涡旋光的拓扑荷数测量是涡旋光应用不可或缺的关键技术。将周期渐变型光栅的渐变性与环形光栅的完全对称性相结合,对环形光栅的结构附加周期渐变性并进行优化,研制了一种用于涡旋光束高阶拓扑荷数测量的新型环形渐变型光栅。经过数值模拟与实验测试,涡旋光束准直投射至环形渐变光栅形成远场衍射图案,其变化规律精准地对应涡旋光束轨道角动量状态。实验测量拓扑荷数达±30。该研究为涡旋光束的测量应用提供了新方法。

聚龙一号装置由24路模块并联组成, 通过调整24路模块中激光触发气体开关的导通时序可实现负载电流波形的精确调节, 以满足磁驱动加载实验所要求的负载电流波形灵活调节的需求。针对聚龙一号装置开展的磁驱动加载实验, 建立了能够描述能量从Marx发生器开始至负载整个传输过程的全电路模型, 开发了相应的电路计算程序, 并基于实验结果对计算程序进行了校验, 电路模拟结果与实验结果符合较好。电路模拟程序的计算效率比采用Pspice软件进行全电路计算的效率显著提高, 其不仅可应用于在给定激光触发气体开关导通时序的情况下对聚龙一号装置的输出特性进行预测和评估, 同时也为负载电流波形调节的方案设计提供了一种有效工具。

为了设计与前端低阻抗同轴磁绝缘传输线耦合的大面积轫致辐射二极管,提出了一种利用锥形磁绝缘传输线(MITL)结合阴极开孔结构来对电子输运进行调节的二极管设计方案。该结构的主要特点是在不外加电子输运调控装置的前提下,利用大角度的入射电子产生轫致辐射,在靠近二极管出射窗附近形成大面积准均匀辐射区。采用二维粒子模拟与蒙特卡罗模拟(MCNP 4C)相结合的数值模拟方法对二极管进行了模拟和分析,对于如何构建更好反映角向均匀的MCNP源提出了新的想法。模拟结果表明,该设计方案可以实现在不外加电子输运调控装置的情况下,在二极管后端得到均匀大面积轫致辐射区。

“贝加尔”(Baikal)装置是当今世界上在建的最大的脉冲功率驱动热核聚变和高能量密度研究装置, 从最初建造“贝加尔”装置概念的提出, 其技术路线和主要参数经历了一系列的发展和演变过程。综合介绍了“贝加尔”装置概念设计提出的历史背景、发展演变过程和目前的研究进展, 描述了“贝加尔”装置的主体性能和技术路线, 着重分析了装置主要部件的结构和性能参数。

提出一个完整的弛豫磁流体力学模型用于电磁驱动高能量密度系统的数值模拟,它由弛豫电磁波动、弛豫热输运、P1/3近似辐射输运以及流体力学构成。电磁部分在真空区退化为电磁传播,在等离子体物质区退化为磁扩散近似,并且相速和群速是有上界的。这意味着弛豫磁流体力学能退化到传统的电阻性磁流体力学,并且能用显式方法数值求解,便于大规模高效并行化。基于此弛豫磁流体力学模型开发了三维辐射磁流体力学程序FOI-PERFECT,指出了所采用的关键数值技术,并给出了一些应用例子。

基于10级模块串联的1 MV快脉冲直线型变压器驱动源装置,分别开展了1～3个模块在不充电或不触发时装置的整体输出参数测试。结果表明,在二极管负载阻抗基本不变的情况下,装置输出电流和电压降低的数值约为故障模块数与总模块数的比值。与所有模块正常工作时相比,脉冲上升时间分别增加10,22和32 ns,脉冲宽度分别增加13,23和48 ns。根据电路分析以及模块实际电参数建立了装置的等效电路模型,模拟得到的不同数量模块不工作时的输出电压变化趋势与实验结果基本一致,并利用电路模型对故障模块中开关两端的电压进行了模拟和分析。

在进行感应电压叠加装置设计时,为了使初级脉冲形成与传输系统产生的快前沿高压脉冲均匀耦合到次级传输线,需要建立感应腔的二维电路模型对电磁波在角向传输线中的传播过程进行分析,并基于电路计算结果优化设计角向传输线阻抗分布规律，使次级传输线中电流能够均匀分布。由于角向传输线结构复杂,没有精确求解阻抗值的解析公式,介绍了一种基于电报方程和瞬态电磁场仿真求解复杂结构传输线阻抗值的方法,采用该方法对等宽度和变化宽度两种结构角向传输线阻抗值进行了评估。研究结果表明，相比于三平板传输线阻抗计算公式,采用微带传输线阻抗计算公式对角向传输线阻抗值进行求解结果更加精确。

针对Z箍缩驱动聚变裂变混合能源系统对驱动器的总体要求,对可能的技术路线进行了分析评述,结合当前在单脉冲超高功率Z箍缩驱动器和重复频率脉冲功率技术方面的研究基础,提出了混合模式直线变压驱动器概念设计思想,分析了主要的技术难点,明确了相应的关键技术攻关方向,同时对Z箍缩驱动器的总体发展计划提出了建议。

建立了包括脉冲电源模块和电磁轨道炮的全电路模型，实现了从电源放电至电磁轨道炮发射过程的全电路模拟。根据电源放电与洛伦兹力加速的耦合方程组，在电路模型内将电源的基本单元封装成子电路模块、弹丸受力运动模型转化为电路解耦模块，建立了针对24个基本单元组成的电源网络驱动串联型双轨增强电磁轨道炮的电路模型。将模拟结果与实验结果进行对比，电流模拟结果偏差2.6%，电枢出膛速度模拟结果偏差9.8%，模拟与实验结果基本一致，验证了模型方程和模拟方法的可靠性和合理性。

介绍了用于Z箍缩驱动器的快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)原型模块设计和初步实验结果。该模块采用32个子块并联，每个子块由两台100 kV/100 nF脉冲电容器和一只200 kV多间隙气体开关串联组成。32只开关由4路高压脉冲分别触发。模块直径为2.9 m，厚度约27 cm。电路模拟结果表明，在±90 kV充电电压下，输出电流幅值为1.0 MA，电流上升时间(10%～90%)约118.6 ns。初步实验结果表明，在约90 mΩ近似匹配电阻负载上获得的电流为995 kA，上升时间(10%～90%)为120.8 ns，脉冲宽度约335.2 ns。实验结果与电路模拟结果较为接近。