间接馈电柱-锥级联爆磁压缩发生器数值模拟

为了研究间接馈电、两级级联柱-锥构型的爆磁压缩发生器的物理特性，发展了描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序——MFCG（Ⅴ），并用其分析、计算了一系列模型。通过将计算结果与柱-柱构型的结果进行比较，表明了柱-锥构型更有利于功率放大:在同样的输出电流条件下，不仅爆磁压缩的时间缩短，而且输出功率也相应地增加。MFCG（Ⅴ）程序的建立以及相应的数值模拟结果有助于加深对柱-锥构型的爆磁压缩发生器物理过程的认识，并为实验设计提供参考。     

二维磁流体力学程序MFCGⅢ计算结果与测试结果的对比分析

 根据磁场、流函数和感应电流的解析公式，研制了间接馈电爆磁压缩发生器充电和爆磁压缩过程计算程序MFCGⅢ。用MFCGⅢ计算了实验模型，其结果与测试结果符合较好。因此MFCGⅢ可对实验提供优化设计，并且可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题。     

磁压对级联爆磁压缩脉冲发生器性能的影响

为了研究负载为mH量级的间接馈电两级级联柱-锥构型的爆磁压缩产生器的基本物理过程和能量转换机理，利用描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序MFCG(Ⅴ)，以实验模型结构参数为基础模拟计算了一系列模型，分析了磁压对金属套筒径向膨胀速度及膨胀过程的影响。计算结果表明:套筒的径向膨胀速度取决于爆轰压与磁压的共同作用，在爆磁压缩过程的绝大部分时间里，向外膨胀的爆轰压都远大于向内压缩的磁压，因而套筒的径向膨胀速度主要是由爆轰压决定;但是在功率放大级的后半段，也就是发生器电流增长最快阶段，磁压也迅速增长，它的增长大大降低了套筒的径向膨胀速度；在功率放大级的后期，磁压已经超过爆轰压，它对系统设计的影响已经不能完全忽略。     

磁压对级联爆磁压缩脉冲发生器性能的影响

 为了研究负载为mH量级的间接馈电两级级联柱-锥构型的爆磁压缩产生器的基本物理过程和能量转换机理，利用描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序MFCG(Ⅴ)，以实验模型结构参数为基础模拟计算了一系列模型，分析了磁压对金属套筒径向膨胀速度及膨胀过程的影响。计算结果表明：套筒的径向膨胀速度取决于爆轰压与磁压的共同作用，在爆磁压缩过程的绝大部分时间里，向外膨胀的爆轰压都远大于向内压缩的磁压，因而套筒的径向膨胀速度主要是由爆轰压决定;但是在功率放大级的后半段，也就是发生器电流增长最快阶段，磁压也迅速增长，它的增长大大降低了套筒的径向膨胀速度；在功率放大级的后期，磁压已经超过爆轰压，它对系统设计的影响已经不能完全忽略。     

二维磁流体力学程序MFCG Ⅱ与MFCG Ⅰ计算结果的对比分析

 根据磁场、电流密度和感应电流的解析公式研制了爆炸磁通压缩发生器充电和爆磁压缩过程的计算程序MFCG Ⅱ。在相同条件下用该程序和二维磁流体力学程序MFCG Ⅰ分别计算相同模型所得结果符合较好。因此用MFCG Ⅱ可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题。     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器电阻及磁通损失的数值计算

基于电流和磁扩散方程,讨论了螺旋型爆磁压缩脉冲发生器(MFCG)中的电阻与磁通损耗问题,将相关的接触电阻模型、欧姆电阻的趋肤效应与邻近效应模型具体应用到2维爆轰磁流体力学程序MF-CG-Ⅳ中,进一步完善了程序的物理功能。并选用美国德克萨斯理工大学简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器的实验结果对新增模块进行了考证,计算结果符合物理规律,且与实验测量吻合较好。     

螺旋型爆磁压缩脉冲功率源模拟计算

 以间接馈电的两级螺旋型爆磁压缩发生器为初始功率源，基于等效电路模型，编制了一个螺旋型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS。利用该程序对04型爆磁压缩发生器驱动电感负载进行了计算，并将计算结果与实验结果进行比较，两者基本吻合；对该发生器驱动电容负载进行了计算。同时利用铜金属丝电爆炸过程中电阻率与比作用量的关系数据表，对爆磁压缩发生器驱动含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。     

螺旋型爆磁压缩脉冲功率源模拟计算

以间接馈电的两级螺旋型爆磁压缩发生器为初始功率源，基于等效电路模型，编制了一个螺旋型爆磁压缩脉冲功率源计算程序BCYSSYS。利用该程序对04型爆磁压缩发生器驱动电感负载进行了计算，并将计算结果与实验结果进行比较，两者基本吻合；对该发生器驱动电容负载进行了计算。同时利用铜金属丝电爆炸过程中电阻率与比作用量的关系数据表，对爆磁压缩发生器驱动含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器2维磁流体力学数值模拟

 基于任意拉氏- 欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合。该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性。     

螺旋型爆磁压缩发生器初始电性能的高频分析

 从电流扩散方程和磁扩散方程出发，研究了在瞬态过程中螺旋型爆磁压缩发生器(HMFCG)的电流密度在螺线管导线中的分布以及感应电流密度在金属套筒中的分布情况，分析计算了爆磁回路初始充电过程中频率对HMFCG电感和电阻的影响，计算结果与实验测量吻合；这为进一步完善校正程序，更好地描述爆磁压缩过程奠定了基础。     

微波输出窗内表面闪络击穿3维全电磁等离子体流体模拟北大核心CSCD

通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型,基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D,编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块,对1.3GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明:微波窗内侧表面形成的等离子体构型与初始种子电子分布形式密切相关。中心点源分布下,等离子体发展为"蘑菇"形状,输出微波脉冲缩短并不严重,等离子体吸收微波功率大于反射微波功率;面源分布下,等离子体发展为"帽子"形状,输出微波脉冲缩短严重,输出微波完全截断,开始阶段等离子体吸收微波功率占优,待等离子体密度增加到一定程度后,反射微波功率占优。通过降低窗体表面场强、表面释气率及初始种子电子密度等方法,可不同程度地延长输出微波脉冲宽度。窗体表面不同气体层厚度对闪络击穿下的输出微波脉冲宽度影响不大。     

Simulation and Experimental Research of a Novel Vircator

A new configuration of an axially-extracted vircator with three resonant cavities is put forward and optimized by simulation with the PIC code. The output power of over 1 GW is obtained at around 4.1 GHz in the experiment, in agreement well with the PIC simulation results. The beam to wave power conversion efficiency is more than 6.6%.     

中等能量P波段相对论返波振荡器的理论设计与粒子模拟

提出了一种新型的中等能量P波段相对论返波振荡器,该器件将慢波结构由低波段普遍采用的同轴外波纹结构变为同轴双波纹结构,使得径向束-波作用空间扩大了2倍,一定程度上增加了器件的功率容量;另外同轴双波纹结构还较大提高了器件的时间增长率,从而有效地减小了微波输出饱和时间.经优化设计,该结构在二极管电压300 kV、电流3 kA...     

新型高效率虚阴极振荡器

结合低磁场返波管振荡器和虚阴极振荡器的优点,设计了一个具有较高效率的虚阴极振荡器,通过添加半反射腔,使虚阴极在由阳极箔、波导和半反射腔组成的准谐振腔内形成,实现器件的高效率、高功率运行。当电子能量和束流分别为480keV和23kA时,采用2.5维粒子模拟(PIC)程序模拟得到频率为3.7GHz、功率为2.6GW的微波输出,器件束波转换效率约为23%。     

向内发射同轴虚阴极振荡器理论分析与数值模拟

 针对向内发射同轴虚阴极振荡器进行了1维理论分析,给出了电流电压关系的数值解,估算了同轴漂移区空间电荷限制流及虚阴极位置;同时使用MAFIA程序进行了全3维PIC数值模拟研究,通过调节阴极电子发射区与阳极反射板之间距离进行了一系列计算,得到了圆波导中各传输模式频谱及功率。结果表明,尽管使用圆周对称的同轴结构,输出模式中TE₁₁和TM₀₁仍占主导地位,两种模式共同存在,相互竞争。在最佳情况下,当二极管电压为250 kV,电流为20 kA时,得到了微波输出总功率最高为740 MW,功率效率超过10%,主频为3.18 GHz,同时含有较强TE₁₁和TM₀₁模式成分的微波输出。     

电子束相空间分布效应的三维计算

在386微机上建立了长脉冲单模的三维放大器数值模拟程序3DFEL,每个单程只需20分钟。模拟计算得出:(1)发射度对输出功率的影响几乎是指数式的。(2)电子相空间形状(相同发射度)对输出功率的重大影响主要表现为两方面:(a)不同相空间形状,等效能散度是不同的,(b)电子束包络和光场包络匹配关系。(3)非理想入射(偏入射和斜入射)超出一定范围之后将引起输出功率的指数下降。     

EAST位形磁流体平衡的模拟

对托卡马克平衡反演数值计算代码EFIT进行了改进,使之适用于EAST装置的磁流体平衡研究.用改进后的平衡反演代码EFIT模拟了EAST装置稳态阶段的偏滤器平衡位形.提出极向场线圈电流作为线性方程组主约束条件,期望位形作为从约束条件,求解非对称电流条件下自由边界平衡问题的方法.结果表明,该方法能较为容易地得到非对称电流条件产生的平衡位形,在非对称电流条件下自由边界平衡计算是收敛的.     

光折变晶体几何结构对自泵浦相位共轭特性影响的研究

基于Cu∶KNSBN晶体的自泵浦相位共轭实验,研究了光折变晶体的几何结构对自泵浦相位共轭特性的影响,得到在入射角不变的情况下,随着入射位置的变化相位共轭光输出有最大值,几何结构不同最大值输出对应的位置不同.并从理论上分析了晶体结构在双作用区自泵浦相位共轭机制中的作用,指出几何结构、入射位置与自泵浦光通道、耦合系数的关系及在自泵浦相位共轭效应中存在一个最佳入射光工作位置.     

托卡马克放电过程中偏滤器位形的演化

本文研制了适用偏滤器位形的１－１／２维托卡马克输运程度，并该程序模拟了托卡马克装置放电期间偏滤器位形的演化。在纯欧姆加热和有辅助加热两种放电方式下，对不同等离子体电流分布，拉长比，三角形变等参数下等离子体平衡位形的演化过程进行了计算机模拟。