镀膜陶瓷真空室脉冲磁场穿透特性研究

介绍了合肥电子储存环新凸轨注入系统中将采用的超高真空陶瓷镀钛真空室的研制状况。对穿过真空室镀膜的脉冲磁场特性进行了理论分析与计算。讨论了不同的镀膜厚度及方式对脉冲磁场均匀性的影响,用跟踪程序计算了注入过程磁场径向不均匀性对束流轨道的扰动,给出了涡流引起的磁场径向不均匀性最大允许值。     

陶瓷真空室镀膜工艺改进及脉冲磁场时间特性测量

 介绍了合肥光源二期工程注入段陶瓷真空室的改进情况,采用新的镀膜技术,大大改善了脉冲磁场的延时特性,减少了储存环注入时的轨道扰动,提高了注入束流累积效速率。改进了原来的点线圈磁场测量方法,采用带有积分电路及抗干扰措施的双线圈测量装置测量了真空室内的脉冲磁场延时特性,使脉冲磁场延时误差测量的分辨率达到ns量级,给出了测量结果。     

上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的设计

 开展了上海同步辐射装置储存环注入冲击磁铁的结构和脉冲电源的技术设计,并进行了磁场分布和励磁电流波形的模拟计算。还给出了陶瓷真空盒镀膜的设计参数,提出了计算陶瓷真空盒镀膜接受同步光功率的公式,研究了防止镀膜和波纹管受到同步光照射的机械布局设计。     

合肥光源镀膜陶瓷真空室纵向阻抗计算

 在估计合肥光源新注入系统中回形镀膜陶瓷真空室的耦合阻抗时，对于规则轴对称边界，可以采用场匹配技术求解柱坐标系中Maxwell方程得到耦合阻抗解析表达式。对于非规则形状，解析求解困难，须根据同轴线方法测量纵向阻抗基本原理，数值计算镀膜陶瓷真空室耦合阻抗。计算结果表明，陶瓷真空室内表面镀金属膜可以大大降低束流耦合阻抗，但镀膜陶瓷真空室仍是合肥光源储存环的主要阻抗来源之一。     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95％时,计算得到薄膜的最大半径超过40 mm.     

漂移热流与托卡马克等离子体粒子径向箍缩

利用流体力学模型分析了由漂移热通过磁场不均匀性引的沿磁力线的电场,结合俘获粒子极向分布的不均匀性,计算了这种沿力线电场引起的粒子径向箍缩。这种“新经典”类型的粒子径向箍缩机制,对理解“反常”粒子径向箍缩及某些条件下向内的热输运的有帮助的。     

闭合磁场的作用原理与布局逻辑

采用非平衡磁控溅射阴极在镀膜区间构建闭合磁场已经成为设计开发磁控溅射真空镀膜系统的通用手段,然而闭合磁场具体的作用对象、作用机制、闭合条件、布局逻辑以及作用效果等仍没有定量的判定标准或设计依据.本文从带电粒子在磁场中的运动出发,推导了真空室内电子与离子运动行为,得出闭合磁场的作用机制,并依此研究了磁控溅射阴极和离子源布局方式对电子约束效果和沉积效率的影响.结果表明,闭合磁场在真空室中主要通过约束电子来约束等离子体,进而减少系统内电子损失;阴极数量和真空室尺寸对闭合磁场的作用效果有重要影响.提出在真空室中央增加对偶离子源,研究了闭合磁场中阴极类型、旋转角度和磁场方向对电子的约束作用,发现当离子源正对阴极相斥或相吸时,真空室内分别形成了局部高密度和均匀连续的两种等离子体分布特征,边缘电子溢出比均低于3%,镀膜区的电子占比相对无对偶离子源时分别提高到53.41%和42.25%.     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95%时,计算得到薄膜的最大半径超过40mm.     

SUNIST球形托卡马克的外加n=1磁场系统

为在SUNIST球形托卡马克上进行MHD不稳定性控制研究,建立了一套外加n=1径向磁场系统。此径向磁场系统的电源能确保在1ms内达到电流峰值并维持3ms以上的电流平台,并且有快速关断功能。测试表明,此套径向磁场系统可以稳定可靠地提供在真空室中心产生以n=1模式为主的径向磁场,为开展控制MHD不稳定性研究奠定了基础。     

大型天文望远镜主镜镀膜技术

采取主镜镜面向上真空蒸镀制备方式,开展了大型天文望远镜主镜铝加介质保护反射膜技术研究。结合ZZS3200型镀膜设备真空室几何配置,对传统膜厚分布计算物理模型进行了修正,分别分析了铝膜与介质膜层膜厚均匀性。结果表明:理论分析与实验数据一致,直径2.4 m范围内膜厚不均匀性约5.5%。通过优化工艺,成功制备出1.8 m平面镜薄膜元件,在350~1 800 nm波段范围内,膜层平均反射率88.6%,通过了环境稳定性测验。     

有限长螺线管磁场的全场分布

采用数值计算的方法给出了不同径向与轴向比的有限长螺线管磁场的全场数值解,借助DigitalMicrographTM软件给出L∶R =1,L∶R =2,L∶R =4三幅典型轴向与径向比的有限长螺线管磁场的全场分布图像.对不同径向与轴向比的有限长螺线管磁场均匀性的变化规律做了详细分析.     

径向非均匀磁场下的磁控管工作性能模拟

 为了改善磁控管的输出频谱，使模拟结构更接近实际情况，考虑了磁钢和极靴的实际尺寸。用MAFIA对磁控管内的磁系统进行建模和模拟。得到的磁场纵向分布有随着径向半径的增大而增大的趋势，这种径向不均匀性与实验测试结果一致。将非均匀的径向阶梯形变化磁场分布带入腔体热测计算，模拟得到的π模工作频率2.437 GHz，实际工作频率2.450 GHz，相对偏差0.5%，并在高频谐波的抑制上获得了输出频谱的显著改善，使微波炉磁控管具有更好的电磁防护和实际应用。     

多注速调管电子光学系统的模拟

 利用3维电磁场计算软件MAFIA对L波段100 kW多注速调管的多注电子光学系统进行了模拟计算。通过编写宏程序使MAFIA可以计算旁轴电子枪的性能参数，给出了磁场分布并分析了磁场的差异对电子轨迹的影响。模拟表明：中心注磁场具有轴对称性，在均匀区，轨迹的波动性最小，电子轨迹的层流性也最好； 内层电子注径向磁场较小，轨迹的波动性略大于中心注的情况；外层电子注靠近极靴处径向磁场最大，电子轨迹的波动最大，层流性最差。计算并模拟显示了18个电子注在收集极入口处的发散情况。     

神龙二号热阴极注入器束流调试

神龙二号注入器是一台感应叠加型强流脉冲电子束源,采用热阴极工作模式,为神龙二号加速器提供间隔可调的三脉冲电子束。该注入器的束流调试采取PIC模拟和实验调试交互验证、互相促进的方式,先是通过束斑测量确定引导线圈磁场的加载范围,然后通过PIC方法逐级梳理阳极段束线各线圈的磁场配置,再通过束斑测量加以确认。通过这种束流调试方法,获得了保持束流脉冲平顶完整通过的三种磁场配置,以适应下游加速段束流传输的不同要求。讨论了影响束流调试效果的因素,认为提升神龙二号注入器性能的关键是进一步改进大面积热阴极发射的均匀性。     

上海光源储存环注入段纵向耦合阻抗的计算

对上海光源注入段的纵向耦合阻抗进行了分析计算. 注入段耦合阻抗主要来自镀膜陶瓷真空室及过渡段. 分别用解析法和Mafia数值计算法对其进行了估算,包括窄带阻抗和宽带阻抗的计算. 在对由两个过渡段形成的类腔体进行计算时,没有发现束缚模(Trapped mode); 在对宽带阻抗的计算时,发现它和原先人们常用的宽带共振模型有出入,为配合对微波不稳定性的研究,把宽带阻抗转化成了有效宽带阻抗.     

1.5特斯拉脉冲磁场装置的研制

本文介绍了用于控制强流相对论电子束能通量密度和均匀性的脉冲磁场装置。该装置由磁场电源、磁场线圈及电子束漂移管等组成。脉冲磁场是由储能电容器通过六个触发真空开关对线圈放电产生的。电容器总储能为180kJ,最大充电电压为10.0kV,脉冲磁场上升前沿约为8.38ms。在充电电压为7.0kV时,测得磁感应强度为1.81T。本文还对不同靶材料对磁感应强度分布的影响进行了研究,并简单介绍了主机与磁场的同步装置。脉冲磁场装置已用于闪光Ⅱ号加速器中,经过上百炮运行证明其工作比较可靠,并达到了控制电子束能通量密度和改善束均匀性的目的。     

220 GHz回旋管脉冲磁场系统和电子枪的设计与实验研究

 根据220 GHz回旋管的工作要求,设计了其所需的脉冲磁场系统与电子枪。脉冲磁场系统采用哑铃状结构,具有均匀区长、电阻小与电感小等优点,可以在较低电容与电压下获得更高的脉冲峰值磁场,并分析了其脉冲放电特性。电子枪采用双阳极磁控注入枪,用EGUN对其进行了设计优化,电子注纵横速度比为1.53,速度零散为3.1%。实验研究表明,脉冲磁场峰值强度达到8 T,电子注电流达到2 A,电子电流基本传输到靶片,控制极与阳极没有截获到电子,脉冲磁场系统与电子枪工作正常,达到设计要求。     

等离子体破裂时HL-2M真空室的结构应力分析

利用ANSYS有限元程序分析计算了等离子体线性大破裂时HL-2M真空室上的感应电流及电磁力,并对真空室进行了结构应力分析。结果表明,真空室上主要产生环向感应电流和径向电磁力,且主要集中在真空室壳体的柱状段;在破裂产生的电磁力及其他机械载荷的作用下,真空室的结构设计能较好地满足强度和刚度要求。     

不锈钢管道低温溅射镀TiN薄膜技术

 设计了一套适用于加速器细长管道真空室的低温溅射镀TiN薄膜装置。利用该装置，对86 mm×2 000 mm的不锈钢管道真空室进行溅射镀TiN膜实验，并对镀膜实验结果进行分析，得到了适用于加速器管道真空室内壁溅射镀TiN膜的表面处理参数。样品测试结果表明：在压强为80～90 Pa、基体温度为160~180 ℃的镀膜参数下，不锈钢管道内壁获得的TiN薄膜最佳，薄膜沉积速率为0.145 nm/s。镀膜后真空室的二次电子产额明显降低。     

永磁体外部磁场的不均匀性研究

从永磁体的分子电流观点、退磁场、工艺等出发, 以矩形永磁体为例, 从理论上分析了影响永磁体外部磁场不均匀性的各种因素.研究结果表明, 永磁体外部磁场宏观不均匀性(好场区均匀度和面积相对大小) 和空间距离及永磁体的外形设计密切相关. 退磁场对永磁体外部磁场微观不均匀性有着复杂影响. 永磁体工艺如粉末颗粒、取向度、烧结凝固、机械加工等将影响永磁体外部磁场的不均匀性, 如磁化偏角、对称性、光滑性等. 关键词： 永磁体 外部磁场 不均匀性 退磁场