飞跃,将给同步辐射实验技术带来实质性的突破,从而给前沿科学技术研究和现代产业发展带来全新的机遇。从国际同步辐射发展趋势入手,首先介绍低能区衍射限储存环光源的特色和性能,然后介绍其带来的同步辐射实验技术的进步,并浅析低能区衍射限储存环光源在材料科学、能源科学、生命科学和环境科学上的应用,以及其带来的产业机遇。最后,总结和展望了低能区衍射限储存环光源带来的技术突破和潜在的应用前景。
基于波移光纤及硅光电倍增管的钚气溶胶测量系统
夏文友, 郝樊华, 吴健
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220101
[摘要](21) [HTML全文](17) [PDF 1154KB](2)
摘要:
钚气溶胶测量是进行钚材料相关实验研究的基础。为了确保辐射安全,常需将钚材料密封于密闭容器内以实现对钚气溶胶的包容,商用钚气溶胶监测设备由于难以放入含钚密闭容器而不适用于该应用场景下钚气溶胶浓度的监测。使用ZnS(Ag)闪烁体作为辐射灵敏材料放置于含钚密闭容器内,通过波移光纤将闪烁体信号引出密闭容器,并通过硅光电倍增管实现对闪烁体信号的采集,使用该技术路线建立的钚气溶胶测量系统能够用于密闭容器内钚气溶胶的测量。该测量系统可根据具体需求实现对探测器尺寸、形状的定制,具有功耗低,结构相对简单等优点,实现了密闭容器内钚气溶胶的远程就地测量,具备n/γ混合辐射场下α粒子甄别测量能力。
基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器的研制
彭媛媛, 陈文光, 卢杨, 刘之戬, 欧林祥, 左芊
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220179
[摘要](16) [HTML全文](19) [PDF 3670KB](66)
摘要:
在肿瘤消融、污水处理等领域的脉冲功率技术应用中,研究发现双极性电脉冲往往比单极性电脉冲效果更佳,这极大地刺激了双极性高压脉冲电源的研发需求。设计了一台基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器,该发生器结合boost电路与Marx发生器的特点,实现了具有升压功能的双极性脉冲的产生,且利用峰值检测电路对双极性脉冲发生器的输出峰值进行取样,并反馈到DSP处理器,实现峰值电压闭环控制,从而实现双极性脉冲恒定峰值的输出。为了验证提出的拓扑电路的可行性与稳定性,对5级恒峰值双极性脉冲发生器进行了仿真和实验研究。实验结果表明,当输入电压在100 V时,可产生重复频率5 kHz、脉冲宽度5~10 μs、电压幅值为±2.0 kV的恒峰值双极性脉冲波形。该脉冲电源使用模块化设计,便于级联,结构紧凑,可灵活输出恒峰值的双极性或单极性正(负)脉冲。
六自由度气囊抛光机器人模态分析与中频误差抑制
陆锋, 王振忠, 黄雪鹏, 雷鹏立
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220013
[摘要](37) [HTML全文](53) [PDF 19833KB](3)
摘要:
针对六自由度串联式关节机器人气囊抛光系统因刚度不足引起的加工振动以及引入中频误差的问题,以IRB 6700机器人作为研究对象,基于Ansys Workbench建立模态分析模型,并结合实验分析机器人气囊抛光系统工况频带内动态特性,实验与仿真结果共同表明,机器人气囊抛光系统在工况频带至少存在5阶模态,且共振时机器人末端抖动幅值为mm级,机器人加工严重受限。同时针对机器人气囊抛光系统先进光学元件抛光工艺应用,设计一种阻尼抑振气囊工具头,与普通气囊工具头进行定点抛光与整面抛光对比实验。结果表明:抑振气囊头定点抛光斑粗糙度与频谱幅值普遍低于普通气囊工具头,引入的中频误差较一般气囊工具头低40%,抛光优化效果显著。
真空紫外辐照对交联乙烯-四氟乙烯线缆的影响
张海明, 张义, 贾晓, 王凯, 陶兆增, 沈世钊, 王海玉
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220021
[摘要](53) [HTML全文](65) [PDF 37611KB](4)
摘要:
以航天器舱外用交联乙烯-四氟乙烯共聚物(X-ETFE)线缆为试验对象,采用5倍加速因子对X-ETFE线缆累计进行了8000等效太阳小时(ESH)真空紫外(VUV)辐照,并通过极限耐电压、绝缘材料电阻测试分析X-ETFE线缆电性能,采用FTIR和SEM表征X-ETFE材料分子结构和微观形貌,以此研究不同VUV辐照时间对X-ETFE线缆的影响。试验结果表明,随着VUV辐照时间的增加,材料表面累积了碳而发生暗化,线缆外观颜色逐渐变为深棕色;X-ETFE线缆的极限耐压和绝缘电阻呈总体下降趋势,但整体电性能水平未发生本质变化; X-ETFE材料在1628 cm−1处的吸收峰逐步增大,说明X-ETFE材料分子链中的−C=C−自由基团随辐照时间而增多,致使材料表面出现了微裂纹现象。
基于人工过零的失超保护100 kA真空断路器试验
胡星光, 钟积科, 李华, 李航, 吴木泉
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.210552
[摘要](55) [HTML全文](57) [PDF 7762KB](3)
摘要:
在超导磁体电源系统中,失超保护系统具有重要的地位,能够将磁体能量迅速转移并消耗。聚变堆主机关键系统综合研究设施项目对失超保护系统提出了100 kA直流分断的技术要求,其中采用真空断路器作为转移支路开关。针对CRAFT失超保护系统,设计了串联结构的100 kA直流真空断路器并完成了样机制造。通过现场试验,在人工过零电路的配合下,所设计和制造的真空断路器完成了100 kA直流分断测试。
非线性啁啾频率对势阱产生正负电子对的增强
王莉, 李烈娟, 麦丽开·麦提斯迪克, 谢柏松
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202234.220066
[摘要](34) [HTML全文](28) [PDF 2512KB](4)
摘要:
用计算量子场论方法研究了非线性啁啾频率对势阱中正负电子对产生的增强效应。研究了由静态势阱和动态势阱组成的组合势阱中产生的正负电子对的密度、产额和能谱等性质随着啁啾参数的变化,分析了组合势阱的频谱和瞬时束缚态。发现非线性啁啾效应对低频区域比较敏感,与固定频率情况相比可以使粒子数增加2~3倍。与组合势阱相比,非线性啁啾效应对单个振荡势阱更敏感。在低频下单个振荡的势阱中正负电子对产额可提高多个数量级。这是因为在低频下单个振荡的势阱中,主要通过量子隧穿过程产生的正负电子对数目非常低。非线性啁啾效应增加了高频场成分,提高了多光子过程和动力学辅助机制。由于高频抑制作用,所以非线性啁啾效应对高频区域粒子的增量不大,甚至会抑制正负电子对的产生。
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《强激光与粒子束》2022年34卷第8期封面目录
《强》刊编辑部
[PDF 6091KB](25)
强激光物理与技术•研究快报
国产纺锤形渐变掺镱光纤实现6 kW宽谱激光输出
杨保来, 杨欢, 叶云, 奚小明, 张汉伟, 黄良金, 王鹏, 史尘, 王小林, 闫志平, 潘志勇, 王泽锋, 周朴, 许晓军, 陈金宝
2022, 34: 081001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220220
[摘要](110) [HTML全文](51) [PDF 2055KB](42)
摘要:
高功率高光束质量光纤激光器在工业加工等领域有着广泛的应用,然而光纤中的非线性效应和模式不稳定效应限制着高光束质量光纤激光器的功率提升,采用新型结构大模场增益光纤在同时抑制非线性效应和模式不稳定效应方面具有较大潜力。报道了基于单位自研的纺锤形渐变掺镱光纤激光成功实现6 kW功率、高光束质量激光输出。激光器采用主振荡功率放大结构,放大级采用双向981 nm泵浦纺锤形渐变掺镱光纤,在总泵浦功率为7.68 kW时,输出功率达到6.02 kW,光束质量M2因子约为1.9。通过进一步优化纺锤形掺镱光纤制作工艺及结构参数,有望实现更高功率、近单模光束质量的光纤激光输出。
强激光物理与技术
脉冲压缩光栅的激光损伤机理及阈值提升技术研究进展
白清顺, 孙浩, 李玉海, 张鹏, 杜云龙
2022, 34: 081002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210413
[摘要](121) [HTML全文](85) [PDF 23459KB](26)
摘要:

总结了激光辐射条件下脉冲压缩光栅的激光诱导损伤机理,探究了表面形貌、加工方式、结构缺陷以及表面污染等因素对光栅损伤造成的影响,从微观损伤机理的角度阐释了产生损伤的内在原因。在脉冲压缩光栅的激光预处理、加工工艺及表面污染物的去除等方面,分析了实现光栅损伤阈值提升的内在因素,给出了提升光栅损伤阈值的技术措施。根据影响光栅损伤阈值的因素,提出在光栅运行过程中采用多种措施组合的方式来提升光栅的激光诱导损伤阈值。脉冲压缩光栅激光损伤机理和阈值的研究对脉冲压缩光栅系统的稳定运行具有实践意义,为激光装置高能量密度的输出奠定基础。最后,提出了光栅激光诱导损伤研究的科学与技术问题,为脉冲压缩光栅激光诱导损伤阈值的提升提供新的思路,服务于重大科学装置和重要技术领域的发展。

液体薄膜靶在激光驱动辐射源和激光离子加速中的应用
彭梓洋, 曹正轩, 高营, 陈式有, 赵家瑞, 马文君
2022, 34: 081003.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220107
[摘要](143) [HTML全文](103) [PDF 1841KB](36)
摘要:
流动的无支撑液体薄膜在各个领域有着广泛应用。超强激光作用在这样的薄膜上,可产生涵盖太赫兹到伽马射线的高亮度次级辐射及高能的离子,并具有高重频、低成本、可连续工作等显著优势。概述了液体薄膜靶的制备和表征方法,阐明了液体薄膜靶相对于传统靶材的特性和优势,并对其在激光驱动辐射源和激光离子加速中的应用做出了总结和展望。
百瓦级近衍射极限VCSEL泵浦激光器
李雪鹏, 杨晶, 筵兴伟, 陈中正, 袁磊, 杨俊波, 王小军, 彭钦军, 许祖彦
2022, 34: 081004.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220078
[摘要](105) [HTML全文](81) [PDF 3537KB](20)
摘要:
报道了高功率、高光束质量的垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)侧泵的Nd:YAG激光振荡器。从VCSEL泵浦源的主动冷却的热沉结构出发,设计了5个227 W的VCSEL线阵,并且通过优化侧面泵浦大口径激光棒的结构,研制成了具备480 W输出能力的棒状激光模块,相应的光-光效率为49.7%。在此基础上,设计了一种高功率、高光束质量的VCSEL侧面泵浦棒状Nd:YAG激光振荡器。腔内插入望远镜光学元件,并通过优化各光学元件的参数使其工作在热近非稳区域,以达到增大基横模体积和抑制高阶横模目的。最终,获得114 W的输出功率,相应的平均光束质量因子M2为1.42。由于VCSEL具备优秀的波长-温度稳定性,这种高功率、高光束质量的VCSEL泵浦的固体激光器在工业、空间等领域,具有极为广阔的应用前景。
旋流喷雾式单重态氧发生器的气液分离初步研究
许晓波, 胡大鹏, 邓列征, 于洋, 陈文武, 金玉奇
2022, 34: 081005.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220052
[摘要](65) [HTML全文](73) [PDF 5622KB](10)
摘要:
为解决气液分离问题,提出了粒径可控离心分离的设想,即通过某种雾化技术产生粒径可控的液滴,然后根据液滴的粒径确定气液分离所需要的离心力,在高速旋转的叶片所产生的离心力作用下液滴一边与气流发生反应一边完成气液分离。为验证这一思想,搭建了一台旋流喷雾式单重态氧发生器(TFA-SOG),并通过计算流体力学模拟和实验对这台TFA-SOG进行了研究。研究结果表明,模拟的气液分离效率与实验的相一致,粒径可控离心分离的设想是可行的。
基于声发射的光学元件损伤监测方法研究
洪梦君, 张军伟, 徐振源, 李玉海
2022, 34: 081006.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220031
[摘要](52) [HTML全文](79) [PDF 5994KB](7)
摘要:
光学元件损伤是限制激光通量水平提高的重要因素之一。为快速、准确地检测光学元件损伤是否产生,支撑光学元件循环修复策略的使用,研究并提出了基于声发射技术的光学元件损伤检测方法,通过研究光学元件损伤产生的声发射信号特征,判断光学元件是否发生损伤,使用一种基于二次相关和相关峰精确插值(FICP)的时延估计算法,通过仿真验证了该算法的可行性,结合时差定位原理建立了损伤位置求解方法,并通过实验进行了验证。研究结果表明:该方法能从监测信号中快速地获得损伤的位置估计,其平均定位误差为8.61 mm,计算时间为0.143 s/次,对大口径光学元件的损伤在线监测具有应用潜力。
光电跟踪系统中的惯性稳定技术
杨开栋, 王德恩, 杨英, 许党朋, 王芳, 刘昊
2022, 34: 081007.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220065
[摘要](67) [HTML全文](56) [PDF 8030KB](18)
摘要:
在侦查探测、激光通讯等领域,光电跟踪系统的闭环精度是其重要技术指标之一。为了提高闭环精度,一般可使用图像稳定技术,惯性稳定技术或整体自稳定技术。惯性稳定技术因其良好的稳定效果,已在光电跟踪系统中得到广泛应用。采用对比分析的方法对光电跟踪系统中的机架惯性稳定、反射镜惯性稳定以及惯性基准光稳定技术进行了原理分析,优势比较以及发展展望,总结出多种惯性稳定技术交叉使用的复合轴惯性稳定仍是未来一段时间的发展趋势。
惯性约束聚变物理与技术
适用于激光聚变实验的短焦距高放大倍率Wolter显微镜设计
叶良灏, 徐捷, 李文杰, 王新, 穆宝忠
2022, 34: 082001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220038
[摘要](58) [HTML全文](41) [PDF 2713KB](7)
摘要:
围绕内爆压缩及阻滞阶段相关物理实验的诊断需求,提出了一种满足阿贝正弦条件的短焦距高放大倍率Wolter-Ⅲ型X射线显微镜的光学设计。详细介绍了Wolter-Ⅲ型显微镜的结构特点和设计方法,与Wolter-Ⅰ型相比可以通过将主平面向靠近物点方向移动的方式减小系统焦距,从而获得更大的放大倍数,实现显微镜与探测器的像质匹配,提高诊断系统的空间分辨。由光线追迹可以得出,在±190 μm的视场范围内,空间分辨率优于3 μm;在±240 μm范围内分辨率优于5 μm;在±300 μm范围内分辨率优于8 μm,几何集光立体角约为5×10−6 sr。
基于Kahan线性化快速计算梯度磁场下磁流变抛光区域抛光粉沉降特性
杨航, 张帅, 张云飞, 黄文, 何建国
2022, 34: 082002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210353
[摘要](63) [HTML全文](57) [PDF 6510KB](7)
摘要:
针对抛光粉沉降特性数值计算这一超大规模非线性问题,基于Kahan线性化解决了超大规模流固耦合计算问题。研究了以羟基铁粉和硅油为主要成分组合而成的抛光粉多相流在梯度磁场下抛光区域的沉降特性。以质量分数70%、粒径5 µm的羟基铁粉和粘度为0.973 Pa·s的硅油组合而成的抛光粉为研究对象,实现了不同的抛光轮转速、不同嵌入深度以及不同羰基铁粉质量分数情况下的沉降规律分析。结果发现:磁流变抛光区域的抛光粉会随着抛光轮转速的增大而增多;当到达出口时,抛光粉的分布趋于稳定状态;抛光粉会随着嵌入深度的增加而增多并存在饱和区;羟基铁粉的质量分数以非线性的方式影响沉降能力。
双模瑞利-泰勒不稳定性的预热烧蚀效应研究
旷圆圆, 卢艳
2022, 34: 082203.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220133
[摘要](70) [HTML全文](48) [PDF 3153KB](11)
摘要:
针对双模扰动下的烧蚀瑞利-泰勒不稳定性增长问题,采用高精度的数值计算方法,研究了不同预热程度下模耦合产生的多个高次谐波幅值的发展和演化问题。研究表明,三种预热烧蚀条件下,当扰动基模满足长波与短波耦合方式时,谐波中的长波模态占主导,而短波模发展明显受到抑制;当满足短波与短波耦合时,耦合结果带来了许多新的增长较快的长波模态,此时短波模增长呈现小幅震荡形式。比较两种耦合方式可以发现,长波结构在烧蚀瑞利-泰勒不稳定性弱非线性阶段都占主导地位,尤其是短波与短波耦合中气泡与尖钉表现出不同于两个基模的长波模结构。进一步分析预热效应对模耦合增长的影响,发现预热程度越强就越能削弱耦合谐波的增长,这说明预热对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性具有致稳作用,这对惯性约束聚变工程中控制烧蚀瑞利-泰勒不稳定性发展具有重要意义。
高功率微波技术
宽带Ka波段平面反射阵列天线设计
张治强, 赵加宁, 李芳, 傅城, 张海川
2022, 34: 083001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220037
[摘要](79) [HTML全文](63) [PDF 14628KB](27)
摘要:
平面反射阵列天线的发展受到了带宽与功率容量两方面限制。为此,本文首先基于多谐振技术提出了一种新型平面反射阵列单元结构,相比于传统单元,所提出单元结构具有功率容量高、剖面低且相移曲线线性度好的特点。其次利用所提出单元,通过优化阵面特性在Ka波段设计了包含20×20个单元的平面反射阵列天线。最后利用电磁仿真软件进行模拟计算,结果显示在中心频点35 GHz处,天线峰值增益为27.58 dBi,口径效率为52.33%,副瓣小于−16.08 dB,并且在30.41~39.64 GHz频率范围内(相对带宽26.37%)天线增益跌落小于3 dB,并且所设计平面反射阵列天线最大功率容量可以达到 13.99 MW,功率密度为218.54 W/mm2
CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性(英)
梁其帅, 柴常春, 吴涵, 李福星, 刘彧千, 杨银堂
2022, 34: 083002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220019
[摘要](54) [HTML全文](77) [PDF 2361KB](12)
摘要:

Ensuring the reliability of integrated circuits (ICs) has been a great challenge with the increasing complexity of the electromagnetic environment. On this basis, the fast-rising-edge electromagnetic pulse (EMP)-induced trap-assisted tunneling (TAT) effect is investigated by simulation and experiments of CMOS digital inverters. A detailed mechanism analysis is performed to explain the physical damage process. The EMP-induced field derives traps and leakage current  in the oxide, which induces output degradation and thermal failure in the device. A theoretical model of degradation and failure is established to describe the dependency of the output deterioration  and the heat accumulation  on the EMP resulting signal features. The temperature distribution function  is derived from the heat conduction equation in the semiconductor. Corresponding experiments performed based on the TLP test system substantiate the emerging performance deterioration, which is in agreement with the mechanism analysis. Simulated results from the Sentaurus TCAD indicate that EMP resulting voltage-induced damage is caused by the TAT current path occurring in the gate oxide, revealing the location susceptible to burnout. In addition, the dependency of the device failure on the pulse rising time is discussed. The mechanism analysis in this paper facilitates reinforcing the design and promotes EMP reliability research on other semiconductor devices, and the study contributes to the enhancement of EMP robustness in CMOS digital ICs.

粒子束及加速器技术
附有高程约束的三维平差方法研究
王小龙, 康玲, 董岚, 李波, 门玲鸰, 罗涛, 王铜, 梁静, 何振强, 柯志勇, 马娜, 卢尚, 韩圆颖, 闫路平, 张露彦, 刘晓阳, 闫皓月, 李春华, 吴蕾
2022, 34: 084001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210561
[摘要](71) [HTML全文](37) [PDF 8022KB](84)
摘要:
当前加速器准直主要采用激光跟踪仪进行三维空间位置测量,三维测量数据用三维平差方法计算从理论上讲更为严密,但在实践中却发现存在误差累积现象,其中在高程方向的误差累积十分明显。为了控制三维平差高程方向的误差累积,研究将大地水准面做为基准引入测量和数据处理过程之中,获得基于大地水准面的高程测量数据,用高程数据构建约束条件方程,进行附有高程约束的三维平差。以激光跟踪仪为例给出了三维平差函数模型,研究了约束方程的构建方法,推导了附有高程约束的三维平差计算公式。研究了附有高程约束的三维平差函数模型的两种应用方法,通过模拟计算展示了这两种方法对高程方向误差累积的控制效果。最后对一组实测数据采用多种平差方法进行计算对比,结果显示附有高程约束的三维平差相比无高程约束的三维平差能够更有效的控制平差中高程方向的误差累积。
CSNS四极铁标定方案分析
马娜, 李波, 董岚, 王小龙, 门玲鸰, 王铜, 梁静, 何振强, 柯志勇, 卢尚, 韩圆颖, 闫路平, 张露彦, 闫皓月
2022, 34: 084002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210512
[摘要](56) [HTML全文](82) [PDF 3369KB](7)
摘要:
围绕CSNS 四极铁的中心引出标定方案进行研究,重点分析基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值;同时对每块磁铁进行两遍旋转中心和机械中心标定,比较其中心偏差标准值,分析结果表明:基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值为0.1 mm;通过两遍旋转和机械中心标定,获得的CSNS四极铁的标定重复性精度在0.03 mm之内;旋转和机械中心的 偏差标准值为0.1 mm。因此同类型、同准直精度要求的设备准直在无法实施磁中心标定情况下,不能直接用机械中心代替旋转中心标定,而采用旋转中心标定,再叠加旋转和磁中心偏差进行改正的标定方案则能很好地满足当前设备准直的精度要求。
小型回旋加速器全自动化磁场测量和精密垫补平台研制
关镭镭, 李明, 崔涛, 贾先禄, 张天爵, 安世忠, 黄鹏, 王飞
2022, 34: 084003.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210514
[摘要](78) [HTML全文](89) [PDF 3617KB](8)
摘要:
针对核医学诊疗对PET医用放射性核素的需求,中国原子能科学研究院正在开展PET医用小型回旋加速器的产业化研究。磁场测量和垫补是回旋加速器生产中的必经环节,小型回旋加速器结构紧凑实现磁场测量仪的全自动化控制是一个难点,解决常规垫补方法加工成本高和周期长的问题是产业化生产的关键。本文详细介绍小型回旋加速器全自动化磁场测量和精密垫补平台的研制,通过多台小型回旋加速器的磁场测量和垫补实践,发展一套快速磁场测量和垫补流程,实现全自动化测量方法缩短磁场测量周期,采用精密垫补算法减少垫补次数。在保证磁场测量和垫补工作高效高质量完成的条件下,极大降低了时间和加工成本,为小型回旋加速器的产业化生产打下基础。目前,中国原子能科学研究院已经完成多台小型回旋加速器的商业化落地。
电网波动对上海光源运行的影响及分析
焦广为, 田顺强, 张文志, 吴旭, 孙波, 金林, 赵申杰, 徐俊杰
2022, 34: 084004.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210553
[摘要](70) [HTML全文](68) [PDF 974KB](10)
摘要:
电网波动对上海光源加速器的正常运行有较大影响。针对该问题,展开了系统的分析和研究工作。首先介绍了电网波动的成因以及电网波动对上海光源的影响情况。通过对具体事例进行分析,优化了上海光源加速器受电网波动影响后的基本恢复流程。分析了各硬件系统在发生电网波动时的不同表现,并依此探讨了如何优化此类故障的处理流程,建立完善的机器恢复程序。针对外电网波动提出若干建议,并提出了面对电网波动时需要采取的措施,尽可能降低电网波动对如低温压缩机、超导高频腔等关键设备的影响。以期缩短实际故障时间,加快机器恢复速度,保障上海光源稳定运行。以近10年运行数据为基础,研究发现电网波动对上海光源的影响存在若干重要阈值,这些阈值对机器恢复具有指标性作用。对因电压暂降产生的二次故障进行分析讨论,并提出若干建议。
NEG镀膜真空盒在线激活的初步研究
马文静, 赵壮, 张善才, 王思慧, 洪远志, 范乐, 王成宏, 尉伟
2022, 34: 084005.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220030
[摘要](74) [HTML全文](67) [PDF 6054KB](9)
摘要:
合肥先进光源(HALF)是一台正在规划中的衍射极限同步辐射光源,其紧凑的物理设计和小孔径磁铁导致传统离散分布的真空泵系统很难达到衍射极限储存环所需的超高真空环境。镀有NEG(Non-Evaporable Getter)薄膜的小孔径真空盒不仅节约空间,还具有分布式吸气的能力,能满足衍射极限装置对超高真空的需求。NEG膜层需要在一定温度下激活才能具有吸气作用,因此在满足其他部件安全的前提下,它的激活方法与工艺十分重要。本文通过建立在线激活NEG薄膜的温度分析模型,模拟在加热温度为180 ℃和200 ℃情况下的NEG镀膜真空盒及磁铁的温度分布;采用聚酰亚胺加热膜缠绕管道的加热方式对管道的在线激活工艺进行初步研究,完成银铜(OFS)真空管在线激活时的温度测量,测得磁铁最高温度保持在40 ℃左右,验证了NEG镀膜真空管在线激活时四极磁铁的安全性。此研究为合肥先进光源NEG镀膜真空盒在线激活提供了解决方案和工作基础。
基于导频技术的数字束流位置测量系统的研制
杨静, 杜垚垚, 叶强, 麻惠洲, 汪林, 高国栋, 唐旭辉, 魏书军, 岳军会, 随艳峰, 曹建社
2022, 34: 084006.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220044
[摘要](73) [HTML全文](60) [PDF 2581KB](13)
摘要:
为改善传统的束流位置测量电子学系统受电子学通道非线性、温度漂移和系统噪声等因素对位置测量精度带来的影响,介绍了一种新型的基于导频技术的数字束流位置测量电子学系统。该系统硬件包括模拟信号采集电子学、数字信号处理电子学和PTC(导频信号耦合)模块;软件包括顶层应用软件和底层驱动,束流信号与导频信号在耦合电路中耦合后,经电子学处理,在FPGA中计算得到归一化后的束流位置信息。实验室测试结果分析,经导频信号归一化处理后能够有效改善各通道随温度变化的现象,束流位置漂移从4.5 μm改善至0.5 μm,分辨率从57.25 nm提升到13.37 nm,并且进行导频信号开关实验更加直观观测导频信号对束流位置测量的在线校正效果。设计的基于导频信号的数字束流位置测量(DBPM)电子学可以高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正,提升电子学系统的实时分辨率性能。
国产首台交变相位聚焦漂移管加速器的冷测与试运行
谢修璀, 蒲越虎, 赵振堂
2022, 34: 084007.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220014
[摘要](73) [HTML全文](68) [PDF 17813KB](16)
摘要:
质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑,上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程,掌握质子放疗关键技术,保证产业链安全可控,注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振(ECR)离子源和四翼型射频四极加速器(RFQ)的技术方案,并在漂移管加速器(DTL)段创新性地采用了交变相位聚焦(APF)结构。在这个过程中,通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想,自主开发了APF DTL的底层物理设计软件,相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作,最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析,认定束流中心能量为6.975 MeV,动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。
脉冲功率技术
磁驱动加载装置负载区降温系统设计及应用
邓顺益, 马骁, 傅华, 李涛, 种涛
2022, 34: 085001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220103
[摘要](62) [HTML全文](65) [PDF 3697KB](5)
摘要:
在材料物性研究中,压力和温度是两个基础的物理量,国内磁驱动加载装置具有压力调节能力,暂不具备样品降温控制技术,针对这一现状设计了一套配合磁驱动加载装置负载区的样品初始降温系统,结合设计的电极板结构和测试探针工装,使负载区电极板与样品、样品与探针固定于设定位置;通过往电极板和探针工装形成的密闭气室内注入压缩低温液氮达到对样品降温的目的;通过真空泵,抽出电极板和探针工装形成的密闭气室内的空气,避免测速探针由于低温凝结空气中的水汽而无法工作。基于该系统开展了低温下铋的斜波压缩实验,获得了−80 ℃初始温度下铋的动力学响应数据,验证了降温系统的可靠性。
基于PFN-Marx技术的200 keV脉冲X射线源设计与实验
耿力东, 谢卫平, 羊强, 袁建强, 刘宏伟, 曹龙博, 韩文辉
2022, 34: 085002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210573
[摘要](59) [HTML全文](66) [PDF 6088KB](14)
摘要:
基于PFN-Marx技术路线研制了200 kV脉冲驱动源,采用了超前触发技术,实现了在40 Ω水电阻负载上输出电压约200 kV、前沿约25 ns、脉冲宽度约62 ns的脉冲高压。设计了工作电压为200 kV的“Washer-Needle”型二极管,在二极管电压210 kV、电流5 kA条件下,输出X射线脉冲宽度约40 ns,X射线焦斑直径1.2 mm,1 m处照射剂量约15 mR。
不同电极结构下双通道大气压He等离子体射流数值研究
张彼德, 李万顺, 王冰川
2022, 34: 085003.   doi: 10.11884/HPLPB202234.210533
[摘要](53) [HTML全文](33) [PDF 11401KB](4)
摘要:
采用二维轴对称流体模型对单电极结构(不锈钢针管)和双电极结构(不锈钢针管-高压环形电极)下同轴双通道进气的大气压氦气等离子体射流进行了对比研究。研究表明:相比于单电极结构,双电极结构下射流的传播速度明显降低,介质管内尤为严重。同时双电极结构下射流的空间结构也发生了显著变化。在单电极结构下,随射流发展由环形中空结构转变为实心圆盘结构;而在双电极结构下则呈现出实心圆盘结构至环形中空结构再至实心圆盘结构的演化过程,改善了射流空间分布的均匀性。此外,还研究了双电极结构下高压环形电极厚度对射流的影响。研究表明,随环形电极厚度的增加,射流的传播速度进一步降低,射流通道径向收缩,同时环形中空结构的射流内径减小,进而改善了射流径向分布的均匀性。
核科学与工程
抑压水池温度分层影响因素
郭容达, 张丹迪, 曹学武
2022, 34: 086001.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220084
[摘要](90) [HTML全文](53) [PDF 1079KB](12)
摘要:
对于小型模块式反应堆,可采用安全壳抑压装置限制失水事故引起的安全壳快速升温升压。然而随着排放质量流率及水池水温的变化,水池中可能出现温度分层现象,进而降低传热传质效果。建立了抑压排放水池温度分层实验装置,开展了蒸汽质量流率、鼓泡器淹没深度及气水容积比对水池温度分层特性影响的实验研究。结果表明:在较宽的蒸汽质量流率范围内,水池内均发生了温度分层现象,随着质量流率增大,对分层的影响程度减弱,冷热交界面下移,带动更多水体参与热量交换;鼓泡器淹没深度增加导致热交界面位置下移,水体搅动作用增强,从而提高水体冷却利用率;气水容积比增大,冷热交界面下移,受扰动区域增大。
中子在大气中产生氮俘获γ的蒙特卡罗模拟研究
刘利, 左应红, 牛胜利, 朱金辉, 李夏至
2022, 34: 086002.   doi: 10.11884/HPLPB202234.220055
[摘要](64) [HTML全文](73) [PDF 1259KB](7)
摘要:
为了精确计算早期核辐射,建立了中子及次级γ在大气中输运的蒙特卡罗计算模型,并利用几何分裂算法与时间分裂算法等减方差技巧提高计算效率,计算得到了距源点不同距离球面上中子与中子次级γ的信息,给出了不同位置不同时间的氮俘获γ能量释放率。开展了氮俘获γ能量释放率的规律性研究,并分析了中子能量对氮俘获γ的影响。结果表明,氮俘获γ能量释放率先随源点的距离增加而增大,在距源点约500 m达到峰值,而后随距离增加指数衰减。氮俘获γ能量释放率在时间上服从指数衰减规律,衰减时间在0.1 s左右。引入表征氮俘获γ辐射强度参数a和特征衰减时间参数\begin{document}$ \tau $\end{document},拟合得到了不同距离不同时间氮俘获γ能量释放率的快速计算公式。研究表明,氮俘获γ辐射强度、衰减时间及其空间分布均与中子能量密切相关。