Pillow飞片气炮加载实验的数值模拟研究

 采用多介质弹塑性流体动力学计算方法,研制了适用于复杂加载的Lagrange计算程序MLEP,对劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL）19层和冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室（Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics,LSD）设计的29层Mg-Cu体系Pillow密度梯度飞片气炮加载实验过程进行了数值模拟和比较,获得的速度剖面计算结果与实验测试结果吻合一致,验证了流体动力学计算方法、不同材料体系混合模型以及计算程序的有效性和实用性,为进一步开展可控路径的复杂加载实验研究奠定了基础。     

平面一维应变电炮加载技术研究

 在分析电炮加载装置放电回路的基础上，探讨了电炮装置的设计原则。根据所提出的设计原则，设计和建立了一门储能14.4 kJ的电炮装置。实验测试结果表明，其性能参数诸如回路电感小于40 nH、放电周期7 μs、飞片平面度小于40 ns、初始电流上升陡度达750 GA/s。与国内外的同类型装置的参数相比较，该电炮装置达到了较高水平，具有较好的性能。在此基础上，提出了获得平面一维应变加载对电炮装置的一般要求。     

一种测量金属电爆炸过程中电导率的新方法

金属电导率是金属电爆炸过程中的重要参数,利用金属箔电爆炸驱动飞片原理设计了一种测量金属电爆炸过程中电导率随密度、比内能变化的方法,并采用实验数据计算得到了一条铜箔电爆炸过程中电导率随密度、比内能的变化关系曲线,结果反映了电导率随密度的剧烈变化. 关键词： 金属电爆炸 电导率 比内能 密度     

一种测量金属电爆炸过程中电导率的新方法

金属电导率是金属电爆炸过程中的重要参数，利用金属箔电爆炸驱动飞片原理设计了一种测量金属电爆炸过程中电导率随密度、比内能变化的方法，并采用实验数据计算得到了一条铜箔电爆炸过程中电导率随密度、比内能的变化关系曲线，结果反映了电导率随密度的剧烈变化.     

二级电炮加载技术研究

 利用常规电炮发射金属飞片的实验技术,将Φ10 mm×0.5 mm、Φ10 mm×0.3 mm铝飞片分别发射到300、500 m/s的速度且具有较好的平面度,有效拓展了电炮在相对较低的飞片发射速度和较低应变率下的加载能力（飞片速度约100 m/s、应变率小于10⁶ s^-1）,使之可以在更宽的应变率和加载压力下使用。利用二级电炮技术,对Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉块体非晶合金进行了平面撞击实验,获得了较好的结果,该工作对电炮加载技术的推广应用有着重要的作用。     

EBIT trapping program

The LLNL electron beam ion trap provides the world's only source of stationary highly charged ions up to bare U. This unique capability makes many new atomic and nuclear physics experiments possible.     

二次发射微波电子枪的倍增特性

 利用3DRun程序通过数值模拟计算，对二次发射微波电子枪的束流倍增特性作了研究。用1维模型计算了束流倍增与腔两极间距离以及腔中场强的关系，并详细给出了腔两极间距离为10mm,场强为5-4MV/m时出射电子纵向聚束及能量聚焦过程；利用3DRun程序研究了在高频场及粒子束本身空间电荷场的共同作用下，束流在3维运动过程中的倍增特性，计算了出射束流的发射度。通过计算表明：二次发射微波电子枪可以提供低发射度、高流强的电子束。     

Unheated magnetron gun as an electron source for a resonant linear accelerator

Investigations of the operation of a cold-cathode magnetron gun as part of a traveling-wave linear accelerator are described. Two operating regimes of the gun are observed: with and without the microwave field of the prebuncher near the gun. In the regime with no microwave field, short (around 2 ns) pulses of accelerated electrons of up to 0.5A were obtained with a gun current up to 20 A. The presence of a microwave field near the gun makes it possible to obtain a beam of longer duration (up to 1.0 μs), but with a current of up to 20mA at the accelerator exit and 1A from the gun. The operating mechanism of the gun is attributed to a secondary-electron current rise and the establishment of self-sustained secondary emission. A comparison between the conditions of beam production from a thermionic gun and that studied for the same injection energies indicates that the characteristics of this gun are acceptable for injection into an accelerator. Zh. Tekh. Fiz. 69, 130–134 (July 1999)     

多腔微波电子枪聚束腔作用分析

 分析了聚束腔中电场分布及电子的运动过程,使用RUNGE KUTTA法求出不同腔长时电子的俘获相位及不同初始相位电子的运动轨迹,讨论了加聚束段对减小电子反轰的作用。研制的4+1/2腔RF-gun使用首腔和第二加速腔作为聚束段,取得了高占空因子,较高束流功率的实验结果。     

120 MW束流功率速调管电子枪设计

 速调管电子枪是速调管重要部件之一,它为速调管高频腔提供直流电子注。对国产50 MW速调管电子枪束流光学系统进行了模拟分析,并对电子枪陶瓷筒进行了重新设计和优化。为了在国产30 MW速调管的基础上设计50 MW速调管,采用进口钡钨电子枪阴极来减小蒸发和抑制打火,将电子注电压提高到320 kV,电流和导流系数分别为346 A和1.91 μp,以满足速调管功率提高的需要。设计出低电场强度（22.1 kV/mm）电子枪新结构,即在不影响电子枪内部束流稳定的前提下,将陶瓷筒设计成靠近阴极端半径较大而远离阴极端半径较小的形状,以避免高功率运行致使陶瓷筒的损坏。     

独立调谐热阴极微波电子枪实验研究

为了研制紧凑型自由电子激光装置,开展自由电子激光太赫兹技术研究,需要研制微波电子枪作为高品质电子束源,为此,中国工程物理研究院研制了独立调谐热阴极微波电子枪。在前期进行了初步热测实验的基础上,通过改进实验环境、优化实验参数,进一步开展大量实验,深入研究了热阴极微波电子枪的热测实验结果。实验结果表明:微波电子枪出口处束流强度可超过500 mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化。该热阴极微波电子枪已经应用于紧凑型自由电子激光装置。     

High current density results from a LaB6 thermioniccathode electron gun

A Pierce-type electron gun using a planar 1.9-cm-diameter lanthanum hexaboride cathode is being studied as a robust thermionic emitter at high cathode-current densities. The gun has been operated up to voltages of 115 kV, achieving beam current densities of 30 A/cm² . The electron gun operated dependably up to 90 kV, achieving temperature-limited currents of 50 A. Due to the high fields at the tip of the Pierce-focusing electrode, the gun would usually arc at voltages >90 kV. Ten shots were obtained at a gun voltage of 115 kV, achieving transmitted currents up to 89 A, transmitted beam power up to 10.2 MW, and transmitted power densities up to 3.4 MW/cm²     

双微波馈入热阴极微波电子枪实验研究

中国工程物理研究院紧凑型自由电子激光太赫兹源装置采用了两路微波独立调谐热阴极微波电子枪作为注入器,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场并引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔,两路微波互不耦合。对于这种微波激励方式,微波电子枪首腔的电场相位和幅度在实验中均可调节,因此可以通过实验研究来优化微波电子枪的工作参数,从而减小热阴极微波电子枪的电子反轰效应,提高束流品质。介绍了该热阴极微波电子枪热测实验研究的最新结果,通过BCT测得微波电子枪出口处束流强度超过400mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化,这些指标和实验现象与理论研究结果较为吻合。     

铁电介质阴极电子枪

 给出并分析了铁电介质阴极电子枪的初步数值模拟和实验结果。实验表明其发射电子密度可达110A/cm²。该种电子枪产生的电流密度大于阴极发射电子初始能量为零时的空间电荷限制电流,PIC数值模拟结果表明可以通过给发射电子赋予一定的初始能量来解释这一现象,理论分析认为铁电介质阴极发射电子具有初始能量是合理的。     

Measurement on Effective Shear Viscosity Coefficient of Iron under Shock Compression at 100GPa

The oscillatory damping curve of a shock front propagating in iron shocked to 103 GPa is measured by use of two-stage light-gas gun and electric pin techniques. The corresponding effective shear viscosity coefficient is deduced to be about 2000 Pa.s from Miller and Ahrens＇ formula. The result is consistent with that of Mineev＇s data at 31GPa, while it is higher by five orders than the predictions based on the static measurements at about 5 GPa and 2000K and molecular dynamic simulation up to 135-375 GPa and 4300-6000 K, and the discussions are presented.     

微束斑X射线源LaB_6阴极电子枪的设计

LaB6阴极电子枪是微束斑X射线源的关键组成部件之一。详细的讨论了电子枪的各组成电极 ,即LaB6阴极、Wehnelt栅极和阳极的设计。采用边界元法 (BEM )对电子枪内部电场电位和场强分布进行了有效的数值计算 ,并从阴极开始起利用四阶Runge Kutta法追踪电子的运动轨迹。给出了当阳极端口处电子束半径为设计值时各电极电压、电极结构等工作参量 ,利用该LaB6阴极电子枪可以满足微束斑X射线源需要高亮度、微细电子束发射的要求。     

面源电子枪灯丝的热均匀性分析和设计

测试像增强器荧光屏的亮度均匀性，需要能够发射均匀电子的面源电子枪，设计面源电子枪要对灯丝各点发射的电子数量、电场分布、电子轨迹,以及均匀电子垂直轰击荧光屏几个方面进行理论分析和计算。指出在真空系统中面源电子枪灯丝的热均匀性是使灯丝各点发射的电子数量相等的先决条件，也是灯丝造型设计首先要解决的问题。在真空系统中，热辐射是影响面源电子枪灯丝各点温度的主要因素。参考相关资料，对热辐射均匀性进行了理论分析，推导出3种几何形状的热辐射公式；通过计算和比较，得出了锥状螺旋灯丝的热平衡较好的结论，为下一步电场分析和电子轨迹分析做好了准备。     

强流脉冲下重复滑动电接触界面的电热特性

固体电枢电磁轨道发射中,膛内枢轨滑动电接触的电热特性关系到滑动界面的接触状态、电流传导品质和界面能量耗散,制约着系统效率和轨道寿命。设计开展了多组不同电流线密度的多发重复试验,通过采集电气试验数据进行迭代计算,得到了滑动接触电阻和界面焦耳热耗散功率的动态变化规律,分析了沉积物随重复发射的演变及电流线密度对电热特性的影响规律,并结合试验后轨道表面熔蚀沉积检测,讨论了滑动电接触界面的演变过程。结果表明:接触电阻稳定临界点和焦耳热耗散功率峰值点都出现在脉冲电流下降沿,接触电阻稳定值量级为10-2 mΩ,焦耳热功率峰值幅值可达10-1 MW;炮口速度随重复次数的增加而降低并趋于稳定,多次重复发射对滑动接触电阻和焦耳热功率较小的影响表明沉积物在发射中再次熔融并对电接触起积极作用;而即使输入能量一致,电流线密度的变化也显著影响了界面焦耳热的生成。     

Thermocathode radio-frequency gun for the Budker Institute of Nuclear Physics free-electron laser

A radio-frequency (RF) gun for a race-track microtron-recuperator injector driving the free-electron laser (FEL) (Budker Institute of Nuclear Physics) is being tested at a special stand. Electron bunches of the RF gun have an energy of up to 300 keV and a repetition rate of up to 90 MHz. The average electro-beam current can reach 100 mA in the continuous operation regime. The advantages of the new injector are as follows: long lifetime of the cathode for high average beam current; simple scheme of longitudinal beam bunching, which does not require an additional bunching resonator in the injector; absence of dark-current contamination of the injector beam; and comfortable RF gun operation due to the absence of a high potential of 300 kV at the cathode control circuits. In this study we describe the RF gun design, present the main characteristics of the injector with the RF gun, and give the results of testing.     

Improvement of the helical electron beam quality and the gyrotron efficiency by controlling the electric field distribution near a magnetron injection gun

A technique for controlling the electric field distribution near the cathode of a magnetron injection gun is developed. The feasibility of improving the quality of a helical electron beam by optimizing the electric field distribution in a pulsed 4-mm-wave gyrotron is studied theoretically and experimentally. Field distributions are obtained that minimize the electron velocity spread in the beam, coefficient of electron reflection from a magnetic mirror, and intensity of parasitic low-frequency oscillations. It is demonstrated that the gyrotron efficiency can be increased through a rise in the beam quality at the optimized electric field distribution.