强流二极管阳极电子束时域能量沉积特性模拟

以强流脉冲电子束为研究对象,提出了一种基于离散时间、限定靶面位置,通过测量靶面不同时刻入射角分布,利用蒙卡程序计算得到电子束的能量(r, z)二维分布沉积值的方法。给出了典型弱箍缩平板二极管(电压峰值700 kV、阻抗7 Ω)阳极靶面不同位置时域的能量沉积值,分析了(0, 0°),(25 mm, 135°),(36 mm, 270°)三个位置纵切剖面的能量沉积特性,结果表明:在各个时间段内电子束入射能量确定的情况下,能量沉积特性与入射角呈现相关性,仿真结果与实验结果符合较好,偏差均小于10%;距阳极靶心25 mm以外的靶面位置,受束流箍缩影响,入射角分布变化较大;当入射角较小时(小于40°),强流电子束能量沉积峰值深度约0.2 mm;当入射角超过40°时,能量沉积峰值深度减小到0.1 mm左右;而阳极靶心位置附近,受束流箍缩影响较小,这些位置的能量沉积特性更接近于小角度入射角情形。     

“强光一号”加速器短γ二极管径向箍缩率计算方法

电子束流箍缩是强流电子束二极管工作过程中广泛存在的物理现象.束流径向箍缩率定义为靶面形成的束斑(环)面积随时间的变化率,是判断二极管的束流箍缩情况和工作特性的重要指标,目前对其的研究方法以光学诊断和针对特定二极管的理论估算为主.在现有研究的基础上,以"强光一号"强箍缩短g二极管为对象,给出了适用于该"环-板"构型二极管的径向箍缩率理论估算公式,并分别建立了基于粒子模拟和实验测量箍缩中心偏移的箍缩率计算方法,三种方法给出的径向箍缩率值分别为8.43,8.70及7.89 cm~2/ns,三者相对偏差10%.为强流二极管径向箍缩率的研究提供了一种新的思路.     

丝阵Z箍缩早期消融等离子体动力学的二维数值模拟研究

采用理想磁流体力学模型,给出合理的二维(r, θ)质量注入边界条件,对丝阵Z箍缩早期消融等离子体的动力学过程进行了二维(r, θ)数值模拟研究,得到消融等离子体各参量以及磁场的二维时空分布.模拟结果表明,消融等离子体的运动包括四个主要阶段:首先向轴漂移,然后在轴线处滞止并形成先驱等离子体柱,随后先驱等离子体柱被压缩,最后缓慢膨胀.计算了不同丝阵半径和丝间距情况下消融等离子体到轴速度以及消融质量占丝阵总质量的份额,它们的变化规律与实验结果基本符合.通过 关键词： 丝阵Z箍缩 理想磁流体 消融等离子体     

12MeV LIA轫致辐射靶面回流离子测量

 强流高功率脉冲电子束聚焦成mm量级的束斑后，打击到轫致辐射靶的过程中会产生回流离子，它会导致电子束被提前聚焦，在预定的靶面形成散焦。描述了法拉第筒对12MeV 直线感应加速器的轫致辐射靶面可能产生的离子及其参数进行的实验测量，并对实验结果进行了分析讨论。结果表明在靶前60°~70°方向未发现回流离子。     

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20° < θ < 60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生-定的影响;在20° < θ < 60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.     

不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算

 强流脉冲电子束在材料中的能量沉积剖面、能量沉积系数和束流传输系数受其入射角的影响很大，理论计算了0.5~2.0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数，并且还计算了0.4~1.4MeV电子束以不同入射角穿透不同厚度C靶的束流传输系数。计算结果表明，随着入射角的增大，靶材表面层单位质量中沉积的能量增大，电子在靶材料中穿透深度减小，能量沉积系数减小，相应的束流传输系数也减小；能量为0.5~2.0MeV的电子束当入射角在60°~70°时在材料表面层单位质量中沉积的能量较大。     

用X-pinch对双丝Z箍缩进行轴向X射线背光照相

利用PPG-1脉冲电流源(400 kA, 100 ns), 同时驱动X-pinch和双丝Z箍缩负载. 用X-pinch作为X射线源, 对双丝Z箍缩进行了轴向背光照相的初步实验. 得到了双丝Z箍缩在r-θ 平面上随时间演化的图像, 观察到了丝阵Z箍缩所有早期过程, 包括丝芯膨胀、冕层等离子体产生、等离子体向丝阵中心的运动、先驱等离子体形成. 利用阶跃光楔滤片, 对上述背光图像进行了等离子体质量面密度的标定, 首次得到了在r-θ平面上双丝Z箍缩等离子体质量面密度的时空分布图像.     

40级串联FLTD驱动杆箍缩二极管的箍缩特性模拟

快放电直线型变压器 (FLTD)直接驱动阳极杆箍缩二极管(RPD)技术的紧凑型闪光照相装置是当前研究的热点。采用数值模拟(PIC)方法,建立了40级串联FLTD的粒子模拟模型,研究了不同触发时序下次级分别为正、负极性时的输出特性;在此基础上,初步模拟了RPD在4 MV电压下的箍缩特性。结果为:在脉冲源参数和负载相同的情况下,次级MITL内筒为正极性时的阴极传导电流比例明显低于负极性情况;在脉冲源输出电压4 MV时,RPD电子束箍缩良好,电子束的轴向分布较为集中,38%的电子束沉积在距离针尖1.5 mm的区域。     

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。     

微型法拉第筒阵列束流均匀性测量

研制了一种用于测量强流脉冲电子束束流均匀性的微型法拉第筒阵列,其直径为22mm,由5个微型法拉第筒组成,最大可测束流密度为38A/mm2。利用该系统测量了二极管阳极靶面的束流密度,得到了阳极靶面束流均匀性的分布情况。结果显示,阳极靶面中心处束流密度高于靶面其他位置,靶面束流存在弱箍缩,束流局部均匀,大面积不均匀,束流密度呈径向分布。该结果与理论预期和仿真计算符合较好。     

Time resolved studies on X-rays and charged particles emission from a low energy plasma focus device

The time resolved studies on soft X-ray, hard X-ray, electron beam and ion beam emissions from a low energy plasma focus device are carried out simultaneously by employing a photodiode X-ray spectrometer, a scintillator photomultiplier tube, a combination of Faraday cup and Rogowski coil assembly and a biased Faraday cup, respectively. The soft X-ray is seen to be emitted in short multiple pulses corresponding to different pinch stages where as it is a single for hard X-ray, which corresponds to only maximum pinch stage. Similarly, multiple pulses of electron beam is found, which also corresponds to different pinch stages and these pulses are analogous with the soft X-ray pulses. The effective hard X-ray photon energy is estimated by foil absorption technique and found to be around 110 keV, which is consistent with the observed electron beam energy distribution. The simultaneous investigation of the electron and ion beam shows that both are accelerated by the same local field generated during the pinching process. The detailed results of time resolved studies on various radiations are incorporated in this Letter.     

矩形均匀电子束在激光介质中的能量沉积的模拟计算

本文主要论述了0.5MeV,单能垂直入射的电子束在三种不同密度的氟化氪准分子激光介质中的能量沉积。计算是采用Monte Carlo方法的MCSED程序,光轴方向采用周期性边界条件,因此能够给出平行于和垂直于电子束入射方向的沉积能量的空间分布。本文给出了在三种不同密度下的出射电子的角分布。用该程序对垂直入射的,初始能量为1MeV的电子在半无限大Al靶中的沉积能量的计算结果与ONETRAN程序的结果及实验结果的比较表明MCSED程序的计算结果是可靠的。     

Effect of size quantization of the reflection coefficient of an electron beam incident on a thin heteroepitaxial film

The effect of size quantization of the reflection coefficient of electrons incident on a thin single-crystal film located on a substrate has been theoretically predicted. Two methods for observing this effect experimentally are proposed. In the first method, the variation in the intensity of the beam of specularly reflected electrons can be measured by varying the small glancing angle α of the electron beam with a particle energy on the order of 10 keV. In the second method, intensity oscillations of the diffracted beam as a function of the variation in the reflection angle β are measured in the case of a small fixed glancing angle α (on the order of 1°–3°). Thus, the second variant corresponds to studying the intensity distribution along streaks (reflexes) in the case of electron diffraction on a smooth surface. In the second case, the appearance of elastically scattered electrons along the streaks between diffraction reflexes is predicted. Their number (the beam intensity) varies periodically as a function of the angle β.     

FLUKA程序在法拉第杯设计中的应用

法拉第杯是加速器束流强度绝对测量装置,其收集效率对于法拉第杯的设计至关重要。应用蒙特卡罗软件FLUKA对北京正负电子对撞机直线加速器分析磁铁AM2处的法拉第杯进行模拟设计。给出了法拉第杯不同部位对收集效率的影响曲线,并给出了入射电子在法拉第杯中的能量沉积分布与带电粒子分布图,最终得到了优化的法拉第杯尺寸,使得对入射电子的收集效率达到99.73%。     

快电子发散角的实验测量

采用飞秒激光辐照铜靶,利用电子角分布仪和LiF热释光探测器测量了快电子发射的发散角.实验结果显示,快电子的发散角与激光入射角密切相关,随着激光入射角增加,快电子的发散角逐渐减小.在相同入射角条件下,加上预脉冲将导致快电子的发散角变小.这个结果为获取较小发散角的快电子束提供了实验参考.     

Measurement of azimuthal magnetic fields in a Z-pinch gas discharge using the faraday rotation of a probe beam

The Faraday rotation of the plane of polarisation of a probe beam by azimuthal magnetic fields in the presence of beam deflection caused by refractive index gradients is discussed for a plasma carrying an axial current. A method for calculation of the magnetic field profile from experimental data is described. Bθ can be found by Abel inversion if the electron density is known and if deflected rays can be collected by an optical system and focussed onto a detector. Typical Faraday rotations calculated for the Bennett pinch assuming small beam deflection are found to be proportional to the plasma current and to the angle of deflection. If the probe beam wavelength is chosen to satisfy the approximate relation N₀λ² ≈ 3.5 × 10¹³ m^-1, where N₀ is the electron density on the axis, measurement of Bθ with beam deflections less than 2 × 10^-2 radians should be possible in cases where small rotations can be detected in the mid-to-far infra-red part of the spectrum.     

Transport and Energy Deposition of hot Electrons through the Shock Ignition pre Compressed Target

Shock ignition as an alternative scheme of the laser fusion has the potential of achieving efficient implosion. However, hot electrons produced in result of ignitor‐corona interaction may penetrate deep into the fuel making the compression less effective. Transport and energy deposition of hot electron beam into the dense pre compressed of HiPER target by means of Monte Carlo approach are discussed considering the influence of real density and electron beam characteristics. The target parameters before igniting the hot spot have been extracted from a fluid code and used as the initial profile for Monte Carlo simulations. In comparison with simplified step like density profile, electrons penetrate slightly deeper in the case of real shaped density profile. In addition, deposition zone of a broad spectrum electron beam is wider while, monoenergetic electrons depose their energy locally resulting more maximum energy deposition value. (© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

强激光与柱腔靶作用下准直高能电子束的产生

利用二维PIC粒子模拟程序研究了超短超强激光脉冲与柱腔靶相互作用产生的表面超热电子加速现象。采用光强为1021 W/cm2量级的超高斯激光脉冲掠入射进入柱腔靶,在靶的内壁上观察到了GeV量级的表面超热电子。超热电子束被准静态的电场和磁场约束在内壁表面附近,保证了电子束的准直性,发散角仅为1.6°;并且由于超热电子束在纵向激光电场中加速了mm级的距离,激光到高能电子(100 MeV)的转换效率达到了26.6%。另外,通过多参数模拟和理论解析讨论了激光的光强以及横向空间分布对这种表面超热电子加速的影响。