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    ICF 与激光等离子体

忻秋琪   李亚冉   陈 亮   刘汉威   徐 捷   王 新   穆宝忠  

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基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求，提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式，解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态，实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点，采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件，给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管，对单个通道进行了网格背光成像，获得的二维图像放大倍数为7.8倍，空间分辨率达到15 μm，初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合，能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.052001      

    复杂电磁环境

李小艳   闫丽萍   赵 翔  

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利用单层均匀模型等效非均匀碳纤维复合材料，获得等效电磁参数，进而采用基于全波分析方法的仿真软件研究了碳纤维的排列方向以及入射波参数对传输线终端负载感应电流的影响。结果表明，当导线与碳纤维方向平行时，其场线耦合规律与同电导率导电板上的场线耦合变化规律基本一致，且负载感应电流大于导线与碳纤维正交时的感应电流。当电磁波垂直于复合材料板入射时，负载感应电流大于同等条件下电磁波平行入射时的感应电流。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.053201      

李俊辛   刘 强   闫丽萍   赵 翔   孟雪松   周海京  

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时域有限差分(FDTD)中采用环路法(CP)进行复杂金属细缝结构建模，可突破细缝结构对空间步长的约束而大大减少计算资源的消耗。提出CP-FDTD在大规模并行化平台的建模方法，通过对工程金属细缝结构自动建模以及对CP算法的自动适配，实现CP-FDTD的并行化处理。利用所开发的并行CP-FDTD算法分析了开不同工程细缝金属腔在0.05~3.00 GHz内的电磁屏蔽效能，结果表明所开发的具有金属细缝建模功能的并行化CP-FDTD自动适配处理技术，与加密网格的传统FDTD(fine-FDTD)计算结果吻合良好，且计算效率显著提升。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.053202      

    高功率微波

曾凡剑   孙列鹏   施龙波   高 郑   朱正龙   薛纵横   马瑾颖   陈 奇   金珂安   宫 正   黄贵荣   何 源  

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发射机在功率合成的时候，由于各固态功率源模块间存在着增益和相位的差异，会导致功率合成效率的下降。针对这一问题，本文通过建立增益和相位的一致性对功率合成效率影响的模型，并结合MATLAB软件进行计算模拟，得到不同增益和相位分布下的最低合成效率分布，为发射机功率合成系统设计提供了具体的相位和增益指标，并为发射机的评估和验收提供了有力的理论依据。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.053001      

杨 浩   闫二艳   郑强林   刘 忠   胡海鹰  

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设计了一种准光反射聚焦方式的微波放电大气等离子体实验装置，装置包括大气环境模拟室和微波辐射聚焦系统。辐射微波在腔室中心形成kV/cm量级的非均匀强场，击穿大气产生等离子体。通过仿真计算了腔室内的空间辐射场分布，并利用小信号传递的方式进行测量，测量结果与仿真相符，形成的等离子体形态与辐射场分布强弱一致。电磁场在聚焦区域形成驻波，等离子体出现明显分层现象。实验通过拍照记录了不同参数条件下的等离子体图样，等离子体形态随气压升高而收缩，放电区域受场强和气压共同影响。对实验结果进行分析，验证了该装置的能力。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.053002      

邴 丰   潘卫民   黄彤明   马 强   杨际森  

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旨在设计一支新型、耦合度可调、连续波型高功率输入耦合器，外部品质因数的调节范围为1.5×105~2×106，以适应先进光源技术研发与测试平台超导电子直线加速器束流试验装置不同束流模式下的需要。这是国内首次开展耦合度可调式连续波型高功率输入耦合器的研制。采用HFSS三维电磁仿真软件完成了耦合器的高频结构设计，对耦合器的微波传输、场分布进行了计算; 同时采用CST微波工作室对不同内导体天线插入深度下耦合器的外部品质因数进行了仿真计算，结合650 MHz 2单元超导腔进行了耦合度调节实验，仿真计算与实验测试结果基本一致。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.053003      

赵真涵   陈世韬   余 川  

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介绍了一种低成本高效率的W波段4×4基片集成波导(SIW)缝隙阵天线。天线阵为双层结构，上层为辐射层，采用宽边纵向偏移缝隙驻波阵，可以实现高的辐射功率，下层为馈电层，采用SIW串联缝隙馈电方式，减小了传统功分网络带来的传输损耗和实现难度。对天线阵进行了优化设计，采用标准低成本PCB工艺制作了天线阵实物样品并进行测试。测试结果与仿真结果吻合较好，天线阵在94 GHz时，最大增益为16.8 dB，反射系数-30.1 dB，-10 dB带宽为92.6~96 GHz，副瓣电平19.5 dB，天线阵口径效率为83%。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.053004      

孙久会   张德伟   王树兴   吕大龙  

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提出了一种新型的基于双枝节加载的T型四模谐振器，并且利用该谐振器设计了一款双模双通带带通滤波器。首先利用奇偶模分析法以及场分布分析法对四模谐振器的频率特性进行分析，谐振器的每一个谐振模式均可以被独立调节。然后对馈线枝节的参数进行了详细的分析，得到馈线对滤波器外部耦合系数的影响，以调整滤波器通带的带通宽度。接着分析滤波器传输零点产生的原因，得到零点变化的规律，从而调整零点位置，提高滤波器的选择性。缺陷地结构(DGS)被蚀刻在滤波器的金属层底面，以引入非谐振节点，提供源与负载的耦合，可以产生额外的传输零点，进一步提高滤波器的选择性，而且不会增大滤波器的体积。对该滤波器进行加工和测试，仿真结果与测试结果基本吻合。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.053005      

    核科学与工程

吴亚楠   茆华风   沈显顺   李 俊   卢 晶   茆智伟  

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针对传统响应时间检测方法存在基准时刻不统一、依赖间接测量量的问题，提出了一种基于实际触发角检测的晶闸管控制电抗器(TCR)动态响应时间评估方法。依据过零切除固定电容器组产生阶跃参考量统一基准时刻，通过TCR实际触发角与下限值的比较确定响应时刻，进而直接评估响应时间。实验结果表明，该方法可有效应用于大容量TCR型无功补偿装置动态响应性能分析、评价。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.056001      

卢 晶   茆华风   傅 鹏   李 俊   沈显顺   吴亚楠  

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发展高效绿色电炉冶炼技术是淘汰落后产能、钢铁产业调整升级的重要举措。电弧炉作为核心生产设备，防止其生产运行中无功冲击造成的电压跌落至关重要。而目前单一的有源、无源补偿方式无法同时满足电弧炉负荷日益增长的大容量且快速响应的无功补偿需求。研究了静止无功补偿器(SVC)和静止无功发射器(SVG)相结合的混联补偿方式，分析了SVC在分相不平衡大容量补偿及SVG在无功快速响应方面中的特性，并针对某钢厂电弧炉工作运行情况，计算其无功需求，充分利用其原有的SVC装置，设计混联SVG方案来抵消剩余无功缺口，使用PSCAD/EMTDC进行了联合应用仿真，证实其理论有效性。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.056002      

王广红   黄连生   高 格   傅 鹏   何诗英   王泽京  

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EAST (Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)装置的等离子体放电持续时间设计值为1000 s，目前放电长度已超过100 s。极向场电源(PF)是EAST的核心系统，有接近200路信号需要进行数据存储，每一次放电的数据量非常大，普通的数据库不能够满足长脉冲数据存储的要求。本文使用HDF5(Hierarchical Data Format)存储长脉冲数据，HDF5是可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式。本文采用HDF5的C接口，设计复合数据类型的数据集，为了实现实时存储与实时读取，将一次放电时间进行分割，并对数据进行分块存储和读取。通过可视化工具Hdfview查看数据集，以及Qt读取HDF5文件并进行波形显示，证明复合数据类型和分块数据集的正确性，以及分块写入与分块读取的可行性，同时对读写时间进行简单的测试，证明分块写入与分块读取方式具有高效性。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.056003      

陈 硕   郑 春   杜金峰  

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脉冲堆的性能主要受机械冲击引起的物理损伤的限制。高产额脉冲堆比CFBR-Ⅱ等金属铀脉冲堆追求更窄的脉冲宽度和更高的裂变产额，脉冲过程应力变化更加剧烈。为了获得高产额脉冲堆爆发脉冲过程中应力应变的分布，为新型脉冲堆设计和安全分析提供技术支持，基于圆柱型的铀钼合金快中子脉冲堆Godiva Ⅳ，以点堆方程以及MC（蒙特卡罗）方法对其中子产额以及功率分布进行了计算。并建立了快中子脉冲堆Godiva Ⅳ的三维模型，基于已知功率分布条件，利用有限元计算软件ANSYS Mechanical对其脉冲动态过程进行了瞬态的有限元计算，得到了Godiva Ⅳ圆柱型金属燃料在超临界脉冲爆发条件下的应力响应特性。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.056004      

王振尚   傅 鹏   黄连生   陈晓娇   王重马   曾思哲  

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有源电力滤波器（APF）是电力系统中实现电能质量管理的关键设备，谐波检测作为APF的关键技术之一，检测的精度和响应速度直接决定了APF的整体性能。介绍了传统的基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测算法; 针对其检测精度受锁相环输出相位误差影响，以及低通滤波器的存在限制了谐波检测系统的响应速度，提出了应用锁频环技术，产生与电网电压同频的单位正余弦信号的一种改进谐波检测算法; 并提出采用滑动平均滤波器（MAF）代替低通滤波器提高其响应速度以及改善谐波检测精度; 对改进的检测算法进行了理论分析，通过MATLAB进行仿真研究，理论分析和仿真结果都证明了该方法的有效性。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.056005      

齐 伟   贺书凯   谷渝秋  

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CR39可以用于激光等离子物理实验中的离子探测，并给出离子数目、种类和能量信息。通过采用唯象模型，利用离子在CR39中径迹形成的阻止本领动力学方程以及粒子群智能算法对径迹形成的过程进行了数值化模拟，研究了CR39中离子径迹在刻蚀过程中的演化过程，获得了入射离子能量和径迹直径、深度的对应关系，并且发现当离子射程与刻蚀深度相等时，径迹深度最大，给出了利用总刻蚀时间计算最大径迹深度对应的临界能量的公式。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.056006      

丁文杰   黄 欢   戴 涛   郭海兵  

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基于核燃料循环政策技术的成熟度，选取了一次通过循环方案(OTC)、单次复用循环方案(TTC)、快堆闭式循环方案(FRC)及混合堆闭式循环方案(HRC)四种典型的核燃料循环方案进行分析。采用平衡物质流模型对不同燃料循环方案的可持续性进行研究，基于平准化电力成本计算方法对不同方案的燃料成本和乏燃料处置成本进行分析。研究结果表明：闭式燃料循环可极大减少核废料产生; 燃料可自持的FRC方案及HRC方案可使用贫铀做燃料而不消耗天然铀; 仅考虑燃料成本和乏燃料处置成本时，HRC方案的经济性最高而TTC方案的经济性最差。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.056007      

    激光与粒子束技术应用

朱余银   李 晶  

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LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料作为最有商业化前途的锂离子电池正极材料，近年来成为研究者关注的焦点。但目前针对该材料合成工艺的研究还较少。对LiNi0.8Co0.15Mn0.05O2开展了不同的烧结工艺研究，并对制备出的正极材料进行了表征和性能测试。研究发现在0.1C (电池容量额定值)倍率下充放电比容量为200 mA·h·g-1左右，在1C倍率循环100次下，480 ℃@3 h + 780 ℃@5 h和500 ℃@5 h + 780 ℃@10 h两种烧结工艺下容量保持率分别为94%和86%，说明用这两种工艺制备的正极材料的综合性能最优。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.059001      

    脉冲功率技术

李 伟  

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串联型能量回收电路从电路结构上保证了异常条件下脉冲功率系统中充电电源的安全，但恒流充电电源经回收电感向储能电容充电时会引起回收电路的振荡，不仅会造成充电电源输出过压和回收电感损耗增加，还会导致充电电压一致性明显变差等问题。在分析了回收电路振荡特性的基础上，提出了在回收电感两端并接旁路开关和双路充电输入的电路结构以及相应的充电控制方法，不仅可以抑制回路振荡从而提高充电一致性，还可以消除回收电感和旁路开关的不必要损耗且控制方法也简单通用。对包含有串接型回收电路的600 V/400 A充电系统进行了电路仿真和实验验证，实验结果表明：在600 V重频条件下，回收电路的改进方案可将储能电容电压的充电一致性偏差由10 V降低到2.6 V，对应的相对偏差由1.7%降低到0.5%以内。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.055001      

冯传均   何 泱   戴文峰   伍友成   付佳斌   王敏华  

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针对高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求，基于全桥串联谐振恒流充电技术，研制了一台紧凑型串联谐振高压电容充电电源，平均充电功率12 kW。该电源采用超级电容器预储能和全桥串联谐振电路，大幅降低了场地供电需求，结合模块化集成设计，实现了一体化、便携式设计。针对脉冲驱动源工作需求，分析了全桥串联谐振电路的基本原理和工作过程，给出了电路参数设计方法和Pspice电路仿真结果，利用该电源对等效电容量为0.3 μF的脉冲驱动源进行了充电测试，实现了45 ms内充电60 kV以上，实验结果表明,其输出能力满足PFL-Marx脉冲驱动源的20 Hz重频充电需求。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.055002      

邓明海   曹宁翔   马成刚   刘云涛   贾 兴   李洪涛  

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针对脉冲功率系统开关触发需求,设计了一种重复频率Marx发生器，介绍了其基本工作原理及其主要性能指标。发生器采用单极性充电和同轴结构设计，脉冲输出为高压电缆形式，在75 Ω匹配负载上获得了高于200 kV的脉冲输出，脉冲宽度大于90 ns，工作模式可单次到10 Hz重复频率运行，脉冲上升时间小于10 ns，系统抖动小于20.1 ns。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.055003      

周细文   刘 湘   阳璞琼   宣伟民  

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作为中性束注入加热系统的核心设备，弧流电源的性能至关重要。打坑电路是弧流电源的重要组成部分，其动态响应特性及稳定性决定了弧流电源的性能。提出了一种用于弧流电源的新型打坑电路解决方案，能在150 μs内快速实现大电流的跌落和恢复，并且跌落和恢复过程中基本无过冲，用于转移的电子开关（比如IGBT）在开关过程中过电压小，可靠性高，吸收电路容易实现。该方案可以很好地替代传统的弧流电源打坑电路。

       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.055004      

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       PDF全文        强激光与粒子束, 2019年第31卷第5期 pp.1