高空核爆炸碎片云早期扩展规律研究

利用磁流体力学理论建立了描述碎片云运动的壳层模型,采用该模型模拟了美国Starfish高空核爆炸试验碎片云的运动参数,通过与文献模拟结果的比对,验证了所建模型的正确性.针对典型大当量和小当量核爆的不同,重点模拟了千吨级利百万吨级核武器在100,400和1500 km高度爆炸时碎片云运动扩展情况,分析了当量的差异引起的扩展规律的不同.结果表明:高空核爆炸时不同爆炸条件和大气环境对碎片云的扩展规律有着显著的影响,不同方向上碎片云的环境参数差异明显.     

高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算

 电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述,在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式,它们是电离层参数和作用电场的函数,并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的,将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例,计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况,并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明:电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的,爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。     

高能电子碰撞电离对高空核爆炸辐射电离的影响

利用数值模拟程序模拟了不同高度核爆炸下距离爆点不同位置处大气的X射线电离及演化过程,分析了高能电子碰撞电离过程对高空核爆炸电离效应的影响.结果表明:高能电子碰撞电离过程对高空核爆炸的电离结果产生了重要影响,在80 km爆高1 kt当量高空核爆炸条件下,在距离爆点1.5 km处高能电子的碰撞电离效应使得电子的峰值数密度提高了约2个数量级;随着时间的增加,高能电子能谱逐渐向低能方向发展,在5μs后高能电子数密度随电子能量近似呈负指数分布;电子峰值时间与爆高有关,随着爆高的增加而增大,电离的影响区域也随着爆高的增加而增大.在80 km爆高1 kt当量情况下电离效应对近百千米范围内的微波通信具有严重影响.     

金属壳体和电缆的系统电磁脉冲响应

 研究了金属壳体和电缆遇到高空核爆炸产生的脉冲X射线辐射时的系统电磁脉冲响应，讨论了系统电磁脉冲产生机理、幅值和对系统的耦合途径。通过对计算和试验数据的分析，获得了金属壳体模型和单电缆及双电缆的系统电磁脉冲响应数据，简要分析了壳体的系统电磁脉冲损伤薄弱环节。     

考虑参数不确定性的高空电磁脉冲E1分量环境计算及分析

高空电磁脉冲的早期分量幅值高、频谱宽、分布范围广,是高空核爆的电磁效应的重要组成部分。分析了国内外高空电磁脉冲早期分量仿真计算法的研究进展,并选取基于高频近似并考虑电子与电磁场自洽作用的EXEMP算法进行详细介绍,通过数值计算结果总结了高空电磁脉冲的时域波形和空间分布随场源当量、爆高等参数变化的规律,与IEC标准约定的波形时域和空间特征一致。针对HEMP计算中部分参数的不确定性,分析参数取值偏差和波动对电磁脉冲计算结果的影响,使用多项式混沌方法联合Sobol全局敏感度指标对其进行不确定量化,得到电磁脉冲关键值可能分布的上下界、分布的概率密度等信息,分析各参数在特定取值范围内对电磁脉冲特征参数的影响及联合影响。     

高空核爆炸X射线电离的时空分布数值模拟

利用数值模拟程序模拟了高空核爆炸辐射的X射线对不同高度大气的电离及演化过程,给出了电子的时空分布曲线．结果表明：在80km爆高1kt小当量高空核爆炸情况下,电子数密度随高度只出现一个极大值,而在80kin以上爆高情况下,电子数密度出现两个极大值,一个位于爆点附近,另一个位于90km高度附近,在这个高度电离的影响范围最大;高空核爆炸辐射的X射线在70km高度附近截止,对70km以下高度没有电离影响;随着辐射角度的增加,电子数密度出现第二个极大值的高度有所上升,X射线截止高度也有所上升．     

高空核爆炸形成人工辐射带的数值模拟

基于Stmer关于带电粒子在地球磁场中运动的理论模型,分析得出高能电子在地球周围的运动区域.结合高空核爆形成放射性烟云的经验模型,推断高空核爆在地球周围形成人工辐射带的基本区域.进而利用高空核爆裂变特性和辐射带中高能粒子的分布特性,计算得到高空核爆形成人工辐射带的电子密度通量,并对高空核爆激发的人工辐射带特征与核爆炸的爆点纬度、高度及当量之间的关系作了初步的定量分析.数值模拟结果表明,在一定的条件下,0.1—1Mt TNT当量的高空核爆,预计在地球周围可形成电子通量密度比自然辐射带高3—4个量级的人工辐射带.形成的人工辐射带中心位置主要受核爆爆点地磁纬度的影响,核爆的爆高和核爆的当量则对人工辐射带的厚度及其中高能电子的通量密度有一定的影响. 关键词： 高空核爆 人工辐射带 高能电子通量 爆炸当量     

空中核爆炸电离效应的数值模拟

根据电离平衡方程组和射线在大气中的能量沉积方程，在完善中性大气层模型基础上，通过数值模拟方法得到了空间核爆炸电离效应的时空分布.数值分析结果表明：低空核爆炸产生的自由电子的密度最大值要高于高空核爆炸；对于瞬发核辐射的影响，低空核爆炸和高空核爆炸有着显著的差异；而缓发核辐射的持续时间、影响范围，高空核爆炸情况要大于低空核爆炸. 关键词： 核爆炸 低空 高空 电离效应     

美国航天飞机“挑战者号”爆炸时所产生的次声波

1986年1月28日美国航天飞机“挑战者号”在离地面约15km的高空爆炸后约13h,在大约14300km以外的地面上用灵敏微气压计记录到很强的次声波列,其周期约为400—700s,振幅约为30Pa,传播速度约为300m/S,特征与核爆炸所产生的次声波相类似。 根据波列的各项特征估计,这次爆炸的当量约相当于140Mt TNT。这一估计当量由于爆炸高度远高于核爆炸而机构不同于一般大气中核爆炸的情况而偏高。     

高空电磁脉冲环境计算中的自洽方法

高空电磁脉冲环境计算中包含自洽过程,康普顿电流既是产生电磁脉冲的源项,同时又受电场的影响.本文从一维模型出发,经过合理近似,推导出康普顿电流与本地电场之间的解析关系.利用等效电导率的概念,将该自洽过程加入到原有计算模型中.利用粒子模拟和时域有限差分方法,对推导出的康普顿电流和电场关系进行验证.最后给出一个考虑自洽过程的高空电磁脉冲算例.     

球面电磁波斜入射建筑物内场的数值分析

为了分析窄带电磁脉冲源近、远场辐照大型建筑物内部空间电磁场分布特点,采用时域有限差分方法,对比分析平面波、球面波场源正面斜入射多层多单元建筑物的计算结果,并较为全面地分析了各房间各水平面中心电场强度幅值、各层各水平面电场强度最大值分布情况。建筑物各层相对应高度面上场强分布近似,在电磁波传播方向上窗户房间内部区域场强较强,两种波场源入射结果基本一致;在其余区域场强较弱,特别是在较大空间内的区域,球面波场源入射下场强相对更弱。其中通过与待模拟建筑物外形相紧凑性匹配的球面波场源构建,模拟仿真了窄带球面电磁波在真空空间的辐射传播,计算结果验证所构建球面波近场源准确可行。     

Numerical simulation of the coupling of ultra-wide band electromagnetic pulse into landmine by aperture

The modern landmine's electronic fuse is susceptible to strong interference or can even be damaged by the ultra-wide band electromagnetic pulse(UWB-EMP). The finite-difference time-domain(FDTD) method in lossy media with cylindrical coordinates is used to study the interactions of the UWB-EMP with the landmine. First, the coupling of UWB-EMP into the landmine shielding shell through an aperture is numerically simulated. Second, the coupled electromagnetic field of mine shells made of different shielding materials and with apertures of different sizes is plotted. Third, the aperture coupling laws of UWB-EMP into shells are analyzed and categorized. Such an algorithm is capable of effectively preventing ladder similar errors, and consequently improving the calculation precision, and in addition to adopting the message passing interface(MPI) parallel method to divide the total calculating range into more sub-ranges, the overall calculating efficiency is greatly increased. These calculations are surely a constructive reference for modern landmine design against electromagnetic damage.     

Numerical simulation of the early-time high altitude electromagnetic pulse

In this paper, the finite difference method is used to develop the Fortran software MCHII. The physical process in which the electromagnetic signal is generated by the interaction of nuclear-explosion-induced Compton currents with the geomagnetic field is numerically simulated. The electromagnetic pulse waveforms below the burst point are investigated. The effects of the height of burst, yield and the time-dependence of γ-rays are calculated by using the MCHII code. The results agree well with those obtained by using the code CHAP.     

Interaction of electromagnetic waves with a magnetized nonuniform plasma slab

The absorption, reflection, and transmission of electromagnetic waves by a nonuniform plasma slab immersed in an ambient uniform magnetic field of various strengths are studied in this paper. The effects of the plasma parameters and magnetic field strength on the absorbed, reflected, and transmitted power are discussed. The magnetized nonuniform plasma slab is modeled by a series of magnetized uniform plasma subslabs. The calculation results show that the effects of the magnetic field strength and density gradient on the absorbed power, as well as the frequency band of resonant absorption, are significant. A complete analysis utilizing the scattering matrix method is also used to compare the above calculation results which neglect multiple reflections between subslab interfaces. Broadband absorption of electromagnetic waves can be achieved by changing the magnetic field strength and plasma density. More than 90% of the electromagnetic wave power can be absorbed in a magnetized nonuniform plasma slab with width of 12 cm and the absorption bandwidth can range from 1 to 20 GHz with different plasma parameters and external magnetic field strengths.     

Applicability conditions for the dipole approximation in the problems of scattering of surface plasmon polaritons

Using the method of the tensor Green’s function of the wave equation, the conditions have been determined under which the dipole approximation is sufficient in the problem of the scattering of surface optical electromagnetic waves (surface plasmon polaritons) on a small spherical particle. The independence of the electric field inside the scatterer of the spatial coordinates is used as the main requirement of the dipole approximation. Conditions are obtained in the form of inequalities involving the wavenumber, the material parameters of the system, and the size of the scatterer and its position with respect to the surface on which plasmon polaritons are excited.     

PTCDA分子基态的飞秒激光控制研究

将优化控制理论和多组态含时Hartree（MCTDH）方法相结合,建立了适合于MCTDH方法的计算具有平面结构的PTCDA分子的多自由度振动量子模型,研究了在PTCDA分子激发后从分子激发态回落至分子基态的动力学过程.在理论上分析了约化目标态产生率与激发脉冲、分子的演变时间及优化场的有效能量之间的关系,对分子在各个振动坐标下波函数的振动分布做了分析与比较.研究发现,增加分子的回落演变时间在提高目标态产生率的同时可以使优化激光控制场的强度降低,这为实验上用低能量激光最大程度地实现目标态提供了有效手段. 关键词： PTCDA 多组态含时Hartree方法 飞秒激光控制     

Cubic interaction vertex of higher-spin fields with external electromagnetic field

We fulfill the detailed analysis of coupling the charged bosonic higher-spin fields to external constant electromagnetic field in first order in external field strength. Cubic interaction vertex of arbitrary massive and massless bosonic higher-spin fields with external field is found. Construction is based on deformation of free Lagrangian and free gauge transformations by terms linear in electromagnetic field strength. In massive case a formulation with Stueckelberg fields is used. We begin with the most general form of deformations for Lagrangian and gauge transformations, admissible by Lorentz covariance and gauge invariance and containing some number of arbitrary coefficients, and require the gauge invariance of the deformed theory in first order in strength. It yields the equations for the coefficients which are exactly solved. As a result, the complete interacting Lagrangian of arbitrary bosonic higher-spin fields with constant electromagnetic field in first order in electromagnetic strength is obtained. Causality of massive spin-2 and spin-3 fields propagation in the corresponding electromagnetic background is proved.     

带状螺旋线研究中的坐标变换

分析了带状螺旋线行波管中电磁场分量在柱坐标系下的Floquet形式，证明适当的坐标变换是电磁场分量写成变量分离形式的充分条件.螺旋带平面展开后，应用坐标变换得到的电磁场分量变量分离形式是去除面电流分布假设的理论基础.计算并分析了一个典型结构的色散和耦合阻抗，计算结果与实验结果有很好的一致. 关键词： 螺旋带 坐标变换 色散 耦合阻抗     

Calculation of the Force Field for the Benzene Molecule by the Density Functional Method in the Dependent Natural Coordinates

The B3LYP method with the 6-311 + G** basic set is used to calculate normal vibrations of the benzene molecule and its two isotopes. An algorithm for calculating the force field in the dependent coordinates is described. An autoscaling method in the dependent natural coordinates is suggested. Scaling factors are calculated for four groups of natural coordinates. Their use provided good agreement between the calculated and experimental frequencies of plane and non-plane vibrations of the benzene molecule. The force field in the benzene molecule is calculated in the dependent natural coordinates. The problem of choosing the force field in the dependent coordinates is discussed.     

三电极气体火花开关导通电流及其电磁辐射特性

针对三电极气体火花开关工作时产生的强电磁辐射,首先对开关的导通电流及其电磁辐射进行了理论分析,利用CST电磁仿真软件对气体火花开关开展了静电场仿真研究,分析了开关短程导通时的击穿场强;其次对三电极气体火花开关的导通电流和远场辐射场强进行了实验测量,对实验结果进行分析和总结;最后采用电磁屏蔽方法对开关的强电磁辐射进行了有效抑制。研究结果可以为有关脉冲功率装置的电磁辐射及防护提供参考和借鉴。