碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。     

猝发强流多脉冲电子束源物理设计

给出一台脉冲间隔100～1 000 ns、脉冲数2~5个、二极管电压3 MV、引出束流强度2.5 kA的猝发多脉冲电子束源的物理设计及初步调试结果。在设计中,采用感应叠加和阻抗匹配方案获得二极管高电压脉冲;试验中分别采用天鹅绒和大发射面储备式热阴极获得猝发多脉冲电子束。调试结果表明:采用大发射面热阴极可避免阴极等离子体产生,确保二极管在猝发多脉冲状态下稳定运行。初步调试获得大于2.7 MV猝发三脉冲二极管高压,并获得1.6 kA的三脉冲电子束流。     

大功率激光脉冲二极管触发高增益光导开关实验研究

研究了一种新型大功率激光脉冲二极管的输出特性,该激光二极管主要用于触发工作在高增益模式下的砷化镓光导开关。研制了基于射频金属-氧化物半导体场效应管的激光二极管驱动电路,可以为激光二极管提供上升沿、半高宽和峰值电流分别为4 ns,20 ns和130 A的脉冲驱动电流。研究了激光二极管输出的激光脉冲波形、能量、功率、光场分布等特性,并在Blumlein传输线结构中,研究了该大功率激光脉冲二极管的输出特性对工作于高增益模式下的光导开关的导通电阻、开关抖动等主要导通性能参数的影响规律。实验结果表明,激光脉冲的能量和功率越大,光斑面积越大、分布越均匀,在相同偏置电压条件下,光导开关的导通性能越好。     

Beam transport design for a 1 MeV prototype dielectric wall accelerator

The beam transport design of a novel proton dielectric wall accelerator is introduced in this paper. The protons will be accelerated from 40 keV to nearly 1 MeV under an accelerating gradient that is as high as 20 MV/m. A consideration of the beam line as well as the transport simulation is presented. The influences of the injection timing jitter and the accelerating pulse timing jitter are also discussed.     

直线感应加速器用光阴极实验研究

通过适当地改造2 MeV注入器实验平台,使系统具备了开展光阴极研究的能力,主要的改动有:将观察窗材料改为石英,增加266 nm固体激光器,对原有的时序控制方式进行修改以满足同步触发方面的要求。研究的阴极材料为含钪储备式热阴极,实验中最高加热到了740℃,观测到了光电发射和光致等离子体发射现象,最大的激光功率密度为1.3 MW/cm2,最大发射电流密度约为16 A/cm2,光电发射的量子效率约为0.05‰。     

激光触发能量对横向结构4H-SiC光导开关导通电阻的影响

采用钒掺杂半绝缘4H-SiC衬底,利用磁控溅射在硅衬底上制备了Ni/Au金属电极,并封装加工成同面型横向电极结构SiC光导开关,研究了不同激光触发能量对光导开关光电响应及导通电阻的影响。用波长532nm的激光作为触发源,当激光触发能量从26.7mJ增加到43.9mJ时,光导开关的导通电阻从295Ω降低到197Ω。利用复合理论推导出激光触发时导带中载流子浓度随时间的变化规律,并利用MATLAB模拟计算了不同触发能量下开关的导通电阻,得到了与实验较一致的结果。在此基础上,提出了降低开关导通电阻的两种途径。     

MHz重频双极性脉冲感应加速组元研制

采用感应同步加速原理,能在MHz重复频率下连续运行的双极性脉冲感应加速单元可以替代传统的射频加速单元应用于环形加速器中。针对MHz重频双极性脉冲功率源设计、感应腔负载特性等关键技术开展了实验研究,研制了一套MHz重频双极性脉冲感应加速单元。相比于日本高能加速器研究机构（KEK）研制的感应同步加速单元,该加速单元对电路结构进行了优化, 在加速脉冲具备相同顶降的前提下,将加速腔纵向尺寸缩小了5倍以上,可有效改善现有脉冲感应加速单元在加速电压调节方面的局限性,提高了功率系统的稳定性,减小了组元连续运行时的功率损耗,更加适应各类环形加速器对重频脉冲感应加速组元的应用需求。     

层叠Blumlein纳秒脉冲形成线设计与实验

研究了一种结构紧凑型的多级层叠Blumlein纳秒脉冲形成线,从理论上分析了放电时回路各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出电压的影响,并利用PSpice模拟验证了各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出结果的影响,发现开关的导通电阻是制约输出电压幅值的主要因素,开关的分布电感对输出波形的影响大于负载分布电感的影响,基于时域有限差分法原理,利用XFDTD软件模拟了两级层叠Blumlein线的电磁耦合效应。开展了多级层叠Blumlein脉冲形成线实验,结果表明,基于陶瓷固态传输线和GaAs光导开关的层叠Blumlein脉冲形成线能够实现输出电压叠加,可用于产生ns量级脉宽的脉冲高压。     

GaAs-PCSS多通道同步导通条件实验研究

砷化镓光导开关（GaAs-PCSS）是具有快响应、高重频、低抖动、高功率容量的半导体光电导开关，多通道设计能够有效降低GaAs-PCSS非线性大电流导通时的损伤，提高开关寿命。为探究GaAs-PCSS多通道同步导通的必要条件，在基于固态脉冲形成线的实验平台上，通过特殊设计的夹具，将多枚GaAs-PCSS并联连接以作为脉冲形成电路的开关，以对各GaAs-PCSS施以不同的触发信号进行测试。实验结果证明:相同触发信号下，开关导通电流被成功地均分到4个GaAs-PCSS通道中；不同触发信号下，为获得较好的电流均分效果，各通道触发延迟时差须小于1 ns，触发能量差须小于20 μJ。设计了分体式、单体式两种结构的多通道GaAs-PCSS，其中基于刻蚀工艺的单体式20通道GaAs-PCSS在7 000余次大电流工作后仅发生轻微损伤。     

层叠平板Blumlein线加载高梯度绝缘微堆耦合效应仿真分析

针对介质壁加速器中加速单元因耦合问题输出效率降低的现象,利用基于时域有限差分法的电磁场仿真软件,分别对一组和三组、单级和15级层叠平板Blumlein线加载高梯度绝缘微堆进行了分析。结果表明,较多的平行电极使层叠B线自身带有较大的耦合电容,会导致输出前沿变慢和输出幅值降低。三组层叠B线同时工作时输出效率降低,主要因为相邻组的层叠B线会作为在本组的耦合电容而严重分流,同时,相邻组对本组放电也会影响本组输出效率。将各级B线旋转一定角度呈扇形以减小平行电极有效相对面积，以此降低自身耦合电容，取得一定效果。