一、2.45GHz单电荷态电子回旋共振离子源（论文文献综述）
魏绪波[1]（2021）在《6×1012n/s强流中子发生器ECR离子源与前分析系统研制》文中进行了进一步梳理DD/DT强流中子发生器是重要的准单能中子源,可应用于中子照相、核数据测量、中子探测器标定、抗辐射加固及材料辐照等,在科研、医疗、生产与军事领域均有广泛应用价值。兰州大学在研制一台强流中子发生器,预期DD中子产额6×10109)/,DT中子产额6×1012n/s。该中子发生器主要由倍压高压电源、2.45 GHz电子回旋共振（Electron Cyclotron Resonance,ECR）离子源、前分析系统、加速管和旋转靶等几部分组成,ECR离子源产生的强流氘离子束经前分析系统注入400 k V静电加速管,加速后轰击氘靶或氚靶产生中子。本论文围绕6×1012n/s强流中子发生器的离子束需求,完成了ECR离子源与前分析系统的研制。ECR离子源用于为强流中子发生器提供所需离子束,设计目标是引出60 m A氘离子束,调试状态下引出80 m A氢离子束。前分析系统主要作用是分离离子源引出束流中的多原子离子,降低加速管电流负载,提高靶寿命和中子产额,同时调整束流以匹配加速管注入需求,前分析系统束流强度设计指标为输出35 m A D+束或50 m A质子束。主要工作内容如下:完成了一台全永磁ECR离子源束流调试与改进工作。引出孔为6 mm,引出电压为50 k V时,离子源能够引出大于80 m A的氢离子束。离子源可以在较大的进气量（0.5-10 sccm）与微波功率（300-800W）变化范围内工作,引出束流强度峰值一般出现在进气量为1.7-2.0 sccm,微波功率400-700 W之间。放电腔中轴线上磁感应强度接近875 G,微波窗附近磁感应强度较高且存在ECR共振面时,更容易引出较强的离子束。微波窗材质与厚度对引出束流强度和质子比有显着影响,2 mm厚的氮化铝微波窗可以获得更高的引出流强与质子比。针对ECR离子源强直流束引出工作状态下,微波窗易损坏的问题,研究了微波窗在微波、等离子体和回流电子作用下的温度和应力分布。结果表明增强水冷效果可以降低微波与等离子体对微波窗影响,增加陶瓷微波窗表面氮化硼厚度可以降低回流电子束的影响,减小微波窗损坏概率,延长离子源寿命。针对ECR离子源引出区打火问题,总结分析了不同打火现象成因及应对,在此基础上改进了离子源引出系统,降低了引出区打火频率。完成了前分析系统设计,前分析系统可传输80 m A/50 ke V的氢离子束或60m A/50 ke V的氘离子束,能够完全分离束流中的多原子离子并匹配加速管注入需求。前分析系统由螺线管、校正磁铁、分析磁铁、三重四极透镜及真空系统等组成,计算了前分析系统束流传输包络和各磁铁磁场分布。完成了ECR离子源与前分析系统实验平台的搭建和调试。离子源引出氢离子束大于70 m A时,前分析系统末端质子束流强大于50 m A,束流半径小于20mm,可以满足强流中子发生器对束流强度的需求。
雷瑜[2]（2021）在《低能离子束在低密氢等离子体中的能损及有效电荷研究》文中研究指明离子束与等离子体的相互作用是高能量密度物理研究中的重要课题,其中,离子束在等离子体中的能量沉积是离子束驱动的惯性约束聚变、高能量密度物质的产生、氘氚聚变反应中自持燃烧以及天体物理等诸多前沿研究中最为关键的物理问题之一。低能离子束与等离子体的相互作用研究由于其特殊性和复杂性,理论描述仍不够准确,且相关实验研究缺乏,而这个能区又以其重要性而备受关注,它是离子束驱动的惯性约束聚变以及高能量密度物质产生中离子的必经阶段。因此,对低能区离子束在等离子体中的能量损失进行系统而又深入的研究是必要的。本论文依托中国科学院近代物理研究所的320 k V高电荷态离子综合研究平台,研究了低能的质子束和氦离子束与氢放电等离子体的相互作用,通过带有时间分辨的位置灵敏探测器测量了两种离子束在等离子体中的能量损失,得到了较高精度的能损数据,同时,结合理论计算研究了有效电荷对能损的影响,检验并讨论了现有有效电荷计算模型的适用性。具体的研究内容及结果如下:1.研究了90 keV与100 keV的质子束在氢放电等离子体中的能量损失。结果发现,首先,质子在等离子体中的能量损失明显地大于相同条件下其在冷气体中的能量损失;其次,对比能损实验测量结果与有效电荷理论模型计算结果,可以看到,当质子的能量大于等于100 keV时,有效电荷可认为是1;而当质子的能量小于100 keV时,则需要考虑有效电荷对能损的影响,其中,对于90 keV的质子入射,修正的经验公式计算的有效电荷值为0.92。2.研究了100 keV/u与125 keV/u的氦离子在氢放电等离子体中的能量损失。与质子入射情况相比,在单核子能量相同的条件下,氦离子具有更高的能损,而且氦离子的有效电荷对能损的影响更加显着。传统的有效电荷模型不能有效地描述实验数据,而考虑了所有主要原子态和几乎所有主要原子过程的第一性原理计算,对实验结果进行了很好地描述。3.为了对原位的离子能损测量研究做准备,实验上测量了近玻尔速度能区离子和原子碰撞中的X射线发射,结果发现,在该能区,离子与靶相互作用产生的X射线不仅来源于直接的电离,同时,准分子模型的空穴转移在诱导X射线的发射中也发挥了重要作用。
王桂才[3]（2021）在《螺线管约束激光等离子体研究》文中进行了进一步梳理高功率激光经光学元件聚焦在固体表面,可以形成高温高密等离子体,该等离子体中可以产生包括光子在内丰富的粒子,因此激光等离子体可以作为各种粒子源。早在1969年,Peacock,Pease和Bychovsky就提出将激光等离子体作为离子源用于给加速器注入。与其它高电荷态离子源相比,激光离子源产生的离子束具有强流短脉冲的特点,一般利用焦耳量级的纳秒激光,在距离靶面1米处即可得到脉宽为亚μs量级、束流密度到10 m A/cm2量级的离子束;同时,由于激光离子源是通过将高功率激光直接聚焦在固体靶上产生高温高密等离子体,因此与其它高电荷态离子源相比,激光离子源在产生难熔元素离子束方面具有先天优势。从产生高电荷态离子束的能力来讲,激光离子源是最有可能满足同步加速器单次单圈注入条件的离子源。然而激光离子源自提出后并没有在加速器中得到应用,其主要原因在于:激光离子源稳定性较差、产生的离子束脉宽过短（亚微秒到微秒量级）。随着固体激光器技术以精确靶运动系统的发展,激光离子源的稳定性得到了有效的提高,已可以满足加速器对离子源稳定性的要求。因此脉宽过短成为限制激光离子源在加速器中应用的主要因素。激光等离子体的内禀属性决定了,等离子体的脉宽与等离子体漂移（等离子体绝热膨胀）距离成正比,电流密度却与漂移距离的立方成反比。所以在不引入外部约束的条件下,为了获得可接受的离子束脉宽,需要让激光等离子体膨胀足够长的距离,而付出的代价是牺牲了相当一部分的离子束流强。总是需要在离子束流强与脉宽之间取折中。针对激光离子源流强与脉宽的矛盾,我们在激光等离子体漂移段引入螺线管对等离子体进行约束,以改变脉宽以及束流密度与漂移距离的依赖关系。本文就螺线管约束激光等离子体展开了实验与模拟研究,探究磁场与激光等离子体相互作用的物理过程。基于近物所激光离子源实验室的平台开展了关于螺线管约束激光等离子体的实验研究,主要包括两部分研究内容:直流螺线管约束激光等离子体以及基于直接等离子体注入方案并结合螺线管约束的碳离子加速实验。在第一部分实验研究中,,首先基于现有的激光离子源研究平台,研制了相应的长螺线管。实验研究了螺线管对碳等离子体和铝等离子体的影响,实验结果表明,离子束脉冲的总电荷量与流强均随磁场的增加而提高,随后饱和,最重要的是,离子束脉宽也表现同样的趋势,这一结果证明,在等离子体膨胀阶段引入螺线管约束,等离子体的发散角得到压缩。为了诊断螺线管中等离子体分布,研制了可移动小型法拉第筒,利用该装置,对螺线管内及出口区域的离子束横向与纵向分布进行了测量。通过差值还原了螺线管内激光等离子体的动态演化过程,结果表明,在螺线管磁场的作用下,激光等离子体的纵向分布更加均匀,这一结果对于提高激光离子源与后级加速器的耦合效率具有重要意义。此外,实验测量了螺线管约束条件下激光等离子体中碳等离子体的离子电荷态分布,结果表明,磁场对不同电荷态离子具有提高作用。对螺线管约束条件下离子束的重复性进行了测量,结果表明,几百高斯的磁场不会给激光等离子体引入额外的不稳定性。基于近物所现有的直接等离子体注入（激光离子源+RFQ直线加速器）研究平台,研制了相应的长螺线管,并开展了螺线管结合直接等离子体注入方案的碳离子加速实验。与无磁场的条件相比,引入螺线管约束后,RFQ出口处的离子束流强和脉宽提高至2～3倍。这一结果的获得,对于紧凑型离子注入装置的研发具有重要意义。另外,对螺线管约束激光等离子体进行了模拟研究。首先利用FLASH软件模拟了激光等离子体的加热和碰撞过程,以该结果作为输入参数,利用WARP软件模拟了激光等离子体在磁场约束条件下的演化过程。最终模拟结果与实验结果相符,证明了该模拟方案的可行性。本论文开展的关于螺线管约束激光等离子体的实验与模拟研究,拓展了我们对磁约束激光等离子特性的了解,为进一步实现通过控制约束磁场达到对脉冲激光离子束束流脉宽,流强,时间结构,电荷态等参数的调制奠定基础。通过磁约束对激光离子束的调制,将极大程度推动激光离子源作为重离子加速器的预注入系统应用到未来的加速器装置以及重离子治癌装置。
赵思佳[4]（2021）在《中子管微波离子源磁路及引出系统优化设计》文中指出中子管是一种加速器型中子源,由离子源,加速系统,靶,气压调节系统组成。它在石油测井、爆炸物和毒品检测、放射性医学和反应堆物理等领域具有广阔的应用前景。离子源作为中子管的重要组成部分之一,它将氘氚气体电离产生等离子体并引出成束。离子源的性能以及引出束流的品质会影响中子管的产额、寿命和稳定性等。不同离子源的工作机理不同,生成的等离子体内各类离子所占百分比也不同。中子管主要原理是内部的单原子氘氚离子发生反应生成中子,微波离子源产生的单原子离子比在80%以上,本文使用微波离子源作为中子管的注入源。微波离子源的性能受许多参数的影响,尤其是磁路结构和引出系统。对于2.45 GHz微波离子源,在微波窗处提供合适的磁场强度可提高微波吸收效率,磁场分布均匀的前提下增加ECR区数量可产生高密度等离子体。使用CST Studio Suite模拟了不同放电室壁材料的离子源内部磁场。通过实验以及仿真软件,设计了单磁环、双磁环、多磁环多种磁路系统以优化放电室的轴向磁场,并比较了轴向充磁和径向充磁双磁环在最佳模式下的磁场分布。不同应用的中子管对离子束有着不同的特殊要求,分别针对高产额中子管和标记中子管设计了引出系统。高产额中子管的束流强度大,易造成靶损伤进而影响中子管寿命。为其设计了双狭缝二电极引出系统,通过调整狭缝位置和大小使打到靶端的束流分布均匀并扩大离子束的轰击面积。带有α探测器的标记中子管常用于探测爆炸物位置等,其引出束流需被聚焦以形成小靶点。针对标记中子管设计了三电极引出系统,分别改变引出极的位置、厚度以及各电极的电压等参数实现小靶点要求。离子源最重要的目标之一就是制造高电流密度的离子束,为提高束流强度设计了一种在等离子电极后放置正偏压电极的引出系统。引出孔附近形成了高密度等离子体,可有效提高中子产额。
王昭[5]（2021）在《高电荷态Ne、Xe离子与氩气及氢等离子体相互作用中的电荷态研究》文中认为可控核聚变是解决人类能源问题的终极途径,获得了世界上越来越多科学家的关注,目前主要以磁约束方式与惯性约束方式为代表。在惯性约束核聚变科学中,高电荷态离子在稠密等离子体中的能量沉积过程是靶丸α粒子自持燃烧、粒子快点火技术等方向的核心研究内容。该沉积能量的大小不仅与弹靶碰撞过程相关,还与入射离子的电荷态密切联系,如有理论指出该能损与入射离子有效电荷Zeff的二次方成正比。因此针对高电荷态离子分别与气体靶和等离子体靶相互作用中的离子电荷态研究,对于深入发掘低温与高温等离子体环境中离子电荷交换机制的差异,精确描述对应能量损失过程,具有十分重要的研究意义。高精度的实验数据也能为未来强流重离子束驱动惯性约束聚变科学提供关键的物理参数数据。依托中国科学院近代物理研究所HIRFL加速器装置,作者在其中320 k V低能重离子综合研究平台上建成了专用的高电荷态离子与靶物质相互作用实验测量终端。实验中系统性测量了玻尔速度能区高电荷态Ne7+、Xe20+离子穿过不同面密度的气体Ar靶后的电荷态分布,获得了相应的电荷态演化实验数据。理论上基于已有的电荷交换截面数据与理论模型,精确计算了玻尔速度能区Ne和Xe离子与Ar气相互作用中的电离截面与俘获截面等,最终取得了出射离子的电荷态分布、平均电荷态数值及其与靶面密度的依赖关系。该理论结果能够准确描述实验数据,因此本工作为清晰描绘玻尔速度能区高电荷态离子与气体靶相互作用过程提供了一种有效途径。完成的主要工作为以下内容:（1）较为系统的研究了玻尔速度能区的Ne7+离子与Ar气相互作用中的炮弹离子电荷态演化机制。首先,实验测量了1.75 Me V的Ne7+离子穿过不同气压条件（不同面密度）的Ar气靶后的电荷态分布,获得了离子电荷态分布随靶面密度演化的实验结果。理论中不仅考虑单电荷交换过程,还额外考虑了双电荷交换过程,将计算的平均电荷态同实验结果开展了比较分析,评估了多电荷交换截面对电荷态演化的贡献。研究中还发现在平衡阶段后期,出现了明显炮弹离子能量损失,使平衡电荷态出现新的变化,在现有理论无法解释的条件下,作者提出了一种新的分析模型,较好的解释了实验现象,且通过Schiwietz公式再次验证了其有效性。（2）较为系统的研究了玻尔速度能区的Xe20+离子与Ar气体靶相互作用的炮弹离子电荷态演化机制。首先,实验测量了5 Me V的Xe20+离子穿过不同面密度的Ar气靶后的电荷态分布,获得了离子电荷态分布随靶面密度演化的实验结果。为了深入理解其中的电荷交换反应机制,理论上作者基于不同的电荷交换截面理论模型（CTMC和半经验定律）,综合考虑原子的壳层结构、作用细节等因素对电荷交换的影响。基于实验结果,提出一种理论假设,定性解释了能量损失对电荷态演化的影响。（3）针对低密度等离子体靶,作者完成了等离子体关键参数的诊断工作,利用模拟离子-等离子体相互作用的蒙特卡罗计算程序,分别计算了玻尔速度能区的高电荷态Ne离子穿过氢气靶和氢等离子体靶后的电荷态分布,发现等离子体靶条件下的炮弹离子电荷态明显增加,其原因可归结于等离子体中存在大量自由电子,造成了电荷交换机制存在显着差异。
金明远[6]（2021）在《用于中子管的微波离子源及引出特性的仿真研究》文中提出中子管是一种小型加速器中子源,由于其具有中子产额可控、成本低、能谱性好、便携等优点已应用到工农医等众多重要领域。中子管是由离子源、加速系统、靶以及气压调节系统构成的一种电真空装置,它的工作原理是由离子源引出的离子在靶上发生氘氘或氘氚核反应,生成氦核的同时产生中子,两种反应产生的中子所具有的能量不同。随着社会的不断进步与发展,在中子管性能方面的要求也在不断地提高,而离子源作为中子管中关键的一个组成部分,离子源的性能会直接影响到中子管的性能,因此,研究用于中子管离子源的相关特性具有一定的研究价值。目前,应用在中子管中的离子源有许多种,在国内应用较多的离子源为潘宁离子源,与潘宁离子源相比,微波离子源具有许多优点,微波离子源能形成较高的等离子体密度、气体电离程度大、使用寿命较长,且微波离子源的构成中不含有阴极等,这些优点使得微波离子源将是未来高产额小型化中子管中所需离子源的较优选择,因此对用于中子管的微波离子源开展研究对中子管的小型化发展有一定的促进作用。微波离子源是一种磁约束等离子体装置,其基本工作原理是利用微波能量来加热气体电离形成等离子体,而离子源在产生等离子体的过程中会受到多种因素的影响。为了更加深入的了解用于中子管的微波离子源的放电特性和引出束流特性,本文以微波耦合等离子体的放电原理为研究起点,在微波离子源放电特性的研究时利用COMSOL多物理场仿真软件,在束流引出特性的研究时利用CST电磁仿真软件,对微波离子源的仿真模型进行了设计,并通过控制变量法,分别探究相关参数对微波等离子体的放电特性和离子源引出束流特性的影响规律,进行分析总结得出相关规律。主要的研究工作分以下几部分:（1）在理论方面,根据微波耦合等离子体的放电原理,首先通过多物理场仿真软件COMSOL建立微波离子源的仿真结构,然后利用软件中的AC/DC模块对微波离子源结构中的磁铁进行仿真设计。通过仿真实验发现,在微波离子源的结构设计中,所需的磁铁结构采用磁环组合的效果较好,而且可以根据实际所需进行磁环尺寸的调整,通过修改相关参数可以满足所需的磁场分布。（2）在中子管微波离子源放电特性方面的研究上,利用COMSOL软件中的微波等离子体模块,采用控制变量的研究方法,通过改变放电气压、微波输入功率、放电腔室大小以及放电腔室外壁材料等参数,得到离子源结构参数变化时对放电腔室内电子密度分布的影响规律。根据仿真结果得出,放电腔室内的电子密度受放电气压的影响较大,且随放电气压的增大而增加;而微波输入功率产生的影响较小;放电腔室的大小和放电腔室外的材料也会对腔室内的电子密度产生一定的影响,当放电腔室逐渐增大时,电子密度也在逐渐增加;放电腔室外的材料对电子密度产生的影响主要体现在腔室外最内层的材料,当最内层材料相同时,放电腔室外的材料层数对电子密度的影响不大。（3）在中子管微波离子源束流引出方面的研究上,采用CST电磁仿真软件,首先设计微波离子源的束流引出结构,利用控制变量的研究方法,通过改变离子源电极的引出孔直径、离子源电极的卷边高度、离子源电极的外部倒角半径、加速电极的引出口直径、加速电极的高度、加速电极所接的电压和两电极间距离相关参数进行仿真实验,根据仿真结果分析并总结相关规律。通过仿真实验发现,当离子源电极引出孔直径增大时,引出束流在加速电极底部的束斑分布面积也随之增加,且聚焦点向离子源电极方向逐渐移动;离子源电极引出口卷边高度对引出束流的影响主要在2 mm～5mm的变化范围内;除此之外,离子源电极是否有倒角也会产生一定的影响;对加速电极而言,由于在实验过程中,加速电极引出口直径均大于离子源电极引出口直径,所以加速电极引出口直径产生的影响较小;但加速电极的高度和所接电压的不同则对引出束流产生一定的影响,当加速电极的高度增大时,束斑分布面积会逐渐增加,且聚焦点逐渐向离子源电极方向移动;随着加速电极所接负高压的增大,束班面积逐渐增大,且聚焦效果更明显;除了电极本身参数的变化会对束流产生影响外,两电极间距离也会有一定的影响,束斑面积会随着距离的增大而增加,且聚焦点逐渐靠近离子源电极。
朱丽[7]（2020）在《超导离子源铌三锡高场磁体预应力结构设计及实验研究》文中提出由中国科学院近代物理研究所承担的“十二五”规划重大科技基础设施─强流重离子加速器装置和国家自然科学基金委重大科学仪器项目─低能量强流离子加速器装置都将采用运行于45 GHz的世界首台第四代电子回旋共振离子源FECR。该装置将全面挑战现有铌三锡超导磁体技术的瓶颈。本文围绕FECR超导离子源磁体开展了铌三锡高场磁体预应力结构设计及相关的实验研究工作,主要内容包括:FECR超导离子源磁体线圈全部采用铌三锡超导材料制作、这一超导材料临界性能对应力敏感,加之磁体中六极线圈和螺线管线圈之间的应力不平衡分布,导致磁体机械结构设计面临极大挑战。为了验证FECR超导离子源磁体结构设计的合理性和仿真结果的可信性,为全尺寸真机的研制奠定技术基础,项目组设计了能够一定程度上反应离子源磁体机械结构的半长度样机。本文首次基于ANSYS参数化设计编程（APDL）并联合电磁场分析软件OPERA 3D对FECR磁体半长度样机进行预应力结构分析,给出了磁体在室温组装、冷却降温和加电励磁时的应力分布和变化情况,同时优化出了室温预应力大小,能够为磁体样机装配提供预应力参考。为了测试FECR磁体样机中基于单股线的铌三锡超导六极线圈经过绕制、热处理、环氧浸渍等一系列工艺过程后,低温电磁性能是否达到设计指标,采用Bladder&Key预应力技术和铝合金壳基结构,创新的设计了能够一定程度上模拟六极磁场及其应力分布的镜像磁场约束结构（Mirror模型）。利用APDL参数化编程,依据自底向上的建模方法建立了铌三锡六极线圈的二维电磁-结构耦合有限元Mirror模型,并基于接触分析、单元生死技术以及多载荷步顺序加载方式开展了Mirror模型从室温预紧、冷却预紧及加电励磁的二维预应力结构耦合设计。进一步,将OPERA 3D软件和ANSYS软件相结合,对铌三锡线圈的Mirror模型进行了三维预应力结构设计。在此基础上,结合实际加工制造经验,对Mirror模型开展了工程设计。由于Mirror模型在室温装配过程中采用Bladder&Key技术对六极线圈施加预应力,为了能够模拟从室温装配到冷却降温的操作流程、验证ANSYS有限元仿真方法的可信性,依据六极线圈外形尺寸加工了一个模拟线圈。把该模拟线圈放入Mirror模型中,利用ANSYS软件对其进行预应力结构分析。进一步,基于仿真计算给出的室温预应力大小,同时借助“低温电阻应变片+补偿电路+无线应变仪”技术,开展了Mirror模型的室温预紧和77 K冷却预紧实验,并与有限元模拟结果进行对比分析。实验结果表明:铝壳和模拟线圈中心处的应变与ANSYS仿真计算结果基本一致,最大误差均在10%以内。验证了结构设计的合理性和仿真结果的可信性。详细描述单体半长度铌三锡六极线圈的制作工艺流程,并结合实际六极线圈外形尺寸制作公差,基于二维有限元Mirror模型,首次分析和评估了公差对Mirror模型中六极线圈预应力施加的影响。进一步,依据半长度铌三锡六极线圈Mirror模型预应力结构设计预测出的室温预应力值,基于全仿真指导和二分之一桥路应力-应变测量系统,成功对Mirror模型分别进行了基于Bladder&Key室温径向和基于液压千斤顶室温轴向的精准预紧装配,并开展了磁体的4.2 K冷却预紧和加电励磁实验。实验结果表明:在没有失超的前提下,铌三锡六极线圈一次性加电到设计电流800 A,为国际首例;铝壳和上下拉杆的应变与ANSYS仿真计算结果吻合良好。验证了采用Bladder&Key精确预应力施加技术和铝合金壳层结构,基于原理性设计铌三锡六极线圈Mirror模型的合理性、可靠性以及ANSYS仿真结果的可信性。同时为测试FECR超导离子源磁体中铌三锡六极线圈的全尺寸Mirror模型的设计奠定和积累了重要基础。
王与权[8]（2018）在《不同微波注入方式10厘米ECR离子源放电特性研究》文中指出电子回旋共振离子推力器（ECRIT）属于静电式离子推力器,具有无热阴极、寿命长、可靠性高的特点,可应用于航天器姿态控制、轨道转移、位置保持和星际航行等方面。论文以10cm ECRIT的离子源为研究对象,以提高ECR离子源的性能为研究目标,对离子源内部等离子体的放电束流引出特性、微波能量注入方式、电子加热机制三个方面进行了研究。结果表明高电子密度区的微波注入方式以及朗道阻尼电子加热机制的出现可以提高ECR离子源放电性能。论文主要研究工作如下:一、论述了ECR离子源放电过程涉及的相关理论,明晰了微波在高密度等离子体与高磁场强度区域注入时,波的传输方式及静电波与电子进行无碰撞共振的产生条件。在此基础上,创建了线极化波高密度区注入离子源模型,实现了微波从离子源高密度、高磁场区域注入的方案,该方案能够降低微波在等离子传输过程中的能量损耗;创建了螺旋波注入离子源模型,分别实现了电子与圆极化波回旋共振和纵向静电波无碰撞共振的加热模式。二、根据ECR离子源中的各项能量分布,建立了10厘米ECR离子源放电过程的数学模型。在给定ECR离子源输入功率、结构尺寸、栅极有效透明度、推进剂流量条件下,该数学模型能够准确描述ECR离子源放电过程中的放电损耗和推进剂利用率之间的关系,并计算等离子体空间电势、密度、电子温度。三、根据网络分析仪低信号调试原理,建立了ECR离子源的网络分析仪低信号调试系统。对四种不同微波注入方式10厘米ECR离子源进行低信号回波损耗调试和品质因数计算,分别优化线极化波高密度注入和螺旋波注入离子源模型,实现离子源对微波功率吸收效率的最大化。同时采用高斯仪,实验测量出四种不同微波注入方式离子源的磁场分布,确定离子源ECR区位置。四、利用Langmuir探针诊断方法和原理,分别对线极化波高密度注入和螺旋波注入离子源模型进行低放电状态和高放电状态下的Langmuir探针诊断实验,给出了离子源内等离子体空间电势、电子温度、电子密度、离子密度和电子能量分布函数的分布规律,分析了这两种离子源内等离子体的特性。五、开展线极化波高密度注入和螺旋波注入离子源的束流引出能力实验研究,分析了推进剂流量、微波输入功率和栅极电压对不同微波注入方式离子源束流引出能力的影响。根据束流引出实验结果,计算了离子源的放电损耗、推进剂利用率、推力、比冲等参数。在20W30W微波功率输入条件下,通过对比不同微波注入方式离子源的束流引出能力,实验验证出线极化波高密度注入离子源以及螺旋波注入离子源的束流引出、放电损耗、推进剂利用率、推力及比冲等参数优于现有波导式微波注入离子源。
郭俊伟[9]（2018）在《高电荷态ECR离子源微波耦合研究》文中认为基于微波驱动的高电荷态ECR（电子回旋共振）离子源是产生强流高电荷态离子束的最佳选择。为满足现代重离子加速器发展对强流高电荷态离子束的需求,离子源性能必须得到进一步提升。在ECR离子源中,微波耦合加热效果直接影响高温高密等离子体的状态,对其性能至关重要。本论文对强流高电荷态ECR离子源微波耦合加热的相关机制进行了系统的研究,提出了提高其性能的关键技术与方法。在24-28 GHz ECR离子源中,微波功率耦合普遍沿用传统方案,即利用直径32 mm的过模圆波导将TE01模直接耦合加热ECR等离子体,实验结果表明采用该传统微波耦合方式的ECR离子源性能低于半经验理论预期,尤其是高功率下的束流饱和现象,限制了离子源性能的进一步提升,因此需要从微波耦合加热等离子体方面取得突破,这不仅可以提升现有装置的性能,也将为下一代ECR离子源的发展提供关键依据。本论文从高微波功率下ECR等离子体的稳定性和微波吸收效率特性出发,首次从行波角度利用天线辐射理论研究了不同微波耦合方式下ECR离子源弧腔中的电场功率分布,这为ECR离子源中微波耦合加热等离子体的研究提供了新的思路。在实验上系统地研究了HE11微波模式,以及不同波导口径微波耦合对高电荷态离子束产额的影响。通过模拟分析和实验优化,创新性地提出了一种利用TE01模小口径波导的微波耦合方式,显着提高了离子源的性能（束流增益>30%）。利用该技术在近代物理研究所超导ECR离子源SECRAL和SECRAL-II上产生了诸如1.42 emA的Ar12+、1.04 emA的Ar14+、1.1 emA的Xe26+、0.92 emA的Xe27+等一批强流高电荷态离子束的世界纪录。美国LBNL实验室采用这项技术后,也大幅提升了其28 GHz VENUS离子源的性能,验证了该技术的有效性。为了满足我国强流重离子加速器装置HIAF（High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility）的束流指标需求,近代物理研究所在国际上率先开展了45GHz第四代ECR离子源FECR的研制,这面临着诸多物理与技术的挑战,其中45 GHz/20 kW的微波高效耦合加热ECR等离子体是一项关键技术。我们基于第三代装置的研究提出了准光学结合波导的微波传输耦合方式,实现了微波的高效传输馈入,首次在ECR源中产生了稳定的45 GHz ECR等离子体,引出了强流高电荷态离子束。另外,我们还利用该45 GHz微波系统首次研究了28+45 GHz双频加热和28+45+18 GHz三频加热的工作模式,通过对ECR等离子体稳定性的有效提高,产生了一批极高电荷态重离子束流的世界新纪录,如53 eμA的Xe38+,17 eμA的Xe42+等。最后在系统总结论文研究工作的基础上,给出了下一代高频率ECR离子源实现微波高效耦合加热等离子体的技术方案。
黄韬[10]（2017）在《强流单电荷态离子束的产生与传输研究》文中指出随着核物理以及与核能技术的发展,相关研究领域对强流、高功率加速器的需求愈发强烈,从而极大推动了强流加速器的发展。强流离子加速器技术中,低能段离子源与束流传输的一些问题的研究是关键,例如在ADS（加速器驱动嬗变次临界装置）驱动加速器技术中,强流质子束的获得、高性能传输以及与后续加速器系统的匹配是难点与关键。本论文针对锦屏深地核天体实验装置（JUNA）加速器项目的要求,为其设计研制了带有分析磁铁的低能传输线。JUNA将是世界上首个建成并投入深地环境使用的采用强流2.45 GHz ECR源作为离子注入器的深地核天体实验装置,为此需要一台强流离子源与低能传输线,提供10mA的H+、He+以及5mA的He2+高纯度束流。考虑JUNA加速器装置的目标离子种类、运行能量范围（70800keV）、低本底运行条件的要求,低能传输线设计采用双螺管的强流束匹配结构,以实现束流的匹配,同时在两螺线管间设置了30度偏转角双聚焦结构的分析磁铁,实现不同粒子的切换、杂质粒子的去除。利用束流动力学模拟,设计优化了束流传输元件,评估了束流的损失位置并设置了相应的束流阻挡器,从而满足了项目要求的高纯度、大动态强流束的传输;初步联调结果表明其能够满足项目对束流的要求。杂质离子如H2+、H3+的污染问题一直是强流质子加速器的难点,为此CIADS考虑引入带有质量分析系统的注入器设计方案。针对此方案,利用JUNA的低能传输线进行了可行性研究。通过对CIADS注入器要求的35 keV、10 mA的强流离子束经过分析磁铁的束流品质进行了模拟与实验对比分析,发现分析磁铁高阶磁场的影响造成了束流的畸变,并且该影响随着束流包络的变大而增强。这些结果为CIADS注入器的低能传输线提供了更为具体的设计参考依据。强流离子源的关键在于高密度等离子体的建立。本论文针对ECR离子源获得高密度等离子体的方法,深入调研了一种不受截止密度限制的微波模式——电子伯恩斯坦波（EBW）。通过系统的调研分析,根据14.5 GHz条件下建立EBW模式的可行性,搭建了原理性研究实验平台,进行了初步实验探索,并对实验存在的问题进行了探讨与分析。
二、2.45GHz单电荷态电子回旋共振离子源（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、2.45GHz单电荷态电子回旋共振离子源（论文提纲范文）
（1）6×1012n/s强流中子发生器ECR离子源与前分析系统研制（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 中子源概述 |
| 1.2 中子发生器 |
| 1.3 2.45 GHz ECR离子源 |
| 1.3.1 ECR离子源在中子发生器领域的应用 |
| 1.3.2 2.45 GHz ECR离子源的起源和发展 |
| 1.4 强流中子发生器分析系统 |
| 1.5 选题意义 |
| 第二章 ECR离子源与前分析系统设计 |
| 2.1 ECR离子源基本原理 |
| 2.2 ECR离子源基本结构 |
| 2.2.1 微波产生与传输系统 |
| 2.2.2 源体与引出 |
| 2.3 ECR离子源整体设计 |
| 2.4 前分析系统设计 |
| 2.4.1 相关理论 |
| 2.4.2 元器件介绍 |
| 2.4.3 方案设计 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 ECR离子源束流强度与质子比调试 |
| 3.1 ECR离子源设计要求 |
| 3.2 束流强度影响因素 |
| 3.2.1 磁场 |
| 3.2.2 放电腔与微波窗相对距离 |
| 3.2.3 其他影响因素 |
| 3.3 质子比测量 |
| 3.3.1 ECR离子源配置 |
| 3.3.2 测量系统 |
| 3.4 质子比影响因素 |
| 3.4.1 引出电压 |
| 3.4.2 微波窗结构和材质 |
| 3.4.3 进气量和微波功率 |
| 3.4.4 阻抗匹配 |
| 3.4.5 磁场和放电腔大小 |
| 3.4.6 管道真空 |
| 3.5 总结与讨论 |
| 第四章 ECR离子源工作稳定性研究 |
| 4.1 ECR离子源工作稳定性问题 |
| 4.2 微波窗结构与损伤分析 |
| 4.2.1 微波窗介绍 |
| 4.2.2 微波窗损伤表现 |
| 4.2.3 微波窗损伤分析 |
| 4.3 微波窗温度与应力分布计算 |
| 4.3.1 模型设置 |
| 4.3.2 结果分析 |
| 4.3.3 解决方案 |
| 4.3.4 实验验证 |
| 4.4 电极打火现象及原因分析 |
| 4.5 引出区改进措施 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 前分析系统设计与调试 |
| 5.1 前分析系统物理设计 |
| 5.2 前分析系统束流传输模拟 |
| 5.2.1 氘离子束引出与传输 |
| 5.2.3 氢离子束的引出与传输 |
| 5.3 磁场和真空腔 |
| 5.3.1 磁铁设计和磁场测量 |
| 5.3.2 真空管道 |
| 5.4 前分析系统调试 |
| 5.4.1 主要结果 |
| 5.4.2 问题与改进 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（2）低能离子束在低密氢等离子体中的能损及有效电荷研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 离子束在等离子体中的能损研究背景 |
| 1.2 离子束在等离子体中能损研究的应用 |
| 1.3 能损测量方法介绍 |
| 1.4 本论文工作 |
| 第2章 离子束在等离子体中的能损理论及模型介绍 |
| 2.1 等离子体的基本特性 |
| 2.2 理论及简单模型介绍 |
| 2.2.1 离子在中性物质中的阻止 |
| 2.2.2 离子在等离子体中阻止本领的简单模型 |
| 2.3 离子在等离子体中能损的其它理论模型 |
| 2.3.1 离子束与等离子体相互作用的表征 |
| 2.3.2 其它理论模型概述 |
| 2.3.3 离子在等离子体中的阻止本领概述 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 研究方法 |
| 3.1 实验装置 |
| 3.1.1 电子回旋共振离子源 |
| 3.1.2 电荷态的选择 |
| 3.1.3 束流聚焦和准直 |
| 3.1.4 气体放电装置及差分真空系统 |
| 3.2 实验原理及测量方法 |
| 3.3 实验数据分析方法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 质子在氢放电等离子体中的能损及有效电荷研究 |
| 4.1 90和100keV的质子在氢等离子体中的能损 |
| 4.2 质子在氢放电等离子体中的有效电荷计算 |
| 4.3 初始气压和电压对能损的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 氦离子在氢等离子体中的能损及有效电荷研究 |
| 5.1 100和125keV/u的 He~(2+)离子在氢等离子体中的能损 |
| 5.2 轻重离子能损的比较 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 X射线用于离子阻止过程测量的前期研究 |
| 6.1 研究背景及意义 |
| 6.2 实验装置 |
| 6.3 高电荷态离子诱导Si固体靶X射线发射的电荷态效应 |
| 6.3.1 X射线发射及直接电离模型的计算 |
| 6.3.2 准分子模型的计算 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）螺线管约束激光等离子体研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 论文的主要内容 |
| 第2章 磁约束激光等离子体物理基础和研究现状 |
| 2.1 激光离子源介绍 |
| 2.2 纳秒激光烧蚀等离子体的产生 |
| 2.3 磁约束激光等离子体物理基础 |
| 2.4 磁约束激光等离子体研究现状 |
| 2.4.1 宇宙空间的等离子体磁约束 |
| 2.4.2 强磁场约束激光等离子体 |
| 2.4.3 螺线管约束激光等离子体 |
| 2.4.4 磁流体模拟激光等离子体在磁场中的运动 |
| 2.4.5 小结 |
| 第3章 螺线管约束激光等离子体实验研究 |
| 3.1 激光离子源实验平台介绍 |
| 3.2 螺线管约束激光等离子体实验 |
| 3.2.1 螺线管参数 |
| 3.2.2 磁约束激光离子束品质 |
| 3.2.3 稳定性实验 |
| 3.2.4 电荷态分布 |
| 3.2.5 横向分布与纵向分布测量 |
| 3.2.6 光阑实验 |
| 3.2.7 螺线管发散磁场中激光烧蚀等离子体特性 |
| 3.3 直接等离子体结合螺线管约束实验 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 磁约束激光等离子体模拟 |
| 4.1 PIC方法简介 |
| 4.2 Flash软件 |
| 4.2.1 软件介绍 |
| 4.2.2 初始等离子体状态模拟结果 |
| 4.2.3 激光打靶过程模拟 |
| 4.3 Warp软件 |
| 4.3.1 软件介绍 |
| 4.3.2 模拟螺线管磁场约束激光等离子体 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 未来实验计划 |
| 附录A 模拟程序代码与数据 |
| A.1 Flash中使用的代码与数据 |
| A.2 WARP中使用的代码与数据 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（4）中子管微波离子源磁路及引出系统优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 中子管离子源及模拟方法 |
| 2.1 中子管的基本原理 |
| 2.2 离子源的种类及原理 |
| 2.2.1 潘宁离子源 |
| 2.2.2 微波离子源 |
| 2.2.3 射频离子源 |
| 2.3 CST软件介绍 |
| 第三章 磁路系统设计 |
| 3.1 微波离子源所需磁场条件 |
| 3.2 单磁环结构 |
| 3.3 双磁环结构 |
| 3.3.1 轴向充磁 |
| 3.3.2 径向充磁 |
| 3.4 多磁环结构 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 引出系统设计 |
| 4.1 高产额中子管引出系统 |
| 4.1.1 二电极引出系统 |
| 4.1.2 双狭缝式引出系统 |
| 4.2 标记中子管引出系统 |
| 4.2.1 三电极引出系统 |
| 4.2.2 偏压电极引出系统 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文研究内容总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间公开发表论文及着作情况 |
（5）高电荷态Ne、Xe离子与氩气及氢等离子体相互作用中的电荷态研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 高电荷态离子和等离子体简介 |
| 1.2 离子束与物质相互作用的研究背景 |
| 1.3 本文的工作 |
| 1.4 论文结构安排 |
| 第2章 理论概述 |
| 2.1 离子在物质中的能损 |
| 2.2 离子束与物质相互作用后的电荷态 |
| 2.2.1 离子穿过物质过程中的电荷态平衡方程 |
| 2.2.2 平衡电荷态组分和平衡电荷态 |
| 2.2.3 平衡平均电荷态 |
| 2.3 重离子与气体、固体、等离子体靶相互作用的截面 |
| 2.3.1 炮弹的电子俘获过程 |
| 2.3.2 碰撞粒子的电离过程 |
| 2.3.3 靶密度效应对炮弹电子俘获和电离的影响 |
| 2.3.4 离子与等离子体的相互作用 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 实验装置及实验技术 |
| 3.1 实验装置 |
| 3.1.1 全永磁ECR离子源 |
| 3.1.2 束流输运系统 |
| 3.1.3 气体放电(Z-箍缩)等离子体设备 |
| 3.2 实验方法及原理 |
| 3.2.1 离子束与气体靶相互作用 |
| 3.2.2 离子束与等离子体靶相互作用 |
| 3.2.3 离子出射电荷态分布的确定 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 Xe离子与Ar气靶相互作用中的电荷态演化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Xe离子电荷态分布随靶的面密度的演化 |
| 4.3 出射Xe离子平均电荷态的实验和理论结果对比 |
| 4.3.1 电荷交换截面的理论计算 |
| 4.3.2 平均电荷态的实验和理论结果对比 |
| 4.4 能量损失对炮弹电荷态演化的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 Ne离子与Ar气靶相互作用的电荷态研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 电荷交换截面的理论计算 |
| 5.2.1 电子俘获 |
| 5.2.2 炮弹电离 |
| 5.3 计算结果以及与实验的对比 |
| 5.3.1 多电子交换过程对平均电荷态演化的影响 |
| 5.3.2 能量损失对平均电荷态的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 Ne离子与H_2放电等离子体相互作用中的电荷态演化理论模拟 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 电荷交换过程速率的理论计算 |
| 6.2.1 电离速率L_q |
| 6.2.2 复合速率C_q |
| 6.3 计算电荷态的分析模型 |
| 6.3.1 Kreussler准则 |
| 6.3.2 Peter准则 |
| 6.3.3 瞬时电荷态的分析模型 |
| 6.4 高电荷态Ne离子穿过氢气放电等离子体后的电荷态理论模拟 |
| 6.4.1 氢气放电等离子体的状态参数 |
| 6.4.2 理论模拟 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 下一步的工作计划及思考 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果 |
| 个人简历 |
| 在学期间发表的学术论文 |
| 学术交流 |
（6）用于中子管的微波离子源及引出特性的仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外的研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 1.5 论文研究的章节安排 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 微波离子源中子管的工作原理及应用 |
| 2.1 中子管的主要组成部分和应用 |
| 2.2 中子管的工作原理和应用 |
| 2.2.1 中子管的工作原理 |
| 2.2.2 中子管的应用 |
| 2.3 中子管微波离子源的结构和应用 |
| 2.3.1 中子管微波离子源的结构 |
| 2.3.2 微波离子源的应用 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 微波耦合等离子体的理论研究 |
| 3.1 等离子体概述 |
| 3.1.1 等离子体基本概念 |
| 3.1.2 等离子体特点 |
| 3.1.3 等离子体分类 |
| 3.2 等离子体的产生 |
| 3.2.1 光致电离 |
| 3.2.2 场致电离 |
| 3.2.3 热致电离 |
| 3.2.4 电子碰撞电离 |
| 3.3 等离子体的理论模型 |
| 3.3.1 等离子体的理论模型--电子的能量分布 |
| 3.3.2 等离子体的理论模型--流体方程 |
| 3.3.3 等离子体的理论模型--输运 |
| 3.4 微波耦合等离子体相关参数 |
| 3.4.1 密度 |
| 3.4.2 温度 |
| 3.4.3 热速度 |
| 3.4.4 德拜长度 |
| 3.4.5 等离子体压强 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 中子管微波离子源的COMSOL仿真研究 |
| 4.1 中子管微波离子源的放电原理及仿真模型 |
| 4.1.1 中子管微波离子源的放电原理 |
| 4.1.2 建立中子管微波离子源放电的仿真模型 |
| 4.1.3 中子管微波离子源放电所需磁铁的设计 |
| 4.2 中子管微波离子源放电特性的COMSOL模拟仿真 |
| 4.2.1 探究放电气压p_1变化对电子密度的影响 |
| 4.2.2 探究微波输入功率P_2变化对电子密度的影响 |
| 4.2.3 探究微波离子源放电腔室大小变化对电子密度的影响 |
| 4.2.4 探究微波离子源放电腔室外壁材料不同对电子密度的影响 |
| 4.3 中子管微波离子源放电特性的总结与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 中子管微波离子源引出系统的CST仿真实验 |
| 5.1 中子管微波离子源束流引出特性的理论分析 |
| 5.2 中子管微波离子源束流引出系统的CST建模仿真 |
| 5.2.1 CST仿真软件的简介与应用 |
| 5.2.2 中子管微波离子源束流引出系统的CST仿真结构 |
| 5.3 中子管微波离子源束流引出特性的仿真研究 |
| 5.3.1 探究离子源电极引出口直径Φ_1变化对束流引出特性的影响 |
| 5.3.2 探究加速电极引出口直径Φ_2变化对束流引出特性的影响 |
| 5.3.3 探究离子源电极引出口卷边高度h_1变化对束流引出特性的影响 |
| 5.3.4 探究加速电极所接电压U_2不同时对束流引出特性的影响 |
| 5.3.5 探究加速电极高度h_3变化对束流引出特性的影响 |
| 5.3.6 探究离子源电极和加速电极间距离d变化对束流引出特性的影响 |
| 5.3.7 探究离子源电极引出口外部倒角半径r_2变化对束流引出特性的影响 |
| 5.4 中子管微波离子源引出系统仿真研究的总结与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间主要科研成果 |
（7）超导离子源铌三锡高场磁体预应力结构设计及实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.1.1 强流重离子加速器装置 |
| 1.1.2 低能量强流离子加速器装置 |
| 1.1.3 45GHz超导电子回旋共振离子源 |
| 1.2 国内外磁体预应力技术的研究现状 |
| 1.2.1 紧固带绑扎 |
| 1.2.2 焊接 |
| 1.2.3 螺栓 |
| 1.2.4 热套 |
| 1.2.5 Bladder& Key技术 |
| 1.2.6 铝拉杆 |
| 1.3 论文来源与主要内容 |
| 1.3.1 论文来源 |
| 1.3.2 论文主要内容 |
| 1.4 论文创新点和关键性问题 |
| 1.4.1 论文创新点 |
| 1.4.2 论文关键性问题 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 设计和实验基础 |
| 2.1 铌三锡超导线材 |
| 2.1.1 青铜法 |
| 2.1.2 内锡法 |
| 2.2 机械结构设计基础 |
| 2.2.1 FECR离子源磁体半长度样机的线圈 |
| 2.2.2 预应力方式 |
| 2.2.3 强度理论 |
| 2.2.4 LBNL的磁体设计标准 |
| 2.3 电磁-结构耦合设计 |
| 2.3.1 ANSYS有限元的基本思想 |
| 2.3.2 ANSYS参数化设计语言 |
| 2.3.3 耦合设计 |
| 2.4 实验研究基础 |
| 2.4.1 Bladder& Key装配系统 |
| 2.4.2 装配预紧过程 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 FECR离子源磁体半长度样机的预应力结构分析 |
| 3.1 电磁分析与参数 |
| 3.2 三维预应力结构分析 |
| 3.2.1 定义材料属性 |
| 3.2.2 定义单元类型 |
| 3.2.3 创建几何模型 |
| 3.2.4 创建有限元模型 |
| 3.2.5 接触对设置 |
| 3.2.6 施加约束 |
| 3.2.7 设置载荷步 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 室温预应力大小 |
| 3.3.2 模拟Bladder打压 |
| 3.3.3 样机的整体应力分布 |
| 3.3.4 六极线圈 |
| 3.3.5 螺线管 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 半长度铌三锡六极线圈Mirror模型的预应力结构设计 |
| 4.1 Mirror模型的设计参数 |
| 4.2 二维预应力结构设计 |
| 4.2.1 电磁分析 |
| 4.2.2 结构分析 |
| 4.2.3 耦合设计 |
| 4.3 三维预应力结构设计 |
| 4.3.1 电磁分析 |
| 4.3.2 结构分析 |
| 4.3.3 耦合设计 |
| 4.4 工程设计 |
| 4.4.1 Mirror模型 |
| 4.4.2 Mirror模型吊装 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 半长度Mirror模型的预应力结构验证 |
| 5.1 半长度模拟六极线圈 |
| 5.2 模拟六极线圈Mirror模型的预应力结构分析 |
| 5.2.1 有限元求解流程 |
| 5.2.2 结果与讨论 |
| 5.3 模拟六极线圈Mirror模型的组装与测试 |
| 5.3.1 Mirror模型件的三坐标检测 |
| 5.3.2 低温电阻应变测量技术 |
| 5.3.3 模拟线圈的预紧 |
| 5.3.4 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 半长度铌三锡六极线圈Mirror模型的实验研究 |
| 6.1 半长度铌三锡六极线圈的加工制作 |
| 6.1.1 六极线圈的绕制和整形 |
| 6.1.2 六极线圈的热处理 |
| 6.1.3 六极线圈的真空环氧浸渍 |
| 6.1.4 铌三锡螺线管线圈的探伤 |
| 6.2 铌三锡六极线圈Mirror模型的误差分析 |
| 6.3 铌三锡六极线圈Mirror模型的组装与测试 |
| 6.3.1 应变测量和采集系统 |
| 6.3.2 线圈的室温预紧 |
| 6.3.3 线圈的冷却预紧和加电励磁 |
| 6.3.4 结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 1 结论 |
| 2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
（8）不同微波注入方式10厘米ECR离子源放电特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究与应用概况及进一步研究问题 |
| 1.3.1 ECRIT国外研究与应用概况 |
| 1.3.2 ECRIT国内研究概况 |
| 1.3.3 ECRIT进一步需要研究的问题 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 第二章 ECR离子源微波注入方式及能量转换关系理论分析 |
| 2.1 等离子体理论 |
| 2.1.1 等离子体与静电场作用 |
| 2.1.2 朗道阻尼电子加热机制 |
| 2.1.3 等离子体与电磁场作用 |
| 2.1.4 ECR电子加热机制 |
| 2.2 微波传输理论 |
| 2.2.1 微波在矩形波导中的传输 |
| 2.2.2 微波在圆波导中的传输 |
| 2.2.3 磁化等离子体中微波的传输路径 |
| 2.3 不同微波注入方式10 厘米ECR离子源结构和原理 |
| 2.3.1 线极化波低密度注入圆波导离子源结构 |
| 2.3.2 线极化波低密度注入矩形波导离子源结构 |
| 2.3.3 线极化波高密度注入离子源结构 |
| 2.3.4 螺旋波注入离子源结构 |
| 2.3.6 不同微波注入方式离子源差异分析 |
| 2.4 10厘米ECR离子源的性能改进 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 10 厘米ECR离子源放电数学模型 |
| 3.1 10 厘米ECR离子源零维数学模型 |
| 3.1.1 ECR离子源的能量转换 |
| 3.1.2 零维数学模型中的电子能量分布和等离子体反应系数 |
| 3.2 零维数学模型的准确性验证 |
| 3.3 10 厘米ECR离子源放电性能及变化规律的计算与分析 |
| 3.4 10 厘米ECR离子推力器推力和比冲精度计算 |
| 3.4.1 流量调节精度对推力和比冲精度的影响 |
| 3.4.2 推力精度控制对工作参数精度的要求 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 不同微波注入方式离子源低信号调试与磁场特征 |
| 4.1 ECR离子源网络分析仪低信号特征调试 |
| 4.2 网络分析仪低信号调试系统和原理 |
| 4.2.1 调试系统 |
| 4.2.2 调试原理 |
| 4.3 不同微波注入方式离子源低信号调试结果与分析 |
| 4.3.1 线极化波低密度注入圆波导离子源调试结果与分析 |
| 4.3.2 线极化波低密度注入矩形波导离子源调试结果与分析 |
| 4.3.3 线极化波高密度注入离子源调试结果与分析 |
| 4.3.4 螺旋波注入离子源调试结果与分析 |
| 4.3.5 不同微波注入方式离子源调试结果的对比 |
| 4.4 不同微波注入方式离子源磁场特征 |
| 4.4.1 10 厘米ECR离子源对磁场分布要求 |
| 4.4.2 离子源磁场测量系统与方法 |
| 4.4.3 不同微波注入方式离子源磁场测量结果与对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 不同微波注入方式离子源探针诊断实验研究 |
| 5.1 探针诊断原理 |
| 5.1.1 Langmuir探针 |
| 5.1.2 Langmuir探针诊断等离子体性质 |
| 5.2 探针诊断实验系统 |
| 5.3 诊断状态下离子源的放电形貌及分析 |
| 5.3.1 线极化波高密度注入离子源放电形貌与分析 |
| 5.3.2 螺旋波注入离子源放电形貌与分析 |
| 5.3.3 不同微波注入方式离子源的放电形貌对比分析 |
| 5.4 不同微波注入方式离子源诊断结果与分析 |
| 5.4.1 线极化波高密度注入离子源诊断结果 |
| 5.4.2 螺旋波注入离子源诊断结果 |
| 5.4.3 线极化波低密度注入矩形波导离子源诊断结果 |
| 5.4.4 线极化波低密度注入圆波导离子源诊断结果 |
| 5.4.5 不同结构离子源诊断结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 不同微波注入方式离子源束流引出实验研究 |
| 6.1 实验系统与方法 |
| 6.2 离子源输入功率标定 |
| 6.2.1 功率标定系统 |
| 6.2.2 功率标定结果 |
| 6.3 束流引出状态下不同微波注入方式离子源放电实验研究 |
| 6.3.1 线极化波高密度注入离子源束流引出形貌 |
| 6.3.2 螺旋波注入离子源束流引出形貌 |
| 6.3.3 不同微波注入方式离子源束流引出形貌对比 |
| 6.4 不同微波注入方式离子源束流引出实验研究 |
| 6.4.1 线极化波高密度注入离子源束流引出实验研究 |
| 6.4.2 螺旋波注入离子源束流引出实验研究 |
| 6.4.3 线极化波低密度注入矩形波导离子源束流引出实验研究 |
| 6.4.4 线极化波低密度注入圆波导离子源束流引出实验研究 |
| 6.4.5 不同微波注入方式离子源束流引出实验对比分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 进一步研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间论文发表及参加科研情况 |
（9）高电荷态ECR离子源微波耦合研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 第二章 高电荷态ECR离子源 |
| 2.1 高电荷态ECR离子源概述 |
| 2.2 微波加热ECR等离子体 |
| 2.2.1 微波与等离子体耦合 |
| 2.2.2 微波对电子的加热(ECRH) |
| 2.3 高电荷态离子的约束与产生 |
| 2.3.1 电子的约束 |
| 2.3.2 高电荷态离子的约束 |
| 2.3.3 高电荷态离子电离过程 |
| 2.3.4 高电荷态离子复合过程 |
| 2.4 高电荷态ECR离子源微波系统 |
| 2.4.1 微波系统概述 |
| 2.4.2 微波传输 |
| 第三章 高电荷态ECR离子源微波关键器件研究 |
| 3.1 微波传输关键部件的研究 |
| 3.1.1 微波窗的设计 |
| 3.1.2 直流高压隔离器(DC-break)的设计 |
| 3.1.3 补偿波导的设计 |
| 3.2 波导微波模式变换器的研究 |
| 3.2.1 离子源模式变换器设计方案分析 |
| 3.2.2 微波模式变换的基本原理 |
| 3.2.3 TE01-HE_(11)模式变换器的设计 |
| 3.2.4 模式变换器的离线热测试 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 24-28GHz超导ECR离子源微波耦合研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 HE_(11)微波模式与离子源性能 |
| 4.2.1 SECRAL离子源 |
| 4.2.2 HE_(11)模式注入系统的设计 |
| 4.2.3 HE_(11)模式的高电荷态离子实验研究 |
| 4.3 ECR加热与离子源性能 |
| 4.3.1 高功率微波对等离子体稳定性的影响 |
| 4.3.2 等离子体对微波的单次吸收效率 |
| 4.3.3 微波模式与波导口径对微波功率分布的影响 |
| 4.3.4 TE_(01)模波导口径对传输耦合效率的影响 |
| 4.3.5 小结与实验设计 |
| 4.4 微波功率分布与离子源性能实验研究 |
| 4.4.1 Φ16、Φ20mm波导微波耦合与高电荷态Xe离子束产生 |
| 4.4.2 Φ20mm波导微波耦合与强流高电荷态Ar离子束产生 |
| 4.4.3 微波耦合加热与离子源性能的综合关联 |
| 4.5 SECRAL-II离子源上微波耦合与强流高电荷态离子束产生 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 45GHz超导ECR离子源微波系统设计和实验研究 |
| 5.1 第四代高电荷态ECR离子源FECR |
| 5.2 FECR微波系统设计 |
| 5.2.1 45GHz微波传输线设计 |
| 5.2.2 微波馈入耦合结构设计 |
| 5.2.3 脉冲运行参数 |
| 5.3 45GHz回旋管系统基本结构 |
| 5.4 45GHz/20kW回旋管系统性能研究 |
| 5.5 45GHz微波加热与高电荷态离子产生 |
| 5.6 超导ECR离子源多频加热实验研究 |
| 5.7 FECR微波耦合系统设计 |
| 5.8 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）强流单电荷态离子束的产生与传输研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 论文选题背景与目的 |
| 1.2 论文主要内容 |
| 1.3 论文主要成果 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 单电荷态离子源 |
| 2.1.1 单电荷态离子源发展现状 |
| 2.1.2 单电荷态强流离子源的基本原理 |
| 2.2 微波与等离子体相互作用 |
| 2.2.1 理想的磁化冷等离子体模型 |
| 2.2.2 磁化等离子体的四种波模 |
| 2.2.3 微波的耦合吸收 |
| 2.2.4 弧腔内微波模式的转换 |
| 2.3 几种获得高密度等离子体的方法 |
| 2.3.1 Helicon等离子体 |
| 2.3.2 EBW |
| 2.4 强流离子束低能传输线 |
| 2.4.1 强流离子束低能传输线的发展现状 |
| 2.4.2 相空间 |
| 2.4.3 刘维定理 |
| 2.4.4 束流相椭圆、发射度 |
| 2.4.5 束流相空间传输理论 |
| 2.4.6 分析磁铁 |
| 2.4.7 螺线管透镜 |
| 2.4.8 空间电荷效应和空间电荷补偿 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 强流质子束低能传输线的设计与研究 |
| 3.1 锦屏深地核天体物理实验计划简介 |
| 3.2 JUNA加速器项目低能传输线设计 |
| 3.2.1 ECR离子源 |
| 3.2.2 低能传输线的参数设计 |
| 3.2.2.1 分析磁铁的设计 |
| 3.2.2.2 其他束线元件 |
| 3.3 LEBT束流动力学模拟 |
| 3.3.1 束流传输模拟 |
| 3.3.2 杂质粒子损失模拟 |
| 3.4 系统的联调与性能 |
| 3.4.1 离子源调试 |
| 3.4.2 束流匹配 |
| 3.5 CIADS中的束流污染问题与分析束流设计研究 |
| 3.5.1 实验设计与方案 |
| 3.5.2 模拟、实验的结果与问题 |
| 3.5.3 问题分析与讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 新型微波模式的探究 |
| 4.1 EBW的激发 |
| 4.1.1 O-X-B转换 |
| 4.1.2 X-B转换 |
| 4.1.3 高侧场注入 |
| 4.2 EBW的吸收 |
| 4.3 EBW的诊断手段 |
| 4.4 实验设计与分析 |
| 4.4.1 实验平台介绍 |
| 4.4.2 具体实验与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
四、2.45GHz单电荷态电子回旋共振离子源（论文参考文献）
- [1]6×1012n/s强流中子发生器ECR离子源与前分析系统研制[D]. 魏绪波. 兰州大学, 2021(12)
- [2]低能离子束在低密氢等离子体中的能损及有效电荷研究[D]. 雷瑜. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2021(01)
- [3]螺线管约束激光等离子体研究[D]. 王桂才. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2021(01)
- [4]中子管微波离子源磁路及引出系统优化设计[D]. 赵思佳. 东北师范大学, 2021(12)
- [5]高电荷态Ne、Xe离子与氩气及氢等离子体相互作用中的电荷态研究[D]. 王昭. 西北师范大学, 2021
- [6]用于中子管的微波离子源及引出特性的仿真研究[D]. 金明远. 东北师范大学, 2021(12)
- [7]超导离子源铌三锡高场磁体预应力结构设计及实验研究[D]. 朱丽. 兰州理工大学, 2020(02)
- [8]不同微波注入方式10厘米ECR离子源放电特性研究[D]. 王与权. 西北工业大学, 2018(02)
- [9]高电荷态ECR离子源微波耦合研究[D]. 郭俊伟. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2018(01)
- [10]强流单电荷态离子束的产生与传输研究[D]. 黄韬. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2017(01)