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高功率谐振式波导缝隙阵宽角扫描技术
马嘉雯, 孙云飞, 宛建峰, 张强, 袁成卫
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210307
[摘要](32) [HTML全文](16) [PDF 1483KB](3)
摘要:
在传统高功率缝隙波导阵列中,缝隙间的相互耦合严重影响了阵列的宽角扫描能力。以实现阵列宽角波束扫描为目标,通过分析阵列扫描特性,从提高缝隙阵元间隔离度的角度出发,提出在阵列中引入隔离栅结构,降低了阵元间耦合对阵列大角度扫描时的影响。在此基础上,设计了基于波导窄边斜缝的谐振式阵列天线,采用电磁仿真软件优化阵列。数值模拟结果表明,未采取措施前阵列的最大扫描范围为±34°,引入隔离栅后扫描范围可扩大至±46°,波导端口S11≤−10 dB,增益仅下降了2.3 dB,单根缝隙波导功率容量达330 MW,有应用于高功率微波领域的潜质。
基于SuperMC的随机介质程序在双重非均匀性问题中的应用
朱彤, 陈玉清, 李昂, 谢明亮, 叶磊
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210301
[摘要](16) [HTML全文](8) [PDF 878KB](0)
摘要:
与传统的棒状燃料采用单一UO2陶瓷芯体不同,弥散型板状燃料元件是将燃料微球混合在金属基体中,燃料球与基体间微观上还存在体积的非均匀性。如果不能有效处理弥散燃料的局部空间自屏效应将对物理特性参数计算带来一定偏差。但传统确定论程序的填卡方式忽略了弥散型燃料具有双重非均匀性的特点。针对板状弥散型燃料栅元,基于SuperMC程序编写随机介质程序,分别建立体积均匀模型和颗粒模型来验证分析弥散型燃料中由空间自屏效应引起的非均匀性。结果表明,该随机介质程序用于SuperMC中,可以解决具有双重非均性的弥散型燃料的粒子输运数值模拟问题,再通过建立传统RPT等效模型修正燃料和基体间非均匀性带来的计算偏差。
MC模拟无卷积全谱转换法测量X,γ辐射剂量
曹蕾, 张耀锋, 杨扬, 黄建微, 张晓乐
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210300
[摘要](19) [HTML全文](12) [PDF 2610KB](0)
摘要:
为了更好地进行环境X/γ辐射剂量的测量,通过对电制冷高纯锗探测器蒙特卡洛建模获取0.01~1.5 MeV能量范围内的能谱和剂量(率)值,并利用无卷积全谱转换法进行能谱-剂量转换研究。研究发现,通过无卷积全谱转换法计算得到的剂量率与模拟剂量率符合较好;通过在中国计量研究院环境γ辐射空气吸收剂量标准辐射场中进行Co-60和Cs-137放射源剂量率实验验证,结果显示,在0.01~1.5 MeV的能量范围内,通过能谱-剂量转换得到剂量率与标准剂量率的误差小于±10%,这表明通过无卷积全谱转换法进行能谱-剂量(率)转换系数的求解是可行的。
合肥光源逐束团相位测量及纵向不稳定性诊断
唐雷雷, 卢平, 孙葆根, 周泽然, 吴睿喆
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210164
[摘要](30) [HTML全文](17) [PDF 1686KB](1)
摘要:
为了研究储存环束流多束团纵向运动特性,在合肥光源(HLS-II)上研制了一套逐束团相位测量系统。该系统利用示波器直接采集BPM和信号,采用过零点检测法、时间差分(Temporal Difference, TD)法相结合的方法从BPM和信号中提取出逐束团相位。介绍了逐束团相位测量系统的系统构架、相位提取方法以及在HLS-II上的一些实验结果。通过对该系统记录的5 ms时间长度的逐束团多圈相位数据的离线分析,得到多束团纵向运动的同步振荡的频率、纵向工作点、束团振荡的模式信息以及振荡模式增长率等特征信息,诊断出HLS-II在top-off恒流运行期间存在2个较强的纵向耦合束团不稳定模式,并提取出了2个振荡模式的增长率。该系统的逐束团相位测量结果及相关纵向不稳定性分析可为机器研究、纵向反馈系统调试评估及高频RF系统的性能评估等提供参考。
脉冲激光烧蚀推进技术的航天应用进展
洪延姬, 毛晨涛, 冯孝辉
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210275
[摘要](27) [HTML全文](14) [PDF 2254KB](3)
摘要:
脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点,既可用于发射有效载荷也可用于星载动力,甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道,因此,在航天领域得到越来越多关注。本文围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输;激光微推力器用于航天器姿轨控,以及激光与电组合推进;激光烧蚀操控厘米级空间碎片的轨道,以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态;激光烧蚀偏转小行星轨道等方面,对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展,进行了较为系统全面地归纳和总结,并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题,进行了较为详细分析。
光纤激光泵浦MgO:PPLN高功率中波红外光参量振荡器
何洋, 陈飞, 万浩华, 季艳慧
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210308
[摘要](31) [HTML全文](16) [PDF 797KB](3)
摘要:
为实现高效率、高功率中波红外激光输出,研制基于MgO:PPLN晶体的中波红外光参量振荡器(OPO),泵浦源为基于主振荡功率放大(MOPA)结构的线偏振掺Yb光纤激光器(YDFL)。实验结果表明:YDFL可实现最高79.1 W的1064.1 nm脉冲线偏振激光输出;在YDFL泵浦下,通过优化输出镜曲率半径和泵浦光束腰直径,该OPO实现最高9.15 W的3.754 μm脉冲激光输出,光光转换效率为11.57%,重复频率为300 kHz,脉冲宽度约为110 ns。
飞秒激光中脉冲内差频技术进展
杨雪梅, 田坎, 何林珍, 王炜哲, 梁厚昆
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210246
[摘要](30) [HTML全文](16) [PDF 1500KB](2)
摘要:
中红外激光具有多种优势,可以广泛的用到生物、化学、物理等科学研究领域。通常采用直接激射和非线性频率转换这两种方式产生中红外激光,然而,为了实现中红外宽带超短脉冲的发射,非线性频率下转换是现今的唯一方法。脉冲内差频(Intra-pulse Difference Frequency Generation, IP-DFG)是一种简单的非线性频率转换的方法,本文中对红外脉冲内差频(IP-DFG)的工作做了详细的回顾,从中红外激光晶体和基于IP-DFG产生具有超宽带的中红外超短脉冲的先进工作两个方面做了综述和评论,分别比较了非线性晶体类型、驱动脉冲源、产生超宽带中红外脉冲的光谱范围、转化效率等,并在最后讨论和阐明了IP-DFG领域面临的机遇和挑战。
抛光区域几何特征与流场创成关键参数关系
杨航, 余玉民, 张云飞, 黄文, 何建国
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210151
[摘要](27) [HTML全文](15) [PDF 1418KB](0)
摘要:
磁流变抛光在其实际工作过程中,抛光区域几何特征的不同将会对流场创成的关键参数产生很大的影响。本文针对此问题建立三维模型与实验仿真展开研究。在研究抛光区域几何特征与流场创成关键参数的关系时,先改变抛光区域形状,观察其对流场创成中剪切应力、压力产生的影响;再控制抛光区域的形状相同时,通过改变抛光区域尺寸大小,观察对流场创成中剪切应力、压力产生的影响。结果表明:当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时剪切应力最大,抛光区域为凸面时剪切应力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而增大;当抛光区域形状为凹面,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而减小。当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时压力最大,抛光区域为凸面时压力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率大小增大而增大;当抛光区域形状为凹面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率大小增大而减小。
波导-同轴线的脊型转换器设计与测试
张辉, 慕振成, 荣林艳, 王博, 万马良, 谢哲新, 周文中, 李松, 刘美飞
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210105
[摘要](24) [HTML全文](20) [PDF 1529KB](0)
摘要:
射频测量系统中经常会用到波导-同轴线转换器,主要是利用其将射频器件的波导端口转换成能够直接接入测量仪器的50 Ω同轴线。本文设计的648 MHz/WR1500波导同轴转换器主要用于CSNS升级工程(CSNS-II)超导直线射频器件的测量。利用切比雪夫脊型阶梯阻抗变换和探针耦合的方式实现波导到同轴线的转换。对脊加载波导和不连续同轴线分别进行了分析,得到最优尺寸。为了提高测量精度,设计的波导-同轴线转换器具有低插入损耗、低驻波比和宽带宽等特性。最后对生产的转换器进行了测试,测试结果与仿真结果相近,能够满足作为测量器件的使用要求。
中国散裂中子源准直控制网数据处理方法
王铜, 董岚, 梁静, 马娜, 柯志勇, 何振强, 罗涛, 门玲鸰, 闫路平, 韩圆颖, 卢尚, 张露彦, 闫皓月, 刘晓阳
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210096
[摘要](25) [HTML全文](13) [PDF 1022KB](0)
摘要:
以中国散裂中子源CSNS的直线加速器控制网为例,对其数据处理方法进行研究,采用平面与高程二维平差以及三维定向平差两种方式对准直控制网进行处理分析。同时,为了使准直数据处理更加简易便利,提出利用激光跟踪仪的测量软件SA实现三维定向平差的方法。通过不同软件及不同数据处理方法的对比,验证准直控制网数据处理的正确性,最终200 m长直线控制网点位精度优于0.2 mm,这为准直控制网的数据处理提供了指导。
高品质因数谐振腔的储能过程和泄能过程
王自成, 张志强, 高冬平, 丁耀根, 高怀林
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210132
[摘要](33) [HTML全文](31) [PDF 1251KB](0)
摘要:
为了计算高品质因数谐振腔的储能过程和泄能过程,将高品质因数谐振腔的输入膜片和输出结构分别建模为一个二端口网络和一个三端口网络,根据高品质因数谐振腔的信号流图,提出了一种基于递推的数值计算方法。用该方法设计了一个工作在2.92 GHz附近的基于BJ32波导的高品质因数谐振腔,给出了谐振腔的储能过程和泄能过程。当输入膜片开口宽度取20 mm、输出膜片开口宽度取60 mm时,计算得出的谐振频率为2.9198 GHz,饱和储能时间为2.6 μs,输出脉冲宽度6.82 ns,输出峰值增益为129.6,能量效率为0.169。
车辆线缆瞬态电磁脉冲耦合仿真与抑制技术
王震, 蔡金良, 秦风, 扈泽正
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210227
[摘要](29) [HTML全文](20) [PDF 2637KB](1)
摘要:
瞬态电磁脉冲可通过车辆互联线缆耦合至电子系统内部,造成电子设备受扰甚至损毁,研究瞬态防护器件对电磁脉冲的抑制特性可为车辆电磁防护设计与实施提供有力支撑。本文以发动机电控系统为研究对象,考虑关键金属结构、线缆与电子设备,建立发动机电磁仿真模型,计算获取了瞬态电磁脉冲作用下线缆端口耦合干扰特性;基于电磁脉冲注入方法设计并搭建了瞬态防护器件测试平台,获取了瞬态电压抑制器与压敏电阻两类典型瞬态防护器件的响应时间、钳位电压、尖峰泄露等响应特性;在仿真与测试结果的基础上,选取一型瞬态电压抑制器应用于凸轮轴位置传感器信号线的电磁防护。研究结果表明,该型瞬态电压抑制器对线缆瞬态电磁脉冲耦合干扰抑制能力接近20 dB,置于滤波器前端可有效抑制线缆耦合干扰,保护终端设备。
基于极化转换超表面的宽带低雷达散射截面缝隙天线阵
潘晨清, 周东方, 刘起坤, 张毅, 吕大龙, 张德伟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210197
[摘要](38) [HTML全文](33) [PDF 1527KB](6)
摘要:
提出了一种利用极化转换超表面(PCM)来缩减雷达散射截面(RCS)并保持缝隙天线阵列辐射特性的新型天线,在不影响天线性能的情况下实现了天线的宽带RCS缩减。该PCM由45°倾斜的开槽矩形贴片周期排布构成,它被放置在缝隙阵列天线的上表面,起到RCS缩减的功能。分析了RCS缩减的特点和原理,仿真和实验结果表明,带有PCM的缝隙天线阵在x极化和y极化波冲击下,单站RCS缩减带宽为8.0~21.8 GHz。同时天线的辐射特性在阻抗带宽、增益和辐射模式等方面都能保持良好性能。
基于吸聚一体的低散射传输型透镜设计
胡嫁琪, 李震宇, 王祖鑫, 尚玉平, 王思豪, 廖成
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210169
[摘要](58) [HTML全文](28) [PDF 2883KB](8)
摘要:
通过传输型超表面透镜与电路模拟雷达波吸收器的集成设计,提出了一种兼具透射波前变换与带外雷达散射截面减缩特性的微波复合材料设计方法。透镜采用亚波长分布的周期性单元,由梯度相位补偿对透射波进行调节,进而获得平面波前与球面波前之间的互易变换。并且,使用透镜在波前变换频带以外低频端的反射特征,结合单个有耗层设计,构造了电路模拟吸波器。选用一副缝隙耦合馈电的微带贴片天线单元作为初级馈源天线,观察到复合材料的波前变换特性可在宽频带范围内产生主瓣增益增强效果。与透镜相比,电路模拟吸波器的引入使得复合材料针对TE与TM极化分别可在130.68%与155.11%的频率范围内获得雷达散射截面减缩效果。通过全波模拟和实验测量,验证了辐射增益增强与雷达散射截面减缩效果,表明了复合材料吸聚一体设计的有效性。
基于试验结果的电磁兼容性量化表征技术研究
陈鑫, 邱扬, 田锦, 左江江, 陆希成, 杨春, 徐亮, 赵仁仲
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210138
[摘要](35) [HTML全文](32) [PDF 1243KB](1)
摘要:
以装备电磁兼容性量化需求出发,根据电磁兼容试验数据的特点,将试验结果分为EMI类和EMS两种类型进行分析,提出了EMI和EMS两类试验结果量化表征方法并构建了数学模型。针对EMI类试验数据特点,通过超标数据占比和超标特征两个维度完成了EMI数据的量化表征模型构建;针对EMS类试验结果仅为定性描述这一特点,结合试验过程中的敏感现象,从干扰源及敏感频段两个维度进行量化表征模型构建,通过软件实现了相关量化模型,并通过试验结果量化算例予以验证。以试验结果开展的量化表征研究工作,获得了试验项目的数学量化模型,实现了基于国军标试验标准的电磁兼容试验结果量化表征。
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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封面目录
《强激光与粒子束》2021年33卷第9期封面目录
[PDF 2570KB](1)
强激光物理与技术
大功率780 nm半导体激光器的设计与制备
何林安, 周坤, 张亮, 李弋, 杜维川, 胡耀, 高松信, 唐淳
2021, 33: 091001.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210099
[摘要](41) [HTML全文](32) [PDF 955KB](6)
摘要:
设计并制备了一款780 nm半导体激光器,并进行了外腔反馈锁模研究。利用金属有机化学气相沉积技术制备了激光器外延层,采用GaAsP/GaInP作为量子阱/波导层有源区,限制层采用低折射率AlGaInP材料。采用超高真空解理钝化技术,在激光器腔面蒸镀无定形ZnSe钝化层。未钝化器件在输出功率2.5 W时发生腔面灾变损伤(COD),钝化后器件未发生COD现象,电流在10 A时输出功率10.1 W,电光转换效率54%。体布拉格光栅(VBG)外腔锁定前后,器件的光谱半峰全宽分别为2.6 nm和0.06 nm,VBG变温调控波长范围约230 pm。
大口径反射镜低应力夹持技术
郑胜亨, 马文静, 杨英, 曹庭分, 陈晓娟, 郭雨源, 廖予祯, 张鑫, 韩伟, 邓学伟, 胡东霞
2021, 33: 091002.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210176
[摘要](87) [HTML全文](58) [PDF 1369KB](11)
摘要:
高功率固体激光装置对大口径反射镜附加波前畸变和姿态稳定提出了苛刻的要求,在确保姿态稳定性的同时,要求低应力夹持使附加波前畸变峰谷值(PV值)<λ/3, 波长λ=633 nm。提出了一种正面三点支撑结合侧面八点限位的大口径反射镜夹持技术,对该夹持结构下引起的附加波前畸变进行了仿真和实验研究,并对反射镜姿态稳定性进行了不同工况下的实验模拟。结果表明,该夹持方式引入的附加波前畸变PV值约为23.6 nm,振动、晃动、翻转不同工况下反射镜指向变化PV值小于50 μrad,附加波前畸变和姿态稳定性均满足高功率激光装置的要求。
基于多反应通道的高产额激光中子源实验研究
崔波, 张智猛, 戴曾海, 齐伟, 邓志刚, 黄华, 贺书凯, 王为武, 滕建, 张博, 刘红杰, 陈家斌, 肖云青, 吴笛, 马文君, 洪伟, 粟敬钦, 周维民, 谷渝秋
2021, 33: 091003.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210330
[摘要](23) [HTML全文](15) [PDF 1140KB](1)
摘要:
基于超短超强激光的短脉冲中子源是实现超快中子探测的理想中子源。如何提升中子产额是目前短脉冲激光中子源实现应用需求亟需解决的关键问题。提出基于靶背鞘场加速机制和束靶反应方案,采用LiD复合组分靶作为中子转换体,可以有效提升激光中子产额。与常规的LiF转换体相比,除了p-Li和d-Li两个反应道之外,LiD转换体可以多出p-D和d-D两个反应道,因此可充分利用激光加速的质子和氘离子的多反应通道优势来提升中子产生概率。实验结果表明,相比于LiF转换体,LiD转换体可带来中子产额2~3倍的提升,达到5.2×108 n/sr的最高中子产额,并具备更好的前冲性。实验还区分了多反应通道的贡献,证明中子产额提升主要来自于p-D反应。
离轴八程放大器自动准直技术研究(英)
陈知非, 姚轲, 范琛, 唐军, 吕梦洁, 卢振华, 高松, 谢旭东, 傅学军, 范孟秋, 郑奎兴, 陈波, 彭志涛, 冯斌
2021, 33: 091004.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210207
[摘要](30) [HTML全文](19) [PDF 934KB](0)
摘要:
We present a technical research experimentally demonstrating automated alignment on off-axis eight-pass laser amplifier, the mentioned technique aims to replace manual alignment method with automatic alignment system on the multipass complex laser amplifier, of which the efficiency, accuracy, and output beam quality would get spectacularly improved. This technique realizes precise reference mark of pinhole spatial centre position in the spatial filter of off-axis eight-pass laser amplifier via main laser lighting and image relaying system. And the far-field facula is processed by edge detection so that the beam pointing centre is obtained. Based on difference between beam centre position and reference, we realizes closed loop automated alignment on the amplifier system via two-dimensionally controlling specific reflector frames. Additionally we indicate that the experimental results of the research fairly satisfied requirements for efficiency and accuracy of off-axis eight-pass laser amplifier, and verified feasibility of the alignment technique applied in the amplifier as well.
低损耗宽带近零色散高非线性光子晶体光纤设计
杜海龙, 郑义, 庞学民
2021, 33: 091005.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210221
[摘要](27) [HTML全文](14) [PDF 1638KB](2)
摘要:
提出了一种兼具低损耗、宽带近零色散和高非线性的光子晶体光纤结构,该结构光纤包层空气孔直径从纤芯向外层方向渐进增加;应用多极法,通过改变包层空气孔间距Λ、各层空气孔直径和空气孔层数Nr,对光子晶体光纤色散、损耗和非线性特性进行分析,获得了各特性随包层结构参数变化的规律,并最终设计出最佳结构参数。计算结果表明,该结构光纤存在3个零色散点,在1.25~1.55 μm较宽的波长范围内,色散值波动小于0.27 ps·nm−1·km−1,色散斜率小于0.008 ps·km−1·nm−2,1.55 μm波长处损耗为0.021 dB/km,在常用的飞秒激光泵浦波长0.8,1.06,1.55 μm处非线性系数分别达到78.6,60.4,38.2 W−1·km−1
超声振动对于激光烧蚀铝表面温度场仿真分析
王岩, 殷杰, 董颖怀, 李跃华, 程子政, 赵静楠, 杨硕
2021, 33: 091006.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210160
[摘要](8) [HTML全文](8) [PDF 1223KB](0)
摘要:
针对超声振动对于激光烧蚀铝表面温度场的影响,建立了三维数值模型,利用ANSYS软件对超声振动辅助激光烧蚀金属铝的温度场进行了数值模拟。通过对比不同激光扫描速度、超声振动频率下激光相邻两个光斑温度场随时间的变化,发现相邻光斑的温度、尺寸以及位置均发生改变。数值研究表明,随着激光扫描速度的增加,激光扫描到相同位置的最大温度降低,而且凹坑的深度逐渐变浅;由于超声振动引起的介质分子位移,当超声振动频率为15 kHz时,凹坑温度发生了明显的下降且凹坑位置在振动方向发生了错位,这有利于产生新的激光作用轨迹。
惯性约束聚变物理与技术
高灵敏高稳定的碘化铯阴极密封式分幅变像管研制
杨阳, 朱炳利, 缑永胜, 陈震, 白晓红, 秦君军, 白永林, 刘百玉, 徐鹏, 王博, 曹伟伟
2021, 33: 092001.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210192
[摘要](65) [HTML全文](40) [PDF 1119KB](2)
摘要:
为解决采用Au光电阴极、开放式结构的分幅变像管探测效率低、稳定性差的问题,研制了一种采用CsI光电阴极的密封式分幅变像管。为了对比不同光电阴极对X射线的响应强度,密封式分幅变像管制作有一条Au微带阴极和一条CsI微带阴极。完成了密封式分幅变像管的结构设计、工艺制作和实验测试。研究结果表明:当加载半高宽度200 ps、幅值−2.7 kV的选通脉冲时测得其时间分辨为65 ps;在非单色高能X射线源照射下,CsI阴极的静态响应强度是Au阴极的3.4倍;大气环境中存储1000 h后密封式分幅变像管的静态响应强度仅降低到完成制作时的83%。上述结果表明采用CsI阴极的密封式分幅变像管具有更高的探测效率和稳定性,可有效提升X射线分幅成像质量和可靠性。
靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术
樊婷, 马小军, 王宗伟, 王琦, 何智兵, 易勇
2021, 33: 092002.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210179
[摘要](29) [HTML全文](15) [PDF 888KB](0)
摘要:
为了精密检测靶丸壳层厚度及其分布数据,开展了靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术研究。介绍了靶丸壳层的白光反射光谱及其光谱数据处理方法(极值法、峰值拟合法、干涉级次校正法等)的基本原理,搭建了基于白光反射光谱的精密回转轴系测量装置;开展了GDP靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量、数据处理和可靠性验证实验,获得了靶丸壳层厚度圆周分布曲线。结果表明,基于峰值拟合法和干涉级次校正的白光反射光谱技术可实现靶丸壳层厚度及其分布的准确测量,其测量误差小于0.1 μm。
高功率微波技术
晚期HEMP作用下铁路牵引供电系统GIC算法研究
高志伟, 周于翔, 朱思熠
2021, 33: 093001.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210061
[摘要](54) [HTML全文](29) [PDF 1145KB](3)
摘要:
高空核爆电磁脉冲晚期效应(E3)会引起地磁场剧烈变化并形成地面感应电场。感应电场等效为激励源与地面长距离导体和大地构成回路,产生地磁感应电流 (GIC)。GIC可引起牵引供电系统中变压器直流偏磁,从而严重威胁牵引供电系统的安全运行。本文基于平面波理论、分层大地电导率模型并结合牵引供电系统的电路模型,提出E3作用下的牵引供电系统GIC算法,并以带回流线的直接供电方式的铁路牵引供电系统为例,首次计算了系统GIC情况。结果表明,该供电方式下牵引供电系统中的GIC远大于系统中变压器等设备的耐受值,为进一步研究E3作用下牵引供电系统效应及我国铁路设备选型、灾害防治等提供支撑。
毫米波回旋速调管放大器的自洽非线性数值模拟
张点, 安晨翔, 张军, 张建德, 钟辉煌
2021, 33: 093002.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210129
[摘要](29) [HTML全文](14) [PDF 892KB](1)
摘要:
为了实现回旋速调管放大器的快速设计,基于经典的回旋管的稳态单模非线性理论方法,开展了回旋速调管放大器的束波作用效率的理论模拟研究。由于单模理论无法匹配回旋速调管放大器的输入腔、中间腔两端的突变边界条件,所以输入腔与中间腔都只能采用给定场法进行求解。回旋速调管的输出腔的功率输出端通常采用缓变结构,这种腔体可以采用单模自洽理论进行求解。对两腔毫米波回旋速调管放大器进行了理论模拟,并与商业粒子模拟软件的结果进行对比,验证了该数值理论模拟方法的有效性。
地面与卫星太赫兹通信高频大气窗口分析
曹相春, 郝建红, 赵强, 张芳, 范杰清, 董志伟
2021, 33: 093003.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210186
[摘要](108) [HTML全文](53) [PDF 1108KB](3)
摘要:
较大的传输路径损耗限制了太赫兹无线通信在大气中的传输距离,要想实现地面与卫星之间太赫兹波的长程传输,必须先找到低衰减的大气透明窗口。本文结合我国大气分布特点,通过大气辐射传输模型工具am(atmospheric model)对大气吸收衰减建模进行分析,从中选定适合我国地面与卫星太赫兹通信的理想地基站点;利用真实大气数据和分层传输理论,计算了地面与卫星之间太赫兹通信的总路径损耗,结合信号发射功率、天线增益、信噪比、噪声功率值和相应的路径衰减阈值,给出了天线增益分别为0~100 dBi时10~15 THz频段内的总可用带宽和大气窗口;通过将高海拔平台作为地面与卫星之间太赫兹通信的中继链路,给出了1~15 THz频段内的可用大气窗口,为我国地面与卫星通信链路的建立、地基站点和通信频段的选取提供了理论和数值参考。
多脉冲磁绝缘线振荡器阴极释气电离仿真研究
杨郁林, 董志伟, 孙会芳, 杨温渊, 张芳
2021, 33: 093004.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210121
[摘要](88) [HTML全文](55) [PDF 1453KB](5)
摘要:
在磁绝缘线振荡器(MILO)阴极释气电离物理建模技术以及三维自洽运算基础上,研究了残存气体脉冲缩短,并分析了释气电离对多脉冲MILO运行的影响。把多脉冲释气分为脉冲内阴极释气脉间残余气体累积两个部分,研究了不同释气率以及残余气体对整个器件的运行产生影响。计算结果表明,多脉冲运行MILO最主要影响因素是释气后电离产生的正离子,当正离子密度超过发射电子密度时,束波互作用被破坏。
无线通信系统电磁脉冲传导防护组件设计与有效性试验验证
杜传报, 毛从光, 崔志同, 孙东阳, 郝佳, 吴伟, 陈伟, 吴志强, 邱扬
2021, 33: 093005.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210155
[摘要](57) [HTML全文](47) [PDF 1548KB](4)
摘要:
为提高甚高频无线通信系统的抗高空电磁脉冲能力,基于易损性分析结果,确定了瞬态泄流和稳态滤波联合防护的设计思路以及设计指标,并研制了防护样件。使用20 ns/500 ns传导注入波形开展防护组件脉冲注入试验,比系统原始防护器残余电流峰值减小60%,启动时间缩短75%,作用时间缩短80%,注入波形低频能量限制(20 MHz以下)提高1个量级;以某甚高频无线通信系统为被试品,开展了防护组件加固验证试验,防护组件残余电流控制在10 A水平以下,被试系统功能和性能指标正常,验证了防护组件设计的有效性。
电子束长程传输中离子通道的振荡特性研究
薛碧曦, 郝建红, 赵强, 张芳, 范杰清, 董志伟
2021, 33: 093006.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210187
[摘要](81) [HTML全文](67) [PDF 1385KB](3)
摘要:
离子通道可以有效抑制电子束在等离子体环境内传输过程中的径向扩散,已有工作研究了离子通道对电子束的影响,但离子通道建立过程和暂态特性研究则更有助于理解和利用离子通道在电子束长程传输中的作用。本文利用PIC方法对离子通道的时空分布进行二维模拟,并基于单粒子理论推导出描述离子通道振荡的解析模型,对上述两种模型的结果相互校验。上述模型的计算结果表明,在长程传输过程中,相对论电子束在等离子体内部建立的离子通道是持续周期振荡的,电子束密度、电子束初始半径以及环境等离子体密度都会对离子通道的振荡规律产生影响,针对不同的等离子体环境选择合适的电子束参数可以有效提高离子通道的稳定性,进而提升传输过程中电子束的束流质量。
连续调谐太赫兹回旋管非稳定振荡状态研究
赵其祥, 冯进军, 吕游, 郑树泉, 张天钟
2021, 33: 093007.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210205
[摘要](148) [HTML全文](57) [PDF 3029KB](13)
摘要:
太赫兹回旋管可实现高功率输出,并具有一定的频率调谐范围,是核磁共振波谱系统理想的高功率太赫兹辐射源。设计了263 GHz,TE5,2基波连续调谐回旋管,通过磁场调节实现频率调谐范围为1.39 GHz,利用时域多模多频自洽非线性理论对设计的连续调谐回旋管非稳定振荡状态进行了研究。结果表明,在低次纵向谐波模式工作磁场范围内,当工作电流大于起振电流时,连续调谐回旋管先进入稳定状态,高次纵向谐波模式被抑制,工作模式TE5,2的输出功率随时间不变;当电流增大,纵向谐波模式间的竞争引起回旋管由稳定状态进入到非稳定振荡状态,工作模式TE5,2的输出功率随时间呈振荡变化且互作用效率大大降低;随着电流的进一步增大,回旋管又回到与低电流不同的稳定状态,互作用效率进一步降低。同时发现非稳定振荡状态的起始电流随着磁场增加而增大。本研究对需工作于稳定状态的面向DNP-NMR应用的连续调谐太赫兹回旋管的研制具有一定指导意义。
粒子束及加速器技术•综述
机器学习在大型粒子加速器中的应用回顾与展望
万金宇, 孙正, 张相, 白宇, 蔡承颖, 储中明, 黄森林, 焦毅, 冷用斌, 李标斌, 李京祎, 李楠, 卢晓含, 孟才, 彭月梅, 王生, 张成艺
2021, 33: 094001.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210199
[摘要](64) [HTML全文](27) [PDF 1491KB](16)
摘要:
机器学习技术在近十几年发展迅猛,并被广泛地用于解决复杂的科学和工程问题。最近十年间,基于机器学习的粒子加速器相关研究也开始呈现出井喷式发展趋势。国际上许多加速器实验室开始尝试用机器学习和大数据技术处理加速器中的海量复杂数据,以期解决加速器及其子系统中的诸多物理和技术问题。不过,迄今为止,机器学习在加速器中的应用仍处于初步探索阶段,不同机器学习算法在解决具体加速器问题的效果及其适用范围尚待摸索,机器学习在实际加速器中的应用仍非常有限。因此,有必要对加速器领域中的机器学习研究做一个整体回顾和总结。将回顾机器学习在大型粒子加速器(以储存环加速器和直线加速器为主)中的加速器技术、束流物理以及加速器整体性能优化等研究方向中已取得的研究成果,并探讨机器学习在加速器领域的未来发展方向和应用前景。
粒子束及加速器技术
光阴极微波电子枪驱动激光整形与传输系统(英)
李成, 汪文星, 李伟伟, 张浩然, 姜世民, 高攀云, 何志刚, 张善才
2021, 33: 094002.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210091
[摘要](25) [HTML全文](13) [PDF 1086KB](6)
摘要:
To meet the requirements of Hefei Advanced Light Facility (HALF) for high quality injection beam, a photocathode RF gun is developed as the electron source of the injector in the R&D project. To obtaining an electron beam with high qualities, it is necessary to carry out experimental research on drive laser shaping and transport system. For suppressing the beam emittance growth caused by space charge force, the temporal pulse shape is modified by using birefringent crystals, while an aperture is used for spatial pulse shaping. An optical image transport system is designed to achieve high stability of the laser beam position on the photocathode. Detailed design of the optical system is presented in this paper. The experimental result shows that a quasi uniform distribution in the three-dimensional space of laser pulse is obtained, and the laser beam position jitter on the photocathode is less than 4 µm. The performance of the laser pulse meets the experiment requirements.
新型金属丝靶电子源实验研究(英)
殷佳鹏, 远晓辉, 周祖圣, 裴国玺, 刘圣广
2021, 33: 094003.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210244
[摘要](37) [HTML全文](20) [PDF 1074KB](8)
摘要:
Electron source generates electron bunch and dominates the electron beam quality for an accelerator. We put forward a novel mechanism of electron source in this paper. A great amount of hot electrons with several hundred keV can be generated during the interaction process between high power laser and metal wire, and some of them fly forward along the wire, guided by EM field. We generate electron beam and measure beam parameters downstream the Au wire, W wire and Cu wire experimentally. 3 nC electrons can be collected by a Faraday-cup for a single shot. Electron energy spectrum is between 0−240 keV continually, and there is a density peak at 100 keV. RF buncher cavity can be used to compress the bunch length short enough for further RF acceleration in main accelerator. Start-to-end simulation has been done with ASTRA code. Electron beam with 55 ps length and 1 nC charge is injected into a 2-cell RF buncher cavity, it can be compressed into 27 ps long, which satisfies the general requirement of the main accelerator on the electron source.
数字束流位置探测器通道自动增益校准方法的研究与实现
高国栋, 曹建社, 刘智, 杜垚垚, 叶强, 麻惠洲, 随艳峰, 岳军会, 何俊, 徐韬光, 杨静, 张醒儿, 唐旭辉, 魏书军
2021, 33: 094004.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210202
[摘要](86) [HTML全文](55) [PDF 1094KB](9)
摘要:
在现有硬件基础上,基于BPM测量准确度的需求,在自制的电子学FPGA芯片内,通过Verilog语言实现了一种数字BPM采样数据增益自动校准的设计。首先介绍了自动增益校准模块的系统总体设计;然后对模块的实现方法做了详细说明,设计并搭建了ADC数据自动增益校准测试平台以验证自动增益较准模块的功能;最后介绍了该设计在BPM通道标定中的应用。实验结果表明,该方法可以实现4通道增益一致,使ADC采样后的数据幅度相同,有效解决了由通道增益不一致引起的测量偏差,以及工程应用中ADC数据幅度校准工作量大且难于操作的问题,将在BPM系统通道自动标定中发挥重要作用。
基于新型安全架构的HEPS插入件安全控制系统
赵述涛, 曹建社, 陆辉华, 孙舒晨, 巩克云, 孙亚军, 张祥镇, 李啸宇, 张磊, 李煜辉, 李志强, 陈宛, 龚玲玲, 郭青, 黄永胜, 杨燕伟
2021, 33: 094005.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210087
[摘要](19) [HTML全文](12) [PDF 1088KB](0)
摘要:
高能同步辐射光源(HEPS)插入件控制系统的主要功能是实现插入件磁间隙的开合运动控制。插入件控制系统的安全运动对插入件、储存环和光束线站的设备和人员安全至关重要。针对HEPS插入件控制系统的安全需求,研究了工业安全设计的标准和规范,在国内外同类型插入件控制系统中首次设计和实现了基于新型安全架构的安全系统。安全系统的设计和实施符合国际安全标准,并达到了安全完整性三级的高安全等级。该系统已成功应用在HEPS测试束线低温波荡器中,并完成了系统性的测试。测试结果表明,HEPS插入件安全系统实现了所有预期的安全指标,达到了高安全等级工业控制系统的标准。
脉冲功率技术
电磁脉冲模拟装置用3 MV中储电容器的研制
陈志强, 谢霖燊, 贾伟, 何小平, 汤俊萍, 陈维青
2021, 33: 095001.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210195
[摘要](896) [HTML全文](49) [PDF 1091KB](18)
摘要:
介绍了一台大型垂直极化有界波模拟装置所用中间储能电容器(简称中储电容器)的设计过程和实验结果。电容器采用基于元件和组件的模块化设计,呈锥台状结构,支撑壳体为真空工艺玻璃钢材料。电容器容值由模拟装置等效的二级脉冲压缩回路决定,取值为1.8 nF。电容器内部绝缘介质为十二烷基苯,外部绝缘介质为45#变压器油,设计耐压3 MV,其绝缘长度主要由元件的体绝缘特性决定。采用三维电磁仿真软件估算中储电容器与中储开关构成回路的电感为659 nH,接近于实测数据623 nH。电容器上脉冲电压的测量通过对电容器电流进行积分来获取,而电流的采集采用封装在SF6气体中的3个膜电阻并联后所构成测量模块实现。实际运行数据表明,中储电容器容值达到设计值,测量探头标定系数稳定,在工作电压3.1 MV条件下未发生绝缘问题。
50 MW速调管用分数比脉冲调制器
李运海, 郭翔, 杨荣, 阮征, 童义, 谢晓峰
2021, 33: 095002.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210220
[摘要](57) [HTML全文](36) [PDF 1324KB](6)
摘要:
研制了一套S波段50 MW速调管用分数比脉冲调制器,具有脉冲变压器变比1∶300、初级电源电压1.25 kV、输出峰值功率113 MW等特点。分数比脉冲调制器属于加法器式固态调制器的类型,其原理为分开铁心使其磁场感应叠加,再高变比脉冲变压器升压。利用1∶60的高变比升压脉冲变压器技术,实现了初级单元电路为较低工作电压、各组件模块化、放电单元接地等优点,同时实现了脉冲变压器初级低漏感值、次级绕组低分布电容值、放电单元及传输回路低电感值。工程样机测试结果为输出脉冲电压大于312 kV、脉冲电流大于360 A、脉冲前后沿小于1.4 μs的高功率全固态脉冲调制器,为国内工业辐照加速器、自由电子激光加速器等需要高稳定射频功率源的应用提供一种解决方案。分数比脉冲调制器具有输出脉冲宽度可较大范围调节,可以适应负载阻抗的较大范围变化,无线性调制器中使用的氢闸流管的寿命限制,较低工作电压的高运行可靠性等优点。
核科学与工程
CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计
黄荣林, 傅鹏, 黄连生, 许留伟, 高格, 何诗英
2021, 33: 096001.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210088
[摘要](72) [HTML全文](50) [PDF 1122KB](2)
摘要:
聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)超导磁体电源兼具大电流稳态运行、高功率脉冲运行和瞬态故障抑制能力的需求。换流变压器的短路阻抗与超导磁体电源的特性密切相关。为了优化超导磁体电源的性能,基于交直流系统的参数和换流变压器的等效电路模型,研究了换流变压器短路阻抗与超导磁体电源的输出电压、谐波电流、短路故障电流和无功损耗的关系。短路阻抗越小,超导磁体电源的额定输出电压越高,无功损耗越小,这些特性对CRAFT超导磁体电源的性能有利,但是短路故障电流和谐波电流增加,影响电源的短路故障抑制能力和谐波特性。在CRAFT超导磁体电源换流变压器短路阻抗设计时,首先短路阻抗必须满足直流电源的额定输出电压和故障电流抑制能力,其次,由于CRAFT超导磁体电源是多相变流器,仅产生高次特征谐波电流,含量少便于抑制,因而尽量选择较小的短路阻抗。
前沿技术与交叉科学
非相干成像双目视觉系统的误差分析
黄宏疆, 王鑫, 储修祥
2021, 33: 099001.   doi: 10.11884/HPLPB202133.210045
[摘要](25) [HTML全文](17) [PDF 1212KB](0)
摘要:
影响双目视觉系统测量精度的因素很多,目前系统结构参数对测量精度的影响主要有光轴与基线的夹角、基线距离、水平视角、物距以及透镜焦距等。由于孔径尺寸直接影响成像分辨率,是决定双目视觉测量精度的核心因素,因此依据非相干成像理论,对双目成像过程进行仿真和实验,采用加速鲁棒特征算法对所成的图像对进行特征提取与匹配,获取其视差值,并且计算其视差均方根误差来表征系统误差。研究结果表明,系统误差随着透镜孔径大小的增大而减小,并且趋于饱和。该研究可以为双目系统设计过程中系统参数和孔径尺寸的选取提供理论和实验依据。