选区激光熔化成形区粗糙表面对铺粉质量的影响:离散元模拟

选区激光熔化中, 铺粉质量会极大地影响产品的最终质量. 然而, 成形区粗糙表面对铺粉质量影响的研究较少. 因此, 本文以成形区粗糙表面作为新的铺粉基板, 通过离散元法, 研究铺粉过程中成形区的表面形貌和工艺参数对铺粉质量的影响, 并分析铺粉过程中金属粉末在成形区粗糙表面的颗粒动力学和颗粒沉积机制. 结果表明, 将激光扫描方向与铺粉方向旋转一定角度可有效提高粉末层质量, 增加铺粉层厚可减小成形区粗糙表面对铺粉质量的影响. 减小搭接率可提高成形区对颗粒的滞留能力, 从而使更多的颗粒沉积在成形区, 提高粉床填充密度, 但是粉末颗粒会与成形区的粗糙表面碰撞, 产生颗粒迸溅现象. 此外, 铺粉过程中, 由于成形区粗糙度的增大, 成形区粗糙表面上的粉堆产生的强力链、力拱数量多于表面光滑的成形区. 在滚轮作用下, 力拱断裂导致颗粒重新排列, 形成致密的粉末层. 在成形区边界处, 力拱的产生会最终导致边界处的粉末层出现空斑缺陷. 本研究有助于通过优化工艺提高粉床质量.      

基于时标系统的条纹相机动态畸变

针对神光Ⅲ原型实验中出现的动态畸变现象,开展了条纹相机动态成像特性研究.结合实验图像,利用CST Particle Studio软件模拟了强信号下变像管的成像过程,结果表明:在强信号下,变像管的空间电荷效应会造成电子束聚焦点与理想成像面距离减小,使得图像的放大倍数变小,产生信号弯曲现象,并且这一现象随着电流强度的增加更为明显.     

大动态双聚焦条纹变像管设计

为满足ICF实验中对X射线条纹相机大动态能力的需求,设计了一款大动态双聚焦X射线条纹变像管。其偏转灵敏度为39 mm/kV,静态空间分辨率在阴极中心处优于30 lp/mm,边缘优于10 lp/mm,时间分辨率在10 ps左右,阴极有效长度为30 mm,放大率为1.3,管子总长为425 mm。此款变像管主要通过提高电子飞行速度而缩短电子相互作用时间,从而达到降低空间电荷效应、提高动态范围的目的。最终设计的变像管轴上电势最高16.5 kV,最低5 kV,电子从阴极到达荧光屏的时间仅为6.62 ns。基于设计的变像管参数,对管子进行了加工制造,并进行了初步调试和测试,变像管具有最佳成像效果时各电极实际电压与设计电压几乎一样,放大率为1.35,偏转灵敏度为40 mm/kV,与设计值十分吻合。     

神光Ⅱ升级装置激光加速质子照相初步实验研究

在神光Ⅱ升级装置上开展了首轮激光加速质子对间接驱动快点火靶内爆过程的照相实验研究。通过激光与靶参数的优化,获得了能量高于18 MeV的质子束。通过静态客体的照相,获得了优于20 m的高空间分辨网格图像,为开展时间分辨的啁啾质子照相奠定了基础。开展了质子动态照相实验,获得了内爆压缩晚期的质子照相图像。实验发现内爆区域质子照相图像存在大量排空现象。内爆压缩区域不足以阻挡如此大范围质子束,证明了其中存在电磁场使得质子向外排开。动态照相的质子能量较低,分析是ns激光打靶过程产生的X射线及等离子体对质子加速存在影响。后续实验中需要进一步优化靶的屏蔽设计。     

基于时标系统的条纹相机动态畸变

针对神光Ⅲ原型实验中出现的动态畸变现象,开展了条纹相机动态成像特性研究。结合实验图像,利用CST Particle Studio软件模拟了强信号下变像管的成像过程,结果表明：在强信号下,变像管的空间电荷效应会造成电子束聚焦点与理想成像面距离减小,使得图像的放大倍数变小,产生信号弯曲现象,并且这一现象随着电流强度的增加更为明显。     

X射线高空间分辨多色显微成像系统研制及应用

在激光间接驱动惯性约束聚变（ICF）领域中,获得具有极高空间分辨率（优于5 m）的X射线辐射图像,是研究烧蚀不稳定性、内爆流线等关键物理过程的数据基础。基于掠入射反射式成像原理的Kirkpatrick-Baez(KB)显微成像系统作为一种具有高空间分辨率和集光效率的X射线显微诊断设备,目前已成为国际ICF装置的X射线关键诊断设备。在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置条件上开展了KB诊断技术及设备的研究,在KB系统的光学设计、光学元件和物镜与系统装调技术等方面取得了许多重要进展,研制了大视场KB、多色KB等高分辨率X射线显微成像系统。这些系统已应用于我国的ICF内爆芯部发光和流线测量、流体不稳定增长测量等实验中,为关键物理量的测量提供了高空间分辨率的清晰图像。     

基于解析法的X光分幅相机静态增益特性仿真

 采用解析法对X光分幅相机中微通道板单孔内电子运动、碰壁和二次发射一系列过程进行了建模与求解,依托商业Lorentz-2D软件,得到了二次电子初能量分布、电子碰壁前能量分布、渡越时间分布等仿真曲线。实验测量了分幅相机的静态灵敏度曲线,与仿真结果对比分析表明：光电子首次碰撞深度是影响相机增益的重要因素,给出了修正后的增益与电压关系表达式,定性分析了工作偏压等参数对首次碰撞深度的影响。     

CsI光阴极在10-100 keV X射线能区的响应灵敏度计算

为了满足10-100 keV高能X射线光电探测器研究的需要,对CsI光阴极在该能量范围的响应灵敏度进行了研究.基于高能量X射线光子与材料相互作用的物理过程,分析了康普顿散射等效应对CsI响应灵敏度的影响.推导了CsI的响应灵敏度与二次电子平均逃逸深度和光阴极厚度的关系式和二次电子平均逃逸深度与入射光子能量的关系式,计算了CsI在10-100 keV范围内的响应灵敏度,计算结果与实验测试数据相符,验证了分析与推导的可靠性.根据计算可以获得不同入射X射线能量下CsI光阴极的最佳厚度,从而为高能X射线光电探测器的设计优化提供了理论参考.     

双板电极结构X射线变像管数值模拟

对条纹相机所使用的一种具有双板电极结构的变像管（Bilamellar）进行了研究,这种变像管使用平板状电极和电四极透镜等设计,改善了传统轴对称结构变像管存在的不足。通过仿真模拟的方法建立了Bilamellar变像管的工作模型,对其结构构成、工作模式、成像特点等性能作出了分析评估。计算结果表明:根据这一思想设计的变像管结构可以更有效地控制空间电荷效应,并提高时间、空间分辨能力。     

一维六方准晶层合简支梁自由振动与屈曲的精确解

伪Stroh型公式能够将多场耦合材料的控制方程转化为线性特征系统来求解,从而获得多层结构简支边界条件的精确解.本文利用伪Stroh型公式,研究一维六方准晶层合简支梁的自由振动和屈曲问题,通过传递矩阵法,获得准晶层合梁自由振动固有频率与临界屈曲载荷的精确解.通过与已有梁的剪切变形理论结果比较,验证了本文伪Stroh型公式的正确性和有效性.通过数值算例,分析由两种不同准晶材料组成的三明治层合梁的叠层方式、高跨比、层厚比及层数对梁的固有频率、临界屈曲载荷及其模态的影响规律.结果表明,叠层顺序和梁的高跨比、层厚比对准晶层合梁的自由振动固有频率和临界屈曲载荷有很大影响,可通过调整梁的几何尺寸和叠层顺序得到准晶层合梁的最佳固有频率和临界屈曲载荷.本文给出的精确解可为工程上研究准晶梁的各种数值解法和实验方法提供理论参考.