留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码
最新录用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。
显示方式:
激光惯性约束聚变动理学效应研究进展
单连强, 吴凤娟, 袁宗强, 王为武, 蔡洪波, 田超, 张锋, 张天奎, 邓志刚, 张文帅, 滕建, 毕碧, 杨思谦, 杨冬, 周维民, 谷渝秋, 张保汉, 朱少平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200235
[摘要](2) [HTML全文](0)
摘要:
动理学效应的研究是近年来激光惯性约束聚变领域的研究热点,有助于理解实验结果和传统流体模拟之间的偏差。间接驱动黑腔中等离子体的温度、密度跨越多个量级且靶丸组分复杂,在局域的高温低密度区域,粒子的非热平衡效应开始变得显著,可能会间接影响内爆性能。对ICF领域动理学效应的概念和部分进展做了简要综述。
激光聚变驱动器的光束相干性及其控制:回顾与展望
魏晓峰, 李平
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200203
[摘要](1) [HTML全文](0)
摘要:
高功率强激光与物质相互作用蕴藏着丰富的非线性效应,激光聚变驱动器的光束具有高度相干性,它在光束传输过程中极大地凸显了这种效应,并不可避免地制约着激光功率的提升和激光能量的有效利用。回顾激光聚变驱动器的发展史,在提升激光输出能力的主线外,还存在一条与光束相干性做斗争的暗线贯穿其中。本文以激光与物质相互作用为牵引,从高功率强激光传输中非线性效应抑制和激光等离子体相互作用的抑制两方面回顾了激光聚变驱动器光束相干性的控制现状,并针对潜在需求,展望了未来高功率激光发展的创新技术。
小型化加速器用X波段多注速调管
崔萌, 万知之, 左向华, 刘静, 董成龙
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200226
[摘要](0) [HTML全文](0)
摘要:
传统的医疗及工业用直线加速器系统中一直使用磁控管作为功率源,特别是一些紧凑型加速器系统中,磁控管因为其尺寸与重量的优势成为唯一选择。通过利用多注速调管的低电压、尺寸小、重量轻的特点,研制成功功率量级远超磁控管同时尺寸重量接近的多注速调管,这将会为医疗及工业领域带来新的应用模式与产品类型。为满足医疗及工业辐照用中低能电子直线加速器的需求,近年来已研制出各类型高峰值功率速调管,在癌症治疗、无损检测、工业辐照等方面获得了广泛应用。介绍了一种小型化加速器用X波段多注速调管,其具有工作电压低、效率高、体积小、重量轻等特点,可应用于中低能放疗设备及小型化无损检测整机的加速器系统中。本管研制中重点解决了一体化线包聚焦、集成式冷却等技术,样管尺寸为ϕ200 mm×400 mm,重量为25 kg。三支样管测试已可稳定获得峰值输出功率3 MW。
反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管
左向华, 万知之, 崔萌, 刘静, 董成龙
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200225
[摘要](3) [HTML全文](0)
摘要:
反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管作为加速器系统的功率源,具有脉冲输出功率高、平均功率大、寿命长的优势,在工业辐照、放射治疗、无损检测等领域具有广阔的应用前景。设计并研发了一种可用于加速器系统的反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管。其电子光学系统采用多电子注、周期反转永磁聚焦技术,高频系统工作在TM220高次模式、多腔参差调谐,散热采用水冷方式。通过计算确定了结构参数,研制出速调管样管,通过测试,获得了大于3 MW的峰值输出功率,和计算结果相吻合。
四轨电磁发射器的背场增强仿真分析
连仲谋, 冯刚, 童思远, 程军胜, 熊玲
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200135
[摘要](7) [HTML全文](3) [PDF 975KB](0)
摘要:
针对四轨电磁发射器的背场增强方案的电感梯度进行了仿真分析。根据虚功原理,推导了背场下的四轨电磁发射器电感梯度公式。建立了三维背场仿真模型,分析了不同主、附轨道参数下电感梯度的变化规律。仿真结果表明,添加背场后,增大发射器口径、减小主附轨间距和附轨道截面积均能够实现系统电感梯度的提升;背场增强下,在主轨道高度达到口径的57%时,邻近效应已变得明显;相同附轨道截面积下,为增大系统电感梯度应优先减小附轨道厚度,为缓解电流邻近效应可优先减小附轨道高度;凹形截面附轨道能够明显改善电流邻近效应。
CF2燃料组件主要堆内辐照性能
李云, 李华, 张林, 蒲曾坪, 焦拥军, 张坤, 黄春兰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200159
[摘要](10) [HTML全文](13) [PDF 869KB](0)
摘要:
结合辐照考验方案,评价了CF2先导燃料组件的机械性能及燃料棒的热力性能,结果表明各项性能均满足准则要求。结合辐照后池边检查结果,对CF2燃料组件的主要堆内辐照性能进行了研究,包括燃料组件及燃料棒生长和弯曲、定位格架生长等各项燃耗相关性能。结果表明,在燃耗达到44500 MWd/tU的情况下CF2燃料组件主要辐照性能均达到了预期水平,满足反应堆的使用要求。CF2燃料组件后续可批量应用于华龙一号。
基于金纳米笼的1106 nm被动调Q ND: GAGG激光器
张斌, 李颖, 刘丙海
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200127
[摘要](32) [HTML全文](25) [PDF 948KB](6)
摘要:
成功制备了金纳米笼溶液并将其作为饱和吸收体,实现了中心波长为1106 nm的Nd:GAGG激光器的调Q运转。在输出镜透过率为3%的激光器中,在泵浦功率6.70 W下获得的最大平均输出功率为98 mW,此时对应的脉冲重复率为206 kHz,最短脉冲宽度为436 ns;在输出镜透过率为7%的激光器中,当泵浦功率为7.69 W时,得到的最大平均输出功率为121 mW,最短脉冲宽度为370 ns,对应的脉冲重复率为170 kHz。实验结果证明了金纳米笼在近红外波段激光器中用作饱和吸收体的巨大潜力。
基于长短时记忆神经网络的能谱核素识别方法
王瑶, 刘志明, 万亚平, 欧阳纯萍
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200118
[摘要](40) [HTML全文](22) [PDF 1007KB](4)
摘要:
针对新兴的能谱核素识别方法在混合放射性核素的噪声环境中存在识别速度慢、准确率较低等问题,提出了基于长短时记忆神经网络(LSTM)的能谱核素识别方法。实验使用溴化镧(LaBr3)晶体探测器,分别对环境中60Co、137Cs放射性源分组测量得到伽马能谱数据集,首先使用数据平滑方法和归一化方法进行数据预处理,然后将能谱数据按时间序列分组以获得可用的输入序列数组,最后训练LSTM模型得到预测结果。通过基于BP神经网络和卷积神经网络(CNN)的两个能谱识别模型进行对比,得到在测试集中平均识别率分别为83.45%和86.21%,而LSTM能谱识别模型平均识别率为93.04%,实验结果表明,该能谱模型在核素识别效果中表现较好,可用于快速的能谱核素识别设备上。
气体火花开关电极烧蚀研究综述
罗城, 丛培天, 张天洋, 罗维熙
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200114
[摘要](20) [HTML全文](11) [PDF 1278KB](1)
摘要:
气体火花开关是脉冲功率装置中最常用的关键器件。电极烧蚀作为脉冲功率开关中的难点问题,会引起开关自击穿电压降低、触发抖动增大及开关寿命降低,已成为制约气体开关发展和应用的一个瓶颈。本文回顾梳理了国内外学者针对电极烧蚀问题进行的一系列研究,从电极烧蚀理论和实验研究成果两个方面,介绍了电极烧蚀的基本机制及仿真模型,归纳了影响开关电极烧蚀的因素以及电极耐烧蚀材料的研究进展,最后讨论了电极烧蚀研究面临的问题以及优化电极材料抗烧蚀性能的方向。
基于DSRD的高重频固态脉冲源的研制
赖雨辰, 谢彦召, 王海洋, 仇杨鑫, 杨洁
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200102
[摘要](34) [HTML全文](8) [PDF 1205KB](4)
摘要:
介绍了一种基于新型高功率超高速半导体断路开关——漂移阶跃恢复二极管(DSRD)和可饱和脉冲变压器的高电压高重频超高速全固态脉冲源。设计了脉冲源的电路拓扑结构,理论上分析了脉冲源电路的工作原理,研究获得了可饱和脉冲变压器匝数、磁芯截面积及负载阻抗等参数对脉冲源输出特性的影响的规律。实验结果表明:脉冲源在50 kΩ阻性负载条件下,输出脉冲峰值电压约38.2 kV,脉冲前沿约7.1 ns,脉冲宽度约14.1 ns,输出峰值功率约29.2 kW,可在400 kHz重复频率下稳定工作。
高功率微波作用下限幅器尖峰泄漏特性
陈自东, 秦风, 赵景涛, 赵刚, 刘忠
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200097
[摘要](17) [HTML全文](13) [PDF 1058KB](0)
摘要:
针对限幅器在高功率微波(HPM)作用下的尖峰泄漏问题,基于搭建的HPM注入实验平台和电路仿真开展了研究。研究结果表明:当注入功率超过6 dBm时,限幅器会出现尖峰泄漏现象,限幅器泄漏尖峰的上升沿与脉宽随着注入功率的增加而减小,而绝对尖峰泄漏功率随注入功率的增加呈增长趋势,平顶泄漏功率呈近似“线性增加-缓慢下降-小幅增长”趋势。并且,实验结果显示:HPM脉宽与重频对限幅器尖峰泄漏特性基本无影响,其泄漏特性变化规律与单次脉冲的基本一致;尖峰泄漏能量随注入功率的增加而降低。
氢原子束在大气长程传输中的剥离效应
沈硕, 张芳, 郝建红, 董志伟, 赵强, 范杰清
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200053
[摘要](8) [HTML全文](9) [PDF 911KB](0)
摘要:
考虑到中性粒子束对近地轨道太空垃圾的清理作用以及在太空探索中的潜在应用前景,研究了中性粒子束在亚轨道空间长程传输过程中影响束流能量和密度损失的主要物理机制,重点分析了剥离效应对束流损耗的影响。中性束剥离效应包括束流粒子之间碰撞导致的自剥离效应和其与大气粒子碰撞导致的剥离效应。以束密度随传播距离变化的方程为基础,通过引用几何因子来表征束流的自剥离效应强度,建立了剥离效应机制下束流的传输模型,由此评估了束流自剥离效应在中性束长程传输中对传输距离的影响关系。研究结果表明,在固定的高度,当中性束密度大于空气粒子密度时,自剥离效应的影响将非常突出,随着传输高度的升高,即使束密度和空气密度同时降低维持量级一致,自剥离效应对传输距离的影响在大几何因子的情况下仍会增强。
G波段500 W带状注扩展互作用速调管设计研究
张长青, 冯进军, 蔡军, 潘攀
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200195
[摘要](21) [HTML全文](15) [PDF 1386KB](3)
摘要:
针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题,设计了一个G波段带状注速调管,展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A,1 mm×0.15 mm的椭圆电子注,以及与之相匹配的互作用系统,即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔,可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示,在考虑实际腔体损耗的情况下,能够获得超过500 W的功率,电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现,输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约;输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著,工程设计需要特别考虑。本文的研究对研制高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。。
低能二次电子对微波输能窗击穿现象的影响
张雪, 王滔, 倪鑫荣, 蔡成林
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200170
[摘要](18) [HTML全文](14) [PDF 1254KB](2)
摘要:
在微波输能窗次级电子倍增效应的模拟研究中,往往忽视低能电子的作用。基于Monte Carlo算法,模拟输能窗次级电子倍增规律,研究了经典的Vaughan模型、Vincent模型和Rice模型三种二次电子发射模型下次级电子倍增效应的差异,通过拟合倍增敏感曲线,获得了低能电子对切向和法向电场作用下输能窗次级电子倍增效应的影响。模拟结果表明,当切向电场作用时,三个发射模型得到的敏感曲线几乎重合,低能电子对敏感曲线的影响甚微,其中Rice模型的敏感区域最大。当法向电场作用时,由Vincent模型拟合得到的敏感区域远大于其他两个模型。
基于BEPCⅡ的腔式束流位置探测系统设计优化与线下测试
周嘉申, 何俊, 杜垚垚, 赵敬霞, 王徐建, 王安鑫, 随艳峰, 岳军会, 曹建社
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200158
[摘要](17) [HTML全文](10) [PDF 1191KB](3)
摘要:
究了基于BEPCⅡ直线加速器的腔式束流位置探测系统(CBPM)的设计。本方案给出的CBPM探头工作频率为S波段,束流管道半径23 mm,参考腔TM010工作频率和位置腔TM110的工作频率一致。由线下测试结果可知,CBPM实物特征参数与仿真结果一致,CBPM水平和垂直方向工作频率分别为2502 MHz和2503 MHz;垂直和水平的四个端口交叉隔离度均优于-44.7 dB;测量线性区域好于10 mm。射频前端电子学负责对CBPM探头的模拟信号进行滤波、放大和下变频等调制。将CBPM探头置于标定平台,对经过CBPM信号进行时域和频域分析,通过计算得到CBPM水平、垂直方向线下分辨率分别为2.87 μm、2.16 μm。
X波段高功率相对论速调管放大器研究
张军, 张威, 巨金川, 周云霄
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200228
[摘要](7) [HTML全文](4) [PDF 2438KB](0)
摘要:
为进一步提高X波段相对论速调管放大器的输出功率,采用理论分析与粒子模拟的方法对双群聚腔级联式相对论速调管放大器进行了研究。分析了提高注入腔对注入微波吸收效率的方法,分析了群聚腔调制能力与腔体模式、Q值等参数的关系,分析了输出腔提取效率与Q值的关系。在三维粒子仿真中,设计了模式反射器抑制TEM模式泄露与杂模振荡,得到了功率超过2.5 GW,频谱纯净,频率锁定为8.40 GHz,输出输入微波相位差稳定,抖动不超过2°的高功率微波输出。
毫米波速调管电子光学系统的研究
冯海平, 韦莹, 孙福江, 杨继涛
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200208
[摘要](5) [HTML全文](6) [PDF 1064KB](0)
摘要:
电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键,毫米波速调管零件尺寸较小,为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率,要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析,确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案,利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算,并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压26 kV,发射电流2 A,互作用区长度30 mm,磁场强度大于0.6 T,流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压17 kV,电流0.65 A,互作用去长度20 mm,磁场大于0.9 T,流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管,设计的电子光学系统能够满足速调管工程化的实现。
W波段分布作用速调管的研制
韦莹, 杨继涛, 周军, 李冬凤, 欧阳佳佳, 窦钺
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200207
[摘要](11) [HTML全文](6) [PDF 1006KB](0)
摘要:
简要介绍了一种W波段分布作用速调管的设计思路、设计方案和模拟结果,并给出了该管的测试结果。该管采用大压缩比圆柱电子枪和永磁聚焦系统,阴极电压17 kV,阴极电流0.7 A;高频系统由5间隙和11间隙(输出腔)的分布作用腔组成,采用长短槽梯形结构。样管实现了脉冲输出功率大于2 kW、带宽500 MHz、增益40 dB、工作比5%等指标。
S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制
李烨, 李冬凤, 王子威, 闫松
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200202
[摘要](3) [HTML全文](4) [PDF 1019KB](0)
摘要:
介绍一种新型超宽带(带宽≥17%)S波段大功率超宽带多注速调管的研制过程及研制成果,该速调管首次在S波段实现了17%的相对带宽,带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施,提高电子注流通率及注波互作用效率,降低高频部分的散热压力,使该速调管仅在120 kW的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW的平均功率。同时,通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了3 ms脉宽的稳定工作及连续24 h稳定工作不打火。为实现3 min内满功率输出及2000 h的寿命,对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。本项目在能够实现指标的前提下,进行了小批量的生产及车载环境的环境试验,并针对可能产生的不可靠性因素,进行了改进,使产品真正能实现工程化应用,为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。
高次模式同轴多间隙腔激励特性研究
张煦, 王勇, 张瑞
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200193
[摘要](13) [HTML全文](8) [PDF 1330KB](0)
摘要:
提出了一种工作在TM51-2π模式的Ka波段同轴多间隙谐振腔,使用CST本征模求解器研究了此结构的电场分布特性,并分析了基于外侧全通的耦合方式下该结构的冷腔模式特性。在此基础上,通过结合空间电荷波理论和CST三维粒子仿真分析,研究了在多电子注激励下同轴多间隙腔高次模式的起振特性,并分析了此种结构的模式稳定性与注-波互作用特性。研究结果表明:对于工作在Ka波段的TM51-2π模式同轴多间隙腔,采取结构外侧全耦合的方式具有较高的模式稳定性;在此结构中,多电子注不仅会均匀激励起工作模式,也可能非均匀激励起竞争模式;不同于工作在基模的扩展互作用速调管,此种结构的速调管电场极值是分别建立的,因此激励电子注可放置在不同相位的电场极值处;在保持电子注电压、总电流不变的情况下,采取更多电子注的激励方式,需要更小的聚焦磁场。
三腔整管RKA相位的理论与模拟的比较分析
何琥, 戈弋, 袁欢, 黄华
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200171
[摘要](10) [HTML全文](9) [PDF 890KB](0)
摘要:
首先采用运动学理论和空间电荷波理论推出了计算中间腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用调制电子束激励中间腔的非线性理论估算中间腔和输出腔间隙电压的幅度和相位,并提出了估算输出腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用这些理论和二维粒子模拟比较了中间腔和输出腔间隙入口处调制电流相位、中间腔和输出腔间隙电压相位。中间腔和输出间隙入口处调制电流相位误差为2.627°(模型1)和3.857°(模型2)。中间腔间隙电压幅度的相对误差是1.47%,输出腔幅度的相对误差是5.42%,中间腔相位的误差是4.017°(模型2)和5.427°(模型3),输出腔的相位的误差是12.32°。最后根据二维粒子模拟得出了三种模型调制电流的相位与距离的关系。相关理论计算结果与2D的PIC模拟结果进行了比对,验证了理论估算结果的可信度。
KU波段径向线相对论速调管放大器的仿真与设计
阳福香, 党方超, 贺军涛, 巨金川, 张晓萍
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200227
[摘要](13) [HTML全文](11) [PDF 1801KB](0)
摘要:
高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一,其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA—主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数,说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式,Q值较大,有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式,在注入功率仅10 kW情况下,实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明,该器件具有效率高的优点,在电子束电压400 kV,电流5 kA,磁场强度0.4 T条件下,得到功率825 MW,频率14.25 GHz,效率41%的微波输出。
X波段高功率高增益多注相对论速调管放大器设计
刘振帮, 黄华, 金晓, 李士锋, 王腾钫
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200188
[摘要](15) [HTML全文](9) [PDF 1221KB](1)
摘要:
针对器件工程应用中的高功率高增益需求,设计了工作在X波段的高功率高增益多注相对论速调管放大器,建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型。设计双边对称耦合孔输入腔结构,降低了输入波导对输入腔间隙电场均匀性的影响以抑制非均匀干扰模式;设计采用多腔多间隙群聚结构,降低了输入微波功率的需求,提高了器件放大增益;并且分析设计了多间隙扩展互作用微波提取结构,提高了器件的功率转换效率以及降低输出结构表面电场强度。通过优化设计,粒子模拟仿真实现X波段多注相对论速调管放大器输出微波功率达到3.2 GW,器件放大增益约为60 dB,功率转换效率约为40%。器件验证实验在电子束电压550 kV,电流5.1 kA的情况下,输出功率为0.99 GW,放大增益约为53 dB,转换效率约为35%。
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。
显示方式:
激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展
王立锋, 叶文华, 陈竹, 李永升, 丁永坤, 赵凯歌, 张靖, 李志远, 杨云鹏, 吴俊峰, 范征锋, 薛创, 李纪伟, 王帅, 杭旭登, 缪文勇, 袁永腾, 涂绍勇, 尹传盛, 曹柱荣, 邓博, 杨家敏, 江少恩, 董佳钦, 方智恒, 贾果, 谢志勇, 黄秀光, 傅思祖, 郭宏宇, 李英骏, 程涛, 高振, 方丽丽, 王保山, 王英华, 曾维新, 卢艳, 旷圆圆, 赵振朝, 陈伟, 戴振生, 谷建法, 葛峰峻, 康洞国, 张桦森, 乔秀梅, 李蒙, 刘长礼, 申昊, 许琰, 高耀明, 刘元元, 胡晓燕, 徐小文, 郑无敌, 邹士阳, 王敏, 朱少平, 张维岩, 贺贤土
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200173
[摘要](125) [HTML全文](29) [PDF 8328KB](13)
摘要:
激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍(属于内禀困难)是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象(如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸)中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,我们凝练出了目前制约美国国家点火装置(NIF)内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。
受激散射过程理论模型的发展与应用
龚韬, 郝亮, 李志超, 刘占军, 杨冬, 郑坚, 刘耀远, 李三伟, 蒋小华, 郭亮, 李琦, 潘凯强, 李欣, 蔡洪波, 郑春阳, 王峰, 杨家敏, 江少恩, 张保汉, 丁永坤
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200140
[摘要](45) [HTML全文](49) [PDF 1422KB](7)
摘要:
在激光间接驱动的惯性约束聚变(ICF)中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程:受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散射的物理过程并找到抑制其发展的有效方法,是ICF研究中重点关注的问题。介绍了中国激光聚变研究团队为研究受激散射过程而发展的多个理论模型,以及这些模型在实验数据分析中的具体应用。这些理论模型与实验研究一起,为提升受激散射过程的物理理解发挥了重要作用。
氢及氘的宽区物态方程研究进展
刘海风, 李琼, 张其黎, 张弓木, 宋红州, 赵艳红, 孙博, 宋海峰
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200137
[摘要](55) [HTML全文](41) [PDF 1883KB](6)
摘要:
氢是自然界最丰富的元素,是天体物理和惯性约束聚变(ICF)研究的重要对象。简要综述了国内外氢及氘宽区物态方程研究进展,特别评述了OMEGA激光装置上的最新冲击压缩 实验和理论模型的对比分析情况。在以往数据分析评估基础上,利用改进的化学自由能模型、第一原理数值模拟结果及多参数物态方程模型,构建了氢的宽区物态方程,适用温度、密度范围分别为20~108 K,10−7~2000 g/cm3。与已有多类实验如冲击压缩实验、静高压等温线实验、声速等实验结果对比表明,新构建的氢宽区物态方程具有较高的置信度,为天体物理、惯性约束聚变、国际热核实验堆等工程物理设计提供高精度的支撑数据。氢宽区物态方程的构建及验证方法亦可适用于其同位素氘,该方法构建的氘宽区物态方程与2019年最新发表的主雨贡纽、二次冲击雨贡纽数据的吻合程度明显优于当前国外模型。指出了未来研究需要关注的状态区域。
基于箍缩装置的高能量密度物理实验研究进展
黄显宾, 徐强, 王昆仑, 任晓东, 周少彤, 张思群, 蔡红春, 王贵林, 张朝辉, 贾月松, 孙奇志, 刘盼, 袁建强, 李洪涛, 王勐, 谢卫平, 邓建军
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202133.200128
[摘要](64) [HTML全文](47) [PDF 2495KB](22)
摘要:
基于脉冲功率技术的箍缩装置能够在cm空间尺度和百ns时间尺度产生极端的高温、高压、高密度以及强辐射环境。中物院流体物理研究所在已建成的10 MA级的大型箍缩装置上开展多种负载构型的高能量密度物理实验研究。利用Z箍缩动态黑腔创造出了惯性约束聚变研究所需的高温辐射场;研究了金属箔套筒和固体套筒的内爆动力学特性;利用中低Z材料内爆获得了可观的K壳层线辐射并用于X射线热-力学效应实验研究;磁驱动准等熵加载和冲击加载为材料动态特性研究提供了新的实验能力;采用环形二极管和反射三极管技术的轫致辐射源获得了高剂量(率)的X射线和γ射线;利用磁驱动的径向金属箔模拟了天体物理中恒星射流的形成及其辐射的产生。此外,还介绍了利用反场构型磁化靶聚变装置开展的预加热磁化等离子体靶形成等实验结果。
激光等离子体不稳定性及其抑制方案研究
余诗瀚, 李晓锋, 翁苏明, 赵耀, 马行行, 陈民, 盛政明
当前状态:  doi: 10.11884/HPLPB202032.200125
[摘要](104) [HTML全文](48)
摘要:
受激拉曼散射、受激布里渊散射等激光等离子体不稳定性(LPI)是激光等离子体物理领域最重要的研究课题之一。特别是在激光驱动的惯性约束聚变中,LPI会造成相当份额的激光能量损失,破坏辐射对称性,产生的超热电子还会预热靶丸,进而影响压缩效率和聚变能量增益。近期,在美国国家点火装置上开展的实验表明对LPI物理过程的充分理解和有效控制对成功实现ICF点火至关重要。我们对近期LPI方面的一系列研究进展进行了简单介绍与讨论。首先,回顾了描述LPI过程的三波耦合理论,由此得出了LPI在线性阶段的增长率。接着讨论了一些复杂情景下的LPI物理过程,譬如LPI的非线性发展阶段、级联LPI、多光束LPI以及LPI间的非线性耦合。最后,着重介绍了一系列抑制LPI的技术方案,包括束匀滑技术、光束时域整形、宽带激光、偏振旋转激光以及外加磁场等。
显示方式:
《强激光与粒子束》2020年32卷第9期封面目录
《强》刊编辑部
[PDF 704KB](31)
出版前言
2020, 32: 1-1.  
[摘要](17) [HTML全文](28) [PDF 13487KB](7)
惯性约束聚变物理与技术
激光等离子体尾波加速器的发展和展望
陈民, 刘峰, 李博原, 翁苏明, 陈黎明, 盛政明, 张杰
2020, 32: 092001.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200174
[摘要](217) [HTML全文](80) [PDF 1461KB](71)
摘要:
超强激光在气体等离子体中传输时可以激发出大振幅的电子等离子体尾波。激光等离子体尾波加速器是利用该尾波对带电粒子(特别是电子和正电子)进行加速的一种新型装置。由于其加速梯度相较于现有的常规加速器可以提升1000倍,为建造超紧凑型的加速器和辐射源奠定了基础,也为将来建造基于等离子体的超高能正负电子对撞机和自由电子激光装置提供了可能。对该新型加速器的原理、特点、发展历程,尤其是近十年来的主要进展和未来发展趋势及面临的主要挑战进行简要梳理和介绍。
激光离子加速研究与应用展望
吴学志, 寿寅任, 弓正, 赵研英, 朱昆, 杨根, 卢海洋, 林晨, 马文君, 陈佳洱, 颜学庆
2020, 32: 092002.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200090
[摘要](241) [HTML全文](80) [PDF 1721KB](84)
摘要:
激光离子加速是近年来激光等离子体领域兴起的研究热点之一。激光产生的高能离子束具有高亮度、小尺寸、脉宽窄和方向性好等特点,具有很多潜在的应用。概述了几种常见的激光离子加速物理机制,对一系列激光离子加速实验进展进行了归纳总结,最后介绍了几种激光驱动离子束的潜在应用。
强激光实验室天体物理介绍
仲佳勇, 安维明, 平永利, 韩波, 汤鹏飞, 原晓霞, 孙伟, 邢纯青, 张茜, 王荐钊, 高炜佳, 于家成, 刘正东, 岳树峰
2020, 32: 092003.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200123
[摘要](223) [HTML全文](74) [PDF 2500KB](42)
摘要:
实验室天体物理是交叉于高能量密度等离子体物理学与天体物理学之间的一个新的学科生长点。利用强激光装置可以在实验室创造与某些天体或天体周围相似的极端物理环境,这样的实验条件前所未有,且与天体物理中诸多重要的物理现象直接对应。通过近距、主动、参数可控的研究,实验室天体物理有助于解决目前天体物理和等离子体物理中的一些关键的、共性的问题,并有望取得突破性成果。针对近年来国内外在该领域取得的最新研究进展进行介绍,并就将来可能开展的研究方向进行展望。
激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展
李志超, 赵航, 龚韬, 李欣, 杨冬, 蒋小华, 郑坚, 刘永刚, 刘耀远, 陈朝鑫, 李三伟, 李琦, 潘凯强, 郭亮, 理玉龙, 徐涛, 彭晓世, 吴畅书, 张桦森, 郝亮, 蓝可, 陈耀桦, 郑春阳, 古培俊, 王峰, 蔡洪波, 郑无敌, 邹士阳, 杨家敏, 江少恩, 张保汉, 朱少平, 丁永坤
2020, 32: 092004.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200130
[摘要](87) [HTML全文](39) [PDF 2681KB](27)
摘要:
当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。
Z箍缩聚变及高能量密度应用研究进展
肖德龙, 丁宁, 王冠琼, 王小光, 李晨光, 毛重阳
2020, 32: 092005.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200094
[摘要](114) [HTML全文](61) [PDF 1627KB](29)
摘要:
基于脉冲功率技术的Z箍缩过程可以实现驱动器电储能到X光辐射的高效率转换,形成极端温度、密度、压力条件,近年来在惯性约束聚变及高能量密度应用中取得了一系列重要进展。综述了国际上辐射间接驱动和磁直接驱动两条Z箍缩聚变技术路线发展现状,简要介绍了我国Z箍缩聚变尤其是7~8 MA脉冲功率装置上的动态黑腔研究进展;分别从辐射与物质相互作用、辐射不透明度、材料动态特性、实验室天体物理等方面,概述了Z箍缩应用于高能量密度物理研究的技术路线和主要成果。希望通过对Z箍缩聚变及高能量密度应用研究的论述和发展趋势分析,推动我国Z箍缩研究领域的进一步发展。
激光产生温稠密物质的微观动力学过程及状态诊断
康冬冬, 曾启昱, 张珅, 王小伟, 戴佳钰
2020, 32: 092006.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200121
[摘要](169) [HTML全文](77) [PDF 3158KB](41)
摘要:
随着大型激光装置的建立和精密测量技术的发展,强激光与固体相互作用成为实验室产生温稠密物质的一个重要手段。温稠密物质的结构复杂性、瞬态性和非平衡性给理论建模和实验测量带来了巨大挑战。本文系统介绍了激光产生温稠密物质的实验手段和理论模拟方法方面的重要进展,分析了其中的电子激发动力学、电子-离子能量弛豫过程、离子动力学等物理过程,总结了温稠密物质状态诊断的实验技术和理论方法,并论述了激光产生温稠密物质的发展趋势。
惯性约束聚变黑腔内等离子体界面处的动理学效应及其影响
蔡洪波, 张文帅, 杜报, 燕鑫鑫, 单连强, 郝亮, 李志超, 张锋, 龚韬, 杨冬, 邹士阳, 朱少平, 贺贤土
2020, 32: 092007.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200134
[摘要](125) [HTML全文](56) [PDF 1500KB](36)
摘要:
在惯性约束聚变物理研究中,等离子体界面处的动理学效应及其时空演化特性近年来受到重点关注,因为它会显著影响激光能量沉积、激光等离子体不稳定性、辐照对称性、黑腔和内爆性能等诸多物理。准确描绘等离子体特征界面附近的动理学效应是惯性约束聚变物理设计的基本需求,也是高能量密度物理中的具有挑战且未完全解决的问题。重点回顾近几年来本团队围绕等离子体动理学效应及其影响开展的一些研究工作:(1)聚变黑腔中金等离子体与靶丸冕区等离子体边缘处的电场结构及其加速的高能离子对内爆对称性的影响;(2)激光光路上高Z-低Z等离子体界面处的电场产生机制及其导致的反常离子扩散对激光等离子体不稳定性的影响;(3)等离子体中电磁场结构的质子照相反演。
万焦耳激光装置上多热力学路径高压加载技术实验研究
王哲斌, 段晓溪, 张琛, 薛全喜, 杨为明, 章欢, 彭晓世, 理玉龙, 刘永刚, 关赞洋, 刘浩, 孙亮, 叶青, 李志超, 郭亮, 李三伟, 杨冬, 王峰, 杨家敏, 江少恩, 丁永坤
2020, 32: 092008.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200139
[摘要](46) [HTML全文](29) [PDF 2108KB](14)
摘要:
针对极端高压条件物质特性研究需求,在我国万焦耳激光装置上利用其高能量、高功率、任意整形长脉冲输出的技术优势先后开展了冲击压缩、准等熵压缩以及“预冲击准等熵压缩”复合热力学路径压缩等多种热力学路径的高压加载技术研究,建立了实用的高压加载设计方法,重点优化了高压加载源的平面性和干净性,发展了高压状态精密表征技术,实现了1011 Pa以上准等熵,1012 Pa以上冲击以及两种路径之间的宽区高压加载状态能力,为激光装置上的高压状态方程及相变动力学研究提供了重要的技术基础。
受激布里渊散射的非线性增强和饱和
郑春阳, 王清, 刘占军, 贺贤土
2020, 32: 092009.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200122
[摘要](77) [HTML全文](33) [PDF 1159KB](23)
摘要:
针对典型激光聚变等离子体参数条件,利用弗拉索夫程序研究非均匀流等离子体中受激布里渊散射的非线性行为。在动理学效应占主导的参数区域,观察到受激布里渊散射激发的离子声波由于非线性动理学频移和非均匀流空间失谐相互补偿引起的离子声波自共振增长,这会导致受激布里渊水平量级的增强;提出用光束时间去相干抑制这种绝对增长。在流体非线性占主导的参数区域,观察到由于离子声波谐波导致的孤立波产生、离子加热以及受激布里渊散射饱和现象。
神光系列激光装置内爆烧蚀压缩过程测量
陈伯伦, 杨正华, 胡昕, 夏立琼, 陈忠靖, 王鹏, 韦敏习, 黄天晅, 蒋炜, 晏骥, 王峰, 杨家敏
2020, 32: 092010.   doi: 10.11884/HPLPB202032.200111
[摘要](76) [HTML全文](20) [PDF 1477KB](27)
摘要:
间接驱动惯性约束聚变研究中,获得高内爆速度是实现点火,提升聚变增益的关键。通过对内爆烧蚀压缩过程的测量,能够获得内爆速度和剩余质量等内爆动力学重要的物理量,实现烧蚀层材料、厚度以及激光波形等参数的优化。近几年在神光系列装置上,演示了常规的应用狭缝成像的内爆烧蚀压缩过程测量技术,发展了基于球面弯晶成像的高分辨单能内爆烧蚀压缩过程测量技术。通过对球面弯晶成像系统设计的持续改进以及内爆烧蚀压缩过程测量技术的优化,结合实验室和系统原位标定结果,建立了高分辨的内爆压缩流线诊断技术,采用替代靶方式,实现内了爆速度不确定度2.1%的测量精度。