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1、第35卷第10期大學(xué)物理VoI．35N0．102016年10月COLLEGEPHYSICS0ct．20l6強(qiáng)脈沖離子束橫截面分布的測(cè)量李東或，喻曉，沈杰。，屈苗。，鐘昊玟，張潔，張高龍，顏莎，樂小云(1．北京航空航天大學(xué)物理科學(xué)與核能工程學(xué)院，北京100191；2．北京大學(xué)重離子物理研究所，北京100871)摘要：強(qiáng)脈沖離子束在靶上的橫截面能量密度分布和束流焦點(diǎn)位置是束流分析和輻照效應(yīng)研究中重要的技術(shù)參數(shù)．利用紅外成像診斷技術(shù)，可以以較高的空間分辨率和能量密度分辨率對(duì)束流的橫截面分布進(jìn)行測(cè)量，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)束流焦點(diǎn)的測(cè)量和束流傳輸特性
2、的分析．通過該實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生掌握強(qiáng)脈沖加速器診斷的基本技能，加深對(duì)加速器原理及脈沖束流分布和傳輸特性的認(rèn)識(shí)．關(guān)鍵詞：強(qiáng)脈沖離子束；紅外成像；橫截面能量密度分布中圖分類號(hào)：O562．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—0712(2016)10—0056—05強(qiáng)脈沖離子束(IPIB)技術(shù)起源于上世紀(jì)六七十了論證，加]．紅外診斷技術(shù)相比于傳統(tǒng)的電壓電流年代對(duì)慣性約束聚變點(diǎn)火方法的研究．IPIB脈沖時(shí)乘積法和量熱器陣列，可以大大提高IPIB截面能量間短(通常為數(shù)十ns)，離子射程短(m量級(jí))，進(jìn)行分布的分辨率(空問分辨率高于1mm，能量分
3、辨率輻照時(shí)可以在靶表面沉積極高的功率密度，引發(fā)溫度高于0．1J／cm)．劇烈的變化，使材料的性質(zhì)(抗摩擦、抗腐蝕等性能)本文以北航BIPPAB-450強(qiáng)脈沖粒子束加速器發(fā)生改變．這種效應(yīng)在最近20年被逐漸應(yīng)用于材為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了利用紅外成像診斷技術(shù)料科學(xué)領(lǐng)域并顯示出了良好的發(fā)展前景．IPIB對(duì)材測(cè)定IPIB橫截面能量密度分布的手段，并由此進(jìn)一料表面的改性作用主要是通過脈沖熱效應(yīng)所引發(fā)，不步實(shí)現(xiàn)了對(duì)IPIB其他參數(shù)的診斷．通過實(shí)驗(yàn)可以讓同的注入能量密度會(huì)產(chǎn)生不同的作用效果：較低的能學(xué)生了解強(qiáng)脈沖加速器的工作原理，掌握基本的束量
4、密度可以引發(fā)表面的融化，而較高的能量密度則可流診斷技術(shù)．能引發(fā)表面產(chǎn)生劇烈的燒蝕．準(zhǔn)確地把握IPIB的1IPIB紅外成像診斷原理橫截面能量密度分布對(duì)于控制輻照效果和準(zhǔn)確研究輻照效應(yīng)具有重要的意義．IPIB在百m量級(jí)厚度的金屬薄靶上沉積的能以往診斷IPIB橫截面能量密度分布的主要辦量會(huì)使靶表面溫度在數(shù)百ns內(nèi)迅速上升和下降．在法是用二極管的加速電壓乘以法拉第筒測(cè)量的束流約1ms之后，由于沿深度方向的傳熱效應(yīng)，在靶的密度進(jìn)行計(jì)算或采用量熱器陣列進(jìn)行測(cè)量．由于深度方向(縱向)前后表面將達(dá)到溫度平衡狀態(tài)，而IPIB中需要引入電子以克服空間電
5、荷效應(yīng)達(dá)到束在這個(gè)過程中橫向的傳熱效應(yīng)很弱，薄靶中的溫度流的穩(wěn)定輸運(yùn)，受到等離子體屏蔽效應(yīng)的影響，法拉分布可以用來表征IPIB的橫截面能量分布．通過第筒離子束入口尺寸通常在1mm左右，而法拉第紅外成像方法測(cè)量靶背向溫度的改變△(，Y)，可簡(jiǎn)外殼尺寸通常超過1am，因而達(dá)到毫米量級(jí)的空以利用量熱方法計(jì)算沉積在靶中的能量分布，進(jìn)而間分辨率是很困難的’．采用量熱器陣列，由于儀對(duì)IPIB橫截面能量密度分布進(jìn)行表征．器尺寸，也會(huì)有同樣的問題．1997年洛斯阿拉莫斯若離子束輻照后沉積在靶面上任一單位面元的國家實(shí)驗(yàn)室的研究者提出用紅外成像診斷技術(shù)
6、測(cè)量能量為離子束橫截面能量密度分布．近年來北京航空航dgChpAT(，Y)dS(1)天大學(xué)的研究者對(duì)這種方法在傳熱學(xué)上進(jìn)一步進(jìn)行則此時(shí)IPIB的橫截面能量密度分布為收稿日期：2015—10—21；修回日期：2016-03—21基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11175012)、國家磁約束研究計(jì)劃專項(xiàng)(2013GB109004)資助作者簡(jiǎn)介：李東或(1995一)，男，吉林遼源人，北京航空航天大學(xué)2叭3級(jí)本科生．通訊作者：樂小云，Email：xyle@buaa．edu．CH第10期拿爾或，等：強(qiáng)脈沖離子束橫截面分布的測(cè)57加速器工作的基
7、本原理為：初級(jí)電源將初級(jí)儲(chǔ)Q()chpAT()(2)能電容器組c1充電至2200V．充電完成后，通過控式中C為比熱容，h為靶厚度，P為靶材料密度，．s為制閘流管觸發(fā)，將CI通過脈沖變壓器放電并給脈靶面積，△T(，Y)使用紅外成像儀進(jìn)行測(cè)齡．沖發(fā)生器內(nèi)的電容器組充電．脈沖發(fā)生器電容充電完畢后，膘火花開關(guān)觸發(fā)，通過第二個(gè)脈沖變壓器放2IPIB紅外成像診斷實(shí)驗(yàn)電，輸出電壓被提高到250kV并給脈沖成線充北京航空航天大學(xué)的BIPPAB一450強(qiáng)脈沖加速電．在充電達(dá)到一定電壓后，脈沖成型線后端的空氣器利用外磁絕緣二極管產(chǎn)生離子束，脈寬為80n
8、s開關(guān)導(dǎo)通，并通過后端的脈沖白耦變壓器將電壓進(jìn)(FWHM)，束流成分H與c約為70：3O，在通過幾一步升高至450kV后輸送到產(chǎn)生IPIB的磁絕緣二何聚焦后，柬斑最小直徑約為5ClII．極管或產(chǎn)生IPEB的電子二極管．在初級(jí)電源』二還
