一种强流脉冲电子束入射角等效计算方法

对电子束能量沉积剖面的变化规律进行了解释,给出了由能量损失函数和能量沉积效率函数之积表示的定性的能量沉积函数表达式。在此基础上,给出了一种关于能量沉积剖面的电子束等效入射角计算方法,分析了方法所带来的影响和适用的范围,采用蒙特卡罗方法对等效结果进行了验证。证明该方法优于入射角的算术平均,尤其在靶材浅层与混合束符合较好。     

不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算

 强流脉冲电子束在材料中的能量沉积剖面、能量沉积系数和束流传输系数受其入射角的影响很大，理论计算了0.5~2.0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数，并且还计算了0.4~1.4MeV电子束以不同入射角穿透不同厚度C靶的束流传输系数。计算结果表明，随着入射角的增大，靶材表面层单位质量中沉积的能量增大，电子在靶材料中穿透深度减小，能量沉积系数减小，相应的束流传输系数也减小；能量为0.5~2.0MeV的电子束当入射角在60°~70°时在材料表面层单位质量中沉积的能量较大。     

多能复合谱电子束与X射线能量沉积剖面的等效性

以模拟等效核爆X射线热-力学效应为目标,从能量沉积剖面着手,对给定多能复合谱电子束的入射角度进行了设计计算.给出了不同靶材、不同温度黑体谱X射线的等效设计计算结果.对比表明,该设计方法适用于多种靶材、多种目标X射线的等效设计,并且设计后的电子束能够提高模拟目标X射线的热-力学效应的逼真度.     

高能通量脉冲电子束作用下钽靶破坏初步研究

 使用Monte-Carlo程序MCNP在2维情况下模拟得到了高能通量脉冲电子束在钽金属靶中的能量沉积。根据能量沉积的模拟结果以及实验后靶上穿孔的大小和形貌,提出了电子束对不同结构钽金属靶破坏的物理机制。由于能量沉积的差异,1 mm实心靶中的热激波在一定时间内沿径向和轴向持续对靶材进行压缩,而在叠靶中这种压缩效果并不明显,因此实验后1 mm实心靶上穿孔的大小几乎是叠靶上的两倍。根据理论模型分析得到的靶材熔融喷射和层裂现象与实验结果相吻合。     

12MeV强流脉冲电子束对钽靶的破坏研究

强流高能电子束由于具有很强穿透能力,在材料内的能量沉积具有体分布特点,因此其对材料的辐照破坏体现出和低能电子以及X光等不同的特点.本文分析了金相显微镜和扫描电镜下的被12MeV的强流电子束轰击后的1.2mm厚度钽靶的破坏点形貌,其破坏断面体现为力学韧性撕裂,且关于靶中心基本对称.为了解释这种现象,文中用蒙特卡罗的数值模拟方法给出了电子束在钽靶内的沉积能量分布:能量沉积呈现靶中心吸能高,两侧低,且关于中心基本对称的特点.针对破坏断面特点和靶的吸热情况,我们给出高能电子束对靶材破坏初步的定性解释:认为高能电子束的强穿透能力使得靶材各部分几乎同时加热.靶材在极短时间里吸收大量能量,发生剧烈膨胀.由于能量沉积特点,中心部分材料膨胀最厉害,受到两侧边界的强烈约束,将产生两大小相近的热激波相对传播.激波在两侧自由界面反射,产生向内传播稀疏波.当两个稀疏波在靶中心区域相遇,就造成了靶对称撕裂的破坏形态.     

电子束辐照产生的热激波的数值模拟

 采用能量沉积解析法、材料低压本构关系及一维应变弹塑性流体动力学模型,对“闪光二号”电子束辐照硬铝产生的热激波的传播规律进行了数值模拟。结果表明,计算值与实测值基本符合。     

强流脉冲电子束轰击下回喷靶材速度测量与数值模拟

 叙述了用高速摄影技术研究强流脉冲电子束与钽金属靶相互作用后靶材的回喷现象,得出了靶材回喷的速度。并且采用EGS4程序和Euler流体力学方程组分别模拟了电子束在靶内的能量沉积和束靶相互作用的动力学过程。实验表明,钽金属靶在强流脉冲电子束轰击下,回喷靶材的轴向速度大于2.9 mm/μs,而模拟结果表明理想情况下回喷靶材自由面的轴向速度可达9.7 mm/μs。实验和理论计算为阻挡回喷靶材的快门设计提供了必要的参数。     

聚焦电子束对透射式微焦点X射线源的影响

微焦点X射线源是微计算机断层扫描技术设备的核心部件。研究了电子束在靶材中的横向扩散引起的透射式微焦点射线源的焦点尺寸和强度的变化规律。结果表明:当打靶电子束的束流密度遵循高斯分布时,其产生的X射线强度也遵循高斯分布,该分布的标准差可以用来精确表示X射线的焦点尺寸;当靶材厚度可以使沉积电子束的能量达到60%时,对应的靶材产生的X射线强度最高;随着靶材厚度增加,X射线的焦点尺寸逐渐变大;增大电子束的加速电压可以适当减小X射线的焦点。本研究为透射式微焦斑X射线源的靶材选择和设计提供了理论依据。     

矩形均匀电子束在激光介质中的能量沉积的模拟计算

本文主要论述了0.5MeV,单能垂直入射的电子束在三种不同密度的氟化氪准分子激光介质中的能量沉积。计算是采用Monte Carlo方法的MCSED程序,光轴方向采用周期性边界条件,因此能够给出平行于和垂直于电子束入射方向的沉积能量的空间分布。本文给出了在三种不同密度下的出射电子的角分布。用该程序对垂直入射的,初始能量为1MeV的电子在半无限大Al靶中的沉积能量的计算结果与ONETRAN程序的结果及实验结果的比较表明MCSED程序的计算结果是可靠的。     

电子能量对收集极中电子束能量沉积的影响北大核心CSCD

理论分析了收集极中运动电子的失能机制和电子能量对电子束能量沉积的影响,用蒙特卡罗方法计算了不同能量下入射电子的能量沉积分布,分析了电子能量对电子束在收集极中能量沉积的影响,并据此提出了提高收集极耐电子束轰击能力的两种途径。结果表明:激发和电离是收集极中入射电子的主要失能机制;电子的能量越高,在材料中的穿透能力越强,收集极中被收集电子束的最大能量沉积密度越低。综合考虑束流密度分布对能量沉积的影响,可通过两种途径来提高收集极耐电子束轰击的能力:一是通过结构设计增大电子束的收集面积,减小收集极上被收集电子束的束流密度;二是设计高阻抗器件,增大被收集电子束的电子能量,减小收集极上被收集电子束的束流密度。     

电子束辐照硬铝产生热击波及层裂的估算

 本文对LY-12铝受到强流低能相对论电子束辐照时产生的热击波及层裂效应进行了估算。在预估中等能量沉淀产生材料的动态响应时必须适当地考虑熔化过程。我们所用的状态方程是GRAY三相状态方程，它对熔化区域中的金属作了详细且在热力学上更为完善的描述。将计算值同实验结果进行比较表明，二者基本上是一致的。     

“闪光二号”电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究

 热击波是电子束辐照靶材料时在其内产生材料响应的一个重要力学现象。论述了近两年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照平板靶产生热击波的实验研究。使用的靶厚为2.8~6.5 nm,靶材为LY-12铝,靶上能通量为87~152 J/cm²。实验结果表明,实测热击波应力峰值为0.35~2.0 GPa,热击波平均作用时间约为0.29 μs,均半高宽约为0.14 μs,平均上升时间约为0.10 μs。     

聚酯材料在脉冲电子束辐照下的动力学效应与材料参数

对聚酯材料在电子束辐照下的动力学效应进行了研究。采用Monte Carlo方法,计算了脉冲电子束在聚酯材料中的能量沉积;采用流体动力学方法,对聚酯材料在电子束辐照下的热击波和喷射冲量进行了数值模拟;采用将喷射冲量和热击波压力的数值结果与实验测量结果进行逼近的方法,得到了聚酯材料的升华能约为1.1 kJ/g,Grüneisen系数的常态值约为0.2。     

强流质子束辐照形成的冲击波

 对强流质子束在铝材料中引起的冲击波进行了数值模拟，其中强流质子束在铝中的能量沉积行为采用蒙特卡罗方法模拟，而能量的非均匀沉积后引起的力学效应采用一维流体弹塑性模型进行计算。计算给出了强流质子束在铝材料中的能量沉积曲线和引起的冲击波的时间演化规律。     

电子束对LY12硬铝的损伤效应

对LY12硬铝受到电子束辐照时产生的热激波及材料的损伤破坏效应进行了理论计算,将计算值同实验结果进行比较,二者基本上是一致的。在研究中等能量沉积产生材料的破坏效应时,应适当考虑材料的熔化过程,所用的状态方程是GRAY三相状态方程,而在研究材料的损伤破坏时,我们修正了计及损伤效应的Bodner-Partom本构模型。     

强脉冲离子束辐照热-力学效应研究

 采用自行研制的ITSW软件通过数值模拟方法研究了不同能量离子束辐照材料时的能量沉积及所产生的烧蚀、喷射冲量及热激波等效应。     

Molecular dynamics study of thermal stress and heat propagation in tungsten under thermal shock

Using molecular dynamics （MD） simulation, we study the thermal shock behavior of tungsten （W）, which has been used for the plasma facing material （PFM） of tokamaks. The thermo-elastic stress wave, corresponding to the collective displacement of atoms, is analyzed with the Lagrangian atomic stress method, of which the reliability is also analyzed. The stress wave velocity corresponds to the speed of sound in the material, which is not dependent on the thermal shock energy. The peak pressure of a normal stress wave increases with the increase of thermal shock energy. We analyze the temperature evolution of the thermal shock region according to the Fourier transformation. It can be seen that the “obvious” velocity of heat propagation is less than the velocity of the stress wave; further, that the thermo-elastic stress wave may contribute little to the transport of kinetic energy. The heat propagation can be described properly by the heat conduction equation. These results may be useful for understanding the process of the thermal shock of tungsten.     

On the possibility of controlling transonic profile flow with energy deposition by means of a plasma-sheet nanosecond discharge

A way of effectively affecting the gasdynamic structures of a transonic flow over a surface by means of instantaneous local directed energy deposition into a near-surface layer is proposed. Experimental investigations into the influence of a pulsed high-current nanosecond surface discharge of the “plasma sheet” type on gas fast flow with a shock wave near the surface are carried out. The self-localization of energy deposition into a low-pressure region in front of the shock wave is described. Based on this effect, a facility for automated energy deposition into a dynamic region bounded by the moving shock front can be designed. The limiting value of the specific energy deposition on the surface in front of the shock wave is found. With the help of the direct-shadow method, an unsteady quasi-two-dimensional discontinuous flow arising when a plasma sheet is initiated on the wall in a flow with a plane shock wave is studied. By numerically solving the two-dimensional nonstationary equations of gas dynamics, the influence of the energy of a pulsed nanosecond discharge, which is applied in the frequency regime, on the aerodynamic characteristics of a high-lift profile is investigated. It is ascertained that the energy delivered to the gas before the closing shock wave in a local supersonic region that is located in the neighborhood of the profile contour in zones extended along the profile considerably decreases the wave drag of the profile.     

强激光使铝靶层裂的模拟实验研究

 激光引起的冲击波可能使得靶材料层裂断裂，这个现象取决于光束的功率密度、脉冲持续时间、靶的厚度和靶材料的性能参数。用气炮驱动的平板撞击实验和概念模拟分析了极短持续时间的三角形压缩应力击波在LY-12铝靶中的传播衰减和层裂强度的时间相关性，根据气炮模拟实验结果，估计了厚度小于2 mm的LY-12铝靶产生层裂所需的激光功率密度和能量密度的阈值条件。     

PVDF在电子束辐射材料产生的热激波测量中的应用

 介绍了在“闪光二号”脉冲电子束加速器上采用PVDF压电传感技术测量编织材料等的电子束热激波传播特性的情况。实验得出：（1）在能注量为90～210 J/cm²范围内，对4 mm厚的编织材料及其叠层材料，热激波应力峰值σ_a<0.1 GPa，只有硬铝的十几分之一；（2）编织材料中的热激波作用时间被明显展宽，其平均值达2.6 μs，是硬铝中的7倍多。实验结果表明：（1）编织材料具有良好的衰减和展宽热激波的性能；（2）对编织材料等的宽作用时间热激波测量来说，PVDF压电传感技术具有极其优越的性质。