电磁捕集器的设计

本文叙述了一个静电堵漏会切型等离子体约束系统。基本设计参数为:电极所在之处磁场达10kG;堵漏电压为10kV;等离子体密度～10~(12)cm。;离子温度>O.5keV;约束时问>5ms。 该装置可用作为等离子体积累与加热、电势屏蔽、静电堵漏轴对称串级镜端塞的研究。     

HL-2M装置5MW-NBI加热束线偏转磁体研制

根据HL-2M装置5MW-NBI加热束线总体设计参数、注入器的部件空间布局、几何汇聚特点等,建立了基于8饼线圈的注入器偏转磁体3D模型。利用电磁场模拟软件CST Studio详细模拟了注入器的偏转磁体产生的偏转磁场分布,不同成份离子束的偏转轨迹。在模拟分析结果的基础上优化了偏转磁体的物理结构,完成了磁体的工程设计、加工和测试。偏转磁体的磁场测试结果表明,测试值与CST计算值的偏差小于±5%,达到注入器偏转磁体设计要求。     

HL-2M装置5 MW中性束加热束线离子源放电室研制

为了给HL-2M装置建设一条5 MW中性束加热束线,开展了中性束加热用热阴极弧放电离子源放电室的研制。这条中性束束线包含4套80 kV/45 A/5 s离子源,放电室的设计指标为850 A/5 s。首先采用CST软件中的电磁工作室对特定几何结构的放电室会切磁场进行了模拟计算,得到了会切磁场分布,验证了会切磁场布局的合理性。针对放电室加工工艺和实验过程中局部拉弧等问题,对放电室结构进行了不断改进。放电室侧壁由40列会切磁体改为7圈环形磁体,阴极灯丝结构从灯丝板结构最终改为陶瓷可伐结构,并且在放电室和加速器之间增加了陶瓷屏蔽。在阴极板结构放电室和阴极陶瓷可伐结构放电室内都获得了正常的弧放电。最终定型的放电室采用周边7圈环形会切磁体和陶瓷可伐结构。在定型的放电室内达到了5 MW中性束束线离子源弧放电的指标。弧放电时间接近5 s,最大弧放电电流达到1 000 A。     

75kG高均匀度Nb-Ti超导磁体

本文报道一个75kG Nb-Ti超导磁体.在直径2cm的球体内,磁场均匀度为7.52×10~(-5).当磁体通过超导开关闭环运行时,磁场的时间稳定度为2.33×10~(-5)hr~(-1)。并且通过我们发展的一种新方法,使磁体在闭环运行时,可以用微调线圈进行磁场的细微调节。     

离子束辅助工艺中APS源偏转电压对HfO2薄膜性能的影响

 基于Leybold APS1104镀膜系统,采用离子束辅助反应沉积技术,以金属Hf粒为初始镀膜材料,APS源偏转电压为50~140 V范围内,在［100］单晶硅片和紫外石英（JGS1）基板上制备了HfO₂单层膜。分别利用Lambda 900分光光度计、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪以及原子力显微镜对HfO2薄膜的光谱性能、表面及纵向化学成分、晶相结构以及表面粗糙度进行了分析。结果表明：当APS源偏转电压在120~140 V及50~90 V两个范围内变化时,HfO2薄膜的紫外短波光学损耗随着偏转电压的降低而减小,而为110~90 V时紫外短波光学损耗对偏转电压的变化不敏感;偏转电压在50~140 V的范围内时,制备的HfO₂薄膜表面及纵向化学成分无明显变化;当偏转电压为100 V时,HfO₂薄膜晶粒尺寸及表面粗糙度分别达到最大值26.2 nm及5.79 nm,其后,随着偏转电压的降低,二者均逐渐减小。     

在脉冲强磁场下测量超导体临界磁场

在脉冲强场下测量NbTi的临界磁场H_r(4.2K),结果为115±4kG.同时观察了噪音、焦耳热和“临界电流”等对测量结果的影响.本测量中所用的脉冲磁场之一,可以产生高于400kG的场强,磁体有效孔径为25mm,脉冲宽度为15.6ms.     

大面积负离子束源磁过滤器的设计及实验研究

中性束注入是磁约束核聚变能研究中重要的辅助加热手段。大面积负离子源是中性束注入系统的核心部件。在负离子源工作过程中,负离子的电子结合能非常小(约0.75e V),极易被高能电子破坏。为此需要设计过滤磁场降低电子温度,减少负离子的损失,同时也可以减少伴随引出的电子。根据大面积负离子束源的机械结构,分别设计了永磁体产生过滤磁场和利用等离子体电极(PG)电流产生磁场两种磁过滤器结构;通过有限元算法对产生的过滤磁场进行模拟分析和优化,完成了大面积负离子束源过滤磁场的研制。在负离子束源测试平台开展实验测试,引出区电子温度从5eV降至1eV。这个结果初步验证了大面积负离子束源的过滤磁场的性能,为大面积负离子束源的研制提供了支持。     

一种新的超导储能磁体结构优化方法北大核心CSCD

高温超导线材的各向异性一直影响其在工程中的使用性能,临界电流主要受磁体最大垂直磁场(垂直于带材表面)决定,最大应力通常出现在最大轴向磁场(平行于带材表面)处.文章针对单螺线管超导储能磁体,从增大临界电流和减小机械应力两方面出发,提出一种新的超导储能磁体结构优化方法.利用MATLAB从不同径高比(平均半径/高)着手,计算带材总长度为2000m的多组磁体结构参数,建立了单螺线管超导磁体的有限元模型,结合COMSOL仿真软件获得多组结构参数的应力、磁场分布以及磁场最大值,将承受最大应力区域的磁体转移至磁体两端中部区域.对参与转移的磁体参数进行计算,分析对比不同转移参数对磁体应力和临界电流的影响.仿真结果表明,对比常规磁体,优化后的磁体能有效减小最大垂直磁场从而增大临界电流,减小最大轴向磁场从而减小最大应力,对超导储能磁体的优化具有重要意义.     

新型准光学可调辐射源研究

 本文介绍一种新型毫米波准光学可调辐射源,它采用由面对称三反射镜准光学谐振腔和绕射光栅组成高频互作用系统,利用中等能量级的相对论带状电子注激励,产生频率可调的宽带毫米波、远红外波段的辐射。这种新方案的机理性实验在电子科技大学首次获得成功,其主要实验参数：电子注的能量为400~500kV,电压脉冲宽度70ns,同步脉冲磁场强度1.2T; 磁场脉冲宽度10ms,带状电子注尺寸10nm×1mm;通过热测实验,我们成功地检测到3mm波段的高频信号,其峰值功率达到数十千瓦量级。     

中性束注入器电偏转系统的参数设计与估算研究

为EAST 装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构,并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV 偏转电压作用下,该电偏转系统可提供80keV 氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下,该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷,进而满足EAST 中性束注入器稳态运行的需要。     

HL-2M装置低温冷凝泵在抽气工况下的热负荷分析

采用理论计算和有限元实体模型的方法,对HL-2M装置低温冷凝泵及与其相连接的真空穿透结构进行了温度分布和液氦管热负荷分析。结果显示,低温冷凝泵中液氦管的热稳态热负荷为5.45W,粒子沉积的热负荷为75.68W,真空穿透部分的热负荷为5.04W。所得结果为后续的热应力分析、低温泵流速控制和低温系统的设计提供了参考。     

低速度零散会切电子枪的设计和数值仿真

根据拉格朗日方程对电子在平滑会切磁场中的径向波动与速度零散的关系进行讨论。运用Matlab,Magic软件相互结合的方法设计电子枪结构和磁场。用Matlab程序模拟单电子在给定电场、磁场中的运动,分析了单电子径向速度对零散的影响,并优化磁场分布。设计的磁场可以有效地减小单电子束径向速度,降低电子束速度零散。用Magic软件对电流为1 A、能量为30 keV的电子束在优化磁场中的运动进行仿真,得到的电子束速度比约为2,速度零散小于2.5%,轴向速度零散小于8.5%。     

Design of a 50 kW, wideband Ka-band slow wave cyclotron amplifier

A two-stage slow wave cyclotron amplifier is investigated to demonstrate a high power, stable, and broad Ka-band radiation source, operating at a low beam power (~60 kV, ~5 amps) and a low magnetic field (~7 kG). A linear theory predicts that the second harmonic gyro-BWO is competing in the amplifier and can be stabilized by inserting a sever in the interaction circuit. A slow-time-scale non-linear code, with a sever included, predicts a saturated gain of 24-28 dB, an efficiency of 15-17%, and an instantaneous bandwidth of 15-20% at a beam axial velocity spread of 2%. A broadband RF coupler, a mode converter, and a RF vacuum window are designed by the use of a 3D electromagnetic, finite element code. Measured RF characteristics are in good agreement with predictions     

0.6 THz三次谐波大回旋电子枪设计

基于会切磁场的理论模型,采用粒子模拟软件对0.6 THz三次谐波的太赫兹回旋管所需的大回旋电子光学系统进行研究。通过大量的模拟计算,分析讨论了不同参数对电子注的横向速度离散、纵向速度离散及横纵速度比的影响,优化了电子光学系统的性能参量,得到符合设计要求且具有工程实际应用的电子枪,该电子枪能够产生55 kV,1 A,横向速度离散为3.39%、纵向速度离散为7.10%、横纵速度比为1.53的大回旋电子注。     

Highly efficient magnetically tunable high frequency spur-line notch filter

We report a cobalt ferrite nanorods (CFO NRs) based magnetically tunable spur-line notch filter where vertically aligned CFO NRs has been grown on silver nanoparticles coated silicon substrate. The CFO NRs are coupled with high frequency spur-line bandstop filter in flip-chip configuration and the device showed excellent tunable microwave properties in the presence of a low bias magnetic field. The center frequency of the tunable filter is ~16.4 GHz which is shifted to ~14.9 GHz with ~8.7% tunability by applying bias magnetic field ~320 Oe. The magnetic field tuning of the center frequency is explained on the basis of the change in permeability value of the CFO NRs with bias magnetic field as the NRs are used in the partially magnetized state. For validation, permeability value is also calculated by using numerical equations. The experimental reflection of the device has been supported with a simulation using CST microwave studio software.     

Efficient magnetic guiding and deflection of atomic beams with moderate velocities

We have studied guidance and deflection of a beam of cesium atoms by a strong toroidal magnetic quadrupole field. The beam guide is made from permanent magnets sustaining a radial field gradient of 2.8 T/cm. Atoms with moderate longitudinal velocities ranging from 30 m/s to 70 m/s were inserted across the 10-mm-diameter aperture of a 24.5° arc with radius 300 mm. We have measured transmission and beam divergence and find good agreement with ray-tracing calculations and analytical estimates. The magnetic beam guide allows for 100% transmission of heavy atoms over large angles. Received: 9 November 1998 / Revised version: 6 April 1999 / Published online: 30 July 1999     

Propagation of vacuum arc plasma beam in a toroidal filter

An analytical solution to the problem of plasma beam transport in a toroidal magnetic filter for unmagnetized ions is derived. A two-fluid model taking into account electromagnetic and pressure forces, electron-ion collisions, magnetic force line curvature, and radial dependence of centrifugal force is used. From comparison with experimental data it is shown that the obtained solution describes well the main properties of plasma beam behavior in the filter, e.g. (1) the relative value of the ion current along the torus decreases exponentially, (2) the deflection of the plasma beam from the center of the torus correlates with the centrifugal drift of the plasma beam across a magnetic field, and (3) experiment and theory agree well on the weak correlation between magnetic field strength and filter efficiency     

电扫描型单缝单丝强流离子束发射度测量仪

 介绍了一台基于电偏转扫描方法的强流离子束发射度仪,讨论了发射度仪硬件的系统构成和设计要点,该发射度仪采用阶梯型电压对通过前缝的束流进行扫描来获得束流散角信息。并对测量计算软件和数据处理方法进行了介绍,采用了先扣除本底,再设置阈值的方法进行数据处理。处理后的数据利用程序可获得均方根和边界发射度、束斑大小、最大正负散角以及发射度相图。利用该发射度仪对ECR离子源引出的强流质子束的发射度进行了测量,并对测量数据进行了分析。对于引出电压为50 kV、脉冲重复频率为166 Hz、脉冲宽度为1 ms、平均束流强度为4 mA的质子脉冲束,其归一化均方根发射度为0.27 pmm·mrad。