为了解临近空间核爆炸碎片云运动特征与规律，利用建立的临近空间核爆炸碎片云运动计算模型，对当量1 kt~10 Mt爆高30~80 km核爆炸碎片云运动进行了系统性计算研究。结果表明：碎片云最大上升高度、水平半径和上升速度随爆高和当量增加。爆高30 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为13~16 km，爆后5 min最大水平半径为4~5 km，兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为20~40 km，爆后5 min最大水平半径为15~30 km；爆高80 km千吨级核爆炸碎片云最大上升高度为30~50 km，爆后5 min最大水平半径为20~40 km，兆吨级核爆炸碎片云最大上升高度为200~400 km，爆后5 min最大水平半径为110~220 km。当量较小、爆高较低时，碎片云形状演化为扁椭球形；当量较大、爆高较高时，碎片云形状演化为倒梨形。研究得到的碎片云运动参数可为临近空间核爆炸电离层和人工辐射带等地球物理效应研究提供缓发辐射源信息。
临近空间核爆炸 碎片云 计算模型 运动规律 Near-space nuclear detonation Debris Computational model Motion law
为能够快速评判实验测试方案和预估实验结果，建立了中子体通量的快速估算模型。理论上，封闭空间中子平均体通量与特征长度的平方成反比，且中子体通量的大小能反映散射中子注量强弱。采用蒙特卡罗模拟方法，计算得到了密闭实验大厅内中子的体通量，以及不同位置处的散射中子注量，并将模拟得到的体通量和散射中子注量拟合成便于工程实践中应用的解析表达式，拟合结果与模拟结果的相对偏差小于10%。研究结果表明，球形空间内中子的体通量与球半径的1.905次方成反比；密闭实验大厅的中子体通量与大厅横截面宽度的1.948次方成反比，与长宽比的0.775次方成反比；球形空间结构内，每个源中子的平均径迹长度约为半径的5.4倍，而长方体密闭实验大厅内，单个源中子的平均径迹长度为大厅特征尺度的2~3倍。
密闭实验大厅 散射中子 蒙特卡罗模拟 体通量 数据拟合 experimental hall scattering neutron Monte Carlo simulation cell flux fitting 强激光与粒子束
2017, 29(11): 116001
1 湖北工业大学 电气与电子工程学院,武汉 430068
2 清华大学 精密仪器系,北京 100084
3 军械工程学院 电子与光学工程系,石家庄 050003
石墨微结构的表面一般为原子级光滑或纳米级光滑,是研究表面、界面物理性质的重要基础,对结构超润滑、微机电器件的研究和应用非常重要。为了解石墨微结构表面的状态和性质,其无损表征具有重要意义。通过微加工方法制备出石墨微结构,使用微纳机械手上的针尖推动石墨微结构上部可以得到原子级光滑或纳米级光滑的石墨表面。使用拉曼光谱对获得的石墨表面进行表征。通过与原子力显微镜和电子显微镜的表征结果进行对比发现,拉曼光谱能够准确反映石墨表面的缺陷程度,同时具有非接触、无损和快速的优点。这表明拉曼光谱在纳米级光滑石墨表面的表征中能够提供可靠表征信息,并且检测快速、不破坏样品,为石墨结构超润滑和MEMS器件的后续研究和应用奠定了基础。
拉曼光谱 石墨 纳米级光滑 表征 Raman spectroscopy graphite nanometer level flat characterization
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
提出了基于能量沉积的γ辐射对光纤折射率的影响分析方法，计算了光纤的色散变量随光纤的V参数、折射率变化，开展了γ辐射对光纤色散影响的测量实验，得到了光纤的色散系数随辐射剂量变化数据。实验及理论计算结果表明：(1) 光纤的色散系数随γ辐射剂量的增加而增大，在一定的剂量(0~500 Gy)范围内，光纤色散增加量呈逐渐饱和趋势；(2) γ辐射导致光纤折射率发生变化，从而引起材料色散的变化，辐射效应中的电子密度增大是折射率改变的主要因素；(3) 辐射感生损耗引起的信号幅度降低要比辐射感生色散引起的脉冲展宽明显，对于暴露在核辐射环境中的长距离光纤，其脉冲信号产生的畸变是两者同时存在并共同作用的结果。
γ辐射 光纤 色散 折射率 Gamma-ray radiation optical fiber dispersion refractive index 红外与激光工程
2016, 45(1): 0118001
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
康普顿电流是激励核电磁脉冲的主要机制.为了提高核电磁脉冲数值模拟中γ射线产生康普顿电流过程的计算效率,发展了一种γ射线在均匀大气中产生康普顿电流的快速计算方法.首先通过计算康普顿电子在出射方向上的衰减特征,得到在电子出射方向净电子流与其射程和出射距离的拟合关系,然后结合康普顿散射微分截面,给出单能γ射线在大气中产生的康普顿电流密度的解析数值计算方法.和蒙特卡罗程序的计算结果比较,用该方法计算得到的电流密度值差异在10％以内,计算速度提高两个量级以上.该计算方法可用于大气中康普顿电流的快速估算.
康普顿电流 电磁脉冲 蒙特卡罗方法 快速算法 Compton current electromagnetic pulse Monte Carlo method fast calculation method 强激光与粒子束
2015, 27(7): 076005
1 西安电子科技大学 技术物理学院， 西安 710071
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室， 西安 710024
开展了光纤波导中的电磁场传输理论分析，得到了光纤折射率变化对波导中电磁场分布的影响规律，建立了块状融石英材料及光纤光栅在60Co γ辐射作用下折射率变化的测量系统，开展了折射率随辐射剂量变化及光纤模场测量实验。结果表明: 光纤的折射率随γ辐射剂量的增加而增大，折射率的变化会引起波导中传输模式的场强分布变化，从而导致光纤的辐射感生波导损耗; 在一定的辐射剂量范围(0～2000 Gy)内，光纤仍满足弱导边界条件，能够维持对传输模式的约束能力。
γ辐射 光纤波导 折射率 模场分布 感生波导损耗 gamma-ray radiation optical fiber waveguide refractive index distribution of mode field radiation-induced waveguide loss
将粒子输运的蒙特卡罗方法与器件数值模拟的有限体积法相耦合来模拟典型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的长期辐射效应。二氧化硅中的陷阱电荷及硅中的自由电子和空穴均使用漂移扩散模型来描述, 入射粒子的能量沉积可作为源项耦合至漂移扩散模型方程, 并根据有限体积法得到控制方程的离散格式, 方程的数值解即为MOSFET的长期辐射响应结果。使用该方法模拟了MOSFET受射线粒子辐照后的阈值电压漂移与关态漏电流现象。结果表明, 耦合方法适用于典型半导体器件长期辐射效应模拟, 其阈值电压漂移及漏电流计算结果与文献符合较好。
长期辐射效应 总剂量效应 漏电流 耦合方法 long-term radiation effects total dose effects leakage current coupled algorithm
