强激光与粒子束
2022, 34(7): 075017
强激光与粒子束
2021, 33(1): 012002
1 中国工程物理研究院流体物理研究所
2 中国工程院
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
爆炸驱动铁电体脉冲电源利用铁电陶瓷在冲击压力作用下去极化释放电荷而产生电流，可以作为脉冲功率源的初始电源，也可直接驱动高阻抗负载产生脉冲高电压。通常情况下，铁电陶瓷可以看作理想的绝缘体，但在数GPa冲击波压力作用下，铁电陶瓷电阻率可能会明显下降并形成漏电导，使部分去极化释放电荷在铁电陶瓷内部流失，导致铁电陶瓷剩余极化电荷输出效率下降。以PZT95/5铁电陶瓷作为初始储能介质，以爆炸冲击波加载PZT95/5铁电陶瓷释放电荷对脉冲电容器充电，充电结束后电容器电压维持期间检测到明显的反向电流，根据铁电陶瓷输出电流和工作电压，得到冲击波作用过程中铁电陶瓷的瞬态电阻率曲线，并分析了电阻率下降对输出电荷的影响。进一步研究表明，冲击压力在铁电陶瓷边侧产生的稀疏波是引起电荷输出效率降低的主要因素，而铁电陶瓷电阻率下降对电荷输出效率的影响很小。
铁电陶瓷 去极化 脉冲电源 电阻率 电荷 ferroelectric ceramics depolarization pulsed power supply resistivity charge 强激光与粒子束
2018, 30(3): 035007
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳621900
2 西南科技大学 国防科技学院, 四川 绵阳 621010
采用自主研发的三维粒子模拟软件对三腔介质壁加速器进行系统仿真,在此基础上,计算三个腔质子的渡越时间并实现腔体间的时序优化设计。外加电压峰值100 kV,顶宽1 ns,半高宽10 ns,绝缘微堆厚度2.0 cm,质子初始束能40 keV,加速电极添加钨网,模拟结果显示: 当电压持续6.5 ns时, 进入高梯度绝缘微堆的H+通过第一腔能得到最大加速效率90.84%,相应的渡越时间为5.668 ns; 当第二腔电压触发落后第一腔4.5 ns时, H+通过第二腔获得最大加速效率94.77%,相应的渡越时间为3.545 ns; 当第三腔电压触发落后第二腔3.0 ns时, H+通过第三腔获得最大加速效率97.30%,相应的渡越时间为3.018 ns; 最大能量H+渡越三个腔体的总时间为12.231 ns,H+总体加速效率94.31%; 当质子束中心进入第一腔时刻落后脉冲电压触发6.5 ns,且一二腔和二三腔电压触发延时分别为4.5 ns和3.0 ns情形下,能将2.5 ns长度的质子束中的H+实现90%以上的加速,4.0 ns长度的质子束中的H+实现80%以上的加速。
三腔介质壁加速器 电磁粒子模拟 延时优化 加速效率 three cavities dielectric wall proton accelerator electromagnetism particle-in-cell simulation timing optimization acceleration efficiency 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045105
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
中国工程物理研究院流体物理研究所研发的介质壁直线加速器是基于固态脉冲形成线、GaAs光导开关和高梯度绝缘介质壁三项关键技术的新型直线脉冲加速器。在加速器调试阶段,测量出获得加速的质子束流能量远低于预期值,在排除功率源负载能力因素之后,发现脉冲功率源因连接回路引起的电路耦合效应是导致束流能量低的主要原因。基于介质壁直线加速器加速单元放电回路结构的分析,确认了加速单元之间的电路耦合的必然性。并通过测量回路电流,研究了几种不同工作模式下的电路耦合效应。结合电路耦合的特点,给出了两种基于磁芯隔离的解耦方法,并测量了这两种方法的解耦效率。
介质壁直线加速器 加速单元 电路耦合 解耦 dielectric wall linear accelerator accelerating unit circuit coupling decoupling 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045003
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621999
介绍了基于聚龙一号装置的Z箍缩诊断和实验布局,分析了丝数132~300、丝直径5~10 μm、丝阵直径13~30 mm的单/双层钨丝阵Z箍缩内爆动力学过程和软X射线辐射特性规律。研究表明,钨丝阵等离子体的停滞时间与零维薄壳模型计算的停滞时间一致,内爆轨迹存在偏离,丝阵等离子体内爆开始前以丝烧蚀为主,内爆开始时间约为总内爆时间的67%; 随着负载质量和半径的增大,负载电流、内爆停滞时间和X射线辐射脉冲半高宽也相应增加,X射线辐射峰值功率减小。双层钨丝阵的内爆均匀性和一致性优于单层丝阵,其辐射峰值功率明显高于单层钨丝阵,但单/双层钨丝阵辐射产额基本相当,能量转换效率约为15%。此外,还初步讨论了单层钨丝阵驱动的低密度泡沫动态黑腔辐射功率波形特征及其与纯钨丝阵内爆辐射的差异。
Z箍缩 钨丝阵内爆 动态黑腔 辐射特性 Z-pinch tungsten wire array implosion dynamic hohlraum radiation characteristics 强激光与粒子束
2016, 28(2): 025006
1 北京大学 物理学院, 重离子物理研究所, 北京 100871
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
在“神龙二号”直线感应加速器的调试中,虽然电容探头和电阻分压器测到的空载加速腔电压波形基本一致,但是带束流负载时两者的波形有明显差异,针对此实验现象开展了研究。仔细模拟了束流波形和电压波形相对时间差异引起的波形差异,得到束流提前、同步和滞后条件下的腔压波形,确认相对时间差是导致波形差异的一个重要原因。建立了加速腔的分布参数电路模型,模拟结果表明束流负载效应到达两种探头的时间不同,这会导致腔压波形的不同; 由于电容探头距离加速间隙更近,所以电容探头测到的波形更接近束流实际得到的加速波形。后续的调试实验获得了没有加速电压时束流产生的负载效应波形,证明束流负载到达两个探头的时刻确实不同,对加速器出口束流能谱的测量结果也表明束流的能谱分布和电容探头波形的叠加结果基本符合,上述结果表明该研究所用的模拟和分析方法是有效的,可以用于加速器的调试和性能优化。
直线感应加速器 束流负载效应 电路模拟 能谱 linear induction accelerator beam load effect circuit simulation energy spectrum 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015101
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
神龙二号加速器是一台以MHz猝发率猝发工作的三脉冲直线感应电子加速器。该加速器输出的三脉冲电子束, 相邻两脉冲间最小时间间隔300 ns, 而且可调, 每个脉冲电子束的电子能量18~20 MeV、束流强度大于等于2 kA。当电子束与轫致辐射转换靶相互作用时, 可产生三个强X光脉冲, X光斑点尺寸小于等于2 mm(FWHM), 距靶1 m处照射量大于等于7.74×10-2 C/kg (300 R)。该加速器涉及的主要关键技术包括三脉冲功率源设计、三脉冲强流高品质电子束源的产生、加速场建造、束流传输线设计、轫致辐射转换靶设计、测量与诊断技术等。
直线感应加速器 三脉冲 猝发 脉冲功率 束流 linear induction accelerator three pulses burst pulse power beams 强激光与粒子束
2016, 28(1): 010201
1 中国工程物理研究院 研究生部, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为了深入研究杆箍缩二极管的物理性能，采用蒙特卡罗方法对中国工程物理研究院流体物理研究所1.2 MV“天蝎”X光机的杆箍缩二极管进行模拟研究，包括PIC模拟和光电子输运模拟。着重分析了杆箍缩二极管结构参数与阻抗及出光剂量等的关系，发现阻抗和出光剂量与阴阳极半径比正相关，而出光剂量和杆探出长度正相关。提出一种阻止阴极盘后表面发射电子的设想，有望显著提高X射线辐射剂量。
杆箍缩二极管 脉冲功率 辐射成像 蒙特卡罗模拟 阻抗 rod-pinch diode pulsed power radiography Monte-Carlo simulation impedance 强激光与粒子束
2015, 27(9): 095005
