并联金属丝提高电爆炸丝沉积能量的数值模拟

对于低气压或真空环境中的电爆炸丝,因丝沿面击穿会过早终止能量沉积过程,使丝中沉积能量(Ed)大大低于金属丝完全汽化时所需能量(Es).本文提出并联金属丝法延缓沿面击穿时刻以提高电爆炸丝沉积能量.对电流上升时间为几十纳秒、幅值约为1 kA级作用下的金属丝电爆炸过程进行了数值模拟.结果表明,在电爆炸丝两端并联一定尺寸的金属丝可降低爆炸丝端电压上升率,从而推迟电压上升过程中沿面击穿时刻,显著提高丝中沉积能量和过热系数.     

铜丝水中电爆炸能量沉积特性

对s脉冲电压作用下铜丝水中电爆炸的能量沉积过程进行了实验研究,利用自积分Rogowski线圈和电阻分压器分别测量铜丝电爆炸时的电流和电压。利用测量电压波形确定了熔融起始、熔融结束、汽化起始和击穿时刻点,将铜丝电爆炸划分成熔融、液态和汽化3个阶段。通过数学方法计算了3个阶段和击穿前的沉积总能量。通过实验和计算,分析了电路参数,包括放电电压和回路电感,以及铜丝特性,包括铜丝长度和直径,对铜丝电爆炸过程中3个阶段和击穿前沉积总能量的影响。结果表明:在s脉冲电压作用下,放电电压、回路电感、铜丝长度和直径对熔融阶段能量沉积影响较小,但对液态和汽化阶段能量沉积影响较大,通过调节电路参数提高电流上升速率,可以显著提高汽化和击穿前的沉积能量。     

电沉积复合丝及其巨磁阻抗效应的研究

采用脉冲电沉积工艺在Cu丝上沉积Fe Ni合金镀层 ,成功地制备出巨磁阻抗效应 (GMI)复合丝材料 ,研究了复合丝的磁性能和巨磁阻抗效应 .复合丝外壳磁性镀层软磁性越好 ,巨磁阻抗效应越明显 ,制备的复合丝最高巨磁阻抗效应为 2 7.19% .研究了复合丝阻抗与巨磁阻抗比值GMI随外加磁场的变化 ,其变化曲线的形状受复合丝磁各向异性场的影响 .此外 ,还研究了复合丝巨磁阻抗效应与驱动交变电流频率的关系 ,复合丝Fe17Ni83 样品巨磁阻抗效应的临界频率为 30kHz(GMI为 9.95 % ) ,特征频率为 30 0kHz(GMI为 2 7.19% ) ,截止频率为 10MHz (GMI为 10 .36 % ) .如此低的临界频率和特征频率及较宽的频率段对于实际应用非常有利 .     

电爆炸丝1维磁流体模型数值模拟

给出了电爆炸丝1维磁流体模型的具体描述和基本方程,并利用数值方法求解。通过对含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率电路模型的计算,给出了电爆炸丝电流、电压随时间的变化,以及电爆炸过程中丝的密度空间分布,膨胀半径随时间的变化,讨论了电爆炸丝长度和初始电压对电爆炸丝电流、电压的影响。     

电爆炸丝1维磁流体模型数值模拟

 给出了电爆炸丝1维磁流体模型的具体描述和基本方程,并利用数值方法求解。通过对含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率电路模型的计算,给出了电爆炸丝电流、电压随时间的变化,以及电爆炸过程中丝的密度空间分布,膨胀半径随时间的变化,讨论了电爆炸丝长度和初始电压对电爆炸丝电流、电压的影响。     

氩气中铝丝电爆炸沉积能量对制备铝纳米粉体特性的影响

研制了基于脉冲电容器放电回路的亚微秒金属丝电爆炸纳米粉体制备实验平台,包括电爆炸过程电流和电压测量系统。利用透射电子显微镜(TEM)观察纳米粉体的形态与结构,并通过电镜统计观察法分析TEM图像得到纳米粉体的粒度大小及其分布。在氩气中电爆炸铝丝制备铝纳米粉体,通过改变电容器充电电压,即初始储能,实验研究沉积能量对铝纳米粉体特性的影响规律。结果表明：铝纳米粉体颗粒形态与结构主要由氩气气压的高低决定,与沉积能量基本无关。增大丝爆过程的沉积能量可显著缩小铝纳米粉体粒度分布范围,减小颗粒平均粒径,并有效地抑制纳米粉体中亚微米颗粒的形成。随着沉积能量E与氩气气压p比值(Ep-1)增大,铝纳米粉体颗粒平均粒径、最大粒径和粒径大于100 nm颗粒所占比例均呈指数函数单调减小。     

低能电子径迹中能量沉积频率分布

根据我们建立的径迹结构Monte Carlo计算模型,计算了低能电子在液态水中径迹范围内DNA分子片段模型和染色质丝片段模型区域内的能量沉积频率分布,结果与OREC和CPA程序结果进行了比较,这些计算结果为解释低能重离子注入生物体造成深部生物效应而提出的一种物理机制──软X射线机制提供了理论依据.     

丝电爆过程的电流导入机理

丝电爆制备纳米粉时, 电流从电极导入金属丝的过程直接影响电极烧损和粉末中微米级大颗粒产生. 分别通过接触和气体放电两种方式导入电流进行电爆试验. 结果表明, 光测量装置检测到的丝端部光电流几乎与回路放电电流同时产生, 而中间位置的光电流则要滞后一段时间; 由探针收集的产物确定, 金属丝端部主要形成熔融粒子, 中间部分主要形成气相粒子. 分析可知, 接触方式导入电流时, 丝端部也存在气体放电现象, 大电流主要通过气体放电形成的等离子体导入. 等离子体对电流的旁路作用会阻碍能量向金属丝沉积, 这是产生微米级大颗粒和"积瘤"主要原因. 通过气体放电方式导入电流时, 电极烧损明显减轻, 并可以避免"积瘤"产生.     

电爆炸丝法制备纳米ZrO2粉末的实验研究

设计并搭建了基于高压放电方式的金属丝电爆炸制备纳米粉体的实验装置,并配备了电流电压测量辅助系统,可以方便地制备纳米颗粒,实时记录电爆炸过程中的电流和电压。对Zr丝进行电爆炸实验;理论上分析了Zr丝在电爆炸过程中的沉积能量以及物态的变化过程。研究了充电电压对沉积能量和纳米粉体特性的影响规律。通过元素能谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对制备的纳米粉体做了成分分析。采用透射电子显微镜(TEM)观察纳米粉体的形貌和结构,并用电镜统计观察法得到纳米粉体的粒度分布。研究结果表明：电压的增大,会使沉积能量增加,并缩短锆丝完全汽化所需时间。增大充电电压可显著缩小纳米粉体的粒径分布范围,并得到更小平均粒径的颗粒。电爆炸锆丝的产物是ZrO₂纳米颗粒,其晶相结构为单斜晶系(m-ZrO₂)和立方晶系(c-ZrO₂),并且颗粒呈良好的球形,表面光滑,轮廓清晰,粒径分布主要集中在10 nm到40 nm之间。     

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关,其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理,其本质为一个快速增长的电阻,利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时,其电阻变化的模型,从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验,PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现,该模型起爆时刻,产生电压幅值等方面和实验结果比较接近,说明该模型比较科学合理,对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。     

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关, 其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理, 其本质为一个快速增长的电阻, 利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时, 其电阻变化的模型, 从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验, PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现, 该模型起爆时刻, 产生电压幅值等方面和实验结果比较接近, 说明该模型比较科学合理, 对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。     

双绞铝丝纳秒电爆炸实验研究

在快前沿放电装置(约2 k A,12 ns)上对四种绞合波长(λt=0.37,0.5,0.75,1.0 mm)的双绞铝丝开展了纳秒电爆炸实验研究.实验结果表明,特定绞合波长会对能量沉积、膨胀过程、光辐射产生显著影响,当绞合波长为0.5 mm时,能量沉积为原子化焓的3.2倍,而其他三种绞合波长能量沉积变化不大,约为原子化焓的1.8倍;绞合波长为0.5 mm时膨胀速度达3.8×103m/s,光辐射相对强度也最高,在膨胀过程中较好地保持了初始结构,在t=246ns时,形成了密度约为1019cm-3,直径约为1.6 mm的中性原子柱,并且在表面形成了波长约为0.5 mm,幅值约为0.3 mm的周期性结构.     

提高光子能量沉积计算效率的几种技巧

MCNP程序提供了计算光子沉积能的两种方法, 分别是F6和*F8。 当次级电子射程与网格尺度比较接近时, *F8的精度比F6高, 但计算效率比F6低很多。 分析比较了几种提高计算效率的技巧, 分别是: 网格大于10倍电子射程用F6; F6与*F8的联合使用; 改变电子能量子步数; 关掉δ电子; 次级电子自适应截断等。 数值模拟表明, F6与*F8的联合使用以及次级电子自适应截断这两种技巧对精度与效率兼顾得很好。 F6 and *F8 are two methods to calculate energy deposition of photon by MCNP program. If the dimension of grid is almost the same long as the range of secondary electron, the precision of *F8 is higher than that of F6, but the efficiency of F6 is greatly higher than that of *F8. This paper presents five techniques to increase the efficiency,namely: F6 is use to the model with grid dimension bigger than 10 ranges of secondary electron; combination of F6 and *F8; change the substeps of electron; turn off knock on electron; self adaption cutoff secondary electron. The two techniques, combination of F6 and *F8,self adaption cutoff secondary electron, can provide a good precision and efficiency.     

电沉积掺铝氧化锌纳米柱的光学带隙蓝移与斯托克斯位移

使用电沉积方法在溶解有Zn(NO3)2、NH4NO3、Al(NO3)3的水溶液中制备出Al掺杂的ZnO纳米柱阵列。电解液中添加的NH4NO3抑制了添加Al(NO3)3导致的层状纳米结构的生长,可得到高质量的ZnO纳米柱阵列。通过控制电解液中Al(NO3)3的浓度可操控所制备的ZnO纳米柱阵列的直径、密度、间距和Al/Zn的重量比。Al掺杂引起ZnO纳米柱内部载流子浓度增加,在布尔斯坦-莫斯效应作用下,纳米柱的光学带隙蓝移至3.64~3.65 eV。ZnO纳米柱内部的非辐射复合导致其近带边发射产生215~225 meV的斯托克斯位移。     

一种基于电爆炸丝断路开关的多脉冲产生技术

 介绍了一种基于电感储能和电爆炸丝断路开关的多脉冲发生器。该发生器是由作为初级能源的脉冲电容器组、储能电感和多级串联的不同长度、不同截面积的电爆炸丝断路开关组成。实验中在约10 W电阻负载上获得了2个大于250 kV和3个大于200 kV的脉冲输出。脉冲数由串联丝阵级数决定,脉冲幅度和脉冲间隔可通过爆炸丝参数、电容器充电电压调节。     

一种基于电爆炸丝断路开关的多脉冲产生技术

介绍了一种基于电感储能和电爆炸丝断路开关的多脉冲发生器。该发生器是由作为初级能源的脉冲电容器组、储能电感和多级串联的不同长度、不同截面积的电爆炸丝断路开关组成。实验中在约10 W电阻负载上获得了2个大于250 kV和3个大于200 kV的脉冲输出。脉冲数由串联丝阵级数决定,脉冲幅度和脉冲间隔可通过爆炸丝参数、电容器充电电压调节。     

基于Kriging模型的水中放电沉积能量优化分析

水中脉冲放电过程较为复杂,放电参数与放电沉积能量之间没有明确的函数关系。为了获得最佳沉积能量,明晰不同放电参数相互作用对沉积能量的影响,获得最佳放电参数组合,本文搭建了水中高压脉冲放电实验平台,结合Kriging代理模型探究了电压、电极间距和电导率三种放电参数对水中放电沉积能量的影响;利用遗传算法进行全局寻优,确定了最佳放电参数组合。研究结果表明：通过交叉验证评估该模型的均方根误差为6.95%,满足精度要求;外加电压一定时,在电极间距和电导率的协同作用下,沉积能量的变化呈现多峰值特性;在电压、电极间距和电导率分别为17 kV、2.28 mm和0.8 mS/cm的条件下产生的沉积能量最大,为最佳参数组合;通过实验验证了在最佳点的预测值和实际值相对偏差在8%以内。     

快点火中相对论电子束能量沉积的动理学研究

针对相对论快电子束在高密度压缩芯区等离子体中的能量沉积过程开展物理建模、程序研制和数值模拟研究。从等离子体粒子碰撞的基本物理出发,综合考虑了高能电子与背景等离子体之间的短程两体碰撞过程和长程集体效应,建立了相对论Fokker-Planck动理学模型,通过采用球谐展开的方法,推导得到了适于数值求解的方程形式并根据方程特点开展相应的数值算法研究及程序研制并完成了物理考核,对快点火能量沉积的典型物理算例进行了模拟研究,并针对即将在神光Ⅱ升级装置上开展的快点火物理实验进行了初步的物理分析。     

电沉积再生触媒及金刚石合成的研究

 在国产铰链式六面顶压机上，选择合适的条件，使用电沉积再生触媒合成出优质的粗粒和细粒金刚石。并对合成出来的粗粒金刚石进行强度测定和热失重分析。     

快点火中相对论电子束能量沉积的动理学研究

针对相对论快电子束在高密度压缩芯区等离子体中的能量沉积过程开展物理建模、程序研制和数值模拟研究。从等离子体粒子碰撞的基本物理出发,综合考虑了高能电子与背景等离子体之间的短程两体碰撞过程和长程集体效应,建立了相对论Fokker-Planck动理学模型,通过采用球谐展开的方法,推导得到了适于数值求解的方程形式并根据方程特点开展相应的数值算法研究及程序研制并完成了物理考核,对快点火能量沉积的典型物理算例进行了模拟研究,并针对即将在神光Ⅱ升级装置上开展的快点火物理实验进行了初步的物理分析。