圆柱腔内系统电磁脉冲的数值模拟

应用3维全电磁粒子模拟程序研究腔体的内SGEMP,作为校验,模拟计算了光电子由圆柱腔体端面向内发射的SGEMP模型,并与文献结果进行了对比;使用该程序对圆柱腔体的3维内SGEMP进行模拟研究,得出注量为100 J/m2,特征温度为2 keV的黑体谱X射线,垂直入射高为4.5 cm、半径为7.5 cm的圆柱腔体侧面时,发射电流为20 A,产生的电场最高可达150 kV/m,磁场高达3.0×10?5 T。并对不同X射线注量下的电荷和电场分布情况进行了初步研究。     

高气压强电场电离过程中的离子浓度分布规律

研究了高气压强电场电离区域的离子浓度分布的连续性方程, 对电离区域的电离物的产生、消失和输运进行了研究。通过采用电离放电增加了输入能量密度、G 值、电离占空比等, 从而提高了离子产生率。通过外加电场和离子“雪崩”头部的本征电场的叠加作用, 离子被束缚在放电通道中。对离子施加垂直电场方向的作用力, 就能把电场中的等离子体成束输送出去。已经能够做到有效体积仅为1cm³的等离子体源, 输运等离子体率达到 10¹² cm^{- 3}•s^{- 1}。     

圆柱体外SGEMP的三维数值模拟

研究复杂模型的系统电磁脉冲（SGEMP）特性,开发三维全电磁粒子模拟程序,用Monte Carlo方法计算电子发射的余弦角分布和指数能谱分布,作为校验,首先模拟光电子由圆柱端面向外发射的SGEMP模型,并与文献二维计算结果对比;用该程序对半径为10 cm,长度为20 cm的圆柱体只有一半侧面向外发射的三维SGEMP进行模拟,发现当发射电流为3.3A时,产生的电场最高可达56 kV·m^-1,磁场高达3.0×10^-6 T.     

飞秒超强激光多通预放大过程中的脉冲信噪比研究

从啁啾脉冲放大的基本理论出发,详细计算了啁啾脉冲在多通预放大中各个时间点的增益情况,并设计了一个十通预放大器进行了实验研究. 结果显示,在抽运通量为1.6 J/cm²的非饱和放大情况下,种子脉冲经过十通预放大之后信噪比由10^-5提高到10^-7. 这表明在非饱和抽运通量下,多通预放大器可以有效提高激光脉冲的信噪比. 关键词： 多通预放大 信噪比 飞秒钛宝石激光器     

插层化合物Li1+xV3O8的合成及其物理性能的初步研究

本文成功地合成了插层化合物Li_1+xV₃O₈,并用X射线粉末衍射和等离子体发射光谱元素定量分析进行了鉴定。同时进行了NMR研究。在298—400K之间观察到了锂离子的运动致窄效应,并以此求得它的离子运动激活能为0.18eV。还测得该材料的室温电导率为10^-3Ω^-1·cm^-1数量级。 关键词：     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps,波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法,实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明,当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时,阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²;I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p 关键词： 飞秒激光 阈值 多光子电离 碰撞电离     

Ca和Sr原子n′dnl自电离态在低电场中的线性Stark效应

用激光多步激发技术观察了Ca和Sr原子n′dnl双电子激发自电离态的电场效应。Stark光谱显示,在F<1/3n⁵的低电场中,Stark能级分裂与外电场强度线性相关。也观察了近简并l亚能级的Stark混合使自电离共振谱线在外电场中的增宽。这一效应在高温等离子体中对双电子复合速率的增加起重要作用。 关键词：     

Mg微管靶喷口电子密度及X射线谱的时间分辨特性

1.06μm激光以3.5×10¹³W/cm²管壁辐照强度注入带侧向喷口Mg微管靶管内。利用X射线条纹相机测量Mg¹⁰⁺和Mg¹¹⁺离子沿侧喷方向发射X射线谱随时间变化过程,X射线时间分辨谱结果表明,三体再复合过程是实现Mg¹⁰⁺离子激发态1s4p和1s3p能级间粒子数反转的主要机制。用2660?紫外激光探针探测侧向喷口处等离子体电子密度,其密度值与用光谱分析获取的一致。 关键词：     

电子束产生大尺度等离子体过程的数值模拟研究

建立了一个四组分一维混合模型，对电子束注入大气产生大尺度等离子体的过程进行了数值模拟.结果表明了能量为140keV、流强为50mA/cm²的注入电子束，可以产生线度为0.5m，密度为10¹²cm^-3量级的大气环境下等离子体.电子束所伴随的空间电荷效应由于等离子体的产生会很快消失，不影响后续的等离子体产生过程.电子束注入流强主要影响产生等离子体的密度，而电子束能量则同时影响其空间线度和密度. 关键词： 电子束 碰撞 电离     

锐钛矿金红石的高温原位X射线衍射研究

对TiO₂粉末进行了空气和真空条件下从室温到1200℃的加热原位X射线衍射实验, 得到了空气和真空条件下微米级锐钛矿颗粒转变为金红石的起始温度分别为850℃ 和855℃; 分别修正了空气条件下锐钛矿在(27–850℃)范围和金红石在(900–1200℃) 范围内的晶胞参数和真空条件下锐钛矿在(27–850℃)范围和金红石在(950–1200℃) 范围的晶胞参数, 从而得到了晶胞参数随温度变化的关系, 得到了锐钛矿和金红石在空气中和真空中的热膨胀系数, 并总结了热膨胀系数随温度变化的规律. 室温下锐钛矿在空气条件下的热膨胀系数为 α_a=4.55063×10^-6/℃, α_c=7.7543×10^-6/℃, β=16.85836×10^-6/℃; 真空下为 α_a=4.69429×10^-6/℃, α_c=9.02850×10^-6/℃, β=18.69688×10^-6/℃. 室温下, 金红石在空气条件下的热膨胀系数为 α_a=6.81243×10^-6/℃, α_c=8.71644×10^-6/℃, β=22.22178×10^-6/℃; 真空条件下为 α_a=6.05834×10^-6/℃, α_c= 8.39280×10^-6/℃, β=20.52362×10^-6/℃. 关键词： 2')" href="#">TiO₂ 原位X射线衍射 相转变 热膨胀     

系统电磁脉冲一维边界层的数值模拟

应用准第一性原理的PIC程序对系统电磁脉冲(SGEMP)一维边界层进行数值模拟,研究无限大介质板发射单一能量为2 keV、发射率为3.3×1020 m-2·s-1的光电子,发射角分布为余弦角分布,且平板上留下等量正电荷时的SGEMP效应,得出稳态后电子所能到达的最大距离约在5.8~7.5 cm之间振荡;发射表面z=0处的电荷密度在(6.0~9.0)×10－6 C/m3之间振荡;表面电场值在50~55 kV/m之间振荡;边界层达到准稳态的时间约为14.0 ns。将稳态模拟结果和理论估算结果进行对比,模拟结果较理论结果更加准确、形象地反映出SGEMP一维边界层的形成过程及稳态结构。     

Implicit Collisional Three-Fluid Simulation of the Plasma Erosion Opening Switch

The plasma erosion opening switch (PEOS) has been studied with the aid of the ANTHEM implicit simulation code. This switch consists of fill plasma injected into a transmission line. The plasma is ultimately removed by self-electrical forces, permitting energy delivery to a load. Here, ANTHEM treats the ions and electrons of the fill plasma and the electrons emitted from the transmission-line cathode as three distinct Eulerian fluids-with electron inertia retained. This permits analysis of charge separation effects, and avoids the singularities that plague conventional MHD codes at low density. E and B fields are computed by the implicit moment method, allowing for time steps well in excess of the electron plasma period ?t >> ?p-1, and cells much wider than a Debye length, ?x >> ?D. Switch dynamics are modeled as a function of the driving electrical pulse characteristics, the fill plasma parameters, and the emission properties of the transmission line walls-for both collisionless and anomalously collisional electrons. Our low-fill-density (ne ? 4 × 1012 electrons/cm3) collisionless calculations are in accord with earlier particle code results. Our high-density computations (ne ? 2 × 1013 electrons/cm3) show the opening of the switch proceeding through both ion erosion and magnetic pressure effects. The addition of anomalous electron collisions is found to diffuse the driving B field into the fill plasma, producing broad current channels and reduced magnetic pressure effects, in some agreement with NRL experimental measurements.     

稀薄空气中圆柱腔体内系统电磁脉冲的混合模拟

系统电磁脉冲广泛存在于强电离辐射环境中,且难以有效屏蔽.为了评估稀薄空气对系统电磁脉冲的影响,本文基于粒子-流体混合模拟方法,建立了三维非稳态模型,计算并分析了稀薄空气等离子体的特性以及其与电磁场响应的相互作用.结果表明,压力越高,光电子发射面附近的次级电子数密度越高,轴向分布的梯度越大,腔体中部的电子数密度在20 Torr(1 Torr=133 Pa)下出现峰值,而电子温度随压力升高单调递减.腔体内的稀薄空气等离子体阻碍了空间电荷层的产生,电场响应峰值比真空条件下的低了一个数量级,电场脉冲宽度也显著降低.光电子运动特性决定了电流响应的峰值,压力升高,到达腔体末端的电流先增加再减小.而等离子体电流会抑制总电流的上升速率,并使电流响应出现拖尾.最后,将数值模拟结果与电子束模拟系统电磁脉冲的实验结果进行比较,验证了本文混合模拟模型的可靠性.本研究所采用的混合模拟方法相比于粒子云网格-蒙特卡罗碰撞方法,大幅减小了计算消耗.     

稀薄空气中圆柱腔体内系统电磁脉冲的混合模拟

系统电磁脉冲广泛存在于强电离辐射环境中,且难以有效屏蔽.为了评估稀薄空气对系统电磁脉冲的影响,本文基于粒子-流体混合模拟方法,建立了三维非稳态模型,计算并分析了稀薄空气等离子体的特性以及其与电磁场响应的相互作用.结果表明,压力越高,光电子发射面附近的次级电子数密度越高,轴向分布的梯度越大,腔体中部的电子数密度在20 Torr(1 Torr=133 Pa)下出现峰值,而电子温度随压力升高单调递减.腔体内的稀薄空气等离子体阻碍了空间电荷层的产生,电场响应峰值比真空条件下的低了一个数量级,电场脉冲宽度也显著降低.光电子运动特性决定了电流响应的峰值,压力升高,到达腔体末端的电流先增加再减小.而等离子体电流会抑制总电流的上升速率,并使电流响应出现拖尾.最后,将数值模拟结果与电子束模拟系统电磁脉冲的实验结果进行比较,验证了本文混合模拟模型的可靠性.本研究所采用的混合模拟方法相比于粒子云网格-蒙特卡罗碰撞方法,大幅减小了计算消耗.     

圆柱腔体光电输运的蒙特卡罗模拟

应用三维并行蒙特卡罗程序JMCT, 计算了特征温度分别为1, 3, 5, 8keV的黑体谱X射线入射到铝、二氧化硅、金的表面的背散射光电产额和电子能谱, 并与文献结果进行对比, 验证了程序的正确性, 进而针对系统电磁脉冲(SGEMP)研究中的典型几何结构——金属圆柱腔体, 模拟计算了其在黑体谱X射线照射下的光电输运过程, 用温度为1keV、注量为1J/m2的黑体谱X射线平行照射圆柱腔侧面, 半个侧面发射光电子, 计算得出了和方位角相关的不同面上发射光电子的光电产额、能谱分布和角分布, 结果表明掠入射的X射线会产生更高的光电产额; 光电子的发射角分布都基本符合余弦角分布的规律。     

Ps four-wave mixing measurements of electric field in a ns pulse discharge in a hydrogen diffusion flame

Time-resolved electric field in ns pulse discharge plasmas generated in room air and in an atmospheric pressure hydrogen diffusion flame has been measured by ps four-wave mixing, for plane-to-plane electrode geometry. Electric field is put on the absolute scale using the Laplacian field measured before breakdown. The results show that peak electric field during breakdown in the flame, approximately 40?kV/cm, is significantly lower compared to that in room air, 75?kV/cm, due to higher temperature of combustion products. In both cases, peak electric field is higher compared to DC breakdown field. Both in air and in the flame, the electric field follows the applied voltage before breakdown and decreases rapidly after breakdown, due to charge separation and plasma self-shielding. The electric field in air is compared with the predictions of an analytic model of ns pulse breakdown, showing good agreement between the predicted and the measured breakdown field. The model also predicts earlier breakdown as well as breakdown voltage reduction as the temperature is increased, in qualitative agreement with the experimental data. The use of the present ps four-wave mixing diagnostics for measurements of electric fields below ～20?kV/cm in atmospheric pressure flames is challenging, due to low signal-to-noise. The sensitivity of the present diagnostics is controlled by the high temperature and low N₂ fraction in the combustion product mixture, as well as by the limited bandwidth of the Stokes beam generated by the stimulated Raman cell, which provides access only to several rotational levels of nitrogen molecules. The present diagnostics will have much better sensitivity in high-pressure flames, since the four-wave mixing signal scales as the squared number density of nitrogen.     

Z-FFR聚变靶室物理状态分析与聚变X射线防护的初步设计

利用MULTI程序建立了大空间-时间尺度、Z-FFR聚变靶室气体氛围的辐射流体力学模型,研究了聚变X射线能量传输、气体氛围温度密度演化以及冲击波的形成和传播等物理过程,获得了第一壁表面辐射温度、冲击压力随时间的变化等重要参数。同时利用Geant4程序计算了静态X射线在第一壁耐烧蚀涂层中的能量沉积分布,研究了不同能量X射线在聚变靶室气氛中的衰减规律。综合动态和静态计算结果,完成了聚变X射线防护初步设计,确定第一壁入射X射线能量密度阈值约为0.2J/cm2,Ar气氛围压强为2000Pa。     

金属壳体和电缆的系统电磁脉冲响应

 研究了金属壳体和电缆遇到高空核爆炸产生的脉冲X射线辐射时的系统电磁脉冲响应，讨论了系统电磁脉冲产生机理、幅值和对系统的耦合途径。通过对计算和试验数据的分析，获得了金属壳体模型和单电缆及双电缆的系统电磁脉冲响应数据，简要分析了壳体的系统电磁脉冲损伤薄弱环节。