插入件是上海光源重要组成设备之一, 其控制系统主要由高精度电机运动控制、位置反馈、校正线圈电源控制、前端轨道反馈及人机界面等部分组成。为实现以上功能并无缝接入上海光源EPICS控制系统, 设计了基于EPICS的插入件控制系统。在此基础上, 利用嵌入式EPICS技术将所有EPICS组件嵌入到一台嵌入式控制器中。嵌入式EPICS技术简化了系统结构, 方便用户操作和后期维护。经测试和在线运行, 该系统控制功能完整, 反馈控制实时性高, 束流的稳定性得到了提高, 为试验站稳定供光提供了保证。

中能传输线-2(MEBT2)在中国加速器驱动次临界系统(CADS)1.5 GeV加速器的前端具有非常重要的作用。介绍了MEBT2设计思路和束流动力学分析。MEBT2的设计和模拟均使用多粒子跟踪程序TraceWin完成。给出了可以完成束流传输和匹配的消色散MEBT2设计方案。模拟结果显示: 在经过此方案所设计的MEBT2后, 束流横向和纵向的发射度分别有5%和13%的增长, 在此系统可接受的发射度增长范围内。

研究了无磁化、无碰撞、各向同性相对论q-分布正负电子对等离子体横振荡色散关系, 通过理论推导得到与非广延参数q有关的色散方程。从该色散方程出发, 得到极端相对论情况下长波支和短波支下等离子体横振荡色散关系解析解, 为了得到完整的色散曲线, 对色散方程进行数值计算, 在极端相对论情况下数值结果与解析结果在长波支和短波支下完全吻合。研究发现相对论q-分布下色散关系与非广延参数q和温度有关, 当q→1时, 则渐进结果与经典统计下的一致。

为满足加速器束流诊断的特殊要求, 对束流面分布诊断方法进行了研究, 建立了一套基于荧光屏的离子束流面分布测量装置。采用Fen+(n=5~12)离子束流对测量装置进行了实验检验, 结果表明, 在几十至上百nA量级束流强度Fen+离子束的轰击下, 面分布图像产生了饱和现象。进一步的实验结果表明, 饱和现象是由荧光屏发光的光强过强造成的, 采用特别研制的具有光强衰减和滤波功能的成像光路可以解决光强饱和的问题。在低束流条件下, 面分布图像的灰度值与束流强度呈近似的线性关系, 对这种线性关系产生的原因进行了具体的分析。

为了实现工业CT切片图像内外轮廓的准确、快速判别, 提出了工业CT切片图像内外轮廓的自适应判别方法。该方法能根据轮廓的凸凹性特征自动选取相应的内外轮廓判别方法: 首先对单像素宽封闭轮廓的凸凹性进行判断, 然后对存在凹点的切片轮廓采用射线法进行内外轮廓判别, 不存在凹点的切片轮廓则采用坐标极值法进行判别。实验结果表明, 该方法提高了自动判别程度, 扩大了轮廓判别的适用范围, 提高了判别质量和效率。在面向快速原型制造的具有复杂内部结构的大批量内外轮廓判别时, 该方法具有优势。

通过对具有二维高斯型相位分布特征物体的X射线同轴相衬成像技术进行理论分析, 提出了一种基于图像信噪比的成像系统优化设计方法。采用数值模拟的方式分别对亚微焦点源、激光驱动微焦点源和同步辐射源三种X射线源下的成像系统进行了优化设计, 结果表明: 相对于最大化衬度的系统优化设计方法, 信噪比优化设计方法在较小降低衬度的前提下, 可以较好地改善图像信噪比并得到更为合理的成像距离。

针对基于传统核材料识别系统中特征值易受系统噪声影响且精确度不够的问题, 将高阶统计特征概念引入252Cf源驱动核系统特征提取和识别之中, 提出了一种基于互相关函数与高阶统计特征的252Cf源驱动核材料富集度识别方法。通过互相关运算及高阶统计分析, 得到核系统信息的三维特征图像, 并在此基础上开展了待测核材料(235U)的富集度实验研究与分析识别工作。实验研究结果表明, 该识别方法能够较好地降低背景辐射噪声与电子学系统噪声。与传统识别方法相比, 对于核部件富集度变化, 该算法的敏感性与鲁棒性均有大幅提高。

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。

位置敏感探测器(PSD)是基于半导体的横向光电效应的光电转换器件。根据横向光电效应的原理, 增强光生载流子的寿命可提高光生载流子的扩散长度, 从而实现横向光电效应的增强。利用缺陷和完整光子晶体设计了一维位置敏感探测器, 并用传输矩阵法计算了缺陷光子晶体的透射率和完整光子晶体的反射率。从所设计的位置敏感探测器对入射光的响应理论研究表明, 提高缺陷光子晶体的透射率和完整光子晶体的反射率可提高光生载流子的寿命, 从而实现增强位置敏感探测器的横向光电效应。

介绍了变阻抗线的工作原理, 给出了类Blumlein线结构变阻抗线的倍压特性, 变阻抗线能够实现能量的完全传输, 输出电压为输入电压的(n+1)/2倍; 以平板结构为例研究了变阻抗线中的阻抗偏差问题: 传输线实际阻抗较理论设计值偏大, 各级的偏差基本在20%以内; 通过电磁仿真研究了三级类Blumlein线结构变阻抗线中各级阻抗偏差对于倍压系数的影响, 在阻抗偏差范围内, 倍压系数随着阻抗的增大而减小, 倍压系数在1.9~2.1范围内, 给出倍压系数受各级阻抗偏差的影响规律; 设计了三级类Blumlein线结构平板传输线进行实验, 输出电压为3833 V, 与理论设计相符。

为实现强电磁脉冲防护和信号收发的兼容, 研究了一种基于能量选择机制的强电磁防护结构, 即能量选择表面。该防护表面利用半导体压控导电特性, 实现了强场辐照时防护表面由高阻态向低阻态的转变, 具有能量低通特性和超宽带特性。利用场路协同仿真方法, 分析了能量选择表面瞬态响应与PIN二极管阻抗特性、强电磁脉冲峰值场强及脉冲前沿的关系, 结果显示: 尖峰泄漏功率和响应时间与Ⅰ层厚度、强电磁脉冲峰值场强成正比, 与少数载流子寿命成反比变化。

通过对以电容器替代爆磁压缩发生器的系统等效电路进行理论分析, 对影响这种调制电路性能的关键问题及其解决方法进行了讨论。根据理论分析结果对调制电路进行了设计。在初步实验中, 当用于去除电爆炸丝上附加电压的撬断开关保持断开时, 变压器原边电流切断不彻底, 电容负载上充电电压峰值为-264 kV; 保持其他电路参数不变, 而使撬断开关在电爆炸断路开关断开过程中闭合时, 变压器原边电流切断彻底, 在相同负载上充电电压峰值为-374 kV。实验结果验证了理论分析结果, 并证明了采用这种调制电路能够实现爆磁压缩发生器与高阻抗负载匹配。

对触发开关和主开关产生电磁辐射的机理进行了详细的分析, 将气体开关导电通道等效为电偶极子, 理论分析了其辐射电磁波的空间分布, 以同轴电缆为实验对象, 研究了电磁辐射的干扰。实验测量了触发开关和主开关的电磁辐射信号, 结果表明, 运用偶极辐射等效可以很好地描述二者的辐射特性。在强流电子束加速器产生电磁辐射的时刻, 同轴电缆中感应出了一定强度的电流, 幅值达3 V, 已经足以对其他信号的准确测量产生影响。

针对直线脉冲变压器对低电感、低抖动气体开关的研制需要, 采用垂直布放的平板轨道电极, 组成具有通视结构的水平间隙, 设计了一种多间隙轨道式气体开关。利用Meek击穿判据计算了单间隙自击穿电压, 实测了4个单间隙的自击穿电压及其相对标准偏差, 并根据单间隙自击穿电压, 利用概率分析方法预测了多间隙开关自击穿电压, 计算值与实测结果一致。研究表明: 开关电感最大约109 nH, 自击穿电压相对标准偏差为1.5%, 在60 kV触发电压和48%~74%欠压比下, 开关抖动0.9~2.6 ns。与圆环形电极的多间隙气体开关相比, 多间隙轨道式气体开关自击穿电压更稳定, 也更容易触发。

设计了一台层叠Blumlein线型脉冲功率源。该脉冲源以平板型Blumlein线为储能器件, 使用4个GaAs光导开关作为脉冲形成开关, 通过4级Blumlein线层叠结构以获得更高输出电压。分别使用10 mm及3 mm间隙光导开关进行实验, 比较了PSpice电路仿真与实验结果。实验测试显示, 10 mm开关充电23.5 kV时上升沿较大, 可能的原因是偏置电场较低时开关导通时间较长。测试了不同工作电压下功率源的输出电压, 结果显示: 在10 mm间隙开关条件下, 充电23.5 kV时, 负载上得到了53 kV的高压脉冲输出; 3 mm开关充电13.9 kV时输出电压39.4 kV, 输出效率70%。实验结果表明, 随着工作场强的提高, 电压输出效率呈现先下降后上升最终趋于饱和的趋势。

为了减少混响室时域全波仿真的计算量, 首次对混响室时域响应的预测做出探索研究。以改良矩阵束方法为基础, 提出一种计算效率更高的矩阵束方法, 并验证了该方法的正确性与稳定性。用复指数幂求和式对混响室的时域波形进行拟合, 利用该方法能够高效求解出拟合式中的各极点, 实现了对混响室时域响应的近似外推。由电场强度的前20 000步计算结果, 可快速预测得到后20 000步响应, 发现束参数比例取0.62左右时, 对多个采样点的电场均可得到良好的预测效果, 可保证仿真与预测相结合得到的结果与真实结果的频域相对误差小于15%。这种结合预测的仿真算法可节省计算量约50%。

首次提出了一种基于非临界相位匹配KTA光参量振荡的新型2 μm脉冲激光技术。采用激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YVO4晶体实现1.3 μm振荡, 腔内泵浦非临界相位匹配切割的KTA晶体, 初步实现了超过1 W的2.1 μm波段激光输出, 光光转化效率10%, 脉宽3.4 ns (30 kHz)。相对于其他方式获得的2 μm波段激光, 具有脉宽窄、峰值高、谱线纯等优点, 是一种获得2 μm波段激光的有效新途径。

进行了强激光作用铝靶实验, 采用纹影照相法, 观察爆轰波流场演化过程, 分析了爆轰波衰减规律。根据冲击波运动的自相似性, 采用点爆炸模型描述了激光作用下爆轰波流场的演化, 计算了波阵面速度、压力和温度。结果显示: 爆轰波阵面沿迎着激光光源方向较快传播, 波阵面形状由最初的半椭球形逐渐向半球形转变, 在演化过程中扰动区结构复杂, 存在多个密度间断层。在爆轰波开始传播阶段, 波阵面的压力和温度较高但下降很快。

利用强飞秒激光在大气中产生等离子体通道内带电粒子的动力学模型, 综合考虑二体吸附、三体吸附、离解和复合等因素, 分析后续激光退吸附作用对等离子体通道寿命的影响, 给出有效延长通道寿命的后续激光控制参量。计算表明, 选择不同的激光注入形式和注入时间, 对通道寿命的延长有着不同的效果, 适当优化的激光可以延长通道寿命达25 μs以上。

分析了三种不同频谱宽度的光源(激光、绿光LED和白光LED)产生无衍射贝塞尔(Bessel)光束亮暗环的梯度。分别模拟得到在不同位置的光强截面图, 并计算各亮暗环的光强值, 引入对比度的计算公式, 计算了三种不同频谱宽度的光源产生贝塞尔光束亮暗环的对比度, 可以得到频谱宽度越宽的光源产生的贝塞尔光束亮暗环之间的对比度降低, 亮暗环强度梯度下降, 从而导致囚禁粒子的能力降低。根据三种光源的特性设计了实验装置, 并在与理论模拟相应的位置分别拍摄了三种不同频谱宽度光源产生的无衍射光斑图。对实验中拍摄到的光斑图进行对比度计算, 可以得知频谱宽度越宽的光源产生的无衍射光束, 其截面光斑亮暗环的对比度降低, 亮暗环强度梯度降低, 囚禁粒子能力下降, 理论和实验相吻合。

二极管激光器阵列端泵浦Nd:YAG板条具有热效应低、波前畸变小的特点, 温度场和应力场的不均匀是引起板条增益介质波前畸变的主要原因。对端泵浦传导冷却Nd:YAG板条增益模块的泵浦和冷却均匀性进行了优化设计, 获得了板条激光增益模块静态波前畸变最大偏差(PV)值为0.22 μm。该模块用于双通放大器实验装置中, 测试了板条增益模块有无注入功率条件下的波前畸变, 测得无注入功率波前畸变PV值为3.49 μm, 能量提取后波前畸变PV值为3.41 μm。在注入功率3120 W时, 获得输出激光功率4660 W, 光束质量为3.88倍衍射极限, 该模块光光效率为27%。

基于空间外差光谱仪的工作原理和干涉图的产生机制, 提出了一种空间外差光谱仪的基频波长定标方法。沿干涉条纹法线方向求取像元相位, 通过对法线方向的像元相位进行线性拟合求取相位直线的斜率, 该相位斜率与干涉条纹法线方向的空间频率具有对应关系, 在获取两种已知波长的激光干涉图的相位斜率后即可确定该空间外差光谱仪的基频波长。四组波长数据的测试结果显示, 用该方法定标的基频波长具有很好的一致性, 标准差为0.044 nm。定标结果仿真的光谱与实测光谱完全一致, 证明了该方法的可行性。

建立了涵盖稳定腔和非稳腔的激光有源理论模型和激光开式谐振腔的边界条件。根据定态薛定谔方程与亥姆霍兹方程的等价性, 采用量子力学方法求解谐振腔的亥姆霍兹波动方程, 得到满足方程、边界条件、矩阵光学、稳定条件的本征解和本征方程。根据本征方程推导出横模数目随耦合率变化的规律, 进而推导出激光输出功率随耦合率变化公式, 以及激光输出功率随放大率的变化规律。该理论模型能够从稳定腔自然过渡到非稳腔, 在小耦合率情况下退化到与传统公式基本一致的形式, 又能在大耦合率情形下与实验结果符合得很好。

基于弱波导近似, 通过数值计算得出了环状光纤保持单模状态时对芯-包层折射率差值和导光层厚度的要求, 同时讨论了这些设计参数对远场能量分布的影响。计算结果表明: 当环状光纤工作在单模状态时, 从光纤出射的环形光束衍射至远场时形成一个中央亮斑, 具有很高的能量集中度。此外, 减小芯-包层折射率差值与导光层厚度有利于进一步减小远场衍射的光斑宽度。

轴向陀螺漂移是影响单轴旋转惯导系统导航精度的主要因素。对于轴向陀螺漂移的预测, 提出了一种基于支持向量机的算法。利用初始对准12 h内系统纬度误差和温度变化量作为训练数据, 构造了以多项式、径向基、小波函数为核函数的支持向量机、最小二乘支持向量机、遗忘因子最小二乘支持向量机, 对比了它们用于轴向陀螺漂移预测的泛化性能。试验结果表明: 遗忘因子最小二乘支持向量机可有效地用于轴向陀螺漂移预测, 具有很高的预测精度, 极大地提高了单轴旋转激光陀螺惯导系统的导航精度。

针对车辆行进中, 红外热像仪拍摄的视频序列存在复杂的随机抖动, 提出基于BRISK特征点匹配的运动估计算法, 计算出高精度全局运动矢量, 同时对于特征点匹配时出现误匹配及场景中存在前景运动物体的情况, 采用模糊聚类法分离全局运动和局部运动, 提高了算法的鲁棒性。提出了基于Kalman粒子滤波算法, 有效实现了复杂扫描运动和随机抖动的分离, 并利用双线性插值法进行图像补偿。采用快速图像拼接法进行“未定义区域”处理, 实现了图像全景输出。还利用车载红外热像仪实际拍摄的红外视频进行了稳像实验。实验结果表明, 视频序列获得了很好的稳像效果, 能够满足实际应用要求。

鉴于在制备过程中存在介质层厚度的随机扰动, 计算了远红外窄带滤光片厚度的鲁棒性。结果表明: 当随机度小于0.05时, 窄带滤光片全向带隙和带隙率变化不大, 但缺陷层的透射率只有原来的1/3左右; 当随机度大于0.1时, 随着厚度的随机扰动逐渐增大, 窄带滤光片的全向带隙和带隙率都逐渐减小; 当随机度达到0.2时, 窄带滤光片的第一个全向带隙消失, 第二个全向带隙向短波方向偏移明显, 缺陷层的透射率也只有原来的1/3左右; 当随机度达到0.5时, 窄带滤光片的两个全向带隙全部消失。制备了一种远红外窄带滤光片, 其结果较好地验证了厚度的随机扰动对滤光片的影响。

XeF(C-A)蓝绿激光的增益系数较低, 仅为0.003 cm-1, 要获得高能量窄线宽激光输出有一定难度。利用色散元件棱镜开展了高单脉冲能量窄线宽激光输出实验研究, 结果表明: 采用凹面输出镜的情况下, 激光线宽可以压缩到约2.5 nm, 激光输出能量最大为3.47 J; 采用平面输出镜, 激光线宽压缩到约0.7 nm, 激光输出能量最大为2.93 J, 激光光谱调谐范围最大可达到60 nm, 在460～520 nm之间。

自动准直系统是将采集的图像进行特定算法处理获取光束的位置信息, 驱动电机调整光斑到指定的位置, 其中图像质量对光束定位的精确性影响很大, 为尽量避免受严重噪音和光束畸变影响的图像进入图像处理流程而产生准直结果的错误判断, 保证自动准直系统图像处理结果的精确性, 试图提供一种较为简单的判断依据, 采用基于Monte-Carlo模拟方法, 建立了远场准直过程中三种主要噪音的干扰评估模型, 以测量不确定度作为定量判断处理图像与否的特征参数, 将该结果做成统计图表作为判断依据。结果表明, 在设定合理测量不确定度阈值的情况下, 该特征参数能够较好地排除不良图像, 从而提高准直结果的可信度。

采用PVDF贴片传感器对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量, 分析了动态应变曲线的特性。结果表明, PVDF贴片传感器在动态应变测量中动态响应快, 灵敏度高, 可有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量。脉冲激光作用过程中, 2024铝合金冲击光斑周围材料先受挤压, 后压应变减小。脉冲激光作用结束后, 2024铝合金冲击光斑周围材料表面粒子在卸载稀疏波和表面稀疏波的作用下不断往复运动, 冲击光斑周围材料甚至受到了拉应变的作用。最后随着时间的推移, 材料表面粒子的动态响应经反复震荡后逐渐衰弱形成最终的稳定状态。

在激光二极管LD泵浦铷蒸气激光器中, 窄线宽半导体激光是实现铷蒸气激光高效率输出的关键技术之一。基于体布拉格光栅(VBG)外腔技术, 实现了40 W功率0.14 nm线宽的780 nm激光输出。采用半导体制冷片(TEC)控制VBG温度, 使得该激光器空气中波长可从779.35 nm调谐至780.10 nm, 可用于铷蒸气激光的高效泵浦。

采用模态法研究了共振域光栅分束器及闪耀光栅等光学器件的设计原理及逆向设计方法, 给出了-1级非偏振闪耀光栅的典型设计示例。研究表明, 自准直角入射时, 光束在光栅内传输将激发产生离散模, 通过调节离散模透过光栅传输时的累积相位差, 可对衍射光进行调控, 实现偏振(非偏振)分束、偏振(非偏振)闪耀等功能。采用严格耦合波法对基于模态法逆向设计的-1级非偏振石英闪耀光栅的几何参数进行验证, 计算结果显示两者非常吻合, 证明了该方法的正确性。

由于寿命制约, 准分子激光器使用的传统放电开关闸流管不能满足准分子激光器高重复频率长期稳定工作运行的要求。设计了基于两级磁脉冲压缩技术的全固态脉冲功率模块, 使用大功率半导体开关结合脉冲升压变压器产生μs级的高压脉冲, 利用磁脉冲压缩技术将上升时间为μs级高压脉冲压缩至满足准分子激光器使用的上升时间为0.1 μs级高压脉冲。在ArF准分子激光头上放电, 获得激励脉冲的上升时间约为90 ns, 放电电压16.5 kV, 重复频率达到1 kHz, 两级磁脉冲压缩开关能量传递效率达59.1%。

针对高功率激光装置内部最易产生受激布里渊散射(SBS)效应的大口径取样光栅(BSG)元件, 测试了经过化学刻蚀、紫外激光清洗作用处理后, 大口径光学元件BSG侧面在355 nm激光辐照下的损伤阈值、损伤形态以及产生的石英颗粒气溶胶对环境污染程度的分析。结果表明: 经过化学刻蚀, BSG侧面的损伤阈值提高78%, 基本与通光面的损伤阈值相当, 而经过紫外激光处理后的损伤阈值提升不高, 仅为通光面损伤阈值的56%。侧面对比分析了相同激光能量辐照下样片侧面产生的气溶胶污染状况, 结果表明紫外激光处理同样可以提高光学元件侧面产生污染物的阈值, 且对光学元件性能没有影响。通过微观形貌和对通光口径影响分析表明, 紫外激光清洗处理比化学刻蚀具有更好的安全性和适用性。

采用KrF准分子激光器, 在Si, Ge光学衬底上制备了碳化硼薄膜, 研究了不同激光能量、靶材与衬底距离、衬底负偏压等条件对薄膜性能的影响。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和纳米压痕仪, 并依据光学薄膜测试的通用标准, 对样品的光学透过率、纳米硬度及膜层与衬底的结合性能进行了测试。结果表明: Si, Ge衬底单面镀碳化硼薄膜后最高透过率提高10%以上, 纳米硬度提高到未镀膜的3倍以上, 且膜层与衬底有较好的结合性能, 表明制备的碳化硼薄膜可对光学材料起到较好的增透保护作用。

通过研究正硅酸乙酯(TEOS)水解的反应动力学, 推导出Stober法制备二氧化硅溶胶体系中反应时间与TEOS转化率关系的动力学公式。分析确定了合适的转化率, 进而用于计算二氧化硅溶胶的理论最佳反应时间。同时, 以正硅酸乙酯为硅源, 采用溶胶凝胶法在氨水催化作用下制备了不同配比的二氧化硅溶胶, 考察了氨和水的浓度对反应时间的影响, 结果表明, 两者浓度增大可以有效减少反应时间。通过成膜性检测确定制备过程中的最佳反应时间, 并与理论计算得到的最佳反应时间进行比较, 结果表明, 两者一致, 误差控制在5%以内, 说明该动力学公式具有很好的适用性。

基于CH柱形靶压缩实验的时间分幅诊断需求, 研制了4.75 keV能点四通道Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜。进行了四通道KB系统的光学设计、像质模拟和分析。采用支撑锥芯的方式解决了四通道KB物镜的集成装配问题, 并通过“4.75 keV+8 keV”双能点多层膜完成了实验室内的KB系统装调。该套系统在神光Ⅱ装置成功进行了像质考核实验, 获得了高分辨的四象限网格图像, 成像间距符合设计要求, 具备了开展时间分幅惯性约束聚变物理实验的条件。

采用腐蚀去合金化方法制备纳米多孔铜材料。研究了固溶时间、腐蚀时间及腐蚀温度对纳米多孔铜表面形貌及残余Mn含量的影响。研究表明：由于固溶时间的延长，合金成分越来越均匀化，去合金化后所得纳米多孔铜的残余Mn原子分数降低。固溶95 h的前驱体合金，随着腐蚀时间的延长，其残余Mn含量降低不明显；随着温度的升高，其残余Mn原子分数由25 ℃的3.54%降至60℃的1.14%，但是60 ℃腐蚀后的孔隙与丝径尺寸明显粗化，样品易碎。通过调整去合金化参数，实验所制备的纳米多孔铜呈现均匀的海绵状纳米多孔结构，残余Mn原子分数1.23%,平均丝径尺寸40 nm。

采用溶胶-凝胶法制备出一系列不同催化剂种类和浓度的三聚氰胺-甲醛(MF)有机气凝胶模板, 通过傅里叶变换红外光谱仪、热分析仪、N2吸附等测试手段对其分子结构、热稳定性、孔结构进行了表征。测试结果表明: 催化剂种类和浓度变化不影响模板的分子结构和热性能; 各模板热解程度均达97%; 相比NaOH和NaHCO3为催化剂制备的模板, Na2CO3为催化剂时, 制备的模板更优, 比表面积和孔容较大, 孔分布范围较宽; 当三聚氰胺与催化剂的浓度比为500时, 比表面积达到最大。

基于VMR显微镜系统, 提出了一种小批量测量聚α-甲基苯乙烯(PAMS)芯轴直径和球形度的方法, 初选满足技术指标的微球。小批量测量1 mm标准球, 测量结果95%出现在(998.2±1.2)μm之间。测量值与标准值之间的偏差为标准值的0.06%, 扩展不确定度偏差为测量值的0.24%, 说明该批量测量结果准确度和稳定性较好。将此方法应用于PAMS芯轴初选, 与手动测量结果相比, 批量测量结果的偏差具有单向性, 且最大偏差约10 μm, 满足初选测量要求。

反场构形(FRC)预加热磁化等离子体是磁化靶聚变(MTF)中等离子体靶的主要形成方法之一。为了从物理机理及物理本质上更好地理解反场构形磁化等离子体的平衡状态, 依据FRC等离子体的经典刚性转子(RR)模型, 通过对平衡状态的解析求解, 获得了等离子体各主要参数在平衡状态下的分布函数, 并与标准二维磁流体力学(MHD)的数值模拟结果进行对比分析, 在此基础上讨论了RR模型参数对平衡状态分布函数的影响。结果表明, 在FRC等离子体分界线内部, RR解析模型可以较好地描述等离子体状态分布。

采用不同的光斑移动距离, 对电子束蒸发制备的HfO2/SiO2多层高反膜进行了单步及多步预处理。结果表明: 为了使薄膜不产生损伤, 预处理最高能量密度最好不超过薄膜零几率损伤阈值的90%; 相同预处理效率下进行的单步预处理对提高光学薄膜抗激光损伤阈值的效果比多步预处理好; 对HfO2/SiO2高反膜进行98.4%能量覆盖的两步预处理后薄膜损伤阈值提高81%; 控制薄膜的缺陷源, 初始物质应采用金属Hf。

聚四氟乙烯、聚乙烯、有机玻璃等介质材料因其良好的透波性能和优异的机械性能被广泛用作高功率微波的输出窗口, 但关于窗口加工处理工艺对材料介电性能的影响却少有研究。利用高压电桥及高阻计对不同介质材料不同工艺下的基本介电参数进行了测量, 利用静电感应法对不同介质材料表面0.8~0.9 eV浅能级的电子陷阱密度分布进行了测试, 利用波导口开展了S波段800 MW、百ns微波脉冲作用下的介质击穿实验, 考察了材料表面粗糙度、划痕对介质窗表面击穿的影响。结果表明: 烘烤工艺在一定程度上降低了材料的耐击穿性能, 增加了介质损耗; 平行于电场方向的划痕形成了材料表面击穿的通道, 而该通道的存在又进一步加剧了击穿的发生。

采用有限元数值方法计算了理想和实际结构混响室的本征频率, 将其本征频率间隔分布与量子混沌理论不同系综的理论分布进行对比分析, 证明了实际结构混响室的系综为高斯正交系综, 混响室为混沌系统。在此基础上, 利用随机平面波假设将理想金属混响室内电场矢量本征函数表示为随机平面波的线性叠加, 进而将混响室内电场表示为与横电磁波两种可能的极化方式对应的矢量本征函数展开式。根据矢量本征函数的概率分布得到了电场任一笛卡尔坐标分量服从2自由度的Rayleigh分布, 总场服从6自由度的Rayleigh分布。用ETS HI-6105光纤电场探头对某混响室进行了电场分量值测量, 比较了测量数据与理论模型的累积概率分布。结果表明, 试验结果与理论模型符合较好, 证明了电场统计分布模型的有效性。

在螺旋坐标系下采用近似场匹配法研究了厚度较厚的螺旋线慢波结构的高频特性, 得到了其色散方程, 并数值计算了螺旋线厚度对慢波系统的相速的影响。结果表明: 随螺旋线厚度的增加, 慢波结构的色散曲线变得平坦, 色散变弱, 带宽增加。与软件仿真结果及Hook的螺旋线模型对比表明: 采用近似场匹配法的计算结果与CST仿真吻合得更好, 比Hook模型具有更高的准确性, 从而证明所采用理论方法的有效性。

针对高功率微波介质沿面闪络击穿物理过程, 首先建立了理论模型, 包括: 动力学方程、粒子模拟算法、二次电子发射, 以及电子与气体分子蒙特卡罗碰撞模型、电子碰撞介质表面退吸附气体分子机制; 其次, 基于理论模型, 编制了1D3V PIC-MCC程序, 分别针对真空二次电子倍增、高气压体电离击穿和低气压面电离击穿过程, 运用该程序仔细研究了电子和离子随时间演化关系、电子运动轨迹、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、碰撞电子平均能量、碰撞电子数目随时间演化关系、电子能量分布函数、平均二次电子发射率以及能量转换关系。研究结果表明: 真空二次电子倍增引发的介质表面沉积功率只能达到入射微波功率1%左右的水平, 不足以击穿; 气体碰撞电离主导的高气压体电离击穿, 是由低能电子(eV量级)数目指数增长到一定程度导致的, 形成位置远离介质表面, 形成时间为μs量级; 低气压下的介质沿面闪络击穿, 是在二次电子倍增和气体碰撞电离共同作用下, 由于数目持续增长的高能电子(keV量级)碰撞介质沿面导致沉积功率激增而引发的, 形成位置贴近介质沿面, 形成时间在ns量级。

指出了磁绝缘线振荡器(MILO)微波提取结构传统设计方法中可能存在的问题。通过高频电磁软件模拟得到当微波提取结构具有不同特征阻抗时TEM模式功率传输效率在MILO工作频点附近的频率响应规律。模拟结果表明, 当MILO阻抗较高时, 用传统方式设计的微波提取结构不能满足TEM模式传输的要求。为了解决高阻抗情况下TEM模式的传输困难, 提出并讨论了阶梯负载的设计方案。进一步模拟结果表明, 阶梯负载克服了TEM模式的传输困难, 提高了微波提取结构对MILO频率漂移的适应能力。

为了评价混响室在不同搅拌方式下的搅拌效率，提高相关测试的精确度，对独立采样数这一重要指标的计算方法做了简单介绍，并在某大型混响室内，对200,500,1000 MHz频点下的机械搅拌与频率搅拌方式的搅拌效率进行了试验分析。结果表明:二者的搅拌效率均与工作频率成正比；在机械搅拌方式下，多个搅拌器在不同转速比下能够显著提高搅拌效率；频率搅拌的搅拌带宽选取越大搅拌效率越高；两种搅拌方式提供的独立采样点数均存在一个上限值。通过分析对比，提出了基于机械搅拌与频率搅拌相结合的复合搅拌方式，并对该方式的搅拌效率进行了重点分析，给出了该方式下独立采样点的计算方法，试验结果表明该复合搅拌方式可显著提高测试样本的独立采样数。

理论上分析了计算周期数对0.22 THz折叠波导慢波结构S参数的影响, 讨论了折叠波导慢波结构各个尺寸参数对损耗特性的影响, 研究了粗糙度与损耗特性之间的关系。通过实验验证了0.22 THz标准矩形直波导的损耗特性。对实际加工的0.22 THz折叠波导慢波结构进行了测试, 得到了实际的太赫兹波折叠波导慢波结构传输与损耗特性。

基于二维电磁带隙(EBG)结构, 设计了工作在0.22 THz的直波导传输线和90°弯波导传输线。数值模拟结果显示: 直波导和弯波导的S21参数在0.22 THz处均大于10-5 dB, 20 GHz模拟频带内的S21参数分别大于-0.001 dB和-0.003 5 dB。EBG结构很好地阻止了电磁波在电磁带隙内部的传播。基于EBG结构波导, 设计了3 dB功分器和H面扇形喇叭阵列天线。数值模拟结果显示: 功分器的S21参数在0.22 THz处为-3 dB, 阵列天线方向性为17.1 dBi, 具有较小的旁瓣和后瓣, E面和H面方向图均具有良好对称性。

中国原子能科学研究院正在建造一台100 MeV, 200 μA的强流质子回旋加速器, 需要使用束流调试靶来调试加速器, 为此设计了一套束流功率为20 kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果; 通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较, 最终选用铝作为靶材料; 根据加速器引出束流能量和功率, 设计了分层式靶结构, 同时对靶进行了水冷计算; 打靶产生的出射粒子平均能量较高, 导致产生的辐射剂量很大, 考虑到对环境与工作人员的影响及费用, 需要对其进行局部屏蔽, 给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。

泰克实时频谱仪存储的IQT格式数据文件的特殊结构给后期实验数据处理带来不便。分析了IQT文件的存储结构, 说明了泰克实时频谱仪的IQT格式数据文件的后台处理过程, 通过数学方法提高了文件中频变弱信号的强度; 通过对频谱仪实验数据进行数学处理, 得到了兰州重离子加速器冷却储存环36Ar18+离子束的纵向电子冷却力大小随离子-电子相对速度的变化曲线。该处理方法弥补了频谱仪离线分析软件的局限性。

针对恒流注入过程中在同步辐射光闸开启情况下的辐射安全问题, 对注入电子束轨迹进行了模拟跟踪计算, 考察电子束在什么样的极端情况下会从光束线通道打出造成辐射安全事故。束流动力学模拟采用Accelerator Toolbox (AT)程序, 正向跟踪电子轨迹。在不丢失任何可能性的前提下, 放大入射电子束相空间, 减小跟踪距离, 简化计算。通过模拟结果得到机器安全联锁保护条件, 为保障安全的恒流注入提供依据。

中国科学院近代物理研究所于2007年开始进行等离子体直接注入项目的预研。详细介绍了RFQ系统的高频参数测试的方法及结果, 并针对高脉冲功率的测试提出通过标定定向耦合器来测试脉冲功率的方法。介绍了系统锻炼的情况, 包括针对功率源末级和腔内电极的打火问题提出了理论的分析和改善的方法。高频参数的测试和载束实验证实整套系统满足加速器的设计要求。

一台新的治癌专用加速器HITFiL正在设计和建造中, 其中一台同步加速器为其主加速器, 以高紧凑性、高可靠性和低成本为设计目标。同步加速器的注入系统采用剥离注入方式, 剥离注入与单圈注入方式相比能达到较高的注入效率, 而其造价明显低于多圈注入加电子冷却的注入方式。治癌采用碳粒子束, 从ECR离子源产生的C5+离子经过回旋加速器预加速后在同步加速器注入点处剥离成为C6+注入到环里。详细阐述了该注入系统的设计方案, 并对整个注入过程进行了计算机模拟。在模拟过程中, 对束流的注入效率、束流损失机制和粒子数增益进行了研究, 得到了实空间和相空间的粒子分布和发射度增长趋势, 得到了满足要求的束流流强。