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RSS2022年 34卷 第5期
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2022, 34: 056001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210507
2022, 34: 051002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.220070
2022, 34: 054001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.220056
2022, 34: 056001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210507
摘要:
基础核物理、核能开发、超重元素研制等领域对精确、值得信赖的核参数的需求日益增大，锕系核靶作为核数据测量实验的核心部件，其产品种类及关键质量参数的优劣直接制约核数据测量的发展水平。系统介绍了国内外锕系核靶制备及检测方法以及国内外核靶研究团队技术储备及发展方向。
2022, 34: 056002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210511
摘要:
随SPRR-300研究堆约30 a的长时间运行，位于活性区附近的石墨箱体经历了长期的中子辐照。在长期服役的石墨箱体上取样，研究了其热学、力学以及微观结构变化，并与商用IG110，NG-CT-10石墨进行了对比。研究结果表明，经长时间低剂量率的中子辐照后，SPRR-300堆内随堆辐照石墨的晶格中出现了明显的辐照损伤缺陷，这些缺陷主要为位错环、层错、孔洞和微裂纹等，并出现了一定程度的非晶化。这些辐照损伤缺陷直接或间接地引起了石墨热学、力学性能的变化，主要表现为热膨胀系数、热扩散系数、抗压强度和抗弯强度的下降以及弯曲弹性模量的上升。
随SPRR-300研究堆约30 a的长时间运行，位于活性区附近的石墨箱体经历了长期的中子辐照。在长期服役的石墨箱体上取样，研究了其热学、力学以及微观结构变化，并与商用IG110，NG-CT-10石墨进行了对比。研究结果表明，经长时间低剂量率的中子辐照后，SPRR-300堆内随堆辐照石墨的晶格中出现了明显的辐照损伤缺陷，这些缺陷主要为位错环、层错、孔洞和微裂纹等，并出现了一定程度的非晶化。这些辐照损伤缺陷直接或间接地引起了石墨热学、力学性能的变化，主要表现为热膨胀系数、热扩散系数、抗压强度和抗弯强度的下降以及弯曲弹性模量的上升。
2022, 34: 056003.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210508
摘要:
为掌握板状燃料组件内多个流道堵塞下的流动换热特性，获得流动堵塞致传热恶化的触发边界，以提高板状燃料反应堆的运行安全性，以典型板状燃料堆JRR-3M的标准燃料组件为对象，基于定性分析将流道堵塞事故分为非相邻流道堵塞与相邻流道堵塞两类，采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对两类流道堵塞事故下的流动换热特性进行模拟。模拟结果表明：非相邻流道完全堵塞或相邻流道最大堵塞率低于35%，流道内不会发生局部沸腾且燃料最高温度低于许用温度。基于上述结果，可确定JRR-3M反应堆在堵流事故下的安全运行边界。
为掌握板状燃料组件内多个流道堵塞下的流动换热特性，获得流动堵塞致传热恶化的触发边界，以提高板状燃料反应堆的运行安全性，以典型板状燃料堆JRR-3M的标准燃料组件为对象，基于定性分析将流道堵塞事故分为非相邻流道堵塞与相邻流道堵塞两类，采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对两类流道堵塞事故下的流动换热特性进行模拟。模拟结果表明：非相邻流道完全堵塞或相邻流道最大堵塞率低于35%，流道内不会发生局部沸腾且燃料最高温度低于许用温度。基于上述结果，可确定JRR-3M反应堆在堵流事故下的安全运行边界。
2022, 34: 056004.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210551
摘要:
瞬发伽马活化成像中，样品内部的中子自屏蔽和伽马自吸收效应会使测量结果产生不均匀分布。针对成像单元响应不一致的问题，研究了样品内部中子场不均匀分布和伽马自吸收效应的影响，并进行了理论推导，建立了用于修正成像单元响应和图像重建的数学模型，利用数学模型对Fe，H元素瞬发伽马活化成像的蒙特卡罗模拟进行了元素图像重建。 结果显示，样品内中子场和γ自吸收对成像的影响得到明显改善，Fe和H元素的含量分布使用此模型可以被精确重建，验证了数学模型的有效性。
瞬发伽马活化成像中，样品内部的中子自屏蔽和伽马自吸收效应会使测量结果产生不均匀分布。针对成像单元响应不一致的问题，研究了样品内部中子场不均匀分布和伽马自吸收效应的影响，并进行了理论推导，建立了用于修正成像单元响应和图像重建的数学模型，利用数学模型对Fe，H元素瞬发伽马活化成像的蒙特卡罗模拟进行了元素图像重建。 结果显示，样品内中子场和γ自吸收对成像的影响得到明显改善，Fe和H元素的含量分布使用此模型可以被精确重建，验证了数学模型的有效性。
2022, 34: 056005.
doi: 10.11884/HPLPB202234.220001
摘要:
铅铋合金或铅冷却快堆（LFR）是具有良好应用前景的第四代先进核能系统之一。针对环形芯体金属燃料（UZr，UPuZr）LFR的燃料组件与堆芯，利用Dragon/Donjon程序开展中子学计算，获得了基于ENDF/B 8.0库的172群和295群多群中子数据库、输运方法（SP3）和扩散方法（MCFD）的结果及其与蒙卡程序RMC的偏差。采用SP3算法针对UZr燃料得到的keff偏差小于550×10−5；对于UPuZr燃料采用MCFD算法得到的keff偏差小于−700×10−5。控制棒组件价值的偏差小于7.6%；172群和295群库的结果基本无差异。应用SP3算法的燃料组件功率偏差小于±6.0%；SP3算法的偏差小于MCFD的。结果证明，Dragon/Donjon程序在金属燃料铅铋快堆物理分析中具有可行性。
铅铋合金或铅冷却快堆（LFR）是具有良好应用前景的第四代先进核能系统之一。针对环形芯体金属燃料（UZr，UPuZr）LFR的燃料组件与堆芯，利用Dragon/Donjon程序开展中子学计算，获得了基于ENDF/B 8.0库的172群和295群多群中子数据库、输运方法（SP3）和扩散方法（MCFD）的结果及其与蒙卡程序RMC的偏差。采用SP3算法针对UZr燃料得到的keff偏差小于550×10−5；对于UPuZr燃料采用MCFD算法得到的keff偏差小于−700×10−5。控制棒组件价值的偏差小于7.6%；172群和295群库的结果基本无差异。应用SP3算法的燃料组件功率偏差小于±6.0%；SP3算法的偏差小于MCFD的。结果证明，Dragon/Donjon程序在金属燃料铅铋快堆物理分析中具有可行性。
2022, 34: 056006.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210474
摘要:
基于二次开发RELAP5/MOD3.1程序，分析了典型海洋条件下的10 MW自然循环铅铋反应堆偏环运行特性。分析结果表明：反应堆在倾斜条件下偏环运行时，其系统参数对倾角变化敏感性较弱；起伏条件下，偏环运行导致流量的波动幅度降低为9%，出口温度降低约16 K。起伏幅度越大、流量波动越剧烈；起伏周期越大、流量震荡越明显，但影响效果也在减弱；摇摆条件下，堆芯流量、出口温度降低，反应堆引入更高的安全裕量；摇摆幅度越大、摇摆周期越小，流量波动幅度越大，且堆芯出口温度对周期变化敏感性明显高于摇摆幅度变化。
基于二次开发RELAP5/MOD3.1程序，分析了典型海洋条件下的10 MW自然循环铅铋反应堆偏环运行特性。分析结果表明：反应堆在倾斜条件下偏环运行时，其系统参数对倾角变化敏感性较弱；起伏条件下，偏环运行导致流量的波动幅度降低为9%，出口温度降低约16 K。起伏幅度越大、流量波动越剧烈；起伏周期越大、流量震荡越明显，但影响效果也在减弱；摇摆条件下，堆芯流量、出口温度降低，反应堆引入更高的安全裕量；摇摆幅度越大、摇摆周期越小，流量波动幅度越大，且堆芯出口温度对周期变化敏感性明显高于摇摆幅度变化。
2022, 34: 056007.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210560
摘要:
铅铋反应堆广泛应用的需求要求研究人员在现有堆芯方案的基础上开展大量优化设计工作。针对铅铋反应堆多物理、多变量、多约束耦合影响的多维非线性约束优化设计问题，基于Kriging代理模型、正交拉丁超立方抽样和SEUMRE空间搜索技术构建铅铋反应堆智能优化方法，耦合物理蒙卡计算/热工分析程序，开发包含抽样、耦合程序前后处理、反应堆优化分析功能的优化平台，并以铅铋反应堆SPALLER-4，URANUS为原型分别开展最小燃料装载量的方案寻优与参数优化验证。验证结果表明，该智能优化方法用于铅铋反应堆设计方案寻优和堆芯参数优化可行、有效，相比传统蒙卡程序计算寻优，在保证预测精度前提下极大地降低了计算成本，与URANUS初始模型比较，燃料装载量、堆芯总质量、活性区体积、堆芯总体积分别优化10.8%，11.5%，18.1%，17.1%，为基于代理模型的智能优化方法应用于铅铋反应堆的优化设计提供参考。
铅铋反应堆广泛应用的需求要求研究人员在现有堆芯方案的基础上开展大量优化设计工作。针对铅铋反应堆多物理、多变量、多约束耦合影响的多维非线性约束优化设计问题，基于Kriging代理模型、正交拉丁超立方抽样和SEUMRE空间搜索技术构建铅铋反应堆智能优化方法，耦合物理蒙卡计算/热工分析程序，开发包含抽样、耦合程序前后处理、反应堆优化分析功能的优化平台，并以铅铋反应堆SPALLER-4，URANUS为原型分别开展最小燃料装载量的方案寻优与参数优化验证。验证结果表明，该智能优化方法用于铅铋反应堆设计方案寻优和堆芯参数优化可行、有效，相比传统蒙卡程序计算寻优，在保证预测精度前提下极大地降低了计算成本，与URANUS初始模型比较，燃料装载量、堆芯总质量、活性区体积、堆芯总体积分别优化10.8%，11.5%，18.1%，17.1%，为基于代理模型的智能优化方法应用于铅铋反应堆的优化设计提供参考。
2022, 34: 056008.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210509
摘要:
铝合金是国内外研究堆的主要结构材料，在前期300#研究堆主要结构材料铝合金辐照性能研究的基础上，通过离子辐照研究6061-Al合金的微观结构损伤和引起的硬度变化，以开展较高辐照剂量下6061-Al合金损伤效应的前期探索。结果表明，经过自离子辐照后，6061-Al合金中产生了夹角为72°的位错环等缺陷，随着辐照剂量从0.218×1016 cm−2增加到4.367×1016 cm−2，缺陷密度明显增加，但选区电子衍射表明合金保持了很好的晶体结构，并没有发生非晶化。纳米压痕测试表明，不同辐照剂量下，样品中产生了不同程度的硬化，且微观硬度随着辐照剂量的增加而增加，当剂量增加到2.183×1016和4.367×1016 cm−2时，辐照硬化达到饱和，约为11%。研究结果可为初步预测较高中子辐照剂量下6061-Al合金结构和性能的变化提供数据支撑。
铝合金是国内外研究堆的主要结构材料，在前期300#研究堆主要结构材料铝合金辐照性能研究的基础上，通过离子辐照研究6061-Al合金的微观结构损伤和引起的硬度变化，以开展较高辐照剂量下6061-Al合金损伤效应的前期探索。结果表明，经过自离子辐照后，6061-Al合金中产生了夹角为72°的位错环等缺陷，随着辐照剂量从0.218×1016 cm−2增加到4.367×1016 cm−2，缺陷密度明显增加，但选区电子衍射表明合金保持了很好的晶体结构，并没有发生非晶化。纳米压痕测试表明，不同辐照剂量下，样品中产生了不同程度的硬化，且微观硬度随着辐照剂量的增加而增加，当剂量增加到2.183×1016和4.367×1016 cm−2时，辐照硬化达到饱和，约为11%。研究结果可为初步预测较高中子辐照剂量下6061-Al合金结构和性能的变化提供数据支撑。
2022, 34: 056009.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210516
摘要:
铍是核反应堆内的重要反射层材料，其辐照后的尺寸变化对反应堆的安全性具有重要的影响。为获得铍组件堆内长期服役后的尺寸变化，以对其堆内的服役性能评价提供基础数据，设计并加工了一套高放样品远程转运平台，使用三坐标测量机完成了绵阳SPRR-300堆内铍组件的尺寸变化测量实验。实验测量结果表明，SPRR-300堆的铍组件在服役29 a后，在最高中子通量高达6.78×1021 cm−2的辐照环境下，铍组件外形尺寸总体上保持良好，截面有微量的收缩变形，最大形变约0.13 mm，这表明在长期中子辐照环境下，辐照蠕变是导致铍组件尺寸变化的主要原因。
铍是核反应堆内的重要反射层材料，其辐照后的尺寸变化对反应堆的安全性具有重要的影响。为获得铍组件堆内长期服役后的尺寸变化，以对其堆内的服役性能评价提供基础数据，设计并加工了一套高放样品远程转运平台，使用三坐标测量机完成了绵阳SPRR-300堆内铍组件的尺寸变化测量实验。实验测量结果表明，SPRR-300堆的铍组件在服役29 a后，在最高中子通量高达6.78×1021 cm−2的辐照环境下，铍组件外形尺寸总体上保持良好，截面有微量的收缩变形，最大形变约0.13 mm，这表明在长期中子辐照环境下，辐照蠕变是导致铍组件尺寸变化的主要原因。
2022, 34: 056010.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210521
摘要:
为探究印刷电路板换热器（PCHE）Z型通道中超临界CO2的换热特性，在换热面积固定的前提下指导回热器优化设计，采用数值模拟方法对CO2-CO2耦合换热的局部和整体特性进行了分析，通过CFD计算得到典型PCHE结构和典型工况下回热器的换热特性，与实验结果进行对比，验证计算模型。并利用此模型计算具有相同换热面积、不同通道结构的回热器的局部和整体换热性能，厘清结构参数对换热性能的影响规律。研究表明，计算结果与实验结果吻合，当通道夹角从110°增加至115°时换热系数出现最大幅度的下降，根据不同的设计需求，最佳的夹角范围为110°～120°。
为探究印刷电路板换热器（PCHE）Z型通道中超临界CO2的换热特性，在换热面积固定的前提下指导回热器优化设计，采用数值模拟方法对CO2-CO2耦合换热的局部和整体特性进行了分析，通过CFD计算得到典型PCHE结构和典型工况下回热器的换热特性，与实验结果进行对比，验证计算模型。并利用此模型计算具有相同换热面积、不同通道结构的回热器的局部和整体换热性能，厘清结构参数对换热性能的影响规律。研究表明，计算结果与实验结果吻合，当通道夹角从110°增加至115°时换热系数出现最大幅度的下降，根据不同的设计需求，最佳的夹角范围为110°～120°。
2022, 34: 056011.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210528
摘要:
以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象，以核电站为应用背景，详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法，并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响，分析结果表明，循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异，其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效，需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO2系统的优化设计。
以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象，以核电站为应用背景，详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法，并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响，分析结果表明，循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异，其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效，需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO2系统的优化设计。
2022, 34: 051001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210452
摘要:
kW级高功率激光柔性传输是激光清洗、激光焊接、激光刻蚀等高功率激光加工领域中必备的环节，而实现高功率激光低损耗传输的光纤是其关键器件。目前高功率激光传输光纤采用大芯径传能光纤，仍然存在着弯曲损耗大、柔性差等问题，并且使用过程中要经常维护。华南师范大学特种光纤研究中心提出一种大芯径空气包层微结构光纤，利用包层的空气孔可以极大降低激光泄露的风险，降低光纤制备过程中对耐高温涂敷层的严苛要求，实验结果证实该光纤在室温无制冷条件下可实现kW级激光传输，从而为10 kW级高功率激光柔性传输奠定基础。
2022, 34: 051002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.220070
摘要:
长距离侧面泵浦激光光纤在泵浦光注入、热管理、非线性抑制等方面具有天然优势，是实现高功率激光输出的有效途径。研制了（1+1）型长距离侧面泵浦激光光纤，采用1018 nm同带泵浦反向注入方式实现了17.4 kW激光输出，斜率效率为82.1%，3 dB线宽为1.3 nm，拉曼抑制比为37.8 dB。研究结果展示了长距离侧面泵浦光纤作为数十千瓦光纤激光放大器增益介质的巨大应用潜力。
2022, 34: 051003.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210317
摘要:
基于时间平均复标量场的零值点，推导出寄居于高斯光束中的刃型位错线形成的Riemann-Silberstein (RS)涡旋通过双焦透镜传输时的复标量场。详细研究了刃型位错高斯光束形成的RS涡旋通过双焦透镜的聚焦特性，分析了传输距离和双焦透镜在x方向的焦距对RS涡旋的影响。研究发现RS涡旋通过双焦透镜后会出现RS涡旋的移动、新产生一对含有相反拓扑电荷的RS涡旋、两个含有相反拓扑电荷的RS涡旋逐渐靠近至湮灭，但是，在整个聚焦传输变化过程中，RS涡旋的总拓扑电荷守恒。特别地，当RS涡旋通过理想透镜时，复标量场中始终只有4个位于x轴上的RS涡旋。随着传输距离增加，这4个RS涡旋先逐渐靠近原点(0, 0)，又逐渐远离原点(0, 0)，但每个RS涡旋的拓扑电荷一直保持不变，因此，总拓扑电荷守恒。
基于时间平均复标量场的零值点，推导出寄居于高斯光束中的刃型位错线形成的Riemann-Silberstein (RS)涡旋通过双焦透镜传输时的复标量场。详细研究了刃型位错高斯光束形成的RS涡旋通过双焦透镜的聚焦特性，分析了传输距离和双焦透镜在x方向的焦距对RS涡旋的影响。研究发现RS涡旋通过双焦透镜后会出现RS涡旋的移动、新产生一对含有相反拓扑电荷的RS涡旋、两个含有相反拓扑电荷的RS涡旋逐渐靠近至湮灭，但是，在整个聚焦传输变化过程中，RS涡旋的总拓扑电荷守恒。特别地，当RS涡旋通过理想透镜时，复标量场中始终只有4个位于x轴上的RS涡旋。随着传输距离增加，这4个RS涡旋先逐渐靠近原点(0, 0)，又逐渐远离原点(0, 0)，但每个RS涡旋的拓扑电荷一直保持不变，因此，总拓扑电荷守恒。
2022, 34: 052001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210497
摘要:
提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D3He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别，结合诊断系统排布，可以快速获取激光聚变反应产生的D3He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D2和3He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×109的初级D3He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D3He质子源能谱和产额信息，从而更加及时地指导实验的开展。
提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D3He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别，结合诊断系统排布，可以快速获取激光聚变反应产生的D3He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D2和3He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×109的初级D3He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D3He质子源能谱和产额信息，从而更加及时地指导实验的开展。
2022, 34: 052002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210557
摘要:
激光惯性约束聚变(ICF)作为探索受控核聚变的有效途径，有望获得清洁无污染的能源，而薄壁聚苯乙烯(PS)空心微球是ICF物理实验中亟需的一类微球。针对薄壁空心微球因径厚比(直径/壁厚)增大导致其在干燥、使用中易开裂的问题，研究了PS原料对薄壁微球质量的影响，探讨了其影响机制。结果表明：当油相PS质量分数为4%时，随着油相粘度增加，W1/O/W2复合乳粒稳定性逐渐提高；当油相质量分数不低于8%时，复合乳粒稳定性良好。PS原料对微球表面粗糙度影响较小，微球球形度和壁厚均匀性随初始油相粘度的增大而降低，在干燥过程中微球开裂率随原料力学性能提高而减小。在外水相中引入氟苯(FB)液滴，延缓固化速率，可减小油相粘度增加对微球球形度和壁厚均匀性的不利影响。
激光惯性约束聚变(ICF)作为探索受控核聚变的有效途径，有望获得清洁无污染的能源，而薄壁聚苯乙烯(PS)空心微球是ICF物理实验中亟需的一类微球。针对薄壁空心微球因径厚比(直径/壁厚)增大导致其在干燥、使用中易开裂的问题，研究了PS原料对薄壁微球质量的影响，探讨了其影响机制。结果表明：当油相PS质量分数为4%时，随着油相粘度增加，W1/O/W2复合乳粒稳定性逐渐提高；当油相质量分数不低于8%时，复合乳粒稳定性良好。PS原料对微球表面粗糙度影响较小，微球球形度和壁厚均匀性随初始油相粘度的增大而降低，在干燥过程中微球开裂率随原料力学性能提高而减小。在外水相中引入氟苯(FB)液滴，延缓固化速率，可减小油相粘度增加对微球球形度和壁厚均匀性的不利影响。
2022, 34: 053001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210566
摘要:
孔缝耦合截面作为度量电磁能量经孔缝泄漏强弱的重要参数，一直没有一个普适快速且精度较高的获取方法。针对六边形孔阵归一化耦合截面的获取问题，分析了垂直入射条件下各因素对六边形孔阵耦合截面的影响，选择合适的参数并使用全波分析法共获取13820组耦合截面数据。对部分输入参数进行预处理后输入神经网络进行训练，构建了一个以孔单元电尺寸、行/列数、行/列间距电尺寸、孔壁厚度电尺寸、入射波极化角度等7个参数为输入，归一化耦合截面为输出的BP神经网络模型。该模型在预测电尺寸为[0.1，1.2]时的归一化耦合截面平均相对误差为3.8%。选取未出现在神经网络训练集与测试集中的输入参数，比较全波分析法计算值和神经网络预测值共480组数据，其平均相对误差为7.27%。最后通过实验测量，进一步验证了该模型的普适性和有效性。
孔缝耦合截面作为度量电磁能量经孔缝泄漏强弱的重要参数，一直没有一个普适快速且精度较高的获取方法。针对六边形孔阵归一化耦合截面的获取问题，分析了垂直入射条件下各因素对六边形孔阵耦合截面的影响，选择合适的参数并使用全波分析法共获取13820组耦合截面数据。对部分输入参数进行预处理后输入神经网络进行训练，构建了一个以孔单元电尺寸、行/列数、行/列间距电尺寸、孔壁厚度电尺寸、入射波极化角度等7个参数为输入，归一化耦合截面为输出的BP神经网络模型。该模型在预测电尺寸为[0.1，1.2]时的归一化耦合截面平均相对误差为3.8%。选取未出现在神经网络训练集与测试集中的输入参数，比较全波分析法计算值和神经网络预测值共480组数据，其平均相对误差为7.27%。最后通过实验测量，进一步验证了该模型的普适性和有效性。
2022, 34: 053002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.220026
摘要:
功率平衡（PWB）法是基于统计电磁学的求解电大尺寸腔体结构电磁耦合问题的快速方法。在PWB方法的基础上，开发了一个电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器，实现了对不同腔体形状、不同孔缝形状、不同源类型等条件下的电大尺寸腔体结构电磁耦合水平的快速求解，并与已发表文献的结果和实验结果进行了对比，验证了求解器的有效性和高效性。
功率平衡（PWB）法是基于统计电磁学的求解电大尺寸腔体结构电磁耦合问题的快速方法。在PWB方法的基础上，开发了一个电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器，实现了对不同腔体形状、不同孔缝形状、不同源类型等条件下的电大尺寸腔体结构电磁耦合水平的快速求解，并与已发表文献的结果和实验结果进行了对比，验证了求解器的有效性和高效性。
2022, 34: 054001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.220056
摘要:
现代光源的发展不断推动着人们从更深层次上理解物质的基本结构和动力学行为。X射线自由电子激光作为最先进的光源，其超高的峰值功率、超短的脉冲长度和优良的相干性，为人们以原子级时空分辨率探测和操控物质中的超快过程提供了可能。目前全世界已有多个X射线自由电子激光装置建成并投入使用，在原子分子物理、化学、生命科学、材料科学等各学科应用中都显示出了重要价值。同时大量的研究工作也集中于继续提高X射线自由电子激光的性能，包括把脉冲持续时间从fs量级进一步缩短至as量级，这将为超快科学的发展带来新突破。以超快脉冲产生为主线，综述了近年来超快X射线自由电子激光产生方案的研究进展，从产生原理、方案特性、最新成果等方面介绍了各类产生方案，总结对比了各方案的优缺点，最后对超快X射线自由电子激光的未来发展方向进行了展望。
2022, 34: 054002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210426
摘要:
利用切伦科夫辐射方向性极好的特性进行电子束发散角的测量是一个比较有希望的方法，但转换靶材料对电子的库伦作用力等因素又使得电子束散角展宽，对发散角的测量产生影响。在将转换靶划分成多重薄片并以串联的形式构建了靶模型，考虑了库仑力、多重散射、轫致辐射、电离等全物理过程作用效果的情况下，利用蒙特卡罗模拟软件相关程序对电子在靶材料中的发散过程进行了仿真。基于电子束散角分布与切伦科夫辐射光子分布相对应的原理，完成了对电子束发散角测量技术的模拟，获得了转换靶材料及其厚度、电子束能散、测量系统光学带宽等对电子束发散角测量的影响规律，为测量系统的设计及数据反演处理工作提供了指导性的建议。模拟结果显示，基于切伦科夫辐射进行电子束发散角测量的方法具有可行性，具有一定的对电子束发散角分布进行测量的能力。
利用切伦科夫辐射方向性极好的特性进行电子束发散角的测量是一个比较有希望的方法，但转换靶材料对电子的库伦作用力等因素又使得电子束散角展宽，对发散角的测量产生影响。在将转换靶划分成多重薄片并以串联的形式构建了靶模型，考虑了库仑力、多重散射、轫致辐射、电离等全物理过程作用效果的情况下，利用蒙特卡罗模拟软件相关程序对电子在靶材料中的发散过程进行了仿真。基于电子束散角分布与切伦科夫辐射光子分布相对应的原理，完成了对电子束发散角测量技术的模拟，获得了转换靶材料及其厚度、电子束能散、测量系统光学带宽等对电子束发散角测量的影响规律，为测量系统的设计及数据反演处理工作提供了指导性的建议。模拟结果显示，基于切伦科夫辐射进行电子束发散角测量的方法具有可行性，具有一定的对电子束发散角分布进行测量的能力。
2022, 34: 055001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210405
摘要:
设计了一种基于Marx电路的方波脉冲电源，该电源采用磁环隔离驱动方案与全桥Marx电路相结合，实现了正极性、负极性和双极性高压方波脉冲的输出，解决了常规脉冲电源只能输出特定极性脉冲的限制。对电路的运行模式经行了理论分析，并搭建了16级实验样机。实验结果表明：在空载条件下，实现了频率1 kHz，幅值10 kV的正极性、负极性及双极性高压方波脉冲输出。其最小脉宽1 µs，极性可调。该脉冲电源结构紧凑，可以实现输出电压、脉宽、脉冲极性可调。最后使用该方波脉冲电源驱动平行板介质阻挡放电反应器。结果表明：该方波脉冲电源可以作为介质阻挡放电驱动源。
设计了一种基于Marx电路的方波脉冲电源，该电源采用磁环隔离驱动方案与全桥Marx电路相结合，实现了正极性、负极性和双极性高压方波脉冲的输出，解决了常规脉冲电源只能输出特定极性脉冲的限制。对电路的运行模式经行了理论分析，并搭建了16级实验样机。实验结果表明：在空载条件下，实现了频率1 kHz，幅值10 kV的正极性、负极性及双极性高压方波脉冲输出。其最小脉宽1 µs，极性可调。该脉冲电源结构紧凑，可以实现输出电压、脉宽、脉冲极性可调。最后使用该方波脉冲电源驱动平行板介质阻挡放电反应器。结果表明：该方波脉冲电源可以作为介质阻挡放电驱动源。
2022, 34: 055002.
doi: 10.11884/HPLPB202234.210417
摘要:
针对高功率脉冲电源集成系统连续放电的需求，研制了一种用于该系统的重频水冷电感。水冷电感在系统中既调节电源的电流波形，又能起到隔离作用。该重频水冷电感耐压高、通流大、充电间隔周期6 s，可连续工作10 次放电。针对连续放电的需求，通过去离子循环水对重频电感进行降温。现以单模块能量334 kJ、电感量30 µH、通流 100 kA为例进行设计分析，建立重频水冷电感温度场仿真模型，通过ANSYS仿真软件对该电感内部温度瞬态特性进行分析。结果表明：水冷电感通过去离子水冷却效果好，电感每次工作后温度最高达到47 ℃，在下一个工作点到来之前电感温度又恢复到41 ℃；同时该电感在没有加循环水的情况下通过了112 kA的电动力考核。试验结果与理论分析吻合较好，重频水冷电感运行稳定，从而验证了理论分析和设计的正确性。
针对高功率脉冲电源集成系统连续放电的需求，研制了一种用于该系统的重频水冷电感。水冷电感在系统中既调节电源的电流波形，又能起到隔离作用。该重频水冷电感耐压高、通流大、充电间隔周期6 s，可连续工作10 次放电。针对连续放电的需求，通过去离子循环水对重频电感进行降温。现以单模块能量334 kJ、电感量30 µH、通流 100 kA为例进行设计分析，建立重频水冷电感温度场仿真模型，通过ANSYS仿真软件对该电感内部温度瞬态特性进行分析。结果表明：水冷电感通过去离子水冷却效果好，电感每次工作后温度最高达到47 ℃，在下一个工作点到来之前电感温度又恢复到41 ℃；同时该电感在没有加循环水的情况下通过了112 kA的电动力考核。试验结果与理论分析吻合较好，重频水冷电感运行稳定，从而验证了理论分析和设计的正确性。
2022, 34: 059001.
doi: 10.11884/HPLPB202234.220062
摘要:
提出了一种基于表面等离子体共振（SPR）效应增强的光子晶体光纤折射率传感器。该传感器结构通过光纤熔接机拼接光子晶体光纤（PCF），在光子晶体光纤中间引入一个空气孔形成PCF-空气孔-PCF的光纤传感结构，随后使用磁控溅射镀膜工艺在其表面沉积一层薄金膜制备而成。实验探究了折射率及温度对传感器的响应。结果表明，在1.333～1.389的折射率范围内，所提出的传感器的平均折射率灵敏度为2 142.52 nm，且测量线性度为0.981，品质因子约13.10。实验结果表明该传感器对温度不敏感。相比于无空气孔的PCF传感结构，引入的空气孔增强了SPR效应，使得传感器拥有良好的共振峰深度。得益于上述优势，该类型传感器有望在生物医学、环境监测等领域得到应用。
提出了一种基于表面等离子体共振（SPR）效应增强的光子晶体光纤折射率传感器。该传感器结构通过光纤熔接机拼接光子晶体光纤（PCF），在光子晶体光纤中间引入一个空气孔形成PCF-空气孔-PCF的光纤传感结构，随后使用磁控溅射镀膜工艺在其表面沉积一层薄金膜制备而成。实验探究了折射率及温度对传感器的响应。结果表明，在1.333～1.389的折射率范围内，所提出的传感器的平均折射率灵敏度为2 142.52 nm，且测量线性度为0.981，品质因子约13.10。实验结果表明该传感器对温度不敏感。相比于无空气孔的PCF传感结构，引入的空气孔增强了SPR效应，使得传感器拥有良好的共振峰深度。得益于上述优势，该类型传感器有望在生物医学、环境监测等领域得到应用。
