进气量对强流正离子源反向电子流的影响研究

分析了EAST-NBI离子源束引出过程中反向电子的产生及物理特性,对典型情况下的进气量对离子源的影响进行了计算和实验研究。实验结果发现,质子比受进气量影响较小,进气量与反向电子流呈明显正相关。     

重离子治癌装置4 MeV/u IH型漂移管直线注入器的动力学设计

基于KONUS束流动力学理论,完成了一台工作频率为162.5 MHz、占空比为1%的交叉指型漂移管直线注入器（IH-DTL）的动力学设计。该IH-DTL内置两套三组合四极透镜,共有41个加速单元,可为同步加速器提供流强400 eμA、能量4 MeV/u的C4+束流。在动力学设计过程中着重对每个加速间隙的同步能量偏差、注入相位和间隙电压等参数进行优化,使得该IH-DTL的横向归一化RMS接收度达到0.24 πmm·mrad,且横纵向归一化发射度增长小于10%,有利于提高同步环的注入效率。然后根据动力学设计的结构参数进行IH-DTL的高频仿真计算,将得到的三维电磁场分布导入PIC粒子跟踪程序中进行束流动力学模拟。动力学模拟结果显示,束流在IH-DTL出口的横向自然发射度小于13 πmm·mrad,达到了同步环的注入要求,而且在7%的垂直二极场分量下,束流中心的横向偏移在±0.5 mm以内,整体的束流传输效率高于99%。An interdigital H-mode drift tube linac (IH-DTL) with KONUS beam dynamic has been designed, which operation frequency was chosen 162.5 MHz. This IH-DTL consists of 41 accelerating cells and two quadrupole magnets triplets, can provide the C4+ with the current of 400 eμA and energy of 4 MeV/u for the synchrotron. In the beam dynamic design, the synchronous particle energy, inject RF phase and the acceleration voltage of each gap are optimized carefully to make the transverse normalized RMS acceptance of the IH-DTL to be 0.24 πmm·mrad and the beam emittance growth small than 10%. Then the RF structure was designed and the 3D electromagnetic field was imported into the PIC particle tracking code for the beam dynamic simulation. The transverse beam emittance at the exit of the IH-DTL is small than 13πmm·mrad which meets the injection requirement of the synchrotron. What is more, under the 7% vertical dipole fields component, the offset between the beam center and the drift tube's axis is ±0.5 mm at most. The transmission efficiency of the IH-DTL is higher than 99% for the whole beam in the acceptance.     

基于曲面空间合束的多单管半导体激光光纤耦合

随着单管半导体激光器光纤耦合技术的不断发展,为了进一步提高多单管半导体激光器的输出功率,本文采用曲面空间排列方式对多个单管半导体激光器进行合束研究,使更多数量的单管半导体激光器耦合进入同一光纤中,获得更高的输出功率。文中利用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟,将34只波长为975 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器合束聚焦后耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中,获得耦合效率91.76%、输出功率312.03 W的激光系统。实验中,将17只单管半导体激光器耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中,在10.5 A的驱动电流下,输出功率为100.5 W,系统耦合效率为68.46%。     

MBE法制备VO2薄膜及其中红外调制深度测量

为了给VO₂薄膜在定向红外对抗系统防护方面的应用提供理论依据,我们用透过率调制深度表征VO₂薄膜在中红外波段的相变特性。本实验利用分子束外延法（MBE）制备VO₂外延单晶薄膜,经XRD、AFM表征,发现其具有（020）择优取向、纯度较高,薄膜表面平整、均匀且致密。经VU-Vis-IR测量发现其近红外透过率相变特性显著,但在紫外和可见光范围内透过率相变特性较不明显。然后我们对制备时间为30 min、40 min的两组薄膜分别进行25~70℃的升温和降温实验,观察其对波长为3 459 nm、脉宽50 ns、重频50 kHz、功率密度0.14 W/cm²的中红外激光的透过率变化,并比较两组薄膜的温滞曲线特性。实验发现它们对中红外透过率的调制深度均可达60%以上,前者比后者对中红外的调制深度高出约4%。这说明利用分子束外延法制备的VO₂单晶薄膜具有良好的中红外调制特性,且调制深度和膜厚有关。进一步表明了利用VO₂薄膜实现中红外激光防护具有一定的可行性。     

质子束轰击金属靶面的二次电子效应的模拟研究

基于粒子云网格计算方法,对质子束轰击靶面产生二次电子的效应进行了模拟研究,得到了不同电场强度对质子束的品质以及其产生的二次电子的数量的影响。研究表明,50 kV电压下,质子束束腰宽度1.8 mm,并有近10%的质子束打在阴极侧壁上;150 kV电压下,质子束束腰宽度1.2 mm。这说明,抽取电场强度小时质子束分散,其束流品质下降;抽取电场强度大时质子束紧凑。通过调控抽取、加速电压,可以有效地控制到靶质子流的聚散状况,以及由此产生的二次电子的强度及分布。     

一种基于多普勒频移光谱的中性束注入器气体靶厚度诊断的新方法

中性束注入是等离子体加热和电流驱动的最有效方法之一。中性束注入的三个基本过程为：离子束的产生,离子束的中性化和中性束的传输,其中,离子束的中性化是关键环节之一。对于EAST-NBI气体中性化室而言,中性化室内气体靶厚度会直接影响离子束的中性化效率,而且还会进一步影响到中性束的传输效率。基于多普勒频移效应,提出了一种新的诊断气体靶厚度的方法,并且已经被应用于EASTNBI测试平台上。该方法主要是基于中性束的束成分随气体靶厚度的演化过程,利用中性束发射Dα光谱线强度完成计算。因此,它被应用于中国科学院等离子体物理研究所EASTNBI装置上。在中性化室出口处的观测窗口上进行测量,在束能量为40~65 keV时,气体靶厚度值为(0.16~0.22)×1016 cm-2,随着引出束流的变化,气体靶厚度随之改变。根据质量守恒定律,对中性化室内的气体靶厚度进行一个粗略的估算,估算的结果与测量的结果基本保持一致,从而证明了该诊断方法的合理性。综上,实验结果表明,该种基于多普勒频移效应的光谱诊断法可以被用于测量中性化室内的气体靶厚度。     

紧凑型自聚束微波电子枪设计研究

 提出一种新的紧凑型强流电子枪结构。紧凑型自聚束微波电子枪是一个多驻波腔结构,最大特点是腔与腔之间相互没有耦合,每腔可分别独立馈入功率和调节相位。通过选择合适的馈入功率和高频相位搭配,能够得到较优的束流品质。在此基础上采用外注入电子束的结构,能进一步增大流强和降低能散度,同时消除电子反轰对阴极工作的不利影响。利用Superfish和Parmela程序对腔体结构和束流动力学反复进行计算,确定了一组结构和工作参数。模拟结果表明出束微脉冲峰值流强可以到18 A,能散度小于2‰,横向发射度小于6 πmm·mrad。最后给出腔体冷侧结果,与模拟计算结果吻合得较好。     

多光子J-C模型中频率随时间变化场的反聚束效应

利用多光子J-C模型,考虑场频率随时间以正弦函数形式作小量变化,在旋波近似下,研究了二能级原子通过多光子跃迁与单模辐射场相互作用系统中场的反聚束效应.利用数值计算方法给出反映场反聚束效应的二阶关联函数随时间的演化曲线.研究结果表明:场二阶关联函数的演化受场频率随时间正弦函数形式变化的调制,场频率振荡的幅值 u越大调制作用越强,在场频率振荡的幅值u大于一定值后,场二阶关联函数随时间的演化呈现出周期性振荡特性,其振荡周期与场频率变化的周期一致.     

直流电弧等离子体法制备纳米粒子实验装置研究

研制了一种实验室用直流电弧等离子体法制备纳米粒子的实验装置,该装置由纳米粒子生成室、阴极、阳极、真空泵和直流电源等组成。其特点是：结构简单、操作方便、成本低。该实验装置可用于制备金属纳米粒子、合金纳米粒子及金属一陶瓷复合纳米粒子。