原子尺度摩擦行为的分子动力学模拟

应用大规模分子动力学方法,模拟了具有原子级光滑和原子级粗糙形貌的刚性球形探头与弹性平面基体的干摩擦行为,研究了无/有粘附条件下的载荷与摩擦力、载荷与真实接触面积,以及摩擦力与真实接触面积之间的关系,对纳米尺度下的摩擦行为规律进行了分析.几种系统的真实接触面积-载荷关系都与相应的连续力学接触模型定性的一致,它们分别是Hertz光滑表面接触模型、Greenwood-Williamson粗糙表面接触模型和Mau-gis Dugdale粘着接触模型.无论是由光滑表面还是粗糙表面构成的摩擦系统,在无粘附条件下摩擦力与载荷成正比,而摩擦力与真实接触面积之间没有一个简单的关系;在粘附条件下摩擦力与真实接触面积成正比,而摩擦力与载荷之间表现为Maugis Dugdale模型预测的亚线性关系.研究表明,当表面作用从无粘附到粘附时,控制摩擦力的决定因素从载荷转变为接触面积,摩擦行为从载荷控制摩擦转变为粘着控制摩擦.     

“聚龙一号”装置上磁驱动铝飞片实验的数值模拟

采用二维磁驱动数值模拟程序MDSC2,对大电流脉冲装置聚龙一号上的151发次磁驱动370 m厚铝飞片实验、164发次磁驱动330 m厚铝飞片实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明：370 m厚铝飞片和330 m厚铝飞片的磁驱动过程中, VISAR测量的速度不是飞片自由面的速度,而是飞片中邻近自由面最近的固体反射面的速度。这是由于磁驱动飞片发射过程中,飞片自由面部分被烧蚀,密度低于固体密度状态,而飞片自由面和加载面中间的飞片还保持固体密度状态。VISAR测量的激光将穿过自由面的低于固体密度状态的飞片部分,到达飞片自由面最近的固体密度位置再反射回去,获得这一位置的飞片速度。数值模拟的飞片固体反射面速度历史和VISAR测量的速度历史相吻合。     

X箍缩三维数值模拟

利用FOI-PERFECT程序对X箍缩进行了3D数值模拟研究,给出了X箍缩的物理图像和动力学过程,探讨了Z箍缩中出现磁重联的可能性,并指出如果双丝Z箍缩中能够出现磁重联,那么X箍缩是更有利于磁重联出现的位形,并且,X箍缩中出现多重X射线暴的一个可能原因是z轴上多个位置出现磁重联。     

斜入射脉冲X射线产生电流实验

针对斜入射脉冲X射线与金属的几种可能相互作用机制,设计了实验布局,测量了斜入射X射线在金属靶上产生的脉冲电流,建立了相应的理论模型。结果显示,当X射线入射强度低于105 W/cm2时,以光电效应为主,高于此值时,以热电效应为主导。这表明,X射线加载强度较弱时,电子表现出个体行为,而增大X射线入射强度,电子表现出弱关联集体行为。由此可以预测,超强X射线辐照下,金属表面将出现宏观尺度的电荷密度调制,在退激发过程中,这种调制状态可能以较高的效率辐射定向的微波电磁脉冲。     

闪烁体衰减常数对辐射源边界测量影响数值模拟

在辐射成像系统测量辐射源边界中,有闪烁体时间弥散效应得到的边界值与没有闪烁体时的真实边界值存在差别,影响辐射源尺寸变化计算。研究构建了一类辐射源强时间宽度、半径扩散速率与边界相对强度不同的辐射源,应用卷积和图像强度梯度法,对选用BC408,LaBr3和LSO闪烁体得到的边界与真实边界的偏差进行了数值模拟计算。结果表明,拍摄时间为20 ns时,由BC408闪烁体得到的边界值偏差最小;若偏差小于1 mm认为闪烁体适合测量,BC408,LaBr3和LSO测量的强度时间宽度最小值分别为33 ns,133 ns和266 ns; 拍摄全积分图像时偏差大小不受闪烁体不同的影响;最终得出的偏差计算公式较好地反映了真实偏差的变化趋势。     

Yb:YAG晶体性能实验测量

为了测量脉冲时间宽度小于20 ns时的射线时间分辨图像,发展了新型无机闪烁体Yb:YAG,并实验测量了晶体的发光衰减时间、X射线激发发光光谱、相对发光效率和空间分辨等性能,研究了Yb:YAG晶体的发光性能。实验表明,Yb:YAG发光有三种衰减成分,快成分衰减常数为1.2 ns,慢成分衰减常数与射线种类有关;X射线激发发光光谱在250~800 nm范围,有三个发光峰,分别为320,380和500 nm,且320 nm处强度最大;相对发光效率为1900 ph/MeV;使用钨分辨卡测得Yb: YAG空间分辨能力为2 lp/m,使用刀口法测得空间调制传递函数为0.5时的频率为0.7 lp/mm。结果说明Yb:YAG晶体性能能够满足所需测量要求。     

纳米结构泡沫金冲击响应的分子动力学模拟

采用分子动力学计算程序对纳米结构泡沫金(Au)的冲击响应进行了模拟,得到了不同疏松度条件下泡沫Au的冲击压缩特性。通过获取不同势函数条件下实密Au的冲击Hugoniot关系以及泡沫结构稳定性测试选取适合描述Au泡沫冲击过程中原子的相互作用势。采用密堆积球壳的方式建立泡沫Au的初始构型。通过改变空心球壳的尺寸得到不同疏松度的稳定的泡沫Au结构。对泡沫Au的冲击过程进行分子动力学模拟,获得了不同疏松度泡沫Au在不同冲击压缩强度下的热力学状态参数。将模拟结果与已有的状态方程数据库以及疏松物质冲击压缩模型进行比较,结果表明,计算和理论模型给出的结果仍然存在明显的差异性,亟需通过进一步实验研究来验证模拟计算和理论模型结果的可靠性。     

基于不连续因子的沸水堆芯三维瞬态数值模拟

基于不连续因子校正的粗网格有限差分法是实现堆芯瞬态三维数值模拟的高效方法之一, 粗网节块的界面不连续因子与边界反照率的计算方法决定了实时数值模拟过程中的精度。在计算不连续因子的过程中, 省去了细网节块计算与粗网均匀化过程, 直接在粗网格划分情况下, 基于节块展开法和非线性迭代策略, 推导了粗网格界面不连续因子比率与边界反照率的计算公式, 并编制了相应的计算程序。沸水堆典型算例的三维瞬态模拟证实该方法可在空间域和时间域两方面, 使静态、瞬态精度均达到与先进节块法相等同的程度, 并且计算效率优于先进节块法, 为核电站全范围模拟机三维堆芯的实时仿真模型开发提供了一种切实可行的选择。     

基于光子晶体的一维位置敏感探测器

位置敏感探测器（PSD）是基于半导体的横向光电效应的光电转换器件。根据横向光电效应的原理,增强光生载流子的寿命可提高光生载流子的扩散长度,从而实现横向光电效应的增强。利用缺陷和完整光子晶体设计了一维位置敏感探测器,并用传输矩阵法计算了缺陷光子晶体的透射率和完整光子晶体的反射率。从所设计的位置敏感探测器对入射光的响应理论研究表明,提高缺陷光子晶体的透射率和完整光子晶体的反射率可提高光生载流子的寿命,从而实现增强位置敏感探测器的横向光电效应。     

表面喷砂对有机玻璃沿面闪络性能影响

绝缘子表面粗糙处理是提升其沿面闪络性能的重要途径,表面粗糙化处理方式不当,极易带来表面结构不均匀,难以获得稳定耐压性能的绝缘材料。为提升绝缘子表面粗糙处理的均匀性,本文利用表面喷砂技术对圆柱形有机玻璃（PMMA）绝缘子进行了粗糙化处理研究,以球形二氧化硅（SiO₂）颗粒为工作介质,研究了不同喷砂粒径、氢氟酸后处理等因素对绝缘材料表面形貌和组分的影响,并利用短脉冲高压测试平台对喷砂处理前后有机玻璃绝缘子样品进行了真空沿面闪络性能测试。研究结果表明,喷砂处理在有机玻璃表面形成了较为均匀的凹坑,HF酸能够有效去除表面残留的SiO₂颗粒,具有表面喷砂粗糙结构的绝缘子沿面闪络电压得到了稳定提升,相较于未处理的绝缘子闪络电压提升了约80%。