Email alert
RSS2015年 27卷 第07期
推荐文章
显示方式:
2015, 27: 070101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.070101
摘要:
首次实现W波段三次谐波回旋管输出功率突破10 kW。谐波回旋管互作用结构采用带有光阑结构的圆柱型开放式谐振腔,工作模式为低损耗圆对称模式TE02。实验中,在脉冲宽度20 s、电子束电压45 kV、电流3A、磁场1.23 T时,测得工作频率为95.22 GHz,输出功率13.4 kW,对应效率9.9%。
首次实现W波段三次谐波回旋管输出功率突破10 kW。谐波回旋管互作用结构采用带有光阑结构的圆柱型开放式谐振腔,工作模式为低损耗圆对称模式TE02。实验中,在脉冲宽度20 s、电子束电压45 kV、电流3A、磁场1.23 T时,测得工作频率为95.22 GHz,输出功率13.4 kW,对应效率9.9%。
2015, 27: 070102.
doi: 10.11884/HPLPB201527.070102
摘要:
基于半导体可饱和吸收镜,实现了3 m波段被动调Q光纤激光器平均功率瓦级输出。激光器最大平均功率为1.0 W,对应的最大脉冲能量及最大峰值功率分别为6.9 J和21.7 W。激光器斜效率为17.8%,最高重复频率为146.3 kHz,最小脉宽为315.0 ns。
基于半导体可饱和吸收镜,实现了3 m波段被动调Q光纤激光器平均功率瓦级输出。激光器最大平均功率为1.0 W,对应的最大脉冲能量及最大峰值功率分别为6.9 J和21.7 W。激光器斜效率为17.8%,最高重复频率为146.3 kHz,最小脉宽为315.0 ns。
2015, 27: 071001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071001
摘要:
以R600a压力式封闭系统喷雾冷却过程为研究对象,对其换热过程进行分析。对液滴撞击热面后的状态进行建模,分析了其运动状态。通过忽略液膜的对流换热,引入韦伯数来简化并修正雾滴与热源表面的对流换热系数关联式；借鉴二次成核理论,通过单位时间内,单位面积上覆盖的雾滴数量对核态沸腾换热系数关联式修正。通过上述分析,以对流换热和核态沸腾换热两种机理为中心,建立了新的换热系数关联式。通过与其他文献的关联式、实验测量值进行比较、不同工质进行比较、不同实验系统比较,发现该式预测值和实验测量值偏差在20%以内,能够很好地预测压力式封闭系统喷雾冷却过程的换热系数。
以R600a压力式封闭系统喷雾冷却过程为研究对象,对其换热过程进行分析。对液滴撞击热面后的状态进行建模,分析了其运动状态。通过忽略液膜的对流换热,引入韦伯数来简化并修正雾滴与热源表面的对流换热系数关联式；借鉴二次成核理论,通过单位时间内,单位面积上覆盖的雾滴数量对核态沸腾换热系数关联式修正。通过上述分析,以对流换热和核态沸腾换热两种机理为中心,建立了新的换热系数关联式。通过与其他文献的关联式、实验测量值进行比较、不同工质进行比较、不同实验系统比较,发现该式预测值和实验测量值偏差在20%以内,能够很好地预测压力式封闭系统喷雾冷却过程的换热系数。
2015, 27: 071002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071002
摘要:
通过理论分析,对相位校正器的镜面与支撑结构间的粘接建立模型进行仿真研究,提出了在相位校正器镜片上加工小圆柱,使其粘接应力由镜片本身转移到突出部位的小柱子上,有效改善了相位校正器镜面局部粘接应力,使镜面局部高阶像差得到缓解,并通过试验验证了其有效性。
通过理论分析,对相位校正器的镜面与支撑结构间的粘接建立模型进行仿真研究,提出了在相位校正器镜片上加工小圆柱,使其粘接应力由镜片本身转移到突出部位的小柱子上,有效改善了相位校正器镜面局部粘接应力,使镜面局部高阶像差得到缓解,并通过试验验证了其有效性。
2015, 27: 071003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071003
摘要:
针对短脉冲高功率热流作用下的薄壁金属导热问题，基于傅里叶导热模型，采用固液耦合计算方法对金属瞬态温度特性进行了数值仿真，并分析了液体工质流速及固体材料物性参数对金属温度瞬态响应和分布的影响作用。分析结果表明：温度响应特性与时间尺度有关，在单次脉冲作用下，在ms量级内热量才能开始通过水侧对流散热散出，25 ms后金属内部温度渐趋平衡；在连续脉冲作用下，金属内部温度逐渐升高，一定时间后温度变化达到动态平衡，壁面温度在一定范围内波动；停止加热后，在2 s内温度逐渐降低至初始状态。提高水的流速和固体壁面热扩散系数均可降低壁面温度，且缩短温度趋衡所需时间。
针对短脉冲高功率热流作用下的薄壁金属导热问题，基于傅里叶导热模型，采用固液耦合计算方法对金属瞬态温度特性进行了数值仿真，并分析了液体工质流速及固体材料物性参数对金属温度瞬态响应和分布的影响作用。分析结果表明：温度响应特性与时间尺度有关，在单次脉冲作用下，在ms量级内热量才能开始通过水侧对流散热散出，25 ms后金属内部温度渐趋平衡；在连续脉冲作用下，金属内部温度逐渐升高，一定时间后温度变化达到动态平衡，壁面温度在一定范围内波动；停止加热后，在2 s内温度逐渐降低至初始状态。提高水的流速和固体壁面热扩散系数均可降低壁面温度，且缩短温度趋衡所需时间。
2015, 27: 071004.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071004
摘要:
采用Mie散射理论计算了可见光波段等效球飞尘气溶胶粒子的Stokes散射矩阵,并与实验得到的空间随机取向的非球形飞尘气溶胶粒子结果进行了对比分析；由理论与实验方法得到的散射相函数,采用离散坐标法计算了两者的双向反射函数(BRDF),并对此结果进行了分析研究。结果表明：实验测量的非球形飞尘气溶胶粒子群的散射矩阵和基于球形粒子假设的Mie散射理论计算结果在大多数散射角上都不相同,但是不对称因子却大致相同；球形-非球形粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致,但是球形粒子群的BRDF曲线分布具有更大的波动趋势；随着光学厚度的增加,球形-非球形粒子群的BRDF曲线分布均趋于平坦,计算结果趋于一致。因此在飞尘气溶胶粒子散射特性研究中,当光学厚度较小时,用球形假设的方法会造成一定的误差,BRDF相对误差最大可以达到60%,需考虑粒子非球形特性造成的影响；而当光学厚度较大时,BRDF相对误差一般不会超过10%,采用球形假设的方法具有一定的适用性。
采用Mie散射理论计算了可见光波段等效球飞尘气溶胶粒子的Stokes散射矩阵,并与实验得到的空间随机取向的非球形飞尘气溶胶粒子结果进行了对比分析；由理论与实验方法得到的散射相函数,采用离散坐标法计算了两者的双向反射函数(BRDF),并对此结果进行了分析研究。结果表明：实验测量的非球形飞尘气溶胶粒子群的散射矩阵和基于球形粒子假设的Mie散射理论计算结果在大多数散射角上都不相同,但是不对称因子却大致相同；球形-非球形粒子群的BRDF随反射角的变化趋势基本一致,但是球形粒子群的BRDF曲线分布具有更大的波动趋势；随着光学厚度的增加,球形-非球形粒子群的BRDF曲线分布均趋于平坦,计算结果趋于一致。因此在飞尘气溶胶粒子散射特性研究中,当光学厚度较小时,用球形假设的方法会造成一定的误差,BRDF相对误差最大可以达到60%,需考虑粒子非球形特性造成的影响；而当光学厚度较大时,BRDF相对误差一般不会超过10%,采用球形假设的方法具有一定的适用性。
2015, 27: 071005.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071005
摘要:
提出了一种嵌入到常规几何标定过程中的非线性校正算法。该方法通过相位获取投影图案与拍摄图像对应点之间的亮度关系，进而确定系统的非线性亮度响应。该算法在几何标定进行的同时，无需调整系统设置或投影额外的结构光图案，直接导出用于非线性预补偿的灰度查找表。实验结果表明，校正后的相位误差比校正前减少了约95%。
提出了一种嵌入到常规几何标定过程中的非线性校正算法。该方法通过相位获取投影图案与拍摄图像对应点之间的亮度关系，进而确定系统的非线性亮度响应。该算法在几何标定进行的同时，无需调整系统设置或投影额外的结构光图案，直接导出用于非线性预补偿的灰度查找表。实验结果表明，校正后的相位误差比校正前减少了约95%。
2015, 27: 071006.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071006
摘要:
在神光-Ⅱ装置上利用强激光加载铝材料进行高应变率（高于106 s-1）层裂实验，研究不同初始温度下高纯铝材料的动态损伤特性。采用任意反射面速度干涉仪测量样品自由面速度剖面，由自由面速度剖面计算纯铝样品层裂强度与屈服应力。结果表明:随着温度升高，材料层裂强度减小，屈服应力增大。对激光加载前后样品进行金相分析，观察不同初始温度下纯铝材料的微介观结构变化及其损伤特性。结果表明：随着温度升高，样品晶粒尺度缓慢增大，但在873 K（近熔点）时晶粒尺度急剧增加；层裂面附近小孔洞数目较多，孔洞尺寸也较大，而远离层裂面处，孔洞数目相对较少，且尺寸也较小；材料的断裂方式随温度升高由沿晶断裂为主逐渐变为穿晶断裂为主。
在神光-Ⅱ装置上利用强激光加载铝材料进行高应变率（高于106 s-1）层裂实验，研究不同初始温度下高纯铝材料的动态损伤特性。采用任意反射面速度干涉仪测量样品自由面速度剖面，由自由面速度剖面计算纯铝样品层裂强度与屈服应力。结果表明:随着温度升高，材料层裂强度减小，屈服应力增大。对激光加载前后样品进行金相分析，观察不同初始温度下纯铝材料的微介观结构变化及其损伤特性。结果表明：随着温度升高，样品晶粒尺度缓慢增大，但在873 K（近熔点）时晶粒尺度急剧增加；层裂面附近小孔洞数目较多，孔洞尺寸也较大，而远离层裂面处，孔洞数目相对较少，且尺寸也较小；材料的断裂方式随温度升高由沿晶断裂为主逐渐变为穿晶断裂为主。
2015, 27: 071007.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071007
摘要:
由于激光烧蚀靶材产生的等离子体呈高斯分布，其中所包含粒子密度及性能的空间分布极不均匀，因此脉冲激光沉积法难以制备性能与膜厚均匀的大面积薄膜。提出并构建了衬底自转与一维变速平移机构，衬底匀速自转的同时，进行一维平移，越靠近等离子体中心平移速率越大、反之越小，达到均匀镀膜的目的；在此基础上建立了机构运动参数对膜厚影响的数学模型，通过仿真模拟分析关键参数对膜厚分布的影响；通过运动参数优化指导实验，最终获得了直径为200 mm、不均匀性不超过4%的大面积类金刚石膜，与仿真优化结果吻合。
由于激光烧蚀靶材产生的等离子体呈高斯分布，其中所包含粒子密度及性能的空间分布极不均匀，因此脉冲激光沉积法难以制备性能与膜厚均匀的大面积薄膜。提出并构建了衬底自转与一维变速平移机构，衬底匀速自转的同时，进行一维平移，越靠近等离子体中心平移速率越大、反之越小，达到均匀镀膜的目的；在此基础上建立了机构运动参数对膜厚影响的数学模型，通过仿真模拟分析关键参数对膜厚分布的影响；通过运动参数优化指导实验，最终获得了直径为200 mm、不均匀性不超过4%的大面积类金刚石膜，与仿真优化结果吻合。
2015, 27: 071008.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071008
摘要:
为研究光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的产生机理，基于所建立的腔长为49.1 cm的V型微晶玻璃衰荡腔在不同环境、不同光谱范围所测得的腔损耗谱，利用数据处理方法详细分析并讨论纹波效应的周期和振幅等典型特征。分析认为，纹波效应呈现出明显的部分干涉特点，光谱纹波的周期和振幅特性分别受折叠腔结构和折叠腔镜表面污染状态影响，而与光谱扫描区域关系不明显；这表明纹波效应主要来源于折叠腔镜表面散射场的部分干涉效应。
为研究光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的产生机理，基于所建立的腔长为49.1 cm的V型微晶玻璃衰荡腔在不同环境、不同光谱范围所测得的腔损耗谱，利用数据处理方法详细分析并讨论纹波效应的周期和振幅等典型特征。分析认为，纹波效应呈现出明显的部分干涉特点，光谱纹波的周期和振幅特性分别受折叠腔结构和折叠腔镜表面污染状态影响，而与光谱扫描区域关系不明显；这表明纹波效应主要来源于折叠腔镜表面散射场的部分干涉效应。
2015, 27: 071009.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071009
摘要:
提出了一种利用组合变形镜校正板条MOPA固体激光器像差的方法，并通过实验验证其有效性。通过将一个11单元的一维变形镜和一个67单元的二维变形镜组合，有效降低了单个二维变形镜波前校正过程中驱动器间的电压差，从而提高了二维变形镜的使用安全性，并在一定程度上改善了校正后波前畸变的空间分布，降低了波前畸变残差。实验结果表明，一维变形镜与二维变形镜的组合能高效地校正板条MOPA固体激光器的波前畸变，波前残差均方根值小于0.08 m，远场光束质量因子可达1.67。
提出了一种利用组合变形镜校正板条MOPA固体激光器像差的方法，并通过实验验证其有效性。通过将一个11单元的一维变形镜和一个67单元的二维变形镜组合，有效降低了单个二维变形镜波前校正过程中驱动器间的电压差，从而提高了二维变形镜的使用安全性，并在一定程度上改善了校正后波前畸变的空间分布，降低了波前畸变残差。实验结果表明，一维变形镜与二维变形镜的组合能高效地校正板条MOPA固体激光器的波前畸变，波前残差均方根值小于0.08 m，远场光束质量因子可达1.67。
2015, 27: 071010.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071010
摘要:
采用高质量的标准位相结构是实现光学干涉检测系统的系统传递函数精确校准及保证光学元件波前/表面中高频段信息准确检测的前提。通过对二元伪随机光栅结构和台阶位相结构两类典型表面进行模拟,分析了空间周期误差及跃变边缘陡度等制造误差对于检测系统传递函数校准的影响,并分析了检测系统CCD对二元伪随机光栅欠采样和过采样时功率谱密度(PSD)的变化。结果表明：存在同等制造误差时,二元伪随机光栅结构比台阶位相结构对检测系统传递函数中高频能够实现更高精度的校准；当对二元伪随机光栅存在欠采样或过采样时,均会造成PSD随频率的下降,可通过对理想二元伪随机光栅的高度分布进行相应的采样修正消除因采样对传递函数校准的影响。
采用高质量的标准位相结构是实现光学干涉检测系统的系统传递函数精确校准及保证光学元件波前/表面中高频段信息准确检测的前提。通过对二元伪随机光栅结构和台阶位相结构两类典型表面进行模拟,分析了空间周期误差及跃变边缘陡度等制造误差对于检测系统传递函数校准的影响,并分析了检测系统CCD对二元伪随机光栅欠采样和过采样时功率谱密度(PSD)的变化。结果表明：存在同等制造误差时,二元伪随机光栅结构比台阶位相结构对检测系统传递函数中高频能够实现更高精度的校准；当对二元伪随机光栅存在欠采样或过采样时,均会造成PSD随频率的下降,可通过对理想二元伪随机光栅的高度分布进行相应的采样修正消除因采样对传递函数校准的影响。
2015, 27: 071011.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071011
摘要:
采用能见度仪和温度脉动仪在我国东南沿海典型地区进行能见度和相对湿度测量实验,利用能见度与消光系数和波长的关系,分析了在雾霾和晴好两种天气条件下相对湿度对沿海气溶胶系统消光系数的影响。研究结果表明:对于波长为1.06 m的激光,该地区两种天气下气溶胶粒子的潮解点均为80%左右；当相对湿度在80%~90%时,随着相对湿度增大,两种天气下消光系数相对干粒子时的增长率基本相同,吸湿增长因子主要介于1~2；当相对湿度大于90%时,二者相对增长差别很大,晴好天气下吸湿增长因子增大了两个量级,远大于雾霾天气。
采用能见度仪和温度脉动仪在我国东南沿海典型地区进行能见度和相对湿度测量实验,利用能见度与消光系数和波长的关系,分析了在雾霾和晴好两种天气条件下相对湿度对沿海气溶胶系统消光系数的影响。研究结果表明:对于波长为1.06 m的激光,该地区两种天气下气溶胶粒子的潮解点均为80%左右；当相对湿度在80%~90%时,随着相对湿度增大,两种天气下消光系数相对干粒子时的增长率基本相同,吸湿增长因子主要介于1~2；当相对湿度大于90%时,二者相对增长差别很大,晴好天气下吸湿增长因子增大了两个量级,远大于雾霾天气。
2015, 27: 071012.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071012
摘要:
使用透射型体布拉格光栅组束两束光纤激光,实现了856 W光谱组束输出。总的光谱组束效率为73.7%,组束光束的横向质量因子为7.9,纵向质量因子为2.7。研究结果显示,虽然体光栅的角色散严重影响衍射光束的光束质量,但其并不影响透射光束的光束特性。由于当前宽谱光纤激光器的输出功率远大于窄线宽输出,使用宽谱光纤激光器（光谱带宽超过4 nm）作为透射光束,能够在不降低组束效率和组束光束质量的前提下,有效提升使用体布拉格光栅进行光谱组束的总输出功率。
使用透射型体布拉格光栅组束两束光纤激光,实现了856 W光谱组束输出。总的光谱组束效率为73.7%,组束光束的横向质量因子为7.9,纵向质量因子为2.7。研究结果显示,虽然体光栅的角色散严重影响衍射光束的光束质量,但其并不影响透射光束的光束特性。由于当前宽谱光纤激光器的输出功率远大于窄线宽输出,使用宽谱光纤激光器（光谱带宽超过4 nm）作为透射光束,能够在不降低组束效率和组束光束质量的前提下,有效提升使用体布拉格光栅进行光谱组束的总输出功率。
2015, 27: 071013.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071013
摘要:
分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射（SBS）效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10 GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13 GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400 m掺Yb光纤最终实现了中心波长1064 nm、线宽13 GHz、最高功率1.06 kW的激光输出,光束质量M2＜1.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。
分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射（SBS）效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10 GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13 GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400 m掺Yb光纤最终实现了中心波长1064 nm、线宽13 GHz、最高功率1.06 kW的激光输出,光束质量M2＜1.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。
2015, 27: 071014.
doi: 10.11884/HPLPB201527.071014
摘要:
无气流和切向气流马赫数分别为0.50,0.85条件下,开展了碳纤维/环氧材料激光辐照损伤特性研究实验,对碳纤维、环氧树脂和复合材料热失重曲线、温度历史曲线以及实验后复合材料损伤形进行分析,结果表明：由于切向气流阻止材料燃烧且对材料表面起冷却作用,无气流条件下材料的热损伤区域远大于激光辐照区域,与切向气流条件相比,材料后表面温升时间长、温升幅值高；在切向气流环境下,由于气流作用使得材料的损伤包括烧蚀损伤和断裂损伤；从损伤形貌和后表面温度历史、温升速率比较来看,在切向气流马赫数为0.50~0.85的速度范围内,碳纤维/环氧材料在切向气流和连续激光（102 W/cm2量级）联合作用下的损伤差异不明显。
无气流和切向气流马赫数分别为0.50,0.85条件下,开展了碳纤维/环氧材料激光辐照损伤特性研究实验,对碳纤维、环氧树脂和复合材料热失重曲线、温度历史曲线以及实验后复合材料损伤形进行分析,结果表明：由于切向气流阻止材料燃烧且对材料表面起冷却作用,无气流条件下材料的热损伤区域远大于激光辐照区域,与切向气流条件相比,材料后表面温升时间长、温升幅值高；在切向气流环境下,由于气流作用使得材料的损伤包括烧蚀损伤和断裂损伤；从损伤形貌和后表面温度历史、温升速率比较来看,在切向气流马赫数为0.50~0.85的速度范围内,碳纤维/环氧材料在切向气流和连续激光（102 W/cm2量级）联合作用下的损伤差异不明显。
2015, 27: 072001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.072001
摘要:
以三醋酸纤维素（TAC）为原料，并利用模具成型与溶胶凝胶方法，成功制备了Z箍缩准球形负载用球形及椭球形超低密度TAC气凝胶靶材料。研究了TAC溶胶凝胶化过程中光透过率随温度的变化，确定了球形与椭球形TAC气凝胶模具成型最佳凝胶化温度控制范围。TAC气凝胶微结构的扫描电子显微镜表征结果表明，该气凝胶材料结构为20~40 nm的纤维丝交错形成具有纳米孔洞的三维网络微结构；TAC气凝胶的热分析结果表明，TAC气凝胶的热分解性能与其原料接近，热分解起始温度约为320 ℃。目前该材料已成功应用于Z箍缩准球形负载物理实验中。
以三醋酸纤维素（TAC）为原料，并利用模具成型与溶胶凝胶方法，成功制备了Z箍缩准球形负载用球形及椭球形超低密度TAC气凝胶靶材料。研究了TAC溶胶凝胶化过程中光透过率随温度的变化，确定了球形与椭球形TAC气凝胶模具成型最佳凝胶化温度控制范围。TAC气凝胶微结构的扫描电子显微镜表征结果表明，该气凝胶材料结构为20~40 nm的纤维丝交错形成具有纳米孔洞的三维网络微结构；TAC气凝胶的热分析结果表明，TAC气凝胶的热分解性能与其原料接近，热分解起始温度约为320 ℃。目前该材料已成功应用于Z箍缩准球形负载物理实验中。
2015, 27: 072002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.072002
摘要:
采用四轴球体研磨方法对金属钛球进行精密研磨实验，通过Talysurf轮廓仪对球体表面粗糙度进行测试，通过靶丸表面轮廓仪检测钛球圆度。结果表明：钛球表面粗糙度可达小于10 nm，圆度小于1.0 m。通过对球体的受力分析表明，在四轴空间对称分布的情况下，需满足四轴受力基本相同，研具半径为被研球体的0.816倍，可获得圆度较好的球体。
采用四轴球体研磨方法对金属钛球进行精密研磨实验，通过Talysurf轮廓仪对球体表面粗糙度进行测试，通过靶丸表面轮廓仪检测钛球圆度。结果表明：钛球表面粗糙度可达小于10 nm，圆度小于1.0 m。通过对球体的受力分析表明，在四轴空间对称分布的情况下，需满足四轴受力基本相同，研具半径为被研球体的0.816倍，可获得圆度较好的球体。
2015, 27: 072003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.072003
摘要:
利用二维PIC粒子模拟程序研究了超短超强激光脉冲与柱腔靶相互作用产生的表面超热电子加速现象。采用光强为1021 W/cm2量级的超高斯激光脉冲掠入射进入柱腔靶，在靶的内壁上观察到了GeV量级的表面超热电子。超热电子束被准静态的电场和磁场约束在内壁表面附近，保证了电子束的准直性，发散角仅为1.6；并且由于超热电子束在纵向激光电场中加速了mm级的距离，激光到高能电子（100 MeV）的转换效率达到了26.6%。另外，通过多参数模拟和理论解析讨论了激光的光强以及横向空间分布对这种表面超热电子加速的影响。
利用二维PIC粒子模拟程序研究了超短超强激光脉冲与柱腔靶相互作用产生的表面超热电子加速现象。采用光强为1021 W/cm2量级的超高斯激光脉冲掠入射进入柱腔靶，在靶的内壁上观察到了GeV量级的表面超热电子。超热电子束被准静态的电场和磁场约束在内壁表面附近，保证了电子束的准直性，发散角仅为1.6；并且由于超热电子束在纵向激光电场中加速了mm级的距离，激光到高能电子（100 MeV）的转换效率达到了26.6%。另外，通过多参数模拟和理论解析讨论了激光的光强以及横向空间分布对这种表面超热电子加速的影响。
2015, 27: 072004.
doi: 10.11884/HPLPB201527.072004
摘要:
高质量光学元件表面缺陷中存在一些深度较浅或者宽度较窄的划痕，在暗场成像检测中，该类划痕产生的散射光灰度值很低，甚至淹没在背景光中，很难被目视或常规机器视觉识别，造成划痕缺陷的漏检。针对该问题，以既有的疵病检测系统为基础，根据划痕灰度的等级特征，提出双阈值法分类处理划痕缺陷。在低阈值的弱划痕处理中，根据弱划痕和背景的频率特征以及空间对比度特征，设计了频域滤波及背景差分算法。通过空间域以及频率域的滤波处理，排除高频噪声以及高亮度噪声，根据几何特征等提取弱划痕图像中的复杂背景。经差分处理后，提取弱划痕并增强对比度，最后与正常灰度级划痕信息一同通过高阈值（正常阈值）进行后续划痕的特征提取，即得到所有的划痕信息，为划痕缺陷总长度计算以及最大长度的分级判定奠定基础。实验结果表明，该算法避免了过低二值化阈值引入的背景等不规则噪声，使得划痕与背景的对比度大大增强。目前该算法已经应用于惯性约束聚变系统中大口径光学表面划痕的定量检测，并且使长度计量的准确度已提升到约80%。
高质量光学元件表面缺陷中存在一些深度较浅或者宽度较窄的划痕，在暗场成像检测中，该类划痕产生的散射光灰度值很低，甚至淹没在背景光中，很难被目视或常规机器视觉识别，造成划痕缺陷的漏检。针对该问题，以既有的疵病检测系统为基础，根据划痕灰度的等级特征，提出双阈值法分类处理划痕缺陷。在低阈值的弱划痕处理中，根据弱划痕和背景的频率特征以及空间对比度特征，设计了频域滤波及背景差分算法。通过空间域以及频率域的滤波处理，排除高频噪声以及高亮度噪声，根据几何特征等提取弱划痕图像中的复杂背景。经差分处理后，提取弱划痕并增强对比度，最后与正常灰度级划痕信息一同通过高阈值（正常阈值）进行后续划痕的特征提取，即得到所有的划痕信息，为划痕缺陷总长度计算以及最大长度的分级判定奠定基础。实验结果表明，该算法避免了过低二值化阈值引入的背景等不规则噪声，使得划痕与背景的对比度大大增强。目前该算法已经应用于惯性约束聚变系统中大口径光学表面划痕的定量检测，并且使长度计量的准确度已提升到约80%。
2015, 27: 072005.
doi: 10.11884/HPLPB201527.072005
摘要:
基于X光微点源装置，从实验角度验证了半影成像的原理。利用针孔成像，直接测量了微点源源区图像；给出了半影孔成像、半影锥成像和环孔成像原理，以及在微点源的半影成像结果和维纳滤波重建结果。从实验结果可知：半影锥成像具有与半影孔成像相同的诊断能力，两种方法的重建图像尺寸与源尺寸一致；环孔成像的诊断能力更好，重建图像的尺寸和形状更接近源图像。
基于X光微点源装置，从实验角度验证了半影成像的原理。利用针孔成像，直接测量了微点源源区图像；给出了半影孔成像、半影锥成像和环孔成像原理，以及在微点源的半影成像结果和维纳滤波重建结果。从实验结果可知：半影锥成像具有与半影孔成像相同的诊断能力，两种方法的重建图像尺寸与源尺寸一致；环孔成像的诊断能力更好，重建图像的尺寸和形状更接近源图像。
2015, 27: 073001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073001
摘要:
设计了一种基于传输线变压器的超短波功分器,利用电报方程完成了对超短波功分器的建模,分析了功分器输入端驻波比、传输系数、分离端隔离度等性能,以及在不同位置补偿电容对功分器性能的影响。数值计算结果表明,补偿适当的电容能够使功分器输入端驻波比减小,传输系数和分离端隔离度增大。实验结果表明,补偿电容后功分器性能变化趋势与数值计算结果吻合。
设计了一种基于传输线变压器的超短波功分器,利用电报方程完成了对超短波功分器的建模,分析了功分器输入端驻波比、传输系数、分离端隔离度等性能,以及在不同位置补偿电容对功分器性能的影响。数值计算结果表明,补偿适当的电容能够使功分器输入端驻波比减小,传输系数和分离端隔离度增大。实验结果表明,补偿电容后功分器性能变化趋势与数值计算结果吻合。
2015, 27: 073002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073002
摘要:
对一种由Densiov型辐射器和四面反射镜面系统组成的准光模式变换器开展了详细的研究和设计。采用几何光学理论,分析了Denisov型辐射器的工作原理,推导了模式叠加形成高斯分布的过程。基于耦合模理论,提出了辐射器波纹波导的设计方法。针对110 GHz,TE22,6模回旋管的具体参数设计和优化了辐射器和镜面系统,编写仿真程序,对波导切口处辐射场和镜面散射场进行数值模拟。计算结果表明,输出窗口处得到较好的高斯波束,高斯效率达到95.8%,功率转换效率为94.7%。
对一种由Densiov型辐射器和四面反射镜面系统组成的准光模式变换器开展了详细的研究和设计。采用几何光学理论,分析了Denisov型辐射器的工作原理,推导了模式叠加形成高斯分布的过程。基于耦合模理论,提出了辐射器波纹波导的设计方法。针对110 GHz,TE22,6模回旋管的具体参数设计和优化了辐射器和镜面系统,编写仿真程序,对波导切口处辐射场和镜面散射场进行数值模拟。计算结果表明,输出窗口处得到较好的高斯波束,高斯效率达到95.8%,功率转换效率为94.7%。
2015, 27: 073003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073003
摘要:
实现输出模式控制和纯化是过模相对论返波管振荡器物理设计的关键。结合数值仿真和粒子模拟,对一种宽间隙反射器过模相对论返波管内的同频高阶模式激励及其抑制进行了研究,结果表明：模式转换和激励是同频高阶模式的直接来源,合理优化慢波结构、反射器和二极管参数,抑制由工作模式向高阶模式的转化效率,调整由二极管区反射回束波互作用区的模式相位,实现了过模相对论返波管的高效率工作和高模式纯度微波输出；所设计的宽间隙反射器过模相对论返波管输出微波功率中TM01模式的比例高于98%,功率转换效率约40%,工作频率为9.87 GHz。
实现输出模式控制和纯化是过模相对论返波管振荡器物理设计的关键。结合数值仿真和粒子模拟,对一种宽间隙反射器过模相对论返波管内的同频高阶模式激励及其抑制进行了研究,结果表明：模式转换和激励是同频高阶模式的直接来源,合理优化慢波结构、反射器和二极管参数,抑制由工作模式向高阶模式的转化效率,调整由二极管区反射回束波互作用区的模式相位,实现了过模相对论返波管的高效率工作和高模式纯度微波输出；所设计的宽间隙反射器过模相对论返波管输出微波功率中TM01模式的比例高于98%,功率转换效率约40%,工作频率为9.87 GHz。
2015, 27: 073101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073101
摘要:
提出了一种220 GHz三级串联的交错双栅行波管结构,针对影响整体传输性能的核心部件输入输出耦合器进行了详细分析,并以此为基础设计了串联交错双栅慢波结构。通过数值模拟分析,确定了一种由齿深渐变光栅和半圆同心弯头组成的新型输出输入耦合结构。整管粒子仿真结果显示慢波结构内部没有出现振荡现象,且在220 GHz达到了30 dB增益,3 dB带宽达到23 GHz,有效改善了该类串联结构由于多个电子注加载通道造成的行波管传输特性下降问题。
提出了一种220 GHz三级串联的交错双栅行波管结构,针对影响整体传输性能的核心部件输入输出耦合器进行了详细分析,并以此为基础设计了串联交错双栅慢波结构。通过数值模拟分析,确定了一种由齿深渐变光栅和半圆同心弯头组成的新型输出输入耦合结构。整管粒子仿真结果显示慢波结构内部没有出现振荡现象,且在220 GHz达到了30 dB增益,3 dB带宽达到23 GHz,有效改善了该类串联结构由于多个电子注加载通道造成的行波管传输特性下降问题。
2015, 27: 073102.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073102
摘要:
太赫兹自由电子装置注入束流输运线的束团有着较长的尾部。在束团尾部能散较大的粒子由输运线中的能量狭缝加以剔除,仅保留头部满足出光要求的粒子输入波荡器。利用Elegant的模拟计算表明在目前采用的输运线设计可以将束团有效部分的粒子完整地传输至波荡器。输运线所采用的磁铁的加工和安装误差会导致束流轨道的畸变,需要利用校正磁铁对束流的偏移加以校正。利用AT for MATLAB仿真计算结果表明,合理选择校正线圈的布局可以有效地校正束流偏差。
太赫兹自由电子装置注入束流输运线的束团有着较长的尾部。在束团尾部能散较大的粒子由输运线中的能量狭缝加以剔除,仅保留头部满足出光要求的粒子输入波荡器。利用Elegant的模拟计算表明在目前采用的输运线设计可以将束团有效部分的粒子完整地传输至波荡器。输运线所采用的磁铁的加工和安装误差会导致束流轨道的畸变,需要利用校正磁铁对束流的偏移加以校正。利用AT for MATLAB仿真计算结果表明,合理选择校正线圈的布局可以有效地校正束流偏差。
2015, 27: 073201.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073201
摘要:
介绍了在弹道靶上利用二级轻气炮发射再入体缩比模型开展湍流等离子体电磁散射特性模拟试验方法、湍流等离子体的雷达散射截面积(RCS)测量方法。给出了模型尾迹湍流等离子体的电磁散射特性测量典型试验结果,对获得的试验结果进行了分析,并与一阶畸变波Born方法计算结果进行了比较。结果表明：合理选择缩比模型发射速度和飞行环境压力,在弹道靶上能够模拟产生湍流等离子体；利用激光阴影成像技术获得的锥模型尾迹流场图像证实了尾迹转捩的出现及其湍流形成；在给定的试验条件下,锥模型及其绕流RCS测量值比其尾迹RCS测量值高3个数量级,比背景散射电平高0.5~2.5个数量级，且信号没有周期性,幅度脉动范围为1～15 dB,频率脉动范围0.4～40 kHz；锥模型湍流尾迹RCS的脉动可能是尾迹电子密度的脉动引起的；单站X波段雷达系统测量的锥模型尾迹亚密湍流等离子体的散射信号测量值与计算结果变化规律一致；弹道靶RCS测量技术可用于再入体缩比模型湍流等离子体电磁散射特性研究,为开展相关研究提供了一种有效的地面模拟实验研究途径。
介绍了在弹道靶上利用二级轻气炮发射再入体缩比模型开展湍流等离子体电磁散射特性模拟试验方法、湍流等离子体的雷达散射截面积(RCS)测量方法。给出了模型尾迹湍流等离子体的电磁散射特性测量典型试验结果,对获得的试验结果进行了分析,并与一阶畸变波Born方法计算结果进行了比较。结果表明：合理选择缩比模型发射速度和飞行环境压力,在弹道靶上能够模拟产生湍流等离子体；利用激光阴影成像技术获得的锥模型尾迹流场图像证实了尾迹转捩的出现及其湍流形成；在给定的试验条件下,锥模型及其绕流RCS测量值比其尾迹RCS测量值高3个数量级,比背景散射电平高0.5~2.5个数量级，且信号没有周期性,幅度脉动范围为1～15 dB,频率脉动范围0.4～40 kHz；锥模型湍流尾迹RCS的脉动可能是尾迹电子密度的脉动引起的；单站X波段雷达系统测量的锥模型尾迹亚密湍流等离子体的散射信号测量值与计算结果变化规律一致；弹道靶RCS测量技术可用于再入体缩比模型湍流等离子体电磁散射特性研究,为开展相关研究提供了一种有效的地面模拟实验研究途径。
2015, 27: 073202.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073202
摘要:
讨论了集成光学电场探头测量高空电磁脉冲（HEMP）的系统误差。根据探测器传输函数和HEMP的表达式得出了误差方程。并通过对HEMP表达式的特征分析,对误差方程进行了简化。通过方程的求解,分析了探测器和HEMP波形的各项参数对测量结果的影响。结果表明：误差随着双指数波幅值、半宽/前沿和探测器工作点漂移的增大而增大；探测器的5%和10%系统测量误差对应的最大测量幅值分别为半波电场的0.165倍和0.23倍。该结论可为此类探测器的使用提供参考。
讨论了集成光学电场探头测量高空电磁脉冲（HEMP）的系统误差。根据探测器传输函数和HEMP的表达式得出了误差方程。并通过对HEMP表达式的特征分析,对误差方程进行了简化。通过方程的求解,分析了探测器和HEMP波形的各项参数对测量结果的影响。结果表明：误差随着双指数波幅值、半宽/前沿和探测器工作点漂移的增大而增大；探测器的5%和10%系统测量误差对应的最大测量幅值分别为半波电场的0.165倍和0.23倍。该结论可为此类探测器的使用提供参考。
2015, 27: 073203.
doi: 10.11884/HPLPB201527.073203
摘要:
为考察电磁脉冲在系统端口产生的电磁应力，采用场线耦合模型，计算了电磁脉冲环境、架空线缆结构和大地等参数对线缆负载响应的影响。结果表明：入射角、方位角、极化角和入射脉冲峰值是影响负载响应电流的主要因素。由于入射脉冲峰值与负载响应电流呈严格的正比例关系，可不作为随机变量考虑。最后以电磁脉冲的入射角、方位角和极化角为随机变量，分别计算180种状态的线缆终端负载的响应电流峰值，电流峰值的统计结果符合正态分布。
为考察电磁脉冲在系统端口产生的电磁应力，采用场线耦合模型，计算了电磁脉冲环境、架空线缆结构和大地等参数对线缆负载响应的影响。结果表明：入射角、方位角、极化角和入射脉冲峰值是影响负载响应电流的主要因素。由于入射脉冲峰值与负载响应电流呈严格的正比例关系，可不作为随机变量考虑。最后以电磁脉冲的入射角、方位角和极化角为随机变量，分别计算180种状态的线缆终端负载的响应电流峰值，电流峰值的统计结果符合正态分布。
2015, 27: 074001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074001
摘要:
根据辐射屏蔽后5.5 m测点处的辐射场情况，分别设计了电流型探测器系统和成像型探测器系统。通过Geant4数值模拟分析可得：在面密度达到10 mg/cm2、初级中子产额为1012时，电流型探测器系统满足测量的信噪比，信噪比达到40∶1；在面密度达到10 mg/cm2、初级中子产额为1011时，成像型探测器系统满足测量的信噪比，信噪比好于10∶1；面密度增大时，信噪比有所改善；但是当初级中子产额达到1012时，出现中子信号重叠现象，可通过缩短曝光时间或者减小塑料闪烁体厚度来降低中子重叠率。
根据辐射屏蔽后5.5 m测点处的辐射场情况，分别设计了电流型探测器系统和成像型探测器系统。通过Geant4数值模拟分析可得：在面密度达到10 mg/cm2、初级中子产额为1012时，电流型探测器系统满足测量的信噪比，信噪比达到40∶1；在面密度达到10 mg/cm2、初级中子产额为1011时，成像型探测器系统满足测量的信噪比，信噪比好于10∶1；面密度增大时，信噪比有所改善；但是当初级中子产额达到1012时，出现中子信号重叠现象，可通过缩短曝光时间或者减小塑料闪烁体厚度来降低中子重叠率。
2015, 27: 074002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074002
摘要:
为探索放电室能量损耗机制，开展了离子推力器放电室能量平衡研究。基于放电室零维模型，得到放电室电流平衡关系，结合放电室电势分布，分析放电室能量损耗并建立了能量平衡模型。应用模型计算LIPS200离子推力器放电室各项能量损耗，并进一步得到各能量损耗所占比例，所得结果与国外离子推力器NEXT具有较好的一致性；采用多工况试验参数（阳极电流4.0~4.4 A，阳极电压34~38 V）对放电室总能量损耗进行动态验证，结果表明：计算结果与试验结果误差小于3%。
为探索放电室能量损耗机制，开展了离子推力器放电室能量平衡研究。基于放电室零维模型，得到放电室电流平衡关系，结合放电室电势分布，分析放电室能量损耗并建立了能量平衡模型。应用模型计算LIPS200离子推力器放电室各项能量损耗，并进一步得到各能量损耗所占比例，所得结果与国外离子推力器NEXT具有较好的一致性；采用多工况试验参数（阳极电流4.0~4.4 A，阳极电压34~38 V）对放电室总能量损耗进行动态验证，结果表明：计算结果与试验结果误差小于3%。
2015, 27: 074003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074003
摘要:
补偿中子测井受到环境温度的影响,利用数值模拟计算来进行修正,但目前的理论计算程序MCNP缺乏水的精细温度相关的热中子散射数据库。为了解决蒙特卡罗模拟热中子散射S(, )模型只能求解特定温度条件下中子输运问题的局限性,基于热中子散射的S(, )原理,采用内插法得到不同温度下水的频谱分布、振动; 在最新的ENDFB-VII.1数据库上,利用NJOY99程序制作了ACE格式的轻水热中子散射截面数据库。利用系列次临界基准题对数据的准确性进行了验证,不同数据库之间的计算结果及基准题的结果符合得很好。自制的数据应用于测井仪器中的温度效应修正,取得了较好的效果。
补偿中子测井受到环境温度的影响,利用数值模拟计算来进行修正,但目前的理论计算程序MCNP缺乏水的精细温度相关的热中子散射数据库。为了解决蒙特卡罗模拟热中子散射S(, )模型只能求解特定温度条件下中子输运问题的局限性,基于热中子散射的S(, )原理,采用内插法得到不同温度下水的频谱分布、振动; 在最新的ENDFB-VII.1数据库上,利用NJOY99程序制作了ACE格式的轻水热中子散射截面数据库。利用系列次临界基准题对数据的准确性进行了验证,不同数据库之间的计算结果及基准题的结果符合得很好。自制的数据应用于测井仪器中的温度效应修正,取得了较好的效果。
2015, 27: 074004.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074004
摘要:
针对252Cf源驱动噪声分析测量法中核材料浓度识别问题,采用压缩感知理论,在K最近邻(KNN)识别算法基础上,研究了一种基于压缩采样的K最近邻（CSKNN）分类识别方法,进而研究并分析了CSKNN方法的识别概率。实验结果表明,CSKNN分类识别方法只需少量的观测值(观测比M/N0.1),即可达到分类识别的目的；当信噪比提高时,识别概率将会以更快的速度收敛至100%,且对K值的敏感程度也会随之降低。这样,不仅提高了核军控核查的实时性,而且还有效降低了采样成本,为核材料浓度的在线判读提供了一种新的理论基础和实现方法。
针对252Cf源驱动噪声分析测量法中核材料浓度识别问题,采用压缩感知理论,在K最近邻(KNN)识别算法基础上,研究了一种基于压缩采样的K最近邻（CSKNN）分类识别方法,进而研究并分析了CSKNN方法的识别概率。实验结果表明,CSKNN分类识别方法只需少量的观测值(观测比M/N0.1),即可达到分类识别的目的；当信噪比提高时,识别概率将会以更快的速度收敛至100%,且对K值的敏感程度也会随之降低。这样,不仅提高了核军控核查的实时性,而且还有效降低了采样成本,为核材料浓度的在线判读提供了一种新的理论基础和实现方法。
2015, 27: 074005.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074005
摘要:
Kr是新型低成本离子推力器的优选工质之一。采用三维PIC粒子模拟方法对Kr等离子体在栅极系统中的输运过程进行仿真,并与Xe工质仿真结果进行对比,分析工质类型对束流分布、离子通过率、发散角损失和推力等参数特性和分布的影响。结果表明：相比于Xe工质,Kr工质条件下,屏栅上游鞘层区域更大,屏栅离子通过率略有上升；Kr+在加速栅孔轴向速度较大,径向位移小,撞击加速栅几率小,加速栅电流相对较小；Kr工质和Xe工质的发散角损失相当,但Kr工质工作电流区域更高；相比于Xe工质,相同功率条件下Kr工质的推力值约降低20%。
Kr是新型低成本离子推力器的优选工质之一。采用三维PIC粒子模拟方法对Kr等离子体在栅极系统中的输运过程进行仿真,并与Xe工质仿真结果进行对比,分析工质类型对束流分布、离子通过率、发散角损失和推力等参数特性和分布的影响。结果表明：相比于Xe工质,Kr工质条件下,屏栅上游鞘层区域更大,屏栅离子通过率略有上升；Kr+在加速栅孔轴向速度较大,径向位移小,撞击加速栅几率小,加速栅电流相对较小；Kr工质和Xe工质的发散角损失相当,但Kr工质工作电流区域更高；相比于Xe工质,相同功率条件下Kr工质的推力值约降低20%。
2015, 27: 074101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074101
摘要:
抗干涉齿轮集(CMG)机构是一种精巧的密码鉴别机构，可用于确保要害系统保证性的机械组合锁中。CMG机构的密码鉴别功能取决于两个配对的、多层密码齿轮固定堆叠而成的编码复合齿轮。复合齿轮层数的最小化有利于工程应用优化；对复合齿轮最小层数问题的认识，也是基于CMG机构的机械组合锁的关键科学问题之一。此前已证明第一类CMG机构复合齿轮的最小层数为3；对于有一个独特的指纹特征的第二类CMG机构，其最小层数的问题更为复杂。由于任意一个NA+NB的解锁符号序列都可以简并为MAB(MN)的形式且保持编码二维迷宫映射图中关键陷阱格点(CTG)的色数不变，且CTG互斥约束关系随着MAB持续增/减任意数量的3AB呈现出周期性，因此首先应用二维迷宫映射变换和CTG互斥的十字叉判据，将第二类CMG机构3AB(或6AB)，4AB和5AB三种基本模式中复合齿轮最小层数的证明过程转换为求解无向图G(V, E)顶点着色的色数，得到其色数分别为3，5和6。进一步得到最终结论，第二类CMG机构必须细分为与简并解锁符号序列对应的三种模式(3n)AB，(3n+1)AB和(3n+2)AB(n是自然数1, 2, )，最小齿轮层数分别为3，5和6。这意味着第二类CMG机构复合齿轮的最小层数受控于解锁符号序列结构的周期性。最后还给出了最小层数第二类CMG机构快捷编码的三模板着色方法。
抗干涉齿轮集(CMG)机构是一种精巧的密码鉴别机构，可用于确保要害系统保证性的机械组合锁中。CMG机构的密码鉴别功能取决于两个配对的、多层密码齿轮固定堆叠而成的编码复合齿轮。复合齿轮层数的最小化有利于工程应用优化；对复合齿轮最小层数问题的认识，也是基于CMG机构的机械组合锁的关键科学问题之一。此前已证明第一类CMG机构复合齿轮的最小层数为3；对于有一个独特的指纹特征的第二类CMG机构，其最小层数的问题更为复杂。由于任意一个NA+NB的解锁符号序列都可以简并为MAB(MN)的形式且保持编码二维迷宫映射图中关键陷阱格点(CTG)的色数不变，且CTG互斥约束关系随着MAB持续增/减任意数量的3AB呈现出周期性，因此首先应用二维迷宫映射变换和CTG互斥的十字叉判据，将第二类CMG机构3AB(或6AB)，4AB和5AB三种基本模式中复合齿轮最小层数的证明过程转换为求解无向图G(V, E)顶点着色的色数，得到其色数分别为3，5和6。进一步得到最终结论，第二类CMG机构必须细分为与简并解锁符号序列对应的三种模式(3n)AB，(3n+1)AB和(3n+2)AB(n是自然数1, 2, )，最小齿轮层数分别为3，5和6。这意味着第二类CMG机构复合齿轮的最小层数受控于解锁符号序列结构的周期性。最后还给出了最小层数第二类CMG机构快捷编码的三模板着色方法。
2015, 27: 074102.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074102
摘要:
通过两步法制备分散均匀、稳定的单壁碳纳米管/水、多壁碳纳米管/水碳纳米流体,通过差示扫描量热法（DSC）测试分析了碳纳米流体的凝固、熔化相变过程,实验结果表明在凝固相变过程中随着碳纳米管质量分数的增加,碳纳米流体的起始凝固温度及凝固温度逐渐升高,单壁碳纳米流体的凝固温度显著提高,在熔化相变过程中,碳纳米流体的质量分数对于纳米流体的熔点无明显影响,但对于碳纳米流体的潜热影响较大,碳纳米流体的潜热随着质量分数的增加而明显减小。
通过两步法制备分散均匀、稳定的单壁碳纳米管/水、多壁碳纳米管/水碳纳米流体,通过差示扫描量热法（DSC）测试分析了碳纳米流体的凝固、熔化相变过程,实验结果表明在凝固相变过程中随着碳纳米管质量分数的增加,碳纳米流体的起始凝固温度及凝固温度逐渐升高,单壁碳纳米流体的凝固温度显著提高,在熔化相变过程中,碳纳米流体的质量分数对于纳米流体的熔点无明显影响,但对于碳纳米流体的潜热影响较大,碳纳米流体的潜热随着质量分数的增加而明显减小。
2015, 27: 074103.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074103
摘要:
用纳秒强激光脉冲制备了纳米硅和硅表面的硅镱键合结构,检测了纳米硅表面硅镱键合的发光特性,并对这种结构相应的光致发光（PL）和电致发光（EL）的动力学机理进行了研究。观察到纳米硅表面硅镱键合在700 nm附近尖锐的强发光峰,结合第一性原理计算认为是硅镱键合在弯曲纳米硅表面的局域态发光；利用纳秒脉冲激光沉积技术（PLD）制备多晶硅薄膜,发现由硅镱界面的失配形成表面的突触,其上的硅镱键合产生带隙中的电子局域态,该局域态发光分布在1250~1650 nm波长范围,有增强的EL发光；用PLD方法制备硅镱多层膜量子级联结构,测量到光通信窗口的多个发光峰,并观察到随膜层数增加且发光峰增多。
用纳秒强激光脉冲制备了纳米硅和硅表面的硅镱键合结构,检测了纳米硅表面硅镱键合的发光特性,并对这种结构相应的光致发光（PL）和电致发光（EL）的动力学机理进行了研究。观察到纳米硅表面硅镱键合在700 nm附近尖锐的强发光峰,结合第一性原理计算认为是硅镱键合在弯曲纳米硅表面的局域态发光；利用纳秒脉冲激光沉积技术（PLD）制备多晶硅薄膜,发现由硅镱界面的失配形成表面的突触,其上的硅镱键合产生带隙中的电子局域态,该局域态发光分布在1250~1650 nm波长范围,有增强的EL发光；用PLD方法制备硅镱多层膜量子级联结构,测量到光通信窗口的多个发光峰,并观察到随膜层数增加且发光峰增多。
2015, 27: 074104.
doi: 10.11884/HPLPB201527.074104
摘要:
随着光刻胶厚度的不断增大,制作的光刻图形畸变愈发严重,这极大的影响了微结构器件的性能与应用。针对高深宽比柱状微结构在光刻胶厚度方向上畸变的特点,提出了双面曝光和亮衬线、灰阶掩模相结合的办法,利用遗传算法对失真影响最大的区域进行搜索,光刻胶内部各层的衍射光场分布作为评价函数,对光刻过程引起的畸变进行优化。仿真结果显示,优化后光刻胶各层面型质量得到极大的改善,特征尺寸和边墙角等参数与理论值吻合得更好。优化算法具有很好的灵活性,因此在用于更厚光刻胶、更复杂掩模图形的优化上,具有重要的指导意义。
随着光刻胶厚度的不断增大,制作的光刻图形畸变愈发严重,这极大的影响了微结构器件的性能与应用。针对高深宽比柱状微结构在光刻胶厚度方向上畸变的特点,提出了双面曝光和亮衬线、灰阶掩模相结合的办法,利用遗传算法对失真影响最大的区域进行搜索,光刻胶内部各层的衍射光场分布作为评价函数,对光刻过程引起的畸变进行优化。仿真结果显示,优化后光刻胶各层面型质量得到极大的改善,特征尺寸和边墙角等参数与理论值吻合得更好。优化算法具有很好的灵活性,因此在用于更厚光刻胶、更复杂掩模图形的优化上,具有重要的指导意义。
2015, 27: 075001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075001
摘要:
利用时域奇异值分解(SVD)技术对并行时域有限差分(FDTD)方法计算得到的分布式负载平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器内的场进行模式分析，给出有、无效应物时模拟器内场的3个主要模式(即TEM，TM1和TM2模)奇异值的变化及该奇异值随效应物的位置及高度的变化规律。研究结果表明：电磁波在模拟器中传播时，其主模TEM模的高频分量在衰减；效应物越靠近源时测试点场的3个主要模式所对应的奇异值变化越大；且当效应物的高度与所在位置处两极板距离之比小于等于60%时，效应物附近位置处场的TEM模对应的奇异值会出现两个极大值点，两点的水平间距与效应物的水平尺寸相当。关键词： Abstract: Key words:
利用时域奇异值分解(SVD)技术对并行时域有限差分(FDTD)方法计算得到的分布式负载平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器内的场进行模式分析，给出有、无效应物时模拟器内场的3个主要模式(即TEM，TM1和TM2模)奇异值的变化及该奇异值随效应物的位置及高度的变化规律。研究结果表明：电磁波在模拟器中传播时，其主模TEM模的高频分量在衰减；效应物越靠近源时测试点场的3个主要模式所对应的奇异值变化越大；且当效应物的高度与所在位置处两极板距离之比小于等于60%时，效应物附近位置处场的TEM模对应的奇异值会出现两个极大值点，两点的水平间距与效应物的水平尺寸相当。关键词： Abstract: Key words:
2015, 27: 075002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075002
摘要:
强流脉冲离子束在靶上的能量密度分布是其研究和应用的一个重要参数。为了解决现有束流能量密度诊断方法的不足,利用红外成像仪测量靶背面的温度分布,从而建立了强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断方法。对能量密度1 J/cm2量级、脉冲宽度为102 ns量级的束流,该方法测量误差好于5%,空间分辨率可达到1~2 mm,具有操作简便、成本低的优点,是强脉冲能量沉积分布的一种高效迅速的诊断方法。
强流脉冲离子束在靶上的能量密度分布是其研究和应用的一个重要参数。为了解决现有束流能量密度诊断方法的不足,利用红外成像仪测量靶背面的温度分布,从而建立了强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断方法。对能量密度1 J/cm2量级、脉冲宽度为102 ns量级的束流,该方法测量误差好于5%,空间分辨率可达到1~2 mm,具有操作简便、成本低的优点,是强脉冲能量沉积分布的一种高效迅速的诊断方法。
2015, 27: 075003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075003
摘要:
通过理论分析研究了一种高能量转换效率（高于50%）的紧凑重频空心脉冲变压器。这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电。通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较。结果表明：理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸。
通过理论分析研究了一种高能量转换效率（高于50%）的紧凑重频空心脉冲变压器。这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电。通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较。结果表明：理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸。
2015, 27: 075004.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075004
摘要:
为获得聚龙一号装置负载区电流，设计了测量探头，通过频响测试得到探头的频率上限为51.7 MHz；针对标定装置的逼真性进行了分析，实验结果表明，负载区电流探头的灵敏度在误差范围内不受柱孔盘旋面的影响。通过标定结果的外推分析可知：外推是否可靠是由探头能否满足相应测量的工作条件决定，而不是受外推的数量级限制。通过探头测量范围的分析及相应干扰实验，认为标定满足测试需求。实测结果表明负载区电流与磁绝缘传输线电流的测量结果自洽。
为获得聚龙一号装置负载区电流，设计了测量探头，通过频响测试得到探头的频率上限为51.7 MHz；针对标定装置的逼真性进行了分析，实验结果表明，负载区电流探头的灵敏度在误差范围内不受柱孔盘旋面的影响。通过标定结果的外推分析可知：外推是否可靠是由探头能否满足相应测量的工作条件决定，而不是受外推的数量级限制。通过探头测量范围的分析及相应干扰实验，认为标定满足测试需求。实测结果表明负载区电流与磁绝缘传输线电流的测量结果自洽。
2015, 27: 075005.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075005
摘要:
从工作原理、器件参数指标、系统效率、纹波系数等方面深入研究对比了蓄电池到脉冲电容器的三种充电方式：直流斩波、恒压、台阶升压，并建立了仿真模型。理论推导与仿真结果显示台阶升压充电效率达到0.911，远高于恒压方式的0.5，其对于晶闸管等器件的参数指标要求却是直流斩波的1/n（n为电池组分组数），并且能在不增加开关损耗的基础上将纹波系数限制在16%，甚至更低。利用混合储能样机进行了台阶升压实验，所得数据与仿真波形吻合较好。结果表明，台阶升压方式最适合应用于混合储能。
从工作原理、器件参数指标、系统效率、纹波系数等方面深入研究对比了蓄电池到脉冲电容器的三种充电方式：直流斩波、恒压、台阶升压，并建立了仿真模型。理论推导与仿真结果显示台阶升压充电效率达到0.911，远高于恒压方式的0.5，其对于晶闸管等器件的参数指标要求却是直流斩波的1/n（n为电池组分组数），并且能在不增加开关损耗的基础上将纹波系数限制在16%，甚至更低。利用混合储能样机进行了台阶升压实验，所得数据与仿真波形吻合较好。结果表明，台阶升压方式最适合应用于混合储能。
2015, 27: 075006.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075006
摘要:
基于超快速高压大功率半导体开关、脉冲形成电路以及同心等间距传输的关键技术,提出一种模块化多路同步快脉冲触发源技术方案。设计出在负载阻抗为50 时,可同步输出两种快脉冲触发信号：一种幅度大于20 V（4路）、脉冲前沿小于820 ps、脉冲宽度大于100 ns；另一种则是幅度大于100 V（4路）、前沿小于1.4 ns、脉宽大于100 ns；在外触发作用下,触发源系统抖动和脉冲输出同步分散性分别达到2 ns 和36.6 ps。电路结构上充分利用等间距电信号传输的原理,实现了快脉冲触发源模块化的设计。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了在外触发脉冲单次和重频（5 kHz）作用下该同步快脉冲触发源输出的实验结果。
基于超快速高压大功率半导体开关、脉冲形成电路以及同心等间距传输的关键技术,提出一种模块化多路同步快脉冲触发源技术方案。设计出在负载阻抗为50 时,可同步输出两种快脉冲触发信号：一种幅度大于20 V（4路）、脉冲前沿小于820 ps、脉冲宽度大于100 ns；另一种则是幅度大于100 V（4路）、前沿小于1.4 ns、脉宽大于100 ns；在外触发作用下,触发源系统抖动和脉冲输出同步分散性分别达到2 ns 和36.6 ps。电路结构上充分利用等间距电信号传输的原理,实现了快脉冲触发源模块化的设计。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了在外触发脉冲单次和重频（5 kHz）作用下该同步快脉冲触发源输出的实验结果。
2015, 27: 075101.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075101
摘要:
为了满足合肥光源升级改造后测量小束流尺寸的需求，设计了干涉法测量束团尺寸与发射度系统。简要介绍了在可见光波段利用干涉法测量束团横向尺寸的原理，详细介绍了该系统的光路与软硬件系统和图像处理算法。为了消除CCD的本底噪声对测量的影响，建立了本底噪声图像与束流流强的查找表，最终得到了多束团模式下的在线实验结果。测量得到的水平尺寸为265 m,测量误差为5.78 m; 垂直尺寸为114 m,测量误差为4.89 m。
为了满足合肥光源升级改造后测量小束流尺寸的需求，设计了干涉法测量束团尺寸与发射度系统。简要介绍了在可见光波段利用干涉法测量束团横向尺寸的原理，详细介绍了该系统的光路与软硬件系统和图像处理算法。为了消除CCD的本底噪声对测量的影响，建立了本底噪声图像与束流流强的查找表，最终得到了多束团模式下的在线实验结果。测量得到的水平尺寸为265 m,测量误差为5.78 m; 垂直尺寸为114 m,测量误差为4.89 m。
2015, 27: 075102.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075102
摘要:
设计了工作于S波段的波导耦合型预聚束器和束流相位探测腔。为了增加功率容量,预聚束器采用波导耦合机制代替了传统的同轴耦合环耦合,而偏心圆结构的设计能够补偿因耦合窗口的引入导致的径向电场不对称,进一步改善了强流束流品质。预聚束器设计指标与测试结果：耦合系数1.73,空载品质因数2195,腔体谐振频率的可调范围为2 854.55~2 856.9 MHz。为实现测量束流相对射频脉冲的时间,进行强流输入功率补偿,选择了能够在线进行束流相位实时测量的束流相位探测腔,采用旋转对称结构,并通过两个同轴耦合环提取束流通过时激发的感应信号,作为直线相控系统的参考信号。束流相位探测腔设计与测试结果：空载品质因数2392,3 dB带宽为2.05 MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45 MHz。所有器件的仿真设计与测试结果基本一致。
设计了工作于S波段的波导耦合型预聚束器和束流相位探测腔。为了增加功率容量,预聚束器采用波导耦合机制代替了传统的同轴耦合环耦合,而偏心圆结构的设计能够补偿因耦合窗口的引入导致的径向电场不对称,进一步改善了强流束流品质。预聚束器设计指标与测试结果：耦合系数1.73,空载品质因数2195,腔体谐振频率的可调范围为2 854.55~2 856.9 MHz。为实现测量束流相对射频脉冲的时间,进行强流输入功率补偿,选择了能够在线进行束流相位实时测量的束流相位探测腔,采用旋转对称结构,并通过两个同轴耦合环提取束流通过时激发的感应信号,作为直线相控系统的参考信号。束流相位探测腔设计与测试结果：空载品质因数2392,3 dB带宽为2.05 MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45 MHz。所有器件的仿真设计与测试结果基本一致。
2015, 27: 075103.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075103
摘要:
大功率激光加载会使负电子亲和势(NEA)砷化镓(GaAs)光阴极的温度迅速升高,较高的温度对NEA GaAs 光阴极的激活层造成了破坏,从而使其量子效率迅速下降。探索了基于FEL-THz装置的NEA GaAs 光阴极的真空铟焊工艺,搭建了GaAs真空铟焊平台,并进行了真空铟焊后的GaAs光阴极激光与束流加载实验。研究表明,真空铟焊使GaAs与金属阴极托之间形成了紧密连接,增强了阴极与阴极托之间的热传导,减缓了阴极的温升速率,并在数瓦平均功率激光加载时将注入器中NEA GaAs 光阴极的工作寿命提高了一个量级以上。
大功率激光加载会使负电子亲和势(NEA)砷化镓(GaAs)光阴极的温度迅速升高,较高的温度对NEA GaAs 光阴极的激活层造成了破坏,从而使其量子效率迅速下降。探索了基于FEL-THz装置的NEA GaAs 光阴极的真空铟焊工艺,搭建了GaAs真空铟焊平台,并进行了真空铟焊后的GaAs光阴极激光与束流加载实验。研究表明,真空铟焊使GaAs与金属阴极托之间形成了紧密连接,增强了阴极与阴极托之间的热传导,减缓了阴极的温升速率,并在数瓦平均功率激光加载时将注入器中NEA GaAs 光阴极的工作寿命提高了一个量级以上。
2015, 27: 075104.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075104
摘要:
设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔。通过迭代设计，使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致。设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV，长度0.96 m，分流阻抗约90 M/m。不考虑束晕和误差因素，50 mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级。
设计了一个用于加速低能质子的永磁聚焦IH型漂移管加速腔。通过迭代设计，使得束流通过每个漂移管中心的束流相位与预设值一致。设计的永磁聚焦IH型漂移管加速腔将质子束从0.75 MeV加速到2.5 MeV，长度0.96 m，分流阻抗约90 M/m。不考虑束晕和误差因素，50 mA流强下该漂移管加速腔中的束流损失可以控制在0.1%量级。
2015, 27: 075105.
doi: 10.11884/HPLPB201527.075105
摘要:
电子束焦斑偏离轴线中心的现象严重影响器件辐射效应实验的效率。介绍了一种简单有效的抑制电子束焦斑偏心的方法,研制了一种小尺寸不锈钢阴极,比较了不锈钢阴极和传统环形天鹅绒阴极在强光一号装置上的实验结果。实验结果表明对于小尺寸不锈钢阴极,最大辐射剂量位于靶面中心的概率为67%,位于f35 mm圆圈内的概率为100%。相比传统环形天鹅绒阴极(最大剂量落于中心位置的概率约20%,有60%以上概率偏离中心2~3 cm)的实验统计数据,焦斑的偏心现象得到明显的抑制。
电子束焦斑偏离轴线中心的现象严重影响器件辐射效应实验的效率。介绍了一种简单有效的抑制电子束焦斑偏心的方法,研制了一种小尺寸不锈钢阴极,比较了不锈钢阴极和传统环形天鹅绒阴极在强光一号装置上的实验结果。实验结果表明对于小尺寸不锈钢阴极,最大辐射剂量位于靶面中心的概率为67%,位于f35 mm圆圈内的概率为100%。相比传统环形天鹅绒阴极(最大剂量落于中心位置的概率约20%,有60%以上概率偏离中心2~3 cm)的实验统计数据,焦斑的偏心现象得到明显的抑制。
2015, 27: 076001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.076001
摘要:
使用同一块CdZnTe晶体设计制作了像素大小不等的44公共格栅像素CdZnTe探测器。通过能谱测定实验及权重势和电场仿真，研究了公共格栅像素CdZnTe探测器中的小像素效应和引导效应。结果表明：由于小像素效应较弱，较大的像素不能有效消除空穴拖尾，能谱特性较差；由于晶体内部以及像素和公共格栅间隙表层的电荷损失，较小的像素能谱特性也较差。在像素宽度为0.8 mm时，得到了对662 keV的137Cs放射源的最佳能量分辨率3.80%和峰谷比5.65。适当增大公共格栅偏压可以引导电子向阳极像素运动，促进电荷的完全收集，改善探测器的能谱特性。过大的偏压则会造成像素和公共格栅间表面漏电流的增加，探测器的能谱特性也会恶化。在像素宽度为0.8 mm时最佳偏压为-60 V。
使用同一块CdZnTe晶体设计制作了像素大小不等的44公共格栅像素CdZnTe探测器。通过能谱测定实验及权重势和电场仿真，研究了公共格栅像素CdZnTe探测器中的小像素效应和引导效应。结果表明：由于小像素效应较弱，较大的像素不能有效消除空穴拖尾，能谱特性较差；由于晶体内部以及像素和公共格栅间隙表层的电荷损失，较小的像素能谱特性也较差。在像素宽度为0.8 mm时，得到了对662 keV的137Cs放射源的最佳能量分辨率3.80%和峰谷比5.65。适当增大公共格栅偏压可以引导电子向阳极像素运动，促进电荷的完全收集，改善探测器的能谱特性。过大的偏压则会造成像素和公共格栅间表面漏电流的增加，探测器的能谱特性也会恶化。在像素宽度为0.8 mm时最佳偏压为-60 V。
2015, 27: 076002.
doi: 10.11884/HPLPB201527.076002
摘要:
将类丁二炔化合物自组装成纳米囊泡后,均匀分散于凝胶载体中,研制出一种新型的辐射变色凝胶剂量计。用电镜观测了囊泡形貌,采用CL-1000型紫外交联仪对凝胶进行辐照,测试并研究了凝胶对紫外辐照的变色响应、辐射后效应、扩散效应等剂量学性能。结果表明：该辐射变色凝胶在5~150 mJ/cm2能量密度范围内对紫外线辐照具有良好的响应线性,同时克服了扩散效应、辐射后效应、成型能力差等现有凝胶剂量计的不足。该辐射变色凝胶剂量计适于光学扫描方式测量剂量分布。
将类丁二炔化合物自组装成纳米囊泡后,均匀分散于凝胶载体中,研制出一种新型的辐射变色凝胶剂量计。用电镜观测了囊泡形貌,采用CL-1000型紫外交联仪对凝胶进行辐照,测试并研究了凝胶对紫外辐照的变色响应、辐射后效应、扩散效应等剂量学性能。结果表明：该辐射变色凝胶在5~150 mJ/cm2能量密度范围内对紫外线辐照具有良好的响应线性,同时克服了扩散效应、辐射后效应、成型能力差等现有凝胶剂量计的不足。该辐射变色凝胶剂量计适于光学扫描方式测量剂量分布。
2015, 27: 076003.
doi: 10.11884/HPLPB201527.076003
摘要:
研制的磁力提升装置实现了对加速器驱动次临界系统(ADS)新型钨基合金球靶材的电磁提升。其基本原理是通过控制一组螺线管的加电时序,实现磁场的移动,移动磁场作用于靶材完成其输运。螺线管作为该装置的主要部件,其结构影响电磁提升的效率。为优化其结构,采用Ansys Maxwell分析螺线管的磁场分布,确定螺线管结构。同时利用Ansys Maxwell给每个螺线管加不同宽度的脉冲进行数值模拟,通过调节每个螺线管的通断电时间和同时工作的螺线管单元数,模拟计算合金球的受力。在数值模拟的基础上完成了磁力提升装置样机的加工和实验研究,实现了钨基合金球输运的预期效果。
研制的磁力提升装置实现了对加速器驱动次临界系统(ADS)新型钨基合金球靶材的电磁提升。其基本原理是通过控制一组螺线管的加电时序,实现磁场的移动,移动磁场作用于靶材完成其输运。螺线管作为该装置的主要部件,其结构影响电磁提升的效率。为优化其结构,采用Ansys Maxwell分析螺线管的磁场分布,确定螺线管结构。同时利用Ansys Maxwell给每个螺线管加不同宽度的脉冲进行数值模拟,通过调节每个螺线管的通断电时间和同时工作的螺线管单元数,模拟计算合金球的受力。在数值模拟的基础上完成了磁力提升装置样机的加工和实验研究,实现了钨基合金球输运的预期效果。
2015, 27: 076004.
doi: 10.11884/HPLPB201527.076004
摘要:
基于蒙特卡罗的模拟方法,设计了一个基于塑料闪烁光纤阵列的射线位置灵敏探测器并对其性能进行了系统的研究。分析了该探测器在高能粒子辐照下的康普顿散射特性和圆形塑料闪烁光纤的能量泄漏情况,发现随着入射能量的不同,康普顿边缘峰值也相应变化,并且和入射光子能量一一对应。考虑阵列间粒子串扰的情况下,利用此特性得到该位置灵敏探测器在0.8～7.0 MeV的入射能量下,能量分辨率和空间分辨率分别能够达到10%和cm量级。但由于闪烁光纤原子序数较低,在较高能区的探测效率也较低,只有15%左右或更低。这就使得利用闪烁光纤阵列探测器不能同时满足较好的空间分辨率和能量分辨率,两者出现一定的矛盾。
基于蒙特卡罗的模拟方法,设计了一个基于塑料闪烁光纤阵列的射线位置灵敏探测器并对其性能进行了系统的研究。分析了该探测器在高能粒子辐照下的康普顿散射特性和圆形塑料闪烁光纤的能量泄漏情况,发现随着入射能量的不同,康普顿边缘峰值也相应变化,并且和入射光子能量一一对应。考虑阵列间粒子串扰的情况下,利用此特性得到该位置灵敏探测器在0.8～7.0 MeV的入射能量下,能量分辨率和空间分辨率分别能够达到10%和cm量级。但由于闪烁光纤原子序数较低,在较高能区的探测效率也较低,只有15%左右或更低。这就使得利用闪烁光纤阵列探测器不能同时满足较好的空间分辨率和能量分辨率,两者出现一定的矛盾。
2015, 27: 076005.
doi: 10.11884/HPLPB201527.076005
摘要:
康普顿电流是激励核电磁脉冲的主要机制。为了提高核电磁脉冲数值模拟中射线产生康普顿电流过程的计算效率，发展了一种射线在均匀大气中产生康普顿电流的快速计算方法。首先通过计算康普顿电子在出射方向上的衰减特征，得到在电子出射方向净电子流与其射程和出射距离的拟合关系，然后结合康普顿散射微分截面，给出单能射线在大气中产生的康普顿电流密度的解析数值计算方法。和蒙特卡罗程序的计算结果比较，用该方法计算得到的电流密度值差异在10％以内，计算速度提高两个量级以上。该计算方法可用于大气中康普顿电流的快速估算。
康普顿电流是激励核电磁脉冲的主要机制。为了提高核电磁脉冲数值模拟中射线产生康普顿电流过程的计算效率，发展了一种射线在均匀大气中产生康普顿电流的快速计算方法。首先通过计算康普顿电子在出射方向上的衰减特征，得到在电子出射方向净电子流与其射程和出射距离的拟合关系，然后结合康普顿散射微分截面，给出单能射线在大气中产生的康普顿电流密度的解析数值计算方法。和蒙特卡罗程序的计算结果比较，用该方法计算得到的电流密度值差异在10％以内，计算速度提高两个量级以上。该计算方法可用于大气中康普顿电流的快速估算。
2015, 27: 076006.
doi: 10.11884/HPLPB201527.076006
摘要:
材料在辐照过程中所受的中子注量是辐照性能研究中的一个重要参数。上联箱铝材作为300#研究堆关键结构材料，经历了从反应堆首次临界到退役的全过程，极具材料辐照效应研究价值。为获取整个反应堆运行寿期内的上联箱中子注量水平，须克服堆芯装载变化频繁与堆芯不断扩大装载两大关键难点，故提出了堆芯归并等效计算方法。通过该方法的成功应用，得到了300#研究堆寿期内上联箱铝材的中子注量，并进行了误差分析。
材料在辐照过程中所受的中子注量是辐照性能研究中的一个重要参数。上联箱铝材作为300#研究堆关键结构材料，经历了从反应堆首次临界到退役的全过程，极具材料辐照效应研究价值。为获取整个反应堆运行寿期内的上联箱中子注量水平，须克服堆芯装载变化频繁与堆芯不断扩大装载两大关键难点，故提出了堆芯归并等效计算方法。通过该方法的成功应用，得到了300#研究堆寿期内上联箱铝材的中子注量，并进行了误差分析。
2015, 27: 079001.
doi: 10.11884/HPLPB201527.079001
摘要:
采用2.71 GHz脉冲微波（脉冲场强为48 kV/m,脉宽为750 ns,脉冲个数分别为200个1次、200个10次、200个20次）辐照SD雄性大鼠和孕鼠,利用流式细胞术、计算机辅助精子分析系统及水迷宫实验分别检测了精子发生过程中生精细胞DNA损伤情况、附睾内精子活力参数变化及子代学习记忆功能。结果表明：2.71 GHz脉冲微波单次辐照会对雄性大鼠的生精过程产生一定的影响，但对附睾内精子质量无明显影响,而多次辐照对精子质量的影响具有累积效应；亲代大鼠在受照后,其子代的生长在短期会受阻,且学习、记忆能力也会受到一定的影响。
采用2.71 GHz脉冲微波（脉冲场强为48 kV/m,脉宽为750 ns,脉冲个数分别为200个1次、200个10次、200个20次）辐照SD雄性大鼠和孕鼠,利用流式细胞术、计算机辅助精子分析系统及水迷宫实验分别检测了精子发生过程中生精细胞DNA损伤情况、附睾内精子活力参数变化及子代学习记忆功能。结果表明：2.71 GHz脉冲微波单次辐照会对雄性大鼠的生精过程产生一定的影响，但对附睾内精子质量无明显影响,而多次辐照对精子质量的影响具有累积效应；亲代大鼠在受照后,其子代的生长在短期会受阻,且学习、记忆能力也会受到一定的影响。
