受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之五)

 五、如何达到点火温度核聚变研究的重要目标之一是设法把等离子体的温度提高到10keV以上.这是实现聚变点火必不可少的基本条件之一.主要的加热手段包括欧姆加热,高能中性粒子束注入加热,大功率射频波加热,绝热压缩加热和α粒子加热等.1.欧姆加热的原理及其局限性众所周知,等离子体是良导体,但具有一定的电阻,一旦有电流通过,因电阻效应而得到了加热.按照欧姆定律,其加热功率密度表示为:P=ηj²,式中η是等离子体电阻率,可表示为η=2.8×10^-8/T（?）（欧姆米）,其中电子温度T_?以keV为单位.这个简单表达式是假定采用氢等离子体、其密度为10²⁰m^-3情况下代入著名的斯必泽公式得到的.从上式中可知,随着等离子体电子温度的不断升高,其电阻率急剧下降,由此引起欧姆加热的功率密度急剧下降.这说明欧姆加热这种方式有局限性.我们知道,所有托卡马克的等离子体最初都由环向的等离子体电流提供欧姆加热.但经过计算表明,仅依靠欧姆加热,其电子温度至多加热到1.5keV左右.为使等离子体达到10keV以上的聚变点火温度,必须在欧姆加热的基础上采用等离子体辅助加热.目前获得成功并受到广泛重视的辅助加热手段有高能中性粒子束注入法和射频波共振吸收法.     

15cm双潘宁离子源

研制了用于核聚变中性束注入加热的15cm双潘宁强流离子源。该源用氢运行,在高压为30kV,脉宽为20ms时,获得引出电流20A,靶功率463kW,半角散1.6°。     

8—14μm混成焦平面阵列的注入效率

1 引言工作波长为8—14μm的混成焦平面阵列是由与硅CCD多路传输器耦合的碲镉汞(MCT)光电二极管构成的,其性能主要取决于注入到CCD的电荷。电荷注入效率η与MCT光电二极管的阻抗R_d和CCD输入场效应晶体管的跨导g_m有关,即η=g_mR_d(g_mR_d+1) (1) 在文献[1]和<23中,常用光电二极管的零偏压阻抗R_0代替工作点阻抗R_d,对η进行估算,尽管它们的量值有差异(即R_0=100k,R_d=350k)。因此,根据下式,可计算出跨导:     

Ce~(3+)注入掺杂金刚石薄膜蓝区电致发光研究

采用微波等离子体化学气相沉积设备在高掺杂硅衬底上沉积了一层金刚石薄膜,然后采用离子注入法在金刚石薄膜中注入不同剂量的Ce3+,从而制备出了Ce3+掺杂的金刚石薄膜.研究了其电致发光特性,得到了发光主峰位于蓝区(476 nm和435 nm处)的光发射.实验中发现随着Ce3+注入剂量的增加,电致发光强度也随之增加.     

等离子体驱动碎片加速器中脉冲充气电磁阀

在等离子体碎片加速器中设计和安装了脉冲充气电磁阀,气体脉冲的上升时间小于0.1ms,脉宽为0.2～2ms之间,一次脉冲进气量是1021～1022个气体分子.阀头的运动可用一组偏微分方程来描述,计算结果可以合理解释充气参数与工作电压关系中的跳变的出现.     

EAST中性束注入快离子损失研究

利用经典导心轨道程序ORBIT,结合平衡程序EFIT和输运程序TRANSP,计算了EAST中性束注入后快离子的损失情况.结果表明,4MW(80keV)氘离子的损失份额为29％,2MW(50keV)氘离子的损失份额为31％,损失的快离子有很强的局域性.     

Power coupler kick of the TRIUMF ICM capture cavities

The TRIUMF Injector CryoModule (ICM) adapted two superconducting single cavities as the capture section for the low injecting energy of 100 keV electrons. Coupler kick induced beam deflection and projected emittance growth are one of the prime concerns of the beam stability, especially at low energies. In low energy applications, the electron velocity changes rapidly inside the cavity, which makes the numerical analysis much more complicated. The commonly used theoretical formulas of the direct integral or the Panofsky-Wenzel theorem is not suitable for the kick calculation of β<1 electrons. Despite that, the above mentioned kick calculation method doesn't consider injecting electron energy, the beam offset due to the coupler kick may not be negligible because of the low injection energy even if the kick is optimized. Thus the beam dynamics code TRACK is used here for the simulation of the power coupler kick perturbation. The coupler kick can be compensated for by a judicious choice of the coupler position in successive cavities from upstream to downstream. The simulation shows that because of the adiabatic damping by the following superconducting 9-cell cavity, even for the worst orbit distortion case after two capture cavities, the kick is still acceptable at the exit of the ICM after reaching 10 MeV. This paper presents the analysis of the transverse kick and the projected emittance growth induced by the coupler for β<1 electrons. The simulated results of the TRIUMF ICM capture cavities are described and presented.     

空穴注入层对蓝色有机电致发光器件性能的影响

以DPVBi为发光层,NPB为空穴传输层,在阳极ITO和NPB之间分别插入不同的空穴注入层CuPc和PEDOT:PSS,制备了两种结构的蓝色有机电致发光器件(OLEDs):ITO/CuPc/NPB/DPVBi/BCP/Alq3/Al和ITO/PEDOT:PSS/NPB/DPVBi/BCP/Alq3/Al,研究了不同空穴注入材料对蓝色OLEDs发光性能的影响,并与没有空穴注入层的器件进行了比较.其中CuPc分别采用旋涂和真空蒸镀两种丁艺,比较了不同成膜工艺对器件发光特性的影响.结果表明:加入空穴注入层的器件比没有空穴注入层器件性能要好,其中插入水溶性CuPc的器件,其发光亮度和效率虽然比蒸镀CuPc器件要低,但比插入PEDOT:PSS 器件发光性能要好.又由于水溶性CuPc采用旋涂工艺成膜,与传统CuPc相比,制备工艺简单,所以为一种不错的空穴注入材料.     

利用NPB/MoO3/NpB作为空穴传输层的低驱动电压的有机发光器件

通过引入(NPB/MoO3)x/NPB作为空穴传输层,获得了低驱动电压的有机电致发光器件(OLEDs),(NPB/MoO3)x为多层结构(x为0,1和2).通过对比发现,在相同亮度下,x=1对应的器件具有最低的工作电压.这是由于在NPB和MoO3之间产生了电荷转移复合物(charge transfer,CT),这将会降低器件的空穴注入势垒,从而降低其工作电压,文中所研究器件为基于8-羟基喹啉铝(tris(8-hydroxyquino-line)aluminum,Alq3)的绿光器件.与x=0时的普通器件相比,在亮度为1 000 cd·m-2时,x=1时的工作电压降低了 0.8 V.     

GaAs自旋注入及巨霍尔效应的研究

在自旋电子学研究中,一般以超晶格结构、自旋阀、隧道结来实现,另一种自旋注入典型方法是稀磁半导体材料,如GaMnAs,本文通过颗粒膜实现自旋注入,利用磁控溅射法将Fe颗粒嵌入GaAs阵体上,制备了(GaAs)₁₉Fe₈₁颗粒膜样品,在室温条件下观测到15 μΩ ·cm最大饱和霍尔电阻率,该效应比纯铁的饱和霍尔电阻率大了一个数量级,成功地实现了自旋注入. 关键词： 自旋注入 颗粒膜 巨霍尔效应