高功率粒子束及其应用

本文评价了高功率粒子束的工作原理及其应用:文中以闪光-Ⅰ强流脉冲电子束加速器为例,论述了机器的基本技术和它的工作特性 高功率粒子束目前已经应用到许多重要研究领域。包括:核辐射效应模拟源、闪光X射线照相、高功率激光器研究、惯性约束聚变、高功率微波的产生、离子集体加速等方面。 报告中简述了我国在高功率粒子束加速器建造和开拓应用方面取得的进展。 最后,也指出了高功率粒子束技术今后发展有关的研究课题。     

国际高能脉冲X射线闪光照相加速器的发展综述北大核心CSCD

高能脉冲X射线闪光照相加速器在高性能爆轰流体动力学实验研究中具有重要应用,是牵引高功率脉冲技术发展的重大需求之一。综述了射频直线加速器、电子感应加速器、基于高压脉冲源和高功率二极管的强流脉冲功率加速器3大类、5种闪光照相加速器技术路线的主要特点、代表性装置,对比了几种技术路线的特点,展望了未来发展趋势:一是大力发展共轴多脉冲X射线分幅照相技术;二是采用全固态脉冲功率组件实现加速器紧凑化、小型化和可移动。     

强流脉冲相对论电子束加速器：—闪光二号

本文介绍了在西北核技术研究所建成的一台低阻抗脉冲电子束加速器——闪光二号。它主要用于核辐射效应模拟。加速器系统由Marx发生器、水介质同轴线和二极管三大主机部件以及十几个配套设备所组成。文中给出了在允电电压±55kV和±70kV两个电压等级下调试和运行的结果。最大输出电流600kA,管电压1.2MV。目前该加速器已用于电子束和X射线的实验研究。     

高功率离子束在漂移管中的中性化传输

介绍了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束在漂移管中的传输实验。对比了采用中性化措施前后的传输情况，分析了中性化措施对离子束束斑半径、束流均匀性的影响。根据实测的二极管电压模拟得到了传输一定距离后的束流波形，与实测结果符合较好。采取适当的中性化措施后，高功率离子束可以有效传输80 cm以上，束流发散得到抑制，束流均匀性得到改善。     

百焦耳级XeCl准分子激光实验研究

介绍了西北核技术研究所利用“闪光Ⅱ号”强流相对论电子束加速器作泵浦源研制的百焦耳级XeCl准分子激光器的主要性能和实验结果。     

高功率离子束在漂移管中的中性化传输

 介绍了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束在漂移管中的传输实验。对比了采用中性化措施前后的传输情况，分析了中性化措施对离子束束斑半径、束流均匀性的影响。根据实测的二极管电压模拟得到了传输一定距离后的束流波形，与实测结果符合较好。采取适当的中性化措施后，高功率离子束可以有效传输80 cm以上，束流发散得到抑制，束流均匀性得到改善。     

第四届全国高功率粒子束学术交流会

第四届全国高功率粒子束学术交流会于1990年11月2日至5日在西安举行。到会代表共50人,他们来自中国工程物理研究院、中国原子能科学院、中国科学院电工所、中国科学院电子所、西北核技术研究所、国防科技大学等18个单位。我国的高功率粒子束研究近几年取得了重要的技术进展,继闪光—Ⅰ之后,相继建成了4MeV感应电子直线加速器和双“0.9”装置(即0.9MV,0.9MA)。最近,这台双“0.9”装置被正式命名为闪光—Ⅱ号,实现了“闪光闪光,再放新光”的宿愿     

“神龙二号”加速器入选国防科工十大新闻

正从国防科工局1月11日正式发布2017年度国防科技工业十大新闻和十大创新人物(团队)中获悉,"神龙二号"引领世界强流多脉冲高功率加速器技术发展入选十大新闻。"神龙二号"在2017年11月正式通过国家级现场竣工验收。由包括14名院士组成的成果鉴定委员会认为:该项目系统复杂,研制难度很大,有重大创新,总体技术处于国际先进水平,部分重要指标国际领先。"神龙二号"研制成功是直线感应加速器和我国尖端武器闪光照相技术发展中的一个重要里程碑。     

“闪光二号”加速器HPIB的产生及应用初步结果

主要给出了“闪光二号”加速器高功率离子束(HPIB)产生及应用研究的初步结果.介绍了强箍缩反射离子束二极管的结构及工作原理，给出了考虑阴阳极产生的等离子体运动对二极管间隙影响的饱和顺位流修正公式.实验得到的离子束峰值能量约500keV，峰值电流约160kA.介绍了利用高功率离子束(质子束)轰击¹⁹F靶产生6—7MeV准单能脉冲γ射线的初步实验结果，给出了利用高功率脉冲离子束模拟1keV黑体辐射x射线对材料的热-力学效应初步研究结果. 关键词： 高功率离子束 箍缩二极管 准单能脉冲γ射线 热-力学效应     

阴阳极等离子体运动对强箍缩离子束二极管束流特性的影响

 主要研究了阴阳极等离子体运动对“闪光二号”加速器强箍缩离子束二极管束流特性的影响。给出了考虑阴阳极产生的等离子体运动对二极管间隙影响的Child-langmuir流、弱聚焦流、强聚焦流和饱和顺位流4个阶段的离子流和二极管总束流修正公式，利用这些修正公式计算的二极管总束流和离子束流强度与实测结果符合很好，在此基础上分析了提高离子束流强度和效率的方法，通过调整加速器参数，实验得到了峰值能量约500 keV，峰值电流约160 kA的高功率离子束。     

MC55低阻抗强流脉冲电子加速器研制

介绍了MC55低阻抗强流脉冲电子加速器的结构及主要技术参数,给出了加速器的初步调试结果。该加速器由Marx发生器、10Ω水介质单筒形成线、高压自击穿气体开关、水介质传输线和真空二极管组成。经过初步调试,该加速器可以产生电压500 kV,电流50 kA,脉冲宽度50 ns的强流电子束。目前MC55加速器已应用于同轴虚阴极振荡器高功率微波源的实验研究。     

“闪光二号”加速器运行状态分析及维护

介绍了闪光二号加速器在实验运行过程中,Marx发生器、水介质同轴线和二极管的常见故障。Marx发生器200 kV气体开关、水介质同轴线的主开关和预脉冲开关、二极管阴极表面电场和阴阳极间隙等是各部分出现故障的主要原因,针对故障采取相应的维护措施和注意事项,可实现闪光二号加速器正常稳定的运行。     

高功率离子束的应用研究

 给出用“闪光二号”加速器高功率离子束轰击19F靶产生6~7MeV准单能脉冲γ射线的实验结果；提出采用离子束传输法分离和降低轫致辐射干扰的方法，利用闪烁体探测器和半导体探测器，测出质子传输不同距离后轰击C₂F₄靶产生的6~7MeV准单能脉冲γ射线信号以及相比轫致辐射的延迟时间；介绍了模拟材料的软X射线的热 力学效应等方面的高功率离子束的应用，给出一些实验和理论计算结果。     

几项新技术在“闪光二号”加速器上的应用

为追踪国际上脉冲功率技术的发展方向,在“闪光二号”加速器上开展了水介质形成线并联技术、多级多通道气体开关技术和同步触发技术等研究。经过3维结构下电场分布的模拟计算和绝缘设计,采用3根6 Ω小水线并联组成了2 Ω水介质形成线,研制成功了作为主开关的3 MV多级多通道气体触发开关,并实现了3个多级多通道气体开关的并联运行;采用工作时延446 ns的同步触发系统实现了Marx发生器与主开关的延时同步运行。真空负压下的涡流循环冲刷消除水中气泡技术应用于水介质形成线上,有效消除了并联形成线汇聚结构处的气泡,提高了加速器运行的安全性。经过调试后,加速器重新获得了稳定的运行状态,几项新技术的应用获得成功。     

几项新技术在“闪光二号”加速器上的应用

 为追踪国际上脉冲功率技术的发展方向,在“闪光二号”加速器上开展了水介质形成线并联技术、多级多通道气体开关技术和同步触发技术等研究。经过3维结构下电场分布的模拟计算和绝缘设计,采用3根6 Ω小水线并联组成了2 Ω水介质形成线,研制成功了作为主开关的3 MV多级多通道气体触发开关,并实现了3个多级多通道气体开关的并联运行;采用工作时延446 ns的同步触发系统实现了Marx发生器与主开关的延时同步运行。真空负压下的涡流循环冲刷消除水中气泡技术应用于水介质形成线上,有效消除了并联形成线汇聚结构处的气泡,提高了加速器运行的安全性。经过调试后,加速器重新获得了稳定的运行状态,几项新技术的应用获得成功。     

新的高能注量电子束二极管系统

 为“闪光二号”加速器研制了新的二极管系统, 其电子束能注量比原二极管系统大3倍多。该系统由带滑闪开关的二极管、漂移管、脉冲磁场和真空靶室等部分组成, 通过减小阴极直径、增大轴向磁场强度和磁透镜比，调节滑闪开关距离和预脉冲开关气压等技术措施, 使二极管具有高能注量电子束输出的稳定工作状态, 在Marx发生器充电电压70kV条件下，在距阴极22cm的靶上获得了总能量21.5kJ、束斑直径52mm和能注量1.01kJ/cm²的电子束输出。     

百焦耳级KrF准分子激光实验

介绍闪光Ⅱ号加速器泵浦的百焦耳级氟化氢激光研制情况，给出了激光器的构造和主要性能。在二极管电压为８４０ｋＶ，电流为２００ＫＡ条件下，获得了１５７Ｊ的最大激光能量，峰值功率为２．０ＧＷ。研究了激光输出能量随Ｆ２和Ｋｆ气体浓度的变化规律．     

电子束泵浦百焦耳级准分子激光实验研究

利用“闪光二号”相对论电子束加速器研制了百焦耳级ＸｅＣｌ和ＫｒＦ准分子激光器，激光器激活体积２４ｌ，输出口径２０×２０ｃｍ２，泵浦功率密度１．５～２．０ＭＷ／ｃｍ３。ＸｅＣｌ激光器最大能量１３６Ｊ，波长３０８ｎｍ，脉宽５０～１００ｎｓ，峰值功率１．５ＧＷ，采用虚共焦非稳腔技术，束散角达１．３ｍｒａｄ；ＫｒＦ激光最大能量１５７Ｊ，波长２４８ｎｍ，脉宽８０～１００ｎｓ，峰值功率２ＧＷ。     

相对论电子束在角向磁场中产生硬X射线的实验研究

 在闪光二号加速器上用相对论电子束在低压气体和角向磁场中传输打靶的方法，进行了硬X射线产生的实验研究。在47cm传输距离上，电子束与钽靶作用，获得了面积积分剂量率为2.1×10¹⁰Gy·cm²/s的硬X射线辐射（能谱范围为20～120keV），在总的辐照面积上(4π方向)面积积分剂量达1 843Gy·cm²，X射线转换率达到108Gy·cm²/kJ。     

平板型虚阴极振荡器频率特性实验研究

 介绍了在“闪光二号”加速器上开展平板型虚阴极高功率微波振荡器频率特性实验研究的结果及分析。结果表明：平板型虚阴极振荡器表现出多频特性,且在微波脉宽内频率随时间变化;其频率分布在C波段和X波段,主频在C波段;主频由虚阴极自身振荡产生并且等于局部电子束的相对论等离子体频率,主频与二极管间隙电压有弱的依赖关系,与二极管间距成反比,而与阴极尺寸和阳极材料关系不大。