印制电路板X射线瞬态响应计算

印制电路板的X射线瞬态辐照响应是系统电磁脉冲(SGEMP)效应主要研究内容之一。脉冲X射线辐照后,电荷的重新分布在印制电路板布线上会引起电压电流响应。建立了两种结构印制电路板瞬态辐照响应的传输线计算模型,并介绍了计算模型中电流源、电容参数的物理意义及其计算方法;该模型考虑了电子的运动规律及响应的产生机理,适用于瞬态辐照响应规律研究和工程预估,采用的方法和思想可以应用于其它复杂结构印制电路板瞬态辐照响应的模拟。最后,给出了一个计算实例。     

电子束与复合靶作用后辐射特性的数值模拟

建立了复合靶的蒙特卡罗粒子输运计算模型,以“闪光二号”加速器为电子束源,模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,研究了钽和聚乙烯组成的复合阳极靶对辐射X射线场的影响。模拟结果表明：随着钽厚度的增加,辐射X射线平均能量增大,能量转换效率先增大后减小;聚乙烯可明显减小辐射场中的电子份额。当钽和聚乙烯的厚度分别取20 μm、3 mm时,辐射场中平均光子能量为102.68 keV;光子总能量为88.62 J,远大于电子总能量0.02 J;X射线能量转换效率为0.57%。根据数值模拟结果和实验条件设计了复合靶,计算和测得的X射线平均能量分别为108和121 keV,二者符合得较好。     

MCNP光电参数计算I/O接口可视化软件

系统电磁脉冲(SGEMP)环境、响应和效应研究中,离不开射线与材料相互作用时的光电参数。MCNP是光电参数的通用计算程序之一,输入文件格式较复杂,同时,它也没法与自行开发的其它软件的接口通信。为方便使用,针对SGEMP研究的特点,开发了MCNP光电参数I/O接口可视化软件,软件运行于Windows平台下,使用C++Builder语言编写。应用该软件,用户只需要给出射线和材料参数,就可以得到需要的光电参数。该软件解决了自行开发的SGEMP环境计算软件与MCNP的接口通信问题,为以后通用SGEMP环境计算软件的推广使用打下了基础。     

线缆瞬态辐照响应的数值研究

应用Holland细线模型和时域传输线模型,并结合实验结论,对裸线、带保护层导线以及同轴电缆3种线缆的瞬态响应进行了数值研究。结果表明：对于裸线,负载较小时,负载的变化对负载电压电流、负载功率和负载能量的影响不大,负载较大时,对响应的影响较大;负载增大时,负载电流响应脉宽增加、幅度减小,负载功率存在最大值,但负载吸收能量却一直增大;负载响应与导线半径成正比、与光子能量成反比。对于带保护层导线,变化保护层厚度时,负载响应存在峰值。相同光子能量和芯线半径条件下,带保护层导线比裸线的响应小,同轴电缆比带保护层导线的响应小,减小幅度与光子能量有关。     

不同能量光子辐照电缆响应规律研究

利用时域传输线(TL)方法计算了不同能量光子辐照同轴屏蔽电缆时的响应规律。计算结果表明：光子能量不同时,电缆介质层中沉积电荷分布不同导致电缆响应极性发生了变化;光子能量增大到一定值后,响应变化幅度很小;1MeV的单能电子经钽靶发生韧致辐射后在电缆上的瞬态辐照响应是前向电子和光子在电缆上响应的综合,两者在电缆上的电压响应均为负值,幅度差别在1.8倍以内;钽靶后面增加一定厚度的铝材料,可明显减小前向电子在电缆响应中的比例。     

电磁脉冲在传输线上激励电流规律研究

对传输线在电磁脉冲环境下的感应电流规律进行了研究。分别在传输线一端接负载、一端接地,以及两端分别接不同负载状态下,研究了感应电流、负载电压及消耗功率的变化规律。在实验上采用非接触脉冲电流注入方式,理论研究采用传输线模型,二者得到了相同的规律。结果表明,电磁脉冲环境下传输线感应电流、端口电压与负载大小有直接的关系,且在某个阻值附近负载消耗功率出现极大值。     

电磁脉冲微分测量信号的数值积分

电磁脉冲(EMP)探测器测量结果为微分信号的情况下,需要将测量信号进行积分。测量信号中的噪声在数值积分被放大,产生的累积误差会引起波形的严重失真。同时,由于被测信号上升沿与下降沿宽度不一致,测量到的微分信号正、负峰值以及脉冲宽度不对称,采取消除一次趋势项的方法不能完全消除积分信号的线性趋势。本文结合脉冲电磁场的微分测量结果,在分析了误差传递规律和被测信号特征的基础上,应用信号微调的方法对数值积分结果进行修正,修正后的积分结果消除了线性趋势,能够反映出被测信号的基本特征,为高斯脉冲、方波的微分信号的数值积分提供了一种很好的途径。     

核电磁脉冲环境中传输线的电磁干扰

高空核电磁脉冲环境将在传输线上产生电磁干扰,会威胁与之相连的电子设备的安全。为了在理论上对传输导线在核电磁脉冲环境下的响应电流进行分析从而得到电流的响应规律,采用传输线计算模型,在电磁脉冲环境为正入射,地面为有耗介质时,计算了地面附近平行铺设的导线在两端短路、两端接高阻、一端接地一端接电阻、两端接不同电阻等4种状态下的电流响应;并研究了感应电流的幅值、上升沿、半高宽以及电阻上电压降等参数在导线长度增加时的变化情况,结果表明这些参数随传输线长度的变化均有最大值,而且电流幅值随传输线离地高度降低趋于减小。     

SGEMP等效脉冲电流注入波形研究

采用电磁范数对系统电磁脉冲(SGEMP)脉冲电流注入(PCI)波形参数的确定方法进行研究。负载分别为高阻和低阻时,对SGEMP敏感端口响应典型波形进行电磁范数参数化表征,综合考虑等效波形的上升时间、峰值、携带的能量和电荷量与响应波形的差异情况,开展了PCI等效波形参数研究。仿真结果表明,方波等效波形可以很好地模拟出响应波形,等效波形与响应波形的峰值一致,频谱特征近似;等效波形的上升时间、携带的能量和电荷量等参数通过调整脉宽即可实现与响应波形一致。因此,可采用电磁范数对SGEMP响应波形进行参数化表征等效,获得的等效波形容易在实验室生成,从而为采用电流注入方法开展SGEMP研究提供一种新的途径。     

四路并联二极管辐射X射线场参数计算

利用二极管的电压、电流计算了发射电子束能谱参数,建立了四路并联二极管阳极靶蒙特卡罗粒子输运计算模型,给出了辐射X射线场参数;将四路并联二极管的每个二极管划分为若干小单元,将其作为点源,采用数值积分的方法计算了辐射X射线剂量分布,并分析了空间不同位置处每路二极管对剂量的贡献。结果表明:真空中,距离四路并联二极管阳极靶5cm位置处,X射线注量为3.55mJ/cm2,光子平均能量为62.18keV,120keV以下的光子占辐射X射线谱总能量的81.84%,电子束转换效率为0.30%;在2 700cm2范围内,中轴线和对角线上的剂量均匀性分别为3.20和6.31;在2 000cm2范围内,中轴线和对角线上的剂量均匀性均小于2。