65T脉冲强磁体设计与实验研究

研制并实验测试一台65T脉冲强磁场磁体。磁体线圈采用14层纯铜导线与Zylon纤维交替缠绕而成,内绕组采用分布式加固技术,实现应力分布的优化,外层由不锈钢套筒与碳纤维加固。内外绕组分别采用两种不同横截面导线平衡能量分布,实现内外绕组温度分布相对均匀,避免局部过热。磁体孔径为12mm,高为120mm,通过1MJ/3.2mF/25kV高储能密度电容器供电,在20.6kV电压时,获得了磁感应强度为65T、持续时间为20ms的脉冲磁场。     

65 T脉冲强磁体设计与实验研究

研制并实验测试一台65 T脉冲强磁场磁体。磁体线圈采用14层纯铜导线与Zylon纤维交替缠绕而成,内绕组采用分布式加固技术,实现应力分布的优化,外层由不锈钢套筒与碳纤维加固。内外绕组分别采用两种不同横截面导线平衡能量分布,实现内外绕组温度分布相对均匀,避免局部过热。磁体孔径为12 mm,高为120 mm,通过1 MJ/3.2 mF/25 kV高储能密度电容器供电,在20.6 kV电压时,获得了磁感应强度为65 T、持续时间为20 ms的脉冲磁场。     

脉冲磁体增强技术发展概述

在脉冲强磁体设计中，磁应力是目前面临的最大困难，当磁场强度达到100T时，磁体绕组中的磁应力高达4GPa，这是目前任何实用导体材料都无法随的，因此，脉冲强磁体的发展在很大程度上取决于磁应力的解决情况，文章介绍了国外在解决脉冲强磁体巨大问题上采用的方法，主要叙述了新材料技术，绕组加固技术和改善电流分布技术，并对其优缺点及性能进行了分析。     

高温超导俘获场磁体脉冲充磁仿真模型研究

在对俘获场磁体的脉冲充磁过程进行三维仿真时,现有的数值模拟方法有待具体分析比较,同时由于计算时间长和收敛困难,难以实现对大规模带材堆叠的模拟。针对以上问题,系统分析了H模型、H均一化模型和T-A模型的三维脉冲充磁仿真,对比了它们在77 K时不同堆叠层数下的俘获场、磁化损耗和计算时间,并基于以上模型提出了分组合并的简化模型。结果表明H均一化模型和T-A模型的计算误差随层数的增加而减小,验证了分组合并模型的有效性,并成功对上百层的堆叠进行了仿真。因此,分组合并模型解决了三维大规模堆叠有限元仿真困难的问题。     

铀氢锆脉冲反应堆脉冲特性研究

在Ｆｕｃｈｓ－Ｈａｎｓｅｎ绝热模型的基础上,推导了铀氢锆脉冲堆的脉冲参数计算公式,计算了西安脉冲堆在引入不同反应性时的脉冲参数,并分析了计算西安脉冲堆堆芯水腔和Ｍｏ－Ｔｃ靶件对堆的安全参数的影响。     

1MJ超导储能-限流磁体暂态脉冲过程的传热规律研究

超导储能-限流磁体的运行需承受短时大电流冲击的极端条件,如此快速变化的电流和磁场会诱发磁体快速产生大量的损耗,这些损耗最终以热的形式释放出来。由于制冷机传导冷却速率低,热的传导远远滞后于生热率,势必造成磁体的局部温升,甚至危及磁体安全。文中针对以上暂态脉冲过程,建立了暂态热仿真的微观模型,在时间和空间上揭示了磁体内部的传热规律。在此基础上,研究了极端运行工况下的超导带材温升情况及其临界电流的衰减程度,为磁体设计提供了理论依据。     

脉冲强磁场技术发展现状与趋势

脉冲强磁场是现代科学研究的重要工具,因其可以较容易地实现50 T以上磁场,因而在最近20年快速发展。最高磁场强度已经由70 T左右发展到目前的100 T,磁场波形也由以前单一的短脉冲发展到现在的长脉冲、平顶脉冲、长短合成脉冲等多种波形。随着电源与控制技术的发展,脉冲强磁场技术也在一定时间内实现了高稳定度磁场,拓宽了脉冲强磁场的实用范围;同时,脉冲磁体技术发展催生出能快速冷却的、具有高重频和异形结构的脉冲磁体,以满足X射线实验、中子实验和太赫兹实验要求。文章详细介绍了脉冲强磁场技术的发展现状与发展趋势,还介绍了武汉国家脉冲强磁场科学中心的磁场技术。     

基于微通道液氮换热的脉冲磁体快速冷却方法研究北大核心CSCD

影响脉冲磁体重频运行能力的关键因素是磁体的冷却速度。提出了一种脉冲磁体快速冷却方法:在磁体导体内开微小通道,在通道内注入液氮,通过增大导体与液氮之间的直接接触面积(换热面积)、液氮单相流动换热、液氮流动沸腾换热这三个途径来大幅提高导体的冷却速度,与此同时尽可能减小对脉冲磁体性能(磁场强度、脉宽和内直径)的影响。阐述了基于微通道内液氮流动、沸腾换热的脉冲磁体快速冷却方法的原理,开展了数值模拟和验证性试验,结果表明,对于25 T的20 mm口径脉冲磁体,采用快速冷却方法,30 s即可冷却至初始温度,为磁体仅浸泡在液氮中的冷却时间(600 s)的5%,冷却速度提高了19倍。     

脉冲氙灯放电过程分析与实验测定

脉冲氙灯是一种新型光源,利用量子理论以及气体放电理论分析了脉冲氙灯放电过程,设计了放电测试系统,实验测定了放电过程中的电压、电流和光脉冲信号。结果表明：在预电离阶段自由电子浓度较低,能量较低;气体放电阶段灯内形成电子崩,使得自由电子浓度的增大,放电电流迅速上升,电压下降;离子复合时释放出光子形成光脉冲,氙灯脉冲的光能量输出和光谱特性与复合电子能量、氙气复合能级相关,而当输入能量与氙灯的能耗不一致的时候,将导致充电电容反复充放电,而使电路产生振荡。对于分析脉冲氙灯放电过程,优化放电回路参数设计和脉冲氙灯的生产具有重要意义。     

高功率氙灯脉冲放电过程中石英管壁热损伤机理

基于高功率激光装置对脉冲氙灯工程运行可靠性的要求,利用现有的能源模块开展了氙灯放电考核实验。实验结果表明:虽然氙灯运行在安全的能量负载水平,当能源模块单个放电回路的峰值功率超过300MW时,氙灯石英玻璃管壁存在热损伤风险。肉眼观察到管壁损伤后在反射器对侧的灯管内壁出现乳白色沉积层。经扫描电镜和X射线光电子能谱测试分析,证实热损伤形成的乳白色沉积物为二氧化硅。为探究管壁热损伤机制,采用高速摄影观测了氙灯放电等离子体沟道发展过程。图像显示放大器内金属反射器的几何形状对放电沟道的分布产生了显著影响,尤其是在侧灯箱,灯内电弧沟道会靠近反射器一侧集中分布,因此,导致等离子体对灯管的偏烧。当放电峰值功率超过石英热负载极限时,管壁表面二氧化硅材料会被烧蚀至蒸发、气化,并随后沉积在灯管较冷部位。研究结果表明放电回路的放电峰值功率过高、放大器内金属反射器均会对氙灯造成热损伤。     

Kinetics studies on pentachlorophenol degradation in soil during pulsed discharge plasma process

Pentachlorophenol (PCP) degradation kinetics in soil during pulse discharge processes was studied experimentally and theoretically in terms of high-energy electrons, PCP initial concentration, oxygen concentration, and treatment time. Higher PCP degradation efficiency was obtained with more high-energy electrons; 83.9% of PCP was degraded at high-energy electrons 1.9 × 10¹²/pulse after 60 min's treatment, which decreased to 60.9% at high-energy electrons 6.8 × 10¹¹/pulse. Lower PCP concentration, higher oxygen concentration and longer treatment time benefited PCP degradation. Numerical simulations were conducted to simulate PCP degradation processes. By qualitatively comparing the experimental and theoretical results, it was found that PCP degradation behaviors were exactly similar.     

硅掺杂辉光放电聚合物薄膜的热稳定性研究

采用等离子体辉光放电聚合技术,在不同四甲基硅烷(TMS)流量条件下制备了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)薄膜,采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和热重(TG)分析技术分析了不同TMS流量对Si-GDP薄膜结构与热稳定性的影响.结果表明:随着TMS流量在0–0.06 cm³/min范围变化,Si-GDP薄膜中Si的原子含量C_Si为0–16.62%;含Si红外吸收峰的相对强度随TMS流量的增加而明显增大;Si-GDP薄膜的TG分析显示,温度在300 ℃时,随TMS流量的增加,Si-GDP薄膜的失重减少,热稳定性增强. 关键词： 硅掺杂辉光放电聚合物薄膜 X射线光电子能谱 热稳定性     

玻璃微球表面辉光等离子体聚合物涂层的热稳定性研究

采用辉光放电聚合技术,在不同工作压强条件下在直径为350—400 μm,厚度为2.5—3 μm的玻璃微球上制备了辉光放电聚合物 (GDP)涂层,并对玻璃/GDP微球模拟充气过程进行了热稳定性实验.利用傅里叶变换红外光谱仪、元素分析仪、热重法、体视显微镜和X射线照相技术对GDP涂层的内部结构及其化学键、热稳定性、微球形貌和厚度进行了表征.结果表明:GDP涂层中的碳氢比、不饱和键和C C含量随着制备压强的增大而减小,低压的热稳定性较好,GDP涂层与玻璃微球的结合力提高,流变、起泡和脱层现象也得到明显改善.微球 关键词： 玻璃微球 GDP涂层 热稳定性 结合力     

脉冲气体放电管特性测量实验

用TDS210型存贮示波器测量了脉冲气体放电管(闪光灯)的放电特性，同时用PIN型硅光电池测量脉冲光的波形，测量了它们之间的延迟，并计算了脉冲气体放电管的动态电阻，讨论了放电过程从触发到结束的物理图象．     

脉冲放电射流辅助射频辉光放电研究

通过实验研究了脉冲放电射流辅助下大气压氦气射频辉光放电的电学和光学特性。采用组合电极结构,在射频放电前段增加脉冲电极,脉冲放电产生的射流以等离子体子弹形式注入射频放电区域,主要研究脉冲射流辅助射频放电的电流电压曲线、最低放电维持电压、放电强度和空间结构时空分布。研究结果表明：等离子体子弹经过射频放电区域后,由于等离子体子弹引入的活性粒子,会使射频放电区域等离子体强度增强;而射频放电最低维持电压也从0.93 kV降低至0.43 kV。     

高功率脉冲磁控溅射的阶段性放电特征

本文从放电靶电流出发,采用一种新的研究方法,即将靶电流分解为多个代表具体放电特性的特征参数,全面而系统的研究了不同的工作气压条件下,靶电流各特征参数随靶电压的增加而进行的演化.结果发现高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)放电靶电流在靶电压由低向高增加的过程中,出现靶电流峰值和平台值的交替变化,体现出明显的阶段性放电特征,且不同的放电阶段在不同气压下出现一定的移动,会在测量范围内出现某些放电阶段的缺失.本文还通过等离子体发射光谱对HPPMS放电靶前等离子体测量发现五个不同的放电阶段分别主要对应氩原子、铬原子、氩离子、铬离子和氩、铬高价离子的放电,但不同的放电条件下相邻的阶段会出现一定程度的交叠.     

放电参数对爆燃模式下同轴枪强流脉冲放电等离子体的影响

同轴枪强流脉冲放电常见有爆燃模式和预填充模式两种放电模式,爆燃模式放电可以得到杂质少、准直性高、输运速度更快的等离子体射流.本实验主要对不同电压及进气量下同轴枪强流脉冲爆燃模式放电的等离子体特性进行了研究.结果表明,在相同放电电压下,进气量少时会有多团等离子体从枪口喷出.随着进气量的增加,同轴枪放电产生的等离子体密度增加,输运速度减小,最终等离子体只有一团从枪口喷出;而在相同进气量下,随着电压的增加,等离子体密度增加,输运速度增大,开始出现有多团等离子体从枪口喷出的现象.产生该现象的原因主要是在放电过程中,当气体持续进入枪底部时,同轴枪底部会产生新的电流通道向前运动,使得在同轴枪出口处观察到了多团等离子体喷出的现象;随着放电电压的增加,在放电过程中回路电流也增加.当电流增加到一定程度时,同轴枪底部就会产生新的电流通道,从而有多个等离子体团从枪口喷出.通过改变充电电容以及对磁探针信号的分析,进一步分析并验证了同轴枪底端多次放电的现象.     

水中脉冲放电的电特性与声辐射特性研究

对水中脉冲放电等离子体通道电阻与放电参数之间的关系作了研究,得到了等离子体通道电阻与电容量、初始电压、电极间距离的关系,以及通道电阻随时间的变化规律.还对冲击波的峰值压力与放电参数间的关系作了研究,并对冲击波压力的功率谱作了分析,结果表明水中脉冲放电所产生的冲击波的声辐射频率在几十赫兹到几万赫兹之间,覆盖了所有水声设备的工作频率,且在低频段具有很强的声功率,是一种理想的水下声源 关键词： 水中脉冲放电 等离子体     

微腔等离子体放电过程的数值研究

采用2维自洽完全流体模型,数值研究了阳极为通孔的高气压微腔放电结构中等离子体参数的变化过程。模拟结果获得了当氩气压强为13.3 kPa时,放电中的电势分布、等离子体密度分布、径向电场分布和电子温度分布等重要参数的演化过程。模拟结果表明在放电过程中,阴极附近的电场由轴向电场逐步转变为径向电场,等离子体密度最大值位于放电腔中间处,并随时间推移由阳极附近向阴极附近移动,电子温度的最大值出现在阴极环形鞘层区域。     

气体放电中纳秒脉冲波形的实验研究

在利用示波器测试交流电弧发生器的一级放电回路的振荡波形时,在主振荡波形中观测到纳秒脉冲振荡波形.针对纳秒脉冲振荡波形进行了实验研究和初步的理论分析,所采用的实验方法能够为气体放电的纳秒脉冲研究提供一种新的实验依据.