X射线辐照圆柱腔体SGEMP电子发射参数的计算

用MCNP程序对X射线辐照圆柱腔端面和侧面激励光电子发射的过程进行模拟,计算得到了出射电子的能谱、θ角分布及产额等发射参数随X射线入射状态的变化规律,并给出了处理曲面发射问题的蒙特卡罗(MC)统计方法,拟合得到了能谱参数E1随黑体温度和入射角变化的经验公式。利用MC抽样方法给出了将电子发射参数与3维全电磁PIC程序结合的宏粒子构建方式,并完成了X射线辐照圆柱腔体侧面激励的系统电磁脉冲场环境的模拟计算。结果表明,在模型边、角等几何变化处容易出现电场强度、磁场强度的极大值,需要对这些部位进行有效的抗系统电磁脉冲加固。

系统电磁脉冲建模与数值模拟研究进展

系统电磁脉冲是X射线、伽马射线产生的二次辐射效应,通过在作用目标系统周围激励出瞬态电磁场/电流进而造成电子学系统失效。自20世纪70年代以来,研究人员对系统电磁脉冲的产生机理、效应特点进行了大量研究,形成了一系列理论分析方法与专用数值模拟程序。然而,受限于系统电磁脉冲所涉及物理过程的复杂性,目前仍难以实现其毁伤效果的定量分析,已经成为抗辐射加固领域的短板问题。为此,本文综述了系统电磁脉冲的基本物理过程与分类方法,按外部系统电磁脉冲、腔体系统电磁脉冲、线缆系统电磁脉冲、电路盒系统电磁脉冲等不同类型,分别从建模方法、已形成专用数值模拟程序的功能与特点等方面介绍了国内外系统电磁脉冲理论研究的进展。结果表明,除电路盒系统电磁脉冲外,国内外数值模拟采用的技术路线较明确。国内发展的模拟能力基本可实现自主程序替代,但在未来的研究中,需要进一步加强专用模拟程序的集成以及模型校验,以更好地应用于系统电磁脉冲对实际电子学系统干扰/毁伤效能的评估。

稀薄空气中圆柱腔体内系统电磁脉冲的混合模拟

系统电磁脉冲广泛存在于强电离辐射环境中,且难以有效屏蔽.为了评估稀薄空气对系统电磁脉冲的影响,本文基于粒子-流体混合模拟方法,建立了三维非稳态模型,计算并分析了稀薄空气等离子体的特性以及其与电磁场响应的相互作用.结果表明,压力越高,光电子发射面附近的次级电子数密度越高,轴向分布的梯度越大,腔体中部的电子数密度在20 Torr(1 Torr=133 Pa)下出现峰值,而电子温度随压力升高单调递减.腔体内的稀薄空气等离子体阻碍了空间电荷层的产生,电场响应峰值比真空条件下的低了一个数量级,电场脉冲宽度也显著降低.光电子运动特性决定了电流响应的峰值,压力升高,到达腔体末端的电流先增加再减小.而等离子体电流会抑制总电流的上升速率,并使电流响应出现拖尾.最后,将数值模拟结果与电子束模拟系统电磁脉冲的实验结果进行比较,验证了本文混合模拟模型的可靠性.本研究所采用的混合模拟方法相比于粒子云网格-蒙特卡罗碰撞方法,大幅减小了计算消耗.

Cable coupling response in metal cavity under X-ray irradiation

This study investigates the coupling response of cables inside a metal cavity under X-ray irradiation using the finite-difference time-domain method,particle simulation method,and transmission-line equation to solve the electromagnetic field inside the cavity and load voltage at the cable terminal under X-ray excitation.The results show that under a strong ionizing radiation environment of 1 J/cm^(2),a strong electromagnetic environment is generated inside the cavity.The cable shielding layer terminal couples a voltage of 15.32 V,whereas the core wire terminal couples a voltage of 0.31 V.Under strong X-ray irradiation,the metal cavity not only fails to provide electromagnetic shielding,but also introduces new electromagnetic interference.This study also provides a method for reducing the number of emitted electrons by adding low-Z materials,which can effectively reduce the coupled electric field and voltage.