束晕-混沌的复杂性理论与控制方法及其应用前景

本文系统论述涉及强流加速器等强流离子束装置中产生的束晕-混沌的复杂性理论与控制方法及其应用前景。强流离子束在核材料生产与增殖、洁净核能、放射性废物嬗变、放射性药物生产、重离子聚变、高能物理、核科学与工程、国防与民用工业和医疗等许多方面都有极其重要的应用潜力和诱人的发展前景。尤其是，近年来强流加速器驱动的放射性洁净核能系统是国内外关注的热门课题，因为它比常规核电更安全、更干净、更便宜。但是，强流离子束形成的束晕-混沌的复杂性现象已引起了国内外广泛关注，需要加以抑制、控制和消除这类现象，解决这一难题已经成为强流离子束应用中的关键问题之一。目前不仅必须深入研究这类束晕-混沌的复杂特性及其产生的物理机制，而且需要研究如何实现对束晕-混沌的有效控制，并寻求和发展其新理论、新方法和新技术。这就向强流离子束物理和非线性-复杂性科学及其技术提出了一系列极富挑战性的新课题。本文结合国内外的研究概况，根据我们多年来的研究成果，特别是我们首创性地提出了一些束晕-混沌的有效控制方法，它们包括：非线性反馈控制法，小波反馈控制法，变结构控制法，延迟反馈控制法，参数自适应控制法等，进行重点的介绍。对上述课题当前的主要进展及相关问题进行系统的总结和比较全面综述的评论。最后，指出该领域今后的研究方向，以推动这个崭新领域的深入研究和应用发展。     

强流束晕-混沌的外部磁场开关控制

研究了强流离子束在周期聚焦磁场通道中束晕-混沌的外部磁场开关参数控制方法. 将该方法应用在多粒子模型中，实现了对5种不同初始分布质子束的束晕-混沌的有效控制，得到了消除束晕及其再生现象的理想结果.在强流加速器系统中，由于外部磁场是可测和可调 的物理量，因此该控制方法有利于实验研究，可为强流质子加速器中周期聚焦磁场的设计和实验提供参考. 关键词： 强流离子束 周期聚焦磁场通道 束晕_混沌 混沌控制 开 关控制     

Luminescence properties of α-Al2O3 dosimetric crystals exposed to a high-current electron beam

The spectra of pulsed cathodoluminescence (PCL) and thermoluminescence (TL) in TLD-500 detectors, which were exposed to a strong beam from a pulsed electron accelerator, have been studied. Additional bands in the PCL spectrum and new peaks in the TL curves, which are due to impurity ions, have been revealed. Luminescence bands of F- and F⁺-centers cannot be used in the dosimetry of strong electron beams using TLD-500 detectors because of the saturation of dose dependence and the decrease in the TL yield. It is shown that high doses from these beams can be measured by recording TL in the luminescence band of impurity titanium ions.     

强流脉冲电子束作用下20钢的微观结构状态

 为了研究金属材料的超快变形行为,利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对20钢进行轰击,采用X射线衍射、光学显微镜及透射电镜等技术分析了受轰击样品的变形组织与结构。实验结果表明,强流脉冲电子束能够在材料表层诱发幅值为1 GPa量级的应力,快速的加热和冷却过程在近表层诱发了强烈的塑性变形,并在材料表层内形成了复杂的位错缠结结构和位错胞结构,同时还伴随位错圈等空位簇缺陷的形成,多次轰击导致局部区域形成纳米和非晶结构。HCPBE轰击诱发的幅值极大的应力和极高的应变速率而导致的整个原子平面的位移可能是非晶结构形成的关键原因。     

低电感大电流长寿命同轴型电容器

 介绍了一种应用于高功率脉冲源的低电感、高通流能力、长寿命的同轴型电容器。通过理论计算,综合考虑电容器的工作电压、电感、通流能力、与开关的连接方式等,确定了电容器的芯子结构、绝缘子结构及电极结构。通过设计实验线路,测试了电容器的电压、电感、通流能力、寿命等参数。实验结果表明：电容器电容量1.5 μF,工作电压100 kV,工作电流250 kA,峰值电流大于300 kA,电容器电感小于20 nH,储能密度205 J/L,工作寿命大于6 000次。     

强流脉冲电子束作用下纯镍表层中织构及结构缺陷的演化行为

利用强流脉冲电子束(HCPEB)装置对金属纯Ni进行轰击,采用X射线衍射及透射电子显微镜(TEM)技术详细分析了受轰击样品的变形结构和缺陷。X射线衍射分析表明,经强流脉冲电子束处理后,在{111}和{200}晶面出现了择优取向。TEM表层微观结构分析表明:强流脉冲电子束轰击1次和5次后,晶粒内部形成了大量的(111)[112]型波状条带结构,在波状条带内部包含大量平行的(200)[110]型微条带;10次轰击后,样品变形结构发生变化,除大量的条带状结构外,变形孪晶的数量明显增多。这些变形微结构不仅影响表层的织构演化行为,而且还能细化晶粒,强流脉冲电子束技术为制备表面纳米材料提供了一条有效的途径。     

强流脉冲电子束辐照诱发多晶纯铝中的空位缺陷簇结构

利用强流脉冲电子束（HCPEB）技术对多晶纯铝样品进行辐照,采用透射电子显微镜详细分析了辐照诱发的空位簇缺陷.HCPEP辐照后,在辐照表层内形成了大量的四方形空位胞,其间包含位错圈和堆垛层错四面体（SFT）等类型的空位簇缺陷.1次辐照后,空位胞内产生空位型位错圈,5次辐照则主要产生SFT;10次辐照后,空位胞内产生的空位簇缺陷主要是位错圈,局部区域也观察到了SFT缺陷,在产生SFT的附近区域具有很低的位错密度或者几乎无位错出现.HCPEB辐照产生的瞬间加热和冷却诱发了幅值极大且应变速率极高的应力,这一因素 关键词： 强流脉冲电子束 多晶纯铝 空位簇缺陷 堆垛层错四面体     

气体火花开关电阻特性

利用二极管输出电压约1 MV、脉宽约40 ns的重复频率Tesla型脉冲功率驱动源,对大间隙、高气压的重复频率氮气火花开关进行了实验研究。通过将开关等效为RLC电路,利用测量得到的形成线电压与锥形段电压来计算氮气火花开关电阻。电阻的变化情况是放电开始时刻比较大,随着放电通道的形成,电阻迅速变小,最终达到级的阻值。通过计算值与理论公式推算值比较,检验Barannik,Rompe-Weizel,Demenik,Toeple,Vlastos公式适用性,并尝试对Rompe-Weizel公式常数项进行了修正。     

Controlling Beam Halo-Chaos via Time-Delayed Feedback

The study of controlling high-current proton beam halo-chaos has become a key concerned issue for many important applications. In this paper, time-delayed feedback control method is proposed for beam halo-chaos. Particle in cell simulation results show that the method is very effective and has some advantages for high-current beam experiments and engineering.     

Powerful electromagnetic millimeter-wave oscillations produced by stimulated scattering of microwave radiation by relativistic electron beams

The stimulated scattering of electromagnetic waves in microwave generators, in which a high-current electron beam excites either a backward wave (BWO) or a quasi-critical frequency wave (orotron) is investigated experimentally. The scattering occurs at the same electron beam and the high-frequency feedback is provided by the inhomogeneities of the electrodynamic system of the microwave generator itself. A power of several tens of megawatts has been achieved in the 3-mm range. The mode selection permitted to obtain single-mode scattering.