强流激光离子源中的等离子体参数诊断

强流激光离子源是最有希望为重离子聚变直线感应加速器提供离子的离子源之一。离子源内等离子体决定了离子源性能和引出品质,为了了解强流激光离子源内等离子体参数,采用发射光谱和ICCD成像的方法对该离子源中的等离子体进行了诊断。该离子源由一台四倍频的266 nm Nd:YAG激光器和Cu靶组成,激光束经过透镜聚焦后照射在Cu靶上产生等离子体,激光打靶能量密度约为108 W/cm2,持续时间15 ns。ICCD相机拍摄了激光照射后等离子体的膨胀过程,初始时刻等离子体垂直表面喷射,膨胀速度约为1 cm/s。光谱仪测量了离子发射光谱,谱线主要由Cu原子的Cu Ⅰ谱线和Cu+离子的Cu Ⅱ谱线组成。采用Boltzmann图法得到膨胀等离子体电子激发温度约为1 eV,采用Stark展宽法得到电子密度约为1016 cm-3。     

陶瓷介质在固态脉冲形成线中的应用

开展了固态脉冲形成线相关材料的研究,基于脉冲形成线的特性参数与材料介电性能之间的关联性,可实现固态脉冲形成线材料的筛选和评估。对不同类型材料介电性能的比较和固态脉冲形成线性能的分析表明:介电常数可调的微波陶瓷是制备固态脉冲形成线较为理想的材料。以Ba-Nb-Ti微波陶瓷制备的固态脉冲形成线可获得高压脉冲前沿5~6 ns,脉宽为13 ns,脉冲平顶为5~6 ns,击穿场强超过17.5 kV/mm。     

Penning型负氢离子源诊断

 为了给小型医用回旋加速器提供负氢离子,研制了一台Penning型负氢离子源。采用发射光谱法对该负氢离子源进行了诊断,同时结合离子源功率变化对离子源工作状态进行了分析。实验测量了不同氢气流量、离子源弧流及磁场条件下,该离子源等离子体氢原子巴尔末系中前三条谱线的相对光强和离子源功率变化,分析了不同工作条件对离子源工作状态的影响。结果表明：在可调节范围内,该离子源的工作状态主要受氢气流量的影响,对离子源弧流及磁场的变化不敏感。     

MHz重频双极性脉冲感应加速组元研制

采用感应同步加速原理,能在MHz重复频率下连续运行的双极性脉冲感应加速单元可以替代传统的射频加速单元应用于环形加速器中。针对MHz重频双极性脉冲功率源设计、感应腔负载特性等关键技术开展了实验研究,研制了一套MHz重频双极性脉冲感应加速单元。相比于日本高能加速器研究机构（KEK）研制的感应同步加速单元,该加速单元对电路结构进行了优化, 在加速脉冲具备相同顶降的前提下,将加速腔纵向尺寸缩小了5倍以上,可有效改善现有脉冲感应加速单元在加速电压调节方面的局限性,提高了功率系统的稳定性,减小了组元连续运行时的功率损耗,更加适应各类环形加速器对重频脉冲感应加速组元的应用需求。     

X光转换靶区物理现象研究

描述了束靶作用产生X光的同时伴随有回流离子、回流颗粒的产生及对加速器品质的影响;利用激光干涉法测量等离子体(回流离子)的性能参数,得到靶前等离子体的密度为1022/m3;利用高速分幅相机测量回流颗粒运动速度为2～4km/s,根据该结果,设计3种快门阻挡回流颗粒;最后给出多脉冲下X光转换靶的物理设计,即泡沫靶和叠靶(复合靶)。     

Mode Transition of Vacuum Arc Discharge and Its Effect on Ion Current

The mode transition of a pulsed vacuum arc discharge, which is from vacuum surface flashover to non-surface vacuum breakdown or vice versa, is studied by simply adjusting a trigger resistor. This approach provides a possibility to research the transition discharge process. Since the transition process is smooth and controllable, the transition mechanism and its effect on the performance of an ion source can be investigated via various diagnosis experiments. The experimental results show that the mode transition occurs when the resistance is in the range of 0- 10Ω. With the mode transition from surface flashover to non-surface vacuum breakdown, the vacuum arc discharge becomes more intense and the ion current produced by the Ti cathode ion source increases by two times. The related physical mechanism is also discussed in detail.     

Axial electric wake field inside the induction gap exited by the intense electron beam

While an intense electron beam passes through the accelerating gaps of a linear induction accelerator, a strong wake field will be excited. In this paper a relatively simple model is established based on the interaction between the transverse magnetic wake field and the electron beam, and the numerical calculation in succession generates a magnetic wake field distribution along the accelerator and along the beam pulse as well. The axial electric wake field is derived based on the relation between field components of a resonant mode. According to some principles in existence, the influence of this field on the high voltage properties of the induction gap is analyzed. The Dragon-I accelerator is taken as an example, and its maximum electric wake field is about 17 kV/cm, which means the effect of the wake field is noticeable.     

12MeV LIA轫致辐射靶面回流离子测量

 强流高功率脉冲电子束聚焦成mm量级的束斑后，打击到轫致辐射靶的过程中会产生回流离子，它会导致电子束被提前聚焦，在预定的靶面形成散焦。描述了法拉第筒对12MeV 直线感应加速器的轫致辐射靶面可能产生的离子及其参数进行的实验测量，并对实验结果进行了分析讨论。结果表明在靶前60°~70°方向未发现回流离子。     

Corkscrew运动影响束流发射度的数值分析

 根据Corkscrew运动的特征,建立了束心Corkscrew运动及其对束流发射度的影响的理论模型,并进行了数值计算,揭示了束心Corkscrew运动造成束流积分发射度增长的一般规律,分析了有关参数对积分发射度的影响。计算结果显示,束心Corkscrew运动是叠加在束心平均偏轴上的一种横向运动,同时也是一种色散效应。虽然束心Corkscrew运动与束心平均偏轴具有很多相同的激励因素,但二者具有截然不同的机理。束流的能散度和初始入射角是Corkscrew运动的两个基本因素,而传输磁场、线圈磁轴倾斜及线圈安装方式对Corkscrew运动的幅度和频率构成较大的影响,并引起束流发射度的增长。只要存在初始入射角、初始入射偏轴或线圈磁轴倾斜中的任何一种因素,就会出现束心偏轴。在数值分析的基础上,针对减小束心Corkscrew运动和束轴的偏心提出了相应的抑制措施。     

真空弧放电TiH合金阴极表面形貌分析

TiH合金电极是一种含氢量非常高的金属材料,用它作真空弧离子源的电极,可在真空环境下产生强度非常高的氢离子流。相比纯金属材料电极,TiH电极除了出现真空弧放电特有的融蚀现象外,还存在气体释放过程,所以它的表面形貌具有一定的独特性。利用扫描电子显微镜观察了单次放电和多次放电后阴极表面形貌,发现阴极斑在阴极表面微裂纹附近连续分布,气体释放生成很多小孔,使阴极斑区域呈絮状结构;弧流越大,阴极斑数量越多;多次放电后,阴极斑朝含氢量多的地方移动。该结果有助于了解含氢电极的真空弧放电过程,对该类放电的应用具有一定参考意义。