S波段长脉冲相对论速调管放大器中杂模振荡导致的脉冲缩短抑制研究

研究了相对论速调管放大器中的脉冲缩短问题.分析表明杂模振荡是引起脉冲缩短的重要原因.利用粒子模拟对振荡的模式进行了分析,研究了振荡的机理,在粒子模拟中利用吸收介质对杂模实现了有效的抑制.最后,在实验中解决了相对论速调管放大器中的脉冲缩短问题,在输出微波峰值功率约为920 MW时将脉宽由77 ns提高到137 ns.     

X波段长脉冲同轴多注相对论速调管放大器的分析与设计

为了提高相对论速调管放大器的工作频率、输出功率以及转换效率, 结合三重轴相对论速调管和多注速调管的特点, 采用三维电磁粒子模拟软件分析与设计了工作在X波段的长脉冲同轴多注相对论速调管放大器, 通过优化设计有效地抑制了X波段长脉冲相对论速调管放大器的自激振荡, 避免了脉冲缩短现象的产生, 使X波段相对论速调管放大器在长脉冲状态下能够稳定工作, 在注入微波功率为70 kW、束压为600 kV、束流为5 kA、轴向引导磁感应强度为0.8 T的条件下, 输出微波功率达到了1.23 GW, 效率为41%, 增益为42 dB.     

衰减材料对高增益相对论速调管自激振荡的抑制

在高增益相对论速调管放大器中,自激振荡严重影响器件的正常工作并导致脉冲缩短。通过粒子模拟研究了高次模式自激振荡的激励机制,并提出在器件内加入微波衰减材料来抑制该类自激振荡。详细研究了衰减材料的电导率和几何参数与高次模式衰减常数的关系,并开展了微波衰减体的冷测实验。冷测表明微波衰减体对高次模式的衰减达11.25 dB,其性能满足器件实验要求,可以用于高增益相对论速调管的热腔实验。     

X波段长脉冲多注相对论速调管放大器杂模振荡抑制北大核心CSCD

为进一步提高相对论速调管放大器(RKA)的工作频率和输出功率,开展了X波段GW级长脉冲多注RKA实验研究,对实验中出现的杂模振荡现象进行了模拟和实验分析。结果表明,电子回流是导致实验中出现杂模振荡的主要因素,采取了相应措施减少电子回流从而抑制杂模振荡,实现多注RKA输出微波功率约为0.98GW,脉宽为95ns,频率为9.405GHz。     

相对论速调管中间腔与调制电子束间的非线性互作用

在强流相对论电子束驱动的相对论速调管放大器中, 由于强流和高场强的影响, 尤其是中间腔具有高Q值, 微波腔与电子束之间的非线性作用很明显, 严重影响器件性能. 根据麦克斯韦方程组以及电子在微波场作用下运动方程给出了中间腔的束-波互作用自洽方程. 从这些方程出发, 研究了调制深度和调制频率对间隙电压幅度和相位的影响. 对比常规速调管的等效电路模型, 自洽公式给出的间隙电压幅值同粒子模拟结果更接近, 尤其是较高调制深度的情况. 同时器件带宽随调制深度的增加而变宽, 这也同粒子模拟结果一致. 由此设计了一个S波段高增益相对论放大器, 在LTD (长脉冲螺旋线)加速器上开展了相应的实验工作, 实验上获得了1.1 GW的输出功率, 器件增益49 dB. 关键词： 相对论速调管 非线性互作用 自洽方程     

S波段四腔相对论速调管放大器的整管性能

在速调管放大器中,中间谐振腔一方面可以提高器件的放大增益,另一方面也容易产生杂频振荡,影响器件正常工作。针对这种杂频振荡的影响,在三腔相对论速调管的基础上发展了四腔相对论速调管。采用PIC粒子模拟软件从整管上对四腔强流相对论速调管放大器的冷腔结构、束波互作用、微波提取等方面进行研究。为得到输出功率和效率的最优值,结构上采用低互作用输入腔,设计了阶梯状结构漂移管,通过对输出腔作用间歇进行优化处理抑制电子回流。模拟结果表明整管微波模拟输出功率达了3.7 GW,效率22%,增益56 dB,1 dB带宽74 MHz,并实现了对杂频振荡的抑制。     

锁频锁相的高功率微波器件技术研究

综述了中国工程物理研究院应用电子学研究所锁频锁相的高功率微波器件最新研究成果,主要包括稳频稳相的相对论速调管放大器和注入锁相的相对论返波管振荡器.针对高功率长脉冲相对论速调管研究中遇到的问题,介绍了该放大器的束波互作用特点、杂频振荡抑制、脉冲缩短、高频段高功率运行、高增益等物理、设计与实验中的关键技术研究概况,使其功率、相位稳定性、增益等性能有了显著提高,S波段环形单注相对论速调管实现了高功率稳相输出,重频25 Hz运行时输出功率大于1 GW,脉宽大于150 ns、相位波动18°,高增益运行时在注入微波功率数kW条件下也实现类似功率和相位水平;采用同轴多注器件结构,突破了速调管高频段运行条件下高效率电子束引入和高功率束波转换技术等难题,使X波段相对论速调管在注入功率30 kW条件下实现了功率大于1 GW的放大输出,效率为34%,相位波动为15°.在掌握相对论返波管技术的基础上,利用返波管的高效率和结构紧凑的优点,开展了注入调制电子束锁相的相对论返波管研究,采用百kW级的种子微波实现了对GW量级输出微波的相位锁定.该研究结果对功率合成、粒子加速和多功能雷达等技术具有重要的推动作用.     

相对论返波管驱动的两腔大间隙速调管放大器

在大型功率合成阵列中,为解决现有种子源输出功率不足的问题,提出了利用相对论返波振荡器作为种子源锁定大间隙速调管放大器频率和相位的思路,并进行了由一个相对论返波管驱动一个高功率注入两腔大间隙速调管放大器的理论和初步实验研究。实验结果表明:大间隙速调管的频率被相对论返波管锁定,两个微波源的实时相位差在单脉冲内锁定在16之内,多脉冲间的相对相位差锁定在11之内,锁相时间约40 ns;在注入功率约22 MW时,大间隙速调管的输出功率约230 MW,增益约10 dB。     

高增益相对论速调管放大器相位特性的模拟与实验研究

为实现高功率微波的相干功率合成, 开展了S波段高增益相对论速调管放大器输出微波相位特性的粒子模拟和实验研究, 粒子模拟与实验结果均表明电子回流是影响输出微波相位特性的主要因素. 在有效控制电子回流的情况下, 实验实现输出微波相位抖动小于± 10°, 锁相时间达90 ns. 以此计算, 若相位抖动在± 10° 内满足均匀分布, 十台该高增益相对论速调管放大器的功率合成效率将大于99%.     

相对论速调管放大器杂模振荡的抑制

 研究了相对论速调管放大器（RKA）输入腔和中间腔之间的高阶杂模振荡问题。通过模式分析得知杂模在谐振腔内为TM11模式,而在漂移管中表现为TE11模式,针对该模式能在漂移管中传输的特性,利用漂移管内壁涂覆吸波材料吸收杂模功率的方法进行抑制。通过3维粒子模拟程序,分析了吸波材料的电导率及涂覆长度对抑制杂模增长率的影响。利用模拟分析得到的结果,对漂移管中涂覆吸波材料的RKA输入腔及中间腔结构进行了3维模拟研究,结果显示:合适的吸波材料的引入能够很好地抑制RKA输入腔和中间腔之间的杂模振荡。     

高温高压合成顶角氧掺杂型高温超导系列

 简要介绍了(Sr,Ca)_n+1Cu_nO_2n(Cl,O)₂,即三元数法的Cl-“02n”（或四元数Cl-02(n-1)n）超导系列,简称Cl-系超导体。和通常的高温超导体不同,Cl-系的电荷库由卤化物构成,而非通常的氧化物。即Cl-系的导电区和电荷库由顶角氯连接,根据这一结构特点用“顶角氧”掺杂,高压合成了T_c≈80 K的(Sr,Ca)₃Cu₂O₄(Cl,O)₂超导体。该化合物具有和全氧化物高温超导体可比的超导性能,表明高温高压合成全新的卤氧超导新材料的潜力,以及开发卤氧化物高温超导体群的研究前景。     

位错动力学在极端环境力学中的发展及应用

作为联系分子动力学和连续介质力学方法的桥梁,离散位错动力学(DDD)方法近些年来取得了诸多进展。其典型代表就是DDD与连续介质有限元方法(FEM)的耦合,使其可以考虑复杂的边界条件及多物理场的耦合作用。首先介绍了DDD方法及其与FEM耦合的典型方法,然后面向高应变率、高温、强辐照几种极端环境,系统阐述了DDD及其耦合方法的发展思路和进展,展示了该方法在揭示微观机理、发展连续化理论模型上的若干成果。     

On the dependence of the critical temperature on pressure in the bisoliton model of high temperature superconductors

Abstract

In the framework of the bisoliton model we have studied the critical temperature T _c, as a function of the pressure P and of the hole concentration δ for the high temperature superconductors YBa₂Cu₃O_x and (La_1-xM_x)₂CuO₄. Our results for δ ln T_c/δ ln V as a function of T _c describe quite satisfactorily the general trend of the experimental data. Furthermore we show that in the bisoliton model the energy gap δ (in units of Jg³/3, where J is the nearest-neighbour exchange integral and g is the nonlinearity parameter) is an universal function of δ/g. An analogous property is valid for T _c By fitting the maximum value of T _c we are able also to reproduce the experimental data for T _c(δ).     

KNb0.77Al0.23O2.77的高压相变研究

 利用水热法合成了立方相KNb_0.77Al_0.23O_2.77。在水热晶化过程中得到了包括正交相钙钛矿和一新相在内的中间相产物。结构相变行为采用XRD、DSC、高压Raman和XPS进行了表征。结果表明，低于1 000 ℃的热处理不能导致KNb_0.77Al_0.23O_2.77发生结构相交。而在4.49 PGa高压下可能发生了到一新相的结构转变。高温高压处理可以导致另一新相的出现。最后对该立方相的相变机理进行了研究。     

水中高压放电气泡的实验研究

采用高速摄影方法对通过金属丝的水中高压放电所产生的气泡脉动现象进行了实验研究，发 现气泡脉动有以下基本规律：脉动参数主要取决于初始总电能大小，而与电容和充电电压的 具体取值关系不大；实验段脉动参数受池壁的边界效应影响很小. 气泡的脉动机械能占据了 放电总能量的20%—40%，第二次脉动与第一次脉动的能量比也与此接近； 喷射现象是造成 脉动能量减小的主要原因. 关键词： 高压放电 气泡 高速摄影     

High thermal stability of diamond-cBN-B_4C-Si composites

Improving the thermal stability of diamond and other superhard materials has great significance in various applications. Here, we report the synthesis and characterization of bulk diamond–cBN–B_4C–Si composites sintered at high pressure and high temperature(HPHT, 5.2 GPa, 1620–1680 K for 3–5 min). The results show that the diamond, cBN, B_4C,B_xSiC, SiO_2 and amorphous carbon or a little surplus Si are present in the sintered samples. The onset oxidation temperature of 1673 K in the as-synthesized sample is much higher than that of diamond, cBN, and B_4C. The high thermal stability is ascribed to the covalent bonds of B–C, C–N, and the solid-solution of B_xSiC formed during the sintering process. The results obtained in this work may be useful in preparing superhard materials with high thermal stability.     

六角相硼碳氮化合物的合成研究

 以三聚氰胺和氧化硼为原料,利用真空热处理和高温高压技术,对BCN化合物的形成及结构进行了研究。在真空条件下,原料经1 100 K热处理得到非晶BCN的前驱物,将前驱物在5.0 GPa、1 500 K条件下高温高压热处理30 min,合成出了单相的六角BCN晶体。采用Materials Studio软件的Reflex模块对样品的X射线衍射图谱进行分析,结果表明,得到的样品为纯的六角相,晶格常数为a=0.250 5 nm,c=0.665 9 nm。对样品进行了透射电镜（TEM）分析,得到了样品的形貌和电子衍射,同样证实了样品为六角BCN晶体,晶粒尺寸约200 nm。对样品进行了XPS表征,确定了样品中存在C—C、C—N、C—B、N—B键,表明B、C、N三元素之间达到了原子级化合,样品的组分含量通过EDX进行标定。     

六方MoN的合成新路线

 在高温高压极端条件下利用CH₄Cl还原二氧化钼的方法合成了六方MoN。反应条件为：压力2 GPa,温度1 500 ℃,时间2 h。并利用XRD对合成产物进行了表征。经最小二乘法拟合后结果表明,该合成产物具有六方结构对称性,其晶格常数为a＝0.572 nm,c＝0.560 nm。经过对其衍射峰位和峰强进行拟合计算,并与实验结果进行比较, 结果表明 MoN 产物的空间群为P6₃/mmc,其中Mo原子位于2b (0, 0, 1/4)和6h (x, 2x, 1/4),x＝0.489。N原子位于2a (0, 0, 0)和6g (0.5, 0, 0)。所采用的方法具有反应条件易达到、反应时间短、反应产物单相性好等特点。     

MgO和Cu的弹性常数随温度及压强变化关系的研究

从Anderson-Grüneisen参数定义式和热膨胀系数定义式出发，根据Tallon的普遍化理论,推导出了一个用于计算弹性常数的理论模型,用所得到的理论模型分别计算了MgO和Cu两种固体材料的弹性常数 、 和 随压强以及温度变化的理论数值，并将理论计算结果与Kumar模型计算结果以及相关实验数据进行了比较，对所得到的理论模型计算结果与Kumar模型计算结果之间的差异性进行了分析和探讨。研究结果表明：所推导的理论模型计算结果与实验数据更加符合，并且由于所用的推导方法不依赖于晶体的结构,因此该模型具有更好的合理性和普适性。     

MgO和Cu的弹性常数随温度及压强变化关系的研究

从Anderson-Grüneisen参数定义式和热膨胀系数定义式出发,根据Tallon的普遍化理论,推导出了一个用于计算弹性常数的理论模型,用所得到的理论模型分别计算了MgO和Cu两种固体材料的弹性常数 、 和 随压强以及温度变化的理论数值,并将理论计算结果与Kumar模型计算结果以及相关实验数据进行了比较,对所得到的理论模型计算结果与Kumar模型计算结果之间的差异性进行了分析和探讨。研究结果表明：所推导的理论模型计算结果与实验数据更加符合,并且由于所用的推导方法不依赖于晶体的结构,因此该模型具有更好的合理性和普适性。