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ZnS(Ag)闪烁体对EAST中快电子响应的模拟分析

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核技术 2024年第5期47卷 21-28页

作者：王克文黄娟常加峰周瑞杰中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230026 中国科学技术大学合肥230026

在托卡马克中,快电子一旦脱离托卡马克磁场约束而损失在真空壁或者限制器上,可能会产生大量杂质,影响装置正常运行,甚至会造成装置的损坏。为了研究快电子的损失行为,在先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tok... 详细信息

在托卡马克中,快电子一旦脱离托卡马克磁场约束而损失在真空壁或者限制器上,可能会产生大量杂质,影响装置正常运行,甚至会造成装置的损坏。为了研究快电子的损失行为,在先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)上,使用基于ZnS(Ag)闪烁体探头的诊断系统对快电子损失进行探测。为了理解其损失特性,使用Geant4模拟程序模拟了不同初始状态的电子与诊断系统闪烁体探头的相互作用,获得了闪烁体发光强度与入射电子初始状态的曲线关系。模拟结果表明:次级电子与初始电子使闪烁体发光的贡献占据不同的主导能量区间;发光强度随入射电子能量增大而先增大后减小,峰值在12 MeV附近,且斜入射时发光光子数大于垂直入射,而闪烁体的厚度对峰值位置无明显影响。加入磁场后,磁场角度、电子俯仰角都会对发光强度有明显影响。这些结果有助于理解EAST实验中闪烁体探头上探测到的快电子损失信号,为进一步研究快电子损失提供基础。

关键词：托卡马克闪烁体 Geant4 快电子

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宽带激光辐照平面薄膜靶的近前向散射

物理学报 2024年第12期73卷 260-266页

作者：龙欣宇王佩佩安红海熊俊谢志勇方智恒孙今人王琛中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容,宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力.宽带二倍频激光装置——“昆吾”,为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台.针对大尺度... 详细信息

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容,宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力.宽带二倍频激光装置——“昆吾”,为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台.针对大尺度低密度等离子体的LPI过程中强烈的受激布里渊散射和受激拉曼散射信号,开展了相同条件下宽带和窄带激光驱动C_(8)H_(8)平面薄膜靶的透过激光、前向散射和大角度近前向散射的实验研究.主要针对宽带和窄带激光前向透过信号的组分和近前向散射的光谱及份额信息进行对比研究,发现宽带和窄带激光驱动的LPI过程具有显著差异.同时,初步结果显示宽带激光相比于窄带激光体现出更强的穿透能力,烧蚀靶并穿过等离子体的时间提前了近1 ns,透过能量提升了近10倍,穿透等离子体后有更小的空间发散角.这些结果对于更好地理解宽带激光对于LPI的作用效果具有很好的参考价值.

关键词：激光等离子体相互作用宽带激光受激布里渊散射受激拉曼散射

高能皮秒拍瓦激光研究进展、技术挑战及发展趋势

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中国激光 2024年第11期51卷 92-119页

作者：姜有恩杨朋千潘雪张艳丽郭亚晶朱坪李大为崔勇欧阳小平陶华姜卓偲樊全堂华能唐顺兴肖奇张栋俊刘东宁黄鹏飞李祖强朱宝强马伟新朱俭李学春朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

兼具高峰值功率和高脉冲能量两大特征的皮秒拍瓦激光与物质相互作用的物理效果跟脉冲信噪比、聚焦功率密度和时空调控精度等关键因素直接相关。深入研究了这三大因素相应的受限机制、关键技术以及神光II升级装置中皮秒拍瓦激光等典型代... 详细信息

兼具高峰值功率和高脉冲能量两大特征的皮秒拍瓦激光与物质相互作用的物理效果跟脉冲信噪比、聚焦功率密度和时空调控精度等关键因素直接相关。深入研究了这三大因素相应的受限机制、关键技术以及神光II升级装置中皮秒拍瓦激光等典型代表的最新技术进展,对于提升拍瓦激光性能具有指导作用。针对皮秒拍瓦激光的负载受限问题,从元器件损伤阈值、光场退化和洁净控制等方面进行了分析,并综述了基于等离子体光学的脉冲放大及压缩技术在突破高功率激光负载瓶颈的新研究动向。此外,皮秒拍瓦激光要从实验室走向更广泛的应用,还需要持续推进高效高能重复频率皮秒拍瓦激光的技术攻关。

关键词：激光技术拍瓦激光信噪比聚焦功率密度时空调控精度皮秒负载

大功率射频负离子源等离子体发光监测系统的研制

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核技术 2024年第5期47卷 29-36页

作者：李玉凡阳璞琼韦江龙刘波彭旭峰杨宇雯李宇乾谢远来南华大学电气工程学院衡阳421001 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031

基于射频波驱动的负离子源已成为未来中性束注入系统的首选方案。为监测大功率射频负离子源的各个激励器的等离子体放电状态,设计并搭建了基于光电二极管的等离子体发光监测系统。等离子体发光强度与特定碰撞发生次数、碰撞粒子密度、... 详细信息

基于射频波驱动的负离子源已成为未来中性束注入系统的首选方案。为监测大功率射频负离子源的各个激励器的等离子体放电状态,设计并搭建了基于光电二极管的等离子体发光监测系统。等离子体发光强度与特定碰撞发生次数、碰撞粒子密度、碰撞粒子能量等密切相关。因此,等离子体发光强度能够定性反映出等离子体参数;基于合理的碰撞辐射模型,同时通过分析等离子体特征谱线强度,能够定量地得到等离子体参数。据此,该系统通过实时采集不同位置的等离子体发光强度信息,并以电压信号形式展现并保存下来,用于上位机实时监测和后数据处理。实验结果表明:本系统能够准确、在线地测量射频激励器内的等离子体的激发、维持和熄灭过程,且等离子体发光强度与射频爬坡放电功率具有较好的线性度,并测试了等离子体电流产生的过滤磁场对等离子体发光信号的影响。

关键词：负离子源中性束注入等离子体诊断光电二极管

基于桥式驱动电路的磁阻型电磁发射器仿真与实验

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高电压技术 2024年第3期50卷 1348-1355页

作者：赵嘉琦李海涛吴亚楠赵博孔令硕山东理工大学电气与电子工程学院淄博255000 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

在磁阻型线圈电磁发射器中,驱动线圈的剩余电流会影响抛体的发射效率。将磁阻型线圈电磁发射器驱动电路中的电容器用桥式电容电路替代,通过桥式电容电路能够快速降低发射器中驱动线圈的剩余电流,避免抛体在运动时受到反向的回吸力。该... 详细信息

在磁阻型线圈电磁发射器中,驱动线圈的剩余电流会影响抛体的发射效率。将磁阻型线圈电磁发射器驱动电路中的电容器用桥式电容电路替代,通过桥式电容电路能够快速降低发射器中驱动线圈的剩余电流,避免抛体在运动时受到反向的回吸力。该文介绍了桥式驱动电路在磁阻型线圈电磁发射器中的工作原理,通过仿真与实验对比分析磁阻型线圈电磁发射器在传统驱动电路与桥式驱动电路中的发射性能。实验和仿真的结果表明:采用桥式驱动电路后,磁阻型线圈电磁发射器的效率得到了提高,剩余电流的能量回收到电容器降低了系统能量的损耗。仿真和实验结果的规律具有一致性,验证桥式驱动电路在磁阻型线圈电磁发射器的可行性,为解决驱动线圈剩余电流及反向力的抑制提供了参考。

关键词：磁阻型线圈电磁发射器桥式电路剩余电流能量回收发射性能

钙钛矿型CeTaN_(2)O的高压制备及其磁性和电学性质

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物理学报 2024年第8期73卷 83-89页

作者：陈兆亮卢达标叶旭斌赵浩婷张杰潘昭迟振华崔田沈瑶龙有文宁波大学物理科学与技术学院高压物理科学研究院宁波315211 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 松山湖材料实验室东莞523808

最近研究发现,AB(N,O)_(3)型钙钛矿氧氮化物具有优异的介电、铁电、光催化等性能,在光电子、能源存储和通信等领域展现出广阔的应用前景.但是,目前该类型材料的制备工艺耗时较长且产物纯度较低.本文以氧化物为前驱体、以氨基钠为氮源,... 详细信息

最近研究发现,AB(N,O)_(3)型钙钛矿氧氮化物具有优异的介电、铁电、光催化等性能,在光电子、能源存储和通信等领域展现出广阔的应用前景.但是,目前该类型材料的制备工艺耗时较长且产物纯度较低.本文以氧化物为前驱体、以氨基钠为氮源,利用六面顶压机设备所提供的高温高压环境成功制备了高纯度的钙钛矿型氧氮化物CeTaN_(2)O块体材料,并将制备时间缩短至1 h,实现了快速合成.并对其晶体结构以及物理性质进行了系统的研究.X射线粉末衍射实验和Rietveld精修结果表明,所制备的样品属于正交晶系,空间群为Pnma.X射线吸收谱测试确定了样品的电荷组态以及阴离子组合为Ce^(3+)Ta^(5+)N_(2)O.磁性和比热测试表明,样品属于反铁磁物质,磁相变温度低于2 K.电学输运性能测试表明,样品的电阻率呈现出典型的半导体行为,且符合三维变程跳跃模型.

关键词：高压合成钙钛矿氮化物反铁磁半导体

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EAST装置高场侧NBI束透区第一壁的设计和分析

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核聚变与等离子体物理 2024年

作者：杨先科殷磊姚达毛中国科学院等离子体物理研究所中国科学技术大学

高场侧第一壁作为全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中面向等离子体部件的重要组成部分，其功能为承受高热负荷和保护真空室内部部件。随着中性束注入(NBI)功率和等离子体运行参数的提升，现有的高场侧NBI束透区第一壁已经不能满足EAS... 详细信息

高场侧第一壁作为全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)中面向等离子体部件的重要组成部分，其功能为承受高热负荷和保护真空室内部部件。随着中性束注入(NBI)功率和等离子体运行参数的提升，现有的高场侧NBI束透区第一壁已经不能满足EAST装置高功率、长脉冲的需求。因此，设计了一种组合式的高场侧NBI束透区第一壁面板，每个面板由进出水模块、标准模块和连接模块构成。每个模块均为3层结构，碳纤维复合材料(CFC)作为面向等离子层；无氧铜(OFC)作为中间层；CuCrZr/316L复合金属板作为热沉层。通过仿真软件Ansys对EAST装置高场侧NBI束透区第一壁面板进行了传热和热应力分析，分析结果表明，各部件的材料温度和热应力值均在许用范围内。基于结构设计和热工水力分析，验证了高场侧NBI束透区第一壁设计的可行性。

关键词： EAST NBI束透区第一壁结构设计热工水力分析

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磁畴壁拓扑结构研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 57-68页

作者：张颖李卓霖沈保根中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室北京100190

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同... 详细信息

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点,严重阻碍了其在实际器件中的应用,因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键.本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来,利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作.首次在范德瓦耳斯Fe_(5–x)GeTe_(2)二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链,研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为,揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制.在该机制指导下,设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜,不仅获得了磁畴壁麦纫,验证了生成机制的普适性,还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变,开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展拓扑磁性物态探索和研究的新方向.

关键词：磁畴壁麦纫磁畴壁斯格明子自旋重取向洛伦兹透射电子显微镜二维磁性材料

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CFETR ICRH射频真空窗的射频分析

核聚变与等离子体物理 2024年

作者：龙嘘云毛玉周袁帅秦成明张新军王永胜中国科学院等离子体物理研究所中国科学技术大学

为了满足未来聚变装置高功率、长脉冲、稳态运行的需求，精心设计了双屏障结构的射频真空窗口。这种真空窗由99.5%纯氧化铝陶瓷组成，其不锈钢内导体和外导体表面镀铜。用有限元方法深入分析了尺寸变化对真空窗口S参数的影响，在指定的... 详细信息

为了满足未来聚变装置高功率、长脉冲、稳态运行的需求，精心设计了双屏障结构的射频真空窗口。这种真空窗由99.5%纯氧化铝陶瓷组成，其不锈钢内导体和外导体表面镀铜。用有限元方法深入分析了尺寸变化对真空窗口S参数的影响，在指定的工作频率范围内S11小于-87dB。通过弯曲的方法实现了陶瓷倾斜角度的优化，有效降低了其表面电场分量。使用电晕环结构精心重建了局部电场分布。分析了在峰值电压45kV下真空窗的电场分布，其最大电场保持在2kV·mm-1以下。在稳定工作状态、全反射状态和极限状态三种不同的工作条件下，射频功率损耗分别为643.24W、1286.49W和5210.28W。

关键词： CFETR ICRH 射频真空窗双屏障