HL-3装置二号中性束注入束线量热靶研制

在托克马克装置的中性束注入器中,量热靶是非常重要的水冷部件之一,承担着接收和测量束功率的任务。除此之外,利用内置热电偶阵列的方式,可以实时监测靶板不同位置的温升情况,进而获得引出离子束或中性束的功率密度分布。在HL-3装置二号中性束注入束线上,为量热靶设计了一种利用直线推杆机构实现升降,并采用“W”字型靶板结构实现中性束能量的吸收。此外,利用Ansys Workbench的流体计算模块对量热靶在满功率运行状态下的温度分布做了模拟计算,结果显示:量热靶的设计满足二号中性束注入束线的120 kV/40 A/5 s满功率运行的使用要求。可为量热靶进一步的工程设计提供设计参考。

长脉冲高功率负离子源实验平台量热靶研制

[目的]高能、强流、长脉冲中性束负离子源技术是磁约束聚变堆等离子体达到燃烧条件的核心技术之一。为满足长脉冲高功率负离子源实验平台200 kV/20 A参数下的束诊断需求,研制了用于截获负离子束或中性束、诊断两种束功率密度分布和束发散角以及负离子的中性化效率等性能参数的量热靶。[方法]根据现有的实验平台真空室结构和引出电极尺寸,利用matlab程序获得了该参数下,束发散角为1°时的负离子束在量热靶前端处的功率密度分布和束斑尺寸,进而设计了V字形靶板的量热靶物理结构;在此基础上采用Workbench软件对无氧铜V字形靶板结构进行满功率运行状态下的热负荷模拟计算,获得了水流量为80 m~3/h条件下的量热靶长脉冲运行时的温度分布,最高温度为610℃。[结果]根据模拟计算结果,结合实验平台工程结构和诊断需求,完成了量热靶的工程设计。[结论]量热靶采用磁流体真空密封,实现V字形靶板开合,靶板背面布置了热电偶阵列实时监测靶板温度。量热靶工程结构紧凑,安装尺寸能够兼容离子束流诊断真空室和中性束流诊断真空室,满足诊断需求,能够长脉冲安全运行。

一种小尺寸轫致辐射转换靶设计

以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标,开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析,指出同一个电子束轨迹分布,既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽,也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽,由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算,发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小,基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例,当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时,对比大尺寸靶,采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下,获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源,具有一定的应用价值。

二维片状相对论电子束到靶规律研究

相对论电子束在理想顺磁环境下能够以较高的注量率击中靶目标,但实际情况中由于受环境的影响,相对论电子束的传输方向可能会与地磁场呈小角度偏差,因此会受到地磁场的作用产生拉莫尔进动,影响电子束的到靶瞄准以及到靶注量。基于二维片状相对论电子束,分别对相对论电子束顺磁和偏离磁场3°角两种传输情况进行仿真模拟,通过模拟束团的传输过程,分析研究了顺磁环境下不同传输距离束团到靶率的变化规律,以及偏离磁场3°角时传输过程中注量率的变化规律,为相对论电子束到靶率的预估和靶目标的瞄准提供数据参考。

拍瓦激光驱动纳米刷靶高品质质子束的产生

超强激光加速产生的高能质子束源在基础物理研究、材料科学、生物医疗等领域具有广泛应用前景。基于激光聚变研究中心的SILEX-II装置,开展了高对比度飞秒激光驱动纳米刷靶质子加速实验研究。采用等离子体镜技术进一步提升激光对比度,有效降低了预脉冲对纳米刷靶结构的影响。相比于平面靶,采用纳米刷靶质子截止能量提高到1.5倍,质子束产额增加近一个量级,成功验证了超高功率密度下纳米刷靶对激光离子加速的增强效果,并且有效提升了质子束空间分布的均匀性。研究结果为高品质质子束源的产生和应用提供了技术途径。

脉冲束流下车载加速器中子源靶传热特性

为了研究不同脉冲束流频率下车载加速器中子源靶的传热特性及其热动态响应,通过调整脉冲束流的频率或脉宽对背部冷却微通道靶的传热性能进行模拟,并通过分析靶内部结构的热沉积分布,探究车载加速器中子源靶的热负载上限以及制约束流的因素。选用能量为2.5 MeV、峰值流强为10 mA的束流开展模拟,结果表明:当束流占空比保持在3%不变时,靶的最高温度呈周期波动,且存在上下包络;随着束流频率的上升,每个脉冲周期内靶的上包络温度逐渐下降,这是由于每个脉冲期间的热冲击下降所导致的;频率上升时,每个周期内加热时间与冷却时间同时缩短,导致其下包络温度在最开始增大后基本保持不变;靶的最高温度随着束流频率增加出现从锂层到中间层钽层的转移。该研究对于车载加速器中子源的束流参数选择和靶冷却设计具有一定的参考价值。

基于波束空间交替投影极大似然的拖曳式诱饵分辨判别方法

机载平台在遭遇威胁时,通过释放拖曳式诱饵假目标干扰进行自卫.载机和拖曳式诱饵在雷达波束宽度内,且径向距离小于距离分辨率时,雷达无法通过常规方法对载机目标和拖曳式诱饵进行分辨测量.针对数字相控阵雷达同拖曳式诱饵对抗的问题,提出一种基于波束空间交替投影极大似然(BSAP-ML)方法.首先通过阵元空间到波束空间处理,减少数字相控阵维度;然后通过交替投影方法对目标和拖曳式诱饵的角度进行迭代测量;最后通过基于角度向量的判别方法对载机目标和诱饵进行判断识别.仿真结果表明,该方法可用于数字相控阵雷达,对载机和拖曳式诱饵进行有效的超分辨角度测量和判别.

多站点云光束法全局配准方法

面对大面积、高密度的制冰排管,平行度、翘曲度数据的提取存在检测精度低、数据覆盖不全面的问题。本文结合多棱镜靶球的三维激光采集方式,提出多站点云光束法全局配准方法,使用半径约束的随机抽样一致性球拟合法方法提取靶球中心,利用各测站点云原点绝对坐标、标靶中心相对坐标与标靶中心绝对坐标之间的坐标转换关系,采用光束法全局求解所有测站的位置与姿态参数,完成场馆点云的全局配准。试验采用国家速滑馆扫描数据进行验证。结果表明,点云匹配后内符合精度为2.6 mm,外符合精度为1.9 mm,相比于现有方法,本文方法取得了更高的采集精度。

面向复杂地质目标的地震采集观测系统优化方法及应用

采集观测系统优化设计是提高地震资料质量和降低采集成本的一个重要手段。提高复杂地质目标陡坡带阴影区的反射能量是目前观测系统优化设计的一个难点。为此,提出了一种面向复杂地质目标的地震采集观测系统优化方法。首先,在三维模型上利用菲涅耳带半径,对高斯束照明能量重新优化,提高正演模拟的精度,提取各目的层面元接收能量和逆向照明能量。其次,根据不同地质目标和地表障碍物情况采用三种方法对观测系统进行优化:(1)基于目的层面元接收能量均匀性的炮点自动加密;(2)基于目的层逆向照明能量的炮点加密范围优化;(3)基于地表障碍物范围和目的层能量均匀性双重约束的炮点优化。将该方法用于胜利探区BS和G94北两个区块,有效提升了地震资料成像精度。

超高层高位转换连体结构设计分析

文章以深圳市某超高层高位转换连体结构设计案例为研究对象,从工程概况、基础设计、结构超限类型判断、抗震等级、抗震性能目标、双塔上部结构设计等方面进行论述,提供了一个超高层连体结构结构设计的基本思路。

基于前后向矩阵束方法的线性排布无人机集群目标规模估算

利用前后向矩阵束方法,提出了一种有效的“蜂群”无人机群目标个数估计方法用于目标检测。与传统的参数估算方法相比,所提方法对于稀疏信号也能准确地进行估算。首先,在一定的角度或频率下,获取线阵排列群目标的雷达散射截面;然后,根据已知的雷达回波构造Hankel-Toeplitz矩阵,并对该矩阵进行奇异值分解;最后,通过设置合适的阈值选取比例较大的奇异值,以此准确地估算线阵排列群目标的个数。此外,文中还讨论了不同信噪比对估算结果的影响。为了提高精度,文中采用多组不同方位角度的回波信号来联合估算群目标的个数。仿真结果表明,该方法能够有效、准确地估算线阵排列群目标的个数,而且估计结果不受噪声的影响,具有较好的鲁棒性。

采用GAF-D3Net深度学习网络的水下目标有源识别方法

提出一种基于格拉姆角场(GAF)和卷积神经网络(CNN)的水下目标有源识别方法。该方法利用GAF将目标回波信号编码为二维图像,使用空洞卷积构建轻量级的卷积神经网络GAF-D3Net实现对目标的特征提取与分类识别。实验表明,与基于传统图像特征的分类方法相比,所提方法的分类精度有显著提高,达到99.65%。在泛化性测试中,对比了经典CNN使用声呐图像的迁移学习方法,本文方法的曲线下面积(AUC)达到89%,具有更好的泛化性能以及抗干扰能力,为实现水下目标有源识别提供了一种可靠方法。

面向低慢小目标探测的稳健发射波束控制技术

针对低空、慢速小目标探测易被地面动目标或强地物杂波影响的问题,提出一种抑制近地侧杂波对低慢小目标检测影响的稳健发射波束控制算法。通过约束发射波束对地侧副瓣电平,可以减少对地侧区域的动目标或强地物杂波的回波。算法以波束稳健性为目标函数,以峰均比约束优化发射能量利用率,将该优化问题转换为二阶锥优化(Second-Order Cone Programming,SOCP)问题,并求解该优化问题。仿真结果表明,该算法能够在保持发射效率的同时有效减少近地侧副瓣发射功率,同时提高发射波束的稳健性。

4D-CT联合锥形束CT在肺癌放疗中靶区外放边界的研究

目的 分析四维CT(Four-Dimensional Computed Tomography,4D-CT)联合锥形束CT(Cone-Beam CT,CBCT)对肺癌放疗中因呼吸运动和摆位误差对靶区外放值的影响,为临床靶区勾画提供参考。方法 选取2020年7月至2022年9月在安徽医科大学第一附属医院接受4D-CT扫描的肺癌放疗患者24例,其中采用呼吸门控技术患者12例,未采用呼吸门控技术患者12例。所有患者定位时进行4D-CT扫描,且首次放疗前行CBCT扫描,之后每周行CBCT扫描,其中采用呼吸门控治疗患者每次治疗前均行CBCT扫描,采用肿瘤中心点在4D-CT图像中10个时相上的位移作为影响呼吸运动的参数,并结合CBCT的位移数据计算靶区外放边界值,分析肿瘤中心点位置、摆位误差以及肿瘤中心点三维方向上相关性。结果 24例患者随呼吸运动肿瘤中心点在左右、头脚、前后方向上的位移分别为(0.21±0.20)、(0.52±0.49)、(0.29±0.21)cm。摆位误差在左右、头脚、前后方向上的位移分别为(0.06±0.31)、(-0.06±0.46)、(0.07±0.36)cm。仅利用摆位误差只能得出内在靶体积到计划靶区的外放边界值,在3个方向上最大值分别为0.36、0.47、0.43 cm。利用肿瘤中心点位移和摆位误差位移得出肿瘤靶区外放边界3个方向最大值分别为0.73、1.31、0.82 cm。结论 4D-CT联合CBCT能减小肺癌患者放疗中的靶区外放,利用呼吸门控在4D-CT计划基础上也可进一步精确靶区外扩边界。

主瓣掩护式干扰下单脉冲雷达目标检测方法

针对单脉冲雷达在目标与干扰视线夹角变小时抗干扰性能显著下降的问题,提出了一种基于分布式辅助天线的改进型单脉冲雷达抗主瓣掩护式干扰方法。对雷达系统添加分布式辅助天线,以抗干扰改善因子最大化为准则,综合运用单脉冲雷达的和、差波束及分布式辅助天线波束在波束域进行自适应干扰抑制,最后利用恒虚警检测验证所提算法的抗干扰性能,并与其他方法进行了对比。数值仿真验证了所提抗干扰方法可有效提升抗干扰改善因子及目标检测概率,当目标、干扰视线夹角较小时亦具备较好的抗干扰性能。

线列阵声诱饵模拟尺度目标回波方位特性

针对声自导鱼雷目标识别和分类过程中的目标回波特征提取方法,论文基于目标回波的空间域特征,分析了在线列阵声诱饵中应用分裂波束双通道短时互谱方位提取方法模拟尺度目标回波方位的延展特性和起伏特性,通过仿真验证了线列阵声诱饵可以有效模拟尺度目标的方位特征。

水下双层十字交叉组合二面角反射体

针对单个二面角反射体目标强度的角度一致性差的问题,本文设计了一种具有水平全向强声反射特性的组合二面角反射体结构。基于二面角反射体目标强度计算公式,提出了一种适用于任意入射角度条件下的数值和解析法相结合的散射声场计算方法,利用解析法计算二面角反射体上的一次反射回波,通过数值法计算反射声波照射的不规则多边形区域,采用Gordon积分法计算不规则多边形区域的二次反射回波。研究表明:双层十字交叉组合二面角反射体由上下2个反射体构成,每个反射体都是由2个垂直平面交叉组成的二面角反射体,2个反射体沿交叉轴线旋转相差45°。在360°的方位角范围内,反射体具有高的目标强度和良好的目标强度-角度一致性。

弹体斜侵彻双层钢板的结构响应和失效研究

为探究弹体斜侵彻多层钢板的结构响应及失效规律,开展了圆形、椭圆和非对称椭圆三种截面弹体对双层钢板的斜侵彻试验,获得了不同弹体的弹道特性和结构失效情况。在此基础上,采用有限元软件对弹体斜侵彻过程的弹道特性、动态载荷以及结构响应进行了数值分析。基于空间自由梁理论和弹体动态载荷,给出了侵彻过程中弹体轴力和弯矩的分布规律,建立了弹体结构强度与失效分析方法。结果表明,弹体以正着角水平侵彻多层钢板时,存在一个临界攻角;当攻角小于临界值时,侵彻过程中会出现弹体低头、弹道向下偏转的现象;当攻角大于临界值时,则出现弹体抬头、弹道向上偏转的现象;该临界攻角随着靶板厚度的减小而增大。对于强度高、韧性低的弹体,失效模式为脆性断裂,断裂位置距头部0.72~0.81倍弹长,弹身后部所受横向冲击载荷是造成弹体断裂的主要原因。建立的弹体结构响应模型可准确预测弹体断裂失效及发生位置。此外,在三种截面弹体中,非对称椭圆弹体的断裂位置更接近头部。

Halcyon直线加速器在鼻咽癌放疗中靶区外放边界及摆位误差分析

目的:利用Halcyon直线加速器的锥形束CT(CBCT)对鼻咽癌放射治疗过程中的摆位误差及靶区外放边界进行分析,为Halcyon的鼻咽癌调强放射治疗计划提供临床靶区(CTV)外扩计划靶区(PTV)边界大小参考,提高放射治疗精度和疗效。方法:选取广州中医药大学金沙洲医院2020年5月至2022年6月117例使用Halcyon直线加速器进行容积调强弧形放疗的鼻咽癌患者,采集患者的3861次CBCT图像,然后与CT定位图像进行图像配准,获得床左右方向(Lat)、进出方向(Lng)、升降方向(Vrt)的修正值,进行摆位误差分析。利用靶区外扩公式=2.5∑+0.7δ计算得到PTV的外扩值。结果:Halcyon治疗鼻咽癌的摆位误差分别为:Lat 0.10(0.00,0.10)cm、Lng 0.10(0.00,0.20)cm、Vrt 0.20(0.10,0.30)cm,Lat、Lng和Vrt的CTV外扩PTV的值分别为0.12、0.12、0.09 cm。结论:鼻咽癌患者在Halcyon直线加速器做图像引导治疗时,摆位误差低。

鼻咽癌VMAT摆位误差及靶区外扩边界影响因素分析

目的 分析鼻咽癌容积旋转调强放疗(Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)摆位误差的影响因素及其计划靶区的外扩边界(Margin of Planning Target Volume,MPTV)范围。方法 回顾性分析50例鼻咽癌VMAT患者的临床资料,所有患者采用热塑膜固定,每周行锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)进行图像扫描,并与计划CT图像匹配融合,获得患者左右(x轴)、头脚(y轴)、前后(z轴)3个方向的摆位误差。使用靶区边界外放公式,计算靶区理论外放边界。分别根据患者的体质指数(Body Mass Index,BMI)、年龄进行分组(偏瘦组、正常组和超重组;青年组、中年组和老年组),并分析各组间摆位误差和MPTV的差异。结果 所有患者三维方向(x轴、y轴、z轴)上总体摆位误差分别为(0.198±1.176)、(-0.409±1.607)、(-0.140±1.272)mm,靶区的理论MPTV分别为2.616、3.596、2.615 mm。偏瘦组患者在x轴、z轴方向上摆位误差大于正常组和超重组(P<0.05),其中x轴理论MPTV为3.877 mm。在y轴方向上,超重组患者的摆位误差显著大于偏瘦组和正常组(P<0.05),其理论MPTV为3.988 mm。青年组患者在x、y轴方向上的摆位误差均大于中年组和老年组(P<0.05),其中y轴理论MPTV为3.778 mm。在y轴方向上,年龄与摆位误差呈弱负相关,BMI与摆位误差呈弱正相关(P<0.05),其他指标比较,无明显相关性。结论 鼻咽癌患者接受VMAT治疗期间,虽然年龄、BMI与摆位误差相关性较弱,但各组间的理论MPTV仍存在一定差异,需进一步优化青年、偏瘦和超重患者的体位固定技术以降低摆位误差,还可应用off-line自适应放射治疗技术减少MPTV。