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RSS2016年 28卷 第04期
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2016, 28: 041002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.121002
摘要:
基于传热学理论, 利用有限元法对KrF准分子激光辐照K9玻璃样品中的热力效应进行了数值分析, 并比较了脉冲数目和重频对损伤效果的影响。研究表明, 较低的准分子激光能量就能够使K9玻璃在表面和体内产生热应力损伤, 热应力损伤在光斑区域内主要由压缩热应力控制, 在光斑边缘和材料内部则主要由拉伸热应力控制。在激光脉冲结束时刻, 产生的温度和热应力最大, 且热应力以热冲击波的形式在材料内传播, 随时间变化而来回振荡, 逐渐减弱。这种热应力的反复冲击会对材料产生持续的损伤增长效应, 增加了材料的损伤时间, 并使材料更容易断裂。脉冲数目和重复频率对损伤效果有着较大影响, 在高重复频率下, 损伤累积效应明显。
基于传热学理论, 利用有限元法对KrF准分子激光辐照K9玻璃样品中的热力效应进行了数值分析, 并比较了脉冲数目和重频对损伤效果的影响。研究表明, 较低的准分子激光能量就能够使K9玻璃在表面和体内产生热应力损伤, 热应力损伤在光斑区域内主要由压缩热应力控制, 在光斑边缘和材料内部则主要由拉伸热应力控制。在激光脉冲结束时刻, 产生的温度和热应力最大, 且热应力以热冲击波的形式在材料内传播, 随时间变化而来回振荡, 逐渐减弱。这种热应力的反复冲击会对材料产生持续的损伤增长效应, 增加了材料的损伤时间, 并使材料更容易断裂。脉冲数目和重复频率对损伤效果有着较大影响, 在高重复频率下, 损伤累积效应明显。
2016, 28: 041001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.121001
摘要:
解调算法是干涉测量的关键技术之一, 通过初步搭建的光纤式光热干涉装置对相位载波解调算法进行了仿真与实验研究。介绍了装置采用的单光路垂直反射式干涉结构, 阐述了相位载波调制解调的机理, 并利用光纤式光热干涉装置, 通过向压电陶瓷施加不同电压来模拟实际大气气溶胶吸收情况完成对相位载波算法解调能力的检验, 并与不同质量浓度NO2标准气体下的实测相位信号、仿真解调相位信号和通过干涉条纹计算法获得的结果进行对比验证, 证明相位载波解调算法可以满足光纤式光热干涉气溶胶吸收测量装置的信号解调工作的要求。
解调算法是干涉测量的关键技术之一, 通过初步搭建的光纤式光热干涉装置对相位载波解调算法进行了仿真与实验研究。介绍了装置采用的单光路垂直反射式干涉结构, 阐述了相位载波调制解调的机理, 并利用光纤式光热干涉装置, 通过向压电陶瓷施加不同电压来模拟实际大气气溶胶吸收情况完成对相位载波算法解调能力的检验, 并与不同质量浓度NO2标准气体下的实测相位信号、仿真解调相位信号和通过干涉条纹计算法获得的结果进行对比验证, 证明相位载波解调算法可以满足光纤式光热干涉气溶胶吸收测量装置的信号解调工作的要求。
2016, 28: 041003.
doi: 10.11884/HPLPB201628.121003
摘要:
利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载，另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相，结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片，标准丝阵检验表明分辨率优于40 m。铝靶微层裂产物照片清晰显示，靶破碎存在不同分区， 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。
利用神光Ⅱ装置发射强激光一方面对铝靶进行烧蚀加载，另一方面驱动铜背光靶发射X光对铝靶微层裂产物进行针孔背光照相，结果获得了可忽略动态模糊的高清晰照片，标准丝阵检验表明分辨率优于40 m。铝靶微层裂产物照片清晰显示，靶破碎存在不同分区， 这直观揭示了靶破碎的不同机制。实验成功验证了激光驱动X光背光照相技术在金属靶微层裂研究中存在重要的应用前景。
2016, 28: 041004.
doi: 10.11884/HPLPB201628.121004
摘要:
基于压痕实验和连续刚度测量法得到了熔石英材料硬度和弹性模量随压入深度的变化曲线, 系统分析了材料由延性到脆性转变的过程, 确定了熔石英晶体在静态/准静态印压和动态刻划时产生裂纹的临界载荷和临界深度。渐变载荷刻划实验结果表明, 划痕过程诱发的裂纹对法向载荷有很强的依赖性, 载荷较小时材料去除方式为延性域去除。随着法向载荷的增加, 首先产生垂直于试件表面的中位裂纹和平行于试件表面方向扩展的侧向裂纹, 而在试件表面上并没有产生明显的特征。载荷进一步增加后, 侧向裂纹扩展并形成了明亮区域, 最终诱发了沿垂直于或近似垂直于压头运动方向扩展的径向裂纹, 实现了材料的脆性去除。
基于压痕实验和连续刚度测量法得到了熔石英材料硬度和弹性模量随压入深度的变化曲线, 系统分析了材料由延性到脆性转变的过程, 确定了熔石英晶体在静态/准静态印压和动态刻划时产生裂纹的临界载荷和临界深度。渐变载荷刻划实验结果表明, 划痕过程诱发的裂纹对法向载荷有很强的依赖性, 载荷较小时材料去除方式为延性域去除。随着法向载荷的增加, 首先产生垂直于试件表面的中位裂纹和平行于试件表面方向扩展的侧向裂纹, 而在试件表面上并没有产生明显的特征。载荷进一步增加后, 侧向裂纹扩展并形成了明亮区域, 最终诱发了沿垂直于或近似垂直于压头运动方向扩展的径向裂纹, 实现了材料的脆性去除。
2016, 28: 040102.
doi: 10.11884/HPLPB201628.120102
摘要:
基于主动锁相相干偏振合成系统实现了四路500 W级全光纤窄线宽保偏放大器的共孔径合成输出。当相位控制系统处于闭环状态时, 整个合成系统的输出功率达2164 W, 合成效率为94.5%。实验中, 随着功率的提升, 合成效率未发生明显退化。这是目前相干偏振合成系统的最高输出功率。
基于主动锁相相干偏振合成系统实现了四路500 W级全光纤窄线宽保偏放大器的共孔径合成输出。当相位控制系统处于闭环状态时, 整个合成系统的输出功率达2164 W, 合成效率为94.5%。实验中, 随着功率的提升, 合成效率未发生明显退化。这是目前相干偏振合成系统的最高输出功率。
2016, 28: 040101.
doi: 10.11884/HPLPB201628.120101
摘要:
在聚龙一号脉冲功率装置上首次完成了对带正弦扰动铝套筒Z箍缩的X射线背光照相实验。实验采用千焦耳激光器（1053 nm, 1 kJ, 1 ns）驱动固体靶材产生X射线, 然后利用基于球面晶体的单色背光照相技术以及直接点投影背光照相技术, 成功观测到约7.5 MA电流驱动条件下, Z箍缩铝套筒的外边界不稳定性发展情况。该实验验证了在聚龙一号装置上联合千焦耳激光器开展X射线背光照相实验的能力, 为后续精密Z箍缩物理研究奠定了基础。
在聚龙一号脉冲功率装置上首次完成了对带正弦扰动铝套筒Z箍缩的X射线背光照相实验。实验采用千焦耳激光器（1053 nm, 1 kJ, 1 ns）驱动固体靶材产生X射线, 然后利用基于球面晶体的单色背光照相技术以及直接点投影背光照相技术, 成功观测到约7.5 MA电流驱动条件下, Z箍缩铝套筒的外边界不稳定性发展情况。该实验验证了在聚龙一号装置上联合千焦耳激光器开展X射线背光照相实验的能力, 为后续精密Z箍缩物理研究奠定了基础。
2016, 28: 042001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.122001
摘要:
不同辐射建模对于腔内辐射场描述的精确程度不同,需要分析不同建模对腔内辐射温度的影响。开展了三温建模与辐射多群输运建模下LARED集成程序数值模拟两孔球型黑腔模型,实现了球腔的完整数值模拟。数值模拟结果表明,三温与辐射多群输运模拟的等离子体状态接近,辐射温度存在差异。物理分析显示辐射温度差异的主要原因是使用的辐射不透明度,修改辐射不透明度参数后的三温计算结果与输运计算符合更好,从而可以用三温建模更快更准确地估计出所需的激光能量和功率。
不同辐射建模对于腔内辐射场描述的精确程度不同,需要分析不同建模对腔内辐射温度的影响。开展了三温建模与辐射多群输运建模下LARED集成程序数值模拟两孔球型黑腔模型,实现了球腔的完整数值模拟。数值模拟结果表明,三温与辐射多群输运模拟的等离子体状态接近,辐射温度存在差异。物理分析显示辐射温度差异的主要原因是使用的辐射不透明度,修改辐射不透明度参数后的三温计算结果与输运计算符合更好,从而可以用三温建模更快更准确地估计出所需的激光能量和功率。
2016, 28: 042002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.122002
摘要:
利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统（该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计），以强激光加载铝材料冲击温度的测量，获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像，结合灰体辐射理论模型，计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV，该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度，为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。
利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统（该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计），以强激光加载铝材料冲击温度的测量，获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像，结合灰体辐射理论模型，计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV，该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度，为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。
2016, 28: 043001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.123001
摘要:
设计了一种高功率共面馈电脉冲辐射天线。该天线馈源采用双组电大尺寸共面极板馈臂，将馈电点置于焦点处，与直径2.1 m的抛物反射面相配合，实现超宽谱短脉冲的有效定向辐射。提出了一种由同轴输入到4端输出的高功率馈电巴伦，解决了高功率情况下同轴线到4馈臂共面馈电问题。对所设计天线进行测试实验，结果表明：在馈电脉冲宽度为450 ps、峰值电压为142 kV时，辐射因子达到800 kV。
设计了一种高功率共面馈电脉冲辐射天线。该天线馈源采用双组电大尺寸共面极板馈臂，将馈电点置于焦点处，与直径2.1 m的抛物反射面相配合，实现超宽谱短脉冲的有效定向辐射。提出了一种由同轴输入到4端输出的高功率馈电巴伦，解决了高功率情况下同轴线到4馈臂共面馈电问题。对所设计天线进行测试实验，结果表明：在馈电脉冲宽度为450 ps、峰值电压为142 kV时，辐射因子达到800 kV。
2016, 28: 043101.
doi: 10.11884/HPLPB201628.123101
摘要:
研究了不同粗糙度下的非均匀和分区均匀不稳定表面粗糙导体目标在太赫兹波段的散射特性。区别于采用经验公式的建模方法，提出把随机粗糙面的建模理念应用到太赫兹波段的非均匀和分区均匀不稳定表面粗糙导体目标的建模中，用描述粗糙面的均方根高度和相关长度两个物理量来调节目标表面的粗糙度变化。提出表面粗糙目标的分类形式并给出具体模型，然后用随机高斯粗糙面来模拟非均匀和分区均匀不稳定粗糙目标的表面，再采用物理光学和等效电流相结合的方法来进行仿真计算，分别对不同入射角、不同频率和不同粗糙度的非均匀和分区均匀不稳定表面粗糙导体目标的太赫兹波散射特性进行分析，最后得出了相关的结论。
研究了不同粗糙度下的非均匀和分区均匀不稳定表面粗糙导体目标在太赫兹波段的散射特性。区别于采用经验公式的建模方法，提出把随机粗糙面的建模理念应用到太赫兹波段的非均匀和分区均匀不稳定表面粗糙导体目标的建模中，用描述粗糙面的均方根高度和相关长度两个物理量来调节目标表面的粗糙度变化。提出表面粗糙目标的分类形式并给出具体模型，然后用随机高斯粗糙面来模拟非均匀和分区均匀不稳定粗糙目标的表面，再采用物理光学和等效电流相结合的方法来进行仿真计算，分别对不同入射角、不同频率和不同粗糙度的非均匀和分区均匀不稳定表面粗糙导体目标的太赫兹波散射特性进行分析，最后得出了相关的结论。
2016, 28: 044001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.124001
摘要:
瞬时电离辐射在电子器件内部形成的光电流可引起器件输出扰动，导致电路中部分器件受电源、输入信号及自身产生光电流扰动的多重影响，而单独对器件进行试验无法反映瞬时辐射输出扰动在电子组件系统中的传递影响。为此对由DC/DC、稳压器、单片机CPU，FPGA等组成的控制器组件在2.8105~1.7107 Gy(Si)/s的范围内开展了瞬时辐射效应的试验研究。试验中对组件功能和器件参数的测试结果表明，在较小的瞬时剂量率下，部分器件输出受到影响，但组件功能正常；较大剂量率时，所有器件均受影响，且组件功能中断。同时观测到瞬时辐射形成的扰动信号在器件间传输现象。
瞬时电离辐射在电子器件内部形成的光电流可引起器件输出扰动，导致电路中部分器件受电源、输入信号及自身产生光电流扰动的多重影响，而单独对器件进行试验无法反映瞬时辐射输出扰动在电子组件系统中的传递影响。为此对由DC/DC、稳压器、单片机CPU，FPGA等组成的控制器组件在2.8105~1.7107 Gy(Si)/s的范围内开展了瞬时辐射效应的试验研究。试验中对组件功能和器件参数的测试结果表明，在较小的瞬时剂量率下，部分器件输出受到影响，但组件功能正常；较大剂量率时，所有器件均受影响，且组件功能中断。同时观测到瞬时辐射形成的扰动信号在器件间传输现象。
2016, 28: 044002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.124002
摘要:
针对硅双极器件及其构成的双极集成电路有着如低剂量率辐照损伤增强效应等不同于其他类型电路的特殊的辐照响应问题, 分析了空间辐射电离总剂量环境及铝屏蔽作用, 双极晶体管及电路总剂量辐照损伤机理, 低剂量率辐照损伤增强效应、规律和电参数变化。通过选取几种典型的双极晶体管和电路进行地面辐照模拟试验和测试, 证明了双极器件及电路的关键参数受辐照影响较大, 特别是对低剂量率辐照损伤增强效应敏感, 低剂量率辐照损伤增强因子基本都大于1.5, 不同双极器件和电路的低剂量率辐照损伤增强效应有着明显的不同, 与器件类型、加工工艺(如氧化层厚度)等密切相关。
针对硅双极器件及其构成的双极集成电路有着如低剂量率辐照损伤增强效应等不同于其他类型电路的特殊的辐照响应问题, 分析了空间辐射电离总剂量环境及铝屏蔽作用, 双极晶体管及电路总剂量辐照损伤机理, 低剂量率辐照损伤增强效应、规律和电参数变化。通过选取几种典型的双极晶体管和电路进行地面辐照模拟试验和测试, 证明了双极器件及电路的关键参数受辐照影响较大, 特别是对低剂量率辐照损伤增强效应敏感, 低剂量率辐照损伤增强因子基本都大于1.5, 不同双极器件和电路的低剂量率辐照损伤增强效应有着明显的不同, 与器件类型、加工工艺(如氧化层厚度)等密切相关。
2016, 28: 044003.
doi: 10.11884/HPLPB201628.124003
摘要:
分析了基于双级反射静电系统的电子脉冲压缩技术方法。类比于光子脉冲压缩用多层介质啁啾镜, 将该静电系统称为可调谐静电啁啾镜：根据静电啁啾镜电气结构参数的设置, 入射电子脉冲在系统中U形反射运动飞行时间与其初始轴向能量具有相应不同的色散关系, 也即正负啁啾特性。讨论了该啁啾镜正负啁啾属性的可调谐性及脉冲压缩技术细节, 并给出了计算实例。
分析了基于双级反射静电系统的电子脉冲压缩技术方法。类比于光子脉冲压缩用多层介质啁啾镜, 将该静电系统称为可调谐静电啁啾镜：根据静电啁啾镜电气结构参数的设置, 入射电子脉冲在系统中U形反射运动飞行时间与其初始轴向能量具有相应不同的色散关系, 也即正负啁啾特性。讨论了该啁啾镜正负啁啾属性的可调谐性及脉冲压缩技术细节, 并给出了计算实例。
2016, 28: 045001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125001
摘要:
针对激光器电源的应用环境，设计了基于DSP的电源控制系统，使电源具备输出电压0~30 kV可调，重复频率1~100 Hz可调，并提供了远程计算机控制和本地液晶键盘控制两种控制方式。设计了过压、过流、过热、超时等多重保护电路和电源的外触发控制接口。对激光器电源控制系统进行相应的电磁兼容设计，并使用光纤控制及反馈系统，有效地增强了电源控制系统的抗干扰性能。将该电源用于激光器的发光试验，通过调节激光器电源的各种控制参数，可以使激光器的出光强度、出光功率、出光时间等得到调节，从而为各种研究工作提供便利。实验结果表明在进行激光器发光实验时，该电源能够输出幅值稳定、频率符合要求的重频脉冲高压，最高输出电压可达到30 kV，充放电频率可达到100 Hz。
针对激光器电源的应用环境，设计了基于DSP的电源控制系统，使电源具备输出电压0~30 kV可调，重复频率1~100 Hz可调，并提供了远程计算机控制和本地液晶键盘控制两种控制方式。设计了过压、过流、过热、超时等多重保护电路和电源的外触发控制接口。对激光器电源控制系统进行相应的电磁兼容设计，并使用光纤控制及反馈系统，有效地增强了电源控制系统的抗干扰性能。将该电源用于激光器的发光试验，通过调节激光器电源的各种控制参数，可以使激光器的出光强度、出光功率、出光时间等得到调节，从而为各种研究工作提供便利。实验结果表明在进行激光器发光实验时，该电源能够输出幅值稳定、频率符合要求的重频脉冲高压，最高输出电压可达到30 kV，充放电频率可达到100 Hz。
2016, 28: 045002.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125002
摘要:
设计了一种脉冲形成线用新型CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷体系，采用传统固相法通过优化组分和制备工艺，调控材料的微结构，获得了介电性能优异的介质陶瓷。其介电常数在15~35之间可调，介电损耗小于0.002，频率稳定性好。在厚度为1 mm时，介电强度高达50 kV/mm。研究了厚度对CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷介电强度的影响规律，当厚度从1 mm减小到0.1 mm时，介电强度呈非线性增大，从50 kV/mm（1 mm厚样品）提高到92 kV/mm（0.1 mm厚样品），可见，CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷的电击穿与其机械损坏具有相似性。结合CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷的化学组分和微观结构，CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷优越的电击穿特性可以用弱点击穿理论解释。
设计了一种脉冲形成线用新型CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷体系，采用传统固相法通过优化组分和制备工艺，调控材料的微结构，获得了介电性能优异的介质陶瓷。其介电常数在15~35之间可调，介电损耗小于0.002，频率稳定性好。在厚度为1 mm时，介电强度高达50 kV/mm。研究了厚度对CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷介电强度的影响规律，当厚度从1 mm减小到0.1 mm时，介电强度呈非线性增大，从50 kV/mm（1 mm厚样品）提高到92 kV/mm（0.1 mm厚样品），可见，CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷的电击穿与其机械损坏具有相似性。结合CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷的化学组分和微观结构，CaO-TiO2-Al2O3基介质陶瓷优越的电击穿特性可以用弱点击穿理论解释。
2016, 28: 045003.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125003
摘要:
中国工程物理研究院流体物理研究所研发的介质壁直线加速器是基于固态脉冲形成线、GaAs光导开关和高梯度绝缘介质壁三项关键技术的新型直线脉冲加速器。在加速器调试阶段,测量出获得加速的质子束流能量远低于预期值,在排除功率源负载能力因素之后,发现脉冲功率源因连接回路引起的电路耦合效应是导致束流能量低的主要原因。基于介质壁直线加速器加速单元放电回路结构的分析,确认了加速单元之间的电路耦合的必然性。并通过测量回路电流,研究了几种不同工作模式下的电路耦合效应。结合电路耦合的特点,给出了两种基于磁芯隔离的解耦方法,并测量了这两种方法的解耦效率。
中国工程物理研究院流体物理研究所研发的介质壁直线加速器是基于固态脉冲形成线、GaAs光导开关和高梯度绝缘介质壁三项关键技术的新型直线脉冲加速器。在加速器调试阶段,测量出获得加速的质子束流能量远低于预期值,在排除功率源负载能力因素之后,发现脉冲功率源因连接回路引起的电路耦合效应是导致束流能量低的主要原因。基于介质壁直线加速器加速单元放电回路结构的分析,确认了加速单元之间的电路耦合的必然性。并通过测量回路电流,研究了几种不同工作模式下的电路耦合效应。结合电路耦合的特点,给出了两种基于磁芯隔离的解耦方法,并测量了这两种方法的解耦效率。
2016, 28: 045004.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125004
摘要:
基于10级模块串联的1 MV快脉冲直线型变压器驱动源装置,分别开展了1～3个模块在不充电或不触发时装置的整体输出参数测试。结果表明,在二极管负载阻抗基本不变的情况下,装置输出电流和电压降低的数值约为故障模块数与总模块数的比值。与所有模块正常工作时相比,脉冲上升时间分别增加10,22和32 ns,脉冲宽度分别增加13,23和48 ns。根据电路分析以及模块实际电参数建立了装置的等效电路模型,模拟得到的不同数量模块不工作时的输出电压变化趋势与实验结果基本一致,并利用电路模型对故障模块中开关两端的电压进行了模拟和分析。
基于10级模块串联的1 MV快脉冲直线型变压器驱动源装置,分别开展了1～3个模块在不充电或不触发时装置的整体输出参数测试。结果表明,在二极管负载阻抗基本不变的情况下,装置输出电流和电压降低的数值约为故障模块数与总模块数的比值。与所有模块正常工作时相比,脉冲上升时间分别增加10,22和32 ns,脉冲宽度分别增加13,23和48 ns。根据电路分析以及模块实际电参数建立了装置的等效电路模型,模拟得到的不同数量模块不工作时的输出电压变化趋势与实验结果基本一致,并利用电路模型对故障模块中开关两端的电压进行了模拟和分析。
2016, 28: 045005.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125005
摘要:
为实现MV级多级气体开关精确触发控制, 提出了基于Tesla变压器和Blumlein线的低抖动重频脉冲发生器的电触发方案。完成了Tesla变压器与Blumlein线一体化设计；优化了初级回路结构及绝缘栅双极型晶体管触发控制电路, 减小了初级杂散电感, 缩短了变压器次级高电压建立时间及时延抖动；优化了百kV级自击穿气体开关工作参数, 研制出一套多级低抖动电晕稳定开关；将传统Blumlein线绝缘介质由变压器油更换成高介电常数的MIDEL7131新油, 增加了输出脉冲宽度, 进一步提高触发能力。最终研制出一台输出电压130 kV、脉冲宽度大于5 ns、重复频率50 Hz、连续工作时间1 min、输出抖动小于10 ns的紧凑型脉冲发生器。
为实现MV级多级气体开关精确触发控制, 提出了基于Tesla变压器和Blumlein线的低抖动重频脉冲发生器的电触发方案。完成了Tesla变压器与Blumlein线一体化设计；优化了初级回路结构及绝缘栅双极型晶体管触发控制电路, 减小了初级杂散电感, 缩短了变压器次级高电压建立时间及时延抖动；优化了百kV级自击穿气体开关工作参数, 研制出一套多级低抖动电晕稳定开关；将传统Blumlein线绝缘介质由变压器油更换成高介电常数的MIDEL7131新油, 增加了输出脉冲宽度, 进一步提高触发能力。最终研制出一台输出电压130 kV、脉冲宽度大于5 ns、重复频率50 Hz、连续工作时间1 min、输出抖动小于10 ns的紧凑型脉冲发生器。
2016, 28: 045006.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125006
摘要:
对比了几种不同类型的过电压因子下绝缘堆闪络概率的特点, 考虑了多层均压及圆周渡越时间后得到的闪络概率更能反映绝缘堆耐压水平；简化计算统计学经验公式中矩阵可保持绝缘堆闪络概率计算值准确性并减少过电压因子的静电场计算次数。分析在固定间隙距离下绝缘环个数与电压峰值及电场强度峰值的关系, 计算结果表明：存在最优绝缘环个数承受最高电压峰值与电场强度, 承受最大工作场强的绝缘环个数下, 工作电压幅值已降低很多。在选择绝缘环个数时应综合考虑, 该计算方法可应用于工程绝缘结构设计中合理选取绝缘环个数。
对比了几种不同类型的过电压因子下绝缘堆闪络概率的特点, 考虑了多层均压及圆周渡越时间后得到的闪络概率更能反映绝缘堆耐压水平；简化计算统计学经验公式中矩阵可保持绝缘堆闪络概率计算值准确性并减少过电压因子的静电场计算次数。分析在固定间隙距离下绝缘环个数与电压峰值及电场强度峰值的关系, 计算结果表明：存在最优绝缘环个数承受最高电压峰值与电场强度, 承受最大工作场强的绝缘环个数下, 工作电压幅值已降低很多。在选择绝缘环个数时应综合考虑, 该计算方法可应用于工程绝缘结构设计中合理选取绝缘环个数。
2016, 28: 045007.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125007
摘要:
采用板-板电极, 在放电间隙距离为2 mm、放电电流峰值为22 kA条件下, 对黄铜、钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。利用高精度天平测量放电过程中的电极质量损失, 分别获取了阴极、阳极及总的平均烧蚀速率。通过放电后电极表面微观形貌、微观元素组成的分析及液体中金属离子的含量分析, 对水中脉冲放电金属电极的烧蚀机理进行了探讨。结果表明, 水中脉冲放电时, 钨铜电极的抗烧蚀性能明显高于黄铜电极。黄铜电极的主要烧蚀是以中心的大量孔洞及其边缘的波纹结构为表现形式的液体金属的溅射；钨铜电极的突出物及较平整的表面暗示了气相侵蚀的作用。以电弧的焦耳热效应为催化剂, 钨铜与水的电化学反应更为强烈, 因此电化学腐蚀是水中放电电极烧蚀的形式之一。
采用板-板电极, 在放电间隙距离为2 mm、放电电流峰值为22 kA条件下, 对黄铜、钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。利用高精度天平测量放电过程中的电极质量损失, 分别获取了阴极、阳极及总的平均烧蚀速率。通过放电后电极表面微观形貌、微观元素组成的分析及液体中金属离子的含量分析, 对水中脉冲放电金属电极的烧蚀机理进行了探讨。结果表明, 水中脉冲放电时, 钨铜电极的抗烧蚀性能明显高于黄铜电极。黄铜电极的主要烧蚀是以中心的大量孔洞及其边缘的波纹结构为表现形式的液体金属的溅射；钨铜电极的突出物及较平整的表面暗示了气相侵蚀的作用。以电弧的焦耳热效应为催化剂, 钨铜与水的电化学反应更为强烈, 因此电化学腐蚀是水中放电电极烧蚀的形式之一。
2016, 28: 045008.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125008
摘要:
研究了反谐振式脉冲形成网络的紧凑化、小型化问题。介绍了两节反谐振式网络的组成和特点，并建立了相应的电路模型，运用电路的拉普拉斯变换和方波的傅里叶级数展开，通过波形拟合和参数对比的方法，找到了一种解决此类型电路输出方波脉冲的参数计算方法。模拟仿真结果显示：此网络输出的方波脉冲平顶约占整个脉冲时间的1/4且基本无抖动，前沿约占整个脉冲时间的1/7，半高宽约占整个脉冲时间的5/7。利用此方法设计了一套实验装置，并进行了初步的实验探究，实验结果表明：利用两节反谐振式网络可获得输出波形质量较好的百ns级方波脉冲输出，与理论分析结果基本一致。
研究了反谐振式脉冲形成网络的紧凑化、小型化问题。介绍了两节反谐振式网络的组成和特点，并建立了相应的电路模型，运用电路的拉普拉斯变换和方波的傅里叶级数展开，通过波形拟合和参数对比的方法，找到了一种解决此类型电路输出方波脉冲的参数计算方法。模拟仿真结果显示：此网络输出的方波脉冲平顶约占整个脉冲时间的1/4且基本无抖动，前沿约占整个脉冲时间的1/7，半高宽约占整个脉冲时间的5/7。利用此方法设计了一套实验装置，并进行了初步的实验探究，实验结果表明：利用两节反谐振式网络可获得输出波形质量较好的百ns级方波脉冲输出，与理论分析结果基本一致。
2016, 28: 045009.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125009
摘要:
介绍了聚龙一号上使用的一种由金阴极X光二极管（XRD）和具有特殊构型的复合金滤片构成的平响应XRD探测器, 测量软X光通量的标定和实验情况。该探测器的灵敏度在北京同步辐射的4B7B束线站和4B7A束线站标定。标定的灵敏度显示, 该探测器对0.1~4 keV之间的X光具有近似平坦的响应曲线。根据标定情况和探测器的谱响应特性, 给出了目前该探测器在用于Z箍缩产生的软X光通量诊断中的测量不确定度为12%。在单层钨丝阵Z箍缩实验中, 平响应XRD探测器测得Z箍缩产生的X光功率峰值达到52 TW, 能量达540 kJ。在动态黑腔实验中, 布置在径向和轴向的两套平响应XRD探测器被用于建立径向辐射功率波形和轴向辐射功率波形之间的时间关联。在典型的动态黑腔实验中, 测得轴向辐射功率峰值出现在径向辐射功率前约1.2 ns。
介绍了聚龙一号上使用的一种由金阴极X光二极管（XRD）和具有特殊构型的复合金滤片构成的平响应XRD探测器, 测量软X光通量的标定和实验情况。该探测器的灵敏度在北京同步辐射的4B7B束线站和4B7A束线站标定。标定的灵敏度显示, 该探测器对0.1~4 keV之间的X光具有近似平坦的响应曲线。根据标定情况和探测器的谱响应特性, 给出了目前该探测器在用于Z箍缩产生的软X光通量诊断中的测量不确定度为12%。在单层钨丝阵Z箍缩实验中, 平响应XRD探测器测得Z箍缩产生的X光功率峰值达到52 TW, 能量达540 kJ。在动态黑腔实验中, 布置在径向和轴向的两套平响应XRD探测器被用于建立径向辐射功率波形和轴向辐射功率波形之间的时间关联。在典型的动态黑腔实验中, 测得轴向辐射功率峰值出现在径向辐射功率前约1.2 ns。
2016, 28: 045010.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125010
摘要:
双指数脉冲电流发生器可用于电子系统端口传导耦合实验，主要用于研究电磁敏感器件的电磁脉冲效应的损伤规律。根据实验要求，该发生器能够输出前沿10 ns、脉宽100 ns、电流幅值3 kA的双指数脉冲电流。建立了该发生器的电路模型，并对杂散电容和电感对输出电流波形的影响进行了分析。模拟计算表明，电流信号的过冲现象和后沿叠加干扰信号的原因可能是电阻负载自身存在的杂散电容和测量电流的线圈附近的杂散电容和电感的共同作用导致的。经过理论计算，如果在测量线圈附近添加适当的滤波设备或者用无损同轴电缆引出电流，能够明显地抑制过冲和干扰。
双指数脉冲电流发生器可用于电子系统端口传导耦合实验，主要用于研究电磁敏感器件的电磁脉冲效应的损伤规律。根据实验要求，该发生器能够输出前沿10 ns、脉宽100 ns、电流幅值3 kA的双指数脉冲电流。建立了该发生器的电路模型，并对杂散电容和电感对输出电流波形的影响进行了分析。模拟计算表明，电流信号的过冲现象和后沿叠加干扰信号的原因可能是电阻负载自身存在的杂散电容和测量电流的线圈附近的杂散电容和电感的共同作用导致的。经过理论计算，如果在测量线圈附近添加适当的滤波设备或者用无损同轴电缆引出电流，能够明显地抑制过冲和干扰。
2016, 28: 045011.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125011
摘要:
紧凑型PFN-Marx脉冲发生器中，级与级之间存在着较大的寄生电容，该电容和PFN节电感构成了寄生传输线。对两种排布方式下的寄生传输线的放电过程进行了简单分析，重点开展了双列排布方式下全电路仿真模拟，对负载类型、寄生电容、负载电感等参数对输出波形的影响进行了计算，得到了二极管负载会在波形前沿上造成下降、寄生电容大小决定振荡频率、负载电感放大振荡幅值等结论。开展的PFN-Marx实验研究也进一步验证了上述分析结果。根据分析，提出了一种有效抑制输出波形振荡的方法，从电路上进行了仿真验证，进一步实验证实了该方法的有效性。
紧凑型PFN-Marx脉冲发生器中，级与级之间存在着较大的寄生电容，该电容和PFN节电感构成了寄生传输线。对两种排布方式下的寄生传输线的放电过程进行了简单分析，重点开展了双列排布方式下全电路仿真模拟，对负载类型、寄生电容、负载电感等参数对输出波形的影响进行了计算，得到了二极管负载会在波形前沿上造成下降、寄生电容大小决定振荡频率、负载电感放大振荡幅值等结论。开展的PFN-Marx实验研究也进一步验证了上述分析结果。根据分析，提出了一种有效抑制输出波形振荡的方法，从电路上进行了仿真验证，进一步实验证实了该方法的有效性。
2016, 28: 045012.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125012
摘要:
基于几种常见的电极表面处理工艺，制作了外形一致、表面不同的砂纸打磨、羊毛抛光、金属电镀和非金属电镀四种同轴电极，对比了电极在微观下的形貌特点，通过实验研究了不同电极表面特性与甘油介质耐压的关系。搭建了基于晶闸管控制的空心脉冲变压器升压实验平台，最大输出电压500 kV，上升时间26 s。实验结果表明：四种电极的微观形貌存在较大差异，并引起了甘油击穿特性的不同，在相同充电电压条件下，甘油的平均击穿场强为210~260 kV/cm；与使用常规的砂纸打磨电极相比，使用羊毛抛光、金属电镀、非金属电镀电极可分别使击穿场强提高14.51%，11.60%，19.67%，其中非金属电镀电极表面均匀程度远高于其他电极，最高击穿场强可达288 kV/cm，比对照组平均击穿场强提高33.09%。
基于几种常见的电极表面处理工艺，制作了外形一致、表面不同的砂纸打磨、羊毛抛光、金属电镀和非金属电镀四种同轴电极，对比了电极在微观下的形貌特点，通过实验研究了不同电极表面特性与甘油介质耐压的关系。搭建了基于晶闸管控制的空心脉冲变压器升压实验平台，最大输出电压500 kV，上升时间26 s。实验结果表明：四种电极的微观形貌存在较大差异，并引起了甘油击穿特性的不同，在相同充电电压条件下，甘油的平均击穿场强为210~260 kV/cm；与使用常规的砂纸打磨电极相比，使用羊毛抛光、金属电镀、非金属电镀电极可分别使击穿场强提高14.51%，11.60%，19.67%，其中非金属电镀电极表面均匀程度远高于其他电极，最高击穿场强可达288 kV/cm，比对照组平均击穿场强提高33.09%。
2016, 28: 045013.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125013
摘要:
为了产生高能等离子体合成射流，设计了一台面向等离子体合成射流应用的微秒脉冲源，输出电压为10 kV，重复频率为100 Hz，可承受高达250 A的放电电流。详细介绍了微秒脉冲源的工作原理，比较了不同放电电容对脉冲变压器原边电流及输出电压的影响。进一步将所设计的微秒脉冲源成功应用于等离子体合成射流实验中，研究了不同间距对等离子体合成射流的影响，比较了有无放电电容条件下的能量消耗率。实验结果表明:不同放电电容在相同激励器间距的条件下，击穿电压基本相同；击穿电压随激励器间距增大而增大。有放电电容能产生较大的放电电流，且电流值随电容值的增大而增大。有放电电容条件下的能量消耗率比无放电电容要高，易于产生高能的等离子体合成射流。
为了产生高能等离子体合成射流，设计了一台面向等离子体合成射流应用的微秒脉冲源，输出电压为10 kV，重复频率为100 Hz，可承受高达250 A的放电电流。详细介绍了微秒脉冲源的工作原理，比较了不同放电电容对脉冲变压器原边电流及输出电压的影响。进一步将所设计的微秒脉冲源成功应用于等离子体合成射流实验中，研究了不同间距对等离子体合成射流的影响，比较了有无放电电容条件下的能量消耗率。实验结果表明:不同放电电容在相同激励器间距的条件下，击穿电压基本相同；击穿电压随激励器间距增大而增大。有放电电容能产生较大的放电电流，且电流值随电容值的增大而增大。有放电电容条件下的能量消耗率比无放电电容要高，易于产生高能的等离子体合成射流。
2016, 28: 045014.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125014
摘要:
提出一个完整的弛豫磁流体力学模型用于电磁驱动高能量密度系统的数值模拟, 它由弛豫电磁波动、弛豫热输运、P1/3近似辐射输运以及流体力学构成。电磁部分在真空区退化为电磁传播, 在等离子体物质区退化为磁扩散近似, 并且相速和群速是有上界的。这意味着弛豫磁流体力学能退化到传统的电阻性磁流体力学, 并且能用显式方法数值求解, 便于大规模高效并行化。基于此弛豫磁流体力学模型开发了三维辐射磁流体力学程序FOI-PERFECT, 指出了所采用的关键数值技术, 并给出了一些应用例子。
提出一个完整的弛豫磁流体力学模型用于电磁驱动高能量密度系统的数值模拟, 它由弛豫电磁波动、弛豫热输运、P1/3近似辐射输运以及流体力学构成。电磁部分在真空区退化为电磁传播, 在等离子体物质区退化为磁扩散近似, 并且相速和群速是有上界的。这意味着弛豫磁流体力学能退化到传统的电阻性磁流体力学, 并且能用显式方法数值求解, 便于大规模高效并行化。基于此弛豫磁流体力学模型开发了三维辐射磁流体力学程序FOI-PERFECT, 指出了所采用的关键数值技术, 并给出了一些应用例子。
2016, 28: 045015.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125015
摘要:
设计了一个小型整体径向传输线并对其传输特性进行了实验研究。该传输线由两块相距1 cm的铝合金平板组成，其特征阻抗采用双曲线型。1个输出端口位于传输线中央，20个输入端口均匀分布在传输线的外圆周上，最多可供20路脉冲同时注入。此传输线浸没于去离子水中，其单向传输时间为15 ns。负载由20个154 的电阻并联而成，以保证输出端的阻抗匹配。实验测得的输出电压波形与3维电磁场仿真结果非常接近。此外，还通过实验研究了不同驱动脉冲路数情况下小型整体径向传输线的输出电压，发现在驱动脉冲路数较少的情况下，输出电压的幅值几乎正比于驱动脉冲的路数。
设计了一个小型整体径向传输线并对其传输特性进行了实验研究。该传输线由两块相距1 cm的铝合金平板组成，其特征阻抗采用双曲线型。1个输出端口位于传输线中央，20个输入端口均匀分布在传输线的外圆周上，最多可供20路脉冲同时注入。此传输线浸没于去离子水中，其单向传输时间为15 ns。负载由20个154 的电阻并联而成，以保证输出端的阻抗匹配。实验测得的输出电压波形与3维电磁场仿真结果非常接近。此外，还通过实验研究了不同驱动脉冲路数情况下小型整体径向传输线的输出电压，发现在驱动脉冲路数较少的情况下，输出电压的幅值几乎正比于驱动脉冲的路数。
2016, 28: 045016.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125016
摘要:
研制了一种百千伏紧凑型Marx发生器,介绍了紧凑型Marx发生器的工作原理和设计原则。依据设计原则采取单边充电,陶瓷电容作为储能元件,开关和绝缘腔体一体化设计,功能模块化等措施使得Marx发生器结构紧凑。该发生器前级部分集成了触发、充电和气路控制模块,只需提供气源和市电即可实现可靠工作；该发生器输出电压范围为15~100 kV,通过不同的负载转接结构已用于高压触发装置和电磁脉冲模拟装置脉冲源等应用。
研制了一种百千伏紧凑型Marx发生器,介绍了紧凑型Marx发生器的工作原理和设计原则。依据设计原则采取单边充电,陶瓷电容作为储能元件,开关和绝缘腔体一体化设计,功能模块化等措施使得Marx发生器结构紧凑。该发生器前级部分集成了触发、充电和气路控制模块,只需提供气源和市电即可实现可靠工作；该发生器输出电压范围为15~100 kV,通过不同的负载转接结构已用于高压触发装置和电磁脉冲模拟装置脉冲源等应用。
2016, 28: 045017.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125017
摘要:
电磁驱动柱形固体套筒内爆加载技术是高能量密度物理实验研究的重要加载方式。由于固体金属具有一定的结合强度, 需外加载荷达到特定阈值才会发生塑性流动, 且在内爆过程中塑性做功会耗散部分电磁力做功而变成金属材料的内能, 进而对固体套筒的内爆过程产生影响。通过弹塑性力学平面轴对称问题的解, 给出了套筒发生塑性流动时外加电流（即屈服电流）与套筒参数的关系。利用考虑材料强度的零维不可压缩模型对铝套筒的内爆过程进行模拟, 并分别与简单零维模型和实验数据进行对比, 结果发现当电流峰值远大于（20倍于）屈服电流时, 金属材料强度的影响甚微；而当峰值电流只数倍于屈服电流时, 金属材料强度的影响便不能忽略。
电磁驱动柱形固体套筒内爆加载技术是高能量密度物理实验研究的重要加载方式。由于固体金属具有一定的结合强度, 需外加载荷达到特定阈值才会发生塑性流动, 且在内爆过程中塑性做功会耗散部分电磁力做功而变成金属材料的内能, 进而对固体套筒的内爆过程产生影响。通过弹塑性力学平面轴对称问题的解, 给出了套筒发生塑性流动时外加电流（即屈服电流）与套筒参数的关系。利用考虑材料强度的零维不可压缩模型对铝套筒的内爆过程进行模拟, 并分别与简单零维模型和实验数据进行对比, 结果发现当电流峰值远大于（20倍于）屈服电流时, 金属材料强度的影响甚微；而当峰值电流只数倍于屈服电流时, 金属材料强度的影响便不能忽略。
2016, 28: 045101.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125101
摘要:
为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场, 提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张, 提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真, 分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明：添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构, 轴向加速电场强度提高20%, 同时径向电场得到有效抑制；栅网结构下, 被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制；在相同的加速长度下加速H3+粒子, 栅网结构得到的能量增益提高了一倍。
为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场, 提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张, 提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真, 分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明：添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构, 轴向加速电场强度提高20%, 同时径向电场得到有效抑制；栅网结构下, 被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制；在相同的加速长度下加速H3+粒子, 栅网结构得到的能量增益提高了一倍。
2016, 28: 045102.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125102
摘要:
针对兰州重离子加速器原有的CSRm电源监测系统进行改造, 设计了基于LabVIEW的一体化电源监测系统。系统采用LabVIEW作为软件开发平台, 硬件为NI公司的PXI-6133多功能数据采集卡, 采用C/S模式进行系统搭建。前端服务器程序负责进行电源输出数据的采集和基本处理, 并将数据通过DataSocket传输协议上传；客户端程序负责数据采集卡控制参数的设定、电源数据的集中显示以及数据存储。根据现场测试可知, 该系统工作稳定可靠, 操作界面简洁方便, 易于管理, 功能完善。
针对兰州重离子加速器原有的CSRm电源监测系统进行改造, 设计了基于LabVIEW的一体化电源监测系统。系统采用LabVIEW作为软件开发平台, 硬件为NI公司的PXI-6133多功能数据采集卡, 采用C/S模式进行系统搭建。前端服务器程序负责进行电源输出数据的采集和基本处理, 并将数据通过DataSocket传输协议上传；客户端程序负责数据采集卡控制参数的设定、电源数据的集中显示以及数据存储。根据现场测试可知, 该系统工作稳定可靠, 操作界面简洁方便, 易于管理, 功能完善。
2016, 28: 045103.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125103
摘要:
北京大学正在设计=0.09, 频率为162.5 MHz taper型的二分之一波长射频超导谐振腔（HWR腔）, 这种腔针对高流强质子束（约100 mA）和氘束（约50 mA）的加速而设计。对于这种超导腔而言机械性能分析是十分重要的, 可以通过机械性能分析来估计由于腔体的形变带来的频率偏移。用ANSYS分析了由于液氦压力不稳定造成的麦克风效应以及洛伦兹力造成的腔体失谐, 并且对沿腔体轴线方向的调谐进行了分析。模拟结果显示这只腔压力敏感系数为31.1 Hz/kPa, 洛伦兹力系数为－0.41 Hz/(MVm-1)2。 腔体的调谐范围达到177 kHz, 足够补偿腔体可能的频率偏移。腔体的机械性能满足腔体正常运行的要求。
北京大学正在设计=0.09, 频率为162.5 MHz taper型的二分之一波长射频超导谐振腔（HWR腔）, 这种腔针对高流强质子束（约100 mA）和氘束（约50 mA）的加速而设计。对于这种超导腔而言机械性能分析是十分重要的, 可以通过机械性能分析来估计由于腔体的形变带来的频率偏移。用ANSYS分析了由于液氦压力不稳定造成的麦克风效应以及洛伦兹力造成的腔体失谐, 并且对沿腔体轴线方向的调谐进行了分析。模拟结果显示这只腔压力敏感系数为31.1 Hz/kPa, 洛伦兹力系数为－0.41 Hz/(MVm-1)2。 腔体的调谐范围达到177 kHz, 足够补偿腔体可能的频率偏移。腔体的机械性能满足腔体正常运行的要求。
2016, 28: 045104.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125104
摘要:
对直线感应加速器加速电压的同步性对束流能散度的影响进行了分析，结果表明：考虑束流负载效应后，束流的不同部分将得到不同的能量增益，前后沿部分相对于平顶部分得到更多的能量增益，从而在一定程度上增加整个束流的能散度，限制了加速器光源尺寸的进一步减小。因此，提出利用调节加速电压异步的方法来调节束流不同部分得到的能量增益，从而在一定程度上降低整个束流脉宽期间的能散度。初步的试验结果也证明，加速电压的异步调节可以明显改变束流整体的的能散度。
对直线感应加速器加速电压的同步性对束流能散度的影响进行了分析，结果表明：考虑束流负载效应后，束流的不同部分将得到不同的能量增益，前后沿部分相对于平顶部分得到更多的能量增益，从而在一定程度上增加整个束流的能散度，限制了加速器光源尺寸的进一步减小。因此，提出利用调节加速电压异步的方法来调节束流不同部分得到的能量增益，从而在一定程度上降低整个束流脉宽期间的能散度。初步的试验结果也证明，加速电压的异步调节可以明显改变束流整体的的能散度。
2016, 28: 045105.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125105
摘要:
采用自主研发的三维粒子模拟软件对三腔介质壁加速器进行系统仿真, 在此基础上, 计算三个腔质子的渡越时间并实现腔体间的时序优化设计。外加电压峰值100 kV, 顶宽1 ns, 半高宽10 ns, 绝缘微堆厚度2.0 cm, 质子初始束能40 keV, 加速电极添加钨网, 模拟结果显示：当电压持续6.5 ns时, 进入高梯度绝缘微堆的H+通过第一腔能得到最大加速效率90.84%, 相应的渡越时间为5.668 ns；当第二腔电压触发落后第一腔4.5 ns时, H+通过第二腔获得最大加速效率94.77%, 相应的渡越时间为3.545 ns；当第三腔电压触发落后第二腔3.0 ns时, H+通过第三腔获得最大加速效率97.30%, 相应的渡越时间为3.018 ns；最大能量H+渡越三个腔体的总时间为12.231 ns, H+总体加速效率94.31%；当质子束中心进入第一腔时刻落后脉冲电压触发6.5 ns, 且一二腔和二三腔电压触发延时分别为4.5 ns和3.0 ns情形下, 能将2.5 ns长度的质子束中的H+实现90%以上的加速, 4.0 ns长度的质子束中的H+实现80%以上的加速。
采用自主研发的三维粒子模拟软件对三腔介质壁加速器进行系统仿真, 在此基础上, 计算三个腔质子的渡越时间并实现腔体间的时序优化设计。外加电压峰值100 kV, 顶宽1 ns, 半高宽10 ns, 绝缘微堆厚度2.0 cm, 质子初始束能40 keV, 加速电极添加钨网, 模拟结果显示：当电压持续6.5 ns时, 进入高梯度绝缘微堆的H+通过第一腔能得到最大加速效率90.84%, 相应的渡越时间为5.668 ns；当第二腔电压触发落后第一腔4.5 ns时, H+通过第二腔获得最大加速效率94.77%, 相应的渡越时间为3.545 ns；当第三腔电压触发落后第二腔3.0 ns时, H+通过第三腔获得最大加速效率97.30%, 相应的渡越时间为3.018 ns；最大能量H+渡越三个腔体的总时间为12.231 ns, H+总体加速效率94.31%；当质子束中心进入第一腔时刻落后脉冲电压触发6.5 ns, 且一二腔和二三腔电压触发延时分别为4.5 ns和3.0 ns情形下, 能将2.5 ns长度的质子束中的H+实现90%以上的加速, 4.0 ns长度的质子束中的H+实现80%以上的加速。
2016, 28: 045106.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125106
摘要:
应用于高能闪光X光照相技术的X射线源焦斑大小是闪光照相装置的关键参数, 直接影响成像的分辨能力。由于高能X射线的强穿透性和强辐射环境, 给焦斑测量带来一定困难。介绍了一种间接测量方法, 采用滚边装置(rollbar)成像得到X射线源的边扩展函数, 微分后得到光源的线扩展函数并计算调制传递函数(MTF), 而后从MTF为0.5所对应的空间频率之值确定出光源的光斑大小。给出了神龙二号加速器电子束聚焦调试实验中得到的X射线焦斑测量结果, 分析影响测量结果的因素并提出了解决方法。
应用于高能闪光X光照相技术的X射线源焦斑大小是闪光照相装置的关键参数, 直接影响成像的分辨能力。由于高能X射线的强穿透性和强辐射环境, 给焦斑测量带来一定困难。介绍了一种间接测量方法, 采用滚边装置(rollbar)成像得到X射线源的边扩展函数, 微分后得到光源的线扩展函数并计算调制传递函数(MTF), 而后从MTF为0.5所对应的空间频率之值确定出光源的光斑大小。给出了神龙二号加速器电子束聚焦调试实验中得到的X射线焦斑测量结果, 分析影响测量结果的因素并提出了解决方法。
2016, 28: 045107.
doi: 10.11884/HPLPB201628.125107
摘要:
以11 MV回旋加速器潘宁离子源作为研究对象，通过调节磁场强度研究了磁场对工作在弧放电模式下的潘宁离子源的影响规律，深入分析了该放电模式下的放电自持机制、磁场引起的阻抗变化规律、异常发光现象。实验在6 mL/min氢气流量下，保持离子源弧流不变，调节磁场强度，记录磁场强度对弧压的影响。实验结果表明：二次电子发射机制与热电子发射机制在潘宁源自持放电过程中发挥了同样重要的作用；在强磁场情况下离子源阻抗受到磁场变化影响不大，在磁场小于0.15 T时磁场的作用才变得明显；当磁场减弱至等离子体进入阻抗增长区后，存在一段等离子体剧烈放电、光强突然增加的区域。在实验的基础上，得到了设计潘宁源的启发，并分析了磁场对等离子体电导率影响的微观物理机制，这些有助于研制或使用工作在弧放电模式下的潘宁离子源。
以11 MV回旋加速器潘宁离子源作为研究对象，通过调节磁场强度研究了磁场对工作在弧放电模式下的潘宁离子源的影响规律，深入分析了该放电模式下的放电自持机制、磁场引起的阻抗变化规律、异常发光现象。实验在6 mL/min氢气流量下，保持离子源弧流不变，调节磁场强度，记录磁场强度对弧压的影响。实验结果表明：二次电子发射机制与热电子发射机制在潘宁源自持放电过程中发挥了同样重要的作用；在强磁场情况下离子源阻抗受到磁场变化影响不大，在磁场小于0.15 T时磁场的作用才变得明显；当磁场减弱至等离子体进入阻抗增长区后，存在一段等离子体剧烈放电、光强突然增加的区域。在实验的基础上，得到了设计潘宁源的启发，并分析了磁场对等离子体电导率影响的微观物理机制，这些有助于研制或使用工作在弧放电模式下的潘宁离子源。
2016, 28: 049001.
doi: 10.11884/HPLPB201628.129001
摘要:
介绍了复合电热化学法产生冲击波的机理和冲击波改善储层物性的机制；给出了脉冲大电流引爆含能材料弹丸的结构和典型的放电参数,开展了冲击波致裂储层的实验研究；检测了样品在冲击作用下的动态应变及影响储层解吸附特性的关键参数（包括孔隙度、渗透率、抗拉、抗压强度等）,并在实验前后进行了测量和对比。研究表明,电热化学法产生的冲击波可在圆柱形砂岩样品上产生幅值为1000~1500的应变量,使砂岩出现了宏观裂缝；样品平均孔隙度由15.24%增至15.62%,平均渗透率由1.749 0910-3 m2增至2.467 0810-3 m2；抗压、抗拉和抗剪强度均下降了约30%。
介绍了复合电热化学法产生冲击波的机理和冲击波改善储层物性的机制；给出了脉冲大电流引爆含能材料弹丸的结构和典型的放电参数,开展了冲击波致裂储层的实验研究；检测了样品在冲击作用下的动态应变及影响储层解吸附特性的关键参数（包括孔隙度、渗透率、抗拉、抗压强度等）,并在实验前后进行了测量和对比。研究表明,电热化学法产生的冲击波可在圆柱形砂岩样品上产生幅值为1000~1500的应变量,使砂岩出现了宏观裂缝；样品平均孔隙度由15.24%增至15.62%,平均渗透率由1.749 0910-3 m2增至2.467 0810-3 m2；抗压、抗拉和抗剪强度均下降了约30%。
