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2024, 36: 071001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240171
2024, 36: 071002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230430
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230452
摘要:
在环形对撞机中等方位角间隔安装奇数个西伯利亚蛇是用来获得纵向极化束对撞的通常方案。根据超级陶粲工厂的特点，选取螺线管型西伯利亚蛇作为维持束流极化的装置。详细介绍了如何把粒子群优化算法与螺线管蛇去耦合和光学匹配问题相结合，对它进行快速优化设计，并对设计结果进行了展示。结果显示，基于粒子群算法的螺线管蛇优化设计有效且高效。
在环形对撞机中等方位角间隔安装奇数个西伯利亚蛇是用来获得纵向极化束对撞的通常方案。根据超级陶粲工厂的特点，选取螺线管型西伯利亚蛇作为维持束流极化的装置。详细介绍了如何把粒子群优化算法与螺线管蛇去耦合和光学匹配问题相结合，对它进行快速优化设计，并对设计结果进行了展示。结果显示，基于粒子群算法的螺线管蛇优化设计有效且高效。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230385
摘要:
高空电磁脉冲（HEMP）能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器，采用脉冲电流注入（PCI）的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明：双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因，且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响；高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同；高速比较器与时钟驱动器在不同的工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。
高空电磁脉冲（HEMP）能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器，采用脉冲电流注入（PCI）的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明：双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因，且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响；高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同；高速比较器与时钟驱动器在不同的工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240144
摘要:
在金属铝表面用飞秒激光分别刻蚀了四种形状的微结构，对比分析了周期不同的矩形、圆形、三角形和六边形微结构对沉积在其表面Cr元素水溶液的表面增强激光诱导击穿光谱（LIBS）光谱强度和稳定性的影响。研究结果表明微结构的周期越小，光谱增强效果越显著，其中矩形微结构在相同周期下表现出最优光谱增强效果，相比于未处理的金属铝，其光谱强度增强了4倍左右。此外，六边形微结构的光谱稳定性最佳，具有良好的可重复性。研究结果为今后采用表面增强LIBS法检测水溶液中的重金属元素提供了一种可行的基底制备方法。
在金属铝表面用飞秒激光分别刻蚀了四种形状的微结构，对比分析了周期不同的矩形、圆形、三角形和六边形微结构对沉积在其表面Cr元素水溶液的表面增强激光诱导击穿光谱（LIBS）光谱强度和稳定性的影响。研究结果表明微结构的周期越小，光谱增强效果越显著，其中矩形微结构在相同周期下表现出最优光谱增强效果，相比于未处理的金属铝，其光谱强度增强了4倍左右。此外，六边形微结构的光谱稳定性最佳，具有良好的可重复性。研究结果为今后采用表面增强LIBS法检测水溶液中的重金属元素提供了一种可行的基底制备方法。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240072
摘要:
为掌握雷达装备关键参数对虚警信号的影响规律，揭示虚警信号产生的本质原因，针对雷达装备在复杂电磁干扰中出现的多虚警信号问题，以某型步进频雷达为受试对象，理论阐明虚警干扰的作用机理和虚警目标的成像特征。理论与试验测定相结合，选取单频连续波为电磁干扰源，采用注入等效替代电磁辐射的试验方法，总结归纳雷达关键参数跳频间隔和频率步进对虚警信号影响规律。结果表明：受试雷达在单频电磁干扰作用下会产生能量较集中的虚警信号；受试雷达频率步进选取10 kHz、跳频时间0.05 ms时，虚警电平随干扰频偏的变化规律较稳定，信号幅度损失较小，该参数取值可作为控制参数的最优取值，依据该结果能够为后续开展雷达装备在多频电磁环境下的试验评估提供技术支撑。
为掌握雷达装备关键参数对虚警信号的影响规律，揭示虚警信号产生的本质原因，针对雷达装备在复杂电磁干扰中出现的多虚警信号问题，以某型步进频雷达为受试对象，理论阐明虚警干扰的作用机理和虚警目标的成像特征。理论与试验测定相结合，选取单频连续波为电磁干扰源，采用注入等效替代电磁辐射的试验方法，总结归纳雷达关键参数跳频间隔和频率步进对虚警信号影响规律。结果表明：受试雷达在单频电磁干扰作用下会产生能量较集中的虚警信号；受试雷达频率步进选取10 kHz、跳频时间0.05 ms时，虚警电平随干扰频偏的变化规律较稳定，信号幅度损失较小，该参数取值可作为控制参数的最优取值，依据该结果能够为后续开展雷达装备在多频电磁环境下的试验评估提供技术支撑。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240067
摘要:
离子推力器是广泛应用于空间航天任务的电推力器之一，栅极在离子推力器中承担着引出离子并加速进而实现推力的作用，直接影响推力器性能及寿命。相比于传统钼栅，碳基栅极具有热膨胀系数低、耐离子溅射高等优势，是未来高比冲、大推力、长寿命离子推力器栅极的理想候选材料，已被国外部分先进离子推力器成功在轨应用。分析对比了不同栅极材料特性，调研总结了国内外碳基栅极研制过程及技术特点，并报道了作者近期在小口径不同构型C/C栅极与一体化C/C栅极研制方面的相关进展，最后针对我国离子电推进发展趋势，提出了后续碳基栅极研究的经验启示与建议。
离子推力器是广泛应用于空间航天任务的电推力器之一，栅极在离子推力器中承担着引出离子并加速进而实现推力的作用，直接影响推力器性能及寿命。相比于传统钼栅，碳基栅极具有热膨胀系数低、耐离子溅射高等优势，是未来高比冲、大推力、长寿命离子推力器栅极的理想候选材料，已被国外部分先进离子推力器成功在轨应用。分析对比了不同栅极材料特性，调研总结了国内外碳基栅极研制过程及技术特点，并报道了作者近期在小口径不同构型C/C栅极与一体化C/C栅极研制方面的相关进展，最后针对我国离子电推进发展趋势，提出了后续碳基栅极研究的经验启示与建议。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240024
摘要:
为了深入研究核数据不确定度对JRR-3M研究堆有效增殖因子（keff）计算的影响，建立了一套基于蒙特卡罗法的核数据不确定度量化流程。具体方法为:使用核数据扰动软件SANDY扰动目标核素的重要反应道生成扰动文件，再通过核数据加工软件NJOY对扰动文件进行处理，最终利用核反应堆物理模拟软件OpenMC进行蒙特卡罗模拟。针对JRR-3M研究堆的控制棒全插、反应堆临界、控制棒全拔三种运行工况，对多个关键核素（如235U、238U、Hf等）的核数据不确定度给有效增殖因子keff计算带来的影响进行了详细分析。研究结果表明，177Hf、235U、1H、27Al的核数据不确定度对JRR-3M有效增殖因子具有显著影响。临界、控制棒全插和控制棒全提这3种工况下，核数据不确定引起的keff总不确定度分别为660.8×10−5、588.5×10−5、708.4×10−5。在各个工况下，235U的次级粒子能量分布的影响都是最大的。研究发现，对以铪为主要组成材料的控制棒内，只有177Hf的核数据不确定度起主要影响。
为了深入研究核数据不确定度对JRR-3M研究堆有效增殖因子（keff）计算的影响，建立了一套基于蒙特卡罗法的核数据不确定度量化流程。具体方法为:使用核数据扰动软件SANDY扰动目标核素的重要反应道生成扰动文件，再通过核数据加工软件NJOY对扰动文件进行处理，最终利用核反应堆物理模拟软件OpenMC进行蒙特卡罗模拟。针对JRR-3M研究堆的控制棒全插、反应堆临界、控制棒全拔三种运行工况，对多个关键核素（如235U、238U、Hf等）的核数据不确定度给有效增殖因子keff计算带来的影响进行了详细分析。研究结果表明，177Hf、235U、1H、27Al的核数据不确定度对JRR-3M有效增殖因子具有显著影响。临界、控制棒全插和控制棒全提这3种工况下，核数据不确定引起的keff总不确定度分别为660.8×10−5、588.5×10−5、708.4×10−5。在各个工况下，235U的次级粒子能量分布的影响都是最大的。研究发现，对以铪为主要组成材料的控制棒内，只有177Hf的核数据不确定度起主要影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240125
摘要:
在半导体激光器自混合干涉（SMI）微位移测量中，相位信息的准确提取对于位移的高精度重构至关重要。然而，测量噪声会对SMI信号引入相位误差，位移重构精度较低。针对信号去噪问题，小波阈值去噪算法能够滤除多数信号的噪声，但该算法在SMI信号去噪中存在局部振荡的问题，使得去噪后的自混合干涉信号中出现新的干扰峰，最终识别到的干扰峰会产生错误的位移重构。提出一种基于小波阈值滤波和Savitzky-Golay（S-G）滤波相结合的SMI信号处理算法。该算法通过引入S-G滤波算法，从全局上平滑处理相位跳变点的噪声，解决了只是采用小波去噪算法而引起SMI信号的局部振荡问题。位移重构实验结果表明，基于小波阈值结合S-G滤波算法的激光自混合干涉重构信号消除了振幅处和相位跳变点之间的高频噪声，重构位移曲线保持了振动物体的原始波形特征。
在半导体激光器自混合干涉（SMI）微位移测量中，相位信息的准确提取对于位移的高精度重构至关重要。然而，测量噪声会对SMI信号引入相位误差，位移重构精度较低。针对信号去噪问题，小波阈值去噪算法能够滤除多数信号的噪声，但该算法在SMI信号去噪中存在局部振荡的问题，使得去噪后的自混合干涉信号中出现新的干扰峰，最终识别到的干扰峰会产生错误的位移重构。提出一种基于小波阈值滤波和Savitzky-Golay（S-G）滤波相结合的SMI信号处理算法。该算法通过引入S-G滤波算法，从全局上平滑处理相位跳变点的噪声，解决了只是采用小波去噪算法而引起SMI信号的局部振荡问题。位移重构实验结果表明，基于小波阈值结合S-G滤波算法的激光自混合干涉重构信号消除了振幅处和相位跳变点之间的高频噪声，重构位移曲线保持了振动物体的原始波形特征。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240109
摘要:
磁控管高效互耦锁相为基于电真空振荡器的高效率、高功率阵列提供了一种有效的技术方案。互耦结构的引入使得互耦磁控管整体上建立了新的谐振模式序列，其中满足互耦磁控管高效锁相的模式为期望的锁相模式。然而，锁相模式易受到模式序列中邻近模式的干扰，导致工作不稳定。提出一种等效电路与本征模分析相结合调控模式分布的方法，通过调控模式频率分隔，使锁相模式单模工作；同时建立磁控管工作模式与互耦结构耦合场匹配的谐振条件，实现磁控管的高效互耦锁相。为了验证该方法的有效性，设计了基于S波段MW级磁控管高效互耦模型，对锁相模式工作特性进行了粒子模拟，模拟结果表明互耦模型可以稳定工作在高效锁相模式：0相位差模式和π相位差模式，锁定频率约为2.545 GHz，接近磁控管单管自由振荡频率。每只磁控管的输出功率接近单管自由运行时的输出功率，电子效率与单管几乎相同，互耦锁相效率达到了99%，实现了高效锁相。
磁控管高效互耦锁相为基于电真空振荡器的高效率、高功率阵列提供了一种有效的技术方案。互耦结构的引入使得互耦磁控管整体上建立了新的谐振模式序列，其中满足互耦磁控管高效锁相的模式为期望的锁相模式。然而，锁相模式易受到模式序列中邻近模式的干扰，导致工作不稳定。提出一种等效电路与本征模分析相结合调控模式分布的方法，通过调控模式频率分隔，使锁相模式单模工作；同时建立磁控管工作模式与互耦结构耦合场匹配的谐振条件，实现磁控管的高效互耦锁相。为了验证该方法的有效性，设计了基于S波段MW级磁控管高效互耦模型，对锁相模式工作特性进行了粒子模拟，模拟结果表明互耦模型可以稳定工作在高效锁相模式：0相位差模式和π相位差模式，锁定频率约为2.545 GHz，接近磁控管单管自由振荡频率。每只磁控管的输出功率接近单管自由运行时的输出功率，电子效率与单管几乎相同，互耦锁相效率达到了99%，实现了高效锁相。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240119
摘要:
肖特基混频器是固态太赫兹接收系统的关键部件，与基于超导体-绝缘体-超导体混频器、热电子辐射热计混频器的接收机相比，基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收机系统不依赖低温附属设备，具有成本低、重量轻、体积小、功耗低等优点。目前基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收前端结构相对复杂，集成度普遍不高且损耗较大。针对太赫兹接收前端结构复杂、集成度低、损耗大等问题，基于太赫兹肖特基二极管设计了288～318 GHz二次谐波混频器及其本振驱动链路，并基于此混频器构建了太赫兹接收机系统。太赫兹接收机本振驱动链路由一个75 GHz的六倍频功放集成模块与一个150 GHz二倍频模块组成。本振链路的集成化设计使得该接收机集成度大大提高，集成模块尺寸为20 mm×20 mm×43 mm，测试结果表明：在288～318 GHz带宽内，实测的双边带变频损耗为5.8～9.4 dB，噪声温度为1 055～1 722 K，具有良好的射频性能。
肖特基混频器是固态太赫兹接收系统的关键部件，与基于超导体-绝缘体-超导体混频器、热电子辐射热计混频器的接收机相比，基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收机系统不依赖低温附属设备，具有成本低、重量轻、体积小、功耗低等优点。目前基于肖特基二极管混频器构建的太赫兹接收前端结构相对复杂，集成度普遍不高且损耗较大。针对太赫兹接收前端结构复杂、集成度低、损耗大等问题，基于太赫兹肖特基二极管设计了288～318 GHz二次谐波混频器及其本振驱动链路，并基于此混频器构建了太赫兹接收机系统。太赫兹接收机本振驱动链路由一个75 GHz的六倍频功放集成模块与一个150 GHz二倍频模块组成。本振链路的集成化设计使得该接收机集成度大大提高，集成模块尺寸为20 mm×20 mm×43 mm，测试结果表明：在288～318 GHz带宽内，实测的双边带变频损耗为5.8～9.4 dB，噪声温度为1 055～1 722 K，具有良好的射频性能。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230325
摘要:
A highly precise low-level radio-frequency (LLRF) system for a 1.3 GHz continuous-wave (CW) superconducting radio-frequency (RF) cavity is required to stabilize the electromagnetic field of cavities. However, because of the high loaded quality factor and wide electromagnetic frequency band of the 1.3 GHz CW RF cavity, the RF cavity has a small electromagnetic bandwidth in the frequency domain. The small electromagnetic frequency mismatch between the RF power source and RF cavity can easily cause ponderomotive instabilities in the generator driven resonator control system, eventually resulting in variations in the electromagnetic field of the cavity. In this study, a self-excited loop (SEL) control system was developed to prevent the occurrence of ponderomotive instabilities and compensate for the effects of microphonics noise. In addition, a digital 1.3 GHz RF cavity simulator, which can easily verify the designed algorithms of the LLRF system, was developed. The recorded measurements show that the SEL control system can ensure stability of the cavity field even when the RF cavity is detuned by 5 Hz. The comparison and validation have verified that the cavity simulator is a reliable platform to test the new algorithms.
A highly precise low-level radio-frequency (LLRF) system for a 1.3 GHz continuous-wave (CW) superconducting radio-frequency (RF) cavity is required to stabilize the electromagnetic field of cavities. However, because of the high loaded quality factor and wide electromagnetic frequency band of the 1.3 GHz CW RF cavity, the RF cavity has a small electromagnetic bandwidth in the frequency domain. The small electromagnetic frequency mismatch between the RF power source and RF cavity can easily cause ponderomotive instabilities in the generator driven resonator control system, eventually resulting in variations in the electromagnetic field of the cavity. In this study, a self-excited loop (SEL) control system was developed to prevent the occurrence of ponderomotive instabilities and compensate for the effects of microphonics noise. In addition, a digital 1.3 GHz RF cavity simulator, which can easily verify the designed algorithms of the LLRF system, was developed. The recorded measurements show that the SEL control system can ensure stability of the cavity field even when the RF cavity is detuned by 5 Hz. The comparison and validation have verified that the cavity simulator is a reliable platform to test the new algorithms.
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240130
摘要:
针对孪生全卷积网络的单目标跟踪算法因无法提取到目标的高层语义特征和无法一次性集中关注并学习到目标的通道、空间及坐标特征导致在复杂场景下面临目标形变、姿态变化及背景干扰等挑战时，出现跟踪性能下降以及跟踪失败的问题，提出了一种基于多重注意力机制与响应融合的孪生网络单目标跟踪算法用来解决这一问题。在该算法中设计了小卷积核与跳层连接特征融合的深层骨干特征提取网络、改进型注意力机制及卷积互相关后的响应融合运算这3个模块用来提升该算法的跟踪性能，并通过消融实验验证了这3个模块的有效性。最后，经在OTB100基准数据集上测试，跟踪精确度达到了0.825，跟踪成功率达到了0.618。同时与其他先进算法进行相比，对比结果表明该算法不仅可以有效应对复杂场景下目标跟踪算法性能下降的问题，还可以在保证跟踪速度的前提下，进一步提升跟踪的精度。
针对孪生全卷积网络的单目标跟踪算法因无法提取到目标的高层语义特征和无法一次性集中关注并学习到目标的通道、空间及坐标特征导致在复杂场景下面临目标形变、姿态变化及背景干扰等挑战时，出现跟踪性能下降以及跟踪失败的问题，提出了一种基于多重注意力机制与响应融合的孪生网络单目标跟踪算法用来解决这一问题。在该算法中设计了小卷积核与跳层连接特征融合的深层骨干特征提取网络、改进型注意力机制及卷积互相关后的响应融合运算这3个模块用来提升该算法的跟踪性能，并通过消融实验验证了这3个模块的有效性。最后，经在OTB100基准数据集上测试，跟踪精确度达到了0.825，跟踪成功率达到了0.618。同时与其他先进算法进行相比，对比结果表明该算法不仅可以有效应对复杂场景下目标跟踪算法性能下降的问题，还可以在保证跟踪速度的前提下，进一步提升跟踪的精度。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230283
摘要:
Penning离子源因为结构简单、体积小、功耗低等优点，被广泛应用在伴随中子管中。基于实验室所用的潘宁（Penning）离子源，分析其电离时的伏-安特性；通过CCD相机拍摄观察离子源内部等离子体分布情况；采用光谱法诊断氢等离子体中电子的密度和温度。基于实验测试用的Penning离子源结构，建立H2分子碰撞电离的全局模型，分析离子源的工作参数与等离子体中电子温度和电子密度之间的关系。仿真结果表明：电子温度和电子密度与离子源的运行压强、磁场和功率密切相关；电子密度随功率增加逐渐增加、随磁场强度和压强都是先增加后减小，因此需将磁场强度控制在0.03−0.05 T，压强控制在（0.2−2）×10−2 Pa之间；电子温度随功率增加逐渐增加、随压强增加逐渐减小。通过模型可知，在Penning离子源的工作区间内，电子平均温度小于10 eV，电子密度数量级为1010 cm−3。
Penning离子源因为结构简单、体积小、功耗低等优点，被广泛应用在伴随中子管中。基于实验室所用的潘宁（Penning）离子源，分析其电离时的伏-安特性；通过CCD相机拍摄观察离子源内部等离子体分布情况；采用光谱法诊断氢等离子体中电子的密度和温度。基于实验测试用的Penning离子源结构，建立H2分子碰撞电离的全局模型，分析离子源的工作参数与等离子体中电子温度和电子密度之间的关系。仿真结果表明：电子温度和电子密度与离子源的运行压强、磁场和功率密切相关；电子密度随功率增加逐渐增加、随磁场强度和压强都是先增加后减小，因此需将磁场强度控制在0.03−0.05 T，压强控制在（0.2−2）×10−2 Pa之间；电子温度随功率增加逐渐增加、随压强增加逐渐减小。通过模型可知，在Penning离子源的工作区间内，电子平均温度小于10 eV，电子密度数量级为1010 cm−3。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240118
摘要:
结合高频特性下肖特基二极管有源区电气模型建模方法，实现了一种基于对差分结构的320 GHz三倍频器，相比于传统的平衡式和非平衡式电路，这种结构可以在降低工艺复杂度的同时使电路的功率容量增加一倍，更好地满足现代通信系统对大功率太赫兹频率源的需求。为了提高电路在高耗散功率下的仿真精度，使用符号定义器件在电路仿真软件中建立起新型的电-热自适应模型，最后按照场路结合的迭代方式完成整体电路设计。测试结果表明设计的三倍频器在123～200 mW的驱动功率下可以实现最高8.8%的转换效率，最大输出功率为17.27 mW；在305～384 mW的驱动功率下可以实现最高7.2%的转换效率，最大输出功率为27.33 mW，为高功率太赫兹器件的高效设计提供了有益借鉴。
结合高频特性下肖特基二极管有源区电气模型建模方法，实现了一种基于对差分结构的320 GHz三倍频器，相比于传统的平衡式和非平衡式电路，这种结构可以在降低工艺复杂度的同时使电路的功率容量增加一倍，更好地满足现代通信系统对大功率太赫兹频率源的需求。为了提高电路在高耗散功率下的仿真精度，使用符号定义器件在电路仿真软件中建立起新型的电-热自适应模型，最后按照场路结合的迭代方式完成整体电路设计。测试结果表明设计的三倍频器在123～200 mW的驱动功率下可以实现最高8.8%的转换效率，最大输出功率为17.27 mW；在305～384 mW的驱动功率下可以实现最高7.2%的转换效率，最大输出功率为27.33 mW，为高功率太赫兹器件的高效设计提供了有益借鉴。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240047
摘要:
设计了一款用于全固态Marx发生器的半导体开关驱动电路。该驱动电路输出侧采用储能电容与P-N双mosfet管结构，可完成对固态Marx脉冲发生器功率回路开关管快速同步的导通关断控制，并具有死区时间调节与负压关断功能。此外，该驱动电路配合串芯磁环二次侧反向接线方案，可实现用同一信号对功率回路充、放电两路开关管的控制。实验证明，采用该款驱动电路的半桥型全固态Marx脉冲发生器可稳定输出幅值24 kV脉冲方波，输出脉宽可在300 ns～10 μs之间自由调节，上升沿、下降沿均在40 ns以内。
设计了一款用于全固态Marx发生器的半导体开关驱动电路。该驱动电路输出侧采用储能电容与P-N双mosfet管结构，可完成对固态Marx脉冲发生器功率回路开关管快速同步的导通关断控制，并具有死区时间调节与负压关断功能。此外，该驱动电路配合串芯磁环二次侧反向接线方案，可实现用同一信号对功率回路充、放电两路开关管的控制。实验证明，采用该款驱动电路的半桥型全固态Marx脉冲发生器可稳定输出幅值24 kV脉冲方波，输出脉宽可在300 ns～10 μs之间自由调节，上升沿、下降沿均在40 ns以内。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230218
摘要:
峰化电容器由于结构紧凑一般采用间接测量其承受的电压，而峰化电容电压的直接测量一直是难以解决的问题。为了解决该问题，以峰化电容器为基础，研制了一种新型结构的电阻补偿式自积分型峰化电容一体化电容分压器。其次，根据分压器的新型结构分析了峰化电容一体化电容分压器的理论分压比，给出了理论分压比计算公式以及影响低频响应因素的分析并进行了电路仿真验证。同时，开展了方波标定实验，得到了两个探头的分压比及响应时间，且探头响应时间均小于6.2 ns。此外，为了得到更准确的分压比并验证正常工作状态的该一体化电容分压器分压比的稳定性，进行了高压在线标定实验，得到了1#探头分压比为11071，2#探头分压比为15148。且在更高电压等级下，该电容分压器探头的测量相对误差较小，分压比稳定性良好。
峰化电容器由于结构紧凑一般采用间接测量其承受的电压，而峰化电容电压的直接测量一直是难以解决的问题。为了解决该问题，以峰化电容器为基础，研制了一种新型结构的电阻补偿式自积分型峰化电容一体化电容分压器。其次，根据分压器的新型结构分析了峰化电容一体化电容分压器的理论分压比，给出了理论分压比计算公式以及影响低频响应因素的分析并进行了电路仿真验证。同时，开展了方波标定实验，得到了两个探头的分压比及响应时间，且探头响应时间均小于6.2 ns。此外，为了得到更准确的分压比并验证正常工作状态的该一体化电容分压器分压比的稳定性，进行了高压在线标定实验，得到了1#探头分压比为11071，2#探头分压比为15148。且在更高电压等级下，该电容分压器探头的测量相对误差较小，分压比稳定性良好。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240059
摘要:
以皮秒时间分辨条纹相机和光谱仪为核心，以高压脉冲电源所产生的火花等离子体为研究对象，搭建了一套瞬态光谱与扫描高温计系统。实验中，考虑了针尖间隙和两极电压这两个影响因素，通过采集针尖高压击穿空气所产生火花的瞬态光谱，在对数据进行处理和标定后，结合普朗克的黑体辐射理论，实现对放电等离子体瞬态光谱与温度的诊断。研究结果表明，在针尖间隙相同的情况下，随着电压的增大，放电等离子体的发射光谱随之增强，并在一定电压范围内达到饱和。放电所产生的瞬态温度整体呈现上升趋势，并且通常在1.02～1.16 μs之间达到峰值，在针尖电压为10 000 V时温度最高可达16 617 K。而在相同电压的情况下，随着间隙的增大，放电等离子体的发射光谱呈现先增强后减弱的情况，同时，放电温度在整体趋势上逐渐降低。
以皮秒时间分辨条纹相机和光谱仪为核心，以高压脉冲电源所产生的火花等离子体为研究对象，搭建了一套瞬态光谱与扫描高温计系统。实验中，考虑了针尖间隙和两极电压这两个影响因素，通过采集针尖高压击穿空气所产生火花的瞬态光谱，在对数据进行处理和标定后，结合普朗克的黑体辐射理论，实现对放电等离子体瞬态光谱与温度的诊断。研究结果表明，在针尖间隙相同的情况下，随着电压的增大，放电等离子体的发射光谱随之增强，并在一定电压范围内达到饱和。放电所产生的瞬态温度整体呈现上升趋势，并且通常在1.02～1.16 μs之间达到峰值，在针尖电压为10 000 V时温度最高可达16 617 K。而在相同电压的情况下，随着间隙的增大，放电等离子体的发射光谱呈现先增强后减弱的情况，同时，放电温度在整体趋势上逐渐降低。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240068
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针对双面抛光难以建立稳定去除函数进行加工面型预测这一问题，基于双面抛光加工原理，采用坐标变换法推导出元件上下表面相对速度分布方程，然后运用ANSYS软件仿真元件上下表面静态压力分布，采用多项式拟合法将仿真数据导入Matlab软件拟合出元件上下表面压力分布随时间变化公式。根据Preston方程推导修正系数K表达式，通过4组抛光实验数据计算出修正系数K值为2.588×10−15，构建双面抛光加工面型预测模型。最后通过加工实验验证该预测模型，实验结果表明预测PV值误差占元件实际加工后面型PV值的1.07%～7.4%左右，预测模型与实际加工后的面型吻合。
针对双面抛光难以建立稳定去除函数进行加工面型预测这一问题，基于双面抛光加工原理，采用坐标变换法推导出元件上下表面相对速度分布方程，然后运用ANSYS软件仿真元件上下表面静态压力分布，采用多项式拟合法将仿真数据导入Matlab软件拟合出元件上下表面压力分布随时间变化公式。根据Preston方程推导修正系数K表达式，通过4组抛光实验数据计算出修正系数K值为2.588×10−15，构建双面抛光加工面型预测模型。最后通过加工实验验证该预测模型，实验结果表明预测PV值误差占元件实际加工后面型PV值的1.07%～7.4%左右，预测模型与实际加工后的面型吻合。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240079
摘要:
针对噪声对跳频信号参数估计造成的困难，提出了基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。对跳频信号进行短时傅里叶变换，计算得到时频脊线，对时频脊线进行波形整形处理，消除噪声造成的虚假跳频时刻干扰，通过跳频时刻序列得到跳周期序列，对跳周期序列计算其直方图，选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳频速率。根据跳周期序列分别取出每段信号，再进行频率估计。通过实验验证了提出方法的有效性，综合利用时频变换及波形整形处理技术，保证了在低信噪比下跳频信号跳频时刻、跳频速率及跳频频率的理想估计结果。
针对噪声对跳频信号参数估计造成的困难，提出了基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。对跳频信号进行短时傅里叶变换，计算得到时频脊线，对时频脊线进行波形整形处理，消除噪声造成的虚假跳频时刻干扰，通过跳频时刻序列得到跳周期序列，对跳周期序列计算其直方图，选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳频速率。根据跳周期序列分别取出每段信号，再进行频率估计。通过实验验证了提出方法的有效性，综合利用时频变换及波形整形处理技术，保证了在低信噪比下跳频信号跳频时刻、跳频速率及跳频频率的理想估计结果。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230323
摘要:
针对粒子加速器，地面变形会导致束流畸变甚至丢失，所以在粒子加速器领域对地面变形的研究是有必要的。通过在合肥光源直线加速器隧道先后搭建两套并行分布、由7台间隔10 m的静力水准传感器构成的静力水准系统，经过对两套系统采集的共计三段为期半个月监测数据进行分析，发现了ATL模型中存在的线性关系，分别得到不同时段本地区模型常数值，并发现了模型常数与季节温度的相关性。最后通过数据对比发现地面点相对运动中的周期成分主要受固体潮效应影响。
针对粒子加速器，地面变形会导致束流畸变甚至丢失，所以在粒子加速器领域对地面变形的研究是有必要的。通过在合肥光源直线加速器隧道先后搭建两套并行分布、由7台间隔10 m的静力水准传感器构成的静力水准系统，经过对两套系统采集的共计三段为期半个月监测数据进行分析，发现了ATL模型中存在的线性关系，分别得到不同时段本地区模型常数值，并发现了模型常数与季节温度的相关性。最后通过数据对比发现地面点相对运动中的周期成分主要受固体潮效应影响。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230401
摘要:
为了抑制波导中引入传动轴导致的微波泄露，保障系统的正常运行，提出了一种级联宽带扼流装置。利用阻抗变换原理分析了级联宽带扼流装置的带宽特性，通过增加介质片的数量提升扼流装置的频带宽度。根据等效波长原理，提高介质片介电常数可缩小扼流装置的体积。通过电磁仿真软件构建扼流装置模型，并分析了介质片数量、介电常数和尺寸对扼流装置性能的影响。仿真结果表明：工作频率为10 GHz时，双层扼流装置的泄露损耗在9.70～10.82 GHz带宽范围内小于−40 dB，相对带宽达到8.2%。最后，采用简化仿真模型进行了实物加工和测试，测试结果证实仿真结果的正确性，同时验证了该扼流装置的低损耗和宽频带特性。
为了抑制波导中引入传动轴导致的微波泄露，保障系统的正常运行，提出了一种级联宽带扼流装置。利用阻抗变换原理分析了级联宽带扼流装置的带宽特性，通过增加介质片的数量提升扼流装置的频带宽度。根据等效波长原理，提高介质片介电常数可缩小扼流装置的体积。通过电磁仿真软件构建扼流装置模型，并分析了介质片数量、介电常数和尺寸对扼流装置性能的影响。仿真结果表明：工作频率为10 GHz时，双层扼流装置的泄露损耗在9.70～10.82 GHz带宽范围内小于−40 dB，相对带宽达到8.2%。最后，采用简化仿真模型进行了实物加工和测试，测试结果证实仿真结果的正确性，同时验证了该扼流装置的低损耗和宽频带特性。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230407
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介绍了合肥先进光源储存环超导纵向梯度弯铁样机的研制工作，基于已发展的一种磁体结构参数优化方法，综合考虑磁场空间分布需求和超导线圈工作负载，完成了磁铁结构的设计和优化。为了验证磁体设计方案，应用一种矩形铌钛线材和DT4C电工纯铁材料，研制了一台纵向长度0.30 m、磁极间隙46 mm的磁体样机。并搭建了一套简易低温测试装置，对该磁体进行了励磁特性测量，经过10余次失超，测得磁体最大工作电流大于275 A。磁体纵向磁场分布测量结果表明，该磁体在约196 A工作电流下，纵向磁场积分值达到0.4 T·m，峰值磁场约4.5 T。测试结果与理论设计结果基本一致，表明该种超导磁体的设计是可行的。
介绍了合肥先进光源储存环超导纵向梯度弯铁样机的研制工作，基于已发展的一种磁体结构参数优化方法，综合考虑磁场空间分布需求和超导线圈工作负载，完成了磁铁结构的设计和优化。为了验证磁体设计方案，应用一种矩形铌钛线材和DT4C电工纯铁材料，研制了一台纵向长度0.30 m、磁极间隙46 mm的磁体样机。并搭建了一套简易低温测试装置，对该磁体进行了励磁特性测量，经过10余次失超，测得磁体最大工作电流大于275 A。磁体纵向磁场分布测量结果表明，该磁体在约196 A工作电流下，纵向磁场积分值达到0.4 T·m，峰值磁场约4.5 T。测试结果与理论设计结果基本一致，表明该种超导磁体的设计是可行的。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230349
摘要:
根据分布式能源工业园区的光伏电力单元特点，对园区光伏发电功率预测模型进行优化，为后续的调度策略提供数据支持。针对经验模式分解(EMD)与季节性差分自回归移动平均模型(SARIMA)相组合的EMD-SARIMA预测模型中，原始数据经过EMD分解得到的各固有本征模态函数（IMF）分量周期计算问题，提出加入快速傅里叶变换（FFT）的周期计算方法，建立EMD-FFT-SARIMA光伏发电功率预测模型。再将每个IMF对应的预测结果进行叠加重构得到最终的预测结果。通过预测结果的误差计算可以发现，加入FFT环节后均方根误差（RMSE）从120.6 MW下降到19.3 MW，平均绝对误差（MAE）从52.87 MW下降到12.3 MW。
根据分布式能源工业园区的光伏电力单元特点，对园区光伏发电功率预测模型进行优化，为后续的调度策略提供数据支持。针对经验模式分解(EMD)与季节性差分自回归移动平均模型(SARIMA)相组合的EMD-SARIMA预测模型中，原始数据经过EMD分解得到的各固有本征模态函数（IMF）分量周期计算问题，提出加入快速傅里叶变换（FFT）的周期计算方法，建立EMD-FFT-SARIMA光伏发电功率预测模型。再将每个IMF对应的预测结果进行叠加重构得到最终的预测结果。通过预测结果的误差计算可以发现，加入FFT环节后均方根误差（RMSE）从120.6 MW下降到19.3 MW，平均绝对误差（MAE）从52.87 MW下降到12.3 MW。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230368
摘要:
为了确定用于场所监测的临界事故报警系统合适的报警阈值，需选用相似的基准实验进行验证。根据设备室临界事故报警系统的特征，构建了简易模型和具有代表性的包含多个设备的虚拟设备室模型。针对固定源问题，在蒙卡程序（RMC）中实现了基于微分算符抽样法计算敏感性系数的功能。随后，运用敏感性和不确定度分析方法对系统间的相似性进行了研究，并深入分析了影响相似性的因素。计算分析结果显示，对于简易模型，源项能谱和混凝土材料对系统间的相似性有较大影响，探测器与内侧墙面之间的混凝土厚度对相似性有一定影响，而源项的几何位置对相似性的影响较小，乏燃料成分对相似性的影响可以忽略不计。根据本文提出的相似性分析流程进行计算得出，简易模型与虚拟设备室模型的相似性较高，基于简易模型的研究结论适用于虚拟设备室模型，可为工程上的临界报警系统相似性研究提供参考。
为了确定用于场所监测的临界事故报警系统合适的报警阈值，需选用相似的基准实验进行验证。根据设备室临界事故报警系统的特征，构建了简易模型和具有代表性的包含多个设备的虚拟设备室模型。针对固定源问题，在蒙卡程序（RMC）中实现了基于微分算符抽样法计算敏感性系数的功能。随后，运用敏感性和不确定度分析方法对系统间的相似性进行了研究，并深入分析了影响相似性的因素。计算分析结果显示，对于简易模型，源项能谱和混凝土材料对系统间的相似性有较大影响，探测器与内侧墙面之间的混凝土厚度对相似性有一定影响，而源项的几何位置对相似性的影响较小，乏燃料成分对相似性的影响可以忽略不计。根据本文提出的相似性分析流程进行计算得出，简易模型与虚拟设备室模型的相似性较高，基于简易模型的研究结论适用于虚拟设备室模型，可为工程上的临界报警系统相似性研究提供参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240092
摘要:
针对宽频测量系统量值传递需求，基于Marx电路设计了一款单极性方波脉冲源。该脉冲源以MOSFET器件为核心，采用光纤隔离驱动方案实现10 kV的方波脉冲输出。采用叠层结构搭建12级样机，实现了脉冲发生器的模块化与小型化。实验结果表明：该方波脉冲源在带300 pF以下的容性负载时可实现前沿小于百纳秒、输出电压kV级别、脉宽200 μs的脉冲输出。该电源适用于宽频测量设备的方波响应性能实验等脉冲功率相关用途。
针对宽频测量系统量值传递需求，基于Marx电路设计了一款单极性方波脉冲源。该脉冲源以MOSFET器件为核心，采用光纤隔离驱动方案实现10 kV的方波脉冲输出。采用叠层结构搭建12级样机，实现了脉冲发生器的模块化与小型化。实验结果表明：该方波脉冲源在带300 pF以下的容性负载时可实现前沿小于百纳秒、输出电压kV级别、脉宽200 μs的脉冲输出。该电源适用于宽频测量设备的方波响应性能实验等脉冲功率相关用途。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240081
摘要:
针对常规物镜聚焦飞秒激光光斑较小，难以单次直写加工成型大面积纳米光栅结构的问题，提出了利用空间狭缝整形的飞秒激光脉冲直写方法。通过开展单晶硅表面纳米光栅结构对加工系统的参数依赖关系研究，获得入射整形飞秒激光能量密度8.00 μJ/cm2、扫描速度9 mm/s、狭缝宽度0.40 mm的优化条件。采用SEM、AFM等手段对光栅进行微观表征，结果表明，单次扫描所制备的纳米光栅结构具有极高的宽度 (41.20 μm)，说明提出的方法可以显著提升 一次成型大面积纳米光栅结构的制备效率。
针对常规物镜聚焦飞秒激光光斑较小，难以单次直写加工成型大面积纳米光栅结构的问题，提出了利用空间狭缝整形的飞秒激光脉冲直写方法。通过开展单晶硅表面纳米光栅结构对加工系统的参数依赖关系研究，获得入射整形飞秒激光能量密度8.00 μJ/cm2、扫描速度9 mm/s、狭缝宽度0.40 mm的优化条件。采用SEM、AFM等手段对光栅进行微观表征，结果表明，单次扫描所制备的纳米光栅结构具有极高的宽度 (41.20 μm)，说明提出的方法可以显著提升 一次成型大面积纳米光栅结构的制备效率。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240098
摘要:
参考国内外聚变堆技术，建立了一种200 MW激光惯性约束聚变堆包层概念设计，包层采用超临界二氧化碳和锂铅双冷结构。研究构建了瞬态和稳态耦合模型计算包层温度分布及变化。靶丸内爆反应使用MULTI-IFE进行计算，核热耦合部分基于蒙特卡罗程序OpenMC和自编程换热模型对包层模型结构、冷却和产氚进行计算。研究结果表明，核热耦合模型能够完成对包层的初步计算分析，周期性的瞬态载荷会引起第一壁面温度的振荡，但包层内部的温度最终会收敛到稳态计算结果。堆腔尺寸对于降低温度以及震荡效果明显，但仍需氙展平辐射功率峰。包层产氚和能量导出同时受到堆腔尺寸和增殖区的影响，在200 MW工况下，3 m半径和0.25 m增殖区尺寸计算结果最能满足需求。
参考国内外聚变堆技术，建立了一种200 MW激光惯性约束聚变堆包层概念设计，包层采用超临界二氧化碳和锂铅双冷结构。研究构建了瞬态和稳态耦合模型计算包层温度分布及变化。靶丸内爆反应使用MULTI-IFE进行计算，核热耦合部分基于蒙特卡罗程序OpenMC和自编程换热模型对包层模型结构、冷却和产氚进行计算。研究结果表明，核热耦合模型能够完成对包层的初步计算分析，周期性的瞬态载荷会引起第一壁面温度的振荡，但包层内部的温度最终会收敛到稳态计算结果。堆腔尺寸对于降低温度以及震荡效果明显，但仍需氙展平辐射功率峰。包层产氚和能量导出同时受到堆腔尺寸和增殖区的影响，在200 MW工况下，3 m半径和0.25 m增殖区尺寸计算结果最能满足需求。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240071
摘要:
阵列屏采用大量独立晶柱组合而成限制了可见光在转换屏内的扩散，能够在提高X光转换效率的同时保证照相系统有较高的空间分辨能力，是高能闪光照相系统中的重要器件。阵列屏由于各晶柱之间的转换系数不同而导致接收图像中存在非一致响应现象，必须将其校正才能对图像进行有效判读。研究了中阵列屏接收图像中非一致响应现象的校正方法，首先使用平板照相获得空场图像，然后对实验图像和空场图像扣除暗电流本底和消除脉冲噪声，最后将实验图像与空场图像进行像素相除运算。针对强振动环境下空场图像与实验图像不匹配问题，提出对空场图像进行位移的方法以实现空场图像与实验图像的重新匹配，采用校正后图像的标准差数据来判断两者的匹配性。实验结果表明位移后的空场图像能够校正强振动环境下阵列屏图像的非一致性响应。
阵列屏采用大量独立晶柱组合而成限制了可见光在转换屏内的扩散，能够在提高X光转换效率的同时保证照相系统有较高的空间分辨能力，是高能闪光照相系统中的重要器件。阵列屏由于各晶柱之间的转换系数不同而导致接收图像中存在非一致响应现象，必须将其校正才能对图像进行有效判读。研究了中阵列屏接收图像中非一致响应现象的校正方法，首先使用平板照相获得空场图像，然后对实验图像和空场图像扣除暗电流本底和消除脉冲噪声，最后将实验图像与空场图像进行像素相除运算。针对强振动环境下空场图像与实验图像不匹配问题，提出对空场图像进行位移的方法以实现空场图像与实验图像的重新匹配，采用校正后图像的标准差数据来判断两者的匹配性。实验结果表明位移后的空场图像能够校正强振动环境下阵列屏图像的非一致性响应。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240041
摘要:
针对哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置（SESRI）-300 MeV质子重离子加速器直线注入器，设计了直线定时系统，为脉冲工作模式的直线注入器斩波器、高频低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精准的、符合物理调束需求的工作时序触发信号。系统硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）设计和开发，实现了内触发模式与外触发模式两种模式下对直线加速器相关设备的精准时序控制以及斩波器的控制与安全联锁。硬件支持光信号通信、W5300以太网通信、多路继电器输出与多路同步触发信号的精准时序输出。同时，系统采用光信号通信模块方便系统的级联，易于系统扩展，可满足大规模直线加速器定时系统需求。用户上位机软件基于实验物理和工业控制系统（EPICS）分布式架构开发。该系统已成功运用在300 MeV质子重离子加速器装置、近代物理研究所SSC-LINAC装置，且长期运行稳定、可靠，无任何故障。
针对哈尔滨工业大学空间环境地面模拟装置（SESRI）-300 MeV质子重离子加速器直线注入器，设计了直线定时系统，为脉冲工作模式的直线注入器斩波器、高频低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精准的、符合物理调束需求的工作时序触发信号。系统硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）设计和开发，实现了内触发模式与外触发模式两种模式下对直线加速器相关设备的精准时序控制以及斩波器的控制与安全联锁。硬件支持光信号通信、W5300以太网通信、多路继电器输出与多路同步触发信号的精准时序输出。同时，系统采用光信号通信模块方便系统的级联，易于系统扩展，可满足大规模直线加速器定时系统需求。用户上位机软件基于实验物理和工业控制系统（EPICS）分布式架构开发。该系统已成功运用在300 MeV质子重离子加速器装置、近代物理研究所SSC-LINAC装置，且长期运行稳定、可靠，无任何故障。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230351
摘要:
针对两轴压电剪切叠堆在高频电压驱动下的二维高频运动的位移测量问题，提出使用（AFM）探针在敲击模式下的加工痕迹测量压电剪切叠堆运动位移的方法，首先制备热塑性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，随后进行AFM探针敲击加工实验，扫描AMF探针加工轨迹并对其进行后处理，成功得到压电剪切叠堆的二维高频运动位移，实现了以半接触的方式对压电剪切叠堆二维高频复杂运动的准确检测，并依据实验数据对压电剪切叠堆二维运动位移随电压幅值及频率的变化情况进行分析。实验结果表明，在10 Hz～5 kHz的激励信号频率范围内，所提出的方法能准确测量压电剪切叠堆的运动位移。
针对两轴压电剪切叠堆在高频电压驱动下的二维高频运动的位移测量问题，提出使用（AFM）探针在敲击模式下的加工痕迹测量压电剪切叠堆运动位移的方法，首先制备热塑性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，随后进行AFM探针敲击加工实验，扫描AMF探针加工轨迹并对其进行后处理，成功得到压电剪切叠堆的二维高频运动位移，实现了以半接触的方式对压电剪切叠堆二维高频复杂运动的准确检测，并依据实验数据对压电剪切叠堆二维运动位移随电压幅值及频率的变化情况进行分析。实验结果表明，在10 Hz～5 kHz的激励信号频率范围内，所提出的方法能准确测量压电剪切叠堆的运动位移。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240090
摘要:
集总参数巴伦尺寸小且易集成，但其不能承受较大功率，且频带较窄；分布参数类同轴巴伦因其具有宽频带、低损耗、大功率容量等特点，目前被广泛应用于大功率辐照天线的差分馈电与阻抗匹配的设计中。针对某试验系统对宽频带大功率辐照天线的工程应用需求，基于非整数阻抗变化比的同轴巴伦设计方法，设计与实现了一款加载铁氧体磁环的阻抗变换比1∶2.25的同轴巴伦。仿真结果与实测结果表明，该巴伦频带为0.01～1.30 GHz，巴伦相位不平衡度在180°±5°以内，幅度不平衡度在±1 dB以内，两路插损均小于1.5 dB。仿真分析了巴伦在500 W功率馈电下的电性能，验证了其功率容量。
集总参数巴伦尺寸小且易集成，但其不能承受较大功率，且频带较窄；分布参数类同轴巴伦因其具有宽频带、低损耗、大功率容量等特点，目前被广泛应用于大功率辐照天线的差分馈电与阻抗匹配的设计中。针对某试验系统对宽频带大功率辐照天线的工程应用需求，基于非整数阻抗变化比的同轴巴伦设计方法，设计与实现了一款加载铁氧体磁环的阻抗变换比1∶2.25的同轴巴伦。仿真结果与实测结果表明，该巴伦频带为0.01～1.30 GHz，巴伦相位不平衡度在180°±5°以内，幅度不平衡度在±1 dB以内，两路插损均小于1.5 dB。仿真分析了巴伦在500 W功率馈电下的电性能，验证了其功率容量。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.230448
摘要:
设计了一种用于高功率微波发射的S波段波导缝隙阵列天线。采用耦合波导和馈电波导同层排布的方式减小了天线的剖面高度，通过耦合缝隙同向偏置，辐射缝隙按照一定规律排布补偿相位，实现了缝隙单元方向图同相叠加，对缝隙参数、功分器形式与功率容量的关系进行了仿真分析，并在天线内部充入0.1 MPa SF6气体，提高了天线的功率容量。仿真和试验结果表明，在6.7%带宽内，天线电压驻波比小于1.5，增益达到27 dBi，采用窄谱高功率微波源激励天线并进行了高功率微波发射试验，天线的发射波形与微波源的输出波形具有良好一致性，测试的微波源输出功率为2.67 MW。
设计了一种用于高功率微波发射的S波段波导缝隙阵列天线。采用耦合波导和馈电波导同层排布的方式减小了天线的剖面高度，通过耦合缝隙同向偏置，辐射缝隙按照一定规律排布补偿相位，实现了缝隙单元方向图同相叠加，对缝隙参数、功分器形式与功率容量的关系进行了仿真分析，并在天线内部充入0.1 MPa SF6气体，提高了天线的功率容量。仿真和试验结果表明，在6.7%带宽内，天线电压驻波比小于1.5，增益达到27 dBi，采用窄谱高功率微波源激励天线并进行了高功率微波发射试验，天线的发射波形与微波源的输出波形具有良好一致性，测试的微波源输出功率为2.67 MW。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240065
摘要:
导弹作为军机的挂载，在雷电特殊环境中存在遭受雷击风险。为了提高机载导弹的雷电防护，根据标准SAE ARP5416的试验方法在CST中搭建仿真环境，对“军机挂载导弹”模型采用静电场仿真进行雷电附着1A区划分，并采用注入电流法仿真模型遭遇雷击时的间接效应。仿真结果表明：导弹导引头固定后沿（金属部分）和尾翼翼尖易遭受雷电初始附着，当雷电附着于导弹导引头固定后沿时，雷达罩内的电磁场环境最为恶劣，并且碳纤维复合材料（CFRP）舱段内产生的强电场环境和线缆的高感应电压会损坏弹内设备，而CFRP镀铝可将舱段内电场强度和线缆感应电压降低2个数量级，有着良好的雷电电磁屏蔽效果。
导弹作为军机的挂载，在雷电特殊环境中存在遭受雷击风险。为了提高机载导弹的雷电防护，根据标准SAE ARP5416的试验方法在CST中搭建仿真环境，对“军机挂载导弹”模型采用静电场仿真进行雷电附着1A区划分，并采用注入电流法仿真模型遭遇雷击时的间接效应。仿真结果表明：导弹导引头固定后沿（金属部分）和尾翼翼尖易遭受雷电初始附着，当雷电附着于导弹导引头固定后沿时，雷达罩内的电磁场环境最为恶劣，并且碳纤维复合材料（CFRP）舱段内产生的强电场环境和线缆的高感应电压会损坏弹内设备，而CFRP镀铝可将舱段内电场强度和线缆感应电压降低2个数量级，有着良好的雷电电磁屏蔽效果。
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2024, 36: 071001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240171
摘要:
2 μm波段光纤激光广泛应用于生物医学、环境监测、非线性频率转换，以及激光雷达和激光通信领域，备受研究人员关注。然而，该波段的激光器功率提升面临着低量子效率、高热负载和部分非线性效应的限制。基于反转概率调谐序列的高阶相位调制技术以抑制SBS效应、多级链路自动反馈的信号激光时域稳定控制技术以提升SRS阈值，以及光纤基横模纯化技术以控制光束质量，采用两级主放大结构，在1 950 nm波长实现了1 kW窄线宽近衍射极限输出，光光转换效率达55.6%，线宽3.8 GHz，光束质量M2约1.2，在最高功率时无横向模式不稳定效应。
2 μm波段光纤激光广泛应用于生物医学、环境监测、非线性频率转换，以及激光雷达和激光通信领域，备受研究人员关注。然而，该波段的激光器功率提升面临着低量子效率、高热负载和部分非线性效应的限制。基于反转概率调谐序列的高阶相位调制技术以抑制SBS效应、多级链路自动反馈的信号激光时域稳定控制技术以提升SRS阈值，以及光纤基横模纯化技术以控制光束质量，采用两级主放大结构，在1 950 nm波长实现了1 kW窄线宽近衍射极限输出，光光转换效率达55.6%，线宽3.8 GHz，光束质量M2约1.2，在最高功率时无横向模式不稳定效应。
2024, 36: 071002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230430
摘要:
深度学习技术与自适应光学技术的结合，预期能够有效提升波前校正效果，并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展，包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及相应的神经网络结构设计，同时分析了这些神经网络在不同实际应用场景下的性能表现，并对不同神经网络结构之间的差异进行了比较和讨论，探究了结构差异所带来的具体影响。最后，总结了深度学习在这两个方向上的已有方法，并就未来深度学习与自适应光学技术如何深度融合的发展趋势进行了展望。
深度学习技术与自适应光学技术的结合，预期能够有效提升波前校正效果，并能更好地应对更复杂的环境条件。详细梳理了在波前重构技术和波前预测技术方向上应用深度学习的研究进展，包括研究者在这两个研究方向中所采用的具体研究方法以及相应的神经网络结构设计，同时分析了这些神经网络在不同实际应用场景下的性能表现，并对不同神经网络结构之间的差异进行了比较和讨论，探究了结构差异所带来的具体影响。最后，总结了深度学习在这两个方向上的已有方法，并就未来深度学习与自适应光学技术如何深度融合的发展趋势进行了展望。
2024, 36: 073001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240105
摘要:
高空核爆炸产生的磁流体动力学（晚期）电磁脉冲对电力系统等国家重要基础设施具有严重影响。由于晚期电磁脉冲产生的机理复杂，依赖因素众多，包括爆炸当量、爆高、爆炸方位、爆炸时间、观察点位置以及土壤电导率等，因此，目前还没有成熟的代码可以模拟整个晚期电磁脉冲的产生过程。介绍晚期电磁脉冲的产生机理，讨论晚期电磁脉冲电场随核装置爆炸当量、爆高和大气状况的变化关系。E3A电场峰值随爆炸当量线性增加，而E3B电场峰值则随爆炸当量增加出现明显的饱和效应。分析了当前晚期电磁脉冲模拟代码现状，为进一步研究晚期电磁脉冲数值模拟方法和代码研发提供参考。
高空核爆炸产生的磁流体动力学（晚期）电磁脉冲对电力系统等国家重要基础设施具有严重影响。由于晚期电磁脉冲产生的机理复杂，依赖因素众多，包括爆炸当量、爆高、爆炸方位、爆炸时间、观察点位置以及土壤电导率等，因此，目前还没有成熟的代码可以模拟整个晚期电磁脉冲的产生过程。介绍晚期电磁脉冲的产生机理，讨论晚期电磁脉冲电场随核装置爆炸当量、爆高和大气状况的变化关系。E3A电场峰值随爆炸当量线性增加，而E3B电场峰值则随爆炸当量增加出现明显的饱和效应。分析了当前晚期电磁脉冲模拟代码现状，为进一步研究晚期电磁脉冲数值模拟方法和代码研发提供参考。
2024, 36: 073002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240093
摘要:
为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽，首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响，并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明：尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns，而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比，优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比，优化后的模拟器场在保持高峰值的同时，时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大，且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大；有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型，其次是2×1阵列模型；在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。
为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽，首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响，并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明：尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns，而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比，优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比，优化后的模拟器场在保持高峰值的同时，时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大，且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大；有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型，其次是2×1阵列模型；在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。
2024, 36: 073003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230433
摘要:
为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求，提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理，通过采用过模矩形波导E面合成的形式，使两个波导滤波器相互平行，两个输入端口相互平齐，以满足特定应用场景的需求。同时，通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制，并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距，在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2 λ，宽度为1.5 λ，高度为2.8 λ（λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长）。仿真结果表明，该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB，合成效率大于98%，输入端口之间的隔离度大于20 dB，在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下，功率容量为310 MW。
为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求，提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理，通过采用过模矩形波导E面合成的形式，使两个波导滤波器相互平行，两个输入端口相互平齐，以满足特定应用场景的需求。同时，通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制，并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距，在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2 λ，宽度为1.5 λ，高度为2.8 λ（λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长）。仿真结果表明，该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB，合成效率大于98%，输入端口之间的隔离度大于20 dB，在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下，功率容量为310 MW。
2024, 36: 073004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240076
摘要:
在计算电磁学领域，时域间断有限元算法（DGTD）一般基于模型空间的不规则网格划分和单元上高阶多项式插值计算。同样的插值阶数，二维空间四边形网格划分比三角形网格划分具有更少的自由度和更高的计算效率。然而，传统基于等参变换和多项式张量积插值的基函数空间在四边形单元上仅具有低阶完备性，且稳定性和精度受网格畸变影响较大。为此，提出了一种基于不规则四边形网格的高阶B样条插值DGTD方法，用于Maxwell方程的求解。文章采用的B样条基不仅具有高阶多项式空间的插值完备性，而且完全消除了单元内部自由度。此外，Maxwell方程离散系统的各系数矩阵还具有精确的解析形式。使用该方法分析腔体的本征模和楔形体的电磁散射，结果表明，相较于COMSOL软件最大允许时间步长提高2.5倍，计算所需未知量减少25%，证实了本文算法的高稳定性和高精度特点。
在计算电磁学领域，时域间断有限元算法（DGTD）一般基于模型空间的不规则网格划分和单元上高阶多项式插值计算。同样的插值阶数，二维空间四边形网格划分比三角形网格划分具有更少的自由度和更高的计算效率。然而，传统基于等参变换和多项式张量积插值的基函数空间在四边形单元上仅具有低阶完备性，且稳定性和精度受网格畸变影响较大。为此，提出了一种基于不规则四边形网格的高阶B样条插值DGTD方法，用于Maxwell方程的求解。文章采用的B样条基不仅具有高阶多项式空间的插值完备性，而且完全消除了单元内部自由度。此外，Maxwell方程离散系统的各系数矩阵还具有精确的解析形式。使用该方法分析腔体的本征模和楔形体的电磁散射，结果表明，相较于COMSOL软件最大允许时间步长提高2.5倍，计算所需未知量减少25%，证实了本文算法的高稳定性和高精度特点。
2024, 36: 073005.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230421
摘要:
针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求，提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成，通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条，使得辐射口面的电场分布更为均匀，提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换，同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态，提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求，优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列，仿真结果表明其在9.25～9.65 GHz范围内口径效率均大于90%，反射系数均小于−13.9 dB。对天线进行了加工测试，测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好，中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍，仿真得到的真空中功率容量为40 MW，具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。
针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求，提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成，通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条，使得辐射口面的电场分布更为均匀，提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换，同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态，提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求，优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列，仿真结果表明其在9.25～9.65 GHz范围内口径效率均大于90%，反射系数均小于−13.9 dB。对天线进行了加工测试，测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好，中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍，仿真得到的真空中功率容量为40 MW，具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。
2024, 36: 074001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230374
摘要:
根据关键设备在直线加速器隧道内的布局，控制网布设在隧道地面和墙面。跟踪仪是直线加速器控制网测量的主要仪器，跟踪仪的测角误差是影响设备精度的关键因素。根据隧道墙面和地面网点的布局以及跟踪仪测量方案，对跟踪仪所有测量状态下的水平角和垂直角进行分解；然后通过高精度三坐标测量仪和跟踪仪联动测试，对分解后的角度进行高精度求解，解算值用于修正跟踪仪的实测角度。结果表明，不管是哪种测量状态，跟踪仪实测角度值均大于解算值；地面网点垂直角和水平角的偏差与跟踪仪的标称精度基本相当；墙面点水平角超过15°时，测角误差随着角度的增加而增大，在隧道控制网测量时需要对墙面点水平角进行修正。
根据关键设备在直线加速器隧道内的布局，控制网布设在隧道地面和墙面。跟踪仪是直线加速器控制网测量的主要仪器，跟踪仪的测角误差是影响设备精度的关键因素。根据隧道墙面和地面网点的布局以及跟踪仪测量方案，对跟踪仪所有测量状态下的水平角和垂直角进行分解；然后通过高精度三坐标测量仪和跟踪仪联动测试，对分解后的角度进行高精度求解，解算值用于修正跟踪仪的实测角度。结果表明，不管是哪种测量状态，跟踪仪实测角度值均大于解算值；地面网点垂直角和水平角的偏差与跟踪仪的标称精度基本相当；墙面点水平角超过15°时，测角误差随着角度的增加而增大，在隧道控制网测量时需要对墙面点水平角进行修正。
2024, 36: 074002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230425
摘要:
中国科学院高能物理研究所于2023年6月完成了高品质因数1.3 GHz超导加速模组研发，在国际上率先实现了中温退火高品质因数超导腔模组技术路线。模组中集成了八只经过中温退火工艺处理的1.3 GHz 9-cell超导腔，在模组的测试过程中超导腔的高阶模耦合器温升异常，导致超导腔无法在高梯度下稳定工作。通过HFSS软件和CST软件中的微波仿真模块对高阶模耦合器进行电磁分析，再通过理论和Ansys Workbench软件对高阶模耦合器进行热仿真分析，并结合模组的高功率实验，找到了超导腔性能异常的原因，并对超导腔高阶模耦合器的冷却方式进行了进一步的优化，解决了模组中超导腔高梯度下的不稳定性。
中国科学院高能物理研究所于2023年6月完成了高品质因数1.3 GHz超导加速模组研发，在国际上率先实现了中温退火高品质因数超导腔模组技术路线。模组中集成了八只经过中温退火工艺处理的1.3 GHz 9-cell超导腔，在模组的测试过程中超导腔的高阶模耦合器温升异常，导致超导腔无法在高梯度下稳定工作。通过HFSS软件和CST软件中的微波仿真模块对高阶模耦合器进行电磁分析，再通过理论和Ansys Workbench软件对高阶模耦合器进行热仿真分析，并结合模组的高功率实验，找到了超导腔性能异常的原因，并对超导腔高阶模耦合器的冷却方式进行了进一步的优化，解决了模组中超导腔高梯度下的不稳定性。
2024, 36: 074003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230413
摘要:
针对兰州重离子研究装置（HHIRFL）荧光靶历史图像数据存储系统所产生的数据不断递增和历史数据检索速度慢的问题，构建了基于MongoDB数据库的荧光靶历史图像数据存储系统。为了能够保存和观测分析荧光靶束流图像，搭建了基于EPICS的历史数据归档系统获取荧光靶图像过程变量（PV）数据，用MongoDB数据库分片技术对所得数据进行存储，通过Django框架完成图像的转化和Web页面的实现，并在系统中应用了图像分类算法，提高了数据读写的速率。该系统在HIRFL上可以稳定获取、存储、观测荧光靶束流历史图像，为束流分析、调束工作提供了便利。
针对兰州重离子研究装置（HHIRFL）荧光靶历史图像数据存储系统所产生的数据不断递增和历史数据检索速度慢的问题，构建了基于MongoDB数据库的荧光靶历史图像数据存储系统。为了能够保存和观测分析荧光靶束流图像，搭建了基于EPICS的历史数据归档系统获取荧光靶图像过程变量（PV）数据，用MongoDB数据库分片技术对所得数据进行存储，通过Django框架完成图像的转化和Web页面的实现，并在系统中应用了图像分类算法，提高了数据读写的速率。该系统在HIRFL上可以稳定获取、存储、观测荧光靶束流历史图像，为束流分析、调束工作提供了便利。
2024, 36: 074004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230362
摘要:
锥束X射线CT和二维扇束、平行束CT系统相比具有扫描速度快、射线利用率高、重建图像轴向分辨率和水平分辨率一致等优点，是当前工业CT技术发展的重点。然而，由于散射线的存在，其成像质量受到影响。为了减小散射线对图像质量的影响，提出一种新的基于斜孔散射校正板的散射校正方法，对该方法的原理和实现进行了深入的研究，通过获取原始扫描数据以及斜孔散射校正板后的扫描数据，利用插值和平滑处理的方法获得散射场数据。然后，通过将原始数据减去散射场数据后进行重建，即可得到无散射的CT图像。通过与光栅式散射校正板校正方法进行对比，结果表明，该方法应用于涡轮叶片的锥束CT扫描结果校正，典型区域（叶片内冷却通道及叶片内壁）对比度噪声比分别提升了14.2%和56.8%，而光栅式散射校正板校正后，同一位置对比度噪声比分别仅提升了5.6%和27.6%，验证了基于斜孔散射校正板散射校正方法的优越性。
锥束X射线CT和二维扇束、平行束CT系统相比具有扫描速度快、射线利用率高、重建图像轴向分辨率和水平分辨率一致等优点，是当前工业CT技术发展的重点。然而，由于散射线的存在，其成像质量受到影响。为了减小散射线对图像质量的影响，提出一种新的基于斜孔散射校正板的散射校正方法，对该方法的原理和实现进行了深入的研究，通过获取原始扫描数据以及斜孔散射校正板后的扫描数据，利用插值和平滑处理的方法获得散射场数据。然后，通过将原始数据减去散射场数据后进行重建，即可得到无散射的CT图像。通过与光栅式散射校正板校正方法进行对比，结果表明，该方法应用于涡轮叶片的锥束CT扫描结果校正，典型区域（叶片内冷却通道及叶片内壁）对比度噪声比分别提升了14.2%和56.8%，而光栅式散射校正板校正后，同一位置对比度噪声比分别仅提升了5.6%和27.6%，验证了基于斜孔散射校正板散射校正方法的优越性。
2024, 36: 075001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240001
摘要:
为了探究稠密等离子体焦点装置内等离子体层的运动规律以及相关设计参数的影响，利用自主开发的FOI程序对Mather型放电室结构下的等离子体层加速过程、焦点形成过程进行二维磁流体力学仿真，得到了与美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室可见光实验图像相似的结果。同时，研究了装置的不同充气气压、电流幅值、阳极半径和阴阳极间隙对等离子体层轴向加速过程和箍缩效果的影响。计算结果表明，等离子体层会以一定的弧度沿径向压缩气体，这是引起腊肠不稳定现象的原因之一；等离子体层的轴向运动速度与装置充气压力的平方根成反比，与施加的电流成正比，与装置的阳极半径成反比；增大电流的同时需要延长装置阳极的长度，使箍缩发生在电流达到峰值的时刻；阴阳极间隙的大小对阳极附近等离子体层的轴向运动过程影响不大。
为了探究稠密等离子体焦点装置内等离子体层的运动规律以及相关设计参数的影响，利用自主开发的FOI程序对Mather型放电室结构下的等离子体层加速过程、焦点形成过程进行二维磁流体力学仿真，得到了与美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室可见光实验图像相似的结果。同时，研究了装置的不同充气气压、电流幅值、阳极半径和阴阳极间隙对等离子体层轴向加速过程和箍缩效果的影响。计算结果表明，等离子体层会以一定的弧度沿径向压缩气体，这是引起腊肠不稳定现象的原因之一；等离子体层的轴向运动速度与装置充气压力的平方根成反比，与施加的电流成正比，与装置的阳极半径成反比；增大电流的同时需要延长装置阳极的长度，使箍缩发生在电流达到峰值的时刻；阴阳极间隙的大小对阳极附近等离子体层的轴向运动过程影响不大。
2024, 36: 075002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240091
摘要:
基于光伏板模拟冰雹撞击试验的实际需求，开展了磁阻型线圈发射装置与脉冲功率源之间的匹配性研究。通过理论对续流前置型和续流后置型两种基本脉冲放电电路进行了适用性分析，结果表明，续流前置型脉冲放电电路与发射装置具有更优的匹配性。针对发射过程中剩余脉冲电流的反向制动问题，设计了一种可以快速消除剩余脉冲电流的泄能电路，用于改进续流前置型脉冲放电电路的拓扑结构，进一步提高其适用性，并借助仿真进行验证。结果表明，泄能电路能快速消除剩余脉冲电流的反向拉力影响，使抛体的发射性能显著提高，抛体出口速度相比传统放电电路提升50.8%，系统发射效率提高127.5%。该项研究可为磁阻式线圈发射技术应用在模拟撞击试验领域的研究提供参考。
基于光伏板模拟冰雹撞击试验的实际需求，开展了磁阻型线圈发射装置与脉冲功率源之间的匹配性研究。通过理论对续流前置型和续流后置型两种基本脉冲放电电路进行了适用性分析，结果表明，续流前置型脉冲放电电路与发射装置具有更优的匹配性。针对发射过程中剩余脉冲电流的反向制动问题，设计了一种可以快速消除剩余脉冲电流的泄能电路，用于改进续流前置型脉冲放电电路的拓扑结构，进一步提高其适用性，并借助仿真进行验证。结果表明，泄能电路能快速消除剩余脉冲电流的反向拉力影响，使抛体的发射性能显著提高，抛体出口速度相比传统放电电路提升50.8%，系统发射效率提高127.5%。该项研究可为磁阻式线圈发射技术应用在模拟撞击试验领域的研究提供参考。
2024, 36: 076001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230444
摘要:
高温气冷堆主氦风机调试期间，由于一回路阻力低于设计工况，因而主氦风机无法完成全转速范围性能测试。基于主氦风机的理论特性与相似原理开发主氦风机不同阻力工况调试参数的推算方法。结合主氦风机单体试验工况点，准确推算主氦风机冷态与热态性能试验的工况点参数，并指导完成高温气冷堆主氦风机全转速、满功率性能测试。通过对主氦风机调试与出厂试验结果的对比分析，验证本推算方法的可行性，并给出空气介质与氦气介质工况转换的修正因子。通过主氦风机调试与运行数据的对比分析，可以看出本文提供的主氦风机调试工况具有足够的包络性，能够覆盖高温气冷堆运行期间主氦风机的所有运行工况，证明了本文提供的变阻力工况主氦风机调试方法满足高温气冷堆主氦风机性能验证需求，可用于指导后续高温气冷堆的主氦风机调试工作。
高温气冷堆主氦风机调试期间，由于一回路阻力低于设计工况，因而主氦风机无法完成全转速范围性能测试。基于主氦风机的理论特性与相似原理开发主氦风机不同阻力工况调试参数的推算方法。结合主氦风机单体试验工况点，准确推算主氦风机冷态与热态性能试验的工况点参数，并指导完成高温气冷堆主氦风机全转速、满功率性能测试。通过对主氦风机调试与出厂试验结果的对比分析，验证本推算方法的可行性，并给出空气介质与氦气介质工况转换的修正因子。通过主氦风机调试与运行数据的对比分析，可以看出本文提供的主氦风机调试工况具有足够的包络性，能够覆盖高温气冷堆运行期间主氦风机的所有运行工况，证明了本文提供的变阻力工况主氦风机调试方法满足高温气冷堆主氦风机性能验证需求，可用于指导后续高温气冷堆的主氦风机调试工作。
2024, 36: 076002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230408
摘要:
基于两流体六方程模型针对钠的气液两相分别构建守恒方程，采用蒸发冷凝模型表征两相质量交换，分别使用显式和隐式处理方法对蒸发冷凝模型进行计算，同时考虑了Sobolev阻力模型、两相对流换热模型以及相间动量交换等本构关系，开发了适用于模拟钠冷快堆冷却剂沸腾的多孔介质分析方法，利用KNS-37失流实验L22工况数据进行了对比验证，并利用L29工况流量数据验证模型的适用性。结果表明，所建立的钠沸腾多孔介质分析方法可以较好地模拟钠冷快堆沸腾现象，预测沸腾发生时间在6.3 s左右，与实验相差0.2 s，温度和流量的总体变化趋势与实验数据吻合较好。
基于两流体六方程模型针对钠的气液两相分别构建守恒方程，采用蒸发冷凝模型表征两相质量交换，分别使用显式和隐式处理方法对蒸发冷凝模型进行计算，同时考虑了Sobolev阻力模型、两相对流换热模型以及相间动量交换等本构关系，开发了适用于模拟钠冷快堆冷却剂沸腾的多孔介质分析方法，利用KNS-37失流实验L22工况数据进行了对比验证，并利用L29工况流量数据验证模型的适用性。结果表明，所建立的钠沸腾多孔介质分析方法可以较好地模拟钠冷快堆沸腾现象，预测沸腾发生时间在6.3 s左右，与实验相差0.2 s，温度和流量的总体变化趋势与实验数据吻合较好。
2024, 36: 076003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.230406
摘要:
光辐射是核爆炸中能量的重要组成部分，因此研究其在空间中的热能分布规律具有重要的意义。根据核爆炸理论中火球的发展规律和光辐射的瞬时能量特征得到核爆炸光辐射的热能计算公式，该公式主要与爆炸高度、爆炸当量、大气衰减系数、火球半径和火球温度有关。首先，通过设计不同地图、改变核爆的相关参数进行模拟计算，分析了核爆炸光辐射热能的分布特点。然后，结合光辐射烧伤的伤情分级标准，在模拟程序中添加搜寻功能，实现自动对虚拟地图的伤情分级半径区域进行划分。最后，采用神经网络训练模拟数据，得到核爆的相关参数与地图伤情分级半径的映射关系，从而能够由核爆炸参数直接预测目标地图上的伤情分级半径，可大大缩短计算时间。
光辐射是核爆炸中能量的重要组成部分，因此研究其在空间中的热能分布规律具有重要的意义。根据核爆炸理论中火球的发展规律和光辐射的瞬时能量特征得到核爆炸光辐射的热能计算公式，该公式主要与爆炸高度、爆炸当量、大气衰减系数、火球半径和火球温度有关。首先，通过设计不同地图、改变核爆的相关参数进行模拟计算，分析了核爆炸光辐射热能的分布特点。然后，结合光辐射烧伤的伤情分级标准，在模拟程序中添加搜寻功能，实现自动对虚拟地图的伤情分级半径区域进行划分。最后，采用神经网络训练模拟数据，得到核爆的相关参数与地图伤情分级半径的映射关系，从而能够由核爆炸参数直接预测目标地图上的伤情分级半径，可大大缩短计算时间。
2024, 36: 079001.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240061
摘要:
近年来，量子信息技术飞速发展，其中基于里德堡原子的电磁传感器吸引了人们的极大兴趣。里德堡原子是一种处于高能态的原子，因其拥有对外场响应灵敏、具备自校准并直接追溯到国际单位制的测量能力、不受传统天线尺寸效应的影响等特点，十分适合于无线电传感与探测。自2012年Shaffer等突破性地利用里德堡原子的电磁诱导透明效应测量微波电场强度的灵敏度及不确定度均远高于传统微波测量结果之后，近十年来，以里德堡原子超外差测量等新理论和新技术为代表的研究已经实现了对电磁波的频率、极化、相位、强度等多参数的测量，相关工程化的技术也蓬勃发展，有望对传统的无线电技术产生颠覆性的影响。对基于里德堡原子的无线电技术近十年来的研究进展进行综述，从探测原理出发，梳理本领域的发展脉络，并对其未来发展趋势进行展望。
近年来，量子信息技术飞速发展，其中基于里德堡原子的电磁传感器吸引了人们的极大兴趣。里德堡原子是一种处于高能态的原子，因其拥有对外场响应灵敏、具备自校准并直接追溯到国际单位制的测量能力、不受传统天线尺寸效应的影响等特点，十分适合于无线电传感与探测。自2012年Shaffer等突破性地利用里德堡原子的电磁诱导透明效应测量微波电场强度的灵敏度及不确定度均远高于传统微波测量结果之后，近十年来，以里德堡原子超外差测量等新理论和新技术为代表的研究已经实现了对电磁波的频率、极化、相位、强度等多参数的测量，相关工程化的技术也蓬勃发展，有望对传统的无线电技术产生颠覆性的影响。对基于里德堡原子的无线电技术近十年来的研究进展进行综述，从探测原理出发，梳理本领域的发展脉络，并对其未来发展趋势进行展望。
2024, 36: 079002.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240030
摘要:
散斑移位鬼成像边缘提取方法需要对物体进行多次的采样，才能得到高质量的边缘图。为了解决散斑移位鬼成像提取物体边缘时采样次数多和时间长的问题，在鬼成像的边缘提取实验中采用了卷积神经网络。首先用Walsh散斑对未知图像进行照射，将桶探测器收集的采样信号作为图像特征信息输入到鬼成像边缘提取网络，最后通过训练好的网络直接输出探测物体的边缘信息图，并且使用非极大值抑制算法来优化卷积神经网络的输出结果。实验结果表明，对于128×128像素的重建物体，在采样次数为1600时，鬼成像边缘提取网络输出边缘图案的信噪比和结构相似指数分别比散斑移位鬼成像的输出结果提高了5倍和2倍，成功提高了低采样率下鬼成像边缘提取的质量，降低了采样的时间。采用卷积神经网络的鬼成像边缘提取方案，有利于鬼成像在物体识别、安全检查的实际应用中进行快速高质量的边缘检测。
散斑移位鬼成像边缘提取方法需要对物体进行多次的采样，才能得到高质量的边缘图。为了解决散斑移位鬼成像提取物体边缘时采样次数多和时间长的问题，在鬼成像的边缘提取实验中采用了卷积神经网络。首先用Walsh散斑对未知图像进行照射，将桶探测器收集的采样信号作为图像特征信息输入到鬼成像边缘提取网络，最后通过训练好的网络直接输出探测物体的边缘信息图，并且使用非极大值抑制算法来优化卷积神经网络的输出结果。实验结果表明，对于128×128像素的重建物体，在采样次数为1600时，鬼成像边缘提取网络输出边缘图案的信噪比和结构相似指数分别比散斑移位鬼成像的输出结果提高了5倍和2倍，成功提高了低采样率下鬼成像边缘提取的质量，降低了采样的时间。采用卷积神经网络的鬼成像边缘提取方案，有利于鬼成像在物体识别、安全检查的实际应用中进行快速高质量的边缘检测。
2024, 36: 071003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240082
摘要:
研究了在自由电子激光设施中产生高偏振度圆偏振辐射的技术方案。该方案将工作在反向渐变模式的平面波荡器和常规椭圆极化波荡器以前后连接的方式进行排布，并通过波荡器之间的矫正磁铁对电子束进行轨道控制。在平面波荡器部分利用偏转磁铁使电子束偏向传输，所产生线偏振辐射也将偏轴传播，脉冲能量为0.357/begin{document}${/text{μJ}}$/end{document} ![]()
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研究了在自由电子激光设施中产生高偏振度圆偏振辐射的技术方案。该方案将工作在反向渐变模式的平面波荡器和常规椭圆极化波荡器以前后连接的方式进行排布，并通过波荡器之间的矫正磁铁对电子束进行轨道控制。在平面波荡器部分利用偏转磁铁使电子束偏向传输，所产生线偏振辐射也将偏轴传播，脉冲能量为0.357
2024, 36: 071004.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240102
摘要:
在自由电子激光（FEL）中，谐波驱动自种子（HLSS）可以减小自放大自发辐射（SASE）机制的辐射带宽、提高X射线波段FEL的谱亮度，其原理已被FLASH、PAL、European XFEL等实验室验证。HLSS可改善SASE FEL的相干性，但同时相对SASE并没有提出新的硬件需求，因此可以很方便地应用于国内在建或运行在SASE机制的自由电子激光装置。本文对HLSS方案实现窄带宽效果的原理进行了归纳，给出了波荡器参数的定量条件；随后使用深圳中能高重复频率X射线自由电子激光的典型参数进行模拟，模拟结果表明在出光波长为4.5 nm与6.75 nm时，HLSS的带宽减小至SASE的1/2左右，同时谱亮度提高至2倍左右。
在自由电子激光（FEL）中，谐波驱动自种子（HLSS）可以减小自放大自发辐射（SASE）机制的辐射带宽、提高X射线波段FEL的谱亮度，其原理已被FLASH、PAL、European XFEL等实验室验证。HLSS可改善SASE FEL的相干性，但同时相对SASE并没有提出新的硬件需求，因此可以很方便地应用于国内在建或运行在SASE机制的自由电子激光装置。本文对HLSS方案实现窄带宽效果的原理进行了归纳，给出了波荡器参数的定量条件；随后使用深圳中能高重复频率X射线自由电子激光的典型参数进行模拟，模拟结果表明在出光波长为4.5 nm与6.75 nm时，HLSS的带宽减小至SASE的1/2左右，同时谱亮度提高至2倍左右。
2024, 36: 075003.
doi: 10.11884/HPLPB202436.240063
摘要:
建立电路模型分析了28级单路直线变压器驱动源（LTD）中可能出现的组件自放电连锁故障过程。结果表明当任何一个4级组件被误触发时，均会导致整个单路LTD连锁动作，产生的故障电压无法被单路驱动源输出端的隔离开关限制。且当误动的组件位于单路LTD下游时，电压沿着传输线向上游传播会在第1组件较低阻抗的传输线上产生远高于正常放电时的峰值场强，有可能引发装置的绝缘故障。通过适当增加第1组件传输线内外导体的间隙可以在几乎不影响负载电流输出幅值和波形的前提下削弱反向传播的连锁故障导致的高峰值场强，从而提高装置运行的可靠性。
建立电路模型分析了28级单路直线变压器驱动源（LTD）中可能出现的组件自放电连锁故障过程。结果表明当任何一个4级组件被误触发时，均会导致整个单路LTD连锁动作，产生的故障电压无法被单路驱动源输出端的隔离开关限制。且当误动的组件位于单路LTD下游时，电压沿着传输线向上游传播会在第1组件较低阻抗的传输线上产生远高于正常放电时的峰值场强，有可能引发装置的绝缘故障。通过适当增加第1组件传输线内外导体的间隙可以在几乎不影响负载电流输出幅值和波形的前提下削弱反向传播的连锁故障导致的高峰值场强，从而提高装置运行的可靠性。
