线性电子枪的计算机辅助设计与实验研究

为满足实验研究工作的需要,采用计算机辅助设计,完成了线性电子枪的结构设计。为使电子枪形成的电子束偏转１８０°或２７０°来加热金属,又进行了线圈磁场的理论计算,并采用等Ｂ磁铁设计,产生满足要求的均匀磁场。通过计算,分析了电子枪结构参数与束流特性的关系及磁靴结构与磁场强度的关系。在理论分析的基础上,进行了大量实验研究,最后得到了满足设计要求的电子枪。     

考虑液面凹陷时金属熔化与蒸发的数值研究

将关于液面凹陷的Young-Laplace方程与关于金属溶池的流体力学方程组及关于金属蒸发的ＢＧＫ方程联立求解，在给定的电子枪加热条件下，获得了熔池流场和温度场图像及金属蒸气密度、速度和温度分布.数值计算结果表明，随电子枪功率增加，金属的蒸发速率增加，蒸气的密度增大、温度降低而速度升高.与假设液面为平面的情况相比，考虑液面凹陷后求得的液面温度较低，金属的蒸发速率较小，并且这种差别随电子枪功率的增加而扩大.因此对于高功率电子枪加热金属蒸发，必须考虑液面凹陷的影响才能得到符合实际的结果. 关键词： 液面凹陷 Young-Laplace方程 熔池 金属蒸发     

考虑碰撞的j×B方法离子引出的数值模拟

原子蒸气激光分离同位素 (AVL IS)离子引出有许多种方法 ,j× B驱动方法是一种新方法。研究该方法考虑离子碰撞时的物理模型 ,并用二维流体理论电子平衡模型对j× B驱动方法进行数值收集模拟 ,与不考虑碰撞时的结果进行比较。模拟结果表明 ,该引出方法中的碰撞效应不可忽略。模拟了电子温度 ,初始原子密度和驱动线电流变化率对离子引出时间和碰撞损失率的影响 ,并与平行板电场法和改进 M型电极法进行了比较 :j× B驱动电极法在引出时间上要比改进 M型电极法和平行板电极法要短得多 ,但碰撞损失率略大。总体上 j× B驱动方法有自己明显的优势     

激光原子法同位素分离中三维原子分布函数的计算

在激光同位素分离中 ,激光作用区内原子的密度和速度分布对分离过程有重要影响。目前 ,理论上对这个问题的研究还都限于二维情形。该文根据激光同位素分离装置中激光作用区原子密度较低的特点 ,在忽略原子碰撞的条件下给出了一种计算三维空间内原子速度分布函数的方法。利用该方法对小尺度蒸发实验进行计算所获得的结果在定性和定量上都与实验测量符合的很好。     

平行板静电场法离子引出的对称收集

离子引出的研究在AVLIS工程中有重要的意义，离子引出量和引出时间直接关系到整个系统 的离子收集效率. 在静电场中，由于等离子体屏蔽效应的存在，等离子体电位要高于正、负 极板的电位，而且在靠近正、负极板的两侧均存在鞘层. 理论模拟表明在正极板一边也可以 引出离子. 选取铯（Cs）作为实验对象，研究静电场对Cs等离子体的离子引出，使用安装在 两个极板上的法拉第筒收集离子引出信号. 实验结果表明，正极板确实可以引出离子，随着 外加电压的升高，从正极板一边引出离子的比率降低. 关键词： AVLIS 离子引出 等离子体     

冷热坩埚中电子枪加热金属熔池的数值分析

利用NavierStokes方程在一定的边界条件下求解了电子枪加热长槽形冷、热坩埚中的二维熔池流场,获得了熔池流场的速度和温度分布,并且详细地对比研究了冷、热坩埚中金属熔池的蒸发量与电子枪功率、束宽以及坩埚尺寸的关系.电子枪功率越高、束宽越小(除非小于05mm)、坩埚尺寸越大,则蒸发量越大,电子枪能量的有效利用率也越高.当电子枪束宽较大时,热坩埚的蒸发量较大,而当束宽较小时,冷坩埚的蒸发量较大.计算中对铁、铜、钆和铝等金属熔池进行了数值分析,获得了相似的结果. 关键词： NavierStokes方程 热毛细流 浮力流 金属熔池     

海平面宇宙射线重粒子的质量谱及通量的测量

本文介绍了一个由飞行时间测量系统构成的实验装置,描述了这个实验装置的各个组成部分和它的性能,并给出了海平面宇宙射线重粒子的质量谱及通量的测量结果。     

激光感生荧光法测量金属原子蒸气横向速度分布

了解原子蒸气的密度、速度和温度分布对提高原子法激光分离同位素 (AVL IS)的分离效率起着重要作用。该实验采用激光感生荧光法和高灵敏度的线阵 CCD测量了线源蒸发钆金属原子蒸气的横向速度分布。通过实验证实了在线源蒸发的情况下 ,原子蒸气横向平均速度随横轴线性增加 ,横向速度分布近似服从 Maxwell分布。离蒸发对称面越远横向速度分布的半宽度越大 ,这表明离蒸发对称面越远原子热运动越激烈。而原子束横向平均速度随电子枪加热功率增加而增加 ,并且趋向于一饱和值。这是由于原子束平均速度取决于蒸发表面的温度 ,而液面温度随电子枪功率增加是有限的。     

电子枪加热坩埚含有固-液界面熔池的传热研究

电子枪加热坩埚熔池高温蒸发是原子蒸气激光同位素分离（ＡＶＬＩＳ）铀循环系统的一个重要环节。为研究电子枪功率与束宽对熔池的流场、温度场分布的影响,从动量及能量方程出发,研究了电子枪加热坩埚内含有固—液界面熔池的传热特性,熔池中流场及温度场变化,固—液界面形状,表面环流,以及传热特性与金属原子蒸发量的关系。并得出电子枪束宽过窄,电子枪功率密度高于１５ ｋＷ／ｃｍ ２ 时,会使导热损失增加、蒸发量减少的结论。     

二维无碰撞离子引出过程的数值模拟

利用流体理论电子平衡模型，对二维不考虑带电粒子碰撞的激光分离同位素（ＡＶＬＩＳ）离子引出过程进行了数值模拟，包括对不同收集方式进行了模拟和对比，研究了离子引出过程中的物理机理及物理量的空间分布特点，表明等离子体电位略高于阳极电位，并在离子引出过程中基本保持不变；电子温度越高等离子体电位越高，离子引出时间越短；对称收集方式的离子引出时间短且离子逃逸量也少。