强流电子束束心横向运动调谐技术研究

 介绍了为抑制“神龙一号”加速器束流束心螺旋运动而开展的强流电子束束心轨迹的调谐技术研究和实验结果。通过束质心轨迹校正调谐,使“神龙一号”输出束流脉冲50 ns平顶部分螺旋模的振幅由大于4 mm减小到小于1 mm。同时介绍了调谐原理和方法,相关的数值模拟结果与实验结果的比较以及正在进行中的计算机智能调谐研究。     

直线感应加速器输运磁场遗传算法优化

以直线感应加速器（LIA）匹配磁场设计和束线调谐为背景,提出解决强流相对论电子束长距离、小波动、多元件磁约束的输运优化问题的数值优化办法,建立基于遗传算法的优化程序。结合束质心轨迹及束包络耦合模型,设计描述束传输半径波动大小的评价函数,采用励磁元件馈入电流为优化对象,解决LIA磁场配置组合爆炸优化问题。计算结果表明:优化程序可依据不同的初始束流,有针对性地快速给出一组符合束输运要求的励磁电流配置。研究成果为在建的LIA装置束线调谐提供一种重要的数值分析工具。     

托卡马克边界等离子体数值模拟

本文用数值模拟法，通过数值求解二维多流体等离子体输运方程。来模拟托卡马克边界等离子体输运过程和输运特性。模拟计算的结果，对托卡马克偏滤器和第一壁的设计有重要意义。     

“神龙-I”直线感应加速器束流输运系统设计

 系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

北京自由电子激光注入器输运线的设计与研制

注入器输运线由α磁铁、四极磁铁、真空盒和束测元件组成，对输运线中的物理问题诸如聚束、横向匹配、注入时间调整、准直误差等进行讨论。在介绍了各主要元件的性能之后，给出输运线设计参数和研制结果。     

基于遗传算法进行加速器自动调束

 介绍了遗传算法的基本理论，及其应用于加速器调束过程中的设计要点，给出基于遗传算法进行加速器自动调束的设计方法，并编写遗传算法程序针对HIRFL中的一段束流输运线进行了计算机仿真实验，证明了基于遗传算法进行自动调束的可行性，指出了自动调束技术的未来研究方向。     

大功率半导体激光器远场特性研究

由于半导体激光器输出光束的不对称性,使得它在许多应用过程中必须采用特殊的光学系统进行光束整形。在设计光学系统的光学元件及进行光学耦合时需要了解激光器的远场特性。通过用量子阱激光器的解理面上的边界条件解亥姆霍兹方程,获得关于远场强度分布、光束散角,并用计算机给出各种理论曲线及数据。用自行设计制作的测试装置测量,获得激光器的远场分布曲线给出了测试数据。计算机给出的理论远场分布曲线与实验测试获得的远场分布曲线完全一致。     

矩形管道载氚热磁流体输运特性的数值模拟研究

聚变堆液态金属包层矩形管道中的氚输运过程与磁流体动力学(MHD)流动传热过程耦合在一起，形成了复杂的载氚热磁流体输运特性。基于开发的MHD流动与传热数值模拟程序对矩形管道中液态金属MHD流动传热特性及其氚输运的影响进行了数值模拟。该程序首先求解了动量守恒方程，并与理论解进行了对比验证，然后与能量守恒方程耦合求解，得到了温度影响下矩形管道中的液态金属流场分布，在此基础上对强磁场高核热梯度影响下的氚浓度分布进行了数值模拟，得到了氚浓度在管道中的分布特性。结果显示，液态金属在矩形管道中的流动传热对氚输运过程产生了显著影响。     

基于集总元件和负微分元件的有源可调谐超材料传输线

针对无源超材料高色散、高损耗和均匀性差的缺点,利用集总元件和负微分元件设计、加工了一种微波频段的有源可调谐超材料传输线,并对其进行了测试.实验获得了具有散射参数随外加偏置电压改变而变化的电控可调谐特性以及衰减常数为负值的有源超材料传输线.     

3～5μm角度调谐LiNbO3晶体光参量振荡器的技术研究

用LiNbO₃作参量晶体、调QNd:YAG(1.064μm)激光器做泵源,通过求出相位匹配点对有效非线性系数进行数值计算,找出有效非线性系数的最大值,从而求出该点对应的相位角和方位角,确定出进行角度调谐LiNbO₃晶体的切割角在理论计算过程中,用计算机模拟,得出了OPO的角度调谐曲线、有效非线性系数曲线和参量增益曲线实验研究中实现了369μm单点参量光输出,实验结果与理论计算结果相吻合.     

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。     

“神龙一号”直线感应加速器物理设计

 介绍了 “神龙一号”直线感应加速器物理设计的主要考虑。“神龙一号”加速器是一台电子直线感应加速器，由3.6MeV感应迭加型注入器、72个感应加速腔、脉冲功率系统、束流输运和聚焦系统、控制系统和真空、绝缘油、绝缘气体以及去离子水系统组成。能产生20MeV、束流大于2.5kA，脉冲宽度为60ns的强流脉冲电子束，X光焦斑均方根直径为1.5mm。     

神龙二号多脉冲电子束束参数的时间分辨测量技术

神龙二号是一台三脉冲强流脉冲电子束直线感应加速器,就其多脉冲的电子束束参数的测量而言,基本要求是单个脉冲可分辨,进一步的要求是脉冲内时间可分辨。基于光学渡越辐射原理及瞬态发射度测量系统原理,发展了一种束斑与发散角可以分开测量的光学布局结构,结合多台高速分幅相机,成功研制了一套完整的多脉冲电子束束参数的测量系统,其特点是灵活的组合测量方式,全面满足了神龙二号复杂艰难的调试及参数测量工作要求。测量系统最高时间分辨测量能力达到约2 ns的水平,单个脉冲可以获得至少8个时间分辨的束参数测量结果。     

神龙一号电子束质心运动测量研究

 在强流直线感应加速器中，电子束质心位置的控制是一项重要技术，要达到较好的控制效果，前提是对电子束质心位置进行准确的测量和定位。针对具有时间分辨的电子束质心位置的测量和确定，介绍了测量实验系统的建立和数据处理两个方面的研究工作。该处理方法在实际应用时能够将电子束质心位置的误差控制在1～2个像素内。用高速分幅相机以10 ns的时间间隔、3 ns的曝光时间获得了神龙一号加速器在漂移段出口处的电子束质心运动情况。结果表明：束的质心主要在半径为0.5 mm的区域内运动，束斑直径dFWHM值分别为8.4，8.8，8.5，9.3和7.6 mm，测量结果可以为束的调控提供准确参数。     

3.5 MeV无箔注入器束流调试

 3.5 MeV 注入器是“神龙一号”直线感应加速器的束源，在注入器束流调试中，首先通过数值模拟方法，初步确定束流过聚焦和聚焦不足两种极端情况下引出线圈输运磁场峰值的变化范围；然后以注入器出口束流波形为参考，通过实验调试找到了这两种情况下引出线圈输运磁场峰值的实际配置；再通过测量束流的剖面或发射度，在这两种配置中选定一个折中的引出线圈磁场配置，并最终确定了注入器输运磁场的总体配置。经过调试完成后的注入器束流为3.6 MeV，流强为2.8 kA，归一化边发射度为1 040 mm·mrad，达到了预期的指标。     

瞬态光学渡越辐射测量系统的设计

针对在神龙一号上进行电子束瞬态发射度的测量要求,建立了一套利用光学渡越辐射原理进行电子束发射度测量的瞬态测量系统,该测量系统瞬态测量时间最快约10ns,并获得了神龙一号发射的脉冲电子束的束斑及发散角,典型值分别为约9mm和10.5mrad,实现了电子束发散角和束斑的同时测量,为在神龙一号上进行的时间分辨测量系统的研究奠定了基础。     

神龙一号轫致辐射靶靶区回流离子测量

神龙一号直线感应加速器(LIA)产生的强流高功率的脉冲电子束与X光转换靶作用后可以产生高剂量的X光,同时由于转换靶的被烧蚀破坏在靶面产生回流离子,该回流离子的存在影响到电子束的聚焦。设计了4套法拉第筒及其对应的偏压电路,法拉第筒被放置在神龙一号X光转换靶上游不同位置,分布在电子束轴线两侧,电路设计最高偏压为1 kV;对神龙一号LIA的X光转换靶面产生的回流离子进行了实验测量,分别得到回流正离子密度约在1021/m3,离子运动速度可达2～3 mm/s。计算比较表明,该离子流强度与神龙一号靶前电子束流相差很大,只有电子束流强的0.27%,对神龙一号电子束聚焦不会造成影响。     

1.5MeV LIA脉冲功率系统

本文简要介绍了1.5MeV LIA脉冲功率系统的结构、组成和设计思想;给出了开关运行参数和确定开关时间抖动指标的方法、闭环系统的总抖动对加速电压相对变化的影响、脉冲功率系统各段输出波形和电压幅度的调制关系;测量结果表明,1.5MeV LIA的运行功率和时间同步满足总体设计要求。