1 燕山大学，亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，高压科学研究中心，河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学理学院，河北省微结构材料物理重点实验室，河北 秦皇岛 066004
非晶碳是一类无序碳材料，通常表现出与晶体碳材料不同的机械、电学、光学和热学性能。探索高性能的非晶碳材料一直是研究热点。本工作报道了一种类洋葱结构基元构成的高强非晶碳，这种非晶碳是由高温高压(1 700 ~2 000 ℃、6 GPa)处理碳黑获得的，表现出优异的机械性能。性能最佳样品的纳米压痕硬度、压痕弹性回复率、单轴压缩和抗折强度分别高达5.1 GPa、80.1%、956.4 MPa和216.0 MPa，其中，压缩强度和抗折强度分别是日本东洋炭素ISO-68型石墨的5.6倍和2.8倍。这种非晶碳还具有良好的导电性，其室温电阻率可低至75.7 μΩ·m。这种高强导电的非晶碳可以作为电极材料、模具材料被广泛应用。
非晶碳 高温高压 类洋葱结构 高强 amorphous carbon high temperature and high pressure onion-like structure high strength
将时域传输线模型与漂移扩散模型相结合，提出一种耦合数值计算方法，研究计算了带二极管负载的电缆在X射线辐照下的瞬态响应。该耦合数值计算方法首先利用时域传输线模型计算电缆在X射线辐照下的各节点电参数，然后将得到的终端节点的电压代入漂移扩散模型中求解二极管的内部参数与偏置电流，最后将得到的偏置电流代入到下一时间步的传输线模型中继续进行计算。该方法能够直接反映出电缆在X射线辐照下的瞬态响应与所连接的负载状态改变之间的耦合关系，利用该方法求解X射线辐照简单电子系统的典型算例，计算结果表明，X射线辐照下，同轴电缆上各处的响应电流会随着PIN二极管状态的改变而发生明显变化，与理论分析相符合，耦合模型适用于此类问题。
二极管负载 X射线 传输线模型 漂移扩散模型 diode load Xray transmission line model driftdiffusion model
对电子发射面设置问题进行了研究，给出了底入射腔体系统电磁脉冲模拟中电子发射面的实现方法，分析了侧入射腔体系统电磁脉冲模拟中电子发射面的特点，并利用虚拟发射面的方法实现了侧入射腔体系统电磁脉冲模拟中电子发射面的设置。结果显示，利用该方法可以较简洁地实现腔体系统电磁脉冲模拟中平面和曲面电子发射面的设置，发射面电子发射参数和时序符合物理规律。
系统电磁脉冲 腔体系统电磁脉冲 电子 发射面 虚拟发射面 SGEMP cavity SGEMP electron emission boundary virtual emission surface 强激光与粒子束
2012, 24(12): 2915
1 清华大学 工程物理系， 北京 100084
2 西北核技术研究所, 西安 710024
采用壳模型分析深空核爆在远场产生辐射电磁脉冲的规律，对深空核爆电磁脉冲的形成机理进行研究。在已知电子运动规律的前提下，推导了发射电子的电偶极矩表达式，并得到了辐射电磁脉冲的特性。计算结果表明:远处辐射场的峰值电场与爆炸当量无关，但达到峰值的时间随爆炸当量增加而提前；电子初始动能的增大也能线性地提高峰值强度；峰值强度与上升时间常数及弹体半径的平方成正比。
电磁脉冲 电偶极矩 核爆炸 壳模型 electromagnetic pulse electric dipole moment nuclear explosion case signal model 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2831
1 清华大学 工程物理系, 北京 100084
2 西北核技术研究所, 西安 710024
采用壳模型分析了深空核爆的电子运动规律，对深空核爆电磁脉冲的形成机理进行了初步研究。考虑MeV量级出射电子的相对论效应，在相对论框架下进行了电子运动过程的推导。计算了空间电荷层限制的形成时间，并提出一旦形成空间电荷限制，后续状态满足准静态近似条件。在此基础上，推导了空间电荷振荡的频率，并与半数值计算的结果进行比对，二者符合得较好。计算表明，远场达到峰值的时间与爆炸当量、电子初始动能和弹体半径等参数密切相关,电场峰值总是出现在核反应极大值之前，并且在空间电荷层限制的形成时间附近。
电磁脉冲 电偶极子 核爆炸 壳模型 electromagnetic pulse dipole moment nuclear detonation case signal model
电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述, 在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式, 它们是电离层参数和作用电场的函数, 并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的, 将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例, 计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况, 并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明: 电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的, 爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。
高空核爆电磁脉冲 电离层 等离子体 时域有限差分法 high altitude nuclear electromagnetic pulse ionosphere plasma finite-difference time-domain
介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理, 设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统, 分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块, 利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明: 测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns, 系统输出脉冲平顶在10.0 μs内下降不超过5%, 测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系, 该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度, 满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。
脉冲电场 测量系统 原始波形测量 高空电磁脉冲 pulsed electric field measurement system original waveform measurement high-altitude electromagnetic pulse 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2763
利用时域多分辨分析方法,对地面铺设缆线屏蔽层感生电流的规律进行了研究.给出了屏蔽层感生电流与缆线距离地面的高度、缆线的长度、电磁脉冲的入射方向等的关系.结果表明:屏蔽层电流幅度随着缆线距离地面高度增高而增加;屏蔽层电流幅度、前沿、半高宽随着缆线长度增加而增加,直到分别达到各自的最大值;电磁脉冲正入射时,屏蔽层电流幅度沿缆线分布呈现中间大、两边小的规律;电磁脉冲斜入射时,屏蔽层电流相对电磁脉冲正入射时,幅度更高、前沿更快、半高宽更窄,幅度沿缆线的分布情况为从一端到另一端逐渐增大.
斜入射 高空电磁脉冲 感生电流 屏蔽层 地面铺设缆线
用时域有限差分法结合PIC粒子模拟方法,对光电子发射引起的圆柱腔内电磁脉冲现象进行了模拟,并对单能电子发射时电场的空间分布和系统电磁脉冲波形特征进行了分析.利用粒子抽样和间隔时间粒子注入的方法,得到了特定电子发射谱下的计算结果,并与非抽样方法所得的结果进行了比较.计算结果显示,采用该方法后,噪声略有增加,但计算要求的条件大大降低,计算的粒子数有效地减少,适用于3维粒子模拟计算;计算结果还显示,发射电子能谱越高,注量越大,表面电场区与饱和电场区的长度越短.
粒子模拟 时域有限差分法 系统电磁脉冲 Particle simulation Finite difference time domain（FDTD System generated electromagnetic pulse（SGEMP）
研究了金属壳体和电缆遇到高空核爆炸产生的脉冲X射线辐射时的系统电磁脉冲响应,讨论了系统电磁脉冲产生机理、幅值和对系统的耦合途径.通过对计算和试验数据的分析,获得了金属壳体模型和单电缆及双电缆的系统电磁脉冲响应数据,简要分析了壳体的系统电磁脉冲损伤薄弱环节.
高空核爆炸 X射线 系统电磁脉冲 电缆 High altitude nuclear explosion X-ray SGEMP Cable
