传统基于周期性永磁体的电磁超声换能器结构较复杂, 为此该文提出了一种由单一永磁体和导线阵列线圈构成的电磁超声换能器（EMAT）用于激发板中的SH0导波。首先叙述了设计的原理, 并采用有限元软件进行三维数值仿真分析, 利用水平极化永磁体垂直于板面的磁场在铝板中成功激发出SH0导波。为使EMAT换能效率达到最优, 研究长和宽为10 mm×25 mm的永磁体, 其高度及线圈匝数不同时EMAT激励的效率。仿真结果表明, 选用永磁体高度为25 mm及线圈匝数为37时EMAT换能效率和声场指向性较好。在此基础上, 通过实验研究了不同线圈匝数对换能器换能效率的影响, 实验结果与仿真结果一致, 充分验证了该文设计EMAT的方法具有可行性。

介绍了静态磁场测试平台的结构和特点, 详细描述了采集监控系统的体系架构, 该系统是由数据采集管理系统和操作监控平台组成的。根据该系统的特点, 设计了基于Qt的数据采集管理系统和基于EPICS的操作监控平台。该系统实现了对静态磁场测试平台的实时控制、设备状态检测及监控、数据采集、存储及查看。该应用运行稳定, 能满足静态磁场测试平台对采集监控的需求。

利用二维PIC粒子模拟程序研究了超短超强激光脉冲与柱腔靶相互作用产生的表面超热电子加速现象.采用光强为1021 W/cm2量级的超高斯激光脉冲掠入射进入柱腔靶,在靶的内壁上观察到了GeV量级的表面超热电子.超热电子束被准静态的电场和磁场约束在内壁表面附近,保证了电子束的准直性,发散角仅为1.6°;并且由于超热电子束在纵向激光电场中加速了mm级的距离,激光到高能电子(>100 MeV)的转换效率达到了26.6%.另外,通过多参数模拟和理论解析讨论了激光的光强以及横向空间分布对这种表面超热电子加速的影响.

在静态磁场辅助激光加工过程中,熔池内部流场、热场等实验测定比较困难,因此采用数值模拟方法计算相关参量场完整信息。以固液多相统一模型为基础,同时考虑激光熔池内部固液相变、传热与流动、表面张力、热浮力以及洛仑兹力,研究静态磁场对电磁-激光复合熔凝过程中流场的控制机理。通过COMSOL Multiphysics软件对上述物理过程的控制方程及边界条件进行耦合求解,模拟磁场强度在0.0～0.6 T范围内熔池速度场、温度场演变规律。模拟结果显示,静态磁场对速度场具有抑制作用,但对温度场影响较小。最后以316不锈钢为基体进行验证实验,对比试样表面温度随时间变化曲线,证实计算结果与实验结果吻合度较好,表明该数学模型具有一定精度,能为电磁复合激光加工工艺提供指导。

提出了一种新型的双锥靶结构用于准单能质子束加速。利用二维PIC粒子模拟程序研究了强激光与双锥靶作用加速产生质子束的物理过程以及质子束品质。双锥靶产生的质子束在峰值能量和发散角度等方面都明显优于相同激光条件下单锥靶和平面靶的结果。尤其与平面靶相比,双锥靶质子束的峰值能量提高了5倍以上,而且很好地保持准单能性。一方面双锥靶的内锥部分是临界密度材料,提高了激光的吸收效率;另一方面双锥靶内形成了更强的准静态磁场,可以约束引导更多的超热电子传输过锥尖,进而增强加速质子束的鞘层电场。

基于理论分析和数值模拟，建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器，由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成，通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关，向一对磁体线圈放电，进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时，在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%，满足磁压剪实验要求。