随着基于粒子加速器的大科学装置的规模和复杂度不断提升，其控制网络面临着设备数量激增、安全管控困难、维护效率低下等挑战。针对这些问题，设计并开发了一套面向大型加速器的控制网络管理系统。该系统实现了控制网络IP地址统一管理、网络动态信息自动采集以及网络接入控制的三个主要功能。通过集中申请与审批机制避免IP冲突问题；基于交换机运行数据实现设备在线状态实时监控和物理位置精确定位功能；采用IP与端口绑定方案确保控制网络的安全接入。该系统采用web架构进行设计和实现，前端基于Vue.js框架开发，后端采用Node.js与Python混合技术栈，数据存储选用MongoDB数据库。该系统已在CSNS加速器控制网络中成功部署并稳定运行，有效解决了网络管理中的安全隐患和维护难题，为CSNS-II网络管理奠定了基础。
Electrically triggered vacuum surface flashover switches (VSFSs) offer the advantages of rapid closure, high-pulsed repetition frequency, high reliability, and compact design for high pulse power technology. The output performance of the pulsed power system, as well as the lifetime of VSFS, is limited by the plasma impedance during the VSFS turn-on process. This article presents a theoretical calculation of the plasma impedance based on experimental measurements and second-order Taylor series, and the mathematical expressions of plasma impedance and ohmic loss are performed. From the experimental waveform and the theoretical calculation of the expression, the variation curve of the plasma impedance is derived. Finally, the influencing factors (operating voltage, loop resistor, discharge capacitor, trigger resistor, and trigger voltage) are investigated. The experimental results indicate that an increase in operating voltage can increase the plasma resistance drop rate and can reduce the plasma ohmic loss. The same trend is also achieved by decreasing the loop resistor. Moreover, the discharge capacitance, trigger voltage, and trigger current only affect the ON-state stage and the trigger process, and the impact on the plasma resistance and ohmic loss during the closing process is weak.
介绍了目前研究中相干合成多采用空间结构的研究现状,分析了空间结构的相干合成方案需要复杂的光路调节且长时间工作稳定性欠缺,肯定了基于光纤合束器件的全光纤激光相干合成在相干合成光源中的稳定性与实用性,梳理了近年来基于光纤合束器件的全光纤激光相干合成方案,分别介绍了基于光纤耦合器、光子灯笼、相干信号合束器以及基于自成像效应实现全光纤合束的技术方案及研究现状,分析了不同光纤器件目前的主要限制因素和发展瓶颈,并展望了未来的发展方向.
研究了THz波段强降雨环境下电磁源的辐射特性.基于通用的麦克斯韦方程组和解析分析,提出了各向异性介质中的洛仑兹规范,得到了矢量势的非齐次波动方程及矢量势的精确表达式,并证明了它们的有效性.获得了各向异性介质中电偶极子的辐射场,将各向异性介质退化为各向同性时,得到的辐射场与已有资料中的辐射场一致.基于石膏晶体和强降雨介质的各向异性参数,对电偶极子的辐射特性进行了物理模拟和分析,结果发现:介质的各向异性对其中电磁源辐射有着显著的影响,强降雨中电磁源的辐射具有较弱的各向异性.
报道了基于常温射频直线加速器建成的 10 MeV光子FLASH放疗射线源样机,采用高平均电流电子束轰击高速旋转辐射转化靶,在距离靶点 1m远处的固体水模内,X射线剂量率达到 80.5 Gy/s,达到未来临床实验与推广所需剂量率阈值.
基于电子动能与温度的关系以及费米黄金定律,对速率方程进行了优化,使其能够计算电子温度,进而实现了更为精准的速率方程求解.与已有的动能平衡法比较,该方法对能带电子温度变化过程进行了详细的描述,故无需采用优化算法求解,所以可以避免因陷入局部最优解而带来的多次计算的收敛值一致性较差的问题.计算结果表明,该方法在选取不同的初始温度时,通过自洽求解,即可解出各能级电子温度,且均可获得一致性较好的收敛值.
为更好地解决少模光纤在传输中由于模式耦合过强而导致的信号串扰问题,对弱耦合光子晶体光纤中的线偏振(LP)模式以及矢量模的传输特性进行了研究,设计了一种可传输 20 种矢量模的双包层光子晶体光纤.通过有限元法模拟光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差的影响,优化结构参数,使光纤支持稳定传输 6种LP模式并满足弱耦合要求.最后分析了不同模式的有效模场面积、弯曲损耗.结果表明:各模式之间的最小有效折射率差达到1.12×10-4,表明模式间的串扰可忽略.基模有效模场面积达到了1040 μm2,且其相应的非线性系数低至 1.07×10-10.此外,在弯曲半径为 38 mm时,各模式弯曲损耗最大仅为 5.65×10-8 dB/km.与主流的单模光纤及少模单包层相比,该结构具有大模场面积,低模间串扰及更强的抗弯曲能力,丰富了空分复用技术的开发思路.在大数据、虚拟现实、网络传输容量等新兴业务以及光纤传感方面提供了有益的参考方案.
线性电源因其干扰小、动态响应速度快等优点被广泛用作半导体激光器驱动电源.针对线性电源中调整管易因功耗过大发生故障的问题,提出了一种脉宽脉幅混合调制方法,利用调整管漏源电压和漏极电流调制生成高频方波,通过平均值电路计算方波平均值,并基于此方法设计了一种调整管功耗检测电路.搭建实验平台对电路进行测试,结果表明,电路检测精度高、硬件成本低、响应速度快,最大检测误差为-2.64%,线性拟合度为0.9987,可广泛用于调整管的功耗检测以及安全区保护.
为实现高效太赫兹调控,迫切需要一种高效且成本低的材料.新型钙钛矿材料由于其优异的光电特性,加上钙钛矿制备工艺简单、可大批量生产等优点,非常适合作为太赫兹超材料的活性材料,通过外部激励改变活性材料的属性,可灵活调控太赫兹波.因此,选择新型钙钛矿材料外加光场调控太赫兹,分析在光场作用前(绝缘态)和在光场作用后(金属态)两种状态对单元结构太赫兹宽波段下幅值和相位的影响.设计出光场灵活调控的钙钛矿基 1 bit太赫兹编码超表面结构,该结构由有机无机杂化钙钛CH3NH3PbI3(MAPbI3)、聚酰亚胺和铝构成.通过CST仿真结果显示,该超表面结构在光场的调控下能够实现宽谱(0.1、1、2、6 THz)太赫兹波的 180°相位差变化,经过超表面编码结构的设计,同一编码序列实现远场波束的变换.研究结果表明,基于光场操控钙钛矿材料的编码超表面为实现灵活的太赫兹波调控提供了新的思路,在太赫兹通信、安检、生物医学成像等方面具有巨大的应用潜力.
为满足太赫兹领域对大功率、宽带宽的太赫兹辐射源的需求,提出了一种新型交错双栅脊波导(RDSG)慢波结构.设计并优化了交错双栅脊波导返波振荡器的高频结构,同时对交错双栅脊波导和常规交错双栅的高频特性进行了仿真和对比,结果表明:当二者相速度接近时,交错双栅脊波导拥有更宽的"冷"通带带宽和更高的耦合阻抗.PIC仿真结果表明,在 1 THz频段,交错双栅脊波导返波振荡器拥有超过 175 GHz的可调谐带宽以及1.1 W的输出功率,比相同工作条件下的常规交错双栅结构输出功率了提高34%～42%.
加速器束流轨道校正对于加速器稳定运行具有非常重要的作用,精确预测加速器束流轨道的变化对于实现束流自动化校准也具有重要意义.通过对束流轨道变化的准确预测,可以为调整加速器控制参数提供可靠的信息,从而实现对束流的精确控制和调节.通过研究束流在直线加速器中等能量传输段的传输过程,利用模拟加速器数据,基于多级级联的反向传播(BP)神经网络搭建了加速器束流轨道预测模型,能够实现对束流轨道参数的预测.结果表明,与采用传统单隐层BP神经网络建立的预测模型相比,多级级联BP神经网络能够实现更高的预测精度与可靠性,为直线加速器中等能量传输段的优化设计和束流轨道自动化校准提供了一种有效的方法.
环形正负电子对撞机(CEPC)对注入器出口处的束团的电荷量、横向发射度、纵向长度等指标提出了严格的要求,设计开发高性能的电子枪及注入器成为了重要挑战.为了得到满足指标的束流,必须同时考虑众多非线性且相互耦合的变量.基于光阴极微波电子枪,提出了一种用多目标遗传算法在高维参数空间进行搜索的方法,对束团的横向归一化发射度和纵向长度进行优化,以期将电子枪的性能发挥至极限.由于考虑空间电荷效应后的束团传输过程模拟计算非常耗时,我们构建了一个 3 层的深度高斯过程作为替代模型,以解决目标值计算开销大的问题.通过对影响束流横、纵向相空间演化的关键因素分析,共确定了 16 个几何参数和 10个束流元件参数.最后,展示了对由一个L-band的常温微波电子枪、一对螺线管和一个行波加速管组成的注入器,在初始电荷量为 10 nC的优化结果.在计算了 8 000 个有效解后,观察到在两个优化目标上均表现良好的解,其对应的横向归一化发射度为 19.8 π·mm·mrad,束团长度(RMS)为 1.0 mm,与当前的设计结果比较,横向归一化发射度压低了约 70%.
中国散裂中子源(CSNS)靶站质子束窗位于环到靶站输运线(RTBT)与靶站交接面,起到隔离加速器高真空和靶站氦气环境的作用.随着束流功率提高,目前质子束窗单层膜结构形式已无法满足CSNS-Ⅱ 500 kW的高功率需求,因此开展CSNS-Ⅱ质子束窗研制,设计出双层膜中间通水的冷却结构,完成质子束窗双层膜的薄膜半径、薄膜厚度、水冷槽长度与宽度、对流换热系数等各参数对质子束窗温升与热应力的影响分析.通过冷却水需求分析得出,冷却水流速需大于 15 L/min.通过质子束窗主体的流固耦合分析,消除箱体内部死水区域.最终优化后质子束窗薄膜位置最高温度 47.8℃,薄膜位置最高热应力 30.758 MPa.通过FLUKA软件对质子束窗材料的辐照损伤性能进行分析,在每年 5000 h工作时长、500 kW高功率束流的辐照下,辐照损伤DPA计算值为 1.285 DPA,质子束窗的安全使用寿命在 7 年以上.
采用高温固相合成法制备了多组Yb3+/Ho3+/Tm3+不同物质的量分数掺杂的LiTaO3 多晶材料,测试了双掺Yb3+/Ho3+,Yb3+/Tm3+和三掺Yb3+/Ho3+/Tm3+的LiTaO3 多晶的X射线衍射图谱、紫外-可见吸收谱和上转换荧光发射谱.X射线衍射(XRD)结果显示,稀土离子掺杂没有改变LiTaO3 多晶的物质结构,这表明稀土离子以取代基质离子的方式进入了晶格中.样品的紫外吸收边显示,增加Ho3+或Tm3+物质的量分数会导致吸收边先红移再蓝移.在 980 nm泵浦光激发下,可见光区域中出现上转换蓝光(475 nm)、绿光(545 nm)和红光(663 nm和 650 nm)发射,通过改变LiTaO3 中的激活离子Ho3+-Tm3+物质的量分数,可对上转换荧光色度进行调节,物质的量分数配比为 2.0%Yb3+/0.05%Ho3+/0.4%Tm3+的掺杂LiTaO3 多晶材料实现了最为接近标准白光的发射.
高能同步辐射光源(HEPS)的预准直单元数量庞大,且磁铁准直精度要求极高,为检验HEPS增强器预准直单元磁铁准直精度,需要在实验厅按照一定比例对其进行振动线磁中心验证测量.基于预研阶段已研发的振动线系统,详细介绍了振动线磁中心测量原理及扫描方法,研究了HEPS增强器两铁单元的磁中心准直精度检测方法并进行了验证实验.设计并搭建了振动线高精度重复定位夹持机构装置,研究了振动线下垂量的修正方法,并对增强器两铁单元的磁中心扫描结果进行拟合分析.实验结果表明,HEPS增强器两铁单元满足磁铁间相对位置误差优于 50 μm的预准直精度要求.
引出系统是中国散裂中子源快循环同步加速器的核心组成部分,对束流精确打靶和加速器稳定运行具有重要意义.首先,详细介绍了快循环同步加速器的引出系统和束流引出方案,重点介绍了一些引出系统相关的关键技术.其次,对引出束流调试进行深入研究,包括纵向束流调试、横向束流调试、引出束流分布优化等,其中纵向束流调试主要针对 8个引出Kicker定时进行精确标定,横向束流调试主要指Lambertson型磁铁、8 个Kicker磁铁、高能输运线模式的匹配设置.最后,对引出束流束损进行深入研究和针对性优化,探索引出束流损失的各种来源,对Lambertson型磁铁漏场、引出束团长度、Kicker波形平顶、Kicker波形变化进行深入研究并对一些新的测量方法进行详细论述.同时,对Lambertson型磁铁入口产生超大辐射热点的现象进行深入研究,寻找其产生大量束流损失的根源,并提出最终解决方案,降低引出束流损失和辐射剂量,使其满足加速器运行要求.
通过光纤激光光谱合成技术,可以打破单个光纤激光器输出功率受非线性因素制约的限制,实现更高功率的激光输出.通过梳理光谱合成技术的发展历程并分析其现状,对其原理及优劣势进行分析,结合自身研究,设计了一款便携式 3路合成系统,通过设计及优化光纤激光器的放大结构,严格把控参与合束的子束光源的质量,将 1055、1070和 1085 nm三路高功率窄线宽光纤激光进行合束,对合成系统中采用的双色镜进行研究,对其膜系指标进行严格的设计,对高陡度截止滤光膜的设计方法以及制备工艺进行分析,对其热损伤规律及控制技术进行研究,优化整个合成系统,最终实现合成功率 9650 W的高功率激光输出,合成效率 92%,光束质量M2 为1.7,并对未来双色镜光谱合成进行了展望.
衍射极限储存环(DLSR)作为第四代同步辐射光源,正得到世界各国的大力发展和建设.如何在尽量减小对存储束流扰动情况下,高效率地将束流注入到储存环中,是衍射极限储存环设计与运行中的重要课题之一.传统的局部凸轨注入法有着很长的历史,应用广泛且技术成熟,但是传统凸轨注入法会对存储束流造成扰动,且衍射极限储存环的动力学孔径较小,这给传统凸轨注入法的应用带来了困难.为了解决这些问题,改进了一些传统的离轴注入法,提出并发展了一些在轴的注入方法.合肥先进光源(HALF)是规划建设中的衍射极限储存环光源,基于HALF储存环的物理设计方案,设计并应用了几种离轴或在轴的注入方案,通过粒子跟踪和模拟的方法验证了它们的可行性并研究了注入效率等物理问题,并对模拟结果进行了讨论和总结.
由于基体中有着大量随机分布的弥散颗粒,双重非均匀系统具有复杂的几何结构,传统中子学计算方法往往难以处理双重非均匀系统,反应性等效物理转换(RPT)方法是常用的近似处理方法.通过分析RPT方法的三个关键步骤:精确初始值的求解、等效半径的求解、燃耗算法的选取,探讨了各步骤采用不同算法对RPT方法效率和精度的影响,并基于OpenMC在Python应用程序接口之上开发了RPT模块.数值结果表明,优化后的RPT模块,在保持良好计算效率的同时,也能满足工程计算精度的需要.
提出了一种用于单纵模激光器选模的基于光纤耦合器的光纤复合环腔(CRC)滤波器的仿真方法,利用该方法对两种新型双耦合器双环CRC(DCDR-CRC)滤波器及三耦合器双环CRC(TCDR-CRC)滤波器进行了理论仿真,通过引入游标原理,分析了两种滤波器在不同环长差下的滤波特性,并通过调整DCDR-CRC及TCDR-CRC的耦合比、环长及环长差,对有效自由光谱范围(FSR)、抑制比(SR)及主透射峰带宽进行优化,计算结果表明优化后环腔的有效FSR可有效抑制波长选择器传输通带内的增益竞争,较低的SR可以抑制CRC滤波器相邻透射峰之间的增益竞争,较窄的主透射峰可以保证仅有一个激光器的纵模被选择.
