磁脉冲压缩系统的仿真研究

分析了传统磁脉冲压缩系统的原理及缺点,对基于省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统进行了介绍,为了更加深入地分析这种磁脉冲压缩系统,应用Pspice仿真分析软件建立了省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统模型,计算出各级压缩过程中各元件的电压波形,及饱和变压器和磁开关的磁芯感应强度变化曲线;经测试,当负载为500 Ω纯阻性负载时,系统两端输出的负极性脉冲峰值约-27 kV,半高宽约为70 ns,下降沿约为40 ns。通过分析仿真结果与实验结果,仿真中需考虑测量探头引入的并联电容对电路的影响。     

磁脉冲压缩系统的仿真研究

 分析了传统磁脉冲压缩系统的原理及缺点,对基于省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统进行了介绍,为了更加深入地分析这种磁脉冲压缩系统,应用Pspice仿真分析软件建立了省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统模型,计算出各级压缩过程中各元件的电压波形,及饱和变压器和磁开关的磁芯感应强度变化曲线;经测试,当负载为500 Ω纯阻性负载时,系统两端输出的负极性脉冲峰值约-27 kV,半高宽约为70 ns,下降沿约为40 ns。通过分析仿真结果与实验结果,仿真中需考虑测量探头引入的并联电容对电路的影响。     

单级磁脉冲压缩系统实验研究

 基于没有附加磁芯复位电路的磁脉冲压缩网络,设计研制了单级磁脉冲压缩系统;介绍了系统电路的工作情况,通过计算给出了系统关键元件的参数;应用Pspice仿真分析软件对系统电路进行仿真,仿真结果显示,负载为500 W时,饱和变压器和磁开关的磁芯所需饱和时间分别为6 ms和500 ns。实验结果表明:系统接200 W负载时,输出脉冲幅值约18.5 kV,下降时间约40 ns,脉冲宽度约70 ns,最高重复频率可达500 Hz;引入高压快速恢复二极管替代续流电感,不仅有效抑制了负载预脉冲,而且输出脉冲尾部的振荡幅值与持续时间都显著减小。     

磁压缩系统中热脱附杂质粒子研究

磁压缩系统为俄罗斯实验物理研究院提出的核聚变方案。磁压缩系统腔室中杂质粒子可能来源于热脱附、等离子体刮削器壁等途径。利用ANSYS工具模拟5 MA脉冲电流流过腔室,并给出电极温度的二维分布图,结合研究小尺寸铜样品上杂质的解吸附来分析磁压缩系统腔室中热脱附过程产生的杂质粒子。通过测量3 keV的Ar+离子入射到Cu(110),Cu(111)样品表面的飞行时间谱,分析样品表面吸附的杂质种类,以及样品表面杂质含量随温度的变化关系。研究表明杂质粒子含量跟电极温度有关联性,且跟电极材料表面结构相关。     

磁压缩系统中热脱附杂质粒子研究

磁压缩系统为俄罗斯实验物理研究院提出的核聚变方案。磁压缩系统腔室中杂质粒子可能来源于热脱附、等离子体刮削器壁等途径。利用ANSYS工具模拟5 MA脉冲电流流过腔室,并给出电极温度的二维分布图,结合研究小尺寸铜样品上杂质的解吸附来分析磁压缩系统腔室中热脱附过程产生的杂质粒子。通过测量3 keV的Ar+离子入射到Cu(110),Cu(111)样品表面的飞行时间谱,分析样品表面吸附的杂质种类,以及样品表面杂质含量随温度的变化关系。研究表明杂质粒子含量跟电极温度有关联性,且跟电极材料表面结构相关。     

The electric conductivity of a laminated metal system (alternating magnetic and nonmagnetic layers)

A set of kinetic equations for the distribution functions of carriers differing both by the energy spectrum and by the spin projection is used to investigate the conductivity of a multilayer sample (alternating layers of magnetic (m) and nonmagnetic (_n) metals). The boundary conditions on the interlayer surfaces are derived in an approximation in which the surface scattering is divided into “specular” and “diffuse” scattering and is characterized by scattering parameters (reflection and transmission) which are related to each other by relations dependent on spin projections and on the type of spectrum. The problem on the longitudinal (with respect to the layers) current is treated; situations are analyzed in which the variation in conductivity due to the change of mutual orientation of magnetization in successive m layers from antiparallel to parallel may be of the order of the values of the conductivity proper (the so-called giant magnetoresistance effect). This is possible only in the case of thin (compared with the free path) n layers (in m layers, the ratios of the characteristic dimensions may be arbitrary) and in the mandatory presence of specular surface scattering. Results are given for different possible ratios of Fermi momenta of electron groups and for different fractions of specular and diffuse scattering. The possibility of realizing the effects of both signs is demonstrated.     

全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器

设计制作了全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器,最高重复频率5 kHz,脉宽70 ns,通过调节初始储能电容上的电压可在500 阻性负载上获得4~40 kV连续可调的输出电压。通过分析简化的磁压缩末级回路,分析了预脉冲产生的过程,得出了预脉冲的电压表达式,选取适当的磁芯相对磁导率,经过求解,得出在磁开关未饱和电感一定时预脉冲随负载阻值变化的曲线簇,从曲线中可以看出：随着负载的阻值的增大,预脉冲的峰值绝对值也增大;在负载恒定的情况下,增大磁开关未饱和电感的大小可以显著地减小负载两端预脉冲的峰值绝对值,这要求磁开关磁芯有更高的相对磁导率。     

全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器

设计制作了全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器,最高重复频率5 kHz,脉宽70 ns,通过调节初始储能电容上的电压可在500 阻性负载上获得4~40 kV连续可调的输出电压。通过分析简化的磁压缩末级回路,分析了预脉冲产生的过程,得出了预脉冲的电压表达式,选取适当的磁芯相对磁导率,经过求解,得出在磁开关未饱和电感一定时预脉冲随负载阻值变化的曲线簇,从曲线中可以看出:随着负载的阻值的增大,预脉冲的峰值绝对值也增大;在负载恒定的情况下,增大磁开关未饱和电感的大小可以显著地减小负载两端预脉冲的峰值绝对值,这要求磁开关磁芯有更高的相对磁导率。     

Experimental and analytical investigation of a pulsed powerconditioning system for magnetic flux compression generators

The pulsed power conditioning system (PPCS) is one of the key enabling technologies for using the energy output of a magnetic flux compression generator (MFCG). This paper shows the results of comprehensive experimental studies of an inductive energy storage system using an exploding wire fuse. The effects of metal oxide varistors (MOVs) for use as pulse-shaping devices are also presented. The experimental results are complemented by a comprehensive evaluation and interpretation of the results using the tools available in the professional version of MathCAD     

磁压缩对高频稳定性的要求

 曲柄式磁压缩系统是北京大学SASE自由电子激光装置中非常重要的部分,通过其对电子束团的压缩为扭摆器提供高流强、短脉冲的电子束,使电子束在扭摆器内较短的距离实现饱和出光。曲柄式磁压缩需要利用偏离高频峰位的加速相位使得电子束产生能量-位置关联,主要讨论高频相位抖动与能量-位置关联的相互关系,高频相位抖动使得束团的能量-位置关联不同,即束团内电子能量随位置分布不同。进而研究其对磁压缩性能的影响,即能量-位置关联不一样会导致磁压缩得到的束团长度出现涨落。     

准三级蒸气压缩式制冷系统与两级压缩制冷系统的比较

对普通的双极压缩制冷系统进行改进,提出了一种准三级蒸汽压缩式制冷系统,在普通双极压缩制冷系统的基础上,在其低压压缩部分增加了由闪蒸器构成的补气系统,通过理论计算得出结论,与普通的两级压缩制冷系统相比,准三级蒸气压缩式制冷系统的制冷量及制冷COP,得到了明显的提高。     

周期永磁环爆磁压缩发生器

首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器,该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点,并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程,得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大,在磁化电流为0.13 MA,磁化回路负载电感为1.0 μH条件下,最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源,这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

周期永磁环爆磁压缩发生器

 首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器,该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点,并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程,得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大,在磁化电流为0.13 MA,磁化回路负载电感为1.0 μH条件下,最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源,这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

螺旋形爆磁压缩发生器跳匝现象分析

 分析了螺旋形爆磁压缩发生器的跳匝现象,考虑了膨胀电枢与定子线圈的交线,采用更加精确的计算模型,得出了更为精确的发生器装配公差表达式,通过计算验证了简化模型的结论可以满足设计要求,并对电枢表面和电枢壁厚等的不规则因素,以及圆管爆轰的边缘效应导致跳匝作了深入的分析计算。结果表明：如果电枢的装配公差合适,则可消除由于电枢和定子之间的轴线偏差导致的跳匝现象;圆管爆轰的边缘效应会导致起爆端部分线匝的磁通损失,因而发生器设计时电枢要比定子线圈长一部分;电枢厚度的径向不均匀分布会引起电枢的不对称膨胀,从而导致跳匝发生。     

MA量级小型螺线管爆磁压缩发生器

通过等效电路方法计算了MA量级小型螺线管爆磁压缩发生器(HEMCG)各参数,得到发生器的损耗主要来自非欧姆损耗。设计的HEMCG整体外径约140 mm,长度小于550 mm,初始电感128.7 μH。实验表明,在初始电流3.6 kA条件下,在100 nH负载上输出前沿75.2 μs、峰值1.87 MA的电流脉冲,电流放大约519.4倍,能量放大约209.5倍,炸药化学能到电磁能的转换效率为6%。两发HEMCG分别经原边电感约440 nH、副边电感约4 μH、耦合系数约0.85的电缆变压器调制,在4 μH负载上得到了上升时间约80 μs、峰值72 kA的脉冲电流,变压器能量传输效率约为26.8%。     

螺旋形爆磁压缩发生器跳匝现象分析

分析了螺旋形爆磁压缩发生器的跳匝现象,考虑了膨胀电枢与定子线圈的交线,采用更加精确的计算模型,得出了更为精确的发生器装配公差表达式,通过计算验证了简化模型的结论可以满足设计要求,并对电枢表面和电枢壁厚等的不规则因素,以及圆管爆轰的边缘效应导致跳匝作了深入的分析计算。结果表明：如果电枢的装配公差合适,则可消除由于电枢和定子之间的轴线偏差导致的跳匝现象;圆管爆轰的边缘效应会导致起爆端部分线匝的磁通损失,因而发生器设计时电枢要比定子线圈长一部分;电枢厚度的径向不均匀分布会引起电枢的不对称膨胀,从而导致跳匝发生。     

The electronic and magnetic properties of （Mn,C）-codoped ZnO diluted magnetic semiconductor

The electronic and magnetic properties of (Mn,C)-codoped ZnO are studied in the Perdew-Burke-Ernzerhof form of generalized gradient approximation of the density functional theory. By investigating five geometrical configurations, we find that Mn doped ZnO exhibits anti-ferromagnetic or spin-glass behaviour, and there are no carriers to mediate the long range ferromagnetic (FM) interaction without acceptor co-doping. We observe that the FM interaction for (Mn,C)-codoped ZnO is due to the hybridization between C 2p and Mn 3d states, which is strong enough to lead to hole-mediated ferromagnetism at room temperature. Meanwhile, we demonstrate that ZnO co-doped with Mn and C has a stable FM ground state and show that the (Mn,C)-codoped ZnO is FM semiconductor with super-high Curie temperature (T C = 5475 K). These results are conducive to the design of dilute magnetic semiconductors with codopants for spintronics applications.