针对基于闪烁屏-CCD(电荷耦合元件)相机的氘离子束横向强度分布测量系统，利用ANSYS软件模拟计算了在直流及脉冲模式下，能量100 keV、束斑直径3 mm氘离子轰击造成的Al2O3,SiO2以及锗酸铋 (BGO)三种候选闪烁体材料的表面温度变化。结果表明，在30 μA的直流氘离子束轰击下，闪烁体表面温度随辐照时间急剧地升高。持续时间10 min的氘离子束轰击将使三种材料前表面的温度分别升高131，234和649 ℃。对于峰值流强30 μA、重复频率1 Hz、脉宽5 μs的重复频率脉冲氘离子束，每个脉冲引起的三种闪烁屏表面的温度升高均小于0.05 ℃，且长时间的离子辐照基本不会造成闪烁屏的表面温度有明显的升高。对于脉宽5 μs的单脉冲氘离子束，三种材料的表面温度均随离子流强近似呈线性地增加。在单脉冲模式下，Al2O3，SiO2以及BGO闪烁屏能允许的最高离子流强分别为2.32，1.08和0.72 A，超过此流强其表面温度将达到熔点。

在直线感应加速器控制系统中, 可编程逻辑控制器(PLC)作为前端控制器被广泛应用于人身安全保护系统中, 实现PLC于实验物理及工业控制系统(EPICS)中的输入输出控制(IOC)集成成为系统架构中必须解决的问题。为此, 介绍了一种新型的基于S7 nodave设备驱动和异步通讯模块Asyn的IOC与PLC通信方法。该方法可实现IOC对S7 PLC过程映像区及内存变量的透明访问, 而不需要制定通讯协议。分析了基于S7nodave和Asyn模块与S7 PLC的通信机制, 并给出了应用实例。

针对直线感应加速器控制系统大多数前端设备为带通讯接口的慢速设备的实际情况，采用异步通讯模块Asyn和基于字节的模块StreamDevice相结合的方法实现该类设备在实验物理与工业控制系统(EPICS)架构下的分布式控制。系统中使用的国产或自行研制的设备的命令格式不是SCPI格式，而控制系统常需要在一个I/O命令中写入多个参数(PV)，而StreamDevice协议中，多个PV设置无法在一个协议函数中实现。采用EPICS实时数据库的Calcout记录作为多参数输入容器，将多个PV组成一个结构化数组，从而实现多个PV变量的同时设置。同样，针对多参数同时读取的情形，使用waveform记录在一次读入操作中能获取多个PV变量的值。

为了研究大气压低温等离子体多路射流阵列的放电特性, 设计一个实现7路低温等离子体射流的放电装置, 采用单电极放电结构, 在开放的大气环境下通入氦气。采用高压窄脉冲重复频率电源激励驱动该放电装置, 电源脉冲宽度约230 ns, 脉冲上升沿约为120 ns。在重复频率为500 Hz的条件下, 通过高速摄影初步发现放电电流脉宽约为110 ns, 且无反向放电。试验结果表明: 平均射流长度随电压幅值增加而增加, 在一定电压幅值时射流长度有达到饱和的趋势, 这是由于射流通道尾部有空气进入, 电压幅值已不再是主要原因; 只有在合适的气体流量值时, 才能够获得较长的平均射流长度, 这是由于气体流量过大或过小时射流均不足以维持形成的放电通道; 此外, 中心电极放电射流长度受气体流量影响较大, 气体流量在一定值时可以观察到中心电极有较长的射流, 射流放电强度较弱, 气体流量过大或过小时中心电极几乎无放电, 这是由于四周电极更易形成放电射流, 削弱了中心电极放电。

基于电磁驱动实验装置CQ-7研制需求, 设计了一套6间隙气体开关, 开关高131 mm, 直径108 mm, 总间隙36 mm, 开关电感约40 nH。采用模拟软件Ansoft Maxwell计算分析开关电场强度分布, 电场分布较均匀, 不均匀系数为1.14。开展了开关放电特性研究, 充电±100 kV条件下, 开关放电电流峰值可达70 kA, 放电延时约35 ns, 抖动3 ns。根据开关自击穿电压值, 采用正态分析开关自击穿概率, 开关80%安全系数下, 自放电概率小于10-4。该开关满足CQ-7实验装置研制需求。

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。

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。

在“神龙二号”直线感应加速器的调试中,虽然电容探头和电阻分压器测到的空载加速腔电压波形基本一致,但是带束流负载时两者的波形有明显差异,针对此实验现象开展了研究。仔细模拟了束流波形和电压波形相对时间差异引起的波形差异,得到束流提前、同步和滞后条件下的腔压波形,确认相对时间差是导致波形差异的一个重要原因。建立了加速腔的分布参数电路模型,模拟结果表明束流负载效应到达两种探头的时间不同,这会导致腔压波形的不同; 由于电容探头距离加速间隙更近,所以电容探头测到的波形更接近束流实际得到的加速波形。后续的调试实验获得了没有加速电压时束流产生的负载效应波形,证明束流负载到达两个探头的时刻确实不同,对加速器出口束流能谱的测量结果也表明束流的能谱分布和电容探头波形的叠加结果基本符合,上述结果表明该研究所用的模拟和分析方法是有效的,可以用于加速器的调试和性能优化。

高能电子照相是一种新兴的无损探测技术,可以在不拆解客体的情况下对客体材料及其内部结构进行定量测量。与高能质子照相相比,其分辨能力更高,可达到亚μm量级,有望成为介观现象诊断的有力工具。为研究相互作用和成像束线对成像模糊度的影响,采用Geant4模拟软件,建立12 GeV电子束从客体到像平面全过程照相模型,主要分析了成像束线引起的色差模糊、客体纵向长度引起的模糊以及次级粒子造成的模糊。研究结果表明,高能电子照相成像模糊为亚μm量级,其中成像束线引起的色差模糊为主要贡献项,次级粒子和客体纵向长度引起的模糊可以忽略。