强脉冲离子束横截面分布的测量

强脉冲离子束在靶上的横截面能量密度分布和束流焦点位置是束流分析和辐照效应研究中重要的技术参数.利用红外成像诊断技术,可以以较高的空间分辨率和能量密度分辨率对束流的横截面分布进行测量,并可以实现对束流焦点的测量和束流传输特性的分析.通过该实验,可以使学生掌握强脉冲加速器诊断的基本技能,加深对加速器原理及脉冲束流分布和传输特性的认识.     

强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断

强流脉冲离子束在靶上的能量密度分布是其研究和应用的一个重要参数。为了解决现有束流能量密度诊断方法的不足,利用红外成像仪测量靶背面的温度分布,从而建立了强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断方法。对能量密度1J/cm2量级、脉冲宽度为102 ns量级的束流,该方法测量误差好于5%,空间分辨率可达到1~2mm,具有操作简便、成本低的优点,是强脉冲能量沉积分布的一种高效迅速的诊断方法。     

强脉冲离子束辐照薄金属靶的热力学过程研究

在回顾和总结现有强脉冲离子束诊断技术和能量沉积模型的基础上, 结合红外成像诊断分析, 基于能量平衡, 提出了强脉冲离子束在固体靶中功率密度分布模型, 并采用蒙特卡罗方法对其进行计算. 以该功率密度模型作为源项, 使用有限元分析方法模拟强脉冲离子束入射100 μm不锈钢靶后内部温度场在毫秒时间范围内的分布和演化. 结果显示, 在微秒时间范围内, 热场以存在于近表面区域数倍于离子射程范围内的冲击热场为主要特征; 而在毫秒时间范围内, 靶的前后表面(纵向)已达到温度平衡, 且靶后表面温度场和入射前表面的离子束横截面能量密度具有空间分布的相似性. 这证明了, 在采用具有毫秒响应速度的红外拍摄系统的情况下, 背面红外诊断技术可以实现以较高的精度对强脉冲离子束横截面的能量分布进行诊断和分析.     

钨在瞬态热流下熔融重凝对脉冲参数的依赖性

为了研究钨在瞬态热流下达到熔融状态后，不同脉冲参数对其熔融重凝行为的影响，实验观察了钨在脉宽5 ms与0.1 ms的脉冲辐照下熔融重凝行为的特征，并考虑熔融层流动驱动力、冷却速率、温度梯度等多项因素，分析了分层结构与柱状晶对热源参数的依赖性。通过计算两种热源参数下的热作用特性分析了钨在脉宽0.1 ms的脉冲辐照下出现柱状晶而在脉宽5 ms的脉冲辐照下未出现的原因。研究发现，高流强和短脉宽的脉冲束流易于促进形成分层结构，其原因是较高流强能引起材料表层熔化层流动，同时较短脉宽能使熔化层流痕来不及恢复平整，而被快速冷却固化；当样品在瞬态热流下发生熔化时，较短的脉宽有利于形成柱状晶，较长的脉宽有利于形成等轴晶粒和出现晶粒长大。     

压缩等离子体流脉冲能量密度修正方法

介绍了压缩等离子体流能量密度诊断存在的问题，基于能量的耗散走向分析及热传导计算模型，针对汽化过程对诊断带来的误差，给出了一种基于测量的质量损失，通过表面退行的有限元计算反推损失相同质量所需输入能量的能量密度修正方法，并对能量密度修正进行了评估，通过此方法得到的修正能量密度与实验结果相吻合，但要获得更准确的能量密度，还需针对屏蔽等离子体、反冲应力波等因素进行能量密度修正，或开发出更准确的能量密度诊断方法。