双路输出超宽谱高功率微波驱动源Tesla变压器

为实现25 GW级双路输出超宽谱高功率微波驱动源的小型化,选择研制了一种与双筒脉冲形成线(Blumlein线)相配一体化的带有开路磁芯的Tesla变压器,作为初级脉冲功率源。进行了Tesla变压器的理论分析,利用简化的磁路模型研究了Tesla变压器初次级线圈电感等电参数的估算方法,给出了Tesla变压器磁芯截面的估算和磁芯制作方法。该Tesla变压器最大输出电压880 kV,充电时间约20 s,耦合系数约0.95,实验结果与理论设计相符。     

超导变压器绕组环流及漏磁场计算

高温超导变压器的漏磁场降低绕组中的临界电流并增加交流损耗;超导材料的零电阻特性使得绕组限制环流的能力极低.因此,在设计超导变压器时,进行磁场分析和环流计算显得尤其重要.本文采用场-路结合的方法,即在用ANSYS求得反映变压器各支路之间电磁耦合的电感矩阵的基础上列出电路方程,计算了变压器低压绕组5种不同形式的各支路电流分布,并进而分析了磁场.同时提出了减小环流和改善磁场分布的一些措施.     

不闭合磁芯的Tesla变压器初次级线圈电感估算

对具有不闭合磁芯的Tesla变压器磁路进行了研究,计算了Tesla变压器磁路中磁力线分布以及各处磁感应强度分布,结果表明:在磁芯所在位置,磁力线主要集中在磁芯内部; 在内外筒磁芯之间,磁力线主要分布在初次级线圈以外磁芯两端之间的空隙中。实际的Tesla变压器漏磁较小,分析了在没有漏磁的理想情况下Tesla变压器不闭合磁芯对初、次级线圈电感的影响,并给出了初、次级线圈电感的估算公式,利用估计公式得出的结果与实际测量对比,误差范围在15%以内,该公式在Tesla变压器设计和参数估算时不失为一种简便易行的处理方法。     

脉冲形成线放电过程中Tesla变压器锥形绕组电压分布特性

 介绍了Tesla变压器与脉冲形成线一体化结构的工作原理，实验研究了形成线放电过程中形成的冲击电压波在Tesla变压器锥形次级绕组中的分布特性；给出了输入电压脉宽分别为1 μs，500 ns和100 ns时，锥形绕组中的对地电压和匝间电压分布规律；采用首端并绕、末端并绕和在首端加入屏蔽环三种措施优化绕组结构。结果表明：形成线放电过程中，变压器锥形次级绕组不会明显影响形成线中的电场分布，绕组的对地电压呈线性分布，匝间电压曲线起伏剧烈，首端电压梯度最大；三种优化措施都能抑制电压振荡，首端并绕对降低绕组首端电压梯度最为有效，末端并绕对降低绕组末端电压梯度最有效。     

50kA超导变压器初级绕组设计制作及低温通电实验

主要讨论了超导变压器初级绕组的设计、绕制以及低温通电实验,初级绕组主要采用2 942匝NbTi超导股线绕制,并经过真空压力浸渍而成。利用Ansys软件分析了其磁场分布。采用LHe浸泡式制冷,最大电流可达190A,中心场约为2T。     

基于三维场路耦合方法的超导变压器绕组漏磁场和电流分布研究

超导带材的零电阻特性使得绕组限制环流的能力大大降低。此文利用有限元仿真软件,采用三维场路耦合方法,在330k VA高温超导变压器低压侧绕组间气隙采用4种不同排列方式的情况下,分别分析了绕组漏磁场和电流分布。研究表明,两端的双饼绕组漏磁场和电流高于其它双饼绕组;采用ISOB气隙方式排列的中部双饼绕组电流低于平均额定电流而采用IBOS气隙方式排列的中部双饼绕组电流高于平均额定电流;在4种排列方式中,采用ISOB气隙方式排列可以降低电流分布的不均匀程度,而采用IBOS气隙方式排列可以降低漏磁场的大小。研究综合表明,采用双饼绕组气隙由中间以定值向两边递增的排列方式不仅可以减小环流,而且可以改善磁场分布。     

带磁芯的高功率带绕式脉冲变压器的初步研究

 对高功率带绕式脉冲变压器磁芯的设计进行了初步考虑，从理论上分析了在高功率带绕式空芯脉冲变压器中加入部分磁芯对变压器内部电磁场分布及耦合系数的影响。理论分析和实验结果均表明：磁芯对高功率带绕式脉冲变压器耦合系数的提高有显著作用，并能改善变压器内部的电磁场分布；设计的高功率带绕式脉冲变压器耦合系数可达0.88，与相同结构尺寸的带绕式空芯脉冲变压器相比，耦合系数提高10%。     

HL-1装置的磁场测量

本文叙述了HL-1装置环向场线圈、内外垂直场线圈,欧姆变压器初级绕组和偏磁绕组的磁场测量方法和结果,初步讨论了带有切口的铜壳对磁场的影响。     

100kA超导变压器的电磁分析

为测试与认证CFETR和未来聚变堆用高性能、大电流的大型超导导体,设计了一套超导导体测试装置所需100k A级超导变压器。变压器的初级绕组采用直径为0.87mm的单根Nb Ti股线绕制,总匝数为4,290匝;而次级绕组采用ITER校正场CICC导体同轴绕制于初级绕组外部,总匝数为4匝。详细介绍了超导变压器的主要设计参数;并通过有限元软件完成了电磁回路耦合、电磁场、电磁应力等相关电磁分析。结果表明:参数设计符合要求、超导变压器能安全稳定地运行。     

基于细线径螺旋脉冲形成线的长脉冲产生技术

提出了一种包含内外筒、细线径、多起端密绕的螺旋脉冲形成线(PFL)结构,与Tesla变压器有机组合,构建了长脉冲产生装置,可以实现较高的能量效率,并且结构紧凑,适于重复频率工作。以最大充电电压为结构设计原则,螺旋PFL波阻抗为12.6倍慢波系数,且形成线纵横比大于3.1时,Tesla变压器的耦合度能达到0.95;以形成线最大储能为结构设计原则,螺旋PFL波阻抗为7.5倍慢波系数,且形成线纵横比大于2.0时,Tesla变压器的耦合度能达到0.95。实验结果与理论分析吻合得较好。     

梯度磁场中自旋-轨道耦合旋转两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的基态研究

利用准二维Gross-Pitaevskii方程,研究了在梯度磁场中具有自旋-轨道耦合的旋转两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的基态结构.探索了自旋-轨道耦合作用和梯度磁场对基态的影响.结果发现,在梯度磁场下,随着自旋-轨道耦合强度增大,基态结构由skyrmion格子逐渐过渡为skyrmion列.对于弱自旋-轨道耦合和小旋转频率情况,增大磁场梯度强度可导致基态由平面波相转变为half-skyrmion;对于强自旋-轨道耦合和大旋转频率情况,梯度磁场可诱导hidden涡旋的产生.梯度磁场、自旋-轨道耦合和旋转作为体系的调控参数,可用于控制不同基态相间的转化.     

Optimal magnetoelectric coupling performance of Terfenol-D/PZT composites in resonance state under bias magnetic field

Laminated magnetoelectric (ME) composites with various thickness ratios were optimized, fabricated and experimentally investigated in this work. The Terfenal-D/PZT specimens with optimal thickness ratio between the magnetostrictive phase and piezoelectric phase, and two other values were tested for their ME coupling performance. The coupling voltage output increases linearly with the increase of DC bias magnetic field. The ME voltage coefficient increases more than 100 times in the resonance state for the optimal laminate. The DC bias magnetic field affects the ME voltage coefficient significantly, and also has little effect on the resonant frequency. The strength of AC magnetic field also slightly affects the ME voltage coefficient in resonance state, but does not affect the resonant state under which the same DC magnetic field is required. The experimental results can help understand the coupling performance of ME composite under bias magnetic field and prompt the application of ME devices.     

AC power loss for superconducting strips of arbitrary thickness carrying a transport current

The magnetic field and current distributions are computed numerically for a superconducting strip in the critical state with infinite length, but finite thickness and width. The width to thickness ratio is varied from 1 to 100, covering the range from square bars to thick films. For large aspect ratios (>10) the current and field distributions differ significantly from the 2D solution, because the Norris solution does not take into account (and thus does not shield) the transverse field parallel to the strip. Power loss exponents are calculated and found to vary from roughly 3 in a square bar to 4 in a highly aspected thin strip. In particular in the thin strip case the power loss exponents are current dependent due to the contribution of the loss caused by the transverse magnetic field. The loss in a multifilamentary conductor (or cable) is also estimated, taking into account the loss in the filaments. It is found that the overall loss (without coupling) is enhanced by a factor 1+1/n, where n is the number of filaments.     

磁致伸缩/压电层叠复合材料磁电效应分析

采用有限元分析软件COMSOL5.0建立了三维悬臂梁模型,分析了磁致伸缩/压电/磁致伸缩叠层复合材料的磁电系数α_(ME),并就几何参数对复合结构磁电系数的影响进行了优化分析.首先,利用稳态求解器研究了磁电层状复合结构内部的应力、应变、位移以及电势分布情况,利用瞬态求解分析了磁电复合结构各变量动态分布规律;其次,应用小信号频域分析研究了该结构的谐振频率以及在不同偏置磁场对输出电压的影响,结果表明,随着直流偏置磁场的增加,输出电压逐渐减小.改变复合材料不同层的厚度,分析了磁电层与压电层厚度比t_m/t_p对磁电系数的影响,结果表明,随着厚度比增加,α_(ME)逐渐增大,其增加速率逐渐减小;最后,分析了磁电系数α_(ME)随复合结构面积、长宽比的变化情况.分析表明,α_(ME)随磁电复合结构面积的增加逐渐增加,其增加速率逐渐减小;当磁电复合结构面积恒定时,其磁电系数随长宽比L/W增加表现出先增加后减小的趋势,存在最优值.     

不同方向外磁场下海森堡自旋链的热纠缠

研究了两量子比特的海森堡XXX自旋链分别处于x方向和y方向均匀外磁场时系统的纠缠特性,并用负度N来度量。得到纠缠度N的解析表达式,并在此基础上进行数值计算。仔细讨论了磁场B、温度T和自旋耦合系数J对纠缠度N的影响。结果表明：纠缠度N会随着磁场|B|和温度T的增大而减小,但会随着自旋耦合系数J的增大而增大。另外,增大的J还会使临界磁场|Bc|和临界温度Tth变大。所以,我们可以通过调节B、T和J来控制热纠缠,这对固态系统中通过构建和选择参数调整系统的纠缠度具有一定的作用和意义。研究还发现,加在x方向均匀外磁场和加在y方向均匀外磁场对两量子比特的海森堡XXX自旋链的作用效果是一样的。     

三角结构三芯光子晶体光纤中的模式耦合特性分析

基于耦合模理论,得出了三角结构三芯光子晶体光纤(TTC-PCF)的耦合模方程.数值模拟研究了该结构中纤芯间的定向耦合特性,分析了光纤结构及入射波长对耦合系数的影响以及入射光振幅比对纤芯间能量耦合特性的影响.结果表明,通过调节入射光振幅比可实现对纤芯间耦合强度的连续调节.对比了耦合模理论与束传播法得到的结果,两者表现出很好的一致性.结合TTC-PCF展现的独特耦合传输性能,讨论了其在耦合强度连续可调光纤定向耦合器和大模场光纤激光器的设计与制备等方面的可能应用前景.     

光与原子纠缠存储寿命与磁场噪声关系的实验研究

在冷原子系综中,利用自发拉曼散射过程产生光与原子纠缠,测量了恢复效率随存储时间的关系。实验结果显示在没有施加轴向磁场时的存储寿命仅仅只有40μs。而在施加轴向磁场的情况下,存储时间在50μs以后甚至在400μs时都可以测量到明显的恢复信号,存储寿命明显高于100μs,远高于未施加轴向磁场时的情况。对这个实验现象进行分析认为:原子所处的环境中存在磁场噪声的影响,当没有轴向磁场时,噪声会扰乱自旋波信号的相位;当有轴向磁场时,磁场噪声对自旋波相位的影响便被抑制了。     

量子棒中弱耦合磁极化子的性质

给出了具有椭球边界量子棒经过坐标变换成球形边界的哈密顿量.采用线性组合算符和幺正变换的方法研究了在抛物限制势下量子棒中弱耦合磁极化子的振动频率和基态结合能随横向和纵向有效受限长度、电子-声子耦合强度、椭球的纵横比以及磁场的回旋频率的变化关系.数值计算结果表明:振动频率和基态结合能随回旋频率的增加而增大,随横向和纵向有效受限长度的减少而迅速增大.基态结合能随耦合强度的增加而增大.振动频率随纵横比的增加而减少.当e′1时,基态结合能随纵横比的增加而增加.e′1时,随着纵横比的减少,基态结合能增大.当e′=1时,基态结合能取稳定的极小值.     

Nanowire manipulation on surfaces through electrostatic self‐assembly and magnetic interactions

A method for fabricating aligned nanowire arrays on surfaces is shown. Gold and segmented Au/Ni/Au nanowires of high aspect ratio have been prepared by template electrosynthesis, and functionalized with charged short alkanethiols that can be ionized in aqueous solutions. Different distributions of funtionalized nanowires could be obtained on large surfaces from nanowire aqueous suspensions, avoiding aggregation due to electrical repulsion. Due to the high magnetic anisotropy of segmented Au/Ni/Au nanowires chaining of aligned nanowires could be obtained by applying a low magnetic field. While electrostatics favours side wire interactions due to the high aspect ratio, concurrent electrostatics and applied magnetic field yields end‐to‐end interaction and linear alignment without bifunctionalization. (© 2009 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Vortex displacement and elastic coupling in layered superconductors

The effect of the elastic coupling on the penetration depth in ac magnetic field and on the magnetic permeability in layered superconductors is studied. The results obtained show that λ and μ become functions on the coordinate oriented in the magnetic field direction. In addition, the average permeability increases with the increase of the ratio between of the layer thickness and the elastic coupling depths, and decreases with the increase of the ratio between the elastic coupling depths of the two coupled superconductors.