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RSS2017年 29卷 第04期
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2017, 29: 041001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160509
摘要:
化学刻蚀是提升熔石英光学元件抗激光损伤性能的重要后处理技术之一,但刻蚀后熔石英表面附着的沉积物对其表面质量、透射性能和抗激光损伤性能有很大影响。使用光学显微镜和原子力显微镜表征了化学刻蚀后附着于熔石英表面的沉积物的微观形貌,并分析了其形成机理；X射线能谱分析表明化学刻蚀后熔石英表面沉积物主要由Fe，Ni，Al等元素的金属盐组成。损伤阈值测试结果表明熔石英表面高密度沉积物区域的损伤阈值明显低于非沉积物区域,沉积物对熔石英光学元件的抗激光损伤性能产生严重影响,它们是诱导熔石英激光损伤的前驱体。
化学刻蚀是提升熔石英光学元件抗激光损伤性能的重要后处理技术之一,但刻蚀后熔石英表面附着的沉积物对其表面质量、透射性能和抗激光损伤性能有很大影响。使用光学显微镜和原子力显微镜表征了化学刻蚀后附着于熔石英表面的沉积物的微观形貌,并分析了其形成机理；X射线能谱分析表明化学刻蚀后熔石英表面沉积物主要由Fe，Ni，Al等元素的金属盐组成。损伤阈值测试结果表明熔石英表面高密度沉积物区域的损伤阈值明显低于非沉积物区域,沉积物对熔石英光学元件的抗激光损伤性能产生严重影响,它们是诱导熔石英激光损伤的前驱体。
2017, 29: 041002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160493
摘要:
设计了基于Sagnac环形镜的哑铃型结构全光纤掺镱激光器，使用976 nm多模激光二极管泵浦，通过调节偏振控制器获得了稳定的多波长线偏振激光输出。泵浦功率为20.4 W时，最高输出功率达到5.13 W，功率波动不大于0.02 W，激光器输出多波长激光线偏振度约为14.19 dB，多波长输出功率平坦度优于3 dB。
设计了基于Sagnac环形镜的哑铃型结构全光纤掺镱激光器，使用976 nm多模激光二极管泵浦，通过调节偏振控制器获得了稳定的多波长线偏振激光输出。泵浦功率为20.4 W时，最高输出功率达到5.13 W，功率波动不大于0.02 W，激光器输出多波长激光线偏振度约为14.19 dB，多波长输出功率平坦度优于3 dB。
2017, 29: 041003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160373
摘要:
为了研究1064 nm激光对增透熔石英的热应力损伤机理以及等离子体分布等效应。基于热传导和气体动力学理论，探究了毫秒激光对增透熔石英的热应力损伤和致燃损伤的理论模型，利用comsol软件模拟了1064 nm激光作用增透熔石英时材料内部的热损伤、应力损伤以及激光支持燃烧波，模拟结果表明在激光光斑半径区域内，温升较为明显，形成较大的温度梯度，激光作用区域受热膨胀，其余区域会对膨胀发生抵制，因此材料内部产生应力，其中上表面的径向应力、环向应力在激光光斑边缘附近达到最大值，应力损伤应该先从辐照中心点或激光光斑边缘附近产生，同时发现等离子体的传播是稳态的，燃烧波的最大速度发生在最初时刻，并随着扩散时间逐渐变低。
为了研究1064 nm激光对增透熔石英的热应力损伤机理以及等离子体分布等效应。基于热传导和气体动力学理论，探究了毫秒激光对增透熔石英的热应力损伤和致燃损伤的理论模型，利用comsol软件模拟了1064 nm激光作用增透熔石英时材料内部的热损伤、应力损伤以及激光支持燃烧波，模拟结果表明在激光光斑半径区域内，温升较为明显，形成较大的温度梯度，激光作用区域受热膨胀，其余区域会对膨胀发生抵制，因此材料内部产生应力，其中上表面的径向应力、环向应力在激光光斑边缘附近达到最大值，应力损伤应该先从辐照中心点或激光光斑边缘附近产生，同时发现等离子体的传播是稳态的，燃烧波的最大速度发生在最初时刻，并随着扩散时间逐渐变低。
2017, 29: 041004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160492
摘要:
根据脉冲单纵模激光器中的关键器件F-P标准具的选模原理，定量分析了不同参数F-P标准具的加工厚度精度、角度放置精度以及腔长变化对激光器纵模选择性能产生的影响，得到了对不同参数标准具的光学厚度偏差进行补偿所需的角度偏移量，研究了入射角度对标准具中心波长偏移的影响。这些结果对于脉冲单纵模激光器的机械结构设计、器件加工允差与装配调节精度的设计具有重要意义。在线型腔F-P标准具选模激光器中，得到了最大单脉冲能量8.41 J，脉冲宽度32 ns，近衍射极限的单纵模激光脉冲输出。
根据脉冲单纵模激光器中的关键器件F-P标准具的选模原理，定量分析了不同参数F-P标准具的加工厚度精度、角度放置精度以及腔长变化对激光器纵模选择性能产生的影响，得到了对不同参数标准具的光学厚度偏差进行补偿所需的角度偏移量，研究了入射角度对标准具中心波长偏移的影响。这些结果对于脉冲单纵模激光器的机械结构设计、器件加工允差与装配调节精度的设计具有重要意义。在线型腔F-P标准具选模激光器中，得到了最大单脉冲能量8.41 J，脉冲宽度32 ns，近衍射极限的单纵模激光脉冲输出。
2017, 29: 041005.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160517
摘要:
报道了基于Nd∶YAG透明陶瓷4F3/2-4I15/2跃迁实现1.83 m激光输出的研究。采用简单紧凑的平凹腔结构，结合对腔镜镀膜参数的设计，控制其他能级跃迁谱线对应波长激光的透射损耗来抑制较强能级跃迁对应的激光振荡。在入射抽运功率14.6 W的808 nm波长半导体激光端面抽运Nd∶YAG透明陶瓷，获得了0.65 W的1.83 m激光输出，斜率效率5.8%。可见Nd∶YAG透明陶瓷可望成为获得1.8 m波段激光直接输出的激光介质。
报道了基于Nd∶YAG透明陶瓷4F3/2-4I15/2跃迁实现1.83 m激光输出的研究。采用简单紧凑的平凹腔结构，结合对腔镜镀膜参数的设计，控制其他能级跃迁谱线对应波长激光的透射损耗来抑制较强能级跃迁对应的激光振荡。在入射抽运功率14.6 W的808 nm波长半导体激光端面抽运Nd∶YAG透明陶瓷，获得了0.65 W的1.83 m激光输出，斜率效率5.8%。可见Nd∶YAG透明陶瓷可望成为获得1.8 m波段激光直接输出的激光介质。
2017, 29: 042001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160506
摘要:
报道了基于脉冲宽度为16 ns、波长为266 nm、总能量为30 mJ、时间分辨为1.6 ns的紫外激光四分幅阴影成像系统，用于研究Z-pinch产生等离子体与在丝阵负载中心放置塑料泡沫材料相互作用输运规律，研究动态黑腔形成过程的主要物理因素。使用高能高密度激光束透射等离子体，依据等离子体对激光束吸收衰减特性诊断激光束通过等离子体后的空间强度分布，通过理论计算获得等离子体空间密度分布，获得等离子体产生的早期稳定性、箍缩速度等规律。实验研究表明，在X射线峰值前约-25 ns等离子体开始压缩塑料泡沫，在峰值前-5 ns压缩到最小，之后泡沫开始膨胀。在X射线峰值时刻泡沫直径由3 mm压缩到直径约为1 mm，对泡沫的最大压缩比约为9倍。实验测量压缩速度约为3.3106 cm/s，并给出了不同时刻的磁流体不稳定结构分布。
报道了基于脉冲宽度为16 ns、波长为266 nm、总能量为30 mJ、时间分辨为1.6 ns的紫外激光四分幅阴影成像系统，用于研究Z-pinch产生等离子体与在丝阵负载中心放置塑料泡沫材料相互作用输运规律，研究动态黑腔形成过程的主要物理因素。使用高能高密度激光束透射等离子体，依据等离子体对激光束吸收衰减特性诊断激光束通过等离子体后的空间强度分布，通过理论计算获得等离子体空间密度分布，获得等离子体产生的早期稳定性、箍缩速度等规律。实验研究表明，在X射线峰值前约-25 ns等离子体开始压缩塑料泡沫，在峰值前-5 ns压缩到最小，之后泡沫开始膨胀。在X射线峰值时刻泡沫直径由3 mm压缩到直径约为1 mm，对泡沫的最大压缩比约为9倍。实验测量压缩速度约为3.3106 cm/s，并给出了不同时刻的磁流体不稳定结构分布。
2017, 29: 043001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160494
摘要:
在中国人体解剖学模型基础上建立了着装状态连体衣防护服模型,并用时域有限差分法详细考察了0.3~3 GHz微波辐射环境中良导体防护服对人体的防护特点,重点分析了良导体防护服上孔缝电磁泄露的基本规律及其对防护服防护效能的影响。主要得到了以下规律：良导体防护服上孔缝电磁泄露的主要原因为孔缝切断辐射场在防护服上产生的感应电流,当电磁波的电场极化方向与缝隙垂直时,电磁能量更容易发生泄漏；在0.3~3 GHz范围内,防护服的防护效能随着频率的提高而增强；计算结果显示带有孔缝的良导体防护服屏蔽效能难以达到30 dB,对防护效能要求较严格的防护服缝隙需要特殊处理。计算数据以及规律分析为防护服的设计提供了理论支持。
在中国人体解剖学模型基础上建立了着装状态连体衣防护服模型,并用时域有限差分法详细考察了0.3~3 GHz微波辐射环境中良导体防护服对人体的防护特点,重点分析了良导体防护服上孔缝电磁泄露的基本规律及其对防护服防护效能的影响。主要得到了以下规律：良导体防护服上孔缝电磁泄露的主要原因为孔缝切断辐射场在防护服上产生的感应电流,当电磁波的电场极化方向与缝隙垂直时,电磁能量更容易发生泄漏；在0.3~3 GHz范围内,防护服的防护效能随着频率的提高而增强；计算结果显示带有孔缝的良导体防护服屏蔽效能难以达到30 dB,对防护效能要求较严格的防护服缝隙需要特殊处理。计算数据以及规律分析为防护服的设计提供了理论支持。
2017, 29: 043201.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160528
摘要:
通过对开关电源及通信电台进行带外连续波强场干扰试验，发现带外强场干扰会使电台重启。其主要原因是带外连续波干扰导致开关电源输出电压下降，当供电电压下降到一定程度时，电台关闭。取消干扰，开关电源又能正常工作，电台会自动启动。以开关电源和通信电台作为受试设备，其对20~100 MHz频率范围内的连续波干扰的敏感程度不同，对70 MHz左右的干扰频率最为敏感，而70 MHz的半波长恰好与线缆长度相近，说明线缆是干扰的主要耦合通道。电台作为用频装备，在干扰试验中对敏感频点和临界干扰场强的影响并不明显，主要是因为电台的机壳对20~100 MHz的干扰屏蔽效果较好，所以不会影响试验结果，将电台替换为50 负载，试验规律相同。干扰在20~100 MHz频率范围内，通过对开关电源的输出线和输入线分别屏蔽的干扰试验可知，输出线相比于输入线更容易引入干扰，并且电台与电源共地，能够提高一定的抗干扰能力，但受试设备的敏感规律不变，电台浮地会大大降低临界干扰场强。
通过对开关电源及通信电台进行带外连续波强场干扰试验，发现带外强场干扰会使电台重启。其主要原因是带外连续波干扰导致开关电源输出电压下降，当供电电压下降到一定程度时，电台关闭。取消干扰，开关电源又能正常工作，电台会自动启动。以开关电源和通信电台作为受试设备，其对20~100 MHz频率范围内的连续波干扰的敏感程度不同，对70 MHz左右的干扰频率最为敏感，而70 MHz的半波长恰好与线缆长度相近，说明线缆是干扰的主要耦合通道。电台作为用频装备，在干扰试验中对敏感频点和临界干扰场强的影响并不明显，主要是因为电台的机壳对20~100 MHz的干扰屏蔽效果较好，所以不会影响试验结果，将电台替换为50 负载，试验规律相同。干扰在20~100 MHz频率范围内，通过对开关电源的输出线和输入线分别屏蔽的干扰试验可知，输出线相比于输入线更容易引入干扰，并且电台与电源共地，能够提高一定的抗干扰能力，但受试设备的敏感规律不变，电台浮地会大大降低临界干扰场强。
2017, 29: 044001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160481
摘要:
运用蒙特卡罗方法建立PIPS-谱仪的腔室模型,模拟谱仪对面源（238Pu）的能谱测量,通过改变放射源与探头之间的距离,模拟不同条件下粒子的射线能谱,同时,对不同探源距条件对射线能谱的影响进行分析；另一方面,使用谱仪在不同探源距的情况下进行能谱实验测量,获得不同条件下射线能谱；最后,将模拟与实验的结果进行对比,分析实验测量结果与模拟结果的相对误差,并对模拟过程及模型参数进行校正,对校正后的模型进行实验验证,使其能够应用到其他放射源的能谱测量中,并且使其可用于单能粒子的能谱研究,研究结果也可为能谱测量技术提供依据,为能谱解谱技术提供数据支持。
运用蒙特卡罗方法建立PIPS-谱仪的腔室模型,模拟谱仪对面源（238Pu）的能谱测量,通过改变放射源与探头之间的距离,模拟不同条件下粒子的射线能谱,同时,对不同探源距条件对射线能谱的影响进行分析；另一方面,使用谱仪在不同探源距的情况下进行能谱实验测量,获得不同条件下射线能谱；最后,将模拟与实验的结果进行对比,分析实验测量结果与模拟结果的相对误差,并对模拟过程及模型参数进行校正,对校正后的模型进行实验验证,使其能够应用到其他放射源的能谱测量中,并且使其可用于单能粒子的能谱研究,研究结果也可为能谱测量技术提供依据,为能谱解谱技术提供数据支持。
2017, 29: 044002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160519
摘要:
工业CT检测对象的大小是不固定的，最大限度地利用已有探测器的成像面积非常重要。采用探测器偏置来获得更大的扫描视野，并推导相应的重建算法。该算法首先使用Parker类型函数对采集到的投影数据中的冗余部分进行加权，然后采用扇束滤波反投影重建算法重建得到断层图像。在实验中使用实际工业CT系统分别采集钢制线对块与铝合金变速器外壳的投影数据进行重建算法的验证，重建结果证明了使用的探测器偏置重建算法的正确性与有效性，且空间分辨率和标准扫描的重建结果保持一致，这个方法可以在工业CT成像上有效使用。
工业CT检测对象的大小是不固定的，最大限度地利用已有探测器的成像面积非常重要。采用探测器偏置来获得更大的扫描视野，并推导相应的重建算法。该算法首先使用Parker类型函数对采集到的投影数据中的冗余部分进行加权，然后采用扇束滤波反投影重建算法重建得到断层图像。在实验中使用实际工业CT系统分别采集钢制线对块与铝合金变速器外壳的投影数据进行重建算法的验证，重建结果证明了使用的探测器偏置重建算法的正确性与有效性，且空间分辨率和标准扫描的重建结果保持一致，这个方法可以在工业CT成像上有效使用。
2017, 29: 044003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160485
摘要:
为了研究离子推力器工作参数对输出特性的影响,通过离子推力器工作性能参数的理论计算公式,建立起离子推力器输入参数与输出参数的Simulink控制模型,根据模型分别对我国研制的30 cm口径以及20 cm口径离子推力器的工作输出参数进行了理论计算,并通过推力测量试验对理论值进行了比对和分析。比对结果表明：在推力理论计算过程中引入二价Xe离子比率和束流密度分布推力修正,以及推力均方误差修正后,推力理论值与实测值符合性较好,计算误差小于1 mN,证明了推力修正方法的合理性。
为了研究离子推力器工作参数对输出特性的影响,通过离子推力器工作性能参数的理论计算公式,建立起离子推力器输入参数与输出参数的Simulink控制模型,根据模型分别对我国研制的30 cm口径以及20 cm口径离子推力器的工作输出参数进行了理论计算,并通过推力测量试验对理论值进行了比对和分析。比对结果表明：在推力理论计算过程中引入二价Xe离子比率和束流密度分布推力修正,以及推力均方误差修正后,推力理论值与实测值符合性较好,计算误差小于1 mN,证明了推力修正方法的合理性。
2017, 29: 044101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160521
摘要:
针对微机电系统(MEMS)矢量水听器声压灵敏度测试中出现的测试步骤单一、测试任务繁重且耗时多,同时手动测量存在不确定的操作误差等问题,在分析矢量水听器灵敏度测试原理和测试过程的基础上,采用AD9850,AD8599,PGA205、单片机MK60DN512ZVLQ110等芯片,设计了集成信号激励源、微弱信号检测、调理以及信号采样和传输等模块的矢量水听器灵敏度自动测试装置。该装置将测试现场的仪器缩小,多模块功能集成,通过与PC上位机连接控制,快速、实时地完成矢量水听器灵敏度测试标定,在节约测试时间的同时,也能快速地完成对水听器的优化改进的验证；此装置体积小、轻便,测试连线简单,方便外场测试,促进MEMS水听器工程化应用。
针对微机电系统(MEMS)矢量水听器声压灵敏度测试中出现的测试步骤单一、测试任务繁重且耗时多,同时手动测量存在不确定的操作误差等问题,在分析矢量水听器灵敏度测试原理和测试过程的基础上,采用AD9850,AD8599,PGA205、单片机MK60DN512ZVLQ110等芯片,设计了集成信号激励源、微弱信号检测、调理以及信号采样和传输等模块的矢量水听器灵敏度自动测试装置。该装置将测试现场的仪器缩小,多模块功能集成,通过与PC上位机连接控制,快速、实时地完成矢量水听器灵敏度测试标定,在节约测试时间的同时,也能快速地完成对水听器的优化改进的验证；此装置体积小、轻便,测试连线简单,方便外场测试,促进MEMS水听器工程化应用。
2017, 29: 044102.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160514
摘要:
通过简单的溶剂热法,在不添加任何表面活性剂的情况下,系统地研究吡啶、甘露醇、聚乙二醇和乙二醇四种溶剂对Bi2WO6辐射防护材料的影响。并利用XRD,SEM,TEM,HRTEM和DRS等分析技术对Bi2WO6晶体的组成、形貌、比表面积和禁带宽度等进行了表征。实验结果表明,溶剂对防护材料的形貌、光致发光性能和辐射防护性能有较大影响。选用吡啶作为溶剂,有利于材料形成不规则纳米球,提高其结晶度、光致发光强度及射线屏蔽率。该形貌下PS/Bi2WO6材料对155Eu和22Na混合点源的105.310 keV的射线屏蔽率达54.17%,已高于传统防护材料PbWO4。
通过简单的溶剂热法,在不添加任何表面活性剂的情况下,系统地研究吡啶、甘露醇、聚乙二醇和乙二醇四种溶剂对Bi2WO6辐射防护材料的影响。并利用XRD,SEM,TEM,HRTEM和DRS等分析技术对Bi2WO6晶体的组成、形貌、比表面积和禁带宽度等进行了表征。实验结果表明,溶剂对防护材料的形貌、光致发光性能和辐射防护性能有较大影响。选用吡啶作为溶剂,有利于材料形成不规则纳米球,提高其结晶度、光致发光强度及射线屏蔽率。该形貌下PS/Bi2WO6材料对155Eu和22Na混合点源的105.310 keV的射线屏蔽率达54.17%,已高于传统防护材料PbWO4。
2017, 29: 045001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160442
摘要:
针对已有脉冲源无法兼顾脉冲宽度和幅值的现象,提出一种基于场效应管（MOSFET）和阶跃恢复二极管（SRD）相结合的皮秒级脉冲源设计方案。通过研究分析传统的几种脉冲源的设计方案,设计出一种百伏级的高重频皮秒级脉冲发生器,在PSPICE上对设计方案进行仿真并制作出脉冲源PCB板,实测在2 MHz的重频下产生半幅脉宽约为400 ps、幅度110 V以上的极窄脉冲,波形稳定,为高分辨的超宽带探测雷达发射机的设计提供了新的选择方案。
针对已有脉冲源无法兼顾脉冲宽度和幅值的现象,提出一种基于场效应管（MOSFET）和阶跃恢复二极管（SRD）相结合的皮秒级脉冲源设计方案。通过研究分析传统的几种脉冲源的设计方案,设计出一种百伏级的高重频皮秒级脉冲发生器,在PSPICE上对设计方案进行仿真并制作出脉冲源PCB板,实测在2 MHz的重频下产生半幅脉宽约为400 ps、幅度110 V以上的极窄脉冲,波形稳定,为高分辨的超宽带探测雷达发射机的设计提供了新的选择方案。
2017, 29: 045002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160475
摘要:
采用MOSFET半导体固态开关作为主放电开关取代气体开关、高压二极管替代充电电阻的技术方法,设计了一种基于功率MOSFET固态开关的纳秒级全固态脉冲源。设计的脉冲源主开关级数共5级,每级主开关分别由5只功率MOSFET半导体固态开关器件串联组成,开关通断控制采用脉冲隔离变压器同步驱动方式。在重复频率1 Hz~1 kHz、充电电压4 kV、负载阻抗为1 k条件下,可实现输出幅度大于20 kV、前沿小于10 ns且脉宽大于100 ns的高压快脉冲。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了单次和重复频率（1 kHz）触发信号作用下全固态脉冲源输出的实验结果。
采用MOSFET半导体固态开关作为主放电开关取代气体开关、高压二极管替代充电电阻的技术方法,设计了一种基于功率MOSFET固态开关的纳秒级全固态脉冲源。设计的脉冲源主开关级数共5级,每级主开关分别由5只功率MOSFET半导体固态开关器件串联组成,开关通断控制采用脉冲隔离变压器同步驱动方式。在重复频率1 Hz~1 kHz、充电电压4 kV、负载阻抗为1 k条件下,可实现输出幅度大于20 kV、前沿小于10 ns且脉宽大于100 ns的高压快脉冲。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了单次和重复频率（1 kHz）触发信号作用下全固态脉冲源输出的实验结果。
2017, 29: 045003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160482
摘要:
为了理解磁驱动飞片自由面烧蚀的机理、自由面被烧蚀后飞片的物质状态、自由面被烧蚀后激光速度干涉仪(VISAR)测量的机理等,采用磁驱动数值模拟程序MDSC2对聚龙一号装置上PTS-151发次磁驱动飞片实验中370 m厚飞片进行了模拟和分析。数值模拟表明,334 ns之前飞片自由面部分保持固体状态,334 ns之后飞片自由面部分已经熔化,到340 ns后整个飞片都被熔化。飞片自由面烧蚀的主要机制是电流焦耳加热,热扩散和压缩做功的贡献很小。数值模拟的固体密度反射面速度历史和VISAR测量的速度历史一致。飞片自由面熔化后,VISAR测量的速度是距离自由面最近的固体密度反射面的速度。
为了理解磁驱动飞片自由面烧蚀的机理、自由面被烧蚀后飞片的物质状态、自由面被烧蚀后激光速度干涉仪(VISAR)测量的机理等,采用磁驱动数值模拟程序MDSC2对聚龙一号装置上PTS-151发次磁驱动飞片实验中370 m厚飞片进行了模拟和分析。数值模拟表明,334 ns之前飞片自由面部分保持固体状态,334 ns之后飞片自由面部分已经熔化,到340 ns后整个飞片都被熔化。飞片自由面烧蚀的主要机制是电流焦耳加热,热扩散和压缩做功的贡献很小。数值模拟的固体密度反射面速度历史和VISAR测量的速度历史一致。飞片自由面熔化后,VISAR测量的速度是距离自由面最近的固体密度反射面的速度。
2017, 29: 045004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160504
摘要:
介绍了一种基于薄膜介质线的紧凑型脉冲功率源的设计与实验,脉冲功率源系统体积约0.5 m3,输出功率大于4 GW、脉宽约150 ns。该脉冲功率源采用模块化设计,系统主要包括充电组件、薄膜介质线模块和气体火花间隙开关组三个部分。薄膜介质线储能介质为聚酰亚胺薄膜,为抑制电磁耦合以及电晕现象,匝间距选为30 mm。优化设计的三电极场畸变开关直径150 mm、高45 mm、电感值16.2 nH。为降低系统电感,薄膜介质线模块与开关间采用传输线的布线方式,中间绝缘采用聚酰亚胺膜,在2 mm间距下实现了100 kV耐压。
介绍了一种基于薄膜介质线的紧凑型脉冲功率源的设计与实验,脉冲功率源系统体积约0.5 m3,输出功率大于4 GW、脉宽约150 ns。该脉冲功率源采用模块化设计,系统主要包括充电组件、薄膜介质线模块和气体火花间隙开关组三个部分。薄膜介质线储能介质为聚酰亚胺薄膜,为抑制电磁耦合以及电晕现象,匝间距选为30 mm。优化设计的三电极场畸变开关直径150 mm、高45 mm、电感值16.2 nH。为降低系统电感,薄膜介质线模块与开关间采用传输线的布线方式,中间绝缘采用聚酰亚胺膜,在2 mm间距下实现了100 kV耐压。
2017, 29: 045101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160538
摘要:
依据感应同步加速器验证实验中的相关数据，编写程序，实现了对感应同步加速中粒子纵向动力学过程的数值模拟。针对引起加速初期束团粒子大量丢失的多个可能因素进行了计算分析，明确了各因素对粒子丢失的影响方式和程度。以此为基础，提出了通过大幅减小加速腔体积并同时增加加速腔数量的方式来解决感应同步加速电压幅度实时调节困难的可行性建议，为感应同步加速器的性能提升提供了参考。
依据感应同步加速器验证实验中的相关数据，编写程序，实现了对感应同步加速中粒子纵向动力学过程的数值模拟。针对引起加速初期束团粒子大量丢失的多个可能因素进行了计算分析，明确了各因素对粒子丢失的影响方式和程度。以此为基础，提出了通过大幅减小加速腔体积并同时增加加速腔数量的方式来解决感应同步加速电压幅度实时调节困难的可行性建议，为感应同步加速器的性能提升提供了参考。
2017, 29: 045102.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160477
摘要:
近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。
近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。
2017, 29: 046001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160423
摘要:
将计算流体力学模型与中子动力学模型耦合来进行反应堆瞬态安全分析的方法,由于可以开展复杂几何结构的三维流动传热分析,因此受到很大的关注。基于FLUENT用户自定义功能（UDF）开发了一套可用于池式铅堆瞬态安全分析的核热耦合程序,程序耦合了临界/次临界点堆中子动力学模型和燃料棒模型。由于反应堆处于不同寿期时,随着燃料燃耗、可燃毒物积累等因素导致反应性反馈系数有较大变化,因此使用开发的核热耦合程序对中国科学技术大学提出的小型自然循环铅冷快堆进行不同关键反馈系数下无保护的瞬态超功率事故安全分析。调整点堆模块考虑到的四个反应性反馈系数,可以发现燃料多普勒系数对堆安全的影响最大,同时定量的分析结果表明超功率事故引入时间长短对事故演化有重要影响。
将计算流体力学模型与中子动力学模型耦合来进行反应堆瞬态安全分析的方法,由于可以开展复杂几何结构的三维流动传热分析,因此受到很大的关注。基于FLUENT用户自定义功能（UDF）开发了一套可用于池式铅堆瞬态安全分析的核热耦合程序,程序耦合了临界/次临界点堆中子动力学模型和燃料棒模型。由于反应堆处于不同寿期时,随着燃料燃耗、可燃毒物积累等因素导致反应性反馈系数有较大变化,因此使用开发的核热耦合程序对中国科学技术大学提出的小型自然循环铅冷快堆进行不同关键反馈系数下无保护的瞬态超功率事故安全分析。调整点堆模块考虑到的四个反应性反馈系数,可以发现燃料多普勒系数对堆安全的影响最大,同时定量的分析结果表明超功率事故引入时间长短对事故演化有重要影响。
2017, 29: 046002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160438
摘要:
EAST极向场电源在近期实施了控制系统升级。操作节点是控制系统的一个重要部分,它可以实时监控和控制电源运行和及时报警、故障定位,支持多用户同时操作,具有良好的跨平台的可移植性和可扩展性。受ITER控制、数据访问和通信（CODAC）启发,实验物理和工业控制系统( EP ICS)已被选为控制系统框架,采用CSS开发人机接口界面。经过EAST秋季实验验证,操作节点程序稳定,人机界面友好,给实验人员提供了便利,符合EAST实验的需要。
EAST极向场电源在近期实施了控制系统升级。操作节点是控制系统的一个重要部分,它可以实时监控和控制电源运行和及时报警、故障定位,支持多用户同时操作,具有良好的跨平台的可移植性和可扩展性。受ITER控制、数据访问和通信（CODAC）启发,实验物理和工业控制系统( EP ICS)已被选为控制系统框架,采用CSS开发人机接口界面。经过EAST秋季实验验证,操作节点程序稳定,人机界面友好,给实验人员提供了便利,符合EAST实验的需要。
2017, 29: 046003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160466
摘要:
霍尔传感器作为一种半导体器件，其灵敏度随着温度变化而产生漂移的特性，限制了其在高精度磁场测量场合的应用。传统的温度补偿方法虽然对温度变化的一次项进行了完全补偿，但是却引入了温度变化二次项的误差。因此，对于温度变化显著的高精度测量场合，传统温度补偿法将不再适用。设计了一种闭环反馈电路，通过温度传感器采集温度信号，与信号处理电路的最终输出信号进行运算后送回信号处理电路的输入端进行补偿，而并不是简单地将温度信号与霍尔信号的输入信号进行相加后送入信号处理电路。仿真分析结果表明，通过调节补偿电路的反馈比例系数与霍尔芯片温度漂移系数，可以完全补偿霍尔芯片的灵敏度漂移。因此，这种闭环补偿方法可以不引入与温度变化二次项有关的误差，消除因温度变化产生的漂移，不仅适用于霍尔传感器，也适用于其他会随着温度漂移的传感器。
霍尔传感器作为一种半导体器件，其灵敏度随着温度变化而产生漂移的特性，限制了其在高精度磁场测量场合的应用。传统的温度补偿方法虽然对温度变化的一次项进行了完全补偿，但是却引入了温度变化二次项的误差。因此，对于温度变化显著的高精度测量场合，传统温度补偿法将不再适用。设计了一种闭环反馈电路，通过温度传感器采集温度信号，与信号处理电路的最终输出信号进行运算后送回信号处理电路的输入端进行补偿，而并不是简单地将温度信号与霍尔信号的输入信号进行相加后送入信号处理电路。仿真分析结果表明，通过调节补偿电路的反馈比例系数与霍尔芯片温度漂移系数，可以完全补偿霍尔芯片的灵敏度漂移。因此，这种闭环补偿方法可以不引入与温度变化二次项有关的误差，消除因温度变化产生的漂移，不仅适用于霍尔传感器，也适用于其他会随着温度漂移的传感器。
2017, 29: 046005.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160273
摘要:
基于随机抽样方法，研究多群核数据不确定性对反应堆物理计算的影响。首先利用SCALE软件包中核数据协方差矩阵和自主开发的随机抽样模块SAMP，得到多群微观截面等核数据的抽样值，之后分别使用SCALE/TRITON和PARCS程序进行组件计算及堆芯稳态计算，最后通过统计分析得到组件和堆芯计算结果的不确定度。以Almaraz压水堆核电厂装载的燃料组件和首循环堆芯为对象，研究了不同燃耗下有效增殖因子、动力学参数、核素浓度和双群均匀化宏观截面等组件计算结果，以及堆芯功率分布等堆芯计算结果的不确定度。分析结果表明：组件计算结果不确定度多随燃耗变化，快群宏观截面不确定度总体高于热群；堆芯计算结果受核数据不确定性影响显著，其中稳态径向功率分布的最大不确定度为1.9%左右。
基于随机抽样方法，研究多群核数据不确定性对反应堆物理计算的影响。首先利用SCALE软件包中核数据协方差矩阵和自主开发的随机抽样模块SAMP，得到多群微观截面等核数据的抽样值，之后分别使用SCALE/TRITON和PARCS程序进行组件计算及堆芯稳态计算，最后通过统计分析得到组件和堆芯计算结果的不确定度。以Almaraz压水堆核电厂装载的燃料组件和首循环堆芯为对象，研究了不同燃耗下有效增殖因子、动力学参数、核素浓度和双群均匀化宏观截面等组件计算结果，以及堆芯功率分布等堆芯计算结果的不确定度。分析结果表明：组件计算结果不确定度多随燃耗变化，快群宏观截面不确定度总体高于热群；堆芯计算结果受核数据不确定性影响显著，其中稳态径向功率分布的最大不确定度为1.9%左右。
2017, 29: 046004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160295
摘要:
PANDA是上海核工程研究设计院研发的压水堆组件计算程序。该程序采用基于特征线方法（MOC）的一步化计算流程,即在不引入能群压缩和栅元均匀化的情况下直接进行组件层面的两维非均匀输运计算。多群数据库采用基于ENDF/B-VI制作的70群结构中子数据库,基于ENDF/B-VII的新版数据库也正在开发中。共振自屏计算采用了空间相关丹可夫方法（SDDM）,既具备燃料芯块分区计算的能力,又保留了传统Stammler方法的计算效率。多群非均匀输运计算采用二维模块化MOC方法,并辅以双重粗网有限差分(CMFD)加速技术,具有良好的计算精度和效率。对传统线性子链解析（TTA）方法以及多种矩阵指数方法进行了研究,选取了适合PANDA程序燃耗链的燃耗方程求解技术。基于以上基本模型开发了PANDA程序,并从程序模块、总体集成和核设计程序系统确认等三个层面,初步验证了PANDA程序的计算性能,表明了PANDA程序的工程设计计算能力。
PANDA是上海核工程研究设计院研发的压水堆组件计算程序。该程序采用基于特征线方法（MOC）的一步化计算流程,即在不引入能群压缩和栅元均匀化的情况下直接进行组件层面的两维非均匀输运计算。多群数据库采用基于ENDF/B-VI制作的70群结构中子数据库,基于ENDF/B-VII的新版数据库也正在开发中。共振自屏计算采用了空间相关丹可夫方法（SDDM）,既具备燃料芯块分区计算的能力,又保留了传统Stammler方法的计算效率。多群非均匀输运计算采用二维模块化MOC方法,并辅以双重粗网有限差分(CMFD)加速技术,具有良好的计算精度和效率。对传统线性子链解析（TTA）方法以及多种矩阵指数方法进行了研究,选取了适合PANDA程序燃耗链的燃耗方程求解技术。基于以上基本模型开发了PANDA程序,并从程序模块、总体集成和核设计程序系统确认等三个层面,初步验证了PANDA程序的计算性能,表明了PANDA程序的工程设计计算能力。
2017, 29: 049001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160474
摘要:
利用波长为800 nm的飞秒激光，在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中，激光能量密度为0.265 J/cm2时，钛表面主要形成周期为500~560 nm低空间频率条纹结构；激光能量密度为0.102 J/cm2时，主要形成的是周期为220~340 nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向，且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中，除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250 nm的高空间频率条纹结构，还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。
利用波长为800 nm的飞秒激光，在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中，激光能量密度为0.265 J/cm2时，钛表面主要形成周期为500~560 nm低空间频率条纹结构；激光能量密度为0.102 J/cm2时，主要形成的是周期为220~340 nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向，且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中，除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250 nm的高空间频率条纹结构，还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。
