直线变压器驱动源磁芯能量传递效率

 磁芯是直线变压器驱动源(LTD)的关键部件之一,起着初、次级能量传递和次级电压感应叠加的作用,磁芯的能量传递效率对LTD系统的效率、体积和重量影响显著。对LTD系统中影响磁芯能量传递效率的原因进行了初步的分析,并利用Pspice软件的非线性磁芯模型对磁芯的工作过程和损耗进行了模拟计算,最后对LTD磁芯的能量传递效率进行了初步的实验研究,在工作电压为20 kV时、脉宽约220 ns时,在2.8 Ω负载上获得了大于60%的能量传递效率。     

直线型变压器储存能量与磁芯和电路参数的关系

 定义了直线型变压器（LTD）初、次级等效回路电感分别与激磁电感的比值系数。在N级模块串联LTD分别连接电容或电感负载时，获得了磁芯磁感应增量及单位体积传输的最大能量与磁芯和电路参数的关系。利用LTD等效电路与PSPICE程序相结合，计算了LTD性能，给出判断磁芯是否饱和的简便方法。     

负载阻抗对直线变压器驱动源传递效率的影响

从理论及模拟仿真分析了负载阻抗变化对双线型脉冲形成网络直接给负载放电,以及通过直线变压器(LTD)给负载放电时电压传递效率、能量传递效率以及峰值功率传递效率的影响。基于设计加工的LTD单元模块实验平台,通过调节水电阻负载阻值进行了一系列实验。实验研究结果表明:当负载阻值基本与双线型脉冲形成网络的阻抗2.5Ω相匹配时,可获得最大能量传递效率80.5%,此时电压传递效率、峰值功率传递效率分别为84.1%,73.9%;增大负载阻抗至3.4Ω时,可实现99.0%的电压传递效率,而能量传递效率、峰值功率传递效率仅减小3.5%,0.3%。根据对实验结果的分析可知,通过增大负载阻抗可以有效地提高系统的电压传递效率,且当负载阻抗变化不是太大时,对系统的能量传递效率以及峰值功率传递效率影响较小。     

磁芯伏秒数对直线变压器驱动源输出参数的影响

 介绍了直线变压器驱动源（LTD）中磁芯的工作原理，通过模拟计算分析了磁芯伏秒数对LTD输出参数的影响。通过调整磁芯伏秒数、磁芯复位状态和负载阻值等实验条件进行了一系列实验。实验结果表明：判断磁芯饱和的依据主要有输出电压显著降低、输出脉冲脉宽减小及回路过阻尼状态下出现反向脉冲等；反向电流对磁芯具有复位效应，一定条件下可将磁芯完全复位。实验结果验证了理论分析及模拟计算的结果。根据对实验结果的分析，提出了针对不同应用领域利用磁芯饱和效应进行波形调节的初步设想。     

LTD用磁芯材料磁化特性实验研究

 通过比较测量磁化特性的几种方法，采用脉冲电容器快速放电方法，获取了ns级上升前沿的快脉冲，对高频响应比较好、适合于直线型脉冲变压器(LTD)的非晶态合金、硅钢带磁芯进行了快脉冲磁化特性实验。通过测试磁芯在快脉冲下初级电流和开路次级电压，获得了磁芯的磁滞回线；测出了它们在不同的磁感应强度随时间的变化率(dB/dt)时的相对磁导率。试验表明两种磁芯样品的相对磁导率随着dB/dt增大而减小，非晶态合金2605SA1样品磁环在dB/dt大于20 T/ms时，相对磁导率小于1 000，硅钢薄带磁芯在dB/dt大于4 T/ms时，相对磁导率小于1 000。     

混合模式直线型变压器驱动源模块

在对Marx发生器和直线型变压器驱动源(LTD)电路拓扑结构及等效参数进行分析对比的基础上,结合两种电路拓扑结构的技术特点,提出了基于Marx基本回路的混合模式LTD模块构想。在混合模式LTD模块中,每个基本回路是一个多级的Marx发生器回路,回路中只有前一级或几级开关需要外部触发,而后级开关工作在自击穿模式。计算分析表明:混合模式LTD模块设计可以有效降低LTD系统对多路同步触发的要求;独立回路式结构可提高整个混合模式LTD模块的可维护性;回路间耦合触发的方式可提高整个混合模式LTD的工作可靠性。最后,还探讨了回路内阻、磁芯损耗及Marx发生器回路中后级自击穿开关抖动对混合模式LTD模块参数设计的影响。     

触发时序对直线型脉冲变压器输出参数的影响

 利用通用电路模型程序Pspice,建立了包含60级感应腔串联的单路直线型脉冲变压器（LTD）电路模型,次级传输线采用去离子水绝缘,计算分析了感应腔触发时序对LTD输出参数的影响。结果表明,控制触发时序能够显著改变LTD型驱动源的输出参数。当控制触发时序使得各级感应腔内的开关在闭合前承受一定过电压时,LTD输出电流比单级感应腔同等条件下的输出电流具有更短前沿和更高幅值。假定LTD开关过压击穿电压为400 kV,通过触发时序的优化可提高LTD装置输出性能：前沿从56.5 ns减少至12.5 ns,峰值从1 018 kA提高至1 340 kA。     

射频负离子源200kV高压平台磁缓冲器系统中磁芯的性能测试和分析

在射频负离子源200kV高压平台磁缓冲器系统设计中,首次通过旁路电阻的方式,解决了系统运行时次级直流偏置电路中电阻的过热问题。分析了磁缓冲器系统在高压电源启动阶段(工况1)和负离子源运行阶段电极间打火时(工况2)的主要工作频率。在工况1对应的工作频率下,测试了磁缓冲器核心部件铁基纳米晶软磁合金(FINEMET)磁芯的B-H曲线,得出加入直流偏置后的振幅磁导率与无直流偏置时相比,下降了60%(200Hz)～80%(100Hz)。在工况2对应的主要频率下,测试了磁芯的复数起始磁导率并进行了储能耗能分析。在25～525kHz频率范围内,测得了磁芯的磁谱以及品质因数随频率变化的曲线,得出随着频率的增加,磁芯单位耗能下的储能逐渐减小;当频率达到100kHz以上后,磁芯的能量存储与耗散状态趋于稳定。     

磁开关磁芯动态参数测试及分析

磁开关是磁脉冲压缩系统的关键部分,磁开关的磁芯性能参数直接影响到磁脉冲压缩系统的总体性能。针对磁脉冲压缩系统中磁开关磁芯应用特性,设计了回路振荡法对磁芯动态磁特性进行测量。通过测量磁开关工作电压和电流参数,计算磁芯的动态磁滞回线,确定饱和磁感应强度、矫顽力等动态参数。基于实验测量参数建立了包含动态磁滞回线的磁脉冲压缩电路模型,研究了磁开关动态特性对电压传递的影响。根据研究结果可得,在磁脉冲压缩系统设计中选择矫顽力较小的磁芯,可降低磁开关的能量损耗,从而保证系统具有较高的电压传递效率。     

全固态高重复频率LTD的性能测试和特性分析

全固态直线型变压器驱动源(LTD)是具有独特性能的新型高重频脉冲功率发生器。针对LTD的基础特性进行了较详细的实验研究。测量内容包括输出脉冲宽度与控制信号的关联、LTD模块上的信号延迟及其分散性，以及不同条件下LTD系统的能量效率分析。实验结果使我们对LTD取得了更加详细和深入的认识，同时为进一步改善和提高LTD脉冲功率发生器的技术水平提供了重要的参考数据。     

周期椭圆螺线管聚焦带状电子注的理论研究和粒子模拟(英文)

带状电子注真空器件是一种很有潜力的高功率微波毫米波器件,其中带状电子注的稳定传输和聚焦是该器件的关键。针对带状电子注的聚焦和传输,提出采用周期椭圆螺线管结构来稳定传输高椭圆率的带状电子注。通过理论分析,得到椭圆螺线管的磁场分布情况,研究了该磁场下带状电子注的运动情况,并且推导出带状电子注在周期椭圆螺线管结构中稳定传输的条件。最后,采用粒子模拟验证了该稳定传输条件。     

强流束在四极磁铁中传输的矩阵法与程序设计

强流脉冲束传输的计算是一个相当复杂的问题, 因为不同类型的粒子束分布产生不同的空间电荷场, 而在束流运动过程中, 空间电荷场也在不断地变化, 而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的, 因此需要求得一个自洽解。采用矩阵法分析了非强流脉冲束流与强流脉冲束流在四极磁铁中传输的矩阵, 并编写了束流在四极磁铁等元件中的传输计算程序, 程序采用迭代计算方法获得自洽解。程序运行时, 可以进行直观的图形显示。It is very difficalt to calculate the nonlinear transport of a intense beam, because the particle trajectories depend on the electric potentials excited by the particle beams, and the electric potentials of the beams depend on the particle trajectories and the particle distributions in the phase spaces. So, it is necessary to solve the problem by iterations to get self consistent solutions.We use transport matrix method to analyze the transportation in quadrupole magnet of non intense pulsed beam and intense pulsed beam respectively, and write a computer code for the pulsed beam transporting in quadrupole magnet. The self consistent solution can obtained by using iteration calculation method. During the calculation, the result can be shown by the prompt graph.     

Intense beam nonlinear transport in solenoid lenses

Lie algebraic methods are used in the analysis of the nonlinear transport of charged particle beams in solenoid lenses. Space charge effects are included. The particle distribution we used is a K－V type. Similar procedures can also be used for magnetic dipoles, quadrupoles, sextupoles and other optic elements.     

束流线性耦合效应的初步研究

在储存环的束流传输系统中,斜四极场和纵向螺线管场是引起束流线性耦合的主要原因.由于这种耦合,使得束流的幅度和发射度发生交换,引起束流横向包络的增大,严重的将造成束流损失.从Betatron运动方程出发研究了斜四极场和螺线管场存在时束流的幅度耦合效应,分析了斜四极场存在时束流发射度的变化.     

Kerr非线性介质中聚焦像散高斯光束的传输特性

当高功率激光通过Kerr非线性介质传输时,Kerr效应会严重影响激光的传输特性.实际应用中常遇到像散光束.迄今为止,像散光束传输特性的研究大都局限于在线性介质中的传输,而在非线性介质中传输的研究较少,且还未涉及像散激光束通过含光学系统的Kerr非线性介质传输变换的研究.本文主要研究Kerr效应对聚焦光束像散特性和焦移特性的影响,以及聚焦像散高斯光束的自聚焦焦距和光束焦点调控.在光束扩展情况下,推导出了聚焦像散高斯光束在Kerr非线性介质中传输的束宽、束腰位置和焦移的解析公式,研究表明:在自聚焦介质中,随着自聚焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越强,但焦移越小;在自散焦介质中,随着自散焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越弱,但焦移越大.另一方面,在光束自聚焦情况下,推导出了自聚焦焦距的解析公式,研究表明利用光束像散可以调控光束焦点个数.     

Wiggler磁场聚焦带状电子注

 带状电子注在螺线管磁场作用下传输时,易形成Diocotron不稳定性,导致电子注崩溃。采用Wiggler磁场聚焦带状电子注能防止Diocotron不稳定性。研究了Wiggler磁场聚焦带状注的作用机理,得出带状电子注在Wiggler场作用下的包络方程。结合理论分析,使用3维粒子模拟程序对带状电子注的Diocotron不稳定性和Wiggler磁场抑制不稳定性分别进行了模拟。研究表明:合适的选择磁场大小和周期能有效抑制Diocotron不稳定性,使得设计带状电子注行波管成为可能。     

Simulation and analysis of the transverse spectrum in HIRFL-CSR

Particles in a storage ring oscillate in the longitudinal and transverse dimensions.Therefore,the signal that beam has generated can be analyzed in the frequency domain to extract many beam parameters,such as tune,momentum spread,emittance and their evolution with time and so on.In this paper,the transverse spectrum in HIRFI-CSR was simulated and analyzed under different conditions,including electron cooling,hollow electron beam,solenoid effect,the tune shift caused by power supply ripple and the misalignment between ion and electron beams.The result of the simulation shows that the longitudinal magnetic field of the electron cooling device should be compensated by a "compensation solenoid",and the power supply ripple must be controlled,otherwise the accumulation would be affected and the beam would be lost.     

Nonlinear beam interactions in semi-infinite waveguide arrays

The interactions between coherent beams launched near the interface of one-dimensional semi-infinite Kerr-type nonlinear waveguide arrays have been theoretically investigated. We have explored the effect of the input intensities, the relative phase of the optical beams, and the modulation of the refractive index of the optical lattices on nonlinear beam interaction dynamics. For in-phase beams with different incident intensities, the highly-localized spatial soliton was dragged in a discrete fashion by a low-intensity diffracting beam. Anomalous fusion of two out-of-phase beams, and energy exchange between the excited channels were observed at high intensities. The possibility of employing nonlinear interactions for optical signal re-addressing, all-optical switching is also discussed.     

Electron beam dose distribution in a solenoid magnetic field

The results of simulation of irradiation of tissue-equivalent targets by 20-MeV electron beams in the presence of solenoid magnetic fields are discussed. These results are compared with the corresponding data obtained without magnetic fields. The data obtained can be used to solve beam therapy problems.     

3.3MeV直线感应加速器的电子束传输研究

采用SLAC-226程序,模拟了电子束在3.3MeV加速器中的加速与传输过程,并与从电子束传输的层流近似出发所推导的边包络方程解进行了比较。程序和包络方程都考虑了束流的自生电磁场及外加电磁场。