含氘电极真空弧等离子体空间分布特性诊断研究

真空弧放电等离子体含有多种离子成分,并且各离子在空间上具有不同的分布规律.本文针对金属氘化物电极真空弧离子源,搭建了一台紧凑型磁分析装置,用来研究放电等离子体中氘离子与金属离子的空间分布.当离子源弧流为100 A左右时,该装置能有效地传输引出束流,并且具有较好的二次电子抑制效果,可准确获得各离子流强.利用该装置测量并获得了氘化钛含氘电极真空弧放电等离子体内氘离子和钛离子空间分布规律,结果表明:径向上,氘离子和钛离子都呈高斯分布,但氘离子分布均匀,而钛离子相对集中在轴线附近,导致轴线附近氘离子比例最低;轴向上,所有离子数量都以自然指数函数减少,而且相对幅度接近,所以氘离子比例几乎不变.本文研究结果不仅有助于理解真空弧放电等离子体膨胀过程,还可以指导金属氘化物电极真空弧离子源及其引出设计.     

中能质子注量率测量

质子是太空辐射环境中的主要粒子成分,随着半导体工艺向着小尺寸高集成度方向不断发展,质子单粒子效应不容忽视.通过加速器模拟空间辐射进行地面实验是评价质子单粒子效应最重要的手段,质子注量率的准确测量是器件考核评估过程中最关键的环节.本文基于原子能院100MeV质子单粒子效应辐照装置,突破了宽量程中能质子注量率测量技术,开发了法拉第筒、塑料闪烁体探测器和二次电子发射监督器等探测工具,可以对束流进行宽量程范围准确测量,解决了质子注量率在10~6—10~7 p·cm^-2·s^-1范围内难以测量的关键难题,并进行了注量率不确定度的分析研究,同一注量率下法拉第筒和塑料闪烁体探测器的实验测量误差与理论分析误差相符.对中能质子注量率测量达到了国际同类装置水平.该研究建立的中能质子注量率测量系统和不确定度分析方法,为准确评估元器件辐射效应奠定了基础.     

注氢铁基二元合金中辐照位错环演化及退火温度影响研究

本文基于注氢纯铁和铁基二元合金(Fe-3%Cr、Fe-1.4%Ni和Fe-1.4%Mn,质量分数)开展常规透射电镜(200 kV)的原位表征观察,揭示了材料中辐照位错环的形态、尺寸演化行为及退火温度影响,并依据辐照损伤演化理论、退火过程中位错环平均尺寸变化推断得到空位型位错环形成温度的范围.注氢纯铁中空位型位错环的形成温度(T_c)约为500℃;添加Ni可使T_c降低至～450℃,添加Cr可使T_c升高至600℃以上,而Mn的作用与Cr相似,亦可使T_c升高.注氘实验和热脱附谱分析进一步表明,纯铁和铁基二元合金中空位型位错环的形成温度受氢同位素与空位结合、释放过程影响.合金元素Ni对氢同位素与空位的结合、释放有促进作用,故导致T_c降低;而Cr和Mn均对氢同位素与空位的结合、释放产生抑制作用,故导致T_c升高.本文展示的有关合金元素对空位型位错环形成温度影响的研究将有助于更深刻理解铁基合金体系中损伤结构演化和辐照肿胀产生机理.     

具有不同交换偏置方向的外延FeGa/IrMn双层膜的磁各向异性与磁化翻转

采用磁控溅射方法在MgO(001)单晶衬底上制备了交换偏置分别沿着FeGa [100]和[110]方向的FeGa/IrMn外延交换偏置双层膜,研究了交换偏置取向对磁化翻转过程与磁化翻转场的影响.铁磁共振场的角度依赖关系的测量与拟合,表明样品存在不同取向的四重对称磁晶各向异性、单向交换磁各向异性和单轴磁各向异性的叠加.矢量磁光克尔效应测量表明交换偏置沿着[100]方向的样品在不同磁场方向下表现矩形、非对称和单边两步磁滞回线;交换偏置沿着[110]方向的样品在不同磁场方向下表现单边两步和双边两步磁滞回线.考虑不同交换偏置方向的畴壁形核和位移模型,能够很好地解释磁化翻转路径随磁场方向的变化规律和拟合磁化翻转场的角度依赖关系,表明交换偏置方向的改变使得畴壁形核能发生显著变化.     

磁振子宏观效应以及热扰动场对反磁化的影响

热扰动导致的磁反转是越过能量势垒的不可逆反转,称为热助隧穿.本文研究Pr-Fe-B磁体热扰动导致的磁反转弛豫现象,反转磁矩与时间自然对数关系可表示为与能垒之间的关系,因此反磁化弛豫现象可用磁振子按能量的玻色统计分布率来解释,是磁振子宏观效应的体现.反磁化不可逆过程的临界尺寸为纳米级,与理论磁畴壁尺寸接近,证实热扰动反磁化经过磁畴壁形核去钉扎过程.在实空间反磁化耦合体积增大能减小磁振子隧穿的反磁化概率,热扰动场减小;热扰动后效场测量值与热扰动场计算值基本是一致的.温度升高,热扰动能量增大,由于耦合作用热扰动后效场有所减小,但热扰动后效场相对于矫顽力的作用增大.     

用于磁旋转光谱的环形永磁阵列的匀场分布仿真优化

法拉第磁旋转光谱(Faraday rotation spectroscopy, FRS)技术因其高灵敏度,零背景噪声,以及能有效避免抗磁性物质干扰的特性广泛应用于各类顺磁性痕量气体的探测.目前大部分FRS技术采用线圈构造电磁场,存在能耗高、发热多等问题.为此,开展了基于组合环形永磁体的空间磁场分布建模仿真研究,意在建立轴向分布的磁场,为测量FRS提供基于永磁体的沿光轴方向的匀强磁场.仿真采用有限元网格剖分的方法,基于麦克斯韦方程组,开展组合磁环的磁场分布仿真研究,并通过实验测量实际钕铁硼永磁体磁环阵列的磁场分布,证明了建立物理模型的可靠性.在此基础上提出了对永磁体磁环阵列的3种优化方案—单理想值优化、多段式单理想值优化和梯度优化方案,来构造中心轴线磁感应强度分布均匀的匀强磁场.最后通过引入磁场均匀度,计算评估并分析比较了不同优化方案的优化效果,为研发基于永磁体的FRS光谱设备提供参考.     

一种适用于磁流体力学切向间断的HLLC黎曼算子

磁场的存在使得磁流体力学特征波模不同于流体力学, 因此直接由流体力学HLLC黎曼算子导出的HLLC双中间态在交界的间断面会出现不守恒的问题。通常降级采用HLL单磁场中间态代替HLLC双磁场中间态以实现守恒和计算稳定, 代价是切向间断的模拟精度不足。本文对此进行改进, 在模拟切向间断时仍然保留原有的HLLC双磁场中间态, 同时各守恒量仍然能够满足Toro相容条件; 改进型HLLC算子在间断两侧的磁场分量存在差异, 因此能够更精确还原切向间断面。基于数值测试, 包括一维激波管和切向间断的时变模拟, 以及地球磁层三维数值模拟, 将模拟结果进行对比, 结果表明: 相比于已发展的HLLC算子, 改进型HLLC算子对切向间断具有更好的捕捉精度, 能够达到或接近耗时更多的HLLD算子的模拟精度。     

基于动态磁聚焦的CT球管飞焦点研究

作为CT设备的核心器件,CT球管采用动态磁聚焦技术以利于大电流输出时小焦点的实现。飞焦点技术可以多角度记录每次扫描的每个投影,提高采样率,从而大幅改善图像清晰度,提高成像质量。当CT球管为1 A大电流输出时,采用CST软件对双磁四极透镜关键参数进行模拟仿真及优化,满足焦点目标尺寸为0.2 mm×0.6 mm的同时具备飞焦点功能。     

CSNS四极铁标定方案分析

围绕CSNS 四极铁的中心引出标定方案进行研究,重点分析基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值;同时对每块磁铁进行两遍旋转中心和机械中心标定,比较其中心偏差标准值,分析结果表明:基于测磁平台获得的四极铁磁中心和旋转中心的偏差标准值为0.1 mm;通过两遍旋转和机械中心标定,获得的CSNS四极铁的标定重复性精度在0.03 mm之内;旋转和机械中心的 偏差标准值为0.1 mm。因此同类型、同准直精度要求的设备准直在无法实施磁中心标定情况下,不能直接用机械中心代替旋转中心标定,而采用旋转中心标定,再叠加旋转和磁中心偏差进行改正的标定方案则能很好地满足当前设备准直的精度要求。     

一种固态化瞬态强场测试平台研制

随脉冲功率技术向高重复频率、长寿命等方向发展,储能元件和开关元件在瞬态强场条件下的稳定性能检测十分必要。基于固态开关技术研制了一种百kV,μs时间尺度下的瞬态强场测试平台,主要由高压直流充电电源、初级单元、脉冲变压器、磁脉冲压缩网络、复位系统和测试腔体组成,实现了一体化结构,使用便利。首先,针对电容器测试条件,建立了完整的电路模型,详细设计了系统中各关键参量;然后,利用晶闸管组件作为初级单元控制开关,利用磁开关进行两级脉冲压缩,建立了实验装置;最后,给出了40 nF小批量陶瓷电容器的典型实验测试结果,测试电压50 kV,脉冲宽度1 μs,重复频率10 Hz,运行时间85 min（对应51 000个脉冲）,平台稳定可靠性良好,为后续开展相关测试研究奠定了基础。