数字信号处理技术在现代束流诊断中有成熟的应用,特别是在束流位置检测器信号分析和工作点测量时有优越的性能.在合肥光源工作点测量中,采用高斯白噪声激励起束流横向振荡,再利用Libera数字束流位置处理器采集激励后的束流位置信号,并进行幅度解调得到束流横向振荡频率,再利用Matlab进行快速傅里叶分析处理,得到工作点的小数部分,从而实现工作点测量.在合肥光源上进行实验,测量得到其水平工作点是3.535 2,垂直工作点是2.629 9.

为了使RF离子源具有良好的引出特性,测试了吸极几何参数、振荡器板压和引出电压对离子源聚焦度的影响,对实验结果进行了分析.在其它参数不变的情况下,吸极的外径D与内径d之比存在最佳值,增加D/d,有利于过聚焦的离子束恢复聚焦状态.吸极的长度为L,石英套管比吸极长l.当l/D增大时,聚焦度上升,引出束流下降.L/d之比减小时,聚焦度增大.当L/d小于4时,聚焦度增加趋势变缓.综合考虑聚焦度、引出束流和气压,D/d,l/D,L/d适宜的选择范围分别为1.6～2.1,0.7～1.1,4～7.增加振荡器功率会使离子束呈弱聚焦,而增加引出电压会使离子束呈过聚焦.振荡器功率和引出电压都存在最佳值.

介绍了主要用于实现合肥光源单束团运行模式的高频剔除(RFKO)系统.该系统完全基于仪器设备(分频器、波形发生器、宽带放大器和具有I/Q调制功能的矢量信号发生器),无任何专门设计的电子线路.高频剔除的原理是激励粒子横向振荡而丢失.激励信号产生的过程是:将取自储存环高频系统的信号进行分频,得到束团同步信号;用束团同步信号触发波形发生器,生成窄脉冲;该窄脉冲调制信号发生器,输出高频剔除信号,放大后加在条带电极上,进行束团剔除.目前获得了18 mA的单束团最高流强.改变分频数和脉冲长度,可得到其它一些周期性填充模式,其中3串6束团以及非均匀填充模式得到了实验验证.

散射问题是高能辐射成像研究中的一个重要问题,采用蒙特卡罗模拟来确定散射对提取客体信息的影响是一种重要的研究手段.简单介绍了FXRMC和MCNP4B程序的特点及其记录方式;在确保相同输入参数的条件下,针对不同的照相模型进行了对比计算.结果表明两个程序计算的散射照射量相对差别小于5%,说明这两个程序具有较高的符合程度.通过与实验结果的比较发现,这两个程序模拟的散射分布与实验结果基本一致,均可用于高能闪光照相的模拟研究.还给出了在散射检验方面的一些建议.

基于金属材料的加热蒸发机制,在钽舟的基础上设计了一套结构简易的中性原子源.该原子源的源仓和加热体均采用金属毛细管形式,保证了原子源具有耗能小、加热温度高的特点;提供的中性原子流具有发散度小、密度大、稳定性好的优点.采用加热蒸发铥样品的方法对其性能做了详细的检验,结果它在低耗能的情况下,温度能够顺利升高到2 600 K;可以连续8 h提供强度为8.5×1016/s的中性Tm原子流,且束流的稳定性好于±5%.充分证实了该套原子源应用于电子、离子和光子与中性原子流交叉碰撞实验的可靠性.

采用磁控溅射法制备金团簇纳米颗粒,用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光分光光度计(UV-Vis)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对其表征,研究了金团簇纳米颗粒的形貌、颗粒度、结构、光吸收性质及物质成份.研究结果表明:制备的金团簇纳米颗粒呈球形,平均粒径在10 nm左右,粒径分布均匀,无团聚、氧化现象,颗粒的结构为面心立方.在519 nm处出现团簇颗粒的表面等离子共振吸收峰,测试得到Au(4f7/2)和Au(4f5/2)电子的结合能分别为83.3 eV和86.9 eV,并且没有出现金的氧化产物.

利用超声波乳化技术,结合溶胶-凝胶反应制备了间苯二酚-甲醛有机气凝胶粉末和碳化气凝胶粉末.通过大量实验,探讨了制备条件对气凝胶粉末粒径的影响.在粉末干燥前以Zeta电位-粒径分布测试仪对乙醇悬浊液进行分析测试,对有机粉末和碳化粉末用TEM方法进行表征.研究了反应液质量分数、反应温度和时间以及分散剂与反应液体积比对产物粒径的影响.实验表明:制备条件对于制备纳米级的气凝胶粉末影响非常大,通过优化实验条件可以制备出分布较好的气凝胶粉末,超声功率较大容易实现体系均匀混合,反应液在反应过程中温度和时间的控制起着关键的作用,低质量分数的反应液所生成的产物比高质量分数的粒径要小,经碳化后粉末粒径进一步降低.

实验研究了尖-板电极中,不同重复频率(10,100,500,1 000 Hz)、不同间隙(0.5,1 cm),不同气压(0.1～0.4 MPa)等条件下空气的绝缘特性.得到了击穿时延、重复频率耐受时间、施加脉冲个数等与施加电压、重复频率的关系.研究发现:在该实验条件下击穿时延随着场强与气压的比值减小而增加,但重频耐受时间和脉冲击穿个数并没有明显变化;随着重复频率的提高,击穿时延和重频耐受时间会减小,但脉冲击穿个数可能会增加;且重复频率条件下击穿的极性效应不明显;重复施加的脉冲产生大量的亚稳态粒子和残余电荷影响放电的发展过程;负离子的脱负或正离子碰撞阴极的过程,及亚稳态粒子的去激励作用给击穿提供了有效初始电子.

由于引燃管难以满足现在能源系统对放电开关承受大电流的要求,因此研制了大电荷转移量两电极气体开关.这种新型气体开关电极间距可调,无触发极,采用同轴结构,并将主电极置于金属腔体内,减少了放电对绝缘支撑的污染.主电极为铜钨合金材料,设计为平顶圆柱状,以提高烧蚀均匀度和热传导效率,减少电极材料喷溅,延长其寿命.绝缘支撑采用碗状结构,提高了机械强度,增加了沿面击穿距离.该开关工作电压达25 kV,放电电流超过100 kA(脉冲宽度600 μs),单次脉冲电荷转移量达50 C.实验结果显示该气体开关触发性能稳定,电极表面烧蚀均匀,多次大电流实验后电极表面保持完好,可应用于强激光能源系统.

单个子源的稳定度指标是多源相干合成技术的关键.文章首先对脉冲源稳定度指标进行了定义,并指出全固态纳秒脉冲源具有较高的稳定度指标,在相干合成中具有潜在优势.对脉冲时基抖动、波形抖动机理进行了深入分析,给出了高稳定度子源设计的关键技术途径,采用过触发、欠容量等具体改善方案,有效提高了子源的时基稳定度和波形稳定度,单个子源脉宽抖动小于等于1%,峰值抖动小于等于1%,单次短时抖动小于等于20 ps,长时漂移小于等于100 ps/min.最终成功实现了256单元的16×16路电路-空间综合合成,研制出30 MW全固态高稳定度多路相干合成纳秒脉冲源,脉冲源16路输出端口最大时基离散度小于30 ps,合成峰值电压抖动小于1%,合成峰值电压效率可达到90%～95%.

设计了一种用于长脉冲功率源研究的Blumlein型螺旋脉冲形成线.该形成线主要是将铜带绕在绝缘衬筒上形成螺旋形结构,以蓖麻油为介质,匝数为3.5匝每m,充电时间为1 μs,负载为电子束二极管.给出了形成线参数的理论计算公式以及实验研究结果.在300 kV脉冲功率源上得到的脉冲延迟为200 ns,特征阻抗约100 Ω,形成的脉冲半高宽为180 ns,前沿15 ns,平顶宽度150 ns.实验证明该螺旋脉冲形成线结构能够有效地延长形成脉冲的宽度.最后分析了开关电感、充电时间以及螺旋形结构对形成线输出脉冲前沿及平顶畸变的影响.结果表明:较小的主开关电感是形成较陡的脉冲前沿的关键,获得好的脉冲波形应选择适当的充电周期,螺旋形结构容易导致色散产生,需要选取适当的螺旋角.

介绍了采用外差式记录系统和相位跟踪方法建立的高灵敏度(0.2°)迈克尔逊激光干涉系统对Z-pinch喷气负载质量线密度的测量.通过采用充气隔振光学平台和将干涉仪放置到喷气真空室内等隔振方法,有效地消除了机械振动对测量结果的影响,获得了拉瓦尔喷嘴产生的超音速Ar气喷气负载平均质量线密度随时间的变化曲线,为优化喷嘴理论设计程序提供了实验依据.气流稳态的建立时间可以用于精确控制喷气装置电磁阀门的打开时刻,保证喷气Z-pinch 实验中脉冲功率装置提供的脉冲电流与喷气负载平顶之间的时间同步.

设计了液体介质快脉冲击穿试验装置和电压电流测量系统,研究了重复频率、电极形状及电极间距与介质击穿场强、击穿电压和击穿时延等击穿特性参数的关系,比较了变压器油、十二烷基苯、蓖麻油三种典型液体绝缘介质在直流及快脉冲电压作用下的绝缘性能.结果表明:短脉冲持续时间下液体绝缘材料有异常高的击穿场强;重复脉冲串作用下的击穿场强比单个脉冲下明显减小,重复频率2 kHz时击穿场强减小了约30%;电极头半径大小对击穿也有影响,半径R＝5 mm时,击穿电压最高;击穿时延随击穿场强减小而变长,在其他条件相同的情况下,测得击穿时延随机波动;蓖麻油的快脉冲电压绝缘性能最好,变压器油次之.

考虑固体热容激光器对工作介质的要求,对比分析了掺钕的玻璃、YAG和GGG的多种材料性能.并对三者在激光工作周期内的瞬态温度场及热应力进行了数值模拟.结果表明:在给定的边界及工作条件下,当钕玻璃激光器以热容方式工作,时间为5 s时,介质最高升温超过400 K,最大热致应力为25 MPa,接近其断裂极限的50%.在此条件下进行冷却,当水温为283 K时,需经过约120 s才基本恢复到初始工作状态.而Nd:YAG和Nd:GGG两种介质在相同输入工作条件下,工作时间可达10 s,且温度分布相对平坦,温差和热应力较小,经水冷约30 s可恢复到初始状态.但模拟计算中,发现Nd:YAG在冷却阶段的最大应力达77 MPa,已超过断裂阈值下限值的50%.兼顾冷却时间、材料所能承受的应力及晶体生长尺寸,以及实现100 kW的平均功率输出等因素,Nd:GGG晶体是目前三者中比较适合于作为高平均功率、重复率热容方式工作的激光材料.

数值分析了掺镱单模光纤放大器的最佳增益光纤长度,并在实验上对掺镱单模光纤放大器和光栅对压缩器进行了研究.以最大平均输出功率为7 mW、重复频率为25.4 MHz、脉宽为56 ps的被动锁模环形腔掺镱光纤激光器作为种子脉冲,用250 mW的976 nm单模半导体激光器分别泵浦3种不同长度的掺镱单模光纤,对种子光进行放大,并用光栅对压缩器对放大后的脉冲在不同光栅距离上进行了压缩实验研究.当掺镱单模光纤长度为1.2 m时得到了较好的放大效果,种子脉冲被放大到140 mW,相应的增益为13 dB,放大后的单脉冲能量为5.5 nJ.在光栅距离为14.1 cm时获得了最短440 fs的脉冲,压缩后的功率为43 mW,相应的峰值功率为3.8 kW.

基于修正Rytov理论,导出了适用于强湍流区的无限平面波和球面波的到达角起伏方差表达式及其功率谱表达式,分析了散射盘对到达角起伏的影响.研究结果表明:导出的方差表达式在弱湍流区也适用,随着Rytov方差的增加到达角起伏趋于饱和;高频功率谱的下降速度随着散射盘尺度的增加而增加.

通过超声波降解法制备了多壁碳纳米管的水-表面活性剂悬浮液,测量了其对于1 064 nm,脉宽10 ns Nd:YAG调Q脉冲激光的光限幅曲线.实验发现:入射激光能量密度较低时,出射能量密度随入射能量密度的增加而线性增加;当入射能量密度为160 mJ/cm2时,出射能量不再线性增加并且逐渐趋近于光限幅器的嵌位输出值,约16 mJ,同时,对激光的透过率从71%下降到15%.通过Z扫描和探针光实验以及45°散射角下散射能量、散射率随入射激光能量变化曲线的测量,对碳纳米管悬浮液的光限幅机理进行了研究.结果表明:其限幅机理可能源于碳纳米管吸收激光能量后升华产生的膨胀的碳气泡对入射激光产生的非线性散射;另外,非线性折射对光限幅效果也有一定的作用.

利用激光诱导等离子体开关技术,在1 064 nm的Nd:YAG固体激光器上获得了脉宽4.4～6.4 ns的短脉冲激光输出.激光电离空气产生的等离子体开关控制脉冲宽度时,聚焦透镜焦距越短,压缩后的脉宽越窄,但激光能量损耗越大.压缩后的激光脉宽与激光能量近似成双曲线关系.在控制脉宽光路的焦点处放置带孔的Cu薄片可抑制等离子体的扩散,得到了脉宽最短可达4.4 ns的激光输出.

建立了含相位扰动的1维流场3维物理光学负载光腔模型.选用折叠非稳腔,模拟计算了斜激波中心距光轴不同距离时以及不同强度的斜激波对腔内光场相位分布和输出功率的影响.研究表明激光输出光束质量与腔内激波的分布位置和激波的强度有密切关系,应该避免激波中心近光轴时的强扰动效应引起的光束质量退变.实验装置的计算结果再现了实验现象.

考虑到材料的质量热容、热导率、驰豫时间等热力学参数随温度非线性变化因素的影响,利用具有人工粘性的、自适应时间步长的前向差分算法,数值求解了电子-晶格双温双曲两步热传导模型,讨论了厚度为50 nm的金膜在0.1 ps脉冲激光辐照下的温升规律.数值结果表明:薄膜前表面自由电子的温度在大约0.27 ps时达到最大值,不同厚度上自由电子达到温度平衡所需的时间大约为1.6 ps,而薄膜温度在整个厚度上达到平衡所需时间为60 ps左右.由电子温度及其温度梯度引起的热电子崩力很可能是造成材料破坏的一个主要因素.

为优化设计软X射线聚束透镜,使之与软X射线源配合能最大限度地获得高强度软X射线束,在北京同步辐射装置软X光站3W1B束线上,对不同能量软X射线(50～1 500 eV)在不同规格毛细管光导纤维中的传输特性进行研究.研究结果表明:玻璃毛细管对软X光有较高的传输效率,毛细管内径越小,曲率越小,光子能量越小,则传输效率越大;使用含硼(B)量高的DM308型号玻璃材料拉制成内直径为0.45 mm﹑外直径为0.6 mm的毛细管组成的软X光聚束透镜有较高的传输效率,该规格毛细管可以将能量为250 eV的X射线传播方向改变26°后,其出射能量是入射能量的12%;使用由该规格毛细管设计的软X射线聚束透镜同软X射线点光源组合,收光角可以达到30°,透镜焦点处的功率密度是不使用透镜时的104倍.

对激光辐照功率密度高于探测器饱和阈值而低于其破坏阈值(中等功率的激光)时光伏型光电探测器的软损伤进行了理论研究,提出了一种新机制.当激光辐照功率密度超过探测器的饱和阈值以后,载流子的带间跃迁达到深度饱和,在半导体内产生热载流子且热载流子的温度高于晶格的温度,从而导致了光伏型光电探测器的电压输出信号随着辐照光功率密度的增加而下降直到零压输出的现象.对激光辐照下光伏型HgCdTe探测器的输出信号进行了模拟计算,结果表明,辐照光功率密度处于一定范围内探测器的输出信号随着辐照光功率密度的增加而逐步下降,甚至接近于零,与实验结果相符合.

利用位置敏感型光电倍增管(PSPMT),设计了测量聚焦光束漂移的实验装置.该装置在80 mm的有效探测面内实现了2维位置信号的直接探测,空间分辨率可达1 mm,明显优于四象限探测器和阵列探测器,最高采样频率可达80 kHz,且动态范围很大,优于一般的成像器件.在近海岸海面上5 m处的大气边界层中进行了距离为1 000 m的聚焦激光传输实验.测量结果表明:聚焦光斑的质心漂移具有各向异性,水平方向光斑漂移幅度一般介于5.61 mm和14.83 mm之间,垂直方向光斑漂移幅度介于3.54 mm和7.3 mm之间,两者之比的平均值为1.69;水平方向和垂直方向的光斑漂移功率谱密度(PSD)在低频段也存在差异,垂直方向光斑漂移的PSD比水平方向光斑漂移的PSD下降速率更快.

利用光学金相显微镜对TEA-CO2脉冲强激光辐照的Hg0.8Cd0.2Te晶片表面进行了观察.在单脉冲能量为37.5 J,能量密度为937.5 J/cm2的强激光辐照下,晶片表面呈现出熔融迹象和大量的微裂纹,微裂纹密度从激光辐照区中心向外逐渐减少,裂纹沿晶体的(111)面扩展.随着脉冲连续作用次数的增加,晶片表面熔融更加剧烈,裂纹数目、裂纹深度和宽度都有所增加.分析认为:HgCdTe晶片的破坏与激光辐照能量、脉冲连续作用次数、激光场强分布、激光热应力、激光支持的燃烧波和物质的蒸发波等冲击波有关.

用拉盖尔-高斯截断级数模拟了任意半径的圆孔硬边光阑窗口函数,并应用于研究高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束通过硬边光阑的衍射.对高斯光束和零阶贝塞尔-高斯光束的轴向和横向光强分布的计算结果表明:当积分面不是很靠近光阑时,用参数最佳化选取的拉盖尔-高斯截断级数法与用直接数值积分所得结果符合很好.

在均匀液滴氧发生器的研究过程中,液滴的形成是关键技术.利用压电换能器对液流施加扰动,初始扰动沿液流表面呈指数增长,直到将液流夹断生成液滴.通过理论分析,发现在影响液流表面增长率的诸多参数中,碱性过氧化氢溶液(BHP)表面张力的增加和液体分配板板孔直径的减小能够增大扰动增长率,其他参数的改变对增长率的影响非常小.通过分析还发现,BHP液体的喷射流速不同,要取得最大增长率的外界扰动频率也随之变化,外界施加扰动的频率随液流喷射流速的增大而增大.这些结果为均匀液滴氧发生器的实验研究提供有力的参考依据.

报道了神光Ⅱ激光聚变实验中内爆燃料靶丸区电子温度、电子密度以及燃料面密度的X光诊断结果.在电子温度诊断中,采用X射线光谱学方法,根据聚变靶丸燃料区的Ar示踪元素的Ly-β线与He-β线的强度比推断出靶丸燃料区电子温度为(950±100) eV;在电子密度诊断中,利用靶丸燃料区Ar元素的He-β线Stark展宽确定聚变靶丸芯部的电子密度为(0.9±0.2)×1024 cm-3;在燃料区面密度诊断中,利用X光单能照相技术获得了内爆靶丸的燃料面密度为(3.2±0.5) mg/cm2.

光学透过性能对信号微弱的激光汤姆逊散射测量系统极为重要.主要讨论了HT-7 Nd:YAG激光汤姆逊散射系统光学设计中消除杂散光和提高散射信号传输效率的方法,并对系统的光学性能进行了模拟计算.模拟结果显示,干涉滤光片分光谱仪的光学透过性能随电子温度的升高而增强,等离子体电子温度为1 keV时其透过率可达到10%;汤姆逊散射信号非常微弱,等离子体电子密度为1×1019/m3时每道信号仅有几百到上千个光子;等离子体电子温度在0.3～5.0 keV范围内时,光子量子统计涨落引起的电子温度测量误差在3%以下.

以间苯三酚(P)和甲醛(F)为原料,经溶胶-凝胶、溶剂交换、超临界干燥和碳化等过程制备出了间苯三酚-甲醛气凝胶(PF)及其碳气凝胶(CPF).测试结果表明气凝胶具有比较高的比表面积、是一种连续nm级3维网络结构的多孔材料;碳化后密度和平均孔径增大,比表面积基本无变化,且仍然维持气凝胶的网络结构.催化剂摩尔比决定气凝胶的微观结构,反应物质量分数控制着气凝胶密度.通过优化制备条件,可以制备出能满足惯性约束聚变(ICF)靶需要的不同结构和不同密度的气凝胶.

利用直流磁控溅射方法制备了质量厚度为200 μg·cm-2,直径为20 mm的自支撑金属Zr滤光膜.用同步辐射光源和紫外可见分光光度计分别测量了滤光膜在软X射线和可见光波段的透射率,用俄歇电子能谱(AES)分析了膜中的元素含量.结果表明:Zr膜在13.9 nm波长的透射率达19%, 对可见光的抑制性能达43 dB.杂质、膜层氧化及表面污染是影响滤光膜软X射线光谱透射率的主要因素.

以空心玻璃微球为研究对象,利用高压充气系统充气,测量了不同条件下玻璃微球对氘气在室温条件下的气体渗透系数.研究结果表明:微球的壁厚对气体渗透系数影响较大,2 μm以上厚壁球的气体渗透系数约5.0×10-22 mol·m-1·s-1·Pa-1,而壁厚小于1 μm时,渗透系数约1.56×10-20 mol·m-1·s-1·Pa-1,两者相差30倍.预充气挑选工艺对微球的气体渗透系数也产生一定影响,对于薄壁空心玻璃微球一次充放气气体渗透系数增加约50%,两次充放气则增大一倍左右.对上述影响因素进行了初步的探讨,气体渗透系数改变的主要原因是玻璃微球表面的结构裂纹、空位和缺陷.

采用直流磁控溅射方法制备了纯Ti膜,研究了不同功率下Ti膜的沉积速率、表面形貌及晶型结构,并对其应力进行了研究.研究表明:薄膜的沉积速率随溅射功率的增加而增加,当溅射功率为20 W时,原子力显微镜(AFM)图像显示Ti膜光洁、致密,均方根粗糙度最小可达0.9 nm.X射线衍射(XRD)分析表明薄膜的晶体结构为六方晶型,Ti膜应力先随溅射功率增大而增大,在60 W时达到最大值(为945.1 MPa),之后随溅射功率的增大有所减小.

使用3维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用行为.使用完整的仿真模型完成了S波段连续波管型的设计,达到如下设计指标:工作频率2.0～2.3 GHz,输出功率4.3 kW,频带内增益波动±0.7 dB.提出了使用大介电常数微扰介质棒减小耦合阻抗计算误差的方法,研究了行波管的冷腔特性,给出了色散、耦合阻抗等参数.

采用锆泵作为吸气泵,设计出静态保真空模拟实验装置.在该实验装置上进行了保真空可行性实验,装置在经过10 d的保真空后,真空度为1.4×10-3 Pa .在模拟保真空实验成功实现的基础上,用常规微波管技术设计加工了"硬管"器件,并进行保真空实验,静态下真空度经过15 d仍能维持在2×10-2 Pa.该器件在峰值电压为330 kV的条件下,输出微波功率达到650 MW,脉宽为40 ns,主频为3.68 GHz,性能比普通器件有很大改善,微波脉宽更宽,频谱更单一,而且稳定性很高.

自主研制了一套小型脉冲电场屏蔽效能测试系统,该系统由脉冲电场发射设备和脉冲电场测试设备构成.脉冲电场发射设备的天线口面前60 cm处可产生峰值达7.5 kV/m的脉冲电场,测试设备的动态测试范围达97 dB.系统采用光纤测量设备,在测量工作中能有效抑制强电磁场干扰.采用Matlab编写自动测量及数据处理程序,实现了数据采集与处理自动化.实验测量了金属桥架、控制柜、屏蔽帐篷、导电水泥混凝土房的脉冲电场屏蔽效能,其脉冲电场峰值衰减量分别为52,64,66,30 dB.实验表明可用脉冲电场的峰值衰减量来评估屏蔽体的脉冲电场屏蔽效能.

采用矩量法并结合快速多极子方法,对电磁脉冲模拟器内部场波形进行了数值计算,寻找过渡段结构与电磁脉冲波形等的关系,从理论上对模拟器前后过渡段的锥角进行了优化.结果表明:存在前后过渡段的结构都会激起场强沿传播方向的分量;前过渡段主要对工作区域场波形的上升沿产生影响,当前锥角减小时,场波形的上升时间先减小再缓慢增加;后过渡段主要对场波形的衰减部分产生影响,使场波形的衰减部分随着后锥角的增大而产生严重畸变.最终优化设计的电磁脉冲模拟器前过渡段的锥角为15°,后过渡段的锥角为20°,其仿真得到的波形较光滑,没有出现振荡及明显的畸变.

结合蒙特卡洛方法和时域有限差分(FDTD)方法,计算了电缆受脉冲X射线辐照时介质层内的运流电流密度,并以此为麦克斯韦方程的源,计算得到了电缆两端接匹配负载时的芯线响应电流.该方法综合考虑了电缆芯线、介质层和屏蔽层的沉积电荷对芯线响应电流的影响.计算结果表明:芯线响应电流大小与电缆受辐照长度成正比,电流由辐照中心向两边流走;源区越靠近中心位置,电流幅度越小,源的中心位置处,电流为零,源区存在静电场;源区外,电流大小相等,方向相反.最后,利用有限差分法计算得到的电场强度反推出了芯线电荷数,与蒙特卡洛方法计算的结果相比,FDTD方法计算的要低20%,该误差可能由将3维问题近似为1维问题所引起.

根据螺旋波纹波导的传输耦合方程,取输入模式为TE11,由螺旋波纹波导模式耦合规则得到输出模式为TE21,由此给出耦合方程的具体形式.用"迭代法"简化耦合方程,并进行数值分析,得到了波导波纹周期对传输特性的影响;利用简化后耦合方程解的解析式计算了螺旋波纹波导工作模式中各场幅值的比例关系.计算结果表明:在工作频段内螺旋波纹波导中场结构是一种混合模,以TE21模为主,其群速基本接近常数,可以和电子注在很宽的频带内产生互作用,为注波互作用的计算提供了依据.

介绍了S波段强流长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的高频系统设计、长脉冲强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究结果.重点阐述了长脉冲IREB调制和输出微波中的自激振荡问题.通过采用高阶工作模式以及参差模式设置的谐振腔、提高系统安装的同心度和调节电子束参数等措施,使自激振荡得到了抑制.采用550 kV,4 kA及210 ns的环行电子束,经过优化调节RKA参数,使强流调制电子束流脉宽由50 ns增加到150 ns,同时得到了3.2 kA的基波调制电流.从该RKA得到了峰值功率580 MW、脉宽140 ns的输出微波,束波转换效率26%,增益34 dB.

在无限大磁场情况下对等离子体填充圆柱波导中双电子注的相互作用进行了理论分析,得出行列式形式的色散方程.针对不同参数对色散方程进行数值计算,发现当两根电子注之间存在速度差时,通过快慢空间电荷波的相互作用,两电子注引起的双流不稳定性可以产生契伦柯夫辐射;当等离子体频率超过双注相互作用的频率范围后,可以大大加强和改善等离子体、两电子注三者之间的相互作用.

介绍了一种高工作电压、高重复频率的多通道气体开关的工作原理、设计方法及在SINUS-700加速器上开展的实验情况.初步结果表明,开关实现了工作电压1.15 MV、峰值电流约14.4 kA、重复频率100 Hz、工作范围64.5%的最大稳定运行参数,并实现了多通道放电.