对COIL中的碘气动阀进行可靠性增长试验, 主要包括可靠性增长模型的讨论, 试验方案设计、数据分析与处理等工作, 提出了基于碘气动阀密封组件的改造措施, 并进行了可靠性验证试验, 试验结果表明经可靠性增长试验后, 碘气动阀的可靠性有了较大提高。在此基础上分析得出了基于碘气动阀的可靠性增长模型。

利用多孔结构原理,研制了厚度为100 μm、孔隙率为70%的纳米多孔铜靶,密度比为固体铜的30%。实验在中国工程物理研究院“星光Ⅲ”激光装置飞秒激光束上进行,激光功率密度大于1.6×1018 W/cm2,脉宽为30 fs。利用16 bit单光子CCD获取了X射线能谱,测得铜Kα线光子产额为2.9×108 photon·sr-1·s-1,转换效率为0.008 38%。与压制加工的平面Cu靶相比,多孔结构靶的X射线产额约为平面靶的1.8倍,表明纳米多孔结构能够有效增强飞秒激光能量吸收,提高超热电子和X射线转化效率。

设计完成了一种适用于宽温度范围内的无制冷被动调Q固体激光器。根据激光二极管(LD)输出波长随温度漂移的特性, 对不同波长叠加组合, 实现了20 ℃范围内808 nm泵浦光的稳定输出。优化了泵浦源结构并通过Ansys软件进行稳态热模拟仿真, 结果表明其可以实现自然冷却。依据泵浦能量及材料参数, 确定了最优的输出镜反射率和饱和吸收体初始透过率分别为28%和34%, 被动调Q后的单脉冲输出能量模拟值为9.8 mJ, 脉宽为9 ns。通过实验, 在35~55 ℃温度范围内, 自然冷却条件下获得了单脉冲能量8.6 mJ、脉冲宽度10.2 ns的1064 nm激光输出, 单阵列功率不稳定性低于5%, 阵列切换时功率不稳定性低于12%。

为了增大激光多普勒测速仪的测量距离, 设计了基于马赫-曾德尔环形结构的双平衡式探测接收系统来提高灵敏度。基于平衡探测光电流的表达式, 推导了平衡探测系统信噪比的表达式并对相关因素进行仿真实验。仿真结果表明: 在相同光信号输入条件下, 当两个探测器的量子效率比值在(0.236,1)之间时, 平衡探测系统的信噪比高于普通相干探测系统的信噪比, 并且当探测器量子效率相等时, 信噪比最大。最后通过实验验证量子系数的比值对信噪比的影响。

系统介绍了几种基于瞬态光克尔效应的超快光学快门技术, 包括传统的光克尔双折射快门技术, 瞬态光栅快门技术, 以及利用瞬态克尔透镜效应的光学快门技术。这些技术都是在泵浦-探测的实验配置基础上, 利用门控光对克尔介质折射率的瞬态调制导致的信号光的相位(偏振态)、传播方向或光束发散角等光学特性的改变实现对信号光的超快时间分辨测量。对比讨论了这些超快快门技术的工作原理和实验配置, 结果表明瞬态光束偏折快门技术相比其他快门技术具有无偏振配置要求、无相位匹配条件、超宽带光谱响应范围的特点, 在光与物质相互作用的超快动力学研究中具有更为广阔的应用前景。

报道了一种新型结构形式的环绕式高密度注入波导激光器原理样机。采用环绕式高密度侧面注入技术, 利用经过特殊工艺处理的裸增益光纤, 当注入泵浦功率320 W时, 获得了最高输出功率为28 W的连续激光, 斜率效率20%, 中心波长1080 nm。结果表明, 环绕式高密度注入波导结构形式是可行的, 且输出功率和斜率效率具有较大的提升空间。

通过结合HF酸洗和微分干涉差显微成像对两组抛光元件的亚表面损伤进行直接观测和分析。结果显示微分干涉差显微成像相比于传统的明场成像具有更好的分辨率, 可以更有效检测HF酸洗后暴露的各种浅塑性亚表面损伤。对两组抛光元件的亚表面损伤的对比分析发现熔石英元件在抛光中会产生大量的亚表面损伤, 这些亚表面损伤绝大多数是浅塑性的划痕和坑, 仅有少量的脆性断裂损伤, 较大的抛光颗粒会产生更多更严重的亚表面损伤, 并且这些亚表面损伤被表面沉积层所掩盖, 表面粗糙度不能反映亚表面损伤的严重程度。

提出一种新的用于时间序列编码放大显微系统的成像方法, 主要解决了非平带光谱激光源和放大过程的非平带增益问题, 避免了脉冲边沿低水平振幅的浪费。使用通信波段1550 nm波长锁模脉冲激光源, 以线扫描方式对USAF-1951分辨率板第一组别刻痕实现了清晰超快成像, 有效地验证光学拉伸技术中的时间-空间-频率的一一映射特性和色散傅里叶变换中的放大过程, 反映了该系统其在μm尺度、MHz帧率成像领域的潜力。

通过解析分析和数值模拟, 比较了钛Kα线(4.5 keV)与铜Kα线(8.0 keV)等X射线源背光透视物体情况下, 菲涅耳波带板直接成像与投影式相衬成像对被透视物体的空间分辨能力。结果表明, 波带板成像可实现优于1 μm的高空间分辨能力, 而且使用较大尺度背光源更有利于成像。对于高透射或弱吸收的透视物体, 波带板难以成像, 可采用投影式相衬成像实现μm级空间分辨。计入了以前文献没有考虑到的更高阶影响后, 解析给出了点光源照射下相衬像的强度分布与对比度。模拟了微焦点X射线源照射存在厚度起伏的薄膜靶以及密度空间调制靶的相衬成像, 点光源情况下模拟结果和解析结果相符。讨论了光源大小、成像距离等参数对相衬成像对比度和空间分辨能力的影响, 结果表明, 通过减小光源尺度和调节物体到探测面的距离, 空间分辨能力可优化到1～4 μm。

激光驱动中子源由于中子通量高、短脉冲等特点受到广泛关注。通过辐射流体动力学、粒子动力学和蒙特卡罗三种数值模拟程序的组合使用,对超短强激光与铜靶作用产生光核中子进行了全物理过程模拟。首先使用辐射流体动力学程序获得激光预脉冲产生的预等离子体密度分布,然后将预等离子体输入粒子动力学程序获得超短强激光主脉冲产生的超热电子信息,最后将超热电子输入蒙特卡罗程序得到光核中子。模拟获得了光核中子的产额、能谱和角分布信息,发现采用强度1022 W/cm2激光、直径和厚度均为4 cm的Cu圆柱靶,可以获得产额为1.2×108/J的光核中子。

地震易损性是指在不同地震强度作用下结构达到或超过某种极限状态的概率分布描述。为了对神光Ⅲ主机装置靶场建筑结构进行地震易损性评估, 采用汶川地震波作为输入, 对靶场建筑结构进行非线性时程分析。并以最大层间位移角作为结构破坏指标, 以PGA(Peak Ground Acceleration)作为地震动强度指标, 分析得到了结构的地震易损性曲线和易损性矩阵, 当发生8度及9度罕遇地震时, 主机装置靶场建筑结构发生破坏损伤概率很小的结论。

为有效指导前馈超线性功率放大器的工程调试与优化, 分析了元器件非理想情况下前馈功放的线性化性能及优化指标。首先, 通过简化的环路模型, 在不考虑误差功放畸变的条件下, 推导了线性度与支路幅度、相位失配及延迟失配的理论数值关系, 并分析了延迟失配对线性化带宽及抑制比的影响; 接着, 在考虑误差功放畸变的基础上定义了有效对消比, 详细分析了系统三阶交调畸变的极限对消能力。最后, 基于设计的前馈线性功放进行了优化分析。实验结果表明, 设计的功放线性度改善了36.23 dB。

在TCAD半导体仿真环境中, 建立了0.25 μm栅长的AlGaAs/InGaAs高电子迁移率晶体管(HEMT)低噪声放大器与微波脉冲作用的仿真模型, 基于器件内部的电场强度、电流密度和温度分布的变化, 研究了1 GHz的微波从栅极和漏极注入的损伤机理。研究结果表明, 从栅极注入约40.1 dBm的微波时, HEMT内部峰值温度随着时间的变化振荡上升, 最终使得器件失效, 栅下靠源侧电流通道和强电场的同时存在使得该位置最容易损伤; 从漏极注入微波时, 注入功率的高低会使器件内部出现不同的响应过程, 注入功率存在一个临界值, 高于该值, 器件有可能在第一个周期内损伤, 损伤位置均在漏极附近。在1 GHz的微波作用下, 漏极注入比栅极注入更难损伤。

提出一种基于光子晶体环形腔的四波长THz滤波器, 该滤波器在光子晶体结构中引入两个环形腔, 且环形腔内部各增加一个正方形介质柱, 四周各引入一个散射介质柱。应用基于时域有限差分法(FDTD)的Rsoft软件进行仿真分析, 结果表明通过对内部正方形介质柱的边长、散射介质柱半径以及耦合介质柱半径等结构参数的调节, 可以滤出74.813, 76.98, 78.168和78.883 μm四个太赫兹波长。该滤波器性能优良, 透过率高、Q值高、信道隔离度大, 对于THz技术应用具有重要意义。

建立了一种研究超宽谱电磁脉冲孔缝耦合特性的实验方法和实验装置, 并对不同辐照脉宽、不同口径和不同深度的圆孔的耦合场进行了测量, 该方法在一定的时间窗口内避开了反射场和散射场对耦合场的影响。实验结果表明: 相同入射场幅值条件下, 耦合场的幅值随着脉冲宽度和孔深的增加而减小, 随着孔径的增大而增大。

X射线硬化是导致工业CT重建图像质量下降的物理原因之一。硬化伪影通常表现为两种形式, 即杯状伪影和带状伪影。描述并证实了硬化伪影的一种新型表现形式, 这种伪影与真实结构相关, 且分布规则, 容易造成伪影与真实结构的混淆。采用线性化校正方法对该伪影进行抑制, 提高了重建图像质量, 改善了通过CT重建图像进行几何测量的精度。

一定厚度的低声阻抗支撑层可以在薄膜体声波谐振器(FBAR)与衬底之间形成声学隔离层, 防止声波泄漏到衬底当中。掺碳二氧化硅(CDO)是一种低声阻抗材料, 对FBAR具有较好的温度补偿效果, 可以作为FBAR与衬底之间的声学隔离层, 从而构成一种新型的CDO-FBAR。为了分析CDO-FBAR与通孔型FBAR相比性能是否退化, 以及CDO声学隔离层所需厚度, 采用多物理场耦合仿真软件分析了CDO-FBAR和通孔型FBAR的谐振频率、Q值、有效机电耦合系数和S参数, 并提取了CDO-FBAR纵向振动位移。分析结果表明: CDO-FBAR的谐振频率整体向下漂移; CDO声学隔离层导致S参数的寄生干扰; 由于声学损耗增加, Q值略有降低, 其中并联谐振点处的Q值降幅更大; 有效机电耦合系数略有降低; 声波传播到声学隔离层中9 μm处就完全衰减, 即只需要9 μm厚的CDO声学隔离层就能在FBAR与衬底之间形成有效的声学隔离。由此, 仿真验证了这种新颖的CDO-FBAR结构的可行性。

基于电磁驱动实验装置CQ-7研制需求, 设计了一套6间隙气体开关, 开关高131 mm, 直径108 mm, 总间隙36 mm, 开关电感约40 nH。采用模拟软件Ansoft Maxwell计算分析开关电场强度分布, 电场分布较均匀, 不均匀系数为1.14。开展了开关放电特性研究, 充电±100 kV条件下, 开关放电电流峰值可达70 kA, 放电延时约35 ns, 抖动3 ns。根据开关自击穿电压值, 采用正态分析开关自击穿概率, 开关80%安全系数下, 自放电概率小于10-4。该开关满足CQ-7实验装置研制需求。

采用一种通过测量脉冲源对天线的充电电流, 来间接测量天线放电激励电压的方法。首先建立了实际电路的理论仿真模型, 通过理论仿真证明了该方法的可行性。然后在双锥天线的不同绝缘工作气压下, 对其充电电流进行了测量。由天线的充电电流推导出了在不同工作气压下天线的电压波形和放电激励电压。该种方法无需对天线进行改造, 不会引进寄生参数, 不会影响被试对象的工作状态, 且在工程上易于实现。

提出了一种螺旋线重入结构的脉冲形成线, 可实现多倍脉宽输出。该结构由储能外线和重入内线组成; 重入内线的外屏蔽圆筒内表面呈阶梯状, 内筒为均匀螺旋线结构, 实现简单; 储能外线与Tesla变压器一体化。结合采用螺旋重入和二级重入结构, 给出了一组10 GW功率、百ns脉宽的重入型脉冲形成线设计, 形成线采用Midel 7131合成酯绝缘介质, 外筒内径1 m, 长度2 m。

为了研究大气压低温等离子体多路射流阵列的放电特性, 设计一个实现7路低温等离子体射流的放电装置, 采用单电极放电结构, 在开放的大气环境下通入氦气。采用高压窄脉冲重复频率电源激励驱动该放电装置, 电源脉冲宽度约230 ns, 脉冲上升沿约为120 ns。在重复频率为500 Hz的条件下, 通过高速摄影初步发现放电电流脉宽约为110 ns, 且无反向放电。试验结果表明: 平均射流长度随电压幅值增加而增加, 在一定电压幅值时射流长度有达到饱和的趋势, 这是由于射流通道尾部有空气进入, 电压幅值已不再是主要原因; 只有在合适的气体流量值时, 才能够获得较长的平均射流长度, 这是由于气体流量过大或过小时射流均不足以维持形成的放电通道; 此外, 中心电极放电射流长度受气体流量影响较大, 气体流量在一定值时可以观察到中心电极有较长的射流, 射流放电强度较弱, 气体流量过大或过小时中心电极几乎无放电, 这是由于四周电极更易形成放电射流, 削弱了中心电极放电。

研制了一台紧凑型纳秒高压脉冲发生器。该发生器主要由铁芯变压器、脉冲形成线、油间隙自击穿开关组成。在变压器和形成线之间加入了一个50 pF的谐振电容和1.15 mH的谐振电感, 通过三谐振设计, 使发生器在不降低输出电压的情况下, 降低了变压器次级绕组的电压, 实现了脉冲发生器小型化。对该发生器进行了详细的设计、模拟和实验, 结果表明: 该发生器可在二极管上输出峰值约500 kV、脉宽2.2 ns的高压脉冲; 电子束二极管产生的X射线在距二极管靶窗20 cm处辐射剂量为20 mR, 可用于辐射探测系统闪烁体的时间响应测量。

研制了基于脉冲电容器放电回路的亚微秒金属丝电爆炸纳米粉体制备实验平台, 包括电爆炸过程电流和电压测量系统。利用透射电子显微镜(TEM)观察纳米粉体的形态与结构, 并通过电镜统计观察法分析TEM图像得到纳米粉体的粒度大小及其分布。在氩气中电爆炸铝丝制备铝纳米粉体, 通过改变电容器充电电压, 即初始储能, 实验研究沉积能量对铝纳米粉体特性的影响规律。结果表明: 铝纳米粉体颗粒形态与结构主要由氩气气压的高低决定, 与沉积能量基本无关。增大丝爆过程的沉积能量可显著缩小铝纳米粉体粒度分布范围, 减小颗粒平均粒径, 并有效地抑制纳米粉体中亚微米颗粒的形成。随着沉积能量E与氩气气压p比值(Ep-1)增大, 铝纳米粉体颗粒平均粒径、最大粒径和粒径大于100 nm颗粒所占比例均呈指数函数单调减小。

针对“神龙二号”直线感应加速器所采用的非晶磁芯感应加速腔, 建立了能够兼顾结构参数和磁芯性能的加速腔电路模型。对与加速腔结构相关的各集总电容参数进行了计算, 并通过模拟波形与实验电压电流波形的对比, 确定了加速腔磁芯模块的参数设定, 实现了对非晶磁芯感应加速腔脉冲励磁过程较为准确的模拟。通过电路模拟, 可以得到脉冲励磁时加速腔各部分的电压电流分布, 为加速腔的结构优化和故障原因分析提供了有效的手段。

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器, 即ADS注入器Ⅱ, 设计了数据归档系统。该系统能实时采集加速器运行时各设备的状态信息和通过中央控制室远程发出的指令信息, 为加速器调束人员和系统维护人员提供最真实的参考信息, 方便故障排查和后期数据分析。系统基于以太网, 运行于实验物理与工业控制系统EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)架构上, 和设备的数据交换采用CA协议(Channel Access Protocol)。采用Keepalived和MySQL实现高可用数据库服务, 采用ArchiveEngine作为数据采集工具, 采用DataBrower进行数据查询和曲线绘制。对归档数据库进行了查询优化, 并自行开发了数据库服务器和归档引擎的运行状态监控程序, 从而保证了整个数据归档系统的稳定运行。通过现场运行, 系统可满足ADS注入器Ⅱ运行要求, 维护方便, 只需将相应PV(Process Variable)信息添加到数据库channel表格中即可实现数据采集。

针对加速器驱动次临界系统(ADS)中强流质子直线加速器, 即ADS注入器Ⅱ, 设计了采用现场可编程门阵列(FPGA)切束技术的加速器快保护控制系统。当系统检测到束流异常故障信号时能快速切断束流, 并上传故障信息, 方便故障排查和后期数据分析。该控制器基于FPGA设计, 可实现光纤通信、串口通信、逻辑电平信号输出等功能。其中, 光纤通信功能用于控制斩波器电源快速切断束流; 串口通信用于实时传输设备状态信息; 逻辑电平信号输出用于控制继电器产生开关量信号去远程控制保护设备, 以防止运行设备的损害。通过现场运行测试, 切束响应时间在10 μs之内, 达到安全设计要求。

横向聚焦波荡器可用于电子束能量较低、β函数较小的情况。在现有横向聚焦波荡器设计方案的基础上, 通过倾斜磁块端面和磁极面提出了几种不同结构的横向聚焦波荡器方案。利用三维磁场模拟程序Radia, 对这些波荡器的聚焦场特性进行了模拟计算, 对其聚焦特性与主要参数的关系进行了研究, 并与现有其他横向聚焦波荡器的聚焦特性进行了对比。对弱聚焦和强聚焦两种情况, 分别给出较好的结构方案。对于弱聚焦, 平均聚焦梯度随中心场强的增大而略有增大, 变化不明显; 对于强聚焦, 平均聚焦梯度随中心场强的增大而明显增大, 呈高次曲线关系。

基于10B薄膜的二维灵敏探测器是新近发展起来的热中子探测器, 其灵敏面积大, 时间和位置分辨好, n/γ抑制能力高, 抗辐射能力强, 可二维读出且具有良好的耐计数能力。针对新型的涂硼灵敏热中子多丝正比(MWPC)探测器, 在延迟线时间差方法的基础上, 提出一种中子击中位置数字信息的读出方法, 并设计NIM读出插件用以验证该方法对于二维中子探测位置信息的读出能力。测试结果表明, 本方法能完成4通道探测器信号的实时测量, 其时间测量精度好于50 ps。结合FPGA片上系统实时数据控制和处理技术, 单插件可支持最高1.3MHz的探测计数率。

利用133Ba面源和137Cs点源匀速下降,成功刻度了133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率; 利用133Ba面源和137Cs点源非匀速下降,成功刻度了非均匀分布的133Xe气体体源的探测效率和137Cs线源的探测效率。结果表明：匀速下降情况下,尺寸为46.8 mm×20 mm和63.5 mm×20 mm放射性133Xe气体体源的探测效率分别为0.155 和0.143,标准不确定度为8.4%(包含因子k=2 )。非均匀分布的体源效率和均匀分布的体源效率两者偏差在14%,线源的偏差在23%,可见由非均匀性引起的误差必须进行校正。

武威重离子治癌装置回旋注入系统由自重50余吨的回旋加速器和离子源等多个元件组成,由于离子源和回旋加速器的上下共架结构及回旋注入系统自身过于紧凑等原因,给各元件的安装准直工作增加了难度。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过自下而上分级准直安装及高空架设仪器的方法,克服了通视条件不足等困难,有效提高了工作效率,所有的安装元件误差都控制在0.10 mm以内,其结果好于该装置的安装精度要求。回旋注入系统已成功出束,各项指标均已达到或优于设计指标,从而验证了准直安装工作的准确性与可行性。

利用小型旋翼机良好的机动性能和环境适用性,将小型旋翼机与传统的核辐射探测设备相结合,再通过软硬件的开发、无线通讯、GPS定位以及核数据处理技术的应用,研发了一套具有受地形环境影响小、可避免人员受到近距离辐射损伤等优点的机载辐射监测系统。介绍了系统的结构组成、工作原理以及关键技术难点,重点研究了系统关键模块的设计以及剂量率响应线性范围的测定。飞行实测结果表明,该系统可对环境中的放射性实时、准确地测量,可用于日常的辐射环境监测以及失控γ放射源的搜寻,为核应急提供了一种新方法。

在直接数字式频率合成器(DDS)单粒子效应失效现象的基础上,研制了具备寄存器读写、功耗电流测试和输出效应波形捕获功能的DDS辐射效应在线测试系统,开展了DDS单粒子效应实验研究。结果表明,单粒子效应会导致DDS输出波形扰动,波形功能中断,功耗电流陡然增大。分析认为：DDS内部PLL模块发生单粒子瞬态和单粒子翻转,是引发波形扰动的主要原因; 内置DAC的主要功能寄存器翻转引发了输出波形功能中断; 电流增大是单粒子闭锁引起的。本项研究为国产DDS器件的加固和考核提供了一定的参考。

地球等离子体层的分布主要受到地球磁层的特性影响。早期对地球磁层的研究,主要是通过采集地磁平静期的观测数据,建立半经验模型和经验模型来研究。随着成像技术的发展,可以通过遥感成像的方式,在全球尺度下获得磁扰期、平静期等不同时刻的地球等离子层分布信息,从而更直观、全面地了解磁层磁场的变化。本文研究了现有的地球等离子体层模型,详细阐述了不同地球等离子层模型的描述形式、应用特性,以及地球等离子体层遥感成像观测的方法和手段。最后,通过计算机模拟了在经验地球等离子层模型输入情况下,极轨道卫星对地球等离子体层分布的成像结果。

提出了一种新型的基于非临界相位匹配KTA晶体的自级联光参量振荡(OPO)激光技术。采用LD端面泵浦Nd:YVO4晶体实现1.06 μm振荡,腔内泵浦按非临界相位匹配角度切割的KTA晶体,将KTA晶体初次OPO产生的1.5 μm信号光封闭在腔内用作二次OPO的泵浦光,实现基于单块KTA晶体自级联OPO的转化。在输出功率8 W的808 nm波长半导体激光泵浦下获得输出功率超过400 mW、斜效率12.7%的2.6 μm波长激光输出。结果表明基于单块KTA晶体的级联光参量振荡激光器可望成为获得脉冲2.5~2.7 μm波段中红外激光的有效途径。