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单色化X射线显微成像实验
陈亮, 徐捷, 李文杰, 刘汉威, 王新, 穆宝忠
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190486
[摘要](53) [HTML全文](50) [PDF 1071KB](2)
摘要:
围绕激光惯性约束聚变(ICF)内爆压缩阶段高空间分辨、高能谱分辨的诊断需求,提出了一种将KB显微镜和衍射晶体组合的大视场、单色化成像系统。在实验室条件下,利用Fe靶X射线光管,采用KB显微镜结合高定向热解石墨(HOPG)对网格进行背光成像,晶体选能后的成像结果表明,系统的视场能达到800 μm,其中高分辨区域成像的分辨率为37 μm。采用能谱探测器测试成像能谱,结果表明,系统的能量分辨率为28,验证了系统的单色性能。该系统兼顾了大视场、空间分辨和能量分辨,对内爆压缩阶段实验中热斑结构及混合效应的研究具有重要应用。
表面喷砂对有机玻璃沿面闪络性能影响
郭跃文, 刘文元, 霍艳坤, 柯昌凤, 唐运生, 段荔, 陈昌华
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190464
[摘要](20) [HTML全文](21)
摘要:
绝缘子表面粗糙处理是提升其沿面闪络性能的重要途径,表面粗糙化处理方式不当,极易带来表面结构不均匀,难以获得稳定耐压性能的绝缘材料。为提升绝缘子表面粗糙处理的均匀性,本文利用表面喷砂技术对圆柱形有机玻璃(PMMA)绝缘子进行了粗糙化处理研究,以球形二氧化硅(SiO2)颗粒为工作介质,研究了不同喷砂粒径、氢氟酸后处理等因素对绝缘材料表面形貌和组分的影响,并利用短脉冲高压测试平台对喷砂处理前后有机玻璃绝缘子样品进行了真空沿面闪络性能进行测试。研究结果表明,喷砂处理在有机玻璃表面形成了较为均匀的凹坑,HF酸能够有效去除表面残留的SiO2颗粒,具有表面喷砂粗糙结构的绝缘子沿面闪络电压得到了稳定提升,相较于未处理的绝缘子闪络电压提升了约80%。
不同实验条件对激光诱导等离子体的影响机理研究
王莉, 周彧, 傅院霞, 徐丽
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190455
[摘要](34) [HTML全文](36) [PDF 955KB](0)
摘要:
常温常压下,采用波长532 nm的Nd:YAG纳秒激光器激发诱导空气中的铝合金,由高分辨率的光谱仪和ICCD对等离子体发射光谱采集和实现光电转换。研究激光能量、ICCD门延迟和聚焦透镜到样品表面的距离(lens-to-sample distance,LTSD)对谱线信号强度和等离子体电子温度的影响,并分析了产生影响的物理机制。结果表明,固定ICCD门延迟和LTSD,随着激光能量的增大,谱线强度和电子温度均增大;计算结果表明,当激光能量从20 mJ增加到160 mJ时,原子谱线Al I 396.15 nm,Mg I 518.36 nm,离子谱线Mg II 279.54 nm谱线强度相较于20 mJ分别提高了12.83,6.45,10.56倍。固定激光能量和LTSD,ICCD门延迟在100~4 000 ns范围内变化时,随着延迟的增加,谱线强度和等离子体电子温度均呈指数形式衰减。固定ICCD门延迟和激光能量,采用焦距为75 mm的聚焦透镜,研究了LTSD对等离子体参数的影响机理。结果表明,聚焦透镜到样品的距离对等离子体的谱线强度和电子温度有较大的影响。等离子体的特征谱线强度和等离子体的电子温度的变化规律基本一致,分别在聚焦透镜到样品表面的距离为73 mm和79 mm处取得峰值,并在73 mm处对应最大值。
基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法
张文学, 王继红, 任戈
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190444
[摘要](481) [HTML全文](492) [PDF 1057KB](0)
摘要:
利用调焦方式可以实现焦距的连续变化从而对不同物距下的光学组件进行在线检测,但是调焦过程操作复杂且对调焦位移精度要求较高,景深内光学元件缺陷无法区分,难以实现真正意义上的在线检测。因此,本文提出了基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法。首先建立了相机阵列的成像模型并给出了数字重聚焦表达式以及空间分辨率的表达式。接着利用MATLAB模拟相机阵列成像过程和数字重聚焦过程。最后进行实验验证,通过二维位移台带动相机对不同物距下的多个光学元件表面缺陷进行成像获得阵列相机图像,通过数字重聚焦算法得到不同物距下的光学元件表面缺陷分布信息。实验结果表明,基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测技术能够同时对位于景深范围内的光学组件进行在线检测。该方法在光学元件缺陷在线检测方面有着一定的应用价值。
具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出天线
王丽黎, 杜忠红, 杨海龙, 韩雪妮, 席晓莉
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190443
[摘要](255) [HTML全文](220) [PDF 1583KB](3)
摘要:
提出了一款具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出(UWB MIMO)天线。该天线由两个相同的半切超宽带天线单元倒置构成。通过在天线底板刻蚀栅栏型缺陷地解耦结构,使该MIMO天线的隔离度提高至25 dB。此外,在天线半圆形辐射贴片上刻蚀两个方向相反的“L”型缝隙,实现了双陷波的功能,分别抑制了802.16无线城域网WiMAX(3.2~3.7 GHz)和WLAN(5.15~5.85 GHz)信号对天线系统的干扰。实验结果表明,该天线在3~11 GHz工作带宽内的隔离度大于25 dB,包络相关系数(ECC)小于0.004;第一个陷波频段为3.0~3.7 GHz,第二个陷波频段为5.1~5.85 GHz,有效抑制了WiMAX和WLAN的信号干扰。
邻近电感互耦的准方波脉冲形成网络设计
王传伟, 李洪涛
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190429
[摘要](55) [HTML全文](52) [PDF 1256KB](1)
摘要:
针对小型化紧凑型脉冲源的应用需求,开展了电感存在互耦的准方波脉冲形成网络设计技术研究。首先介绍了基于坐标轮换-直接搜索法的准方波脉冲形成网络优化技术研究,获得了网络元件的电感、电容值以及准方波的解析表达式;然后推导了邻近电感互耦网络的等效去耦电路解算方法,基于回溯法,最终给出了全网络各元件值的求解算法;最后分别针对等电容情形及规定电容的情形,求解给出了网络元件参数值。算例结果表明:电感存在互耦的准方波脉冲形成网络可获得较理想的准方波脉冲输出。基于互耦电感的巧妙设计,有利于实现紧凑型准方波脉冲形成网络的设计。
一种非正交对称条带束流位置监测器设计
钱梦翔, 吴芳芳, 周泽然, 周天雨, 卢平, 孙葆根
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190425
[摘要](140) [HTML全文](149) [PDF 1135KB](2)
摘要:
介绍了一种条带束流位置监测器(BPM)的设计与仿真方法。在国家同步辐射实验室“太赫兹近场高通量材料物性测试系统”工程项目中,针对波荡器出口处真空室非正交对称性的问题,设计了矩形真空室和跑道形真空室下的两种非正交对称性条带BPM,并与传统的圆形真空室下条带BPM进行对比。基于边界元法,利用MATLAB软件分别对三种真空室下的条带BPM进行建模和仿真。仿真结果表明,相对于传统的圆形真空室下条带BPM,矩形和跑道形真空室下条带BPM灵敏度提高了30%,阻抗匹配误差相对降低了20%,束流位置拟合误差降低了80%。考虑加工精度,矩形真空室下的条带BPM更适用于该工程。
一款2 G/s采样率20 GHz带宽主从式跟踪保持电路设计研究(英)
张贵福, 周劼, 刘友江
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190421
[摘要](199) [HTML全文](44) [PDF 1727KB](2)
摘要:
A fully-differential master-slave track-and-hold amplifier (MS-THA), with 20 GHz bandwidth is designed and fabricated using 0.13 μm SiGe BiCMOS technology. The MS-THA employs conventional switched-emitter-follower (SEF) as track-and-hold core circuit, Cherryhooper circuits as band-boosting of input buffer and output buffer. To verify the validity of the above circuits, a single-stage THA is designed together with the MS-THA. Operating with a single +3.3 V supply, 0 V input direct-voltage, 2 G/s sampling and −3 dBm input power, the MS-THA achieves a single-ended spurious free dynamic range (SFDR) of less than −23.5 dB at frequency of up to 20 GHz, and total power consumption of about 300 mW.
超快电子衍射装置的束流能量反馈控制
张俊强, 李林, 刘亚娟, 江涛, 肖诚成, 顾强, 向导
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190415
[摘要](175) [HTML全文](89) [PDF 1506KB](3)
摘要:
上海交通大学的超快电子衍射装置(UED)由一台电子直线加速器作为驱动,电子枪为一台光阴极微波电子枪。加速器在运行中电子枪会偶尔打火,腔体失谐,造成束流损失,束流能量产生变化,束流需要很长时间才能恢复到初始状态,影响了用户的使用。为此,对低电平控制器(LLRF)的幅度相位控制环路进行了改进,增加了能量反馈,代替了幅度反馈,通过对束流的中心位置进行实时的反馈以控制低电平控制器输出信号的幅度,保证了电子束流的能量稳定和电子枪加速场强的稳定。长时间的稳定性测试表明,电子枪在打火产生时,束流能量可以很快恢复,能量抖动由4.293 3×10−4(RMS)提高到2.855 7×10−4(RMS),实现了束流能量的长期稳定性。
EAST新快控电源保护系统的设计
武旭, 王林森, 吴义兵, 盛志才, 陈涛, 李亚
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190404
[摘要](179) [HTML全文](92) [PDF 1801KB](1)
摘要:
针对EAST超导托卡马克实验装置的新快控电源系统AC-DC-AC各环节工作中可能出现的问题,提出各环节的控制保护方法。通过深入研究核聚变领域快速控制电源的保护机理,并结合核聚变装置的需要,设计了抑制浪涌电流电路、电压保护电路、过电流保护电路、过温保护电路、电能泄放保护电路及撬棒保护电路,与传统的保护法相比,该方案具有保护范围广、可靠性强、安全性高的特点。实验结果表明,该电源保护系统可以确保电源在突发故障情况下安全可靠地退出,有效保护超导托卡马克实验装置内的超导磁体及电源各器件不受损坏,从而验证了设计方案的正确性和有效性。
1.3 GHz超导腔磁通排出效应研究
米正辉, 杨际森, 沙鹏, 董超, 王洪磊, 翟纪元, 林海英, 郑洪娟, 刘佰奇, 孙良瑞, 张祥镇, 贺斐思, 潘卫民
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190398
[摘要](145) [HTML全文](73) [PDF 1122KB](8)
摘要:
设计并搭建了一套高精度的磁场测量和补偿系统,并结合中国科学院高能物理研究所(IHEP)的2K超导腔垂直测试平台对1.3 GHz 单加速间隙超导腔的磁通排出效应开展了实验研究:利用研制的磁场测量和补偿系统能够精密地测量超导腔赤道位置磁场,并能够将磁场补偿至小于5.0×108 T;并对超导腔不同表面温度梯度下的磁通排出效应进行了测量分析;对钉扎了磁场的超导腔进行了射频性能测试,研究了超导腔电阻对磁通钉扎的敏感度,以及在不同电场梯度下超导腔的表面电阻变化情况。结果表明,研制的高精度磁场测量和补偿系统能够满足超导腔磁通排出研究的需求;高的超导腔表面温度梯度有利于磁通的排出;磁通钉扎电阻的敏感度随着加速电场梯度的增加而增大,导致超导腔的性能下降。此实验研究也为后续超导腔的研制奠定了一定基础。
预发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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大动态高精度有界波电磁脉冲模拟器设计
周开明, 李铮迪, 邓建红
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190373
[摘要](150) [HTML全文](151) [PDF 720KB](8)
摘要:
介绍了一种精细化、连续可调的中型有界波电磁脉冲模拟器,该模拟器配置了前沿快、结构紧凑、脉冲电压调节范围宽、自动化程度高的新型高压脉冲源,实现了全系统的计算机光纤控制,解决了控制系统抗干扰问题,提升了源的模拟能力和设备的应用范围。模拟器的具体指标为:脉冲前沿约2.5 ns,半高宽约23 ns,工作空间4 m×4 m×5.8 m,输出电场强度在0.2~60 kV/m范围内连续可调。
G波段分布作用速调管用新型周期永磁聚焦系统
王自成, 王元坤, 曲兆伟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190364
[摘要](164) [HTML全文](154) [PDF 1179KB](3)
摘要:
提出了一种新型周期永磁(PPM)聚焦系统,其中,每半个周期的这种PPM聚焦系统由1件极靴和5块永磁体共同组成,第1、第3、第5块永磁体与第2、第4块永磁体的极化方向相反,且任何相距半个周期的2块永磁体均具有相反的极化方向。采用MTSS2018对这种新型PPM聚焦系统的磁场进行了计算,结果表明新型PPM聚焦系统的轴线上磁感应强度Bz具有显著的第3次和第5次空间谐波,在过0点后能够更快上升到峰值,整体构型十分接近具有理想矩形分布的PPM系统。采用MTSS2018对G波段分布作用速调管(EIK)所需的电子枪进行了模拟计算,并采用上面计算的Bz对该电子注进行聚焦,获得了电子注电压为22 kV,电子注电流为215 mA的电子注,电子注最大半径为0.08 mm,满足G波段EIK的应用要求。计算中的峰值磁感应强度仅为1.2\begin{document}$ \sqrt 2 $\end{document}BB,说明新型PPM聚焦系统与传统PPM聚焦系统相比,可以在较低的峰值磁感应强度的条件下实现电子注的有效聚焦。
磁化套筒惯性聚变初步探索研究与实验可行性分析(英)
赵海龙, 王刚华, 王强, 张恒第, 肖波, 阚明先, 杨龙
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.190352
[摘要](149) [HTML全文](77) [PDF 1222KB](3)
摘要:
Magnetized Liner Inertial Fusion (MagLIF) concept has promising potentials for future energy source (Phys.Plasmas, 2014, 21:072711), it is widely applicable to large-scale pulsed power generators such as the Primary Test Stand (PTS) facility (10 MA, 100 ns). In this context, we’ve developed a zero-dimensional (0D) MagLIF simulation code basing on magneto-hydrodynamic (MHD) equations and Deuterium-Tritium (DT) fusion models. Relationships between fusion products and initial setups (magnetic field Bz0, preheat temperature T0 and so on) are explored using this code, results show optimal parameters existing under given inputs, which are very helpful for future experimental designs. Specifically, according to our simulations, critical driving current (>21.2 MA) is essential for fuel (50∶50 DT) energy to reach breakeven, which infers that PTS facility may not be suitable for integrated MagLIF experiments. Series of calculations are performed to confirm this inference, and more practical aluminum liner experiments are proposed and designed.
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封面目录
《强激光与粒子束》2020年32卷第4期封面目录
《强》刊编辑部
[PDF 2808KB](8)
加速器专题
带电粒子加速器的基本类型及其技术实现
陈思富, 黄子平, 石金水
2020, 32: 045101.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190424
[摘要](908) [HTML全文](708) [PDF 2097KB](49)
摘要:
现代粒子加速器的发展已有100年的历史。给出了粒子加速器主要类型的简单分类图表,从粒子加速器发展过程中相关概念演变和加速器技术逻辑发展的角度,概述了粒子加速器的基本类型、基本工作原理、相应的技术实现途径以及各类加速器的典型的技术特征。
引张线技术在加速器准直测量中应用概述
袁建东
2020, 32: 045102.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190259
[摘要](505) [HTML全文](324) [PDF 1141KB](10)
摘要:
为研究引张线技术在加速器准直测量中的应用和发展,首先简介了引张线技术原理,然后回顾了引张线准直法在加速器工程中的发展历史,接着介绍了引张线在加速器准直测量中的最新发展动态。最后讨论了各种引张线准直法的优缺点及其适宜环境,比较了国内外引张线准直法的发展与区别。指出引张线准直法的发展方向,给出了加速器准直测量的努力方向。
基于悬丝法的螺线管磁轴测量信号处理技术
江孝国, 杨兴林, 蒋薇, 廖树清, 臧宗旸, 刘云龙, 龙全红, 李佳元
2020, 32: 045103.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190431
[摘要](184) [HTML全文](96) [PDF 1089KB](4)
摘要:
针对螺线管磁轴测量中的悬丝位置、测量信号失真、磁轴偏轴和磁轴倾斜信号的分离数据处理要求等问题,采用一种高偏置消除的信号检测与测量方法,并对探测器采用了相关的恒定驱动技术,进一步提高了信号产生的稳定性及抗干扰能力,研制了一种可以获得比较直接的悬丝振动信号的测量系统,解决了单纯采用交流耦合隔直滤波放大器或带通滤波放大器不能获得完全准确的测量信号的问题,确保了在较高的直流偏置下获得没有畸变的较小测量信号,消除了测量信号中低频分量基线倾斜及其中起伏的影响,并实现了磁轴偏移和磁轴倾斜信号的分离,极大地提高了螺线管线圈磁轴的测量灵敏度,实际测试结果显示测量灵敏度提高约1个量级。
绝缘环打火研究
夏连胜, 陈思富, 石金水
2020, 32: 045104.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200011
[摘要](91) [HTML全文](57) [PDF 1092KB](10)
摘要:
绝缘问题是高电压、高场强器件和设备中不可回避的问题,是决定器件、设备运行参数和稳定性的重要因素。针对一台直线感应加速器调试中出现的加速腔绝缘环在带束负载情况下的真空沿面闪络现象,进行了分析和研究。分析表明,在排除设计、材料、加工、洁净和真空度等常规异常因素后,导致绝缘环真空沿面闪络的可能因素是电子在绝缘环表面的吸附和累积,绝缘环上累积的电子来源和加速器中加速、传输的电子束的丢失有关。从加速腔工作状态出发,分析绝缘环表面积累电荷和丢失电子束的相关途径,进而提出相应的技术措施,以提高加速腔运行稳定性。
1.3 GHz超导腔的掺氮实验
董超, 沙鹏, 刘佰奇, 李中泉, 杨际森, 王洪磊
2020, 32: 045105.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190141
[摘要](441) [HTML全文](316) [PDF 882KB](21)
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。
超导腔数字自激垂直测试系统
杨际森, 潘卫民, 王洪磊, 刘佳冀, 王牧源, 周全, 贺斐思, 沙鹏, 林海英, 王群要, 王光伟, 米正辉
2020, 32: 045106.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190320
[摘要](222) [HTML全文](194) [PDF 1016KB](11)
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。
工作点反馈系统对同步辐射光源运行稳定性的提升(英)
吴旭, 田顺强, 张庆磊, 张文志
2020, 32: 045107.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190270
[摘要](492) [HTML全文](257) [PDF 1018KB](7)
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.
质子治疗装置动态电源控制系统研发
李海荣, 蒋舸扬, 金林, 李乾楠, 李瑞, 沈立人
2020, 32: 045108.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190442
[摘要](214) [HTML全文](95) [PDF 989KB](4)
摘要:
针对质子治疗装置中主环动态电源多平台能量的引出需求,研制了基于开源平台的高速实时动态电源控制系统,该控制系统以开源平台Beaglebone作为顶层硬件接口,以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制器作为底层硬件接口,采用分布式的实验物理及工业控制系统(EPICS)进行远程控制。该系统可实时传输任意动态电源的输出参考电流波形数据,并结合定时系统与联锁系统,控制动态电源按预设电流波形进行输出,并实现多平台能量的引出。实验结果显示该控制系统能实现每秒最高十万条指令传输,百万次数据传输零误码率。同时,该系统结构灵活、扩展性强,可作为通用控制平台。
高功率激光与光学
激光雷达扫描方式
袁光福, 马晓燠, 刘爽, 杨奇龙
2020, 32: 041001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190382
[摘要](566) [HTML全文](604) [PDF 979KB](16)
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。
双光子聚合多次快速扫描机制与小线宽研究
童唯扬, 王正岭
2020, 32: 041002.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190089
[摘要](130) [HTML全文](131) [PDF 1058KB](8)
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。
ICF与激光等离子体
皮秒短脉冲X射线背光诊断快点火靶丸压缩面密度
毕碧, 周维民, 单连强, 魏来, 刘东晓, 张锋, 田超, 邓志刚, 袁宗强, 王为武, 卢峰, 吴俊峰, 蔡洪波, 任国利, 吴凤娟, 李晋, 陈韬, 杨轶濛, 张发强, 杨雷, 曹磊峰, 谷渝秋
2020, 32: 042001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200050
[摘要](151) [HTML全文](69) [PDF 1145KB](10)
摘要:
为了给快点火集成耦合效率的计算提供关键参数,并为后期高密度压缩奠定高能背光的诊断基础,在神光-Ⅱ升级装置上利用皮秒短脉冲激光驱动产生了X射线背光源,测量了成像分辨率、光通量,获得了短脉冲背光源的辐射特性,进一步成功演示了基于这种短脉冲背光照相技术的间接驱动快点火预压缩密度诊断。实验所得图像与模拟图像结构一致,实测压缩过程中的面密度达到50 mg/cm2。实验还发现了压缩不对称引起的流体不稳定性特征,为后续实验提供了改进方向。
高功率微波
Ka波段同轴多注相对论速调管的电子束引入
党智伟, 李士锋, 王战亮, 黄华, 王腾钫, 刘振帮, 宫玉彬
2020, 32: 043001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190192
[摘要](308) [HTML全文](170) [PDF 1172KB](4)
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。
新型半矩形环螺旋线慢波结构高频特性
夏伟, 魏望和, 魏彦玉, 卢敏
2020, 32: 043002.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190359
[摘要](136) [HTML全文](103) [PDF 1282KB](3)
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。
复杂电磁环境
半导体多物理效应并行计算程序JEMS-CDS-Device设计与实现
李光荣, 赵振国, 王卫杰, 游春光, 周海京
2020, 32: 043201.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190264
[摘要](138) [HTML全文](165) [PDF 1469KB](7)
摘要:
针对复杂电磁环境下器件多物理效应机理研究需求,研发了半导体多物理效应并行计算程序JEMS-CDS-Device。介绍了JEMS-CDS-Device的架构设计与实现技术。程序基于非结构网格并行框架JAUMIN实现,采用有限体积法(FVM)离散,使用牛顿法全耦合求解“电-载流子输运-热”问题。程序采用“内核+算法库”形式架构,支持2维和3维非结构网格、千万自由度问题并行求解,支持物理方程、离散算法、材料物理模型等的扩展开发。
基于场路仿真的PCIe电磁干扰分析及优化设计
杨会, 宋航, 肖夏
2020, 32: 043202.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190360
[摘要](131) [HTML全文](107) [PDF 1030KB](8)
摘要:
采用电磁仿真技术,提前评估PCB的电磁兼容设计是否合理,当对PCB进行电磁兼容测试时,减少其电磁干扰不满足GMW 3097标准的情况出现。首先对PCB进行3D电磁场仿真,再与高速串行计算机扩展总线标准模块内芯片的通用模拟电路仿真模型的电路仿真动态链接,进行场路协同仿真。实验验证表明,该仿真方法的精度在6 dBμV之内,满足PCB加工工艺的误差和实验测试的不确定度,符合仿真精度要求。通过该仿真方法评估PCB的电磁干扰强度以及优化PCB的设计,将高速串行计算机扩展总线标准模块上的33 Ω电阻替换为磁珠后,该PCB在1.6 GHz处的电磁干扰强度降低了13.4 dB。根据CISPR 25标准规定的1-m法进行测试,PCB的电磁干扰变为−3.4 dBμV,低于GMW 3097标准要求,从而验证了该措施的有效性。
粒子束技术
不同顺序中子/γ辐照对双极器件电流增益的影响
王凯, 吕学阳, 吴锟霖, 冯加明, 范晓强, 李俊杰, 杨桂霞, 鲁艺, 邱东, 邹德慧
2020, 32: 044001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190333
[摘要](150) [HTML全文](112) [PDF 1037KB](5)
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。
脉冲功率技术
纳秒脉冲下几种液态介质绝缘性能的比对
贾伟, 陈志强, 郭帆, 李尧尧, 祁宇航, 程永平, 杨天
2020, 32: 045001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190338
[摘要](1179) [HTML全文](194) [PDF 2509KB](8)
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。
液电脉冲激波特性分析
吴敏干, 刘毅, 林福昌, 刘思维, 孙建军
2020, 32: 045002.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190356
[摘要](337) [HTML全文](193) [PDF 1426KB](7)
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。
核科学与工程
HL-2M装置5 MW中性束加热束线离子源放电室研制
魏会领, 曹建勇, 余珮炫, 邹桂清, 周红霞, 杨宪福, 周博文, 罗怀宇, 耿少飞
2020, 32: 046001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190275
[摘要](130) [HTML全文](95) [PDF 1296KB](7)
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。
基于蒙卡模拟的分段γ扫描无源效率刻度方法
郑洪龙, 庹先国, 苟家元, 吴耀, 左伟, 郭雨非, 何琳, 刘艳芳, 黄聪, 阳林锋, 刘伟
2020, 32: 046002.   doi: 10.11884/HPLPB202032.190416
[摘要](146) [HTML全文](108) [PDF 1053KB](15)
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。