五模声学超表面理论分析与定向反射声学仿真*

以广义斯奈尔定律为理论依据,对五模声学超表面定向反射的基本原理进行了解析推导和理论分析,获得了五模超表面的理想连续物性参数分布,并给出了五模超表面尺寸设计准则;然后将超表面离散,获得离散单胞的密度和体积模量,并以此为目标进行五模微结构设计,采用均匀化理论计算微结构的等效物性参数;最后,进行了水下声场的声波定向反射调控仿真实验,研究了入射波频率对超表面定向反射性能的影响,仿真结果展现了五模超表面宽频有效的声波调控能力以及调控的可靠性和准确性。本文的研究工作为五模声学超表面的设计和物理实现提供理论指导。     

导数在最优化问题中的运用

导数是微积分的重要基础概念之一,反映的是一个量随另一个量变化的快慢程度。因此在数学上导数是研究函数图像与性质的一个非常重要的工具,在研究函数的过程中有着不可替代的作用。在物理学领域可以表示为瞬时速度或加速度;在经济学中常用来进行边际分析,以便做出最优生产决策。“变”是客观世界的基本属性,任何变化的事物,都可以通过导数求出它们的“瞬态”。从多角度举例说明导数在不同领域中的广泛运用。     

川东地区龙潭组页岩气成藏地质条件与有利区评价

为查明川东地区龙潭组泥页岩成藏地质条件,对泥页岩沉积环境、有机质丰度、泥页岩厚度、有机质热演化程度、储集空间类型及孔渗性等烃源及储集条件进行进行分析。结果表明:川东地区龙潭组富有机质泥页岩形成于浅水陆棚及深水陆棚还原性沉积水体,泥页岩厚度以开江—云阳地区为中心向四周减薄,泥页岩平均厚度在50 m以上,有机质丰度介于0.47%～12.3%,平均含量为3.86%,开江—云阳一带有机质平均含量最高。有机质显微组分主要为镜质组及惰质组,干酪根δ~(13)Cker介于-28.4‰～-22.1‰,表明干酪根类型主要为Ⅲ型,有机质来源主要为高等植物。有机质成熟度呈现区域性差异变化,华蓥山地区有机质镜质体反射率介于0.84%～1.46%,平均为1.09%,处于低成熟阶段,其他地区有机质镜质体发射率介于2.23%～3.14%,平均为2.73%,处于过高-成熟阶段,生烃强度大,显示了良好的生烃条件。储层黏土矿物含量普遍较高,主要储集空间为无机质孔隙及微裂缝,有机质孔少量发育,泥页岩总孔体积及比表面积大,其中中孔对总孔体积及比表面积的贡献最大,渗透率适中,裂缝的存在有效改善储层渗透性。综合生烃及储集条件认为,川东地区东北部的开江—云阳地区为龙潭组泥页岩勘探的最有利区。     

紧凑型纳秒高压脉冲发生器研制

研制了一台紧凑型纳秒高压脉冲发生器。该发生器主要由铁芯变压器、脉冲形成线、油间隙自击穿开关组成。在变压器和形成线之间加入了一个50 pF的谐振电容和1.15 mH的谐振电感,通过三谐振设计,使发生器在不降低输出电压的情况下,降低了变压器次级绕组的电压,实现了脉冲发生器小型化。对该发生器进行了详细的设计、模拟和实验,结果表明：该发生器可在二极管上输出峰值约500 kV、脉宽2.2 ns的高压脉冲;电子束二极管产生的X射线在距二极管靶窗20 cm处辐射剂量为20 mR,可用于辐射探测系统闪烁体的时间响应测量。     

0.1 Hz 800 kA驱动源模块研制

介绍了面向Z箍缩驱动聚变裂变混合堆（Z-FFR）能源的重复频率800 kA快上升沿的线性变压器驱动源（LTD）模块的设计和测试。LTD模块由34组RLC电路组成,每组包含2台100 kV/40 nF脉冲电容器、1个多间隙气体开关和非晶磁芯。研制的模块可以在匹配水电阻负载上以0.1 Hz的重复频率输出上升沿约100 ns的800 kA的电流脉冲。采用了一个高压触发信号来触发整个模块的新触发方式,将外触发信号通过模块内布置的角向传输线等网络同时到达并触发所有的高压开关,实验结果表明采用一路140 kV、25 ns前沿的触发脉冲可以可靠地触发整个模块。为了保证LTD模块每10 s输出一个80 kV/800 kA的电流脉冲,非晶磁芯的去磁复位采用了一个5.2 kA、脉宽30 ??s的电流脉冲,其运行频率为0.1 Hz。模块采用的多间隙气体开关运行寿命超过10 000次,其抖动小于3 ns。     

用于LTD模块的多间隙气体开关

针对800 kA,0.1 Hz重复频率LTD模块设计新的多间隙气体开关,要求在较高工作电压(高于80 kV)和较低工作系数(低于70%)下抖动优于2 ns。通过电场仿真分析,优化了气体开关电极形状。串联间隙从4个增加为6个,总间隙长度为36 mm,充电100 kV、触发100 kV时触发间隙场畸变系数为3.98。实验表明,新气体开关静态自击穿性能稳定,动态触发性能可靠。充电90 kV、工作系数60%时击穿延时40.1 ns,抖动1.3 ns。     

多间隙气体开关电晕均压结构优化

电晕针均压的多间隙气体开关,其各间隙电晕电流一致性会直接影响开关的耐压稳定性。在工作气压0.1,0.2,0.3,0.4 MPa条件下,实验测量了六间隙气体开关在不同电压下的各间隙电晕电流。结果显示,针-板间隙电晕电流明显高于针-杆间隙电晕电流。对针-板间隙进行结构调整并进行三维静电场仿真。对调整结构后的针-板间隙进行电晕电流测试,测试数据的变化趋势与仿真结果相符。基于实验和仿真结果,优化了针-板间隙中电晕针的高度,充电25 kV时,开关各间隙电晕电流的相对标准偏差最大为8%。     

Z-pinch内爆等离子体时空分辨诊断技术

为了深入认识和理解Z-pinch物理机制并对物理实验进行优化设计,需要研究内爆等离子体及其辐射的时空分布特性诊断技术,建立诊断装置与设备,通过实验研究等离子体内爆时间过程及其空间分布特性,利用所获得的实验诊断数据校核数值模拟程序。简要介绍近几年开展的X光空间积分功率谱测量、X光时间积分针孔照相、X光时分幅针孔照相、X光时间分辨1维空间分布、紫外探针阴影照相等时空分辨诊断技术研究工作,并给出在1~3 MA电流驱动装置上进行的喷气和丝阵内爆实验中获得的部分时空分辨诊断结果,包括辐射功率、拉链速度、内爆速度、收缩比等。     

1维时空分辨X光辐射功率图像的处理方法

在Z-pinch实验物理诊断中使用底片记录1维时空分辨X光功率图像,利用模拟底片能量响应曲线对实验获得的X光功率图像进行了变换,以闪烁体X光功率谱仪获得的X光波形为参考,将变换后的图像沿空间轴积分,并将所得波形与参考波形相比较,两条曲线基本一致,表明所使用的模拟能量响应曲线具有较好的近似效果。