EAST中性束注入快离子损失研究

利用经典导心轨道程序ORBIT,结合平衡程序EFIT和输运程序TRANSP,计算了EAST中性束注入后快离子的损失情况.结果表明,4MW(80keV)氘离子的损失份额为29％,2MW(50keV)氘离子的损失份额为31％,损失的快离子有很强的局域性.     

EAST中快离子Dα诊断光电检测系统的设计

设计了具有高时间和空间分辨率EAST 快离子D_α 的光电检测系统,它由16 路光电倍增管(PMT)和电流放大器(采用蓝宝石材料代替传统印刷板电路)构成。为了使快离子D_α (FIDA)信号在中性束注入时能从其他光源的在同一光谱范围内的谱线中检测出来,系统参数设计为整体光子-电压增益5.0×10⁹、电流放大器增益10⁶V/A、-3dB 带宽500kHz。实验结果表明,该光电检测系统可以很好的检测到快离子D_α (FIDA)信号,并有助于从D_α 光的多普勒偏移光谱推断快离子特性。     

EAST上磁位形和杂质对束离子约束和加热影响的数值模拟

利用程序ORBIT和TRANSP/NUBEAM模拟研究全超导托卡马克实验装置(EAST)等离子体位形和杂质的特征参数Z_eff(有效电荷数)对束离子约束和加热的影响。结果表明：在等离子体位形中,随着最后一个封闭通量表面与中面外容器壁之间的距离(gapout)和环向磁场强度的增加,快离子的损失(包含瞬时损失和波纹损失)也随之减少,因此中性束的加热效率随着gapout的增加而提高。此外,随着背景等离子体杂质的增加(即Z_eff的增加),增加了束损失,导致最后束加热效率降低。选择合适的磁位形,同时降低背景的杂质含量可以增强快离子约束,提高束的加热效率。     

离子原子碰撞过程中反冲离子飞行时间谱的蒙特卡罗模拟研究

基于蒙特卡罗方法,建立了程序模拟离子与原子碰撞中的反冲离子飞行时间谱.模拟入射离子束的空间密度分布,原子束密度的空间分布,靶原子的初速度分布, 根据反应几率产生不同电荷态反冲离子,并求出反冲离子飞行时间后,对每次模拟事件根据飞行时间进行累计,就得到反冲离子的飞行时间谱.模拟结果与实验(Ar12+-Ar) 测量到的TOF谱进行了分析比较,并进行了定性讨论     

高离化态S^q＋与H2碰撞中H2^r＋的库仑爆炸及解离过程研究

采用位置灵敏探测器和散射离子-反冲离子飞行时间技术测量了900keV的S^q H2碰撞产生的H^ 碎片的能量分布，实验表明部分H2^r 发生解离。基于蒙特卡罗方法，建立了程序模拟离子与分子碰撞中的反冲离子飞行时间谱。模拟结果与实验(S^2 H2，S^2 He)测量到的TOF谱进行了分析比较，并进行了定性讨论。     

高离化态Sq+与H2碰撞中Hr2+的库仑爆炸及解离过程研究

采用位置灵敏探测器和散射离子-反冲离子飞行时间技术测量了900?keV的Sq++H2碰撞产生的H+碎片的能量分布,实验表明部分Hr+2发生解离.基于蒙特卡罗方法,建立了程序模拟离子与分子碰撞中的反冲离子飞行时间谱.模拟结果与实验(S2++H2,S2++He)测量到的TOF谱进行了分析比较,并进行了定性讨论.     

中型tokamak中快离子的约束

利用三个运动常数发展了导心轨道程序GCORBIT. 该程序在计算轴对称tokamak中带电粒子导心轨道的同时，也考虑了纵场纹波和螺距角散射的效应. GCORBIT可以用来计算轴对称tokamak中的导心轨道，计算速度空间的损失区，计算快离子的损失份额. 与已有的工作相比，GCORBIT计算出的速度空间损失区包括了多种效应：偏滤器位形中的非闭合轨道、由于导心轨道与第一壁相交引起的首次轨道损失、纵场纹波局部磁阱俘获、纹波随机扩散以及速度空间不连续约束区导致的螺距角散射效应增强. GCORBIT程序已被用于分析“先进超导托卡马克实验装置”(experimental advanced superconducting tokamak,EAST) tokamak中快离子的约束. 并讨论其中的某些数值计算结果. 关键词： 导心轨道程序 快离子约束 tokamak     

快离子导体的低频介电特性

本文综述了快离子导体低频介电特性的实验规律,介绍和讨论了近年来提出的几个关于快离子导体介电特性的理论模型,并将实验结果与经验公式、理论模型进行了比较。     

快重离子微观尺度二维分布的模拟研究

在快重离子的辐照中,无论通过束流扫描还是束流散焦,在微观尺度上入射离子依然是随机分布的。最近,这种微观上的离子不均匀性对于快重离子的前沿应用,如高密度微孔膜的制备和航空电子器件的单粒子效应的评估等变得至关重要。本工作利用蒙特卡罗方法模拟了垂直于束流方向的二维平面上随机分布的离子。从统计角度来看,蒙特卡罗方法模拟的潜径迹的分布与相同离子注量下微孔膜的电镜观测结果相一致。根据模拟结果,微孔膜的有效孔隙率可以通过辐照注量和孔径来进行有效预测。另外,也提出了计算有效孔隙率的经验公式。利用此公式可以在一定程度上预测最优化的离子辐照和化学蚀刻参数,从而得到理想的孔隙率。同时,为了评估微孔膜的选择性,计算了形成重孔的概率,这有助于在膜的孔隙率和选择性之间达到平衡,从而获得最好的膜性能。通过蒙特卡罗模拟,还研究了微观尺度下离子辐照的均匀性问题,其结果可以为单粒子效应等应用提供重要参考。     

非对称离子门控制方法和对离子迁移谱分辨率的改善

为了改进离子门的驱动方式,简化离子门驱动电源设计和提高离子迁移谱分辨率,通过增加一组电阻实现离子门两端的不对称供电,再对低电压端的电压进行控制实现离子门功能。分析了该方式下的两种情况对迁移管内的电场、离子迁移谱的分辨率和信噪比的影响。借助SIMION7.0对离子门两边的电场分布进行了模拟和比较,并应用数值化拉普拉斯方程的方法计算了迁移管轴线的电场数据。实验证明：相比常规迁移谱的离子门浮地驱动电源,这种驱动方法成本低,离子门电源的设计简单,能够明显提高离子迁移谱的分辨率。该方法能够应用于离子迁移谱的测量仪器或实验设备。     

离子能量分析器测量特性的仿真研究

针对空间等离子体及其模拟环境、空间原子氧及其模拟环境对离子能谱测量的需要，利用仿真软件COMSOL，对离子能量分析器的低能离子测量特性进行了仿真研究。介绍了离子能量分析器的工作原理，对离子能谱测量过程进行了公式推导。通过对三种待选仪器设计方案进行离子透过率仿真分析，确定了一种较优的仪器设计方案。多种离子温度下的误差分析结果也表明，该设计方案能够较为准确地测量离子能量分布。分析了电场畸变、等离子鞘层、栅网对齐方式和离子温度对测量结果的影响，根据仿真结果对一些仿真实验现象做出了合理的解释。     

快离子辐照损伤能深度分布理论计算

本文描述了一个用于计算快离子在无定形结构靶材料中引起的损伤能量分布的计算程序HEDEP-1.程序中采用了I.Manning等发展的近似计算方法,在处理入射离子与靶原子碰撞过程中考虑了核力影响,在电子阻止本领计算中选用了最新发表的J.F.Ziegler等数据.程序适用的能量范围是较宽的,从L.S.S.能区一直延伸到弹-核系统的库仑势垒以上,可以计算单质和多至四种元素组成的均匀靶材料.     

基于有限元方法的离子俘获装置模拟计算

利用有限元程序ANSYS,开展潘宁离子俘获装置的电场模拟计算。基于电场数据,结合Runge_Kutta_Fehlberg方法进行潘宁装置在多种模式下的离子俘获过程模拟工作,得到了准确的离子俘获结果。并对实际条件下具有偏离理想情况电极分布的俘获装置进行了优化计算及电场分析,同样实现了离子俘获过程的准确模拟。有限元方法用于离子俘获装置的电场计算以及后续离子俘获过程模拟流程的建立,为类似的电势阱离子俘获装置建造运行提供有效的技术支持。     

BTCF上离子引起的束流不稳定性研究

对所设计的北京τ-粲工厂(BTCF)高亮度对撞模式下电子环中的离子引起的束流不稳定性做了研究.计算了不同束团填充空隙下的离子俘获比,然后用自编的模拟程序对BTCF上快束流–离子不稳定性做了模拟跟踪,得到的快束流–离子不稳定性的增长时间和理论解析计算值基本一致.     

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采用等离子体分层模型,利用WKB近似研究了离子回旋共振加热(ICRH)天线发射谱n||对离子回旋波在托卡马克等离子体的表面功率反射系数、吸收衰减的影响,数值模拟了不同天线发射谱n||条件下快波少数离子加热的效果.模拟结果表明,当其它实验参数一定时,ICRH天线发射合适的n||能提高天线与等离子体的耦合效率,增强少数离子加热的效果.     

固体材料中快重离子辐照损伤建立过程中的离子速度效应

快重离子辐照损伤建立过程中的离子速度效应是近年来才发现的,离子速度效应是指快重离子在固体材料中引起辐照损伤的损伤截面, 损伤效率和损伤形貌的离子速度相关性, 简要介绍了固体材料中快重离子辐照损伤建立过程中离子速度效应的发现、研究现状和主要实验结果, 并进行了尝试性评价.     

铷离子-铷原子混合阱飞行时间谱的拟合和仿真模拟

离子-原子混合阱是研究带电粒子-中性粒子低温反应的理想平台,直接甄别反应产物最准确的方法是带电粒子飞行时间谱,飞行时间谱峰的强度、位置(飞行时间)和宽度给出了相应带电粒子的强度和动能(温度)等信息.本文通过分析和模拟铷离子-原子混合阱中的飞行时间谱,获得了不同荷质比的离子绝对强度和温度等信息.具体说,首先使用Gumbel型极值分布函数飞行时间谱的谱峰,获得谱峰强度、位置和宽度等信息.然后对实验建模得到耦合的原子数和总带点离子的速率方程,用这些速率方程拟合实验数据,并结合实验测量到的绝对原子数,获得绝对的离子数强度.由此提供了一种标定探测器(本文使用的是微通道板)的方法.改变电离激光的波长和强度得到的标定因子是一致的,表明了这种方法的可靠性.此外,利用COMSOL Multiphysics模拟实验的飞行时间谱,仿真模拟结果表明离子动能大,谱峰宽度窄.本文对飞行时间谱的强度和宽度分析为冷原子光电离过程的离子-原子反应碰撞和带电粒子温度弛豫奠定了基础.     

MeV能量离子在生物样品中的能量损失与能量离散

为了研究 MeV能量离子在生物样品中的能量损失与能量离散, 分别使用1.0, 1.8和2.8 MeV质子和4.5 MeV氦离子分别辐照不同质量厚度的洋葱内表皮膜。 当质子穿过该生物样品后, 可以利用透射能谱测量透射离子的能量损失和能量离散。 实验结果显示, 在以上的生物样品中, MeV能量离子的能量损失值和TRIM程序模拟的结果相吻合, 但是透射离子的能量离散值却与TRIM程序模拟结果有很大的不同。 结合生物样品的结构不均匀的特性, 对Bohr能量离散理论进行了修正, 并发现修正后的Bohr能量离散理论计算结果与实验值符合得很好。     

金等离子体中Au48+—Au52+平衡分布的统计热力学研究

基于全相对论多组态Dirac-Fock理论，采用“多功能相对论原子结构程序(GRASP2)”，考虑量子电动力学(QED)效应和Breit修正，涉及实验谱中Au等离子体M带的几类重要跃迁，计算了Au48+—Au52+离子的能级结构和能级简并度.用统计热力学方法计算 各离子的配分函数，由配分函数计算等离子体内这五种离子的电离与复合平衡常数，根据同 时反应的平衡理论研究电离与复合达到平衡时等离子体内各离子的相对分布. 关键词： 金等离子体 配分函数 平衡常数 离子丰度     

Ne原子(e,2e)反应中反冲离子动量分析

利用冷靶反冲离子动量谱仪,对电子轰击Ne原子的单电离反应(e,2e)进行了研究,实验测量了70—3300eV入射能量情况下,反应过程中产生的一价反冲离子的动量分布,并对反冲离子的总动量进行了还原。介绍了一个简单的碰撞机制,据此着重分析了反冲离子纵向动量和横向动量二维谱形成的原因,该碰撞机制能够较好地解释较高能量入射时的实验结果。最后根据反冲离子的动量,估算了出射电子的能量范围,为下一步进行电子、离子的符合测量奠定了基础。