束晕-混沌控制的进一步研究:参数影响、粒子跟踪和自适应控制

本工作在以前课题组关于束晕-混沌控制的基础上,进一步研究了强流加速器中调谐衰减因子和真空相移的改变对束晕-混沌控制的影响及束晕-混沌控制对粒子横向运动的影响,并提出了一种新的控制方法——自适应控制方法,实现了对束晕-混沌的较好控制。本文主要介绍以下3方面的工作。1     

23 束流输运网络中的束晕-混沌控制

强流下束流输运网络中会产生束晕-混沌现象，给加速器装置带来损害。因此，希望通过数值模拟和理论分析找到一种更加有效的控制束晕-混沌现象的方法。     

A Radiochemical Separation Procedure of ^95Y

本工作在以前课题组关于束晕一混沌控制的基础上，进一步研究了强流加速器中调谐衰减因子和真空相移的改变对束晕-混沌控制的影响及束晕-混沌控制对粒子横向运动的影响，并提出了一种新的控制方法——自适应控制方法，实现了对束晕-混沌的较好控制。本文主要介绍以下3方面的工作。     

动态束流传输网络中的混沌同步

本工作主要考虑一个由N个相同节点组成的典型动态网络,每个节点是一个n维的动态系统,节点之间通过第1个变量差的非线性反馈耦合起来。以质子横向束晕-混沌包络方程为节点的动力学,实现了动态束流传输网络中的混沌同步。单个节点系统的状态方程为:122211313113ddd(cos)1dddx xtx     

强流加速器驱动的洁净核能系统中束晕-混沌的非线性控制

强流加速器及其离子束有极其重要的应用和发展前景。但是,强流离子束产生的束晕-混沌现象已成为强流离子束应用中的关键问题之一。束晕-混沌是一种复杂的时空混沌运动,本文提出的非线性控制方法设计了特殊的非线性反馈函数。数值模拟结果表明:应用上述方法进行离散控制,对于5种质子束初始分布情形,都有效地实现了对强流质子束束晕-混沌的控制。控制后束晕强度因子很快变为零,质子束的所有统计量,如束均方根半径、束横向动量平方和的平均值和平均发射度等比控制前都减至原来的1/3多。该法十分有效,具有应用潜力。     

束晕-混沌的神经网络自适应控制

首先研究了强流离子束在周期磁场聚焦通道中传输时产生的束晕-混沌动力学行为,采用的周期磁场聚焦强度形式为与实际相近的余弦函数形式。然后利用神经网络方法对非线性复杂系统控制的优越性,提出前馈反传神经网络方法对强流离子束中束晕-混沌进行自适应控制。通过适当选择的神经网络控制结构和线性反馈系数以及自适应调整神经网络的权系数,可将强流离子束的包络半径达到束匹配半径的控制目标,且束包络的抖动大小明显减少,同时束晕-混沌现象得到了明显的抑制。     

束流输运网络中的束晕-混沌控制

强流下束流输运网络中会产生束晕-混沌现象,给加速器装置带来损害。因此,希望通过数值模拟和理论分析找到一种更加有效的控制束晕-混沌现象的方法。首先,利用控制方法实现粒子包络轨道同步。把周期电磁聚焦元件都看成1个网络的节点,每个节点中粒子束流包络运动满足以下方程式:d1d2xxt=(1)ddx t2=?(a b cos x3)2x1 xK1 x113(2)d3dxt=ω(3)其中,a=1.65,b=1.25,ω=2π。束晕混沌系统粒子轨迹受各种力的作用而产生杂乱无章的轨迹。在x2方向上设计了控制器G(i)=m(x(i,2)-n)2控制粒子运动包络,这样式(2)就是受控方程:ddx t2=?(a b cos x3)2x1 xK…     

束晕-混沌的神经网络自适应控制

研究了强流离子束在周期磁场聚焦通道中传输时产生的束晕-混沌动力学行为，采用周期磁场聚焦强度形式为与实际相近的余弦函数形式。利用神经网络方法对非线性复杂系统控制的优越性，提出前馈反传神经网络方法对强流离子束中束晕-混沌进行白适应控制。通过适当选择的神经网络控制结构和线性反馈系数以及自适应调整神经网络的权系数，可将强流离子束的包络半径达到束匹配半径的控制目标，且束包络的抖动大小明显减少，同时束晕-混沌现象得到了明显的抑制。     

Separating and Purifying Trace Amount of Hafnium by Ion Exchanger

强流离子束有着广泛的应用和发展前景。但是强流离子束在使用过程中产生的束晕-混沌现象日益引起国内外的广泛关注，并且成为研究的热点问题。强流离子束产生的束晕-混沌现象会造成很大的危害，因此将束晕-混沌消除是十分必要的。方锦清首先提出了非线性反馈的控制策略，即在单离子径向所受的空间电荷力方程的右边加上一个非线性控制器G。     

以离子数比为变量的束晕-混沌模拟控制

文章改变以往习惯于以离子束均方根半径等为控制变量的束晕-混沌模拟控制方法，取匹配半径外离子数与总离子数之比为控制变量，并构造一对数函数控制器，以进行束晕-混沌控制的模拟研究。结果显示，新的控制方法对强流加速器中5种初始分布的离子束均有较好的控制效果。由于此方法只需探测跨越匹配半径的离子数，在实验上有实施的可能。      

基于超级电容储能的中性束注入系统弧电源设计

弧电源是中性束注入加热系统中最关键的设备之一,它的性能决定了弧放电的稳定性及束流引出的品质。为提高弧放电稳定性,降低电网容量,减少对电网的冲击,弧电源拓扑设计采用了基于超级电容储能和开关电源技术的DC/DC变换器结构。利用多个IGBT功率模块并联工作,可提高电源工作频率,实现更快的动态响应速度。在详细分析电源工作过程的基础上,设计了滤波电路和电流快速转移电路,根据电源的要求和具体参数,由一阶RL电路的电流响应特性,精确计算出滤波电感的最小值。最后,利用Matlab对电源性能指标进行了仿真验证,结果表明电源性能完全符合设计要求。     

高平均束流功率辐照加速器加速结构的研究

本文介绍了10 MeV/100 kW的高平均束流功率工业辐照加速器束流动力学模拟结果及其加速结构的优化设计结果。加速器采用驻波双周期轴耦合结构,1个加速腔和1个耦合腔构成1个加速单元,其工作频率为325 MHz,工作模式为π/2,加速腔和耦合腔之间通过耦合狭缝在轴向以磁耦合的方式耦合在一起。使用SUPERFISH优化加速腔的有效分路阻抗、Kilp系数等关键参数。束流动力学方面,使用PARMELA模拟论证在粒子源提供2.5 keV、500 mA的电子束后,通过6个加速腔可得到10 MeV/100 kW的平均束流功率。加速腔优化完成后使用CST对耦合腔进行了设计,此时由6个加速单元组成的加速结构有效分路阻抗为23.9 MΩ/m、无载品质因数为29 347,各加速腔与相邻的耦合腔耦合系数为4.7%,工作模式与其相邻模式的最小频率间隔为2 MHz,每个加速单元功耗为290 kW。     

Seismic behaviour and design of steel coupling beams in a hybrid coupled shear wall systems

The hybrid coupled shear wall system is more efficient and economical than individual structural walls because the steel coupling beams connected shear walls significantly increase the strength, stiffness and energy dissipation capacity of the system. In this study, experimental studies on the steel coupling beam were carried out. The main test variables were the ratios of the coupling beam strength to the connection strength. In addition, the seismic design methods are presented for steel coupling beam–wall connection and shear critical and flexure critical steel coupling beams in hybrid coupled shear wall system consisting of steel coupling beams and reinforced concrete shear walls. Finally, this paper provides background for design guidelines in hybrid coupled shear walls that include steel coupling beam–wall connections and steel coupling beams.     

Coupling effects in an elastic-plastic beam subjected to heat impact

The problem of thermally induced vibrations of a simply supported elastic-plastic Timoshenko beam with a linear work hardening is studied. The applied load is a short time thermal flow acting on the upper beam surface. The problem is solved using two models: the joint thermo-elasto-plastic equations and decoupled ones.Numerical results are obtained for three types of heat flow pulse loads (rectangular and two triangular pulses) with different durations and amplitudes. The coupling effects on the transverse beam displacements and on the temperature bending moment are studied. The influence of the pulse shape and pulse duration on the beam response is considered also.     

高能同步辐射光源中的耦合阻抗及束流集体效应研究

在高能同步辐射光源（HEPS）的储存环中,由于真空盒尺寸较小、束团中电子密度较大,全环耦合阻抗将显著增加,束流集体效应成为限制机器性能的重要因素。本文基于解析理论和数值模拟程序对HEPS储存环耦合阻抗进行了逐元件建模,并对环中可能发生的束流集体效应进行了系统评估。建立了合理的阻抗模型,给出了不稳定性阈值和增长时间,并对关键的不稳定性问题提出有效的抑制措施。     

基于电子直线加速器的空间电子环境地面模拟用电子源设计与实现

空间电子环境地面模拟装置由1台电子直线加速器提供能量1~5 MeV范围内的电子,后续束流传输系统将电子束进行扩束处理。较大的能量范围对加速器的设计与运行条件提出了较高要求。本文主要阐述了该加速器的设计与实现过程,综合考虑了能量开关技术和束流负载效应,通过研究不同条件下的耦合度参数特性确定了加速管耦合度,分析提出了磁控管输出参数并进行了实验研究。加速器实验测试结果表明,电子束能量参数达到指标要求,为模拟装置提供了有效可靠的电子源。     

电子回旋自共振加速器输出能量的影响因素及优化

回旋自共振加速器（CARA）加速效率高,在低能、大功率电子束领域具有非常好的应用前景。由于加速腔浸没在螺线管磁场中,电子束在轴向静态磁场的约束下螺旋前进,与加速腔中的TE₁₁模微波场保持同步而被横向持续加速。但加速器的输出能量并不随加速过程递增,而是与电子束的注入能量、轴向静态磁场、加速腔波导长度及微波场强度等多个相互约束的参数相关。本文从理论上分析了相关参数对输出能量的影响,利用三维电磁场仿真软件CST及粒子跟踪程序分别研究了相关参数对输出电子束状态的约束关系,并对这些参数进行联合优化,使得电子输出能量达到设计值。     

合肥光源注入器条带检测器的设计与计算

根据合肥光源升级改造的要求,为进行合肥光源注入器的束流位置、发射度和能散的非拦截测量,设计了新的条带束流位置检测器（BPM）和八电极束流能散检测器（BESM）。计算了条带BPM和八电极BESM通过电信号提取x2－y2以及灵敏度的公式。通过条带电极的时域频率分析、阻抗匹配等计算确定了两个检测器的具体物理参数。在CSTmicrowavestudio中按照计算的物理结构进行建模仿真,得到了电极间的耦合且考虑了电极耦合对灵敏度的影响。计算了条带BPM的位置分辨率,符合设计要求。     

NSRL储存环相干谐波自由电子激光实验总体布局

国家同步辐射实验室(NSRL)正在开展储存环相干谐波自由电子激光研究,目标是获得266nm相干辐射输出,并且获得较高的相干增强因子。给出实验的总体布局,包括电子束、种子激光及光学速调管的性能,介绍了种子激光扫描聚焦系统、同步系统、光学速调管磁极间隙控制系统、磁场测量系统及辐射测量系统。     

Deuteron Beam Source Based on Mather Type Plasma Focus

A 3 kJ Mather type plasma focus system filled with deuterium gas is operated at pressure lower than 1 mbar. Operating the plasma focus in a low pressure regime gives a consistent ion beam which can make the plasma focus a reliable ion beam source. In our case, this makes a good deuteron beam source, which can be utilized for neutron generation by coupling a suitable target. This paper reports ion beam measurements obtained at the filling pressure of 0.05–0.5 mbar. Deuteron beam energy is measured by time of flight technique using three biased ion collectors. The ion beam energy variation with the filling pressure is investigated. Deuteron beam of up to 170 keV are obtained with the strongest deuteron beam measured at 0.1 mbar, with an average energy of 80 keV. The total number of deuterons per shot is in the order of 10¹⁸ cm^?2.