强流脉冲电子束辐照诱发单晶铝表层的微观结构状态

利用Nadezhda-2强流脉冲电子束(HCPEB)装置分别在1 J/cm2和4 J/cm2能量密度下对单晶铝进行了辐照处理.1 J/cm2能量密度下,表面处于未熔化状态,表面形成互相平行的带有中脊线的挛晶结构;而4 J/cm2能量密度辐照下,在表面熔化的同时则没有变形条带出现.透射电镜分析表明,1 J/cm2能量密度HCPEB辐照能够在单晶铝表层诱发孔洞甚至堆垛层错四面体这种通常在高层错能金属中不能形成的空位簇缺陷,并且很少观察到位错的出现,也观察不到位错滑移的痕迹;4 J/cm2能量密度辐照单晶铝表层则是位错滑移引起的位错缠结结构为主.     

双束电子束焊接温度场的数值模拟

结合数值模拟和实验,研究了双束电子束焊接过程的温度场.根据对电子束的能量分布的测试数据,考虑电子束焊接的小孔效应和电子的散射和反射,得到了电子束焊接过程真实的能量输入.将该能量输入通过有限元软件的子程序实现加载,得到双移动热源,同时考虑到焊接材料的非线性,得到有限元数值模型,进行了数值模拟,并在相同条件下进行了多组实验.数值模拟和实验表明: 焊缝特征和温度场都与2个热输入的比例有关, 2个温度场是相互影响的;在小热源的焊接路径上,会出现2个热循环峰值.     

强流脉冲离子束辐照钨靶温度场演化数值研究

强流脉冲离子束(HIPIB)使材料表面气化产生喷发等离子体从而进行薄膜生长、纳米粉的制备等工作。金属钨的熔点高,热导性好,是耐高热流密度防护层最可能的材料。为了研究金属钨在高热负荷下的响应,建立了HIPIB辐照钨靶的考虑相变的非线性热力学方程,并采用有限元方法数值求解了靶材辐照后的二维温度场演化问题,得到了钨靶温度场的时空演化规律。当离子束流密度为100 A/cm2时,脉冲结束后束流入射中心表层约0.3μm厚的材料熔化,且熔化是从表面开始的,而后因热传导固化;脉冲结束后开始时靶材表面温度急剧下降,而后变得缓慢,温降的梯度在不同时刻均存在峰值,且随时间增加峰值向纵向深度处移动。     

电弧作用下银基触头温度场的有限体积法分析

推导了电弧热流密度关于电路电压和电流的数学表达式.基于有限体积方法和显热容法,对银基触头材料受电弧作用的温度场进行了数值分析.计算中有效处理了复合触头材料的物性参数,分析了触头材料熔池的特征.计算表明:在相同条件下,纯Ag触头材料的熔化面积最小,而AgZnO(10)触头材料的熔化面积最大;熔池大小随电压和电流的增加而增加,但电压的影响更为显著.     

脉冲激光表面熔凝熔池演变数值模拟

为了研究脉冲激光作用过程中表面快速熔化与凝固的过程,建立了脉冲激光作用熔池金属熔凝的二维热流耦合模型．考虑重力、材料物性随温度的变化等的影响,利用焓-多孔度方法和用户自定义函数对表面熔化凝固的固液相界面演化进行了分析;采用熔化／凝固模型对熔池内的瞬态温度场、速度场和流场进行了数值模拟,并以实验验证模拟结果．计算结果表明：表面熔化与凝固的固液相界面的移动呈现不同状态;在熔凝过程中,熔池内除存在一对方向相反的主环流外,还存在多个环流;流体的速度随着温度的降低而减小且速度最大的区域位于熔池表面附近．     

聚晶金刚石的电火花磨削加工

为探讨在普通电参数下,电火花磨削人造聚晶金刚石(PCD)的加工性能,研究了电极轮转速、开路电压、峰值电流、脉冲宽度以及脉冲间隔对材料去除率、电极损耗以及加工表面粗糙度的影响.结果表明,采用电火花磨削方法,在较小的开路电压和峰值电流下,PCD的加工是可行的.使用电火花磨削方法在材料去除率和表面粗糙度方面要优于普通电火花加工.各个加工参数对加工表面粗糙度的影响不大,而与金刚石颗粒的粒度有关.加工时应选用大的开路电压,而峰值电流不宜取得过大,一般说来,不应超过32 A.脉冲宽度与脉冲间隔之间存在一个最优比例关系,在合理的脉冲宽度与脉冲间隔比例基础上,加大脉冲宽度可以提高加工性能.     

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.     

316L不锈钢粉末的电子束选区熔化成形

电子束选区熔化技术在人体植入物、航空航天小批量零件的直接快速制造方面具有重要的意义。为此,该文采用自行研制的电子束选区熔化设备,研究了电子束选区熔化316L不锈钢粉末的工艺参数、微观组织及熔化成形机理。结果表明:电子束电流、作用时间和聚焦电流对层间结合情况影响较大,作用时间和填充线间距对可成形性影响较大;当能量密度系数为62.8 GJ/m3、基板厚度为0.5mm时,制备的成形件晶粒细小,组织均匀,无气孔、裂纹及未熔颗粒等缺陷出现。     

电火花加工表面的观察与分析

通过大量实验,分析电火花加工时,电流、脉冲宽度及脉冲能量变化对表面的微观状态、残留熔化层、影响区及应力所产生裂纹的影响。     

脉冲CO2激光高精度烧蚀熔石英玻璃

激光抛光是一种能获得超光滑表面新颖的光学元件加工方法,但抛光后表面存在残余波纹和面形畸变.激光高精度烧蚀可用于对元件表面残余波纹和面形进行修正,是一种极具潜力的修形技术.本文开展了激光高精度烧蚀熔石英玻璃的实验,验证了脉冲CO2激光通过控制重叠率可以实现高精度的局部区域均匀烧蚀,并可通过控制激光功率密度获得不同纳米量级的烧蚀深度.但实验发现激光局部区域烧蚀过程存在热累积和过烧蚀的现象.为此建立三维数值模型模拟脉冲CO2激光扫描熔石英表面的过程,对不同重叠率及不同脉冲重复频率作用下熔石英表面温度分布及演变进行分析.数值计算结果表明,重叠率过高将导致熔石英过烧蚀;在合适的重叠率下,高脉冲重复频率会导致明显的热累积.     

用中子飞行时间分析氢同位素深度分布

论述了一种注入或者吸附在材料中的氚和氘的深度分布的测量方法.样品为氚(钛)靶和氘(钛)靶.用2MeV入射质子束,T(p,n)反应研究氚的深度分布;用1MeV入射氘束,D(d,n)反应研究氘的深度分布.用标准的飞行时间方法测量中子能谱。由中子能量确定起反应的质子或氘核的能量。进而得出氚或者氘在钛层中的深度分布.本方法的灵敏度可达0.1at.％.对氚(钛)靶,当靶厚为5mg/cm~2时,深度分辩好于0.5mg/cm~2.     

Emittance and brightness measurement of a high voltage pseudospark electron beam

This is a report of the emittance and brightness measurement of an electron beam produced in a pseudospark discharge device driven by a pulse line accelerator. A ten-gap pseudospark device was operated at 200 kV, in a nitrogen gas fill pressure of 15 Pa. The typical value of emittance was measured to be 47 mn mrad about 5 cm downstream of the anode plane. The dependence of the beam current, HWHM emittance, the normalized emittance, and the normalized brightness on the axial distance from the anode were obtained. The highest brightness is about 2.7 × 10¹²A/(mrad)² near the anode, and is still higher than 10¹⁰A/(mrad)², 160 mm downstream of the anode. Such a high quality electron beam can be used for Raman free electron laser, X ray laser producing, and high power microwave.     

高能有效真二次电子发射系数与逸出深度和入射角的关系

根据金属二次电子发射的主要物理过程和有效真二次电子发射系数的定义,从理论上论述了高能原电子斜射入金属发射体内的金属的有效真二次电子发射系数的表达式,然后又根据高能原电子斜轰击金属并激发产生二次电子发射的特点,推导出金属的有效真二次电子发射系数与金属逸出深度和高能原电子入射角度的关系式.对结果进行了讨论并得出结论:当高能原电子斜射入金属发射体内时,金属的有效真二次电子发射系数与高能原电子的入射角的余弦函数近似成反比,金属的有效真二次电子发射系数与金属逸出深度近似成正比.     

激光烧蚀制备纳米Si晶粒的激光能量密度阈值

在10 Pa的Ar环境气氛下,采用脉冲激光烧蚀方法在玻璃或单晶Si(111)衬底上制备了纳米Si晶薄膜. 为了确定能够形成纳米Si晶粒的激光能量密度阈值,在0.40～1.05 J/cm2内实验研究了激光能量密度对纳米Si晶粒形成的影响. 扫描电子显微镜(SEM)测量证实,随着激光能量密度的减小,所形成的纳米Si晶粒数目逐渐减少. 当激光能量密度低于0.43 J/cm2时,衬底表面不再有纳米Si晶粒形成. 从激光烧蚀动力学角度出发,对实验结果进行了定性分析.     

Non-Fourier Heat Conduction Effects During High-Energy Beam Metalworking

Non-Fourier heat conduction induced by ultrafast heating of metals with a high-energy density beam was analyzed. The non-Fourier effects during high heat flux heating were illustrated by comparing the transient temperature response to different heat flux and material relaxation times. Based on the hyperbolic heat conduction equation for the non-Fourier heat conduction law, the equation was solved using a hybridmethod co mbining an analytical solution and numerical inversion of the Laplace transforms for a semiinfinite body with the heat flux boundary. Analysis of the temperature response and distribution led to a criterion for the applicability of the non-Fourier heat conduction law. The results show that at a relatively large heat flux, such as greater than 108 W/cm2, the heat-affected zone in the metal material experiences a strong thermal shock as the non-Fourier effects cause a large step increase in the surface temperature. The results provide a method for analyzing transient heat conduction problems using a high-energy density beam, such as electron beam deep penetration welding.     

碱金属中价电子的波函数与能级

对碱金属原子中的价电子，采用原子实极化模型，势能为V(r)=-e^2/r （-τe/r^2）．用幂级数方法严格求解了价电子的定态薛定谔方程，得到了束缚态的能级和波函数，并由不同角量子数低能级的实验值，确定参量τ再计算出高能级的能量与实验结果比较相一致．     

融湖下冻土底部热状况分析

利用热平衡积分法求出了一类伴有相变的一维热传导方程在具有稳定地中热源条件下的融化深度X_(pb)与所用的时间t的关系,并根据Alaska北极Barrow地区的冻土与融湖资料,摄动深度δ与X_(pb)的比,ξ为25,进而用所得解求得了融湖下底部冻土融化深度随时间变化的曲线。     

松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律

为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明：深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。     

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.     

脉冲电场对大豆分离蛋白溶液ξ电位和表面张力的影响

本文研究了高强脉冲电场对大豆分离蛋白（SPI）溶液ξ电位和表面张力的影响规律。结果表明：较低场强脉冲电场对SPI溶液的ξ电位影响不大,随着脉冲场强的进一步升高,不同浓度的SPI溶液呈现出不同的规律。对于浓度为10mg/ml的SPI溶液,其ξ电位值随场强的增大不断减小;而对于浓度为20 mg/ml的SPI溶液,其ξ电位值随场强的增大出现明显的波动,当场强为20 kV/cm时其ξ电位达到最高。考察溶液中氨基酸组成的极性与电负性,发现经20 kV/cm场强处理后,蛋白质溶液中极性氨基酸增加了70.36 mg/100g,且负电氨基酸增加量大于正电荷氨基酸增加量。SPI溶液表面张力随着脉冲场强的增强先增大,然后呈减小趋势。这一结论解释了脉冲电场处理对SPI溶液的作用机理在于：PEF处理影响了蛋白质溶液氨基酸的极性及电负性,从而影响到双电层电位差和溶液稳定性。