金属双边二次电子倍增的理论分析与数值模拟

针对金属双边二次电子倍增现象,分析给出了电子共振方程、共振相位、相位聚焦条件以及碰撞电势;并根据二次电子发射的材料特性,研究了金属双边二次电子倍增的敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次电子倍增的敏感区间,并与理论结果进行了比对,给出了二次电子数目随时间的增长关系。利用材料二次发射特性的经验公式,辅以电子碰撞角和碰撞能量计算以及对二次电子初始能量和发射角度的蒙特卡罗随机抽样算法,编制了3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE的金属边界二次电子发射功能模块,模拟金属双平板二次电子倍增过程,获得了二次电子倍增物理图像、二次电子数目随时间演化规律等结果。模拟结果不仅验证了理论分析,还表明在合适的条件下,空间电荷限制作用将导致二次电子倍增的饱和。     

高功率微波大气传输电离过程的物理研究

指出平面1维近似不符合在远场处微波单位面积能流与传输距离平方成反比的规律。给出了束流1维近似下微波大气传输的基本方程组。详细研究了微波电离大气的特性和相似律。估计了平面1维近似下和束流1维近似下的尾蚀,指出当无量纲电离电子数不太小时,两者可能有很大差别。     

45~#钢表面织构上硬脂酸薄膜减摩性能的研究

本文中提出了一种在45#钢表面构筑具备优异减摩耐磨性能的薄膜的简易方法.首先采用高浓度氢氧化钠溶液在钢表面制备沟槽状表面织构,然后沉积硬脂酸分子得到减摩耐磨薄膜.用扫描电子显微镜、原子力显微镜、接触角测量仪、X射线光电子能谱仪以及X射线衍射仪等手段表征了薄膜的形成机制、表面形貌和化学组分,并利用微纳米摩擦磨损试验机研究薄膜在干摩擦条件下的减摩耐磨特性.研究结果发现,在经化学刻蚀形成织构的钢表面所沉积的硬脂酸薄膜具有优异的减摩耐磨性能.     

螺旋型爆磁压缩脉冲发生器2维磁流体力学数值模拟

基于任意拉氏- 欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合。该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性。     

爆磁压缩发生器的爆炸管动力学效应

对爆磁压缩发生器中爆炸管2维动力学简化模型进行了模拟计算,分析表明：径向膨胀速度会随径向位置（或者时间）的变化而变化,因此膨胀角也会随径向位置（或者时间）发生变化。对各时间点（或位置点）处的膨胀速度进行了平均,求得理论上的平均膨胀速度,再将该平均膨胀速度与实验测量值进行了比较。模拟结果给出了径向膨胀速度受到端头效应影响的情况,这可为改进实验结果提供参考。由于径向速度与轴向速度的比值一般在5以上,用作爆炸管的物质质量越大,这一比值就越大,因此选择密度较大的金属材料作为爆炸管,可减少滑移。应用2D简化模型计算出的膨胀角数值,与Gurney模型以及1D模型进行了比较,它们之间的差别可能主要来自2D效应。     

345 GHz折叠波导行波管中电磁传输损耗的分析计算

利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究,考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响。结果表明,流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输严重衰减。模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响,结果显示,电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。     

微波击穿大气电子温度与电子密度依存关系

给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组,并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程,给出了在击穿建立过程中,电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明：由于大气层中本底自由电子数密度较低,高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度,与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多,而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。     

磁绝缘线振荡器的自动优化设计

为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点, 提高高功率微波器件的优化设计水平, 将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合, 研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件两个波段的磁绝缘线振荡器（MILO）：C-MILO和L-MILO进行优化设计。在输入功率不变的条件下, 原C-MILO效率为10.8%, 经优化后效率为15.4%; 原L-MILO效率为12.6%, 经优化后效率为17.7%。由此得出, 两类MILO模型经优化后在输入功率基本不变的情况下输出功率和效率都有很大程度的提高, 且模型几何参数合理, 物理图像正确。     

重复频率脉冲大气放电中氮气的振动温度

氮气分子的振动自由度在大气放电低温等离子体中会被高度激发。从振动能级的简谐振子模型和Boltzmann分布近似出发,研究重复频率脉冲放电中振动温度的变化行为。结果表明,决定重频条件下振动温度的主要过程是电子碰撞振动激发和振动-平动弛豫,而在振动能级高度激发的情形下其与氧原子的化学反应也会产生影响。对于振动激发过程,通过跃迁反比相似率推导出的特征弛豫时间与动理学模型符合较好。在振动-平动弛豫中占主导贡献的为干燥大气中的氧原子或潮湿大气中的水分子。当氧原子数密度为1014 cm-3时,若初始振动温度在5000 K,在化学反应过程中振动能量的特征弛豫时间在0.1~1 s量级。     

微波输出窗内表面闪络击穿3维全电磁等离子体流体模拟

通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型,基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D,编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块,对1.3 GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明：微波窗内侧表面形成的等离子体构型与初始种子电子分布形式密切相关。中心点源分布下,等离子体发展为蘑菇形状, 输出微波脉冲缩短并不严重,等离子体吸收微波功率大于反射微波功率;面源分布下,等离子体发展为帽子形状,输出微波脉冲缩短严重,输出微波完全截断,开始阶段等离子体吸收微波功率占优,待等离子体密度增加到一定程度后,反射微波功率占优。通过降低窗体表面场强、表面释气率及初始种子电子密度等方法,可不同程度地延长输出微波脉冲宽度。窗体表面不同气体层厚度对闪络击穿下的输出微波脉冲宽度影响不大。