强激光与粒子束杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

强激光与粒子束 2018年第02期杂志 文档列表

强激光与粒子束杂志研究快报

完全稳定化MRT的可能性及应用于聚变的潜力1-3

摘要：提出采用方向时变（旋转）的驱动磁场（交替Θ-Z箍缩构型）或者多级嵌套Θ-Z箍缩构型来抑制动态Z箍缩的MRT不稳定性的概念,介绍了对交替/嵌套Θ-Z箍缩MRT不稳定性的最新研究进展,结果表明适当优化的交替/嵌套Θ-Z箍缩的MRT不稳定性明显远低于标准Θ箍缩或者Z箍缩的,一定厚度时甚至被完全致稳,这表明交替/嵌套Θ-Z箍缩构型具有潜力应用于Θ-Z箍缩套筒惯性聚变。

强激光与粒子束杂志综述

高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化技术研究进展4-11

摘要：传统的高功率重复频率脉冲功率源通常以低电压储能、升压、高压脉冲形成线、输出的顺序工作。因而系统至少包括低压储能和高压脉冲形成线两个储能环节,同时高压脉冲形成线的体积随着电压的升高快速增长。针对这些问题,课题组提出了一种高功率重复频率Marx型脉冲功率源小型化研究的设计思路和实现方式,并开展了相关技术研究。主要介绍了课题组在关键技术上取得的重要进展,包括高储能密度的储能/脉冲成形一体化技术、低抖动重复频率气体开关技术、低抖动高能触发技术、紧凑型Marx高压串叠技术等一系列关键技术。同时介绍了课题组研制的几种典型紧凑结构重复频率Marx型脉冲功率装置：同轴结构快Marx发生器、基于薄膜介质线的脉冲功率源、模块化低阻抗紧凑型Marx发生器、20GW高功率重复频率脉冲驱动源。通过探讨关键技术研究及其发展现状,为未来脉冲功率源小型化研究的发展和应用方向提供参考。

强激光与粒子束杂志高功率激光与光学

高能所光阴极驱动激光系统研制12-15

摘要：能量回收型直线加速器（ERL）可能提供低发射度、高平均流强的连续电子束团,其电子枪的光阴极需要高重复频率、高平均功率的驱动激光系统。采用先进的光纤激光技术,特别是在激光系统中采用了掺镱光子晶体增益光纤,能实现高重复频率高平均功率激光输出。利用啁啾脉冲放大（CPA）技术,通过优化设计,将重复频率100MHz和1.3GHz的两套激光振荡源集成到同一个激光系统,整个激光系统的结构简化,使用方便。两种重复频率激光倍频效率分别达到50%和30%,绿光能达到5 W以上,满足光阴极实验平台的使用要求。

蒸气压对激光辐照靶材烧蚀速率的影响16-20

摘要：研究了强激光辐照碳/碳复合材料靶材引起的烧蚀现象及蒸气压对烧蚀速率的影响。基于傅里叶定律,建立了强激光辐照靶材的热传导模型,模拟了忽略蒸气压影响时烧蚀速率随功率的变化;通过Mott-smith近似方法描述了Knudsen层间断区域,分析了间断两侧表面粒子状态参数;结合质量连续方程和蒸气压与温度关系方程,并由气体状态方程描述蒸气流状态,对蒸气压条件下激光烧蚀碳/碳复合材料靶材的速率随功率变化的关系进行了数值模拟。结果表明,在高能激光对靶材的烧蚀过程中,蒸气压力变化会导致靶材的饱和蒸气温度发生变化,进而影响烧蚀速率且使其随功率呈非线性变化,与忽略蒸气压作用时的线性变化规律相差较大,从理论上解释了忽略蒸气压导致的实验数据与理论结果的差异。

陆地和近海面大气光学湍流估算与测量21-25

摘要：基于Monin-Obukhov相似性理论,采用MARIAH算法,利用成都和茂名两个地区、两个高度层上的温度、湿度、风速等常规气象参数估算折射率结构常数,并对估算值与温度脉动仪测量值进行比较分析。结果显示：利用常规气象参数估算得到的成都与茂名的折射率结构常数在变化趋势及量级上基本符合温度脉动仪测量值。成都和茂名的折射率结构常数估算值与测量值的相关系数分别为0.86与0.92,平均绝对值偏差分别为0.410与0.414。因此,采用MARIAH算法估算陆地和近海面大气光学折射率结构常数是可行的;茂名中午时刻的折射率结构常数峰值比成都大一个量级。

强激光与粒子束杂志ICF与激光等离子体

结构参数对环形氙灯光效影响的实验研究26-31

摘要：脉冲氙灯作为放大器的泵浦源,其泵浦效率直接影响放大器效率。环形氙灯被证明是一种有望提高泵浦效率,并代替目前直管氙灯工作的新型氙灯。针对不同气压、不同结构的环形氙灯,通过实验研究了气压和内径对环形氙灯放电特性、光效特性以及爆炸特性的影响。结果表明,增加环形氙灯气压和内径可提高其光学效率,被泵浦钕玻璃的荧光最大可提高峰值22.3%,积分值15.7%。但是,增加气压和内径会降低环形氙灯的热负载能力。实验发现气压为26664Pa,内径为30mm的环形氙灯拥有最佳光效并能通过寿命测试。

强激光与粒子束杂志高功率微波

开关振荡器特性阻抗选取对输出波形影响32-37

摘要：开关振荡器是宽带高功率电磁脉冲的重要产生方式之一,以开关激励同轴振荡器为例,采用理论计算和电磁仿真为主要手段,从传输线特性阻抗与开关振荡器储能、传输线特性阻抗与天线阻抗关系及传输线特性阻抗和开关导通阻抗关系三个方面进行了研究。研究结果表明：传输线阻抗越小,振荡器储能越高;天线阻抗与传输线阻抗比值越大,输出信号品质因数越大,频谱上能量越集中,带宽越小,能量效率随比值增大呈现先增大后减小趋势;传输线特性阻抗很小时,开关阻抗对输出振荡信号影响增大,此时随特性阻抗减小,输出信号中心频率降低,品质因数减小,频谱上能量分散,带宽较宽。

强流相对论多注电子束研究进展38-42

摘要：研制了基于爆炸发射的扇形和圆柱形多注阴极系统,并开展了强流相对论多注电子束的实验研究。研究发现：扇形多注阴极由于发射端面电场分布严重不均,电子束主要由尖端发射,束斑畸变明显,当每注扇形电子束进入到多注扇形漂移管内时,在空间电磁场的作用下电子束会绕束心旋转,导致束斑的畸变和束流的损失;圆柱形多注阴极发射端电场分布相对均匀,电子束斑畸变较小,每注电子束在多注漂移管内绕束心的旋转不会引起束斑的畸变和束流的损失;由于阴极杆和多注阴极柱的发射,多注电子束品质较差,进入多注漂移管时存在电子束轰击管壁现象,造成束流的损失甚至截止。采用大内径磁场可增大阳极筒内半径,明显提高束流的传输效率。目前,采用功率约6.5GW、传输效率约89%的相对论多注电子束驱动的多注速调管,可实现GW量级的微波输出。

X波段高功率宽带选模定向耦合器43-46

摘要：过模圆波导在提高功率容量的同时,不可避免地会造成微波源中同时存在多种模式。为了监测X波段长脉冲高功率微波源TM01模的输出功率和频谱,采用CST软件仿真设计了X波段高功率宽带选模定向耦合器,在耦合TM01模的同时可实现对TM02和TE11模的抑制。波导腔体及耦合孔的尺寸以小孔耦合理论和相位叠加原理为基础并结合切比雪夫分布函数计算确定。仿真结果表明：该高功率宽带选模定向耦合器在9.0~9.8GHz的带宽范围内,耦合度为（-59.08±1）dB,定向性大于30dB,对TE11模的抑制度大于15dB,对TM02模的抑制度大于30dB,功率容量大于2.5GW。

两种电磁场谱间断元方法的比较47-51

摘要：时域间断元方法是近年来电磁场计算领域的重要进展之一。将基函数的插值点和数值积分点重合的质量集中技术是降低该间断元方法质量矩阵存储开销和提高计算效率的重要手段。通过谐振腔、带通滤波器以及光子晶体内的电磁场等数值算例,在四边形网格上比较了传统的质量集中算法和近来提出的Weight-Adjust算法之间的差异。计算结果表明,尽管两种方法的存储量一样,但Weight-Adjust算法具有更高的精度。

24GHz宽波束阵列天线的设计52-55

摘要：利用Rogers5880为介质材料设计了一款应用于车载防撞雷达前端的圆极化微带阵列天线,该阵列天线采用直线阵结构,运用了多个四分之一波长阻抗变换器实现了阻抗匹配。仿真和测试结果表明：该阵列天线的阻抗带宽（S11〈-10d B）为23.45~25.65GHz,最大增益为15.54d B;轴比带宽24.56~25GHz,轴比最小为1.25d B;第一副瓣电平小于-20d B,E面半功率波瓣宽度为10°,H面波瓣宽度为75°,其尺寸为70.94mm×14.72mm×0.508mm。该天线具有高增益、低副瓣、体积小、性能稳定等优点,在汽车防撞雷达系统中有广阔的应用前景。

强激光与粒子束杂志太赫兹技术

太赫兹器件测试用高重复频率高压脉冲电源56-61

摘要：为了开展太赫兹器件试验研究,设计了高重复频率脉冲电源系统。电源输出脉冲电压30kV,脉冲电流200mA,最大重复频率3kHz,脉冲宽度10~100μs,采用本地PLC加远程计算机控制模式来实现电源的本控及遥控。对系统的核心部件：充电电源和脉冲开关的拓扑结构进行了研究,并开展了仿真和试验。结果表明：采用LC串联谐振恒流充电技术以提高充电电源工作效率以及在负载打火情况下的可靠性;基于MOSFET并进行优化设计的串联脉冲开关可以获得快速的脉冲前后沿。电源系统的输出指标满足负载工作要求,在高重复频率、打火条件下能够稳定工作。

强激光与粒子束杂志粒子束技术

氦气空心阴极放电动力学过程的模拟研究62-70

摘要：利用流体模型模拟研究了氦气空心阴极放电的时空动力学过程,计算得到了不同放电时刻电子和亚稳态氦原子密度、电势、电场、基态电离速率和分步电离速率等的时空分布特性。特别是讨论了亚稳态原子和分步电离对于放电的影响。结果表明,随着电流的增长,放电处于五个不同的放电模式：第一阶段电流上升非常缓慢,为汤生放电模式,带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场均很弱;第二阶段电流迅速上升,放电模式由汤生放电向空心阴极放电过渡,带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场迅速增强;第三阶段达到准稳态阶段,放电电流增长速度变缓,形成了明显的阴极鞘层结构;第四阶段为空心阴极效应形成阶段,向稳态阶段过渡;第五阶段为稳态放电阶段。研究结果同时表明,亚稳态氦原子和分步电离在放电的初始阶段对于放电的发展作用较弱,在前三阶段中,电子的产生以基态电离为主。随着放电的发展,由亚稳态原子引起的分步电离对新的电子产生的作用逐渐接近并超过基态电离,对总电离的贡献率越来越高。

强激光与粒子束杂志脉冲功率技术

“神龙二号”气体火花开关中绝缘结构的电场分析与优化71-75

摘要：气体火花开关作为重要部件被大量地应用于直线感应加速器和Z箍缩等大型脉冲功率装置中。绝缘结构设计不合理会使得气体火花开关中出现局部电场畸变和电荷积聚等现象。在高电压脉冲下长时间或高频次运行时,火花开关中的绝缘子会发生沿面闪络现象,直接影响到脉冲功率装置的正常运行。鉴于此,对气体火花开关中的绝缘结构进行了有限元电场分析,用表面电荷的积聚定性解释了沿面闪络发生的原因。通过对绝缘子的几何结构和电极尺寸的优化设计,有效降低了绝缘子表面和电极表面的电场强度,其中阳极三结合点场强从9.4kV/mm降至1.5kV/mm,阴极三结合点场强从2.95kV/mm降至0.98kV/mm,绝缘子表面最高场强从10.8kV/mm降至4.95kV/mm。优化后的绝缘结构电场分布较为合理,降低了由于表面电荷的积聚而引发沿面闪络的概率。

基于实验物理及工业控制系统的数控电源原理76-80

摘要：设计了一个基于实验物理及工业控制系统（EPICS）实时测控的伺服电源控制器,并将其插入现有脉冲电源测试。该电源控制器采用死区时间调制（DTM）技术伺服跟踪外部控制信号以连续调节所需输出电流,这可确保开关管工作在近似零电流关断的状态下,开关损耗小,电源效率高。对该电源及其控制器原理进行了介绍,对DTM法进行了理论分析与研究,并通过Matlab仿真和实验验证了其原理的正确性和可行性。

电磁发射装置轨道热管理冷却管道的力学设计81-86

摘要：为了解决电磁轨道发射器在实际应用中遇到的高热量积累问题,需要对轨道进行冷却。基于多物理场耦合仿真平台Comsol Multiphysics,从轨道结构特性和电气特性两个方面进行分析,提出了在轨道内部设置冷却管道的基本规律。建立发射器的电磁场和结构场耦合模型,利用有限元法对预紧力和电动力作用下的轨道响应进行数值计算。仿真结果表明,设置冷却管道会对轨道造成材料损失,进而影响轨道性能,冷却管道应当尽可能远离肩部与枢-轨接触面连接处,并提出了冷却管道位于轨道不同位置时,轨道的形变规律和电感梯度变化规律,为轨道热管理冷却管道的设置方案提供了理论依据。

500kV亚纳秒脉冲X光机研制87-92

摘要：高能量亚纳秒脉冲X射线可用于精确定标辐射探测系统的时间响应特性和探测灵敏度,对于脉冲辐射场诊断技术研究具有重要意义。研制了一种小型化、可移动的亚纳秒脉冲X射线源,装置占地区域尺寸为1.2m×40cm,重142kg。设计了双锥形绕组同轴结构变压器,采用新颖的三谐振变压技术,将纳秒脉冲形成线充电至520kV,通过油介质自击穿开关放电,输出370kV,3.8ns的高压脉冲。设计了多级过匹配传输线提升输出电压,并利用油介质peaking-chopping开关进行脉冲压缩,产生了峰值520kV、半高宽0.5ns、功率1.8GW的高压脉冲。基于Child-Langmuir定理,设计了刀刃阴极X光管,在520kV电压下的运行阻抗为150Ω,管前20cm处的X射线峰值能量注量率约为1×1016MeV·cm-2·s-1,累积照射量为4.1mR。

紧凑型脉冲功率驱动源设计与实验研究93-97

摘要：利用碳酸钡基材料研制了一种环形脉冲形成线。对脉冲形成线的材料特性、电场分布对耐压影响进行分析和研究,通过优化结构设计、材料特性,提高了环形脉冲形成线的耐压水平。利用此脉冲形成线建立了37级Marx发生器,此发生器通过电感进行并联充电和串联放电工作。使用电磁仿真软件对系统结构进行了三维电场分析,分析结果表明,采用此环形脉冲形成线能够实现同轴设计,电场更加均匀,确定了满足紧凑化的最佳外形尺寸。实验结果表明,设计的脉冲功率驱动源在充电电压为±19kV的条件下,在二极管负载下得到了输出半高宽为65ns、电压为680kV的快高压脉冲。