4 MV静电加速器调试中出现的问题及解决方案

4 MV静电加速器由高压系统、离子源及束流系统、控制系统和气体系统四部分组成。调试中出现了离子源不起弧、加速管破裂、控制系统失灵和输电带输电能力降低等技术问题,分析了出现这些问题的原因,然后分别采取了相应的措施加以解决：变换工作流程,在每次关机前先把引出电压降为零,开机时等离子源起弧后再把引出电压升到预定值;对过渡法兰进行车加工,重新封装;对高压端的控制设备采取屏蔽措施,在输入、输出端使用TVS二极管,对控制软件进行抗干扰设计;对绝缘气体进行循环干燥等。调试出了流强为100 μA、能量在3 MeV以上的稳定质子流。     

用于激光等离子体测量的X光量热计

由于X光量热计具有体型吸收、线性响应及抗电磁干扰能力强等优点,可用于对激光等离子体辐射的X光总量测量。介绍了X光量热计的原理和结构,量热计主要由吸收体、热电堆、恒温体和外壳4个部分组成;量热计吸收体接收X光能量后,在瞬时内温度迅速上升,同时又通过热传导或辐射而损失能量。电加热法作为X光量热计的传统标定方法,标定结果不可靠。为此采用经过绝对标定的XRD阵列谱仪（SXS）对X光量热计在神光-Ⅱ装置上进行了在线绝对标定。结果表明：X光量热计性能稳定,其灵敏度为(84.1±3.4) μV/mJ,X光能量测量的相对合成标准不确定度约为31%,可用于X光定量测量。     

100 kA微秒导通时间等离子体断路开关研究

研制了最大导通电流约为100 kA的微秒导通时间等离子体断路开关,开展了该导通电流下的等离子体断路开关性能实验,得到的负载电流上升时间为54-76 ns,最高开关电压为1.38 MV,最高电压倍增系数达到4.9。建立了导通阶段开关区等离子体运动的二维雪耙模型,初步数值模拟结果表明,该模型对目前开展的实验有较好的预估能力。     

光学材料中横向SBS的稳态分析

从非线性光学的耦合波理论出发,建立了种子光入射的窄带泵浦的横向受激布里渊散射的二维理论模型,并对稳态情形进行了数值模拟,得到了散射光强的二维分布。计算表明,散射光场在入射面内呈现出“局部集中”的特点,而且由于“空间压缩”效应,使得获得的最大散射光强远大于初始泵浦光强。还分析了光场及材料参数对获得的散射光强的影响,得出：入射的激光功率密度越大,光学元件的横向尺寸越长,材料的吸收系数越小,受激散射产生的散射光和弹性声波强度就越大,在材料内部引起的应力也越强,从而越有可能造成材料的破坏。     

CSR电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性

HIRFL CSR的电子冷却系统是采用强流电子束对重离子束进行冷却。在冷却段漂移管区,由于强流电子束自身的空间电荷场和螺线管磁场的作用,使得电子束的包络发生振荡。通过求解电子束的横向包络方程,研究了强流电子束包络随电子束参数和螺线管聚焦磁场的变化关系。计算结果表明：对于不同的电子束能量和磁场,电子束包络的振荡频率也不相同;在相同的条件下,磁场越强,电子束包络振荡幅度越小,电子束能量越大,其包络的振荡频率也越快。     

闪光照相中X光能谱对有效吸收系数的影响

研究闪光照相中影响材料有效吸收系数的两个主要因素,即X光的能谱效应和散射影响。用Monte-Carlo方法对闪光照相系统的客体各种组成材料的有效吸收系数进行数值模拟;求出不考虑散射而仅受能谱影响的有效吸收系数及其空间分布,发现该分布类似于医学CT数的分布规律,在高光程数对应的位置上该吸收系数较低;也得到了在20MeV闪光机情况下,客体各种组成材料的单个平均吸收系数。结果表明：钨、铝和铁的平均等效吸收系数分别近似为0.830,0.080和0.265cm-1。     

等离子体源参数对长导通等离子体断路开关性能的影响

研制了可工作在长导通时间（约1μs）的等离子体断路开关,实验研究了等离子体源参数,包括等离子体枪与主回路之间的触发延时、等离子体枪的工作电压以及等离子体枪的数目对开关性能的影响规律。研究结果表明,开关导通时间和开关电压随触发延时、枪工作电压和数目的增加而增加,但当开关导通时间接近主回路电流四分之一周期时,开关电压呈下降趋势。当Marx发生器工作电压为120kV且采用4个等离子体枪时,实验获得的最大电压倍增系数约为1.8。     

用于激光推进的高功率激光器的选择

从激光推进的要求出发,阐述了用于激光推进的高功率激光器的选择原则,即激光器必须满足：（1）高的平均功率和峰值功率;（2）高的单脉冲能量;（3）高的重复频率;（4）优良的大气传输特性。主要分析了目前YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA脉冲CO2激光器的特点,通过上述4个方面性能的比较,认为在目前水平下,TEA脉冲CO2激光器是进行激光推进的首选强激光源,其优点表现在：功率可达10kW量级,单脉冲能量可达0.5~1kJ,重复频率为20~40Hz;激光波长处于大气传输窗口,对大气变化不敏感;工作物质快速流动,不存在热透镜效应和破坏阈值;相关光学元件易于制造;光束质量较好;运行成本低。     

3.8μm激光破坏三元PC型HgCdTe探测器系统的实验研究

对3.8μm激光破坏三元PC型HgCdTe探测器系统的实验结果进行定性分析。实验结果表明：当辐照在探测器系统上的激光功率密度达411W/cm2时,系统内各部件（Ge窗口、滤光片及探测器）已严重损坏,探测器系统永久失效。分析认为：实验中引起探测器系统破坏的主要原因是温度升高引起的烧蚀热。     

三路掺镱光纤放大器的相干合成实验研究

光纤激光相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径。采用主振荡并联放大器（MOPA）方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,其中每路光纤放大器的输出功率大于等于1 W,三路总功率大于等于3 W。采用铌酸锂光纤相位调制器,外差法系统的移频量为40 MHz,相位探测与校正精度优于l/20,整个光路为全保偏光路。实验分别给出了两路和三路光纤放大器的相干合成结果。系统开环时,远场光斑为动态、模糊干涉条纹,条纹可见度为7%和6%;系统闭环运行时,远场光斑为稳定、高对比度干涉条纹,条纹可见度有大幅度提高,达到44%和48%。这表明闭环控制使两路和三路光纤激光的相位变化得到了有效补偿,系统实现了相位锁定运行和高相干度合成输出。