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RSS2017年 29卷 第02期
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2017, 29: 020101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160510
摘要:
介绍了一种基于电触发技术的重复频率脉冲驱动源,其突破了双电容结构脉冲成形、紧凑型结构高压产生、大电流条件下重复频率稳定运行等关键技术,采用电路结构最简单的Marx电压叠加技术,解决了Marx在重复频率运行中的技术难点。脉冲功率驱动源设计输出功率20 GW、脉冲宽度180 ns、重复频率1~50 Hz,输出功率和重复频率在一定范围内可调。研制的脉冲功率驱动源体积仅2.5 m3,重量低至2.2 t,脉冲形成单元储能密度高达23 kJm-3,驱动源单次工作状态下输出功率约20 GW；在重复频率30 Hz工作状态下,输出功率16 GW、连续运行时间10 s、系统抖动约6 ns,系统运行稳定可靠。
介绍了一种基于电触发技术的重复频率脉冲驱动源,其突破了双电容结构脉冲成形、紧凑型结构高压产生、大电流条件下重复频率稳定运行等关键技术,采用电路结构最简单的Marx电压叠加技术,解决了Marx在重复频率运行中的技术难点。脉冲功率驱动源设计输出功率20 GW、脉冲宽度180 ns、重复频率1~50 Hz,输出功率和重复频率在一定范围内可调。研制的脉冲功率驱动源体积仅2.5 m3,重量低至2.2 t,脉冲形成单元储能密度高达23 kJm-3,驱动源单次工作状态下输出功率约20 GW；在重复频率30 Hz工作状态下,输出功率16 GW、连续运行时间10 s、系统抖动约6 ns,系统运行稳定可靠。
2017, 29: 020201.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160460
摘要:
环形加速器将射频加速单元替换为高重复频率连续运行的脉冲感应加速组元后,将具备新的性能特点和应用领域。日本高能加速器研究机构(KEK)在脉冲感应加速与环形加速器的结合方面开展了大量的研究和实验工作,通过对其相关研究的详细调研,结合在感应同步加速器实验研究中所遇到的具体问题,针对脉冲感应加速组元的固有特性对该类加速器的优势和局限进行了分析,对环形加速器中感应加速组元的发展方向提出了建议。
环形加速器将射频加速单元替换为高重复频率连续运行的脉冲感应加速组元后,将具备新的性能特点和应用领域。日本高能加速器研究机构(KEK)在脉冲感应加速与环形加速器的结合方面开展了大量的研究和实验工作,通过对其相关研究的详细调研,结合在感应同步加速器实验研究中所遇到的具体问题,针对脉冲感应加速组元的固有特性对该类加速器的优势和局限进行了分析,对环形加速器中感应加速组元的发展方向提出了建议。
2017, 29: 021002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160410
摘要:
大气密度探测实验卫星PN1B于2015年9月在太原卫星发射中心成功发射，为了实现对该卫星星载GPS定轨数据提供检核标准及高精度测轨应用要求，依据卫星无法提供阵列结构激光反射器所需要的安装面积的限制，首次采用通光口径为10 mm的微小激光反射器按照不同的指向分布在卫星的棱边。利用TROS1000流动人卫激光测距系统对该卫星进行追踪和激光测距试验，测量结果表明激光回波数据充足，每秒平均激光回波光子数达173个，标志着此类微小激光反射器的应用将会在卫星轨道精密定轨方面发挥重要作用。
大气密度探测实验卫星PN1B于2015年9月在太原卫星发射中心成功发射，为了实现对该卫星星载GPS定轨数据提供检核标准及高精度测轨应用要求，依据卫星无法提供阵列结构激光反射器所需要的安装面积的限制，首次采用通光口径为10 mm的微小激光反射器按照不同的指向分布在卫星的棱边。利用TROS1000流动人卫激光测距系统对该卫星进行追踪和激光测距试验，测量结果表明激光回波数据充足，每秒平均激光回波光子数达173个，标志着此类微小激光反射器的应用将会在卫星轨道精密定轨方面发挥重要作用。
2017, 29: 021003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160432
摘要:
针对仅采用局部或全局信息无法快速准确分割灰度不均匀图像的问题,提出了一种基于局部和全局信息的自适应水平集图像分割模型。首先,利用图像局部信息和全局信息建立局部能量项和全局能量项,并且利用演化曲线轮廓内外小邻域的灰度均值差作为自变量,建立了权重函数模型,实现了局部能量项和全局能量项之间权重的自适应调整,提高了模型分割灰度不均匀图像的效率和准确性。其次,提出了一种新的能量惩罚项,避免了水平集函数的重新初始化,增强了数值计算的稳定性。最后,为验证模型的优越性,将模型与CV模型、LBF模型和LGIF模型进行了对比,并通过分割时间、迭代次数以及相似度等指标对分割结果进行了客观、定量分析。最终结果表明:该模型不但对初始轮廓具有较高鲁棒性,而且对灰度不均匀图像具有较高的分割准确性与分割效率。
针对仅采用局部或全局信息无法快速准确分割灰度不均匀图像的问题,提出了一种基于局部和全局信息的自适应水平集图像分割模型。首先,利用图像局部信息和全局信息建立局部能量项和全局能量项,并且利用演化曲线轮廓内外小邻域的灰度均值差作为自变量,建立了权重函数模型,实现了局部能量项和全局能量项之间权重的自适应调整,提高了模型分割灰度不均匀图像的效率和准确性。其次,提出了一种新的能量惩罚项,避免了水平集函数的重新初始化,增强了数值计算的稳定性。最后,为验证模型的优越性,将模型与CV模型、LBF模型和LGIF模型进行了对比,并通过分割时间、迭代次数以及相似度等指标对分割结果进行了客观、定量分析。最终结果表明:该模型不但对初始轮廓具有较高鲁棒性,而且对灰度不均匀图像具有较高的分割准确性与分割效率。
2017, 29: 021001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160435
摘要:
二值化梯形透过率光栅是一种具有离轴衍射级次的二维光栅,其各衍射点光强信息和位置信息的确定对该新型光栅的实际应用具有重要意义。然而,目前尚无相关解析理论对其进行合理的描述。为了解决上述问题,通过二维傅里叶变换方法获得了该光栅各个衍射级次光强分布的解析表达式,并根据二维光栅的结构特征给出了在透射式和反射式情况下该光栅满足的光栅方程。这为该新型光栅的光线追迹计算打下了理论基础。最后,将解析表达式计算结果与采用X-Lab软件标量衍射模块计算的数值模拟结果进行比较,验证解析理论的正确性。
二值化梯形透过率光栅是一种具有离轴衍射级次的二维光栅,其各衍射点光强信息和位置信息的确定对该新型光栅的实际应用具有重要意义。然而,目前尚无相关解析理论对其进行合理的描述。为了解决上述问题,通过二维傅里叶变换方法获得了该光栅各个衍射级次光强分布的解析表达式,并根据二维光栅的结构特征给出了在透射式和反射式情况下该光栅满足的光栅方程。这为该新型光栅的光线追迹计算打下了理论基础。最后,将解析表达式计算结果与采用X-Lab软件标量衍射模块计算的数值模拟结果进行比较,验证解析理论的正确性。
2017, 29: 023001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160458
摘要:
近零介电常数材料常用于口面加载以修正天线波前相位,提高口径效率。在对以往金属线阵周期结构研究基础上,提出了介质镀膜板周期结构的近零介电常数材料,并基于NRW本构参数法计算得到了该材料的等效介电常数,依据口面相位差平方和最小原则研制了中空形式的介质镀膜中空板加载结构。实验结果表明,X波段角锥天线加载后其主轴增益最大提高了1.8 dB,口径效率从原有0.4提高至0.6以上,相对工作带宽大于10%。
近零介电常数材料常用于口面加载以修正天线波前相位,提高口径效率。在对以往金属线阵周期结构研究基础上,提出了介质镀膜板周期结构的近零介电常数材料,并基于NRW本构参数法计算得到了该材料的等效介电常数,依据口面相位差平方和最小原则研制了中空形式的介质镀膜中空板加载结构。实验结果表明,X波段角锥天线加载后其主轴增益最大提高了1.8 dB,口径效率从原有0.4提高至0.6以上,相对工作带宽大于10%。
2017, 29: 023002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160456
摘要:
设计了一个X波段相对论返波管,通过对器件结构的特殊设计,提高了器件的Q值,同时增大了电子束与慢波结构之间的耦合阻抗,从而实现器件的低磁场运行以便对其进行永磁包装；当引导磁场强度0.46 T、电子束束压750 kV、束流约5.5 kA时,得到频率9.1 GHz、功率1.24 GW的微波输出。根据模拟结果设计加工了一个磁场强度为0.46 T的小型化永磁磁体,该磁体长48 cm,最大外半径15 cm,总重量约116 kg。开展了永磁包装返波管的实验研究,得到以20 Hz的频率运行1 s时功率900 MW、单次运行时功率940 MW的X波段微波输出。
设计了一个X波段相对论返波管,通过对器件结构的特殊设计,提高了器件的Q值,同时增大了电子束与慢波结构之间的耦合阻抗,从而实现器件的低磁场运行以便对其进行永磁包装；当引导磁场强度0.46 T、电子束束压750 kV、束流约5.5 kA时,得到频率9.1 GHz、功率1.24 GW的微波输出。根据模拟结果设计加工了一个磁场强度为0.46 T的小型化永磁磁体,该磁体长48 cm,最大外半径15 cm,总重量约116 kg。开展了永磁包装返波管的实验研究,得到以20 Hz的频率运行1 s时功率900 MW、单次运行时功率940 MW的X波段微波输出。
2017, 29: 023201.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160019
摘要:
采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性，应用带限Weierstrass-Mandelbrot分形粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面，运用矩量法研究了带限分形大地土壤表面与部分埋藏矩形截面柱复合模型的电磁散射，得出了复合散射系数的角分布曲线；计算了复合散射系数随带限分形大地土壤表面分维、空间基频、高度起伏均方根、土壤含水率、矩形截面柱几何参数、埋藏深度、倾角、入射波频率等的变化情况，并做了详细分析与讨论；结果表明，土壤表面分维等参数对复合散射系数的影响是非常复杂的，镜像附近的角分布曲线具有明显的分形特征。
采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性，应用带限Weierstrass-Mandelbrot分形粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面，运用矩量法研究了带限分形大地土壤表面与部分埋藏矩形截面柱复合模型的电磁散射，得出了复合散射系数的角分布曲线；计算了复合散射系数随带限分形大地土壤表面分维、空间基频、高度起伏均方根、土壤含水率、矩形截面柱几何参数、埋藏深度、倾角、入射波频率等的变化情况，并做了详细分析与讨论；结果表明，土壤表面分维等参数对复合散射系数的影响是非常复杂的，镜像附近的角分布曲线具有明显的分形特征。
2017, 29: 023202.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160476
摘要:
针对实际工程应用中安装在探测车底部的表层穿透雷达的需求,设计了一种基于电阻加载技术的超宽带低背腔半椭圆偶极子天线。该天线由一对半椭圆臂组成并通过分布式连续电阻加载有效地改善了输入阻抗特性,展宽了天线的工作带宽。结合应用环境,评估了天线离地高度以及载体探测车对天线性能的影响,在理论分析的基础上设计并制作了一副天线样机,安装在探测车上,在外场进行了实验。仿真和实测结果表明,所设计的天线具有较低的电压驻波比和良好的辐射特性以及较小的振铃,能够满足车载表层穿透雷达的需求。
针对实际工程应用中安装在探测车底部的表层穿透雷达的需求,设计了一种基于电阻加载技术的超宽带低背腔半椭圆偶极子天线。该天线由一对半椭圆臂组成并通过分布式连续电阻加载有效地改善了输入阻抗特性,展宽了天线的工作带宽。结合应用环境,评估了天线离地高度以及载体探测车对天线性能的影响,在理论分析的基础上设计并制作了一副天线样机,安装在探测车上,在外场进行了实验。仿真和实测结果表明,所设计的天线具有较低的电压驻波比和良好的辐射特性以及较小的振铃,能够满足车载表层穿透雷达的需求。
2017, 29: 024101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160402
摘要:
改变初始温度以及分别使用甲烷和乙炔气体作碳源时气相爆轰合成碳纳米管,研究了初始温度与不同碳源对碳纳米管的影响。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、拉曼(Raman)光谱等对碳纳米管进行表征。结果表明,随着初始温度的升高,所合成的碳纳米管的产量减少且石墨化程度降低,但管壁会变得光滑且管径有所增加。当使用乙炔时,所合成的产物中没有碳纳米管,而是合成了石墨化程度较高的无定形碳,随着催化剂量的增加,产物中碳包覆颗粒增多且包覆层清晰可见,但存在结构缺陷。当初始温度在110~130 ℃时,使用甲烷气体运用气相爆轰的手段是合成碳纳米管的较佳方案。
改变初始温度以及分别使用甲烷和乙炔气体作碳源时气相爆轰合成碳纳米管,研究了初始温度与不同碳源对碳纳米管的影响。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、拉曼(Raman)光谱等对碳纳米管进行表征。结果表明,随着初始温度的升高,所合成的碳纳米管的产量减少且石墨化程度降低,但管壁会变得光滑且管径有所增加。当使用乙炔时,所合成的产物中没有碳纳米管,而是合成了石墨化程度较高的无定形碳,随着催化剂量的增加,产物中碳包覆颗粒增多且包覆层清晰可见,但存在结构缺陷。当初始温度在110~130 ℃时,使用甲烷气体运用气相爆轰的手段是合成碳纳米管的较佳方案。
2017, 29: 025001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160507
摘要:
提出一种多级串联共用腔体新结构快脉冲直线变压器驱动源(FLTD),每级采用一个不包围磁芯支路和角向传输线实现单级感应腔同步触发,引入一路外触发脉冲实现共用外腔体的多级串联FLTD按理想感应电压叠加器（IVA）时序触发。三级串联共用腔体FLTD和常规三级串联FLTD的等效电路和三维电磁模型初步计算结果表明,新结构FLTD与常规结构FLTD具有相同的输出性能。采用新结构可大幅降低Z 箍缩ICF/IFE FLTD驱动源的触发与充电要求,具有重要工程应用价值。
提出一种多级串联共用腔体新结构快脉冲直线变压器驱动源(FLTD),每级采用一个不包围磁芯支路和角向传输线实现单级感应腔同步触发,引入一路外触发脉冲实现共用外腔体的多级串联FLTD按理想感应电压叠加器（IVA）时序触发。三级串联共用腔体FLTD和常规三级串联FLTD的等效电路和三维电磁模型初步计算结果表明,新结构FLTD与常规结构FLTD具有相同的输出性能。采用新结构可大幅降低Z 箍缩ICF/IFE FLTD驱动源的触发与充电要求,具有重要工程应用价值。
2017, 29: 025002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160371
摘要:
提出了一种结合高耦合Tesla变压器和螺旋形成线(FL)的紧凑型高压纳秒脉冲发生器,由内置Tesla变压器充电的螺旋FL包含外屏蔽筒、螺旋中筒和内导体筒,内外筒的两端均短路连接,螺旋中筒的一端开路,另一端穿过内外筒短路端面并与主开关电极连接。该结构简单紧凑、易于实现,输出脉冲前沿快、平顶好。给出了一组10 GW功率、百ns脉宽的FL设计,采用Midel 7131合成酯绝缘介质,FL外筒内径0.88 m,长度2 m。
提出了一种结合高耦合Tesla变压器和螺旋形成线(FL)的紧凑型高压纳秒脉冲发生器,由内置Tesla变压器充电的螺旋FL包含外屏蔽筒、螺旋中筒和内导体筒,内外筒的两端均短路连接,螺旋中筒的一端开路,另一端穿过内外筒短路端面并与主开关电极连接。该结构简单紧凑、易于实现,输出脉冲前沿快、平顶好。给出了一组10 GW功率、百ns脉宽的FL设计,采用Midel 7131合成酯绝缘介质,FL外筒内径0.88 m,长度2 m。
2017, 29: 025003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160450
摘要:
基于ITER极向场变流器系统,分析了直流隔离开关短路故障，提出ITER直流隔离开关短路试验要求。基于中国科学院等离子体物理研究所直流测试平台，为ITER直流隔离开关短路试验设计了先建立直流电压再闭合短路开关的后短路试验方案，包括选取变压器档位、计算试验电流所对应的直流电压等内容。通过仿真和试验验证了试验方案的可行性，试验结果证明了直流隔离开关对短路故障的抑制能力满足ITER极向场变流器运行要求。经分析计算，350 kA试验电流需要直流电压270 V。在试验中，预设直流电压270 V时，试验电流达不到350 kA，将预设直流电压提高到300 V后，试验电流峰值达到362.5 kA，且超过350 kA的部分达到100 ms。实际预设直流电压比理论计算值大30 V，这是电网电压的波动造成的。
基于ITER极向场变流器系统,分析了直流隔离开关短路故障，提出ITER直流隔离开关短路试验要求。基于中国科学院等离子体物理研究所直流测试平台，为ITER直流隔离开关短路试验设计了先建立直流电压再闭合短路开关的后短路试验方案，包括选取变压器档位、计算试验电流所对应的直流电压等内容。通过仿真和试验验证了试验方案的可行性，试验结果证明了直流隔离开关对短路故障的抑制能力满足ITER极向场变流器运行要求。经分析计算，350 kA试验电流需要直流电压270 V。在试验中，预设直流电压270 V时，试验电流达不到350 kA，将预设直流电压提高到300 V后，试验电流峰值达到362.5 kA，且超过350 kA的部分达到100 ms。实际预设直流电压比理论计算值大30 V，这是电网电压的波动造成的。
2017, 29: 025004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160451
摘要:
根据电爆炸箔断路开关的简化数值模型和不可压缩固体套筒的零维模型，利用Matlab编写了用于模拟圆盘型发生器驱动固体套筒内爆的一体化程序D-Liner，对圆盘型发生器、电爆炸箔断路开关、固体套筒内爆的耦合过程进行了数值模拟，分析了电爆炸断路开关工作电压、套筒半径、套筒速度的变化过程以及电爆炸断路开关对发生器电流波形的影响，并对套筒参数进行了优化设计。计算结果表明，以直径400 mm的十单元圆盘型发生器为驱动源，采用长度72 cm、厚度120 m的铜箔作为脉冲锐化开关，当初始电流为5.9 MA时，圆盘型发生器能够获得35 MA的脉冲大电流，电爆炸箔断路开关在击穿与之并联的间隙开关之后可以在固体套筒上产生230 kV的高电压和31 MA、特征上升时间1.6 s的脉冲大电流，能够把50 g柱形铝套筒加速到13.7 km/s。
根据电爆炸箔断路开关的简化数值模型和不可压缩固体套筒的零维模型，利用Matlab编写了用于模拟圆盘型发生器驱动固体套筒内爆的一体化程序D-Liner，对圆盘型发生器、电爆炸箔断路开关、固体套筒内爆的耦合过程进行了数值模拟，分析了电爆炸断路开关工作电压、套筒半径、套筒速度的变化过程以及电爆炸断路开关对发生器电流波形的影响，并对套筒参数进行了优化设计。计算结果表明，以直径400 mm的十单元圆盘型发生器为驱动源，采用长度72 cm、厚度120 m的铜箔作为脉冲锐化开关，当初始电流为5.9 MA时，圆盘型发生器能够获得35 MA的脉冲大电流，电爆炸箔断路开关在击穿与之并联的间隙开关之后可以在固体套筒上产生230 kV的高电压和31 MA、特征上升时间1.6 s的脉冲大电流，能够把50 g柱形铝套筒加速到13.7 km/s。
2017, 29: 025005.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160473
摘要:
设计了一种爆磁压缩发生器(FCG)初级紧凑型电脉冲源,分析了电脉冲源组成、工作原理及最佳输出时序模型。采用爆炸驱动滑块型放电开关方案,实验测试了开关高压下闭合放电性能。电脉冲源体积132 mm200 mm,质量12.5 kg,工作电压5 kV,初始储能约750 J,充电时间不大于30 s；静态馈电FCG(42 H,78 m),输出电流峰值不小于5.4 kA,输出能量不小于600 J；动态馈电FCG,时序控制误差不大于5 s,耦合电流值不小于5.2 kA,耦合能量不小于550 J；电脉冲源有效储能密度不小于200 mJ/cm3,能量传递效率不小于75%。
设计了一种爆磁压缩发生器(FCG)初级紧凑型电脉冲源,分析了电脉冲源组成、工作原理及最佳输出时序模型。采用爆炸驱动滑块型放电开关方案,实验测试了开关高压下闭合放电性能。电脉冲源体积132 mm200 mm,质量12.5 kg,工作电压5 kV,初始储能约750 J,充电时间不大于30 s；静态馈电FCG(42 H,78 m),输出电流峰值不小于5.4 kA,输出能量不小于600 J；动态馈电FCG,时序控制误差不大于5 s,耦合电流值不小于5.2 kA,耦合能量不小于550 J；电脉冲源有效储能密度不小于200 mJ/cm3,能量传递效率不小于75%。
2017, 29: 025006.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160487
摘要:
利用一维磁流体力学程序MC11D，对套筒材料为不锈钢的柱面内爆磁通量压缩实验进行了数值模拟，研究了其中的磁扩散过程。计算结果表明:当套筒空腔中的磁场被压缩到350 T左右时，峭面磁扩散波开始形成，磁扩散波的波前从套筒内壁开始以0.75 km/s的平均速度向外快速推进，给磁场的压缩带来了不利影响；随着套筒内壁温度迅速升高，内壁附近会形成一个电阻率仅有0.3 mcm左右的等离子体保护层，又极大地减缓了空腔磁场向套筒中扩散的速度。在磁压缩过程中，峭面磁扩散波和等离子体层对于空腔磁场的扩散起着相反的作用，两者在发展的过程中相互竞争，在不同的阶段分别起着主导作用。
利用一维磁流体力学程序MC11D，对套筒材料为不锈钢的柱面内爆磁通量压缩实验进行了数值模拟，研究了其中的磁扩散过程。计算结果表明:当套筒空腔中的磁场被压缩到350 T左右时，峭面磁扩散波开始形成，磁扩散波的波前从套筒内壁开始以0.75 km/s的平均速度向外快速推进，给磁场的压缩带来了不利影响；随着套筒内壁温度迅速升高，内壁附近会形成一个电阻率仅有0.3 mcm左右的等离子体保护层，又极大地减缓了空腔磁场向套筒中扩散的速度。在磁压缩过程中，峭面磁扩散波和等离子体层对于空腔磁场的扩散起着相反的作用，两者在发展的过程中相互竞争，在不同的阶段分别起着主导作用。
2017, 29: 025007.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160496
摘要:
针对800 kA,0.1 Hz重复频率LTD模块设计新的多间隙气体开关，要求在较高工作电压(高于80 kV)和较低工作系数(低于70%)下抖动优于2 ns。通过电场仿真分析，优化了气体开关电极形状。串联间隙从4个增加为6个，总间隙长度为36 mm，充电100 kV、触发100 kV时触发间隙场畸变系数为3.98。实验表明，新气体开关静态自击穿性能稳定，动态触发性能可靠。充电90 kV、工作系数60%时击穿延时40.1 ns，抖动1.3 ns。
针对800 kA,0.1 Hz重复频率LTD模块设计新的多间隙气体开关，要求在较高工作电压(高于80 kV)和较低工作系数(低于70%)下抖动优于2 ns。通过电场仿真分析，优化了气体开关电极形状。串联间隙从4个增加为6个，总间隙长度为36 mm，充电100 kV、触发100 kV时触发间隙场畸变系数为3.98。实验表明，新气体开关静态自击穿性能稳定，动态触发性能可靠。充电90 kV、工作系数60%时击穿延时40.1 ns，抖动1.3 ns。
2017, 29: 025008.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160136
摘要:
建立典型半导体器件系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算模型,对在瞬态X射线辐照下电缆末端典型n+-p-n-n+结构的双极晶体管负载的系统电磁脉冲与剂量率综合效应进行研究,得到了综合效应现象,分析了综合效应机理,总结了综合效应规律。在系统电磁脉冲与剂量率综合效应作用下,双极晶体管内部，由于载流子数量剧增,其反向击穿阈值降低,综合效应比单一效应更易造成双极晶体管的毁伤。编制的系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算程序可用于分析电子学系统中其他类型半导体器件的效应机理与规律。
建立典型半导体器件系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算模型,对在瞬态X射线辐照下电缆末端典型n+-p-n-n+结构的双极晶体管负载的系统电磁脉冲与剂量率综合效应进行研究,得到了综合效应现象,分析了综合效应机理,总结了综合效应规律。在系统电磁脉冲与剂量率综合效应作用下,双极晶体管内部，由于载流子数量剧增,其反向击穿阈值降低,综合效应比单一效应更易造成双极晶体管的毁伤。编制的系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算程序可用于分析电子学系统中其他类型半导体器件的效应机理与规律。
2017, 29: 025009.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160453
摘要:
采用功率IGBT串联组合模块作为放电开关,设计了16级Marx结构的脉冲电源,能够产生可调高压方波脉冲。由9支耐压3 kV的IGBT串联组成最大工作电压12.5 kV的串联组合模块；通过磁隔离触发方式控制各级IGBT的同步导通和关断。输出电压从几kV至200 kV可调、输出脉宽随外部触发信号宽度在1.5~10 s范围内可调、前沿小于500 ns、后沿小于2.3 s；在输出电压大于100 kV、输出电流20 A时顶降小于2%。
采用功率IGBT串联组合模块作为放电开关,设计了16级Marx结构的脉冲电源,能够产生可调高压方波脉冲。由9支耐压3 kV的IGBT串联组成最大工作电压12.5 kV的串联组合模块；通过磁隔离触发方式控制各级IGBT的同步导通和关断。输出电压从几kV至200 kV可调、输出脉宽随外部触发信号宽度在1.5~10 s范围内可调、前沿小于500 ns、后沿小于2.3 s；在输出电压大于100 kV、输出电流20 A时顶降小于2%。
2017, 29: 026001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160436
摘要:
介绍了实验物理和工业控制系统（EPICS）的总体结构和特点，以及极向场电源控制系统监控网络的结构和特点，特别是EPICS设备支持在极向场电源控制系统的监控网络中的开发和应用。系统实现了实时监控极向场电源系统的现场设备和开关分合控制，实现了对极向场电源控制系统的电源控制单元的配置参数设置、控制模式的设置、时序控制等，并能及时报警、定位故障点。该系统监控的数字量及模拟量信号近2000路，且支持多用户操作，具备良好的跨平台移植性和扩展能力。经实验测试，该应用运行稳定，能满足极向场电源控制系统监控网络的需求。
介绍了实验物理和工业控制系统（EPICS）的总体结构和特点，以及极向场电源控制系统监控网络的结构和特点，特别是EPICS设备支持在极向场电源控制系统的监控网络中的开发和应用。系统实现了实时监控极向场电源系统的现场设备和开关分合控制，实现了对极向场电源控制系统的电源控制单元的配置参数设置、控制模式的设置、时序控制等，并能及时报警、定位故障点。该系统监控的数字量及模拟量信号近2000路，且支持多用户操作，具备良好的跨平台移植性和扩展能力。经实验测试，该应用运行稳定，能满足极向场电源控制系统监控网络的需求。
2017, 29: 026002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160245
摘要:
核电厂设计基准源项计算可为核电厂安全评审提供依据,同时也是辐射屏蔽计算的基础。基于压水堆堆芯、一回路和气载源项的研究基础,类比衰变常数引入了迁移常数和核反应常数的概念,进而总结了一体化计算上述源项中裂变产物源项的源项方程。针对源项方程变系数、大型、稀疏和刚性的特点,在时间离散近似的基础上,基于线性子链算法编写程序求解了上述方程。通过与典型压水堆工程文件对比,证明了程序的正确性和必要性。
核电厂设计基准源项计算可为核电厂安全评审提供依据,同时也是辐射屏蔽计算的基础。基于压水堆堆芯、一回路和气载源项的研究基础,类比衰变常数引入了迁移常数和核反应常数的概念,进而总结了一体化计算上述源项中裂变产物源项的源项方程。针对源项方程变系数、大型、稀疏和刚性的特点,在时间离散近似的基础上,基于线性子链算法编写程序求解了上述方程。通过与典型压水堆工程文件对比,证明了程序的正确性和必要性。
2017, 29: 026003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160252
摘要:
介绍了CPR1000电厂目前使用的三维功率能力验证方法,从输入假设和计算过程两个方面入手,详细说明论证方法存在的保守性,得出输入假设的不确定性需要重新进行确定,分析过程中可以去掉1.04的保守因子；计算过程也需要考虑实际运行区域,减少不可能出现的工况,即缩小分析区域。当换料设计的计算结果超限时,或者堆芯偏离核态沸腾比裕量不足时,可以通过减小运行区域和修改焓升因子的计算假设来挖掘裕量以满足安全要求。
介绍了CPR1000电厂目前使用的三维功率能力验证方法,从输入假设和计算过程两个方面入手,详细说明论证方法存在的保守性,得出输入假设的不确定性需要重新进行确定,分析过程中可以去掉1.04的保守因子；计算过程也需要考虑实际运行区域,减少不可能出现的工况,即缩小分析区域。当换料设计的计算结果超限时,或者堆芯偏离核态沸腾比裕量不足时,可以通过减小运行区域和修改焓升因子的计算假设来挖掘裕量以满足安全要求。
2017, 29: 026004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160332
摘要:
评价核数据库是反应堆物理分析的基础。本研究调研了各个时期重要版本的评价核数据库ENDF/B-Ⅳ,Ⅴ.2,Ⅵ.8,Ⅶ.0,Ⅶ.1,用国际著名的核数据处理程序NJOY进行加工得到五组连续能量点截面库,对部分核素的微观截面进行比较,利用堆用蒙卡程序RMC进行临界基准检验。结果表明：基于ENDF/B-Ⅶ.1制作的连续能量中子截面库具有更高的精确度和良好的可靠性。
评价核数据库是反应堆物理分析的基础。本研究调研了各个时期重要版本的评价核数据库ENDF/B-Ⅳ,Ⅴ.2,Ⅵ.8,Ⅶ.0,Ⅶ.1,用国际著名的核数据处理程序NJOY进行加工得到五组连续能量点截面库,对部分核素的微观截面进行比较,利用堆用蒙卡程序RMC进行临界基准检验。结果表明：基于ENDF/B-Ⅶ.1制作的连续能量中子截面库具有更高的精确度和良好的可靠性。
2017, 29: 029001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160372
摘要:
在AISI 4140基体上采用预置材料激光熔敷的方法制备了镍石墨烯立方氮化硼(Ni-Graphene-CBN)复合材料涂层。X射线衍射(XRD)和Raman测试证明了石墨烯和CBN存在于所制备的涂层材料中。扫描电镜(SEM)图片给出了所制备的复合材料涂层的表面和断面形貌。进行了复合材料涂层的纳米机械性能和耐磨性的测试。测试结果表明:随着CBN含量的增加,复合涂层的硬度及弹性模量相应提高,分别由4.3 GPa提高到6.2 GPa和101 GPa提高到140 GPa; 同时其耐磨性也有明显改善，6% CBN含量的涂层摩擦系数由基体材料的0.2降低到0.15，最大磨损量降到基体磨损量的一半。
在AISI 4140基体上采用预置材料激光熔敷的方法制备了镍石墨烯立方氮化硼(Ni-Graphene-CBN)复合材料涂层。X射线衍射(XRD)和Raman测试证明了石墨烯和CBN存在于所制备的涂层材料中。扫描电镜(SEM)图片给出了所制备的复合材料涂层的表面和断面形貌。进行了复合材料涂层的纳米机械性能和耐磨性的测试。测试结果表明:随着CBN含量的增加,复合涂层的硬度及弹性模量相应提高,分别由4.3 GPa提高到6.2 GPa和101 GPa提高到140 GPa; 同时其耐磨性也有明显改善，6% CBN含量的涂层摩擦系数由基体材料的0.2降低到0.15，最大磨损量降到基体磨损量的一半。
2017, 29: 029002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160367
摘要:
针对热作模具用H13钢工况下易产生热疲劳失效的问题,采用Nd:YAG激光器在H13钢表面制备Co基合金涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层组织、合金元素分布及物相组成进行检测。利用显微硬度计和热震实验法,测试热疲劳对Co基合金涂层和淬火回火态H13钢硬度影响。结果表明,Co基合金涂层从底部到表层,依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶。Co基合金涂层物相主要由-Co和M23C6相组成,热疲劳后涂层表面形成M2O3和M3O4(M=Fe,Co,Cr)氧化物。Co基合金涂层硬度最高可达706HV0.2且呈梯度降低；热循环1000次后,Co基合金涂层表面硬度降低24.4%,H13钢表面硬度降低37.7%,Co基合金涂层硬度下降幅度低于H13钢。热循环1000次后,Co基合金涂层表面未发现明显热裂纹,H13钢表面形成大量网状热裂纹。Co基合金涂层中,Cr元素形成致密Cr2O3氧化膜使其热疲劳性能优于H13钢。
针对热作模具用H13钢工况下易产生热疲劳失效的问题,采用Nd:YAG激光器在H13钢表面制备Co基合金涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层组织、合金元素分布及物相组成进行检测。利用显微硬度计和热震实验法,测试热疲劳对Co基合金涂层和淬火回火态H13钢硬度影响。结果表明,Co基合金涂层从底部到表层,依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶。Co基合金涂层物相主要由-Co和M23C6相组成,热疲劳后涂层表面形成M2O3和M3O4(M=Fe,Co,Cr)氧化物。Co基合金涂层硬度最高可达706HV0.2且呈梯度降低；热循环1000次后,Co基合金涂层表面硬度降低24.4%,H13钢表面硬度降低37.7%,Co基合金涂层硬度下降幅度低于H13钢。热循环1000次后,Co基合金涂层表面未发现明显热裂纹,H13钢表面形成大量网状热裂纹。Co基合金涂层中,Cr元素形成致密Cr2O3氧化膜使其热疲劳性能优于H13钢。
2017, 29: 029003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160431
摘要:
二维频移激光多普勒测量油中悬浮粒子速度时，根据悬浮粒子通过针孔光阑时存在的四种不同情况，对原有激光多普勒测量悬浮粒子瞬时速度的方法进行了改进，提出一种悬浮粒子瞬时速度分析处理方法，利用该方法，对水平方管内的油中悬浮粒子的瞬时速度进行了测量分析。结果表明：改进方法获取的悬浮粒子瞬时速度的稳定性较好，能够表征在一组粒子通过激光多普勒的针孔光阑的时间段内粒子组随着时间的变化趋势，提高了频移激光多普勒采样数据的利用效率，有利于进一步准确表征悬浮粒子在油液中二维瞬时速度的分布特征和运动轨迹，为激光多普勒实验测量中悬浮粒子瞬时速度的表征提供理论支撑。
二维频移激光多普勒测量油中悬浮粒子速度时，根据悬浮粒子通过针孔光阑时存在的四种不同情况，对原有激光多普勒测量悬浮粒子瞬时速度的方法进行了改进，提出一种悬浮粒子瞬时速度分析处理方法，利用该方法，对水平方管内的油中悬浮粒子的瞬时速度进行了测量分析。结果表明：改进方法获取的悬浮粒子瞬时速度的稳定性较好，能够表征在一组粒子通过激光多普勒的针孔光阑的时间段内粒子组随着时间的变化趋势，提高了频移激光多普勒采样数据的利用效率，有利于进一步准确表征悬浮粒子在油液中二维瞬时速度的分布特征和运动轨迹，为激光多普勒实验测量中悬浮粒子瞬时速度的表征提供理论支撑。
