叠靶研究

直线感应加速器 (LIA)产生的高能、强流电子束与轫致辐射靶作用能够产生具有高剂量、小焦斑的X光 ,但伴随产生的回流离子会导致电子束束斑变大与X光分辨率降低 ,在多脉冲情况下更会影响到后续电子束的束靶作用等。叠靶结构能够增大束靶作用的立体空间 ,降低在靶面的能量沉积 ,可有效抑制回流离子的产生。对叠靶结构模型进行了理论计算与实验研究 ,并与单靶情况相比较 ,证实了在两种靶结构下所得到的X光照射量大小与角分布基本相同 ,但对于叠靶情况下靶面没有出现烧蚀现象 。

轫致辐射转换靶破坏过程诊断

直线感应加速器能够产生一个高功率、强流脉冲电子束,该电子束与轫致辐射转换靶作用可以产生一个脉冲的、强剂量的X光,同时会对轫致辐射靶本身也造成烧蚀破坏,甚至洞穿。设计研制了一套激光探测系统,对神龙一号加速器上的轫致辐射靶进行了诊断,得到了0.4 mm钽靶的破坏穿孔开始时刻在电子束打靶后约240μs处,整个靶穿孔过程持续时间可达1.5 ms。

回流离子动力学行为研究

建立了强流电子束撞击轫致辐射转换靶而使靶面产生回流离子的物理模型 ,得到了具有回流离子作用的轫致辐射转换靶前的空间电荷势分布 ,对可能产生的几种回流离子的运动尺度。

神龙一号直线感应加速器X光转换靶破坏诊断

利用能量约450 keV、焦斑直径1~4 mm的低能X光对神龙一号直线感应加速器束靶作用后钽靶的破坏进行诊断,利用增强型电荷耦合器件（ICCD）对诊断过程记录,得到束靶作用后数μs时间内钽靶材料密度的变化。结果表明：在束靶作用后约1μs内靶材料密度基本没有变化,且该时间段内ICCD相机没有观察到有靶前钽靶材料的微粒喷射。

12MeVLIA轫致辐射靶面回流离子测量

强流高功率脉冲电子束聚焦成mm量级的束斑后,打击到轫致辐射靶的过程中会产生回流离子,它会导致电子束被提前聚焦,在预定的靶面形成散焦。描述了法拉第筒对12MeV直线感应加速器的轫致辐射靶面可能产生的离子及其参数进行的实验测量,并对实验结果进行了分析讨论。结果表明在靶前60°～70°方向未发现回流离子。

无箔二极管结构设计研究

用数值计算方法研究了无箔二极管中几何结构参量对束流的影响，得出了无箔二极管结构参数选择的部分规律，同时又结合实际给出了一个无箱二级管模型的最佳组合参数．

X光转换靶区物理现象研究

描述了束靶作用产生X光的同时伴随有回流离子、回流颗粒的产生及对加速器品质的影响；利用激光干涉法测量等离子体（回流离子）的性能参数，得到靶前等离子体的密度为10^22／m^3；利用高速分幅相机测量回流颗粒运动速度为2～4km／s，根据该结果，设计3种快门阻挡回流颗粒；最后给出多脉冲下X光转换靶的物理设计，即泡沫靶和叠靶（复合靶）。

“神龙一号”轫致辐射靶设计

利用数值模拟方法。设计了“神龙一号”直线感应加速器的轫致辐射靶的靶材及结构。实验洄量了钽叠靶所产生的X光照射量和X光焦斑，得到转换靶正前方1m处的X光照射量在0．103C／kg以上。产生的X光焦斑小于1．5mm，满足“神龙一号”轫致辐射靶的设计要求。

12MeV直线感应加速器二极管优化设计研究

用 MAGIC程序对设计的多种 1 2 Me V直线感应加速器的二极管结构进行模拟计算 ,得出了二极管阴极表面电场强度分布 ,并根据实验结果 ,得到了结构最佳设计的二极管模型 ;随后利用扫描电镜方法对不同天鹅绒的结构进行了分析与发射性能实验研究。最后得到优化后的二极管产生的电子束束流参数为 :发射束流 Ie=8.50 k A ,传输束流 I8≥ 3.0 k A ,打靶束流 I0 ≥ 2 .30 k A。

神龙一号轫致辐射靶靶区回流离子测量

神龙一号直线感应加速器(LIA)产生的强流高功率的脉冲电子束与X光转换靶作用后可以产生高剂量的X光,同时由于转换靶的被烧蚀破坏在靶面产生回流离子,该回流离子的存在影响到电子束的聚焦。设计了4套法拉第筒及其对应的偏压电路,法拉第筒被放置在神龙一号X光转换靶上游不同位置,分布在电子束轴线两侧,电路设计最高偏压为1 kV;对神龙一号LIA的X光转换靶面产生的回流离子进行了实验测量,分别得到回流正离子密度约在1021/m3,离子运动速度可达2～3 mm/s。计算比较表明,该离子流强度与神龙一号靶前电子束流相差很大,只有电子束流强的0.27%,对神龙一号电子束聚焦不会造成影响。

基于直线感应加速器的非相干太赫兹源设计

太赫兹波的产生途径有很多,本文通过理论设计和数值计算模拟了利用强流直线感应加速器神龙一号来产生THz波。神龙一号直线感应加速器能够产生最大能量-20 MeV、束流强度-2 kA、脉冲宽度-60 ns的脉冲电子束,脉冲电子束以不同能量通过偏转半径不相同的偏转磁铁后可以辐射出具有连续频率的太赫兹波。模拟计算了不同能量下的电子束通过偏转半径分别为0.2 m、0.5 m和1 m的偏转磁铁后得到的太赫兹波频率与电子束能量、磁铁偏转半径等的关系,太赫兹波的频率范围可达0.1 THz-9 THz,最大瞬时辐射功率-0.5 W。最后根据神龙一号直线感应加速器漂移段布局,设计得到偏转半径为0.5 m的偏转磁铁结构以及模拟结果。

利用直线感应加速器作为太赫兹源的分析

相对论性的强流电子束在通过弯转磁铁时能够产生同步辐射的电磁波，电磁波的频率范围可以达到太赫兹频段。利用直线感应加速器产生的约2kA束流、20MeV电子束，在通过不同半径弯转磁铁时同步产生具有连续频率的电磁辐射，采用数值模拟方法得到了连续频率在0．1～9THz的电磁波，同时也得到该太赫兹波的辐射功率最大可达到0．5W。

神龙二号加速器及其关键技术

神龙二号加速器是一台以M H z 猝发率猝发工作的三脉冲直线感应电子加速器.该加速器输出的三脉冲电子束,相邻两脉冲间最小时间间隔300 n s ,而且可调,每个脉冲电子束的电子能量1 8 -20 M e V 、束流强度大于等于2 k A .当电子束与轫致辐射转换靶相互作用时,可产生三个强X 光脉冲,X 光斑点尺寸小于等于2 m m （ F W H M ）,距靶1 m 处照射量大于等于7 . 7 4 × 1 0^- 2C /k g （ 0 0 R ）.该加速器涉及的主要关键技术包括三脉冲功率源设计、三脉冲强流高品质电子束源的产生、加速场建造、束流传输线设计、轫致辐射转换靶设计、测量与诊断技术等.

狭缝法测量X射线斑点大小

应用狭缝光阑成像法测量X射线斑点大小,通过狭缝成像获得光源的线扩展函数和调制传递函数MTF,而后从MTF为0.5所对应的空间频率之值确定出光源的光斑大小。应用该方法测量得到12 MeV直线感应加速器(LIA)X射线斑点大小为3.2 mm,及磁透镜在不同焦距下的X射线斑点大小。该项测量为12MeV LIA电子束聚焦调试实验提供有效判据。

电磁干扰下时间分辨测量系统信号外触发技术

在实验的基础上给出了束参数时间分辨测量系统的实验布局和特点,分析高压电磁干扰对直线感应加速器中时间分辨测量系统外触发性能的影响和变化规律;进一步探讨系统高压电磁干扰后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况,主要通过采用光纤传输控制信号的措施,能很好地传输窄脉冲,信号延时抖动小于2ns,达到了高速信号的可靠传输要求,采用嵌入式控制器既解决了抗电磁干扰的要求,也满足了束参数时间分辨测量系统的使用要求。

强流短脉冲电子束束斑实时测量

介绍了一套基于切伦科夫辐射的用于强流短脉冲电子束束斑实时测量的装置。切伦科夫辐射体采用厚度为0.5mm、直径为80mm的石英玻璃,背面经过磨砂处理,安装在磁密封真空传动装置上,可以随传动杆上下左右转动。切伦科夫光经滤光片后由CCD相机进行接收,图像信号经CA MPE 1000F(H)型黑白图像采集卡读入计算机进行处理。报告了在中国工程物理研究院流体物理研究所的12MeVLIA和2MeV注入器上进行的束斑测量实验结果。

强流脉冲电子束轰击下回喷靶材速度测量与数值模拟

叙述了用高速摄影技术研究强流脉冲电子束与钽金属靶相互作用后靶材的回喷现象,得出了靶材回喷的速度。并且采用EGS4程序和Euler流体力学方程组分别模拟了电子束在靶内的能量沉积和束靶相互作用的动力学过程。实验表明,钽金属靶在强流脉冲电子束轰击下,回喷靶材的轴向速度大于2. 9mm/μs,而模拟结果表明理想情况下回喷靶材自由面的轴向速度可达9. 7mm/μs。实验和理论计算为阻挡回喷靶材的快门设计提供了必要的参数。

高能电子辐照对束测量系统的影响

在直线感应加速器束参数测量系统实验的基础上,给出了束参数测量系统的实验布局和特点,分析高能电子辐照对直线感应加速器中测量系统电子器件介电性能的影响和变化规律;进一步探讨电子器件介电性能受高能电子辐照后的抑制措施。针对电磁空间干扰情况,主要通过采用光纤传输控制信号的措施,能很好地传输窄脉冲,信号延时抖动小,达到了高速信号的可靠传输要求,利用紧凑嵌入式方法,提高了抗电磁干扰的能力,这样可以更好保护束参数测量电子器件。

高能通量脉冲电子束作用下钽靶破坏初步研究

使用Monte-Carlo程序MCNP在2维情况下模拟得到了高能通量脉冲电子束在钽金属靶中的能量沉积。根据能量沉积的模拟结果以及实验后靶上穿孔的大小和形貌,提出了电子束对不同结构钽金属靶破坏的物理机制。由于能量沉积的差异,1 mm实心靶中的热激波在一定时间内沿径向和轴向持续对靶材进行压缩,而在叠靶中这种压缩效果并不明显,因此实验后1 mm实心靶上穿孔的大小几乎是叠靶上的两倍。根据理论模型分析得到的靶材熔融喷射和层裂现象与实验结果相吻合。

4 MeV闪光X光机轫致辐射靶设计

对4 MeV闪光X光机的轫致辐射靶参数进行了设计和模拟计算。利用蒙特卡罗程序,计算得到当轫致辐射靶的有效钽靶材厚度约为0.6 mm时,靶正前方1 m处产生的单脉冲X光的照射量值最大,可以达到约2.86×10^-3 C/kg,满足4 MeV闪光X光机对其单脉冲X光的设计要求。对不同能量下的单脉冲电子束加载在轫致辐射靶上的能量沉积密度进行了计算和比较,分析研究了不同结构下的靶破坏,结果表明:轫致辐射靶采用叠靶结构的钽靶能够满足4 MeV闪光机的实验需求。