短脉冲高剂量率γ射线源技术研究

 介绍了“强光一号”加速器产生宽度约20 ns的高剂量率脉冲γ射线的工作过程；分析了短脉冲γ射线源二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能；说明了等离子体断路开关的工作特性；阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则与设计参数。给出了不同短脉冲γ射线源的实验结果，得到了3种辐射参数：脉冲宽度约20 ns，辐射面积为2，30和100 cm²时，相应的辐射剂量率为10¹¹，0.7×10¹¹和10¹⁰ Gy/s。     

长脉冲高阻抗强流电子束二极管

 介绍了强光一号加速器长脉冲功率系统；分析了强光一号加速器长脉冲轴向绝缘高阻抗电子束二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能；阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则，给出了设计参数。实验研究表明：二极管电压0.75~2.6MV，电流65~85kA，电压幅值对应的工作阻抗14~44Ω，输出轫致辐射脉冲宽度100~400ns，100 cm²输出窗口的轫致辐射剂量率10⁸~2×10⁹Gy/s。     

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。     

同轴场畸变气体开关运行特性

 开关静态工作特性通常会随放电次数的增加而发生某些变化。针对“强光一号”加速器工作初期、工作中后期和不稳定工作期的120只气体开关，在随机抽样的基础上进行静态实验，给出了三个不同阶段直流自击穿电压与气压的关系。根据0.08 MPa下工作中、后期开关连续80次的直流自放电电压，同时利用Gauss和Weibull概率统计模型，分别计算了不同电压下单只开关和系统的自放电概率。结果均表明，对于工作中、后期的开关，当气压为0.19 MPa时，在42 kV运行电压下，加速器上120只气体开关不发生自放电的概率大于90％，与实际运行情况相符，此时开关的动态放电时延为170 ns，抖动小于20 ns。     

“强光一号”等离子体断路开关及负载的数值计算

 等离子体断路开关（POS）是“强光一号”加速器产生短脉冲γ射线的关键器件之一。应用POS融蚀模型分析了“强光一号”加速器POS与二极管系统的基本工作过程，通过该模型计算获得了POS与二极管系统的总电流以及电子束电流，计算结果与实验结果吻合较好。计算结果表明，“强光一号”POS在工作时并未达到完全磁绝缘状态，其阻抗最终为21.5 Ω，约有60％总电流在二极管负载导通时流过POS，且融蚀模型对POS阻抗增长预测偏高，但由于电流变化较大，二极管负载电压仍能达到4.5 MV左右。     

强脉冲超硬Ｘ射线产生技术研究

 分析了利用强流脉冲电子束轫致辐射产生强脉冲超硬X射线的几种主要技术途径的特点，以及提高超硬X射线产额的方法；利用MCNP软件计算了电子能量在0.4～1.4 MeV范围内，超硬X射线产生效率与钽辐射转换靶厚度的关系曲线；介绍了在“强光一号”加速器上开展产生强脉冲超硬X射线实验方法与实验结果，获得了3种强脉冲超硬X射线：脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约50 cm²，能量密度为5～7 J/cm²；脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约50 cm²，能量密度为12 J/cm²；脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约500 cm²，能量密度为1 J/cm²。     

不同辐射环境下CMOS器件总剂量测试技术与损伤差异研究

对应用在不同辐射环境下HP4156半导体参数自动化在线测试系统以及脉冲总剂量效应在线测试系统进行了详细的介绍,说明其工作原理和技术指标,并利用这两套测试系统对典型CMOS器件4007在强光一号加速器脉冲硬X射线状态、长脉冲γ射线状态以及⁶⁰Co稳态γ射线状态下开展了不同辐射环境总剂量损伤效应的比较研究, 为今后深入进行此项工作打下了基础.     

利用薄膜量热计测量高功率Z箍缩软X射线总能量

 介绍一种采用脉冲恒压电源驱动的镍薄膜量热计，研制了测量系统和镍薄膜探测器，对探测器的电阻 温度特性进行了实验标定，该量热计已成功应用于测量“强光一号”加速器高功率Z箍缩等离子体软X射线总能量，分析了测量不确定度。     

“强光一号”加速器电路模拟与分析

估算了"强光一号"加速器脉冲变压器、传输线、水开关等部分的电路参数,建立了非线性磁芯电路模型和脉冲功率源电路模型,进行了硅钢磁芯特性实验、直线脉冲变压器模块和加速器的电路模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。计算表明,当前运行状态下直线脉冲变压器磁芯并没有达到励磁饱和状态,若将初级储能电容由2.8μF改为4.0μF,充电35 kV不影响加速器输出参数,而且为加速器进一步增加储能、提高输出指标奠定基础。     

兆伏级重复频率三电极气体开关工作特性研究

 以“CHP01”加速器为实验平台，对自行研制的重复频率三电极气体开关的工作特性开展了实验研究，并对实验结果进行了分析。研究结果表明：开关在自击穿工作下的工作稳定性远小于触发工作时，开关工作范围与触发针位置和气压等因素有关；开关电压选择在自击穿电压的大约80％时，开关抖动小、误触发率低，具有较好的工作特性。     

脉冲软X光辐射三种材料的喷射冲量实验研究

 在强光一号脉冲加速器上进行了国内首次的实验室软X光辐射三种材料的喷射冲量研究。结果表明，在能量为(0.2～0.33)keV、平均脉宽为39ns左右的X光辐射下，对灰漆、白漆和硬铝，在能注量分别为(92～152)J/cm²、(115～136)J/cm²和(163～192)J/cm²时，它们的冲量耦合系数分别为(0.61～0.80)Pa·s/(J·cm^-2)、(0.58～0.97)Pa·s/(J·cm^-2)和(0.61～0.84)Pa·s/(J·cm^-2)。     

采用靶摆式探头测量软X射线辐射材料产生的喷射冲量

 采用靶摆旋转运动式冲量探头，在“强光一号”加速器上，测量了脉冲软X射线辐射材料产生的喷射冲量。实验结果表明，在平均能量为0.21 keV、平均半高宽为36 ns和平均能注量为143 J/cm²的软X射线辐射下，测得一种复合材料的喷射冲量耦合系数为0.70 Pa·s/(J·cm^-2)。     

高压氢气亚纳秒开关击穿特性

 在超宽谱脉冲产生辐射系统或脉冲功率源中,常用高压气体开关来产生快脉冲沿的高功率电磁脉冲。为了研究高压氢气亚纳秒开关的击穿特性,通过实验研究了氢气开关在高气压和短间隙距离条件下的击穿特性。开关输入脉冲的峰值幅度约220 kV,脉宽3～4 ns。氢气气压4～13 MPa,间隙距离0.4～1.2 mm。结果表明：开关击穿电压随气压升高而增加,且开关气压达到11 MPa后击穿电压随气压增加的趋势变缓;开关击穿电压随间距增加而增加,平均击穿场强随间距增加而减小,氢气开关平均击穿场强分布在3～7 MV/cm之间;开关导通时间随气压增加略有减小,随间隙距离增加有小幅增加。     

强脉冲软X光辐照薄塑料闪烁体发光特性研究

 介绍了Z-pinch实验用软X光功率仪的测量原理，利用“强光一号”产生的强脉冲软X光对薄塑料闪烁体(Ø40 mm×0.1 mm)进行了辐照。实验中，采用两套软X光功率仪并安装在同一个大法兰面上，其中一套作为标准系统，参数保持不变，另一套系统的狭缝宽度逐渐增加，以改变软X光辐照到闪烁体上的能量通量密度。测量了软X光的辐射功率，由此计算得到在强脉冲软X光辐照下发光线性输出时能量通量密度下限，为1.47×10⁵ W/cm²，为以后在Z-pinch物理诊断中合理安排探测系统提供了实验依据，使诊断结果更加合理和准确。     

LD预泵浦条件与Cr4+,Nd3+:YAG微片激光器的输出特性

 建立了LD预泵浦的被动调Q平平腔Cr⁴⁺,Nd³⁺:YAG微片激光器模型,分析了预泵浦参数与激光脉冲时间特性的关系,设计了LD预泵浦的Cr⁴⁺,Nd³⁺:YAG微片激光器实验,测量了不同预泵浦参数下激光单脉冲以及脉冲序列的时间特性。实验结果与数值计算结果基本符合：调节预泵浦参数使每个泵浦脉冲刚好对应输出单个激光脉冲时,固定脉冲泵浦宽度,脉冲泵浦速率随连续泵浦速率的增加呈一次函数减小;固定连续泵浦速率,脉冲泵浦速率随脉冲泵浦宽度的增加呈非线性函数减小。结果还表明,激光脉冲半高全宽随整体泵浦速率的增加而减小,峰值功率随整体泵浦速率的增加而增加;当整体泵浦速率在阈值附近变动时,激光单脉冲时间特性的变化最为明显。     

具有预脉冲屏蔽板的水介质自击穿开关的电路模拟

 介绍了具有预脉冲屏蔽板的水介质脉冲形成开关的结构和等效电路模型，给出模型中等效参数的计算方法。使用Pspice软件对该模型进行了电路模拟，着重分析预脉冲屏蔽板结构对输入、输出脉冲的影响，同时分析了开关电感和电极间隙电容对电压波形的作用。模拟结果表明，开关输入、输出端的对地电容对电压波形影响很大，开关电感和电极间隙电容的影响相对较小。对比“闪光二号”加速器上进行的水介质自击穿开关实验波形和模拟波形，说明在一定范围内等效模型是可以采用的。设计开关结构时，应先合理调整屏蔽板的位置以确定其对地电容，尽量兼顾减小开关电容和电感，屏蔽板开孔大小需选取适当。     

一种低能散RFQ加速器的物理设计

讨论了脉冲束注入、逐步增加同步相位、减小电极调制系数和极间电压等降低RFQ加速器能散的途径, 并在此基础上设计了一台能散为0.6%的RFQ加速器. 该加速器用于加速器质谱对¹⁴C, ¹³C, ²C 3种 离子的传输有很强的选择性, 有利于降低测量本底、简化装置.     

低阻抗强流箍缩电子束二极管的3阶段电子束流模型

 在顺位流模型与“4阶段”粒子流动模型的基础上，提出了一种用于分析100ns／MA级电子束流的低阻抗强箍缩二极管物理过程的理论模式。在这种理论分析模式中，将电子和离子的流动情况随时间的演变过程分成非箍缩电子流、弱箍缩电子流、强箍缩电子流3个不同的阶段，分别结合聚焦流和顺位流模型对各个阶段特性进行估算。利用KARAT PIC数值模拟软件并结合“强光一号”加速器的工作状态，对该类型二极管中电子束的流动过程作了数值模拟，并在“强光一号”加速器上开展了实验研究。数值模拟和实验结果的对比表明，所提出的新的理论分析模式是合理可行的 。     

多间隙气体开关紫外光预电离结构

 针对一种用于快前沿直线脉冲变压器驱动源的多间隙气体开关,设计了针式和孔式两种预电离触发结构,获得了两种预电离结构下开关的自击穿特性和触发特性。实验结果表明:增加预电离针后,开关静态特性没有明显变化,开关自击穿电压平均值变化幅度小于3%;开关触发特性明显改善,开关工作电压150 kV、触发电压60 kV时,触发抖动减小约20%,触发阈值降低5~10 kV。对于针式预电离结构,实验研究了不同触发电压、工作气压、电离间隙距离时紫外光强度的变化规律,结果表明在电离间隙距离1.5~3.0 mm时,开关触发抖动小于2.0 ns,预电离效果明显。     

高功率重复频率三电极气体开关自击穿特性

 以“CHP01”加速器为实验平台，对自行研制的重复频率三电极气体开关的自击穿特性开展了实验研究。研究了开关自击穿特性与气压、气流流速、电极形状等因素的关系，并对实验结果进行了分析。结果表明：随着气压的升高，开关自击穿电压分散性变大；适当流速的气流有助于减小开关的自击穿分散性，但气流流速过大将加大自击穿分散性；当通过改变电极形状增大极间场增强因子时，开关电极间场增强因子变大，开关分散性减小，但平均自击穿电压有所降低。