强脉冲离子束横截面分布的测量

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1、第35卷第10期大学物理VoI．35N0．102016年10月COLLEGEPHYSICS0ct．20l6强脉冲离子束横截面分布的测量李东或，喻晓，沈杰。，屈苗。，钟昊玟，张洁，张高龙，颜莎，乐小云(1．北京航空航天大学物理科学与核能工程学院，北京100191；2．北京大学重离子物理研究所，北京100871)摘要：强脉冲离子束在靶上的横截面能量密度分布和束流焦点位置是束流分析和辐照效应研究中重要的技术参数．利用红外成像诊断技术，可以以较高的空间分辨率和能量密度分辨率对束流的横截面分布进行测量，并可以实现对束流焦点的测量和束流传输特性

2、的分析．通过该实验，可以使学生掌握强脉冲加速器诊断的基本技能，加深对加速器原理及脉冲束流分布和传输特性的认识．关键词：强脉冲离子束；红外成像；横截面能量密度分布中图分类号：O562．5文献标识码：A文章编号：1000—0712(2016)10—0056—05强脉冲离子束(IPIB)技术起源于上世纪六七十了论证，加]．红外诊断技术相比于传统的电压电流年代对惯性约束聚变点火方法的研究．IPIB脉冲时乘积法和量热器阵列，可以大大提高IPIB截面能量间短(通常为数十ns)，离子射程短(m量级)，进行分布的分辨率(空问分辨率高于1mm，能量分

3、辨率辐照时可以在靶表面沉积极高的功率密度，引发温度高于0．1J／cm)．剧烈的变化，使材料的性质(抗摩擦、抗腐蚀等性能)本文以北航BIPPAB-450强脉冲粒子束加速器发生改变．这种效应在最近20年被逐渐应用于材为实验平台，设计和开发了利用红外成像诊断技术料科学领域并显示出了良好的发展前景．IPIB对材测定IPIB横截面能量密度分布的手段，并由此进一料表面的改性作用主要是通过脉冲热效应所引发，不步实现了对IPIB其他参数的诊断．通过实验可以让同的注入能量密度会产生不同的作用效果：较低的能学生了解强脉冲加速器的工作原理，掌握基本的束量

4、密度可以引发表面的融化，而较高的能量密度则可流诊断技术．能引发表面产生剧烈的烧蚀．准确地把握IPIB的1IPIB红外成像诊断原理横截面能量密度分布对于控制辐照效果和准确研究辐照效应具有重要的意义．IPIB在百m量级厚度的金属薄靶上沉积的能以往诊断IPIB横截面能量密度分布的主要办量会使靶表面温度在数百ns内迅速上升和下降．在法是用二极管的加速电压乘以法拉第筒测量的束流约1ms之后，由于沿深度方向的传热效应，在靶的密度进行计算或采用量热器阵列进行测量．由于深度方向(纵向)前后表面将达到温度平衡状态，而IPIB中需要引入电子以克服空间电

5、荷效应达到束在这个过程中横向的传热效应很弱，薄靶中的温度流的稳定输运，受到等离子体屏蔽效应的影响，法拉分布可以用来表征IPIB的横截面能量分布．通过第筒离子束入口尺寸通常在1mm左右，而法拉第红外成像方法测量靶背向温度的改变△(，Y)，可简外壳尺寸通常超过1am，因而达到毫米量级的空以利用量热方法计算沉积在靶中的能量分布，进而间分辨率是很困难的’．采用量热器阵列，由于仪对IPIB横截面能量密度分布进行表征．器尺寸，也会有同样的问题．1997年洛斯阿拉莫斯若离子束辐照后沉积在靶面上任一单位面元的国家实验室的研究者提出用红外成像诊断技术

6、测量能量为离子束横截面能量密度分布．近年来北京航空航dgChpAT(，Y)dS(1)天大学的研究者对这种方法在传热学上进一步进行则此时IPIB的横截面能量密度分布为收稿日期：2015—10—21；修回日期：2016-03—21基金项目：国家自然科学基金项目(11175012)、国家磁约束研究计划专项(2013GB109004)资助作者简介：李东或(1995一)，男，吉林辽源人，北京航空航天大学2叭3级本科生．通讯作者：乐小云，Email：xyle@buaa．edu．CH第10期拿尔或，等：强脉冲离子束横截面分布的测57加速器工作的基

7、本原理为：初级电源将初级储Q()chpAT()(2)能电容器组c1充电至2200V．充电完成后，通过控式中C为比热容，h为靶厚度，P为靶材料密度，．s为制闸流管触发，将CI通过脉冲变压器放电并给脉靶面积，△T(，Y)使用红外成像仪进行测龄．冲发生器内的电容器组充电．脉冲发生器电容充电完毕后，膘火花开关触发，通过第二个脉冲变压器放2IPIB红外成像诊断实验电，输出电压被提高到250kV并给脉冲成线充北京航空航天大学的BIPPAB一450强脉冲加速电．在充电达到一定电压后，脉冲成型线后端的空气器利用外磁绝缘二极管产生离子束，脉宽为80n

8、s开关导通，并通过后端的脉冲白耦变压器将电压进(FWHM)，束流成分H与c约为70：3O，在通过几一步升高至450kV后输送到产生IPIB的磁绝缘二何聚焦后，柬斑最小直径约为5ClII．极管或产生IPEB的电子二极管．在初级电源』二还