强激光与粒子束
2023, 35(3): 034002
1 江苏大学 材料科学与工程学院 镇江 212016
2 盐城工学院 材料科学与工程学院 盐城 224600
Cu-W复合材料由于兼具铜的导热性与导电性以及钨的高强度与高温性能而被广泛应用于电力、电子、塑性成形等众多领域。本研究利用电子束快速凝固的特点，提高Cu-W互不相溶合金体系的固溶度，以改善材料性能。采用粉末冶金法制备Cu-W复合材料，并利用强流脉冲电子束（High Current Pulsed Electron Beam，HCPEB）技术对其进行表面改性，研究不同处理工艺参数对样品固溶度和表面硬度的影响。结果表明：在球磨过程中形成了Cu（W）固溶体，球磨5 h时粉末固溶度的提升最为明显。差示扫描量热分析仪（Differential Scanning Calorimeter，DSC）表明，固溶体在烧结的加热过程中会发生脱溶反应。利用强流脉冲电子束对烧结试样表面进行辐照处理，结果表明：HCPEB辐照可有效提高Cu-W互不固溶合金体系的固溶度，致使辐照表面形成Cu（W）过饱和固溶体合金化层。W在Cu基体中的固溶度随辐照次数而增加，10次辐照后Cu（W）固溶体中溶质元素（W）的重量百分比达到了1.63%；辐照表面的硬度随着固溶度的增加而显著增加，固溶强化和弥散强化效应是辐照表面性能改善的根本原因。
强流脉冲电子束 Cu-W 球磨 微观组织 固溶度 High-current pulsed electron beam (HCPEB) Cu-W Ball mill Microstructure Solid solubility
1 中国工程物理研究院 研究生院, 北京 100088
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 西北核技术研究所, 高功率微波技术重点实验室, 西安 710024
相位特性是目前制约多注相对论速调管放大器进一步拓展应用的关键参数之一, 为了有效提高器件输出微波相位的稳定性, 利用一维非线性理论对X波段强流多注速调管放大器开展了理论研究, 得到由强流脉冲特性引起的腔体杂频以及电子束运动速度变化率是造成输出微波相位波动的部分主要原因, 同时基于18注实心电子束构成的X波段多注相对论速调管放大器开展了强流脉冲特性对输出微波频率和相位影响的数值计算, 最后利用粒子模拟手段对理论结果进行验证。理论和模拟结果一致表明: 强流脉冲的前沿和波动都将导致器件内实际工作频率的偏移, 并引起相位波动; 在脉冲前沿段, 脉冲前沿长度越短, 器件内实际工作频率偏移越大, 相位波动幅度越大; 在脉冲平顶段, 脉冲波动导致的频率偏移与电压变化率相关, 与电压的幅值无关, 而脉冲电压波动导致的输出微波相位波动由电压变化率及其变化幅度两者共同决定。
相对论速调管放大器 多注速调管 相位特性 强流脉冲电子束 高功率微波 X波段 relativistic klystron amplifier multiple beam klystron phase characteristic intense pulse electron beams high power microwave X-band 强激光与粒子束
2017, 29(9): 093005
重庆理工大学 材料科学与工程学院, 重庆 400054
研究了不同脉冲次数强流脉冲电子束表面改性对CuFe10合金组织及性能的影响。强流脉冲电子束处理CuFe10合金的重熔表面出现了火山坑和直径为100 nm到1 μm的富铁球,表明了强流脉冲电子束处理CuFe10合金表面发生了液相分离。强流脉冲电子束脉冲轰击30次后,CuFe10合金表面的显微硬度与耐蚀性能均得到显著改善,主要是由于强流脉冲电子束轰击处理CuFe10合金表层引发的快速熔凝过程中表面发生了液相分离及晶粒细化的缘故。
CuFe10合金 强流脉冲电子束 液相分离 耐蚀性 CuFe10 alloy high current pulsed electron beam liquid phase separation corrosion resistance 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024105
1 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
2 西北核技术研究所, 西安 710024
对电子束能量沉积剖面的变化规律进行了解释, 给出了由能量损失函数和能量沉积效率函数之积表示的定性的能量沉积函数表达式。在此基础上, 给出了一种关于能量沉积剖面的电子束等效入射角计算方法, 分析了方法所带来的影响和适用的范围, 采用蒙特卡罗方法对等效结果进行了验证。证明该方法优于入射角的算术平均, 尤其在靶材浅层与混合束符合较好。
能量沉积剖面 强流脉冲电子束 入射角 energy deposition profile intense pulsed electron beam incident angles 强激光与粒子束
2015, 27(1): 014001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
在实验的基础上给出了束参数时间分辨测量系统的实验布局和特点，分析高压电磁干扰对直线感应加速器中时间分辨测量系统外触发性能的影响和变化规律; 进一步探讨系统高压电磁干扰后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况，主要通过采用光纤传输控制信号的措施，能很好地传输窄脉冲，信号延时抖动小于2 ns，达到了高速信号的可靠传输要求，采用嵌入式控制器既解决了抗电磁干扰的要求，也满足了束参数时间分辨测量系统的使用要求。
直线感应加速器 脉冲电子束 时间分辨测量 电磁干扰 信号外触发 linear induction accelerator pulsed electron beam time-resolved measurement electromagnetic disturbance signal external trigger 强激光与粒子束
2014, 26(4): 043201
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
电子束束参数是衡量各种加速器产生的电子束品质的重要参数,其测量技术的研究及测量工作是极其重要的一个方面。由于加速器研制水平的提高,尤其在调试阶段对束参数的测量要求也变得更高,体现在高的时间分辨能力和更好的空间分辨率、数据更高的动态范围及更加直观的可视性。针对束参数中最基本的参数如束斑测量、发射度测量、能量测量等技术,利用已研制的高性能设备,针对强流脉冲电子束的特点,基于多种主要原理研制了比较完整的、时间分辨能力高达2 ns、高灵敏度、高动态数据范围的电子束束参数光学测量及诊断系统,并编制了一套处理程序,达到了现场实时的数据处理水平,具有直观诊断的特点,为解决调试工作中诸多的问题提供翔实而准确的数据,成功地应用于多个加速器的调试。
直线感应加速器 脉冲电子束 束参数 时间分辨测量 高速分幅相机 linear induction accelerator pulsed electron beam beam parameter time-resolved measurement high speed framing camera 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2780
1 北京大学 物理学院， 北京 100871
2 五邑大学 应用物理与材料学院， 广东 江门 529020
3 中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
多脉冲强流电子束轰击轫致辐射靶，在靶面形成等离子体层,将对后续电子束脉冲的稳定性产生影响。从基本等离子理论出发，利用成熟的等离子体粒子模拟程序计算在不同等离子条件下电子束流的稳定性。模拟显示在无外场情况下，当等离子体与电子束的密度比小于1时，能量20 MeV、束流强度2.5 kA、焦斑1.5 mm的电子束出现腊肠不稳定性，但相对靶面焦点区而言，束流稳定；当密度比在1~100时，箍缩不稳定性能够改善电子束的聚焦；当密度比在100~1000时，扭曲不稳定性起主导作用，靶面焦点区电子束流仍然稳定；当密度比大于1000后，成丝不稳定性破坏束流，电子束无法在靶面聚焦。
不稳定性 箍缩 离化靶 多脉冲电子束 束靶相互作用 instability pinch ionized target multipulse electron beam beamtarget interaction
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
给出一台脉冲间隔100～1 000 ns、脉冲数2~5个、二极管电压3 MV、引出束流强度2.5 kA的猝发多脉冲电子束源的物理设计及初步调试结果。在设计中，采用感应叠加和阻抗匹配方案获得二极管高电压脉冲；试验中分别采用天鹅绒和大发射面储备式热阴极获得猝发多脉冲电子束。调试结果表明：采用大发射面热阴极可避免阴极等离子体产生，确保二极管在猝发多脉冲状态下稳定运行。初步调试获得大于2.7 MV猝发三脉冲二极管高压，并获得1.6 kA的三脉冲电子束流。
多脉冲电子束源 感应叠加器 天鹅绒阴极 热储备式阴极 multi-pulsed electron source inductive adder velvet cathode thermionic dispenser cathode
中国工程物理研究院 应用电子学研究所， 高功率微波技术重点实验室， 四川 绵阳 621900
利用新研制的紧凑型线性变压器驱动源(LTD)脉冲功率源二极管产生的电子束源，开展了S波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的初步实验研究。采用无箔空心阴极和0.9 T恒流源引导磁场从LTD二极管引出了电压600 kV、束流6 kA、脉宽150 ns的环形电子束，该电子束经过1个同轴输入腔和2个同轴调制腔的调制后，产生了幅度5 kA、脉宽110 ns的基波调制束流，采用该调制束流驱动同轴微波提取腔，辐射输出了峰值功率820 MW/110 ns的辐射微波，效率28％，增益36 dB。同时，开展了重复脉冲RKA和相位特性的实验研究，重复频率10 Hz运行时，辐射微波达到800 MW/100 ns，相位抖动小于 20°。
相对论速调管放大器 长脉冲电子束 高功率微波 相位特性 线性变压器驱动源 relativistic klystron amplifier phase characteristic long pulse electron beams high power microwave linear transformer driver
