导线X射线瞬态响应的数值计算

 针对裸线和带保护层导线两种不同的物理结构,分别应用Holland细线模型和时域传输线模型,结合实验结论,计算了负载大小、导线半径、X射线能量以及保护层厚度等对导线X射线瞬态响应的影响。计算结果表明,负载较小时,负载变化对负载电压电流、负载功率和负载能量的影响不大,负载较大时,对响应的影响比较大;负载增大时,负载电流响应脉宽增加、幅度减小,负载功率存在最大值,但是,负载吸收能量却一直增大;负载响应与导线半径成正比、与X射线能量成反比;变化保护层厚度时,负载响应存在峰值;由于保护层内负电荷的影响,相同X射线和导线半径条件下,带保护层导线比裸线的响应至少小一个量级。     

双极晶体管负载瞬态辐照毁伤效应

利用有源传输线模型与漂移-扩散模型的耦合计算模型,对在瞬态X射线辐照下电缆末端典型N+-p-n-N+结构的双极晶体管负载的毁伤效应与规律进行研究,通过分析双极晶体管内部晶格温度分布,判定是否处于毁伤状态,总结双极晶体管烧毁时间和烧毁所需能量与脉冲X射线脉冲宽度和注量之间的关系。结果表明：随着脉冲X射线脉宽增加,双极晶体管烧毁能量变化较小,烧毁时间逐渐增加;随着注量增加,烧毁时间逐渐降低,在5.86 J/cm2以下时,烧毁所需能量基本相同,之后呈指数逐渐增加,并通过曲线拟合得到损伤规律的经验公式。     

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。     

外大气层区域系统电磁脉冲模拟试验技术

对在实验室实现SGEMP模拟的各项技术进行了分析, 总结了已经开展的工作,给出了一些理论计算数据和实测结果, 并对现阶段可能进一步发展的技术提出了研究设想。涉及的各项技术适用于模拟外大气层区域的SGEMP,其中包含了光子直接激励、电子激励、电压和电流注入等。     

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

采用传输线模型,利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应,并对响应规律进行了研究。计算结果表明：电流注入时近端负载电压峰值最小,辐照时次之,电流注入时远端最大;负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化;相比较前沿的变化而言,改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大;屏蔽层电流源半高宽较小时,负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系,屏蔽层电流源半高宽较大时,负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系;电缆较短时,改变电缆长度对负载电压峰值有影响,而电缆较长时,只会影响电缆负载能量。     

一维电磁脉冲模拟器的理论分析和设计

 为解决一维导体结构的电磁脉冲响应实验困难，提出了一维电磁脉冲模拟器的概念，并从理论上对电磁脉冲在一维结构上的感应电流进行了计算，结果分析说明了建立一维电磁脉冲模拟设备的可行性，并对该模拟器设计中的几个问题进行了讨论。     

系统电磁脉冲空间电荷层振荡特性理论

从电磁场理论出发,给出了发射电子为单能条件下系统电磁脉冲(SGEMP)空间电荷层振荡特性的解析求解方法,得到了空间电荷层的振荡频率和振荡幅度的解析式,其结果与用等离子体理论求解得到的结果一致。通过本文的研究工作,可以进一步认识发射电子为单能条件下SGEMP中的空间电荷层问题,该问题可以分别用电磁场理论和等离子体理论处理。     

有耗介质完全匹配层在时域多分辨分析中的应用

 对无耗和有耗介质中的完全匹配问题进行了研究,将广义完全匹配吸收层(GPML)应用到时域多分辨分析（MRTD）中。GPML是在扩展坐标系下由Maxwell方程得到的,在MRTD中实现对GPML的求解,并在频域对GPML进行了有效性分析,得出了GPML在不同空间步长和不同吸收层厚度情况下入射波由真空入射到吸收层的反射系数在频域的分布,并给出了有耗介质中GPML吸收效果的例子。结果表明,GPML的反射系数在一定频率范围内小于-40 dB,且随着计算空间步长的减小和吸收层厚度的增加而减小。GPML既可以用来截断无耗介质也可以用来截断有耗介质,为时域多分辨分析方法提供了一种较为通用的吸收边界。     

深空核爆电磁脉冲壳模型下的电子运动规律

 采用壳模型分析了深空核爆的电子运动规律,对深空核爆电磁脉冲的形成机理进行了初步研究。考虑MeV量级出射电子的相对论效应,在相对论框架下进行了电子运动过程的推导。计算了空间电荷层限制的形成时间,并提出一旦形成空间电荷限制,后续状态满足准静态近似条件。在此基础上,推导了空间电荷振荡的频率,并与半数值计算的结果进行比对,二者符合得较好。计算表明,远场达到峰值的时间与爆炸当量、电子初始动能和弹体半径等参数密切相关,电场峰值总是出现在核反应极大值之前,并且在空间电荷层限制的形成时间附近。     

电磁脉冲对细线耦合的时域多分辨分析

 对利用时域多分辨分析(MRTD)方法计算电磁脉冲(EMP)与细线耦合的问题进行了研究。将传统Holland细线算法应用到时域多分辨分析当中,推导出了MRTD方法中对细线结构处理的一种算法,并给出了具体的计算步骤和相关参数的选取方法。计算表明,采用MRTD方法计算细线问题,可以取较大的空间步长,一般可以取到最短工作波长的1/4左右,有效地节约了计算资源;MRTD方法也可以较方便地处理细线位于大地附近的情况,为计算地面铺设较长细线的EMP耦合提供了一种途径。