箍缩反射离子二极管的研制

采用箍缩反射离子二极管,使阴极发射的电子多次穿过阳极膜并向轴线箍缩,增加了它在二极管中的平均渡越时间,从而提高了离子流产生效率。根据顺位流模型。设计了２００ｋＶ强流脉冲离子束加速器的箍缩反射离子二极管,得到了峰值为１．６ｋＡ,脉宽约２０ｎｓ的离子束流。     

提高"强光一号"驱动Z箍缩负载电流的研究

“强比一号”加速器是目前国内输出功率最大的一台组合式多用途高功率强流脉冲电子束加速器。在该加速器上开展高功率Z箍缩产生X射线的技术研究时,需要调整提高“强光一号”驱动电流。主要介绍提高“强光一号”加速器输出电流的理论与实验研究。建立了计算模拟加速器工作过程的电路模拟程序,并在模拟计算的指导下开展了大量的实验研究,在短路电感15nH真空负载上获得了脉冲前沿小于100ns,峰值约3．0MA的脉冲电流,在优化设计的Z箍缩负载上得到了脉冲前沿小于100ns,峰值约2．2MA的脉冲电流．     

快速z箍缩装置的预脉冲分析

输出参数为500 kV/400 kA/100 ns的快速z箍缩(z-p inch)装置由M arx发生器、脉冲形成线、充气型V/N主开关、传输线及负载组成。z箍缩负载分别采用氖气喷气负载及金属单丝负载。为了判断主放电时负载的初始状态,该文建立了z箍缩装置的充电等效电路模型,并借助P sp ice电路模拟软件计算了形成线充电期间在负载上获得的预脉冲波形。通过分析可知:p d值为1~10 Pa.m左右的氖气负载,在装置预脉冲电压的作用下将被击穿;而直径为20μm、长度为1 cm的A l(铝)或W(钨)单丝负载,装置预脉冲电流将不能使之汽化。     

高能X射线成像系统固体探测器模块的设计

常规的阵列探测器用于高能X射线成像系统时,由于射线能量的增大会出现许多新的问题,设计时必须综合考虑多个方面的要求。在MonteCarlo估算的基础上,设计了若干由CdWO4晶体耦合光电二极管形成的线性阵列探测器模块。射线源采用直线加速器,最大能量9MeV。探测器呈模块化结构,每个模块16个通道,通道间距1.3mm。CdWO4晶体尺寸0.8mm×5mm×30mm,晶体间放置铅隔离层以减小串扰。模拟得其探测效率达70%,能量沉积率30%,而串扰率小于5%。模块加工完成后,分别在60Co、6MeV和9MeV加速器下进行了测试,证明其满足成像系统的要求。     

大型Z箍缩装置中心汇流区电感计算

为了快速估算大型Z箍缩装置中心汇流区电感，研究Z箍缩装置电功率和能量传输效率的规律，对Z箍缩装置中心汇流区做近似处理，给出了绝缘堆、真空喇叭口、真空磁绝缘传输线、汇流柱等部件电感近似计算公式，建立了一种快速估算Z箍缩装置中心汇流区电感的方法，获得了中心汇流区电感与电气参数(绝缘堆峰值电压)和结构参数(中心汇流区半径及分层数、真空磁绝缘传输线倾角)的定量关系。在此基础上，建立了典型Z箍缩装置简化电路模型，实现了从中心汇流区结构参数→电气参数→输出电流的自洽电路模拟，获得了中心汇流区分层数及半径对Z箍缩装置短路电流的影响规律。计算结果表明：所提电感计算方法获得国际典型Z箍缩装置的中心汇流区电感与文献最大误差为3.3%;中心汇流区电感随分层数增大而减小、随半径先减小后增大，存在使中心汇流区电感最小的优化半径。所提方法可为同类型Z箍缩装置的设计提供理论参考。     

铝单丝在可调预脉冲作用下的Z箍缩动力学行为实验和数值模拟研究

为了研究预脉冲电流对Z箍缩内爆动力学行为的影响,本文首先基于双脉冲Z箍缩实验平台“秦-1”装置研究了铝单丝Z箍缩在不同预、主脉冲间隔下的内爆特性.铝丝在预脉冲作用下被加热汽化形成芯晕结构并膨胀,在主脉冲作用下发生雪耙特性的箍缩内爆,预脉冲作用下的晕等离子体对内爆行为有显著影响.其次,基于磁流体模型计算了预脉冲作用后的密度、温度、速度分布,以及进一步主脉冲作用后的内爆壳层参量分布.计算结果的边界轨迹与实验测量基本一致,预脉冲作用下的单丝Z箍缩动力学行为可以分为晕等离子体膨胀、晕等离子体内爆、晕与丝芯共同内爆、滞止辐射4个阶段,在这种雪耙内爆特性下,洛伦兹力对壳层外部的晕层做功,热压对壳层内部的未扰动等离子体做功,形成等离子体堆积.     

二极管选型对能量选择表面天线罩的性能影响

能量选择表面技术主要通过周期结构加载非线性器件可自适应实现对高功率入射波的非线性响应,即“低通高阻”。以二极管选型对能量选择表面天线罩性能的影响为研究目的,首先,通过注入实验评估不同型号二极管在高功率信号输入时的功率毁伤阈值,并进行相应的毁伤测试分析,实验结果表明:当输入功率达到47 dBm 时,BAP65二极管内部电流过载引发热失控,导致毁伤;其次,选择4种不同型号的二极管评估它们对能量选择表面天线罩的插入损耗和屏蔽效能的影响,实验结果表明:在0.75~0.9 GHz,加载MMP4401二极管的能量选择表面具有低于0.5 dB的插入损耗和大于15 dB的屏蔽效能。此外,双管并联的能量选择表面表现出较好的屏蔽效果,而单管则具有更低的插入损耗。     

强脉冲硬X射线产生技术及应用

强脉冲硬X射线是电子学系统抗辐射性能评估和加固不可或缺的模拟环境,另外作为一种闪光照相光源,在冲击动力学、弹道学研究领域发挥着不可替代的作用.本文总结了西北核技术研究所近年来强脉冲硬X射线的产生技术研究进展、发展趋势和应用前景,梳理了突破的核心关键技术和取得的重要进展.基于强束流物理认识和先进负载技术的进步,在大面积脉冲硬X射线方面,已经产生了辐照面积2000 cm²,能注量36 mJ/cm²的辐射场,在系统电磁脉冲研究中发挥重要作用,并形成了产生数百毫焦大面积高强度脉冲硬X射线的技术能力;在闪光照相光源方面,发展了系列小焦斑二极管技术,在多脉冲、多分幅、多视角光源技术取得突破.这些研究成果为国防尖端科学技术研究与高新装备研制提供了支撑.     

丝阵Z—pinch等离子体内爆过程单丝特性研究

研究了丝阵 Z-pinch 等离子体内爆过程中,单丝行为及其物理参数的匹配,X 射线的发射情况,并对单丝的内爆过程进行了数值模拟。利用丝阵 Z-pinch等离子体动力学—维模型,研制了相关的计算程序,对丝阵箍缩匹配关系进行了计算。给出了丝阵初始半径、电流脉冲宽度和峰值电流的匹配关系。还对丝阵内的最小丝间距,材料的选择等的等问题进行了优化研究。     

新型碳酚醛中的辐射热激波衰减特性

采用PVDF压电测量技术,在“闪光Ⅱ号”脉冲电子束加速器上,进行了新型碳酚醛复合材料（C/PH）的热激波传播实验研究;利用波传播过程中的渐进近似理论所推导出的波传播衰减公式,对C/PH材料中的脉冲波衰减进行了理论分析.结果表明：在电子束能通量为312～531 J/cm^2和电子平均能量为0.422～0.697 MeV条件下,对厚度为4 mm的碳酚醛靶而言,其热激波应力峰值为0.807～2.223 GPa;热激波在靶中的衰减与波的强度和脉冲宽度有关,对于强度相同的热激波,脉冲持续时间越短,热激波的衰减则越快;对于脉冲宽度一定的热激波,热激波的强度越高,则其衰减越快.实验结果和解析公式具有较好的一致性.     

丝阵负载Z箍缩可见光图像诊断

为了研究丝阵负载Z箍缩内爆动力学行为,利用可见光图像诊断系统,在“强光1号”加速器上,得到钨丝阵负载内爆图像。对于32根丝直径为5μm的丝阵,内爆时间为(113±7)ns,开始快速内爆的时刻(ta)与内爆时间(timp)的比值为0.60~0.70。对于24根丝直径为8μm的丝阵,单丝烧蚀不均匀,在轴向上存在类周期性的调制,其波长λ约为0.25 mm;丝周围等离子体不稳定性的发展是促使其形成壳层的重要因素;内爆时间约为(160±5)ns,开始快速内爆时刻与内爆时间的比值为0.90~0.95。线质量的差异是导致两者内爆行为差异的主要因素。     

丝阵负载Z箍缩可见光图像诊断

为了研究丝阵负载Z箍缩内爆动力学行为,利用可见光图像诊断系统,在"强光一号"加速器上,得到钨丝阵负载内爆图像。对32根丝直径5μm的丝阵,内爆时间为(113±7)ns,开始快速内爆的时刻(ta)与内爆时间(timp)的比值约为0.60-0.70。对24根丝直径8μm的丝阵,单丝烧蚀不均匀,在轴向上存在类周期性的调制,其波长λ约为0.25mm;丝周围等离子体不稳定性的发展是促使其形成壳层的重要因素;内爆时间约为(160±5)ns,开始快速内爆时刻与内爆时间的比值约为0.90~0.95。线质量的差异是导致两者内爆行为差异的主要因素。     

纯钨及氧化物弥散强化钨合金对瞬态热负载的响应

用强脉冲离子束(IPIB)实验装置,研究了纯钨以及两种氧化物弥散强化的钨合金WL10和WYT对脉冲热负载的响应。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDX)观测了IPIB辐照带来的表面形貌和成分分布的变化及其与辐照脉冲次数的关系。通过比较发现,在ELM瞬态热冲击下纯钨表现的性能最好。从热负荷的耐受性角度看,不推荐WL10和WYT作为面向等离子体材料。     

纯钨及氧化物弥散强化钨合金对瞬态热负载的响应

用强脉冲离子束(IPIB)实验装置, 研究了纯钨以及两种氧化物弥散强化的钨合金WL10和WYT对脉冲热负载的响应。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDX)观测了IPIB辐照带来的表面形貌和成分分布的变化及其与辐照脉冲次数的关系。通过比较发现, 在ELM瞬态热冲击下纯钨表现的性能最好。从热负荷的耐受性角度看, 不推荐WL10和WYT作为面向等离子体材料。     

高功率轫致辐射X射线转换靶设计?

基于一台能量为9 MeV、平均流强为125μA的高功率电子直线加速器,开展了轫致辐射X射线转换靶设计工作.转换靶为内靶设计,电子束流为非扫描式点源入射.选取钨(W)为转换靶材料,优化设计了靶材的厚度和靶体的冷却结构;并采用有限元方法分稳态和瞬态两种方式分别模拟计算了转换靶的温度分布.结果表明,转换靶局部最高温度约为970℃,平均温度约为430℃,在真空环境中该转换靶可以稳定工作.最后采用蒙特卡罗程序MCNP计算了转换靶产生X射线的剂量分布以及能谱分布,结果表明,在转换靶正前方1m处,X射线的吸收剂量率约40Gy·min-1.     

微波接收前端高功率微波效应实验研究

高功率微波可通过雷达、电子战装备的天线进入装备内部,这种方式耦合能力强、峰值幅度大,容易造成装备电磁干扰或损伤.因此,有必要开展高功率微波对电子设备的作用效应和防护研究.针对设备级高功率微波效应研究较少的现状,以某X波段微波接收前端为对象,采用注入法开展高功率微波损伤效应实验,获取了效应现象和数据.结果显示,无限幅器保护时,注入微波的峰值功率达到48.8 dBm,单个脉冲就能损伤微波接收前端的低噪声放大器;采用限幅器防护后,注入微波的峰值功率需增加到60.7 dBm,脉冲数增加到100个才能实现微波接收前端的损伤.实验表明,能量沉积是进行损伤的必要条件,通过高峰值功率短脉冲或长脉宽脉冲串,高功率微波都可以对电子设备中的敏感器件造成损伤,综合运用峰值功率、脉宽和脉冲数等参数可增强高功率微波作用效应.在此基础上,还分析了典型参数高功率微波武器对电子设备的作用距离、作用规律,可为武器装备高功率微波效应评估和防护设计提供参考.     

高功率单孔柱-孔汇聚结构的电流损失实验研究

为了深入理解高功率柱-孔汇聚结构电流损失的机理,使用西北核技术研究所多功能辐射模拟实验平台"强光一号"加速器,针对单孔柱-孔汇聚传输结构进行大电流密度高达6×105 A/cm条件下的电流传输实验研究,利用B-dot探针分别测量不同结构的柱-孔结构上下游的电流。实验结果发现:柱-孔结构的电流损失与其结构参数相关,阴极孔直径越小,损失电流越大;和普通圆孔的柱-孔结构相比,水滴状异型孔的柱-孔结构的传输效率更好;另外分析发现,在阳极柱和负载中心之间的直线上,阴极孔边缘与阳极柱的距离能明显影响柱-孔汇聚结构电流传输效率,当柱-孔间隙大于传输线阴阳极间隙的60%时,柱-孔汇聚结构即可高效传输脉冲大电流,当柱-孔间隙大于传输线阴阳极间隙时,柱-孔汇聚结构几乎不存在电流损失。研究结果有助于对高功率柱-孔汇聚结构电流损失机理的理解,为大型脉冲功率装置的设计提供技术支撑。     

强脉冲X射线场中散射能谱获取方法

通过对X射线与物质相互作用后产生的散射能谱的分析,可实现物质原子序数的提取,并可用于核材料等违禁品的探测。然而,高能X射线的特性对探测系统的屏蔽和时间响应提出了要求。该文提出了一种能够对脉冲X射线的散射能谱进行采集的实验方案:以LaBr3(Ce)晶体为X射线探测器来实现<100ns的散射光子分辨时间,以减少在5μs脉冲出束时间内的脉冲堆积问题;利用120MHz/14位的高采样率ADC(analog-digital converter)电路来采集前放电路的输出脉冲波形,并设计相应的离线算法将该波形数据重建为散射能谱;设计了合适的屏蔽结构,减少了来自加速器靶点的直接透射X射线和环境散射X射线对探测器的影响。利用该方案对11种具有不同原子序数的物质进行了测量,得到了它们的散射能谱,在511keV峰能量分辨率可达到5%左右。     

靶向振荡磁场发生器的研制

针对药物靶向治疗中难以产生足够磁场强度和梯度的交流脉冲磁场问题,提出了采用双极性脉冲电流产生靶向引导磁场的新思路,研制了一种适用于磁性药物聚焦和控制药物释放的靶向振荡磁场发生器,其主电路拓扑利用负载能量回馈,减少电路损耗,提高电流幅值和电流脉冲陡度,从而提高磁场强度和磁场强度变化率。该装置输出频率0.125~32 Hz,磁感应强度达1.3 T,正弦磁场、单极性和双极性脉冲磁场的磁性微粒聚焦效果和振荡效果的对比实验,证明双极性陡脉冲强磁场更适用于靶向治疗。双极性脉冲强磁场中磁性微粒聚集速度快,聚焦效果好,振荡现象明显。     

铝合金后中值波电流焊接工艺研究

一脉一滴的熔滴过渡被广泛认为是脉冲熔化极惰性气体保护焊中最好的过渡形式,通过在方波脉冲的峰值后增加一个后中值脉冲能有效增强熔滴过渡的可控性,提高焊接过程稳定性和焊缝成形效果.文中利用小波分析仪采集焊接过程瞬时电流电压信号,经过分析得到电流-电压分布概率和U-I图,并将两者与焊缝外观相结合一起综合评定焊接效果.1.2 mm铝合金ER4303焊丝焊接实验表明:在平均电流不变的情况下,采用后中值脉冲波形焊接能明显提高焊缝成形的质量,在焊缝表面形成规整的鱼鳞纹;中值电流取值太小,控制熔滴过渡的作用不明显,只是相当于增加了基值时间;取值太大,相当于增加了峰值时间,焊接过程不稳定;后中值时间太短,能量积累不够,不能控制熔滴过渡;时间太长容易造成熔滴过渡不规则,焊缝的鱼鳞纹消失;后中值电流时间取值在6~10 ms范围内,取值在强弱脉冲电流平均值左右时,焊接过程稳定,焊缝鱼鳞纹光亮、规整、美观.