基于多信息融合回流离子特性的实验研究

简要介绍了回流离子特性参数的检测要求,分析了多种不同检测方法的特点,进行了离子检测综合实验方案的设计。介绍了激光干涉+分幅相机测量、法拉第筒测量、基于单晶硅片的固体径迹测量3种实验方法及实验结果的分析过程,对各自的原始实验数据进行了具体分析,给出了分析结果。对3种实验方法的分析结果,采用信息融合技术,对电子束打靶时所产生的回流离子的种类、运动速度和密度等特性给出了综合性的分析结论,有助于进一步正确认识束靶作用区的物理特性。     

电子束与靶作用产生的回流离子诊断方法初步研究

文章分析和介绍了国际上回流离子诊断的必要性和方法.针对回流离子主要参数(密度、运动速度、种类等)测量的需要,具体介绍了激光干涉测量法、法拉第筒测量法、Langmuir探针测量法、固体径迹测量法的基本原理、特点和局限性,并进行了具体实验方案的设计和可能实验结果的分析计算,其中提出了基于探针测量法测量回流离子的基本思想和实现方案.文章作者基于信息融合技术的基本思想,在对上述有关离子特性测量方法进行具体分析的基础上,提出了一个综合诊断方案,并对可能的结果进行了估计.     

电子束与靶作用产生的回流离子诊断方法初步研究

文章分析和介绍了国际上回流离子诊断的必要性和方法.针对回流离子主要参数（密度、运动速度、种类等）测量的需要,具体介绍了激光干涉测量法、法拉第筒测量法、Langmuir探针测量法、固体径迹测量法的基本原理、特点和局限性,并进行了具体实验方案的设计和可能实验结果的分析计算,其中提出了基于探针测量法测量回流离子的基本思想和实现方案.文章作者基于信息融合技术的基本思想,在对上述有关离子特性测量方法进行具体分析的基础上,提出了一个综合诊断方案,并对可能的结果进行了估计.     

激光干涉法检测回流离子特征参数的实验研究

 分析了回流离子基本物理特性及特征参数的检测与信号处理方法,设计了激光干涉实验方案。简要介绍了该实验方案的优缺点,并针对具体实验调试工作中出现的不利于信号检测的问题,总结出了解决方法：严格按照成像质量要求进行光学元器件的设计、加工、选型、调试,可获得较为理想的静态干涉图像;在激光干涉条纹输出与分幅相机之间增加一定缩束比例的缩束镜,可获得动态干涉图像;采用铅等重金属材料对分幅相机进行屏蔽可提高测量图像的信噪比;在6 μs时间段内,采用变时延和时间间隔的方法,获得了回流离子的状态信息。最后对实验所获得的干涉图像进行了分析处理,获得了假设条件下回流离子的密度分布。     

回流离子对强流相对论电子束传输的影响

介绍了采用双膜法测量神龙一号直线感应加速器靶区回流离子效应的实验工作,通过一片厚度数十μm的靶膜产生回流离子,并采用基于光学渡越辐射的电子束剖面测量系统记录时间分辨的束斑,首次证实了神龙一号加速器靶区存在回流离子。通过采用不同材料的靶膜,实验观测到了不同离子发射情况下回流离子对强流相对论电子束传输的影响,结果发现采用金属靶膜时,回流离子导致电子束部分汇聚、部分发散,而采用聚合物薄膜时,回流离子会导致电子束剖面出现剧烈的变化。     

离子能量分析器测量特性的仿真研究

针对空间等离子体及其模拟环境、空间原子氧及其模拟环境对离子能谱测量的需要,利用仿真软件COMSOL,对离子能量分析器的低能离子测量特性进行了仿真研究。介绍了离子能量分析器的工作原理,对离子能谱测量过程进行了公式推导。通过对三种待选仪器设计方案进行离子透过率仿真分析,确定了一种较优的仪器设计方案。多种离子温度下的误差分析结果也表明,该设计方案能够较为准确地测量离子能量分布。分析了电场畸变、等离子鞘层、栅网对齐方式和离子温度对测量结果的影响,根据仿真结果对一些仿真实验现象做出了合理的解释。     

离子推力器羽流特性的粒子模拟

采用粒子网格单元和蒙特卡罗碰撞方法,建立了离子推力器羽流场的2维轴对称模型,对其特性进行了数值模拟,并将模拟结果与实验测量数据进行了对比分析。研究结果表明：数值模拟结果与实验测量值基本一致,模型可以很好地评估离子推力器的羽流特性;返流区离子数密度达到1014 m-3量级,会对航天器表面产生污染;背压对束流区域外电荷交换离子影响较为显著,不可忽略。     

离子推力器羽流特性的粒子模拟

采用粒子网格单元和蒙特卡罗碰撞方法,建立了离子推力器羽流场的2维轴对称模型,对其特性进行了数值模拟,并将模拟结果与实验测量数据进行了对比分析。研究结果表明:数值模拟结果与实验测量值基本一致,模型可以很好地评估离子推力器的羽流特性;返流区离子数密度达到1014m-3量级,会对航天器表面产生污染;背压对束流区域外电荷交换离子影响较为显著,不可忽略。     

12MeV LIA轫致辐射靶面回流离子测量

强流高功率脉冲电子束聚焦成mm量级的束斑后,打击到轫致辐射靶的过程中会产生回流离子,它会导致电子束被提前聚焦,在预定的靶面形成散焦。描述了法拉第筒对12MeV 直线感应加速器的轫致辐射靶面可能产生的离子及其参数进行的实验测量,并对实验结果进行了分析讨论。结果表明在靶前60°~70°方向未发现回流离子。     

12MeV LIA轫致辐射靶面回流离子测量

 强流高功率脉冲电子束聚焦成mm量级的束斑后，打击到轫致辐射靶的过程中会产生回流离子，它会导致电子束被提前聚焦，在预定的靶面形成散焦。描述了法拉第筒对12MeV 直线感应加速器的轫致辐射靶面可能产生的离子及其参数进行的实验测量，并对实验结果进行了分析讨论。结果表明在靶前60°~70°方向未发现回流离子。     

轫致辐射转换靶靶面回流离子对电子束聚焦的影响

 分析了轫致辐射转换靶靶面回流离子产生的机制及其对电子束聚焦的影响,并提出了相应的解决方法。结果表明,H⁺和C⁺轻离子回流约60ns后,将对束聚焦产生严重影响;Ta⁺或W⁺的回流,就短脉冲而言,对束聚焦的影响很小,对长脉冲而言(如脉冲宽度大于200ns),则影响很大。     

轫致辐射转换靶靶面回流离子对电子束聚焦的影响

分析了轫致辐射转换靶靶面回流离子产生的机制及其对电子束聚焦的影响,并提出了相应的解决方法。结果表明,H+和C+轻离子回流约60ns后,将对束聚焦产生严重影响;Ta+或W+的回流,就短脉冲而言,对束聚焦的影响很小,对长脉冲而言(如脉冲宽度大于200ns),则影响很大。     

回流离子动力学行为研究

建立了强流电子束撞击轫致辐射转换靶而使靶面产生回流离子的物理模型,得到了具有回流离子作用的轫致辐射转换靶前的空间电荷势分布,对可能产生的几种回流离子的运动尺度、回流离子对电子束束斑的影响和利用磁场补偿来消除回流离子的影响的方法进行了计算研究。     

回流离子源特征分析

强流电子束轰击在辐射转换靶上可产生正离子. 这些离子在电子束空间电荷场作用下回流，对电子束聚焦会有影响，从而可能改变焦斑大小，影响X光机的照相分辨率. 离子种类、离子流的大小是很关注的参量. 本文分析了回流离子来源及其特征，认为回流离子以靶表面杂质热释放后被电子束直接电离生成的离子为主，离子发射受空间电荷限制而非受源限制.     

回流离子动力学行为研究

 建立了强流电子束撞击轫致辐射转换靶而使靶面产生回流离子的物理模型,得到了具有回流离子作用的轫致辐射转换靶前的空间电荷势分布,对可能产生的几种回流离子的运动尺度、回流离子对电子束束斑的影响和利用磁场补偿来消除回流离子的影响的方法进行了计算研究。     

神龙一号轫致辐射靶靶区回流离子测量

神龙一号直线感应加速器（LIA）产生的强流高功率的脉冲电子束与 X光转换靶作用后可以产生高剂量的X光,同时由于转换靶的被烧蚀破坏在靶面产生回流离子,该回流离子的存在影响到电子束的聚焦。设计了4套法拉第筒及其对应的偏压电路,法拉第筒被放置在神龙一号X光转换靶上游不同位置,分布在电子束轴线两侧,电路设计最高偏压为1 kV;对神龙一号LIA 的X光转换靶面产生的回流离子进行了实验测量,分别得到回流正离子密度约在1021/m3,离子运动速度可达2～3 mm/s。计算比较表明,该离子流强度与神龙一号靶前电子束流相差很大,只有电子束流强的0.27%,对神龙一号电子束聚焦不会造成影响。     

神龙一号轫致辐射靶靶区回流离子测量

神龙一号直线感应加速器(LIA)产生的强流高功率的脉冲电子束与X光转换靶作用后可以产生高剂量的X光,同时由于转换靶的被烧蚀破坏在靶面产生回流离子,该回流离子的存在影响到电子束的聚焦。设计了4套法拉第筒及其对应的偏压电路,法拉第筒被放置在神龙一号X光转换靶上游不同位置,分布在电子束轴线两侧,电路设计最高偏压为1 kV;对神龙一号LIA的X光转换靶面产生的回流离子进行了实验测量,分别得到回流正离子密度约在1021/m3,离子运动速度可达2～3 mm/s。计算比较表明,该离子流强度与神龙一号靶前电子束流相差很大,只有电子束流强的0.27%,对神龙一号电子束聚焦不会造成影响。