氢原子束在大气长程传输中的剥离效应

考虑到中性粒子束对近地轨道太空垃圾的清理作用以及在太空探索中的潜在应用前景,研究了中性粒子束在亚轨道空间长程传输过程中影响束流能量和密度损失的主要物理机制,重点分析了剥离效应对束流损耗的影响。中性束剥离效应包括束流粒子之间碰撞导致的自剥离效应和其与大气粒子碰撞导致的剥离效应。以束密度随传播距离变化的方程为基础,通过引用几何因子来表征束流的自剥离效应强度,建立了剥离效应机制下束流的传输模型,由此评估了束流自剥离效应在中性束长程传输中对传输距离的影响关系。研究结果表明,在固定的高度,当中性束密度大于空气粒子密度时,自剥离效应的影响将非常突出,随着传输高度的升高,即使束密度和空气密度同时降低维持量级一致,自剥离效应对传输距离的影响在大几何因子的情况下仍会增强。     

磁压对级联爆磁压缩脉冲发生器性能的影响

为了研究负载为mH量级的间接馈电两级级联柱-锥构型的爆磁压缩产生器的基本物理过程和能量转换机理,利用描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序MFCG(Ⅴ),以实验模型结构参数为基础模拟计算了一系列模型,分析了磁压对金属套筒径向膨胀速度及膨胀过程的影响。计算结果表明：套筒的径向膨胀速度取决于爆轰压与磁压的共同作用,在爆磁压缩过程的绝大部分时间里,向外膨胀的爆轰压都远大于向内压缩的磁压,因而套筒的径向膨胀速度主要是由爆轰压决定;但是在功率放大级的后半段,也就是发生器电流增长最快阶段,磁压也迅速增长,它的增长大大降低了套筒的径向膨胀速度;在功率放大级的后期,磁压已经超过爆轰压,它对系统设计的影响已经不能完全忽略。     

周期永磁环爆磁压缩发生器

首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器,该结构由4节永磁环正反排到组成。阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点,并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程,得到了基本的电流变化关系。 分析及数值计算结果表明：这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大,在磁化电流为0.13 MA,磁化回路负载电感为1.0 μH条件下,最终输出电流可达0.16 MA。周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源,这种概念设计值得进行进一步的实验探索。     

电子束长程传输中离子通道的振荡特性研究

离子通道可以有效抑制电子束在等离子体环境内传输过程中的径向扩散,已有工作研究了离子通道对电子束的影响,但离子通道建立过程和暂态特性研究则更有助于理解和利用离子通道在电子束长程传输中的作用。本文利用PIC方法对离子通道的时空分布进行二维模拟,并基于单粒子理论推导出描述离子通道振荡的解析模型,对上述两种模型的结果相互校验。上述模型的计算结果表明,在长程传输过程中,相对论电子束在等离子体内部建立的离子通道是持续周期振荡的,电子束密度、电子束初始半径以及环境等离子体密度都会对离子通道的振荡规律产生影响,针对不同的等离子体环境选择合适的电子束参数可以有效提高离子通道的稳定性,进而提升传输过程中电子束的束流质量。     

减反膜对单晶硅太阳能电池性能的影响分析

在太阳能电池效率的评价中,电池材料、掺杂浓度、扩散长度等都是比较重要的参数,合理地改变相关参数可以优化太阳能电池的性能,提高电池效率。此外,在太阳能电池表面镀一层具有减反作用的光学薄膜（简称减反膜）也是提高电池效率的重要手段。以提高电池效率为目标,对单晶硅太阳能电池的掺杂浓度和扩散长度等微观参数进行计算优化,分析了掺杂浓度和扩散长度变化对电池效率的影响。并在此基础上分析了不同类型的减反膜对于电池效率的影响,给出了最佳减反膜材料及其膜系厚度,并且结合镀膜后电池量子效率的变化验证了其准确性。结果表明,在优化电池掺杂浓度和扩散长度的基础上,选择合适的减反膜,电池效率最高可达20.35%,相比于优化前提高了8.25%。     

用周期铁磁结构环作磁累积发生器的初始能源

 首先推导了描述铁磁体的磁场方程，并分析计算了圆筒型周期性永磁结构环内部所携带的磁能，研究了磁能与永磁体质量的关系。分析表明，采用内外径分别为60和90mm、长为60mm、质量约为30kg的四级周期永磁结构能够提供1kJ左右的磁能。这种结构有可能成为间接馈电磁累积发生器的初始能源。     

二维磁流体力学程序MFCGⅢ计算结果与测试结果的对比分析

 根据磁场、流函数和感应电流的解析公式，研制了间接馈电爆磁压缩发生器充电和爆磁压缩过程计算程序MFCGⅢ。用MFCGⅢ计算了实验模型，其结果与测试结果符合较好。因此MFCGⅢ可对实验提供优化设计，并且可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题。     

介质表面附近微波大气击穿的理论研究

将麦克斯韦方程组和简化等离子体方程耦合求解, 对介质表面附近大气击穿形成等离子体的过程进行了理论研究. 分别使用一维、二维模型对等离子体的形成过程及等离子体对电磁波的反射、吸收过程进行了模拟研究. 一维计算结果发现在n_e = 0, j = 0两种边界条件下, 虽然形成的等离子体密度分布相差较大, 但二者得到的微波反射、吸收、透射波形彼此相差不大. 初始电子数密度厚度为20 mm的条件下, 得到界面附近的等离子体密度大于5 mm厚度的情况. 二维计算结果发现, 由于TE10模在波导中心位置处的微波电场最强, 电子碰撞电离首先在中心位置处形成等离子体, 当等离子体密度达到一定值(临界密度附近)时, 波导中心介质表面处微波场强减小, 等离子体区域沿着介质表面向两侧移动. TE10模在波导边缘处微波电场强度小于击穿阈值, 因此等离子体区域不可能移动到波导边缘附近.     

氮气开关流柱形成过程的理论研究

使用蒙特卡罗-粒子模拟方法对氮气开关中的流柱形成过程进行模拟, 并结合计算结果对其进行理论分析. 发现在流柱击穿发生前(即空间电荷场远小于本底电场), 等离子体的电离频率、电子平均能量及其迁移速度等都近似为常数, 因此可以解析求解电子数密度方程对等离子体的演化行为进行分析. 在击穿发生后, 随机碰撞过程会破坏初始等离子体区域分布的对称性, 并出现分叉的等离子体区域结构. 在放电过程中, 随着等离子体密度增加, 其内部基本保持电中性且电场不断减小, 靠近阴阳极两端电荷分离产生的净电荷密度不断增加, 场强也不断增加, 且靠近阳极端的电荷密度(绝对值)和场强都大于阴极端. 通过改变极板间电压发现, 平均电子能量随极板间场强增加而增加, 电子迁移速度随着场强近似线性增加, 电离频率随场强的变化快慢介于E⁴与E⁵之间.