以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标，开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析，指出同一个电子束轨迹分布，既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽，也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽，由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算，发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小，基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例，当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时，对比大尺寸靶，采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下，获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源，具有一定的应用价值。

磁约束等离子体中杂质(特别是高Z杂质)的存在将大大增强等离子体辐射功率损失, 破坏等离子体的约束性能。 杂质行为的定量研究首先要求对杂质测量的光谱诊断系统进行绝对强度标定, 获得灵敏度响应曲线。 介绍了EAST托卡马克上的快速极紫外光谱仪系统绝对强度的原位标定方法。 在波长范围20～150 内, 通过对比极紫外(EUV)波段连续轫致辐射强度的计算值和测量值得到光谱仪的绝对强度标定。 在此过程中, 首先由(523±1) nm范围内可见连续轫致辐射强度的绝对测量值计算出有效电荷数Zeff, 进而结合电子温度和密度分布计算EUV波段连续轫致辐射强度； EUV波段连续轫致辐射强度的测量值即为不同波长处探测器的连续本底计数扣除背景噪声计数值。 对于较长波段范围130～280 , 通过对比等离子体中类锂杂质离子(Fe23+, Cr21+, Ar15+)和类钠杂质离子(Mo31+, Fe15+)发出的共振谱线对(跃迁分别为1s22s 2S1/2—1s22p 2P1/2, 3/2及2p63s 2S1/2—2p63p 2P1/2, 3/2)强度比的理论和实验值进行相对强度标定。 其中共振谱线对强度比的理论值由辐射碰撞模型计算得到, 模型中处在各个能级的离子数主要由电子碰撞激发, 去激发以及辐射衰变三个过程决定。 两种方法相结合, 实现了光谱仪20～280 范围的绝对强度标定。 考虑轫致辐射、 电子温度及电子密度的测量误差, 绝对标定误差约为30%。 在绝对标定的基础上, 我们对杂质特征谱线强度进行绝对测量, 并将测量结果与杂质输运程序结合ADAS(Atomic Data and Analysis Structure)原子数据库计算得到的模拟值进行比较, 进而估算等离子体中的杂质浓度。

提出了一种基于射频直线加速器的多脉冲X光照相系统, 有望用于材料动态性能诊断等流体物理动力学研究。基于射频加速器的特点, 该套照相系统能够产生时间跨度10 μs以上、数个脉冲间隔可调、脉宽为几十至一百ns的脉冲电子束, 产生电子束束斑半高宽尺寸小于1 mm。通过蒙特卡罗模拟程序Geant4, 分析计算了特定的几何布局以及不同厚度及电子束束斑条件下, 电子束打靶后在靶中的能量沉积, 靶中的电子束散射对X光焦斑的影响, 以及1 m处的照射量, 探讨了这套X光照相系统的应用可行性。结果表明, 在30 MeV,400 nC电子束轰击厚度为1 mm的靶条件下, 1 m处照射量约为9.1 R, 靶厚在1~2 mm范围内并未引起X光焦斑的明显增大。较小横向尺寸的电子束会引起靶体局部升温严重, 将会制约脉冲数量; 采用旋转靶能够提升脉冲数量, 通过分析二维旋转靶的应力, 分析了靶材升温以及钽/钽合金屈服强度对脉冲间隔的限制作用。

加速器靶前正前方1 m处的照射量是衡量加速器光源辐射能力的重要物理参量。电子束轰击高原子序数靶产生的X射线空间分布具有很强的前冲性, 照射量空间分布与电子束的发射度密切相关。采用高斯函数对不同电子束发射度条件下入射电子的空间分布和角度分布进行建模。应用蒙特卡罗方法对电子束打靶的轫致辐射过程进行模拟, 分析电子束发射度对照射量的影响。同时还对整靶结构和叠靶结构下的轫致辐射光源照射量进行计算比较。结果表明, 电子束的发散角是影响轫致辐射光源照射量的主要因素。与采用整靶结构相比, 采用叠靶结构所获得的照射量空间分布基本一致, 在正前方小角度范围内(0~4°)的照射量有2%~3%的降低。

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。