3.3MeV直线感应加速器的设计和性能

综述3.3MeV直线感应加速器(LIA)的物理工程概貌和束流特性参数测量。所测数据均达到或超过了设计指标。并已成功地做为曙光一号自由电子激光器出光实验的电子束源。目前,拟串接更多的加速组元使加速器的电子束能量达到10MeV,以便同时用于自由电子激光研究和闪光X射线照相。     

具有时间分辨能力的强流电子束束剖面测量系统

 高能强流电子束的束参数测量是加速器研制过程中重要的一项测量工作，由于光学渡越辐射具有时间响应快、分辨率高等特点而被用于测量电子束的具有时间分辨能力的束剖面、发散角、能量等多个参数；通过电子束束参数的时间分辨测量则能够了解电子束产生、输运中的问题，非常有利于加速器的研究与调试。一种具有时间分辨能力的、利用光学渡越辐射进行高能强流电子束束斑测量的系统在中国工程物理研究院被建立起来，并在12 MeV LIA的电子束束斑的测量中用于电子束传输研究，该系统拍摄图像的间隔时间最小为10 ns，最小的曝光时间为3 ns，具有一次可以拍摄8幅图像的能力，并获得了12 MeV LIA约100 ns内相应的时间分辨的束斑变化情况，观察到了一些过去未观察到的现象，为加速器的研究提供了又一个新测试方法。     

狭缝法测量X射线斑点大小

 应用狭缝光阑成像法测量X射线斑点大小，通过狭缝成像获得光源的线扩展函数和调制传递函数MTF，而后从MTF为0.5所对应的空间频率之值确定出光源的光斑大小。应用该方法测量得到12 MeV 直线感应加速器(LIA)X射线斑点大小为3.2 mm，及磁透镜在不同焦距下的X射线斑点大小。该项测量为12 MeV LIA电子束聚焦调试实验提供有效判据。     

神龙1号加速器束流输运系统研制

神龙1号直线感应加速器由注入器输运段、加速段、聚焦段等3个部分组成。整个束传输线从阴极发射面算起到轫致辐射靶结束，全长约48m，其间数千安培的强流脉冲电子束经过约170mm的二极管加速区，电子能量达到约3．6MeV，再经过4．5m的无加速场漂移区到达注入器出口，随后进入到长38．5m的加速段，在加速段出口时电子能量不低于18MeV；然后进入到长约3．8m的无加速漂移段，经过调整后通过两级磁透镜的聚焦将电子束聚焦到轫致辐射靶上产生X射线。整个束传输线使用了100多个螺线管线圈（包括两个磁透镜）约束电子束的横向发散，     

强流四脉冲电子束源实验研究

 为了进行强流多电子束源研究，对现有2MeV LIA 注入器进行了四脉冲改造，二极管脉冲电压约500kV。实验研究了天鹅绒阴极在四脉冲条件下的发射能力、传导电流负载效应以及阴极等离子体运动对阴极电子发射和束能量的影响。利用空间电荷限制流模型推算出阴极等离子体膨胀速率在1 ~4cm/μs之间。     

TRIUMF ARIEL 电子直线加速器设计

 TRIUMF 的三期升级工程(ARIEL) 计划建造一个 50 MeV 平均流强为10 mA的电子直线加速器作为注入器,通过光裂反应生成放射性核素。电子直线加速器包括两个主要部分：注入器和后加速器,注入器完成电子能量从100 keV到10 MeV的转换,随后的后加速器将电子能量从10 MeV加速到50 MeV。电子源拟采用重复频率为650 MHz的热电子枪提供初始能量为100 keV,束长为 171 ps的电子束。束流动力学模拟了几种不同的设计方案以获得最优化的设计,模拟显示通过对腔体以及聚焦元件的仔细设计以及电子枪出射电子的参数选择, 电子束能量在达到50 MeV时束长可以被聚焦到 11.75 ps (对应于1.3 GHz 频率下5.5°) ,并且可以使电子束在超导低温柜中的尺寸保持在1.26 cm以下。     

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。     

12MeV直线感应加速器轫致辐射靶靶面回流离子测量

强流直线感应加速器（LIA）能够产生2—3kA、10-20MeV、约80ns（FWHM）的强流高功率的脉冲电子束，经过数十米的传输、聚焦成毫米量级的束斑后打击到轫致辐射靶上，来产生高剂量的X光。同时电子束打靶使靶面沉积大量的能量导致靶面的温度骤然升高，引起靶表面物质或杂质（如碳、氢、水蒸气与靶材料等）被汽化电离而产生等离子体。强流电子束在靶前附近产生的强空间电荷电场（场强可达MV／cm）把离子从靶面拉出，以逆着电子束的方向前进，被称为回流离子。人们提出回流离子与电子束发生作用，会导致电子束被提前聚焦，在预定的靶面形成散焦。     

12MeV LIA X射线斑点测试及其调制传递函数

 介绍了测试12MeV LIA X光斑点的测试系统,利用刀口法和大孔成像法测出所成像的黑密度分布, 获得X光斑点大小结果; 根据该光源的近乎轴对称特点和大孔所成像的密度分布,经数值处理拟合出斑点强度的空间分布;利用该系统,获得了判断12MeV LIA X光成像空间分辨能力的调制传递函数。     

直线感应加速器组元的双脉冲改造

对单脉冲直线感应加速器(LIA)的加速组元进行了双脉冲改造的初步尝试，用铁氧体作为磁芯材料，得到了双脉冲的波形数据。闪光X射线照相在对爆轰产物流体力学性质的研究中有着重要作用，而要得到足够计量的X射线，需要用能量达10～20MeV，强度达千安量级的电子束来轰击靶核；为使得到的照片有足够的分辨率，轰击点(焦斑)直径最大只能为几个毫米。要加速产生合乎要求的电子束，通常依靠大型的LIA。     

环行调Q单纵模振荡器的研制

 通过腔内标准具的使用、腔型的优化以及腔参数的调整,研制了激光波长为1 062μm、脉冲宽度15～40ns可调、激光能量5mJ、重复频率40Hz、能量的绝对抖动优于8%、脉宽的绝对抖动优于10%、单纵模几率准100%的振荡器。先进的腔型设计、良好的稳定性和高的性能价格比为ICF驱动器激光预处理系统提供了良好的种子光。     

NFZ-10工业辐照电子直线加速器

 研制的电子直线加速器NFZ 10的辐照加工能力相当于30PBq的60Co源,电子束能量为4～12MeV,平均束功率为3kW,扫描宽度为1m,能量不稳定度≤±0.5%,束流不稳定度≤±0.6%,扫描不均匀度≤±2.5%。NFZ-10加速器已被用于辐照各种电力半导体器件,一年多来运行稳定可靠并获得较好的经济效益。     

利用CCD准确测量激光远场发散角

 利用CCD面阵接收器,通过标定的方法,将其准确安置在长焦距透镜后焦面上,并找出CCD 象元数与原场发散角的对应关系,从而迅速确定远场发散角。同时用短焦距透镜对 光束限制光阑成像,测得近场光斑光强分布。以激光束振幅函数的傅里叶变换作为理想衍射 极限,将远场发散角与之比较,可以得到用几倍衍射极限的方法表示的实际光束质量。     

Tm3+,Yb3+共掺ZBLAN玻璃中的能量传递与上转换

ＺＢＬＡＮ∶Ｔｍ³⁺，Ｙｂ³⁺玻璃在９７０ｎｍ二极管激光照射下发射明亮丰富的蓝、红上转换荧光．¹Ｇ₄和³Ｆ₄能级的发光是由Ｙｂ³⁺向Ｔｍ³⁺的逐步能量传递而来．而¹Ｄ_２能级发光是进一步由Ｔｍ³⁺离子之间的交叉能量传递而来．分析了Ｔｍ³⁺离子间的交 关键词：     

UTA模型下金M带谱的理论计算

 用不可分辩跃迁阵模型(UTA model)计算了金M带0.43nm~0.62nm范围含有的三十五个跃迁阵的特征参数。利用高斯分布线型,对每个离子谱依据UTA的总强度,对整个M带依据离子权重进行叠加,得到了在总体上与实验相一致的结果。     

低强度激光泵浦类Ni离子X光激光实验

 在试运行的神光Ⅱ装置上,采用新设计的凸柱面透镜列阵均匀线聚焦系统, 用两束激光焦线叠加和双靶对接等技术,以预主脉冲激光驱动方式,在(5～8)×10¹³W/cm²的较低强度激光泵浦条件下,观测到Ni-like　Dy、Er、Yb的软X光激光输出,测得波长5.02nm类Ni-Yb和波长5.86nm类Ni-Dy的软X光激光的增益系数分别为1.6cm^-1和1.4cm^-1     

激光束照射下轴压圆柱薄壳热屈曲数值分析

 针对激光束照射下承受轴压作用的圆柱薄壳,实现了材料参数(弹性模量E，泊桑比μ、线膨胀系数α)随温度变化情况下热屈曲破坏有限元数值分析。数值计算结果表明,激光照射区域产生的热应力和材料软化将导致处于正常工作状态的轴压圆柱壳发生灾难性的热屈曲破坏。     

无规位相板靶面均匀辐照光学系统研究

 为了探讨用无规位相板实现靶面均匀辐照光学系统的特点,首次进行了靶面在离焦情况下辐照均匀性的实验研究。实验结果表明:靶面在聚焦透镜焦面前后较大范围内均可得到均匀辐照,靶面上光强起伏的平均峰间距小于8μm。     

光电预偏置激光脉冲稳幅器性能研究

 分析了由普克尔斯盒与偏振器组成的预加动态偏置电压光电可变透过率装置对调Q激光脉冲幅度的稳定作用;着重阐述了装置的参数设计,对装置的数值模拟计算表明该装 置可将激光脉冲的相对波动由10%减小到1%以下;用该装置进行稳幅实验,得到与设计分析相 符的结果。     

碳氢靶强激光烧蚀特性

 给出了准稳态情况下强激光烧蚀碳氢靶的实验结果,并与理论定标关系进行对比。 实验中采用晶体谱仪时间积分和X射线条纹相机同时获取碳氢平面靶强激光烧穿厚度和烧穿时间。采用基频光大能量注入,大焦斑(Φ 400μm），光束经列阵透镜均匀化后, 烧蚀碳氢平面靶。