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。     

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。     

“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。     

“强光一号”预脉冲气体开关特性研究

 对“强光一号”加速器预脉冲气体开关特性进行了初步研究，估算开关固有电容等电气参数，给出了开关的直流自击穿特性。在此基础上，针对“强光一号”加速器预脉冲的特点，选取加速器中的预脉冲开关的工作间距及工作气压，在开关间距为24mm，气压为6.0×10⁵Pa时，成功的抑制了预脉冲。     

重复脉冲强流电子束源长时间稳定运行实验研究

 简要阐述了脉冲变压器型重复脉冲强流电子束加速器CHP01的组成、主要特点及工作原理，利用设计的重复脉冲强流电子束源进行了长时间运行实验研究，实验结果达到：在100 Hz重复频率下连续运行5 s，脉冲变压器能稳定输出电压1.15 MV,强流束二极管输出电压超过800 kV、束流7 kA、脉冲宽度45 ns，阴极电子发射密度超过10 kA/cm²，且运行稳定可靠。利用该电子束源进行了X波段类周期慢波结构微波器件实验研究，在50 Hz重复频率下连续运行5 s，输出微波功率超过1 GW，脉冲宽度大于25 ns。     

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。     

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。     

一台小型强流脉冲离子束加速器

 介绍了一台小型强流脉冲离子束加速器的结构组成,采用箍缩反射型离子二极管,可以稳定工作的峰值电压为200kV,得到了峰值为1.5kA、脉宽约20ns的离子束流,平均离子流密度110A/cm²。     

100kV低阻抗非均匀集中参数Blumlein脉冲形成网络的研制

 从工程实用角度出发，针对高压、高变比、低阻抗工作的脉冲变压器具有漏感大的特点，提出了要采用低阻抗集中参数非均匀电容脉冲形成网络的设计方法。采用传统设计和计算机模拟相结合，设计出了电压100kV，阻抗1.4Ω的6级集中参数 Blumlein型非均匀电容脉冲形成网络，缩短了输出脉冲前后沿，改善了脉冲波形，并成功地用于正在研制的500kV长脉冲加速器中。     

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.     

同心度对杆箍缩二极管物理特性的影响

闪光X射线照相是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段,阳极杆箍缩二极管是X射线源的重要组成部分之一,其设计直接影响X射线源稳定性。由于受装置结构及真空等因素的影响,使得阴阳极几何中心同心存在一定的困难。因此,评估同心偏差对二极管物理特性的影响,对提高闪光X射线源稳定性具有重要的意义。针对阴阳极几何中心同心偏差问题开展实验研究,分别取三种同心偏差度(小于1%,15.02%和22.92%)状态。在1 MV电压下获得了不同同心偏差度下二极管电参数特性,并在此基础上结合理论模型分析了同心偏差度对二极管物理特性及电极等离子体扩散速度的影响。研究结果表明,随着同心偏差度增加,磁绝缘阶段阻抗下降率及等离子体扩散速度呈非线性增加,同时造成该阶段二极管阻抗与脉冲驱动源输出阻抗失配严重,降低了二极管与脉冲驱动源的能量耦合效率。     

CSRm束流径向和轴向振荡的耦合

介绍了由于磁铁的安装误差和螺线管的存在而造成的束流径向和轴向的耦合，以及耦合对束流稳定的影响。结合CSRm结构的典型参数分析得出:二极磁铁和四极磁铁在纵向角安装偏差为-0.5~0.5 mrad；有螺线管存在的情况下，工作点落在和共振线时，将导致束流不稳定而大量损失，落在差共振线时，束流稳定。通过模拟计算发现:螺线管产生的耦合远大于磁铁的纵向角安装偏差产生的耦合。     

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。     

Impedance Control in Relativistic Electron Diodes with Externally Applied Prepulse

Low impedance relativistic electron accelerators currently produce nominal 50 ns pulses that are capable of power levels near 1 Terawatt at impedances near 1 Ohm. The time-dependent diode impedance characteristic plays a major role In efficiently coupling the pulse line power to an electron beam. In an effort to establish the desired accelerator impedance match early in the pulse, experimentalists have investigated cold cathode vacuum breakdown and subsequent space charge limited emission during the ~ 100 kV machine prepulse. This machine prepulse is due to capacitive coupling across the accelerator switches, and consequently cannot be independently studied and optimized. In this paper, a technique for externally introducing a typically 100 kV, low power conditioning pulse prior to the main pulse of a low impedance relativistic electron diode is described, along with techniques for reducing the machine prepulse to less than 5 kV. For various cathode geometries, the breakdown field, closure velocity, and time-dependent impedance established by this external prepulse is measured and compared with an empirical model of space charge limited emission from a hydro-dynamically expanding plasma. 3 Experimental evidence is presented that the high current accelerator impedance is effectively controlled by the relative time delay between the start of the prepulse and the main pulse.     

强流同步双阴极二极管电子束模拟与诊断

 高同步性的多电子束能够驱动产生有利于实现相位控制的多束微波，是高功率微波功率合成的关键技术。对单台加速器驱动强流同步双阴极二极管进行了模拟，在二极管阻抗约10 W，输入电压442.6 kV条件下，获得了总功率大于20 GW、总束流为47.6 kA、同步时间差小于6 ns的双电子束。开展了轰击不锈钢目击靶实验和同步双电子束诊断实验，双阴极材料为不锈钢，单个阴极长30 mm，两阴极中心间距为100 mm，阴极发射面采用天鹅绒，单阴极半径为20 mm，在阴阳极最大电压为442.8 kV时，束流峰值总和为48.78 kA，双束流同步时间差保持在4~6 ns范围内，实验结果与模拟符合较好。     

平面二极管爆炸发射阴极特性实验研究

 在电压0.6~1.0 MV,脉冲重复频率为100 Hz条件下,实验研究了爆炸发射阴极的有效发射面积、平均发射电流密度、二极管阻抗、电子束能量损耗机制等特性。结果表明：阴极有效发射面积随时间呈方波变化,在脉冲开始后5 ns内有效发射面积基本达到稳定。在碳纤维、天鹅绒、石墨、不锈钢4种阴极材料中,碳纤维阴极有效发射面积最大且变化相对稳定,并且碳纤维阴极具有最大的平均发射电流密度。二极管阻抗随着阴阳极间隙的增加并非呈平方关系增加,而是呈线性增长,阻抗失配是降低电子束能量传输效率的主要机制。     

3.5 MeV注入器脉冲功率系统

用于直线感应加速器的3.5 MeV注入器脉冲功率系统采用了感应叠加原理。整个系统包含了脉冲形成系统、触发系统以及感应腔负载。脉冲形成系统主要由Marx发生器和Blumlein脉冲形成线组成，产生12个脉宽约90 ns，幅度约200 kV的高压脉冲，通过12个感应腔和变阻抗阴阳极杆，在阴阳极间隙处产生3.5 MV的二极管电压，由天鹅绒阴极发射强流电子束。触发系统主要由两级触发开关构成，严格控制12个高压脉冲的输出时间，时间分散性统计值小于1 ns(动作时间抖动)。采用该脉冲功率系统注入器能产生能量约3.5 MeV，电流2～3 kA的强流电子束。     

测量强流电子加速器输出电压的电容分压器

研制了一种结构简单、拆装方便的自积分电容分压器,用于测量强流电子加速器二极管输出电压。介绍了电容分压器的结构,计算了其电容量,并通过仿真的方法分析了前端电阻及其杂散参数对测量波形的影响,结果表明:当前端电阻杂散电容较大时,测量波形出现过冲现象;而前端电阻对地电容较大时,会影响测量波形的前沿。将电容分压器用于测量强流电子加速器二极管输出电压,并运用水电阻分压器对其进行了标定,所测得波形与电阻分压器基本一致,分压比为563 007,可以用于测量半高宽为100 ns的高压脉冲。