In multi-group deterministic neutron transport simulations for nuclear reactors, anisotropic scattering between neutrons and light nuclides is a common issue causing errors in eigenvalue and power distributions. Transport correction is the main approach for mitigating this error and it has advantages over high-order scattering due to higher efficiency in computational time and storage. The research on transport correction for light water reactors, in which hydrogen is the main nuclide for neutron slowing down, has been underway for more than 40 years. However, there is a lack of effort on transport correction for nuclear reactors using graphite as moderators, in which carbon is the main nuclide for neutron slowing down. Although neutron scattering with carbon is less anisotropic compared to hydrogen, previous tests have demonstrated significant errors resulting from anisotropic scattering. In this article, we focus on the transport correction for graphite-moderated reactors using the Cumulative Migration Method (CMM). Anisotropy in neutron scattering with graphite is examined and multi-group transport correction ratios for C-12 are evaluated using CMM with Monte Carlo code OpenMC. Numerical simulations are performed on the MIT Graphite Exponential Pile (MGEP) and HTR-10 models. The test results demonstrate that CMM achieves higher accuracy in computing the effective multiplication factor for transport cross sections on nuclear reactors involving graphite.
针对水下核爆炸和常规爆炸区分问题,开展了水下爆炸气泡脉动理论计算和数值模拟方法研究.基于气泡脉动能量守恒方程推导了水下爆炸气泡脉动最大半径理论计算公式,通过定义气泡脉动能量的传递因子,递推了后续气泡脉动周期和最大半径的计算公式.开展了水下常规爆炸的气泡脉动数值模拟方法研究,从状态方程、边界条件、人工黏性系数及计算网格设置等方面分析了关键参数设置对数值模拟结果的影响,提出了基于等效缩比定律的水下爆炸数值模拟方法,解决了水下千吨级常规爆炸气泡脉动数值模拟的问题.对WIGWAM试验的气泡脉动能量占比进行了理论计算,并开展了同等当量水下TNT爆炸气泡脉动的数值模拟,对比分析两者气泡脉动参数的结果表明,水下核爆炸第一次、第二次气泡脉动与等效TNT爆炸的差异并不明显,而第三次气泡脉动之间的差异较大,由此提出将第三次气泡脉动周期与第二次气泡脉动周期的比作为识别水下核爆炸的方法.
The thermodynamic properties of liquid deuterium under multi-shock compression have been calculated by using the coupled electron-ion Monte Carlo（CEIMC） method considering nuclear motion and selecting the appropriate standard model of Al substrate and sapphire window material. It is shown that the simulation data are in good agreement with the experimental and other ab-initio ones. The principal Hugoniot curve, which has a maximum compression of 4.48 at about 50.3 GPa, has passed through the error bars of various existing experiments generated via different high-pressure technologies. However, no apparent increase of the compression rate is found near 100 GPa. The re-shock and third-shock simulation results are also in excellent agreement with the existing principal Hugoniot, reverberating wave, and mechanical re-shock measurements of liquid deuterium using Z machine. The reverberation timing ratio has a maximum value of 3.34 when the first-shock pressure of liquid deuterium reaches 38 GPa. Moreover, we have investigated the change rules of states and its distribution of liquid deuterium under each shock. It is shown that the sixth-shock pressure will be higher than 96% of the final state pressure.
A commissioning method for the injection, capture, and acceleration processes of compact synchrotron rings is proposed and applied to the synchrotron commissioning of the Xi’an 200 MeV Proton Application Facility（XiPAF）. FCT is used to measure the current of injected beam, and closed orbit curve is used to correct RF frequency curve to improve acceleration efficiency. After injection bump curve optimization, closed orbit correction, tune adjustment, dual harmonic RF capture and acceleration, the maximum injection beam current of 47 mA is obtained, which corresponds to the particle number 2.5×10 11 . The maximum acceleration beam current of 53 mA is achieved, which corresponds to the number of particles 1×10 11 , and basically reach the design goal. By comparing the results of experiment measurement and simulation calculations, the deficiencies in the current commissioning are analyzed, and suggestions for the key tasks of future commissioning work are given.
电爆炸等离子体的光辐射特性对探究非理想等离子体性质及含能材料点火技术具有重要意义.在过去几十年,国内外学者对电爆炸物理与效应开展了广泛研究,明确了等离子体及可见光辐射效应的典型特征规律.近年来,随着电爆炸技术在国防、能源和材料领域的逐步应用,人们开始关注电爆炸等离子体光辐射现象中更多的物理细节,以期实现电爆炸负载光辐射效应的有效调控.本文简要回顾了电爆炸负载及其光辐射效应的研究历程,并介绍了相关实验手段及技术原理.从动力学角度系统介绍了电爆炸等离子体及光辐射的时空演化行为,从光谱学角度分析了放电不同阶段的辐射光谱特性,建立了电爆炸关键过程和光辐射物理机制的对应性,归纳了放电模式、金属材质、介质类型对负载光辐射特性的影响.最后,探讨了基于强光辐射效应的电爆炸技术的发展趋势.
针对具有立体结构的绝缘体上硅鳍式场效应晶体管(SOI FinFET),研究了表面淀积50 nm张应力SiN薄膜后SOI FinFET器件的电学特性,并对关键电学参数,如开态电流Ion、电流开关比Ion/Ioff、跨导gm、漏致势垒降低VDIBL和亚阈值摆幅Sss等,进行了深入分析.研究结果表明,应变对栅长较小器件的Ion和Sss有更明显的改善,随着张应力的引入使gm提升,从而显著提高了器件的Ion,且Ion/Ioff较引入前有着2个量级的提升.而gm的提升归结于张应力引入而导致SOI FinFET沟道载流子迁移率的提升.VDIBL和Sss的改善,表明张应力的引入使器件的栅控能力显著提高.
以鳞片石墨为基底材料,利用固相混合的方式制备了 TiO2质量分数ω(TiO2)分别为15％,20％,35％,50％,75％的TiO2/鳞片石墨复合阴极,并使用同轴二极管进行热测试.实验结果表明,与纯石墨阴极相比,ω(TiO2)为20％,35％,50％的复合阴极的发射延时降低,其中,ω(TiO2)为35％的复合阴极发射延时降低大于1 ns.使用非相对论同轴二极管空间电荷限制流方程对等离子体径向漂移速度进行近似计算.计算结果表明:在发射初期,复合阴极等离子体径向漂移速度远大于纯石墨阴极;在电压持续阶段的30～60 ns,复合阴极的等离子体径向漂移速度均小于纯石墨阴极,其中,与纯石墨阴极相比,ω(TiO2)为20％,75％复合阴极的等离子体径向漂移速度降低大于30％;在整个电压持续阶段,ω(TiO2)为20％复合阴极的等离子体径向漂移速度降低大于20％.
针对 40 nm 体硅双阱工艺 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)反相器的单粒子瞬态敏感效应(single event transient,SET),通过 3 维 TCAD(technology computer aided design)仿真软件模拟计算,研究了 P阱接触面积对于单粒子敏感性的影响.仿真结果表明,重离子轰击N型有源区时,增大P阱接触面积可稳定器件的电势和减小双极放大效应,有效减小SET脉冲宽度;重离子轰击P型有源区时,器件受到多种效应影响,增大P阱接触面积虽能减小双极放大效应,但会产生强内建电场,加剧载流子漂移收集,导致SET脉冲宽度增加.此外,阱接触与晶体管的距离对SET脉冲宽度也有一定影响.研究结果表明,增大阱接触与晶体管之间的距离一定程度上可减小SET脉冲宽度,但在轰击P型有源区的情况下,增大阱接触与晶体管之间的距离反而会增大SET脉冲宽度.传统的加固手段对P型阱接触也有较好的作用,但在特定情况下会起到反作用.
电磁波在腔体品质因子Q值较高的微波腔,即时间反演腔内的传播具有很强的散射特征,可用于电磁脉冲的时间反演.在时间反演过程中,腔体内的电磁波将会出现时间压缩和空间聚焦特征.因此,时间反演腔在脉冲压缩、功率合成、定点能量传输及微扰探测等方面有许多潜在应用.但实际应用都要求尽可能提高系统的时间反演性能.对于时间反演腔系统,除反演腔 自身的电磁特性对时间反演性能有影响外,初始信号也对反演性能有显著的影响.根据反演信噪比的定义,利用初始信号和反演重构信号的正交特性,分析初始信号的频率、脉冲宽度对时间反演性能的影响.研究结果表明,初始信号的频率越小,反演信噪比越大,脉冲宽度越窄或频谱越宽,反演信噪比也越大.
核爆炸释放的中子、y射线、X射线及带电粒子等在大气等介质中输运形成核辐射场,并产生核电磁脉冲、附加电离层和人工辐射带等次级辐射环境.蒙特卡罗方法能模拟计算射线粒子与物质的相互作用过程,是核爆辐射环境数值模拟研究最常用的方法.本文介绍了作者团队在大气层和高空核爆炸辐射环境模拟中采用蒙特卡罗方法面临的一系列难点问题及突破的关键技术.在大气层核爆炸方面,建立了用于大气层核辐射深穿透问题的权窗逼近方法、传输介质变化条件下缓发γ辐射输运自适应建模方法、大规模复杂城市建模与基于网格的权窗减方差方法、基于伴随输运的核辐射环境场模拟方法和用于大空间辐射场计算的全局减方差方法,实现了复杂条件下大气层核爆炸瞬发和缓发辐射环境的高效高精度数值模拟.在高空核爆炸方面,建立了考虑裸核区的X射线输运模型、附加电离源建模及在非均匀大气中的输运模型、基于蒙特卡罗与带电粒子推进相结合的人工辐射带注入模型和基于蒙特卡罗模拟的高空核电磁脉冲源项计算方法,基于蒙特卡罗方法实现了高空核爆炸X射线、附加电离层、人工辐射带和核电磁脉冲等辐射环境数值模拟.
通过分析地面附近核爆炸瞬发辐射的不同来源,选择一系列能反映局部或区域地形起伏对辐射场影响的特征参数,应用数字高程模型建立了地形特征计算方法,通过相关性分析和统计分析的方法,定量研究了地形特征对辐射场的具体影响.研究结果表明,指向和背离爆心方位的地形开阔度与辐射场增强或削弱程度成高度线性相关;地形坡面越陡,"阳坡"辐射场越易受到增强,而"阴坡"则越易受到削弱;地形可视性对中子吸收剂量场的影响较小,而对次级γ吸收剂量场则会造成显著影响,地形的完全遮挡将会显著削弱次级γ辐射场.
短脉冲信号的能量在时间域上较为集中,当其以一定角度斜入射到接收阵列时,会产生明显的依次"到达"现象.接收阵列进行相应的包络校准,可使接收系统的物理孔径得到充分利用.本文提出了基于Keystone变换的阵列信号预处理方法,并进行了相应的理论推导和仿真分析验证.仿真结果表明,该方法能实现短脉冲信号包络盲校正,使接收阵列的物理孔径得到充分利用,可为后续波束形成、角度估计等提供基础.
针对不同湿度大气环境中Ce的腐蚀,利用X射线衍射、扫描电子显微镜及数值模拟等分析方法,研究了各条件下Ce的腐蚀产物变化过程.实验数据表明,腐蚀过程中表面产物的不同与环境中的湿度差异有关.空气中初期Ce的表面氧化产物主要是Ce2O3,随着时间的增加会逐渐过渡变为Ce7O12;氧化过程进行到后期,Ce7O12会逐渐转变成更稳定的CeO2.而高湿度与低湿度气氛下产物及腐蚀速度存在差异.
速调管和正交场器件是两种高峰值功率真空器件,是高功率微波领域常用的微波源.本文首先介绍了行波管、速调管、回旋管和正交场器件等4类真空器件在高功率微波系统中的应用潜力及在电磁对抗领域的优点,并指出速调管和正交场器件在高功率微波领域应用的功率优势;其次,简单介绍了美国和俄罗斯利用高功率速调管和正交场器件的典型微波武器系统和装备;最后,从小型化、高功率及阵列式等方面介绍了速调管和正交场器件在高功率微波领域的技术发展和应用前景等情况.在速调管的应用方面:小型化速调管适合于移动灵活的微波武器平台;阵列式速调管适合应用于多功能相控阵微波武器系统;高峰值速调管适合用于集中发射式微波武器.在正交场器件方面:阵列式磁控管适合应用于毫米波高功率相干合成;高功率磁控管主要用于车载、船载等快速移动小型化微波武器平台;前向波放大管利用其透明通过特性应用于察打一体化系统.
基于网络状碳纳米管(carbon nanotube,CNT)薄膜制备了网络状碳纳米管薄膜场效应晶体管(carbon nanotube thin film field effect transistor,CNT-TFT),研究了 温度为100～300 K时,CNT-TFT的电学特性,并对关键电学参数,如开态电流Ion、跨导Gm、阈值电压Vth和亚阈值摆幅Ss等,进行了深入分析.研究结果表明,随着温度的降低,Gm出现了下降,Vth向左漂移;在Gm和Vth共同作用下,Ion显著下降.通过对电学参数随温度演化机制的深入分析,发现器件Gm的降低不仅与CNT内的散射及CNT-金属接触电阻相关,而且与交叠的碳纳米管间的结电阻密切相关.同时,研究还表明,低温下,界面俘获中心对电子俘获概率的减小是引起器件Vth和Ss变化的主要因素.
针对探地雷达天线的设计,提出了一款变形蝶形天线,天线的整体尺寸为530 mm × 483 mm × 2 mm,工作频段为180 MHz～3 GHz,相对带宽达177％,可实现超宽带脉冲信号的完整辐射.对天线进行了实物加工和测试,各项性能的测试结果均与仿真结果的吻合良好.将该天线用于探地雷达系统,分别对隧道埋藏目标、高架桥及行进车辆进行了测试,测试结果表明,雷达系统探测距离大于10 m,纵向分辨率小于0.6 m,且可实现动态目标探测.
针对固态高功率微波系统对快上升沿窄脉冲的需求,对脉冲上升沿的影响因素进行了原理分析,提出了基于光子合成的快上升沿脉冲信号产生方法,并利用微波光子链路带宽大和带内一致性好的优势,研制了基于光子合成的纳秒量级上升沿脉冲信号产生样机,并对该样机进行了性能指标和波形产生测试试验.实验结果表明,所研制样机产生的脉冲上升沿达到纳秒量级,可生成非线性调频、相移键控(phase shift keying,PSK)和频移键控(frequency shift keying,FSK)等复合调制波形,可为固态体制高功率微波系统的多功能实现提供技术支撑.
针对窄带高功率微波(narrowband high power microwave,NHPM)辐照下线缆面临干扰的问题.基于CST仿真软件,建立了线缆仿真模型,模拟了 NHPM辐照下裸露线缆的耦合响应特性.仿真计算了不同中心频率、不同脉冲宽度的4种NHPM对不同长度裸露线缆耦合特性的影响,及不同线缆长度对耦合特性的影响.仿真结果表明:裸线缆耦合电压峰值随裸线缆长度的增加而增加,最终稳定在一个区间内;裸线缆长度为一些特定值时,会出现耦合电压波形失真的现象.本研究为线缆的防护设计提供了依据,也为其他线缆耦合仿真实验提供参考.
为进一步研究碳纤维材料用于脉冲功率开关时的性能,将碳纤维材料制成的电极用于一个高电压(＞500 kV)、大电流(＞10 kA)脉冲功率 自击穿气体(SF6)开关中,在不同的开关间距和气压条件下,对碳纤维电极开关的耐压能力和工作稳定性进行了实验研究,并与传统铜钨合金电极开关进行了对比.实验结果表明,相似条件下,碳纤维作为电极材料的耐压能力、稳定性和寿命不如铜钨合金电极开关.分析认为,用于脉冲功率开关时,碳纤维材料更适合低压及低功率的装置.相关结果可为研究人员选用碳纤维作为电极或阴极材料提供参考.
针对裸露导线面临的电磁干扰问题,基于时域有限差分法(finite-difference time-domain,FDTD),利用 CST 模拟仿真了 超宽带高功率脉冲(ultra-wide band high power pulse,UWBHPP)对裸露导线的耦合响应特性.首先,基于FDTD算法,对沿水平方向铺设的裸露导线进行建模;其次,计算了不同超宽带高功率脉冲垂直辐照离地10 cm的裸露导线时,不同长度裸露导线耦合信号的结果;最后,分别分析了裸露线缆耦合电压峰值及耦合电压上升沿与线缆长度的关系.仿真结果表明:裸露导线的耦合电压峰值先随线缆长度的增加而增加,最终趋于稳定;耦合电压的上升沿随线缆长度的增加也会趋于稳定;相近脉冲宽度、不同上升沿的UWBHPP信号对耦合信号影响较小,相近上升沿、不同脉冲宽度的UWBHPP信号对耦合信号影响较大.仿真结果可为线缆的电磁防护设计提供了参考.
