“强光一号”加速器电路模拟与分析

估算了"强光一号"加速器脉冲变压器、传输线、水开关等部分的电路参数,建立了非线性磁芯电路模型和脉冲功率源电路模型,进行了硅钢磁芯特性实验、直线脉冲变压器模块和加速器的电路模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。计算表明,当前运行状态下直线脉冲变压器磁芯并没有达到励磁饱和状态,若将初级储能电容由2.8μF改为4.0μF,充电35 kV不影响加速器输出参数,而且为加速器进一步增加储能、提高输出指标奠定基础。

强光一号加速器测量电缆补偿技术

为满足快信号测试要求,提出了利用滤波器原理设计补偿器来提高传输线带宽,以减小信号在传输过程中的畸变和损失。针对强光一号加速器测试电缆特性,设计制作了小型化的带宽补偿器。通过采用该电缆补偿技术,强光一号加速器测量电缆补偿后的传输带宽达到200MHz,幅度为原始信号的1/3,满足了强光一号加速器测试电缆快信号传输的要求。给出了原始信号、未补偿信号及补偿后信号的比较结果,证明补偿后的信号明显比未补偿信号更接近原始信号,原始信号经电缆传输后造成的前沿损失和波形畸变通过带宽补偿器后获到了明显的补偿和修复。编制了专用补偿器设计软件,使补偿器初期设计中的极零对寻找、元器件参数计算等工作实现自动化。

强光一号"加速器Z箍缩丝阵负载的零维模拟

作为丝阵Z箍缩实验的基础,丝阵负载的设计具有重要意义。主要介绍了Z箍缩丝阵负载设计的slug模型,首先对该模型的原理进行了分析,然后对该模型进行编程,并利用美国Saturn加速器上的丝阵负载实验结果进行验证,计算结果表明了程序的可靠性。最后应用该模型及所编写程序对"强光一号"加速器上丝阵负载的Z箍缩实验进行了模拟,获得了偏差小于5%的模拟结果。

强光一号水开关击穿性能

采用光学诊断和电磁测量相结合的方法对"强光一号"不同结构的水开关的放电特性进行研究,其中包括环-板结构、球-板结构及局部场增强球-板结构。通过理论模拟开关电场分布及"强光一号"加速器水开关击穿电压的实际测量可以分析不同结构的开关工作稳定性,结果表明:环-板结构的水开关具有最稳定的击穿特性,15发放电的时间抖动只有30 ns;局部场增强球-板结构水开关抖动60 ns;球-板结构水开关稳定性最差,抖动达到140 ns。利用纳秒时间分辨可见光分幅相机和光纤传感器对环-板型及局部场增强球-板结构水介质开关进行光学测量,得到了电流通道发展图像以及整个放电过程的光强变化信号。实验结果表明:环-板型水介质开关开始击穿时的平均场强约为190 kV/cm,同时存在多个放电通道,流注呈树枝状分布,其发展速度为几十cm/s。

“强光一号”等离子体断路开关及负载的数值计算

等离子体断路开关(POS)是“强光一号”加速器产生短脉冲γ射线的关键器件之一。应用POS融蚀模型分析了“强光一号”加速器POS与二极管系统的基本工作过程,通过该模型计算获得了POS与二极管系统的总电流以及电子束电流,计算结果与实验结果吻合较好。计算结果表明,“强光一号”POS在工作时并未达到完全磁绝缘状态,其阻抗最终为21.5Ω,约有60%总电流在二极管负载导通时流过POS,且融蚀模型对POS阻抗增长预测偏高,但由于电流变化较大,二极管负载电压仍能达到4.5 MV左右。

“强光一号”预脉冲气体开关特性研究

对"强光一号"加速器预脉冲气体开关特性进行了初步研究,估算了开关固有电容等电气参数,发现在数百ns的电压脉冲作用下,对于满足均匀场或接近均匀场条件的开关,其击穿电压接近其直流自击穿电压。在此基础上,针对"强光一号"加速器预脉冲的特点,选取加速器中预脉冲开关的工作间距及工作所压,在开关间距为24mm,气压为0.6MPa时,成功地抑制了预脉冲。

软X射线功率谱仪测量系统在“强光一号”的丝阵实验

闪烁体和光电管组成的软X射线功率谱测量系统,在西北核技术研究所的“强光一号”加速器上,测量得到了各种丝阵靶的X射线辐射功率波形,并对测量结果进行了分析。

脉冲电压下的自击穿水介质开关击穿特性和电路参数实验研究

介绍了“强光一号”加速器中两种结构的自击穿水开关,建立了简化的开关电路模型,并通过估算和Pspice模拟确定了开关的电路参数,包括电极间杂散电容、火花通道电感和火花电阻。研究表明开关导通过程中的流注电容效应可以忽略,放电通道火花电感与电阻选取流注导通时刻的值,且在主放电电流传递过程中保持不变。根据实验结果,阐述了两种开关击穿的不同特点:对于局部电场增强型的球-板电极结构的主开关,可以采用J.C.Martin稍不均匀场水击穿经验公式估算临界场强;而棒-板电极结构的多针开关,适合用J.C.Martin针-板击穿模型的水击穿经验公式估算临界场强,且并联工作的9个多针开关可以同时形成独立的放电通道。

双极型运算放大器瞬时电离辐射效应实验研究

建立了运算放大器瞬时电离辐射效应在线测试系统,选取不同带宽、不同压摆率的3种双极型运算放大器,在西北核技术研究所的"强光一号"加速器上进行了实验。结果显示,在相同剂量率下,双极运算放大器的带宽越大、压摆率越高,其输出端口瞬时电离辐射恢复时间越短。分析表明,对于具有内补偿电容的双极运算放大器,其压摆率与补偿电容有关;补偿电容越小,压摆率越大,运算放大器输出端口瞬时电离辐射扰动的恢复时间越短。

用于Z箍缩的双层喷气负载设计

双层喷气负载作为减小瑞利-泰勒不稳定性的重要手段,在Z箍缩实验中得到广泛应用。本文主要阐述双层喷气负载的机械设计,包括整体结构以及密封、同步等。分析了影响内外气室气密性的主要因素及弹簧参数的选取。对由线圈、铁芯及拉杆组成的拉阀系统进行了验算。结果表明,在所选参数下,系统完全满足实验要求。最终在"强光一号"加速器上进行了结构验证性实验,获得了满意的效果。

强辐射对Yb∶YAG超快无机闪烁探测器灵敏度影响的实验测量

为了给强脉冲辐射场中应用超快闪烁探测器进行精密物理测试以及相关晶体抗核加固提供实验测量数据参考,针对近年新研制的Yb∶YAG超快无机闪烁体与GD40光电管构成的快闪烁探测器,在源强近万居的强稳态辐照场中,细致测量了辐射累计伽马剂量从约1 Gy开始到最高约1 k Gy全过程中Yb∶YAG超快闪烁探测器输出电流的变化数据;在测点注量率大于1017cm-2·s-1的"强光一号"短γ脉冲辐射场中,测量了Yb∶YAG超快闪烁探测器输出脉冲波形响应情况。实验测量结果表明:在强稳态辐射场情况下,对应累计剂量5~10Gy时,YAG(Yb)闪烁探测器灵敏度下降约5~10%(相对辐照1 Gy时的情况);测点累计伽马剂量约1 k Gy时,Yb∶YAG超快闪烁探测器的电流输出与约1 Gy时的比值约50%;短γ脉冲辐射情况下,测点累计注量约4×109cm-2,Yb∶YAG超快闪烁探测器输出电流约1 A时,灵敏度下降约10%(相对累计注量约3×109cm-2的情况),当测点注量大于1010cm-2(累积剂量超过100 m Gy),Yb∶YAG超快闪烁探测器会出现较明显的损伤现象。

高速摄影及其装置

TB872 2004010492 Z-pinch X射线时间分辨多幅图像诊断系统=Time resolved X-ray image diagnostic system for Z-pinch[刊,中]/邱孟通(西北核技术研究所.陕西,西安(710024)),吕敏…∥强激光与粒子束.—2003,15(1).

不同辐射环境下CMOS器件总剂量效应测试技术与损伤差异研究

对应用在不同辐射环境下HP4156半导体参数自动化在线测试系统以及脉冲总剂量效应在线测 试系统进行了详细的介绍,说明其工作原理和技术指标,并利用这两套测试系统对典型CMOS器件 4007在强光一号加速器脉冲硬X射线状态、长脉冲γ射线状态以及60Co稳态γ射线状态下开展了不同 辐射环境总剂量损伤效应的比较研究,为今后深入进行此项工作打下了基础．

基于单丝行为的平面型丝阵Z箍缩模拟

平面型丝阵负载是近年来Z箍缩实验中研究较多的一种非圆柱型丝阵负载.基于平面型丝阵中单丝的静磁场分析并结合单丝的径向运动方程,计算获得了聚爆过程中负载电流在每根丝上分配、每根丝所受磁场力、丝阵负载区磁场分布、负载总电感及聚爆过程中负载动能变化等规律.模拟计算了平面型丝阵负载Z箍缩聚爆轨迹及聚爆时间,并与"强光一号"加速器上进行的平面型丝阵实验结果进行了对比.结果表明,基于单丝行为的模拟误差约为10%,可较为准确地获得平面型丝阵负载聚爆时间.计算结果有助于深入理解平面型丝阵负载Z箍缩物理过程,同时该模型可用于平面型丝阵负载参数设计.