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低杂波电流驱动阴极高压电源系统的优化与实现
芮军辉, 高宗球, 郭斐, 黄懿赟, 张健
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200152
[摘要](1) [HTML全文](3) [PDF 1247KB](0)
摘要:
4.6 GHz 低杂波电流驱动(LHCD)是EAST托卡马克装置辅助加热系统的重要组成部分。其阴极高压直流电源基于脉冲阶梯调制(PSM)技术,采用64个直流模块串联输出50 kV直流电压。单模块的调制频率设计为50 Hz,故而系统调节速度有限,面对实际运行中网侧电压波动引起的干扰时,电源无法做出更快速的响应与反馈调节,从而导致输出电压产生大幅波动,影响输出性能。为提高电源调节速度和抗干扰能力,设计了具有1 kHz调制能力的高频整流模块以替代部分原低频模块,利用高频模块的快速调节能力抑制输出电压的波动。实验结果表明,升级后的电源输出电压波动减小了50%,更好地满足速调管对于电压精度和稳定度的控制要求,保障了系统运行的可靠性。
库伦碰撞截面在等离子体粒子模拟中的应用
宋萌萌, 周前红, 孙强, 杨薇, 董烨
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.210179
[摘要](7) [HTML全文](6) [PDF 1715KB](0)
摘要:
在等离子体粒子模拟中,TA模型和NanBu模型被广泛用于处理库伦碰撞,这两种模型要求每个时间步长内全部粒子参与计算。为了降低参与碰撞的粒子数,提高库伦碰撞的计算效率,提出了一种基于截面的库伦碰撞模拟方法,并给出了库伦碰撞概率的计算公式。采用该方法对不同温度不同密度电子气的弛豫过程进行模拟,分别对比了电子速度分布函数、电子温度以及电子xy方向上的温度与电子温度之比的模拟值与理论值,验证了该方法的准确性。在相同的小时间步长上,该方法相比TA模型计算效率提升可达40%以上。对于较大的时间步长,该方法仍能得到与理论解近似的模拟结果,相比Nanbu模型,在相同的精度下可取更大的时间步长,计算效率也有所提升。研究表明,该方法同样适用于电子-离子碰撞。因此在提高库伦碰撞计算效率上,该方法具有碰撞粒子数少以及适用于大时间步长的优势。
大功率宽频带G波段三次谐波放大器设计研究
李亚南, 刘世硕, 蔡军
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200251
[摘要](6) [HTML全文](6) [PDF 1104KB](0)
摘要:
针对G波段真空电子器件对大功率、宽频带信号源的需求,开展了G波段三次谐波放大器研究。该放大器利用E波段行波管非线性互作用中的三次谐波电流,通过级联谐波互作用段实现G波段电磁波放大。高性能、实用化G波段宽频带大功率源的设计方案采用非半圆弯曲波导边界折叠波导,利用微波管模拟器套装(MTSS)软件对G波段三次谐波放大器进行模拟优化,结果显示,器件在15 GHz范围内可实现谐波输出功率>3.6 W,转换增益>33.3 dB,电子效率>0.36%。与其他工作在该频段的小型化太赫兹辐射源相比,谐波放大器在输出功率和带宽方面性能优越,为后续开展G波段三次谐波放大器的实际研制工作提供了设计基础。
基于平均二次电子发射系数的航天器表面起电特征分析
方庆园, 王通, 季启政, 冯娜, 刘卫东
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200149
[摘要](6) [HTML全文](7) [PDF 876KB](0)
摘要:
为了进一步贴近航天器表面起电环境以得到更加可信的分析结果,针对航天器在恶劣充电环境下的表面起电问题,考虑空间等离子体双麦克斯韦分布情况,建立了基于平均二次电子发射系数的航天器表面起电阈值方程,可在入射电子能量连续分布情况下定量分析航天器表面起电特征,其中双麦分布可更好地描述磁层亚爆期间的恶劣充电环境。经过理论分析,归纳出双麦分布下的两种典型等离子体状态。通过仿真计算,得到了在两种典型等离子体状态下航天器表面电位随等离子体浓度和温度变化的特征。结果表明:电子温度越高,表面负带电电位越高,充电越严重,与此同时,双麦分布下等离子体两种电子组分的浓度比值对带电结果有重要影响。
雷电电磁脉冲对典型机载GPS模块的损伤效应研究
张万里, 史云雷, 何勇, 沈杰, 潘绪超, 方中, 陈鸿
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200264
[摘要](16) [HTML全文](8) [PDF 1969KB](1)
摘要:
为研究雷电电磁脉冲对典型无人机机载GPS模块的损伤效应,通过仿真模拟和试验分析相结合的方法,获取了对GPS模块受雷电电磁脉冲暂态干扰与永久损伤过程的认识,并获得了相应端口的损伤阈值。基于对雷电流特性的分析结果,利用CST仿真模拟了雷击时,无人机内外产生的复杂电磁场环境和GPS模块线缆上耦合产生的感应电压。并对典型机载GPS模块的数据通讯端口进行了雷电脉冲注入试验。研究结果表明:随着雷电脉冲的不断增强,GPS输出波形受到削弱影响的程度不断加重,直至丧失位置信息传输能力并发生物理损伤。GPS数据输入端口的雷电脉冲损伤阈值为314.5 V;GPS数据输出端口的雷电脉冲损伤阈值为235.2 V。
电磁波在非均匀碰撞等离子体中的透射增强效应
聂勇, 闫二艳, 杨浩, 黄诺慈, 陈志国, 郑强林, 鲍向阳, 胡海鹰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200233
[摘要](8) [HTML全文](9) [PDF 1367KB](4)
摘要:
为研究碰撞等离子体对电磁波传输性质的影响,基于电磁波在介质中的传输特性,将等离子体作为一种特殊的介质,针对一定实验条件下的高功率微波(HPM)大气等离子体与一定范围电磁波的透射特性开展了实验、理论及仿真研究。研究发现:S波段HPM在50 Pa真空下形成的等离子体对不同频率的电磁波透射特性具有较大影响,且在一定频率范围内有规律的出现电磁波透射信号增强效应现象;获取了一系列不同频率连续电磁波穿过HPM等离子体区域的透射波形,并对波形进行了归一化处理,在32.4 GHz下,连续电磁波穿过有无等离子体区域的透射系数约有2倍的差异。建立了仿真模型,获得31.5~32.5 GHz范围内透射系数分布曲线图,穿过等离子体的电磁波出现透射增强效应,且在某些频点上出现了约1.9倍的透射增强。该研究成果的获取为HPM大气等离子体在隐身、应急通讯、黑障通讯等方面的应用提供了重要的技术支撑。
先进光源磁铁支撑基座稳定性的实验研究
李春华, 王梓豪, 周宁闯, 董岚, 王小龙, 屈化民
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200201
[摘要](14) [HTML全文](10) [PDF 1085KB](4)
摘要:
基座作为磁铁支架的基础,其制作工艺以及与地面连接固定方式的不同将影响磁铁与支架的稳定性。基于先进光源对磁铁支撑系统稳定性的极高要求,开展了基座安装浇筑实验,选取工程上常用的几种混凝土施工工艺,制作统一外形尺寸的实验件,通过锤击法逐一测试其固有频率,评估其稳定性,得到二次灌浆可有效提高稳定性、环氧基灌浆料获得的稳定性优于水泥基灌浆料等结论。基于固有频率测试结果,以HEPS支撑系统为例分析了不同的基座安装方式对系统模态的影响。
基于螺线管扫描法进行电磁叠加场中热发射度测量的仿真分析
范培亮, 何小中, 杨柳, 魏涛, 江孝国, 李一丁, 张小丁, 王科, 杨兴林
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200197
[摘要](14) [HTML全文](12) [PDF 763KB](0)
摘要:
在一种猝发高重频的X射线自由电子激光(XFEL)装置中,由于受到光阴极注入器内补偿螺线管与电子枪之间特殊结构的限制,阴极附近电场与磁场为叠加状态。实验中需要对阴极热发射度进行测量,测量热发射度常用的螺线管扫描法基于几何发射度不变的前提,无法直接应用于电磁场叠加的结构。针对这一问题,考虑到归一化过程可以剔除电场对发射度的影响,基于此,分析了螺线管扫描法在归一化相空间中的应用,并通过仿真计算与分析,最终证明该方法适用于电磁叠加场中热发射度的测量。
基于新型自耦合非对称阶梯阻抗谐振器的小型化三通带平衡滤波器
张俊杰, 李建兵, 周东方, 刘庆, 王显, 张德伟
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200153
[摘要](7) [HTML全文](3) [PDF 1157KB](2)
摘要:
针对平衡滤波器的高集成度和高选择性的应用需求,基于一种新型自耦合非对称阶梯阻抗谐振器提出了一种具有高选择性的小型化三通带平衡滤波器。首先通过该平衡滤波器的差模和共模等效电路详细分析了其谐振器结构的谐振特性,并利用差模等效电路下的前三个谐振模式来分别实现三个通带。另外通过在电路对称面上加载电容和电阻元件来提高对共模噪声的抑制,且不影响差模频率响应特性。基于提出的多模平衡滤波器结构和设计方法,设计了一个通带频率为2.75/4.46/6.21 GHz的三通带平衡滤波器,并对其进行了加工和测试,结果表明,该结构可以实现紧凑的体积和高选择特性,并且具有很好的共模抑制特性。
基于横向热流抑制的半导体激光芯片封装实验研究
谢鹏飞, 雷军, 吕文强, 高松信, 王昭, 曹礼强, 王丞乾
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200241
[摘要](13) [HTML全文](12) [PDF 1035KB](3)
摘要:
为降低半导体激光芯片的慢轴远场发散角,提高其慢轴方向的光束质量,设计了横向热流抑制的封装结构。利用热沉间的物理隔离,削弱了半导体激光芯片慢轴方向上的温度梯度,有效降低了半导体激光芯片慢轴方向的发散角。采用热分析模拟了不同封装结构下芯片发光区的温度分布,并对波长915 nm的窄条宽半导体激光芯片进行封装。实验结果表明,在工作电流15 A,封装在隔离槽长4 mm,脊宽120 um刻槽热沉上的芯片,其慢轴远场发散角由12.25°降低至10.49°,相应的光参量积(BPP)由5.344 mm·mrad 降低至4.5763 mm·mrad,慢轴方向亮度提升了约5.5%。实验结果表明,横向热流抑制的封装结构可以有效地削弱半导体激光芯片慢轴方向上由热透镜效应引起的高阶模激射,从而降低其慢轴远场发散角。
分布式阻抗末端加载的TEM喇叭天线设计
原艳宁, 冯强, 易超龙, 席晓莉
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200198
[摘要](18) [HTML全文](28) [PDF 1221KB](2)
摘要:
基于功率容量和口径匹配扩展低频工作带宽两方面的考虑,设计了一种具有分布式阻抗末端加载结构的超宽带TEM喇叭天线。首先,对渐变式同轴-平板的巴伦结构进行了优化设计,扩展了馈电结构的工作带宽,提高了馈电效率;其次,对指数型TEM喇叭天线末端进行了分布式阻抗的匹配设计,其端口特性和辐射特性均得到了明显改善,并采用功率方向图和能量方向图对天线的辐射效果进行评估。实验结果表明,相对于指数型TEM喇叭天线,加载分布式阻抗匹配末端结构后,天线低频带宽展宽了330 MHz,天线主轴辐射电场峰峰值提高了10%,馈电效率提高了17%。
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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大于500 W非水冷光纤包层光剥离器
刘玙, 李敏, 黄珊, 吴文杰, 冯曦, 沈本剑, 宋华青, 陶汝茂, 王建军, 景峰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200182
[摘要](34) [HTML全文](14) [PDF 1024KB](0)
摘要:
为实现高功率光纤包层光剥离器被动冷却,需要同时对光纤和封装壳体进行有效热管理。采用一种基于铁氟龙毛细管分段化学腐蚀光纤的制备技术,使用紫铜作为壳体材料,并通过有限元分析算法对壳体温度场进行仿真计算,对壳体各个结构参量进行优化分析,设计了满足500 W散热能力的包层光剥离器,并开展了实验验证。研究结果表明,采用铁氟龙管分段腐蚀法,包层光剥离比达到23.7 dB,光纤裸纤上的功率温升速率仅0.007 ℃/W。采用优化设计的壳体,在540 W功率注入下,包层光剥离器使用水冷冷板冷却可以连续出光,壳体最高温度58.7 ℃,使用相变冷板冷却可以单次安全出光50 s,壳体最高温度80 ℃。此研究结果可以为高功率光纤激光设计与研发提供重要参考。
中心波长1080 nm的高功率光纤光栅研制与测试
宋华青, 刘玙, 黄珊, 冯曦, 王建军, 陶汝茂
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200181
[摘要](35) [HTML全文](26) [PDF 928KB](3)
摘要:
介绍了基于紫外光侧写和相位掩模法制作双包层光纤光栅的工艺,制作了一对中心波长1080 nm的光纤光栅,测试光谱得到其反射谱带宽分别为2 nm和1 nm。采用自制的光纤光栅搭建了一个高功率光纤振荡器,得到最高502 W的激光输出,并测试了输出激光的光谱和光束质量。
Z箍缩诊断系统的触发和抗干扰技术
周少彤, 黄显宾, 任晓东, 王昆仑, 徐强, 张思群
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200200
[摘要](21) [HTML全文](27) [PDF 800KB](3)
摘要:
通过对时间关联信号的筛选、转换和延时等方法建立了用于8 MA脉冲功率装置上Z箍缩实验中诊断设备的触发网络,其输出触发信号与被测X射线之间的时间抖动小于2 ns,满足了纳秒级的诊断时间同步要求。采用屏蔽、接地等有效措施基本消除了放电产生的强电磁环境以及其它杂散信号对触发线缆和诊断设备的干扰,保证了诊断设备的正常工作和实验数据的质量。
CSNS/RCS脉冲电源均匀传输线障碍点分析
翟军, 陈裕凯, 李海波, 周国仲, 沈莉
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200107
[摘要](32) [HTML全文](13) [PDF 787KB](1)
摘要:
通过研究均匀传输线特征阻抗失配原理,发现传输电缆特征阻抗失配会导致负载终端励磁电流幅值发生畸变。对电源主电路关键参数进行分析,发现均匀传输线匹配阻抗失配会造成磁铁处励磁电流幅值变小,上升时间变短。建立均匀传输线障碍点等效模型,推导出脉冲电源传输线障碍点处反射系数,对串联电阻和并联电阻障碍点深入分析,发现传输线特征阻抗失配,会导致匹配负载处有功功率减小。最后通过高压电缆被击穿故障使其得以验证。
波导型高功率微波输能窗的研究进展
张雪, 王滔, 俞倩倩, 王勇
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200257
[摘要](15) [HTML全文](6) [PDF 2494KB](0)
摘要:
波导型高功率微波输能窗是高功率速调管和高能粒子加速器的关键部件,输出窗高频击穿是引起高功率速调管失效的一个重要因素。综述了国内外电真空领域波导型输能窗的研究进展,介绍了传统盒型窗的研究现状、工艺要求和击穿机理;介绍了锥型窗、行波窗、复合模窗以及过模窗等新型输能窗的设计特点,给出了改变窗片材料属性、改变窗片表面形态、窗片边缘倒角、外置直流电场/直流磁场、改变信号波形等击穿抑制技术的研究进展。
基于嵌入式EPICS的中子监测仪研制
朱文超, 林汉尚, 周泽然, 蒋诗平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200168
[摘要](33) [HTML全文](27) [PDF 1060KB](4)
摘要:
针对合肥光源(HLS-Ⅱ)辐射防护与安全需求,且合肥光源的控制系统是基于EPICS架构,为减少辐射监测系统中间的环节,提高合肥光源人身安全联锁可靠性,研制了基于嵌入式EPICS控制系统的中子监测仪。中子监测仪的关键部件-探测器选用BF3针对合肥光源(HLS-Ⅱ)辐射防护与安全需求,研制了基于嵌入式EPICS的中子监测仪,用于场所与环境辐射场中子的监测。合肥光源的控制系统是基于EPICS架构,为减少辐射监测系统中间的环节,提高合肥光源人身安全联锁可靠性,研制了基于嵌入式EPICS控制系统的中子监测仪。中子监测仪的关键部件-探测器选用BF3正比计数管,通过对正比计数管产生的微弱电信号加2 kV的正高压偏置,交流耦合介入前置放大器放大,后输出固定宽度的脉冲信号。信号由CORTEX-M3电路计数,后经CORTEX-A8电路处理后将数据发布到局域网。利用镅铍中子源和合肥光源现场辐射环境对所研制的监测仪性能进行了初步测试,结果表明,该监测仪达到设计要求,可用于中子监测。
超导腔垂直测试数字化自激励环路研制
冯立文, 王芳, 林林, 郝建奎
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200216
[摘要](31) [HTML全文](9) [PDF 1325KB](6)
摘要:
介绍北京大学垂直测试系统的数字化自激励环路系统,重点分析了实际测试中避免多单元(cell)超导腔模式串扰的方法以及偏离四倍频采样对信号幅度和相位的影响。该系统运行稳定可靠,可有效区分1.3 GHz 9-cell超导腔\begin{document}$ {\rm{{\text{π}}}} $\end{document}模与\begin{document}$ 8{\rm{{\text{π}}}}/9 $\end{document}模,解决了多cell超导腔测试中模式串扰问题。分析了超导腔自激励环路在垂直测试中的应用,介绍了北京大学垂直测试系统的数字化自激励环路,采用上下变频方案的射频前端和包括有限脉冲响应滤波器的数字算法,系统简洁扩展性强。重点分析了实际测试中避免多cell超导腔模式串扰的方法以及偏离四倍频采样对信号幅度和相位的影响。在多种不同频率超导腔的垂直测试中该系统运行稳定可靠,可有效区分1.3 GHz 9-cell超导腔\begin{document}$ {\text{π}} $\end{document}模与\begin{document}$ 8{\rm{{\text{π}}}}/9 $\end{document}模,解决了多cell超导腔测试中模式串扰问题。
Q波段宽频带线性化器设计
李宝建, 瞿波, 夏雷, 韩飞
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200206
[摘要](19) [HTML全文](16) [PDF 1111KB](0)
摘要:
当前我国Q/V频段的低轨卫星互联网项目正在大力开展,宽带通信正在逐步发展。而国内相关线性化技术一般局限于较窄频带,相关研究尚不成熟。因此尽快研究设计宽频带线性化器十分有必要。采用适用于空间环境的模拟预失真技术,设计出针对卫星通信所用的行波管功率放大器(TWTA)的Q波段线性化器。其利用新型微带传输结构,结合肖特基二极管,可在毫米波频段实现超宽瞬时频带的线性化。在38~43 GHz(5 GHz)的瞬时频带内对TWTA的幅度失真以及相位失真有着很好的改善。线性化器在输入功率为−17~13 dBm的范围内,频带内幅度增益约为4.8~7.2 dB,相位扩张约为70°~88°。相对其他同类型线性化器,此线性化器对应频率较高,且可在很宽的瞬时频带内对TWTA实现比较稳定的线性化。
S波段HYBRID聚束-加速结构的样机研制
高斌, 裴士伦, 王辉, 赵世琦, 池云龙
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200162
[摘要](43) [HTML全文](19) [PDF 1239KB](2)
摘要:
Hybrid聚束-加速结构是把驻波预聚束器、行波聚束器和标准加速管集成到一起的新型RF结构。简述了对S波段Hybrid聚束-加速结构样机的束流动力学优化和微波设计结果,解释了Hybrid结构导致发射度增长的原因,对此样机进行了射频低功率测试。样机的冷测结果与RF设计结果一致性很好。在冷测频率2 855.21 MHz处,实测S11小于−45 dB,腔间相移偏差小于±2°,VSWR≤1.2对应的带宽大于5 MHz,轴向场分布完全满足动力学要求。
自触发驱动的全固态Marx发生器
饶俊峰, 李恩成, 王永刚, 姜松, 李孜
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200223
[摘要](39) [HTML全文](34) [PDF 1488KB](8)
摘要:
随着全固态高压脉冲发生器在材料改性、生物医学和工业等领域上的广泛应用,全固态脉冲发生器正朝着小型化、智能化和模块化方向发展。为了进一步减小电源的体积、降低成本,提出了一种自触发驱动的正极性全固态Marx发生器的拓扑。只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断,通过级间电容对相邻级的放电管门极自动充电和放电,使其依次导通和关断。这种拓扑使得Marx发生器中的多个开关管的驱动电路简单很多,无需提供隔离供电的多路驱动电源,且避免了开关的动态、静态均压问题。基于这种拓扑搭建了一台17级的正极性Marx发生器样机,且电压幅值和脉宽都连续可调,在10 kΩ纯阻性负载上输出10 kV、重复频率100 Hz的正极性高压脉冲,脉冲前沿约为328 ns。样机体积小巧、工作稳定,验证了该方案的可行性。
金属面曝光选区激光熔化原理装置及试验研究
王晨光, 沈显峰, 王国伟, 吴华玲, 吴鸿飞, 王开甲, 陈金明
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200221
[摘要](34) [HTML全文](20) [PDF 1422KB](2)
摘要:
与点扫描方式相比,面曝光选区激光熔化因具有成形效率高、残余应力水平低等优势,而成为极具发展前景的新一代选区激光熔化增材制造技术的发展方向。利用波长为915 nm的二极管连续激光器作为光源,结合电寻址反射式纯相位液晶空间光调制器,搭建了新一代面曝光选区激光熔化增材制造原理装置平台。获得了"○"形样式的面光斑曝光,基于光敏纸和低熔点金属粉末材料进行面曝光熔化成形并获得了样品,实现了面曝光选区激光熔化的原理性实验验证。
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封面目录
《强激光与粒子束》2020年32卷第11期封面目录
《强》刊编辑部
[PDF 6029KB](49)
惯性约束聚变物理与技术
X射线掠入射显微成像诊断技术研究进展
徐捷, 穆宝忠, 陈亮, 李文杰, 徐欣业, 王新, 王占山, 张兴, 丁永坤
2020, 32: 112001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200133
[摘要](243) [HTML全文](82) [PDF 3121KB](45)
摘要:
高精密的X射线成像诊断是深入理解内爆过程,揭示点火尺度下未知物理问题的关键。基于掠入射反射的X射线显微镜,结合亚纳米级的超光滑球面或非球面反射镜,能够实现空间分辨优于5 μm的高分辨成像。介绍了国际惯性约束聚变领域的X射线显微成像技术发展及应用,重点展示了我国在高分辨X射线(KB)显微镜、多通道X射线KB显微镜以及大视场X射线KBA显微镜方向的进展,分析了下一阶段超高分辨X射线显微成像的研究计划。通过不断的技术创新,我国的X射线显微成像诊断能力已经达到国际先进水平。
激光惯性约束聚变研究中高时空诊断技术研究进展
王峰, 张兴, 理玉龙, 陈伯伦, 陈忠靖, 徐涛, 刘欣城, 赵航, 任宽, 杨家敏, 江少恩, 张保汉
2020, 32: 112002.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200136
[摘要](233) [HTML全文](78) [PDF 2229KB](38)
摘要:
对国内激光惯性约束聚变(ICF)领域高时空分辨技术的最新进展进行了比较全面的介绍。针对热斑诊断时间分辨优于10 ps、空间分辨优于10 μm、能区10~30 keV的需求,从光学、X射线、核诊断和计算成像几个角度,比较系统地介绍了最新的进展。光学领域主要介绍基于泵浦探测技术的全光扫描和全光分幅技术。全光扫描技术的时间分辨可以达到200 fs,全光分幅的时间分辨可以达到5 ps,空间分辨可以达到5 μm。该系统的主要部件为光学器件,在ICF未来的强电磁、强电离环境下有很好的应用前景。X射线系统主要介绍最近几年发展的高分辨KB显微镜,其采用STTS构型,可将空间分辨提高到3 μm,满足当前高分辨的需求。漂移管技术的时间分辨可以达到10 ps,作为一种正在发展的技术,对此进行了较为全面的分析。中子成像系统主要介绍了高空间分辨的记录系统以及对应的瞄准技术的进展,其空间分辨可以达到20~25 μm。计算成像作为一个全新的分支,最近引起了ICF领域的广泛关注。着重介绍了三维光场技术和在高时空分辨领域有很好应用前景的压缩感知超快成像(CUP)技术,对其可能在ICF领域中的应用提出了设想。
条纹及分幅相机技术发展概述
田进寿
2020, 32: 112003.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200119
[摘要](276) [HTML全文](92) [PDF 1696KB](44)
摘要:
介绍了超快诊断技术研究的意义,概述了条纹相机和分幅相机的研究历史及现状,分析了几种主流条纹管的技术特点及主要应用领域,比较了国内外超快诊断设备研制单位特点,分析了我国在超快诊断技术方面所取得的成就、存在的问题并对下一步发展出路进行初步的分析与探讨。
激光聚变极端环境下X光高速摄影技术研究进展
曹柱荣, 王强强, 邓博, 陈韬, 邓克立, 王维荣, 彭星宇, 陈忠靖, 袁铮, 黎宇坤, 王鹏, 陈伯伦, 王峰, 何海恩, 李欣竹, 许泽平, 杨冬, 杨家敏, 江少恩, 丁永坤, 张维岩
2020, 32: 112004.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200099
[摘要](168) [HTML全文](67) [PDF 1542KB](22)
摘要:
在激光惯性约束聚变(ICF)研究中,通过X光高速摄影获取的图像数据能够反映等离子体中由于做功和能量输运导致的流体状态的时空演化信息,与之相关的诊断技术与工程研究一直以来都是ICF诊断能力建设的重要组成部分。介绍了作为我国ICF工程的主要实施单位之一,中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在X光高速摄影技术研究方面取得重要进展,包括:(1)面向神光系列激光装置,开发了系列工程化的100 ps曝光高速摄影相机,整体达到国际先进水平,并在高灵敏探测、透射式带通滤波和结构小型化等方面形成中国特色;(2)提出微扫描门控、同视扫描分幅等10 ps曝光X光高速摄影新技术,为突破时间分辨瓶颈做出有益尝试;(3)在国内率先开展抗辐射加固高速摄影相机理论设计、技术验证与工程设计;(4)针对激光聚变靶碎片对设备安全的威胁,在国内首次开展靶碎片的理论建模与仿真研究,并开展首次验证实验,取得重要进展。
激光聚变领域高性能条纹相机研究现状与展望
胡昕, 李晋, 刘慎业, 张昆林, 黎宇坤, 王峰, 杨家敏, 丁永坤, 江少恩, 张兴
2020, 32: 112005.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200109
[摘要](155) [HTML全文](61) [PDF 1447KB](20)
摘要:
条纹相机(包括X射线条纹相机和可见光光学条纹相机)是一种高时空分辨的诊断设备,在激光惯性约束聚变(ICF)物理实验研究中具有非常重要的应用。介绍了当今国内外激光聚变领域获得广泛应用的两种主要类型条纹相机的技术性能以及各自的技术特点,它们分别采用了同轴电极双聚焦电子光学扫描变像管和双板电极电子光学扫描管。在技术指标方面,重点论述了条纹相机动态范围的判据,分析了激光聚变实验对条纹相机动态范围的需求,介绍了当今国际上高性能条纹相机动态范围指标的现状。文章也介绍了和条纹相机发展应用相关的几项重要技术进展,这些进展包括先进光时标、抗辐射加固记录系统和抑制相机背景噪声的阴极选通技术。
大能量全固态再生放大器研究进展
伍圆军, 高妍琦, 华怡林, 谢庆南, 郑权, 马伟新, 隋展
2020, 32: 112006.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200089
[摘要](286) [HTML全文](135) [PDF 1201KB](26)
摘要:
在固体激光脉冲放大器中,再生放大器具有增益高、光束质量好以及结构简单等优点,得到了广泛的关注和应用。经过几十年的不断发展,再生放大器已经能够实现数百mJ脉冲能量以及数kW均值功率的稳定输出。增益材料特性、腔型结构、泵浦能力、热效应、元器件性能等诸多方面都会影响再生放大器的输出特性,其中增益材料特性是最根本的因素。由于特性不同,基于不同增益材料体系的再生放大器在结构和功能上都会有较大的差异。基于不同的材料体系,介绍了各类体系下的再生放大器在发展过程中遇到的关键共性问题,以及几类典型的再生放大器及其特点。讨论了再生放大器未来的发展趋势。
惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计
曹磊峰, 杨祖华, 陈纪辉, 魏来, 范全平, 陈勇, 张强强, 周维民
2020, 32: 112007.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200141
[摘要](114) [HTML全文](70) [PDF 1710KB](13)
摘要:
长期以来,惯性约束聚变(ICF)研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地,难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外,由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异,同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术,以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统,用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求;另一方面,其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管(XRD)和标准探测器之后,该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。
惯性约束聚变X射线晶体衍射研究及最新进展
孙奥, 尚万里, 杨国洪, 韦敏习, 黎淼, 车兴森, 侯立飞, 杜华冰, 杨轶濛, 张文海, 杨冬, 王峰, 何海恩, 杨家敏, 江少恩, 张保汉, 丁永坤
2020, 32: 112008.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200129
[摘要](117) [HTML全文](51) [PDF 1365KB](11)
摘要:
介绍了惯性约束聚变研究中X射线线谱诊断与各物理量之间关系,并对X射线晶体谱仪诊断方式及诊断原理进行了简要说明。针对不同类型诊断,介绍了常用不同类型衍射晶体的作用与原理。此外,介绍了最近开展的一种新型变锥面弯晶X射线诊断方法研究,此方法拥有高集光效率的同时,保证了后端接收装置的精巧耦合,减小了像差。以变锥面弯晶衍射特性研究为出发点,开发了一个X射线任意面型晶体衍射追迹仿真软件X-Chase,并以国内某大型激光装置类H、类He线的变锥面晶体诊断为例进行了计算演示,数值模拟结果显示了变锥面晶体具有很好的聚焦效果。
高功率钕玻璃激光系统低时间相干光频率转换技术研究进展
季来林, 赵晓晖, 刘栋, 夏兰, 高妍琦, 崔勇, 饶大幸, 冯伟, 刘佳妮, 李小莉, 刘佳, 史海涛, 王韬, 杜鹏远, 张天雄, 隋展, 马伟新, 朱俭
2020, 32: 112009.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200103
[摘要](134) [HTML全文](64) [PDF 2203KB](12)
摘要:
低时间相干脉冲可有效提高激光与等离子相互作用中参量不稳定性的阈值,但高效频率转换难题是实现其工程应用瓶颈之一。系统分析了高功率激光驱动器已有的各类低时间相干脉冲频率转换技术的特性,并基于数值模拟和实验分析了部分掺氘DKDP晶体用于超辐射光倍频、三倍频的特性与工程应用可行性,结果表明掺氘17%左右DKDP晶体可以提高钕玻璃系统超辐射光的倍频效率,理论转换效率可达到约80%,10%梯度掺氘DKDP晶体则可实现5 THz带宽三倍频输出。
基于大型激光装置的材料塑性变形行为微介观研究进展
王倩男, 胡建波
2020, 32: 112010.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200116
[摘要](114) [HTML全文](35) [PDF 1551KB](19)
摘要:
微介观尺度下材料结构的实时演化行为是决定其动态力学性能的关键因素。大型激光装置作为集加载和诊断能力为一体的综合实验平台,为高温、高压、高应变率等极端条件下材料动态力学性能的微介观尺度研究提供了重要支撑。随着激光功率密度和脉冲整形能力的不断提升,实验所能探索的压力(101~103 GPa)及应变率(106~1010 s−1)范围不断突破;而利用激光打靶产生的高亮X射线脉冲作为探测源,建立动态衍射和成像技术,可以实现高空间和时间分辨率下材料塑性变形机制的实时原位研究。简要介绍了基于大型激光装置的原位微介观实验技术及其在材料塑性变形行为研究中的应用,系统梳理了近二十年来具有代表性的研究成果,阐明了相关研究对推动材料动态响应多尺度物理建模的重要价值。