氢原子束在大气长程传输中的剥离效应

考虑到中性粒子束对近地轨道太空垃圾的清理作用以及在太空探索中的潜在应用前景,研究了中性粒子束在亚轨道空间长程传输过程中影响束流能量和密度损失的主要物理机制,重点分析了剥离效应对束流损耗的影响。中性束剥离效应包括束流粒子之间碰撞导致的自剥离效应和其与大气粒子碰撞导致的剥离效应。以束密度随传播距离变化的方程为基础,通过引用几何因子来表征束流的自剥离效应强度,建立了剥离效应机制下束流的传输模型,由此评估了束流自剥离效应在中性束长程传输中对传输距离的影响关系。研究结果表明,在固定的高度,当中性束密度大于空气粒子密度时,自剥离效应的影响将非常突出,随着传输高度的升高,即使束密度和空气密度同时降低维持量级一致,自剥离效应对传输距离的影响在大几何因子的情况下仍会增强。     

减反膜对单晶硅太阳能电池性能的影响分析

在太阳能电池效率的评价中,电池材料、掺杂浓度、扩散长度等都是比较重要的参数,合理地改变相关参数可以优化太阳能电池的性能,提高电池效率。此外,在太阳能电池表面镀一层具有减反作用的光学薄膜（简称减反膜）也是提高电池效率的重要手段。以提高电池效率为目标,对单晶硅太阳能电池的掺杂浓度和扩散长度等微观参数进行计算优化,分析了掺杂浓度和扩散长度变化对电池效率的影响。并在此基础上分析了不同类型的减反膜对于电池效率的影响,给出了最佳减反膜材料及其膜系厚度,并且结合镀膜后电池量子效率的变化验证了其准确性。结果表明,在优化电池掺杂浓度和扩散长度的基础上,选择合适的减反膜,电池效率最高可达20.35%,相比于优化前提高了8.25%。     

电子束长程传输中离子通道的振荡特性研究

离子通道可以有效抑制电子束在等离子体环境内传输过程中的径向扩散,已有工作研究了离子通道对电子束的影响,但离子通道建立过程和暂态特性研究则更有助于理解和利用离子通道在电子束长程传输中的作用。本文利用PIC方法对离子通道的时空分布进行二维模拟,并基于单粒子理论推导出描述离子通道振荡的解析模型,对上述两种模型的结果相互校验。上述模型的计算结果表明,在长程传输过程中,相对论电子束在等离子体内部建立的离子通道是持续周期振荡的,电子束密度、电子束初始半径以及环境等离子体密度都会对离子通道的振荡规律产生影响,针对不同的等离子体环境选择合适的电子束参数可以有效提高离子通道的稳定性,进而提升传输过程中电子束的束流质量。     

内部窗口结构对开孔矩形腔体近场屏蔽效能的影响

针对开孔屏蔽腔体内置窗口的结构特点,采用扩展的传输线方法理论,建立了电偶极子天线照射下计算近场屏蔽效能的等效电路模型,推导了近似计算解析式,并计算分析了内部窗口结构对开孔腔体近场屏蔽效能的影响.结果表明:含内置窗口结构腔体的近场电场屏蔽效能小于远场屏蔽效能,腔体屏蔽效能随窗口宽度的减小而增大,电感窗口使得腔体谐振频率向上偏移,电容窗口使其谐振频率向下偏移.分析结果与CST仿真结果进行了对比,证实本文采用的等效电路方法是有效的.     

CCD电子辐照效应三维蒙特卡罗模拟研究

CCD易受空间环境中高能电子辐射的影响,造成性能下降和工作异常,针对此问题,选取某国产N沟道3相多晶硅交迭栅、帧转移结构CCD开展了电子辐照效应研究。采用三维蒙特卡罗软件FLUKA建立电子辐照CCD的组成材料Si和SiO₂模型,仿真模拟电子和材料相互作用的物理过程,计算不同能量电子在Si和SiO₂中的总质量阻止本领和射程,与文献理论计算结果对比验证了本文仿真方法的正确性。建立CCD像元阵列的三维模型,模拟计算不同能量电子在CCD中能量沉积过程的影响,以及像元间有无边界对电子在CCD像元中平均原子离位（DPA）的影响,分析了辐照损伤差异产生的机理。结果表明,靠近入射点的像元能量沉积最大处对应的入射电子能量较小;对于无边界像元,电子辐照产生的DPA随入射深度的增加先增加后减小,而在有边界像元中产生的DPA随入射深度的增加先减小后增加,并且随入射深度的增加无边界像元中产生的DPA与有边界像元中产生的DPA差值越来越小。     

非理想氢原子束真空环境长程传输模拟研究

模拟研究了非理想氢原子束在真空环境下的长程传输效应。根据中性化程度的不同,将非理想束分为欠中性束和过中性束。通过建立束流传输的准电磁模型,研究了束流密度、中性化因子、空间磁场和弹性散射等因素对非理想氢原子束的影响。结果表明:对于欠中性束,负氢离子的存在对氢原子的传输几乎没有影响,因此欠中性束的发射装置可以考虑去除偏置磁场,以减小设备体积和质量;对于过中性束,束流损失率与束流密度和中性化因子有关,即束流密度越大,束流损失越大;中性化因子越高,束流损失就越高;而无论是欠中性束还是过中性束,空间磁场和粒子间的弹性散射对其传输都没有影响。     

氢原子束在大气长程传输中自剥离效应研究

氢原子束在大气传输时,束流粒子与大气粒子碰撞电离形成的大气剥离效应,以及和大气剥离产生次级粒子碰撞电离形成的自剥离效应,是造成氢原子束能量损失的重要机制。考虑到自剥离效应成因复杂,虽然目前已有一些理论方面的研究结果,但对其发生机理和对束流损失效果尚未有实验或数值模拟方面的工作,因此,通过对自剥离效应的发生机理和对束流损失的影响进行分析,进一步完善了自剥离效应理论,在通过束流传输方程验证了粒子云网格-蒙特卡罗法对氢原子束大气传输仿真模拟适用的基础上,将仿真结果与自剥离理论进行了对比,验证了自剥离效应理论的适用性。模拟结果表明,自剥离效应是由束流被大气电离产生的带电次级粒子团在地磁场的影响不停地穿越束流导致的,且自剥离效应的强弱与原子束的密度有关,束流密度越大,自剥离效应越强,对束流的影响越大。     

Ion-focused propagation of a relativistic electron beam in the self-generated plasma in atmosphere

It is known that ion-focused regime (IFR) can effectively suppress expansion of a relativistic electron beam (REB). Using the particle-in-cell Monte Carlo collision (PIC-MCC) method, we numerically investigate the propagation of an REB in neutral gas. The results demonstrate that the beam body is charge neutralization and a stable IFR can be established. As a result, the beam transverse dimensions and longitudinal velocities keep close to the initial parameters. We also calculate the charge and current neutralization factors of the REB. Combined with envelope equations, we obtain the variations of beam envelopes, which agree well with the PIC simulations. However, both the energy loss and instabilities of the REB may lead to a low transport efficiency during long-range propagation. It is proved that decreasing the initial pulse length of the REB can avoid the influence of electron avalanche. Using parts of REB pulses to build a long-distance IFR in advance can improve the beam quality of subsequent pulses. Further, a long-distance IFR may contribute to the implementation of long-range propagation of the REB in space environment.     

随机耦合模型复杂腔体电磁耦合效应统计特性

针对微波脉冲激励下复杂屏蔽腔体内部电路耦合电磁量计算的问题,建立了一个微波混沌腔体,通过测试获取了含内部电路的腔体辐射和辐射散射参数,利用随机耦合模型(RCM),对干扰脉冲能量进行了归一化处理,计算分析了微波脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲数目以及腔体损耗因子对目标点感应电磁量统计分布的影响。计算结果表明:脉冲干扰下电路目标点耦合电磁量强于功率源激励;在脉冲能量一定的条件下,目标点耦合电磁量与微波脉冲的宽度、间隔和数目的变化均呈现一定的谐振特性,且单脉冲激励对电路的影响明显强于多脉冲。与此同时,实验还研究了电路易受电磁干扰的目标点的确定方法。     

电磁脉冲耦合效应的等效源建模及应用

结合二端口网络理论和频域电磁场混合势积分方程的矩量法,对带有电缆线屏蔽体的电磁脉冲耦合效应进行了等效源模型建模。采用全波分析提取外部电磁脉冲干扰的等效源参数,利用场路结合的方法,以调制高斯脉冲为例,实现了屏蔽体内电路板上电磁耦合效应的分析。仿真结果表明:在0.1~7.5 GHz频带范围内,构建的电磁干扰等效源模型与商业软件仿真结果吻合得很好,可以为复杂电磁脉冲耦合效应的定量分析提供了一种有效便捷的研究方法,为电路工作安全防护提供理论参考。