强激光与粒子束
2022, 34(9): 094002
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621900
砷化镓光导开关（GaAs-PCSS）是具有快响应、高重频、低抖动、高功率容量的半导体光电导开关，多通道设计能够有效降低GaAs-PCSS非线性大电流导通时的损伤，提高开关寿命。为探究GaAs-PCSS多通道同步导通的必要条件，在基于固态脉冲形成线的实验平台上，通过特殊设计的夹具，将多枚GaAs-PCSS并联连接以作为脉冲形成电路的开关，以对各GaAs-PCSS施以不同的触发信号进行测试。实验结果证明：相同触发信号下，开关导通电流被成功地均分到4个GaAs-PCSS通道中；不同触发信号下，为获得较好的电流均分效果，各通道触发延迟时差须小于1 ns，触发能量差须小于20 μJ。设计了分体式、单体式两种结构的多通道GaAs-PCSS，其中基于刻蚀工艺的单体式20通道GaAs-PCSS在7 000余次大电流工作后仅发生轻微损伤。
砷化镓光导开关 多通道 同步 触发延迟时差 触发能量 GaAs-PCSS multi-channel synchronous trigger delay trigger energy 强激光与粒子束
2020, 32(2): 025005
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
从热发射理论出发，推导了非均匀发射阴极的均方根本征发射度的一般计算形式。针对一种最常见的温度径向分布近似模型，给出了均方根发射度随温度非均匀性变化趋势的理论数值解。基于有限差分法粒子仿真技术统计了热阴极的本征发射度，仿真结果与理论解一致，验证了非均匀发射热阴极本征均方根发射度一般形式的正确性。结果表明，径向温度非均匀性引起均方根发射度显著变化，非均匀系数为10%时引起均方根发射度下降约15%。本文建立的理论形式和仿真方法可以有效评估束流品质控制目标和工程热设计之间的依赖关系，以指导高效费比的工程设计。
热阴极 有限差分电磁场粒子仿真 本征发射度 温度非均匀性 阴极寿命 thermionic cathode FDTD-PIC intrinsic emittance temperature variation cathode lifetime 强激光与粒子束
2018, 30(3): 035101
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
在注入器段阳极杆内不同位置进行电子束包络的测量可以为多脉冲电子束在注入器段的传输磁场配置调试提供最直接的支撑,也是研究热阴极发射性能的重要手段,测量工作具有极为重要的意义。神龙二号采用热阴极作为多脉冲电子束源的发射体,对真空的要求极高,且加热及降温周期较长,不适合频繁地破坏真空进行测量位置的调整; 针对这样的特点,设计了一套可伸缩式的测量装置,结合多幅分幅相机,在不破坏真空的情况下,可以完成多个位置的束包络的时间分辨测量,在提高测量效率的基础上进一步提高了注入器的调试效率。
神龙二号 注入器 束包络 分幅相机 Dragon-Ⅱ LIA injector electron beam envelope framing camera 强激光与粒子束
2017, 29(8): 085101
1 郑州航空工业管理学院 理学院, 郑州 450046
2 华北水利水电大学 数学与信息科学学院, 郑州 450011
3 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
采用酞菁铁高温裂解法在镀有镍金缓冲层的硅基底上生长了碳纳米管薄膜(Ni/Au-CNT), 并采用二极结构在相同的主Marx电压下研究了其强流脉冲发射稳定性.结果表明: 在脉冲电压峰值为1.60～1.74 MV(对应的脉冲电场峰值为11.43～12.43 V/μm)时, Ni/Au-CNT薄膜首次发射的电流峰值可达331.2A; Ni/Au层不仅能提高CNT薄膜的强流脉冲发射电流峰值, 还能提高其发射稳定性; 当冷阴极重复脉冲发射7次时, Ni/Au-CNT的脉冲电流峰值衰减到初值的72%, 而Ni–CNT和Si-CNT脉冲电流峰值分别衰减到初值的62%和32%.
强流脉冲发射 Ni/Au层 碳纳米管薄膜 稳定性 归一化电流 Intense pulsed emission Ni/Au composite buffer layer Carbon nanotube film Stability Normalized current
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
在对神龙二号加速器绝缘环进行耐压考核时发现, 感应腔中的绝缘支撑部件交联聚苯乙烯绝缘环在猝发多脉冲高压加载下出现的真空沿面闪络现象存在两种类型: 阴极始发的闪络击穿和阳极始发的闪络击穿。通过计算绝缘环的沿面电场分布、对比击穿电压波形与绝缘环表面闪络放电烧蚀痕迹, 结合小绝缘子样品实验结果对以上沿面击穿现象的机理进行了分析, 认为可能是绝缘环端面与电极面的配合问题引起了加速段与注入器绝缘环击穿现象的差异。
直线感应加速器 交联聚苯乙烯 绝缘环 真空沿面闪络 流注放电 linear induction accelerator cross-linked polystyrene insulator ring vacuum surface flashover streamer discharge 强激光与粒子束
2016, 28(9): 095101
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
强流激光离子源是最有希望为重离子聚变直线感应加速器提供离子的离子源之一。离子源内等离子体决定了离子源性能和引出品质，为了了解强流激光离子源内等离子体参数，采用发射光谱和ICCD成像的方法对该离子源中的等离子体进行了诊断。该离子源由一台四倍频的266 nm Nd: YAG激光器和Cu靶组成，激光束经过透镜聚焦后照射在Cu靶上产生等离子体，激光打靶能量密度约为108 W/cm2，持续时间15 ns。ICCD相机拍摄了激光照射后等离子体的膨胀过程，初始时刻等离子体垂直表面喷射，膨胀速度约为1 cm/μs。光谱仪测量了离子发射光谱，谱线主要由Cu原子的Cu Ⅰ谱线和Cu+离子的Cu Ⅱ谱线组成。采用Boltzmann图法得到膨胀等离子体电子激发温度约为1 eV，采用Stark展宽法得到电子密度约为1016 cm-3。
强流激光离子源 膨胀速度 发射光谱 电子激发温度 电子密度 high current laser ion source expansion velocity emission spectra electron temperature electron density 强激光与粒子束
2016, 28(5): 055103
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳621900
2 西南科技大学 国防科技学院, 四川 绵阳 621010
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。
三腔介质壁加速器 电磁粒子模拟 延时优化 加速效率 three cavities dielectric wall proton accelerator electromagnetism particle-in-cell simulation timing optimization acceleration efficiency 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045105
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
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H+3粒子,栅网结构得到的能量增益提高了一倍。
介质壁加速器 金属栅网结构 场分布 束包络 数值仿真 dielectric wall accelerator metal grid structure distribution of electric field beam profile numerical simulation 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045101
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
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。
介质壁直线加速器 加速单元 电路耦合 解耦 dielectric wall linear accelerator accelerating unit circuit coupling decoupling 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045003
