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    ICF 与激光等离子体

张冰焘   律 鹏   陈 亮   张晓阳   赵 彦   刘枫飞   孙梦利   袁 伟   杜 鑫   王铁山  

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为研究离子辐照导致空心玻璃微球机械性能的变化, 利用Ar离子辐照与空心玻璃微球组分相同的微球玻璃薄片, 结合不同温度下的等时退火处理, 采用纳米压痕测试方法研究了辐照前后玻璃机械性能的变化。测试结果表明: 辐照后玻璃的硬度和模量均呈下降趋势, 恢复阻力明显升高; 退火后的未辐照样品硬度和模量呈上升趋势, 恢复阻力在误差范围内没有发生变化;退火后的模量呈下降趋势, 恢复阻力呈下降趋势; 在退火温度约为300 ℃时, 辐照样品退火后的恢复阻力与未辐照样品基本相同。

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梁雅琼   梁贵云   魏会冈  

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在实验室天体物理研究中, 电子束离子阱(EBIT)是极端紫外(EUV)和X射线波段能谱分析的重要实验平台, 其中EBIT中心残余的中性气体对离子产生存在显著影响。研究了阱区中心残余中性气体对电荷态分布的影响, 发现阱区中心残余中性气体和高电荷态离子之间的电荷/能量交换过程不仅影响离子的电荷分布,而且对激发函数（离子分布比例随电子能量关系曲线）有着极大的影响。利用电离平衡分析方法成功诊断出阱区中心区域残留的中性气体分子数密度, 以及内腔室的真空度。

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何曼泽   周佩璠   黄 颖  

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提出了一种基于平移偏摆运动的非固定环带随机双面抛光的方法, 通过设计平移偏摆装置使得工件运动方式脱离固定环带的限制, 借助随机性运动进行迭代, 解决了行星式双面抛光等固定环带抛光过程中产生的周期性轨迹问题; 通过优化运动方式组合, 在随机性运动叠加情况下实现了大口径超薄元件面形稳定收敛控制。与行星式双面抛光相比, 不仅面形精度更好, 而且没有明显的周期性加工痕迹。该方法可以应用到对表面激光损伤阈值有特殊要求的超薄件批量生产当中。

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    复杂电磁环境

杨 鹰   于哲峰   董维中   丁明松   孙良奎   黄 洁  

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为解决再入过程中的黑障问题, 在前期磁窗天线增强等离子体透波特性研究基础上, 开展了外加电磁窗影响研究, 磁体为钕铁硼, 外加电压为100 V。利用不同飞行高度下的流场数据, 对不加电磁场、外加磁场和外加正交电场与磁场影响下的流场进行数值模拟, 对比不同参数设置下天线窗口处的电子密度和电磁波衰减常数, 分析了再入飞行器的飞行高度、天线窗位置、电磁波频率、电子密度和碰撞频率等参数对电磁窗天线性能的影响。从分析结果可以看出, 外加正交电场与磁场对于减缓再入过程中黑障的效果优于仅外加磁场, 通过合理选择电磁窗的工作状态和参数可以改变等离子体的分布特性和介电参数, 能够有效地增强电磁波在等离子体鞘套中的传输, 为解决和减缓通信中断问题提供了一种可能的途径。

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    高功率激光与光学

葛筱璐   王本义   郭立萍   满忠胜  

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利用激光大气传输四维程序数值模拟了激光在湍流大气中上行和下行传输时产生的相位奇点的变化过程。由模拟结果可知, 当光束自地面向空中垂直上行传输时, 相位奇点数密度随传输高度的变化有一个从无到有、从快速增加到缓慢增加、达到峰值后又减小的过程; 湍流越强, 畸变光场中产生的相位奇点数密度越大, 达到的峰值越高, 且达到峰值后减小的幅度也越大, 但达到峰值时对应的传输高度越低; 当激光自空中某一位置垂直下行传输时, 相位奇点数密度随传输距离的增加有一个从无到有、从缓慢增加到快速增加且在接近地平面处急剧增加的过程。另外, 通过对模拟结果的曲线拟合发现, 激光在湍流大气中上行传输时产生的相位奇点数密度与传输高度的关系符合黑体辐射公式; 当激光在湍流大气中下行传输时, 相位奇点数密度随传输距离的增加呈指数增加。

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王红华   文化锋   武晴涛   应祥岳   李 军   施 锋  

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针对行波探测器阵列只能合成输出功率而不能同时提高工作带宽的现状, 基于m推演型滤波电路原理, 提出了一种新的L型阵列探测器, 即通过在光电二极管之间串联电容减少结电容对截止频率的影响, 再与两个电感串联形成单个阵列单元, 然后将单个阵列单元级联构成全新的L型滤波器电路结构。结果表明, L型探测器阵列能够对射频输出信号进行功率合成, 同时工作带宽提高至67 GHz, 相较于传统光电探测器, 工作带宽提高两倍。通过增加级联光电二极管的数量, 可以持续增大输出功率, 同时L型探测器阵列的推演方法可根据实际需求灵活设计出期望的光电探测器, 为未来大带宽、高功率的光电探测器设计提供理论基础。

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张庆鹏   谭 毅   任 戈   刘顺发  

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为减小大口径光学窗口对系统入射光线的影响, 提高光学窗口性能及光学系统成像质量, 提出了基于普通环带支撑的中间环带辅助支撑形式, 并在不同口径、径厚比及遮拦比状态下比较两种支撑方式对光学系统波前误差的影响。与普通环带支撑方式相比, 采用中间环带辅助支撑形式可以降低90%的由窗口引入的波前误差, 该方式对径厚比为100/1的窗口的支撑效果可以达到普通支撑方式下径厚比为100/3的窗口类似的支撑效果。因此, 中间环带辅助支撑形式可以有效提高窗口支撑效率、减小窗口厚度及质量、降低窗口对入射光线的体吸收率。

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    高功率微波

郝建红   曹占国   周前红  

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基于ArcPIC代码采用PIC-MCC方法, 模拟研究了轴对称真空二极管放电时电子密度和阴极表面场强分布情况, 同时给出了二维空间电荷限制流的一阶和二阶拟合公式。研究发现, 真空二极管放电时阴极表面电场会随阴极注入电流密度的增加而增加, 而后出现振荡并趋于一个稳定状态; 二维空间电荷限制流密度值随阴极发射半径的增大而减小, 且阴极发射半径越大越接近一维空间电荷限制流值。

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周 纤   冯立文   庄德浩   李京祎  

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北京大学高功率耦合器谐振环锻炼平台是对北京大学1.3 GHz超导加速器的耦合器进行高功率测试和锻炼的平台, 通过谐振环与信号源谐振来产生高功率。在谐振环工作过程中, 由于外界扰动会使其共振频率发生变化, 故需要对谐振环路进行频率锁定, 从而维持其与信号源的共振。将PDH（Pound-Drever-Hall）技术应用在此锻炼平台上, 用以锁定微波信号源与谐振环的频率。实验验证表明, 该PDH反馈系统能有效维持谐振环的高增益。

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黄 鹏   黄永茂   李良荣   金海焱  

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提出了一种具有宽带带外抑制的小型化微带低通滤波器。该滤波器由缺陷地结构和两阶阶跃阻抗单元结构构成。利用ANSYS HFSS建立三维全波电磁模型并仿真优化, 仿真结果表明: 该低通滤波器的截止频率为1.4 GHz, 通带宽度为0~1.4 GHz, 通带内的插入损耗小于0.5 dB, 带外抑制频率范围为2.1~11 GHz, 在阻带范围内的带外抑制能力接近20 dB。为验证仿真和测试结果, 加工并测试了经全波电磁优化后的缺陷地结构微带低通滤波器。测试结果和仿真结果吻合得较好, 证明了所提出的缺陷地结构在实现滤波器小型化和宽阻抗带宽上有着重要的作用, 能够使该滤波器具有较好的低通滤波特性。

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    核科学与工程

黄 燃   何 源   李智慧  

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为满足中国加速器驱动的次临界系统（C-ADS）对于可靠性的要求, 计划采用基于螺线管的电磁垂直输运方案, 将经过质子束辐照后下落的散裂靶颗粒球再次输运至初始高度。基于解析方法对颗粒流垂直输运装置进行了分析和设计, 通过基于螺线管散热、径轴向颗粒流聚散焦效应和互感损耗等方面的考虑, 得到了适合于垂直输运颗粒流的螺线管驱动方式和螺线管构型及排布。利用基于本文解析方法的模拟程序, 对不同输运管道内径、不同螺线管驱动电流和不同螺线管构型和排布下的颗粒流垂直输运装置进行了模拟, 并从中筛选出了该装置的优化设计。模拟表明, 采用该优化设计的输运装置可将质量流量为19.6 kg/s的颗粒流垂直输运至40 m高度, 并满足颗粒球出口速度足够大的要求。

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李志刚   庹先国   石 睿   杨剑波   何艾静   郑洪龙  

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基于放射性废物桶内所含介质材料和放射性核素分段均匀分布的假设, 采用蒙特卡罗程序模拟计算多种射线能量、多种样品密度条件下的线衰减系数和体源探测效率, 通过多元非线性拟合得到以线衰减系数和能量为自变量的体源探测效率函数。基于壳源法, 通过多个点源组合测试近似替代均匀体源的实验测量, 对3种能量射线和3种密度的样品进行验证实验, 利用蒙卡模拟与数值拟合结合方法和实验测量两种方式获得各自的体源探测效率, 完成活度估算。两种方式活度估算结果相对误差均小于23%。通过蒙卡模拟与数值拟合结合方法所得结果与实验结果基本吻合, 证明了该方法的有效性。

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段新会   姜 萍   王兵树  

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基于不连续因子校正的粗网格有限差分法是实现堆芯瞬态三维数值模拟的高效方法之一, 粗网节块的界面不连续因子与边界反照率的计算方法决定了实时数值模拟过程中的精度。在计算不连续因子的过程中, 省去了细网节块计算与粗网均匀化过程, 直接在粗网格划分情况下, 基于节块展开法和非线性迭代策略, 推导了粗网格界面不连续因子比率与边界反照率的计算公式, 并编制了相应的计算程序。沸水堆典型算例的三维瞬态模拟证实该方法可在空间域和时间域两方面, 使静态、瞬态精度均达到与先进节块法相等同的程度, 并且计算效率优于先进节块法, 为核电站全范围模拟机三维堆芯的实时仿真模型开发提供了一种切实可行的选择。

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    激光与粒子束技术应用

李阳龙   吴凌远   沈欢欢   刘国栋   王伟平  

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激光加工技术在石墨烯制备领域得到了许多应用。目前激光图案化石墨烯的方法多为激光逐点扫描, 而单次辐照实现图案化加工的方法鲜有报道。通过间光调制器改变激光的光场, 使光束聚焦成图案, 单次辐照直接在石墨烯样品上烧蚀实现图案化。控制激光能量为合适的值时可将石墨烯清晰地图案化而不损伤硅基底。通过拉曼光谱扫描成像发现石墨烯加工边缘清晰, 精度达到μm量级, 具有加工速度快、无需移动样品等特点。

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武晴涛   文化锋   王红华   徐梦洁   尹希雷   应祥岳   施 锋  

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为了解决光子晶体波导出射端光场控制, 同时解决二维三角晶格光子晶体波导出射光辐射困难的问题。利用二维三角晶格光子晶体设计了一种新型光子晶体波导出射口结构。在二维三角晶格光子晶体波导出射端引入两个微腔, 通过光波与微腔发生共振, 形成类似于三个点光源干涉的出射光, 同时进一步提出波导出射端喇叭口干涉出射光定向辐射的设计。通过这种微腔喇叭口设计, 利用时域有限差分法分析结果表明光波实现很好的定向辐射, 并且辐射距离显著提高。

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    加速器技术

张 磊   王锋锋   刘鲁北   王若旭   于培炎   高 郑   张 斌  

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调谐系统是C-ADS超导直线加速器不可或缺的一部分, 在加速器运行过程决定了超导腔的运行频率,直接影响了粒子加速的效果。为了充分了解调谐系统的工作情况和分析调谐系统出现的问题, 设计了实验对调谐系统进行全方位测试。首先对调谐器的杠杆机构和剪叉机构进行了力学分析, 而后对半波长谐振 (HWR)超导腔在不同状态下进行了电场模拟, 得出设计的调谐力和调谐位移满足HWR腔频率调谐要求。最后通过详细实验, 采用自动、手动等方式测试了恒温器CM1, CM2, CM3中超导腔调谐器工作时的线性度、回程差、直线单元部分的线性度及回程。结果显示: CM1的调谐器基本满足慢调谐需要, CM2存在1200步回程, 主要原因在于直线单元部分; CM3中调谐器的回程差较大, 线性度不高, 需要进一步改进。

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闫陇刚   邓德荣   李 鹏   王建新   杨兴繁   黎 明  

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磁场点测台是加速器领域测量磁铁和波荡器等磁元件的主要设备之一, 其需要在快速精确的控制系统支持下工作。中国工程物理研究院应用电子学研究所近期搭建了一套磁场点测台, 并基于通用运动控制器(UMAC), 设计开发了该磁场点测台的控制系统。系统采用了上位机工控机和下位机UMAC两级计算机控制的层级结构, 可以充分发挥其各自优势: 下位机UMAC可以快速、精确地控制电机动作, 因此下位机程序负责控制六轴运动平台以go-stop模式运动; 上位机工控机数据处理和存储能力强, 因此上位机人机交互界面负责收集、记录和显示磁场数据, 并负责设定磁场测量参数和监控运行状态。两级计算机动作的同时性通过触发信号来保证。

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孙纪磊   李 芳   王安鑫   徐韬光  

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在中国散裂中子源工程中, 快循环同步加速器负责将剥离注入的能量为80 MeV的质子束加速至1.6 GeV后引出。在快循环同步加速器上共安装了两台壁电流探测器, 用来观测束流从注入至引出过程中束团在时域上的变化情况。详细介绍了壁电流探测器在陶瓷间隙、磁性材料和匹配电阻等方面的设计考虑, 以达到带宽满足百kHz到30 MHz的设计目标, 并对实际带束流测量结果进行分析讨论。经实际在线运行测试, 此壁电流探测器完全满足束流调试及运行需要。

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徐晓荣   王一农   戴大富   姚 瑶   郑善伦  

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介绍了一种用于大科学工程装置中国散裂中子源（CSNS）功率升级的RF负氢离子源大功率射频功率耦合系统的研制。主要内容包括射频功率耦合系统的构造, 指标计算分配以及具体实现, 重点阐述了射频功率放大器、隔离变压器、阻抗变压调谐器以及配套的电源、控制和冷却系统的设计, 并对整个系统的结构和热设计提出了工程解决方法。针对离子源功率耦合系统的特点作了细致的分析, 并以此为基础, 研制出了一款输出功率达80 kW的射频功率耦合系统产品。

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乔予思   储中明   陈福三  

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高能同步辐射光源(HEPS)磁铁数据库系统的开发过程包括数据库设计、数据库创建以及用于存储查询的网页管理系统的整体结构设计和开发。根据对磁铁相关数据格式和功能需求的调研, 整个系统采用MySQL数据库, 将HEPS的磁铁相关数据规范统一地存储, 包括磁铁设计参数、磁铁设备信息和磁铁测量数据等。同时, 开发了一套基于web的数据录入、查询管理系统, 能够提供便捷的数据展示、数据获取等功能, 并可以连接HEPS命名数据库、参数数据库等, 对于磁铁设备的安装、运行和维护以及HEPS整体的设备信息管理具有重要的意义。

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陈 刚   文春梅   李煜辉  

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介绍了永磁移相器的控制精度对X射线自由电子激光（FEL）的影响, 分析其误差来源。针对传统运动控制系统检测过程复杂、手动操作精度低等缺点, 提出了基于改进高斯牛顿非线性参数估计法的自动校正系统, 阐述了校正理论与过程。利用该方法对欧洲X射线自由电子激光装置中的移相器做安装校正应用, 使得每台移相器在高磁场应力的环境下间隙位移达到μm级控制精度, 满足工程设计要求。

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    粒子束技术

刘文杰   景越峰   刘 军   宋科峰   陈 坤  

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为提高中能闪光照相实验能力, 给高能闪光照相的网栅设计制造提供新的思路, 结合前期2 mm厚网栅降散射的研究成果, 通过同时考虑网栅投射立体角的有阻挡和无阻挡部分, 分析了不同光子能量下网栅厚度对降散射效果的影响, 并设计制造了一种具有更高网栅比的网栅。采用100 kV光源对空心球体成像的实验验证其降散射效果, 结果表明, 网栅使图像对比度获得近1倍提升。采用实际的实验布局作为输入开展了蒙特卡罗模拟, 验证比较了新设计网栅降散射效果, 其降散射比高达1000∶1。

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    脉冲功率技术

郭 帆   王贵林   邹文康   陈 林   谢卫平  

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聚龙一号装置由24路模块并联组成, 通过调整24路模块中激光触发气体开关的导通时序可实现负载电流波形的精确调节, 以满足磁驱动加载实验所要求的负载电流波形灵活调节的需求。针对聚龙一号装置开展的磁驱动加载实验, 建立了能够描述能量从Marx发生器开始至负载整个传输过程的全电路模型, 开发了相应的电路计算程序, 并基于实验结果对计算程序进行了校验, 电路模拟结果与实验结果符合较好。电路模拟程序的计算效率比采用Pspice软件进行全电路计算的效率显著提高, 其不仅可应用于在给定激光触发气体开关导通时序的情况下对聚龙一号装置的输出特性进行预测和评估, 同时也为负载电流波形调节的方案设计提供了一种有效工具。

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向 飞   罗 敏   李春霞   罗光耀   王 朋  

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基于单电子在电磁场中的运动理论, 对某过模微波器件, 用无箔二极管通过分析其导引螺旋管磁场和电子发射区电场的分布与相互关系, 证明了电子回流与电子束传输效率密切相关。效率实验研究表明: 对大尺寸导引磁场, 不同半径薄环阴极发射电子束电功率有较大区别; 如果电子束半径小于50 mm, 二极管效率大于95%; 如果电子束半径大于90 mm, 二极管效率小于75%。

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康军军   卿燕玲   傅 贞   计 策   丰树平  

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为测量Marx发生器输出电流, 设计了外积分式罗可夫斯基线圈。采用电容器放电的方式进行线下标定确定刻度因素, 采用盘式TEM室进行线圈的方波响应实验, 实验结果与等效电路模拟仿真吻合。线圈的响应时间为16 ns。模拟仿真分析了Marx连接假负载实验中, 实测电流波形后沿衰落较快且脉冲结束后基线不回零的问题。通过调整积分器的RC时间常数, 增加线圈的低频响应能力可消除该失真。改进后的线圈实验结果与理论分析一致。

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    太赫兹技术

朱保华   周 逊  

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孔径光阑耦合技术是大功率光泵气体太赫兹激光器的一种常用谐振腔设计方法。在不考虑波导对腔内模式形成的影响下, 采用传输矩阵的特征向量法, 针对孔径光阑耦合太赫兹谐振腔的腔内本征模式以及输出光束特性进行了数值模拟, 得到了该种谐振腔在不同g参数下损耗最低的几种本征模式及其相应的衍射损耗; 采用衍射积分与矩阵光学结合的方法计算了孔径光阑输出太赫兹激光的光束特性, 得到不同本征模式的远场衍射光斑及发散角。研究工作为孔径光阑耦合的气体太赫兹激光器设计提供了理论参考。

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    微纳技术

郑海涛   代 飞   张莉莉   罗江山   林 伟   王 凯   易 勇   雷海乐  

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为了深入理解纳米Al-Ni合金低温下的电子输运过程, 使用自主研发的电磁感应加热-自悬浮定向流法制备出Al, Ni和Al-Ni纳米合金粉末, 并采用真空热压设备将纳米粉末压制成纳米晶块体, 利用自主搭建的低温热电测量系统研究了Al-Ni纳米合金的电阻率随温度(8~300 K)的变化规律。研究结果表明: Al-Ni纳米合金由于形成有序晶相而仍然与Al, Ni纳米晶一样, 电阻率随温度的降低而降低。纳米Ni3Al-Ni和NiAl-Ni在居里温度点附近出现了电阻率随温度变化的极大值点, 因为单质Ni的影响, Ni3Al-Ni的居里温度比粗晶Ni3Al提高了20 K。由于磁子-电子散射作用和声子-电子散射作用, 纳米Ni3Al-Ni, NiAl-Ni和Ni的电阻率在低温下(8~40 K)与温度呈T2和T4关系。

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    研究快报

孙迪敏   卓婷婷   马国武   胡林林   陈洪斌   孟凡宝  

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首次实现直流磁体W波段二次谐波回旋管连续波稳定运行。回旋管工作时所需1.8 T磁场由一个水冷直流线圈产生。直流线圈励磁电流为500 A, 功耗28 kW, 内孔直径66 mm, 可直接将回旋管插入内孔中。回旋管内电子束由双阳极磁控注入电子枪产生。采用高效率内置准光模式变换器实现束波分离并输出准高斯波束。研制的回旋管工作频率为94.08 GHz, 腔内工作模式为TE02。实验中成功实现5 min连续稳定运行, 输出功率达到12 kW。电子束电压为45 kV, 电流1.7 A, 对应的输出效率15.7 %。

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