脉冲电场屏蔽效能测试系统及测试方法

 自主研制了一套小型脉冲电场屏蔽效能测试系统，该系统由脉冲电场发射设备和脉冲电场测试设备构成。脉冲电场发射设备的天线口面前60 cm处可产生峰值达7.5 kV/m的脉冲电场，测试设备的动态测试范围达97 dB。系统采用光纤测量设备，在测量工作中能有效抑制强电磁场干扰。采用Matlab编写自动测量及数据处理程序，实现了数据采集与处理自动化。实验测量了金属桥架、控制柜、屏蔽帐篷、导电水泥混凝土房的脉冲电场屏蔽效能，其脉冲电场峰值衰减量分别为52,64,66,30 dB。实验表明可用脉冲电场的峰值衰减量来评估屏蔽体的脉冲电场屏蔽效能。     

高频脉冲电场中水滴运动规律研究

基于水滴在脉冲电场中的受力分析,建立了高频脉冲电场中液滴运动模型及轨迹方程。采用高速显微摄像系统研究了油中水滴的运动规律,分析了脉冲电场形式、强度及频率对水滴运动轨迹和速度的影响规律。模拟结果表明,在直流脉冲电场中,场强主要影响单液滴运动的速度,频率主要影响单液滴的加速及减速时间。试验表明,单液滴运动平均速度随频率的升高而加快;双液滴相对运动速度随场强增加,在直流脉冲电场中减小,在方波电场和交流脉冲电场中变大;双液滴在脉冲电场中的相对运动速度由高至低依次为:交流脉冲电场、方波电场和直流脉冲电场。     

太瓦飞秒脉冲激光峰值功率测量装置及测量不确定度分析

超短超强脉冲激光（飞秒强激光）具有极高的峰值功率,在激光惯性约束聚变、高能物理、激光微加工等领域具有广阔的应用前景。飞秒脉冲激光峰值功率是评价超短超强脉冲激光系统性能的重要参数。介绍了基于光谱相位相干直接电场重构法的太瓦量级飞秒脉冲激光峰值功率测量方法、测量装置组成和工作原理,搭建了一套太瓦量级的飞秒脉冲激光峰值功率测量装置,分析和讨论了影响太瓦激光峰值功率测量结果的测量不确定度分量来源和主要因素。测量峰值功率的重复性为2.9%,测量不确定度达到17.6%(k=2),有效解决了太瓦量级飞秒激光峰值功率测量问题。     

飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试技术

飞秒激光在激光核聚变、卫星精密测距、激光微加工等领域具有重要的应用前景,同时也是产生太赫兹波的主要泵浦源。介绍了国内外飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形的测试方法,比较了自相关法、频率分辨光学快门法、光谱相位相干直接电场重构法的优缺点。自相关法具有脉宽测量范围广、结构简单等特点,但不具备脉冲波形测试能力。光谱相位相干直接电场重构法对待测激光光束质量要求较高, 不适合大量程范围激光脉宽快速测量。为满足10 fs~5 ps大量程范围超短激光脉冲宽度和脉冲波形的测试需求,采用自相关法及二次谐波频率分辨光学开关法研制飞秒激光脉冲宽度和脉冲波形测试仪,时间分辨率优于2 fs。     

全膜脉冲电容器电热老化分析

全膜脉冲电容器是脉冲功率系统的重要储能单元,其寿命影响着整个系统的可靠性。在脉冲工况下,全膜脉冲电容器的失效多为突发失效,且寿命的分散性较大。为探究全膜脉冲电容器老化失效机理,开展了其寿命试验及电场与温度场的仿真。利用LTD基本放电单元（Brick）实验腔体对电容器进行寿命测试并获得失效电容器,分析了失效电容在不同故障形式下的失效原因,并利用有限元分析软件对电容器局部“电场易畸变”区域进行了电场仿真,说明上述区域存在的畸变电场是发生绝缘介质击穿的主要原因;对电容器进行温度场分析,发现电容器温度与充放电频率成正相关,温度最高点位于电容器几何中心处附近,在充放电频率较低时,电容器温升不明显,说明在较低充放电频率下,电容器绝缘介质老化以电老化为主,而非热老化。     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

强激光与等离子体相互作用产生的超强太赫兹辐射

超短强激光脉冲在等离子体中传播时会激发大振幅的等离子体尾波场，它是一种电子等离子体波．由于这是一种静电波，它一般不能转换成电磁辐射．我们发现在不均匀等离子体中激发的尾波场在一定条件下可以通过线性模式转换产生电磁辐射．由于用超短强激光脉冲尾波场可以达到的电场振幅达100GV／m，其振动频率在太赫兹（10^12Hz）附近，用这种方法可以产生电场强度达到GV／m的太赫兹辐射．     

脉冲电场防治水生生物附着

为探究脉冲电场对防治水生生物附着效果的影响因素,确定有效防治附着生物所需的最低电场条件,搭建了脉冲电场试验平台,通过人工脉冲形成线产生近似方波的脉冲,统计不同条件下大型溞死亡率和形态结构发生的变化,通过函数拟合得到了脉冲电场诱导死亡率与电场强度、总等效处理时间、脉冲注入能量密度之间的函数关系,并以某干渠工程为例介绍了脉冲电场防治大型溞的参数选取原则和平台搭建方法。结果表明,脉冲电场对大型溞的处理效果与电场强度、总等效处理时间和脉冲注入能量密度都呈正相关关系。电场强度介于0.5～1.5 kV/cm之间时,电场强度每增加0.5 kV/cm,诱导死亡率增加35%左右。电场强度高于2.0 kV/cm、总等效处理时间大于900μs或脉冲注入能量密度高于80 J/L时,脉冲电场都可以产生80%以上的诱导死亡率。     

单极性亚纳秒脉冲激励口径的辐射特性

 通过解析积分运算，获得了阶跃脉冲激励口径天线瞬态辐射场的解析表达式, 分析了辐射电场脉冲的持续时间与口径尺寸、观察距离及观察角度的关系。研究了在高斯脉冲激励下口径辐射场特性的分析方法，并探讨了脉冲口径天线主轴方向上辐射场的分区依据。     

高压纳秒脉冲电场的细胞器生物电效应综述

纳秒级高压脉冲电场的生物医学应用是近年来新兴的交叉学科研究领域,相比于微秒和毫秒级脉冲电场,高压纳秒脉冲电场不仅能够导致细胞膜结构极化和介电击穿,产生膜电穿孔,还可以穿透至细胞内部,引发诸如细胞骨架解聚、胞内钙离子释放及线粒体膜电位耗散等细胞器生物电效应,吸引了学术界的广泛关注.本文首先介绍高压纳秒脉冲电场及其细胞器生物电作用的物理模型;然后对高压纳秒脉冲电场与细胞骨架、线粒体、内质网、细胞核等亚细胞结构的相互作用研究进行综述和总结;强调高压纳秒脉冲电场的细胞器作用与细胞死亡、细胞间通信等生物效应之间的联系;最后,凝练当前高压纳秒脉冲电场在生物医学研究中的关键技术问题,并对未来潜在的研究方向进行展望.     

Spatial and temporal electron and ion density variations within the focal region of an intense laser beam in a tenuous plasma

The recent availability of focussed laser beams with flux densities well in excess of 10¹⁵ watts/cm² at 1.06 μm has led to experimental investigations of direct interaction between intense electromagnetic fields and charged particles. In this paper the relevant hydrodynamic two-fluid mode equations for a singly ionized tenuous plasma eveloped by an intense spatially varying electromagnetic field at the focus of a pulsed laser beam is solved by computer simulations for a cylindrically symmetric geometry. Radial, axial and temporal variations of electron and ion densities are given for different laser intensities and particle number densities. Fluctuations in electron density are found due to the bulk oscillation of electrons relative to what is essentially a static array of massive ions. The possibility of generating intense electromagnetic fields devoid of charged particles is discussed.     

Resonant electron-positron pair photoproduction on a nucleus in a pulsed light field

The resonant photoproduction of an electron-positron pair on a nucleus in the field of a pulsed light wave is studied theoretically. The approximation where the electromagnetic pulse duration is much longer than the characteristic time of wave oscillations is considered. The interaction of the electron and positron with the Coulomb potential of the nucleus is considered in the Born approximation. An analytical expression for the resonant differential cross section is derived for the range of moderately strong external fields. This cross section contains a resonant peak whose height and width are determined by the external pulsed wave characteristics. The resonant cross section for pair photoproduction on a nucleus in a pulsed laser field can exceed the corresponding cross section for pair photoproduction on a nucleus in the absence of an external field by an order of magnitude.     

荧光光谱法研究低频脉冲电场对胰岛素分子的作用

胰岛素作为一种胞间信号分子,对于生命信息的传递起着极为重要的作用。探讨低频脉冲电场对胰岛素分子的作用,对于从细胞信号系统的角度来解释生物电磁效应有着十分重要的意义。在实验中,对照组和场暴露组之间荧光峰值强度的差别表明了低频脉冲电场改变了胰岛素分子的构象,低频脉冲电场可能通过破坏胰岛素分子氢键和重新形成某些氢键来改变它的构象。本文结果表明胞间信号分子也是低频电磁场作用的一个重要靶体。     

电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统

为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性,研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境,并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验,初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明:当温度、湿度等其他环境因素基本不变,真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域,可使放电阈值降低90~180 V。     

Influence of pulsed magnetic fields on the morphology of bone cells in early stages of growth

The effect of electromagnetic fields on living systems has been studied both in vivo and in vitro in a wide range of organisms, cells and tissues. However, the mechanism of action of electromagnetic fields is not yet clearly defined. This paper presents the results of applying a pulsed magnetic field of 70ms width, intensity of 0.65mT at 4Hz in human osteoblasts, during 45min. The magnetic field application was conducted on crops of both 24 and 48h of proliferation. The effect of applying magnetic fields was assessed using parameters such as cell density, protein content, distribution of F-actin fibrils and β-tubulin and integrity of nuclear structure. The results indicate no alteration in either protein synthesis or nuclear structure, or in the number of cells. However, we observed that exposure to these fields induces changes in the distribution of cytoskeletal proteins of osteoblasts.     

大动态范围窄脉冲激光参数测量探头

设计了一种双探测器结构的窄脉冲激光参数测量探头,解决了大动态测量范围和高速放大电路高增益时信噪比低的矛盾。通过对探头前端的光学特性进行分析,给出了均匀照射时探头前端的照度传递系数,并且对非均匀照射情况下可能的最大模型误差进行了分析,指出增大漫透射陶瓷片与探测器的距离和减小出光孔径有利于降低模型测量误差,减小双探测器偏离光轴的安装距离有利于提高两个探测器的测量一致性。测试表明,对于10 ns脉宽的1.064μm激光,所研制的探头在50 nJ~8 mJ范围内的测量误差低于±9%,输出激光脉冲波形幅度在0.7~1.4 V之间。利用推导出的照度传递系数公式还测出了漫透射陶瓷片的透过率为0.60,测量误差为±1.7%。     

磁光式无源传感器测量脉冲电流

利用国产磁光玻璃材料、发光二极管LED以及光电二极管PIN,制成了一套磁光式无源传感器,用来测量脉冲电流。这套测量设备的上升时间为300ns,可用来记录雷放电电流、等离子体实验中的脉冲电流及高功率脉冲装置中的电流。     

Entanglement generated by dissipation and steady state entanglement of two macroscopic objects

Entanglement is a striking feature of quantum mechanics and an essential ingredient in most applications in quantum information. Typically, coupling of a system to an environment inhibits entanglement, particularly in macroscopic systems. Here we report on an experiment where dissipation continuously generates entanglement between two macroscopic objects. This is achieved by engineering the dissipation using laser and magnetic fields, and leads to robust event-ready entanglement maintained for 0.04 s at room temperature. Our system consists of two ensembles containing about 10(12) atoms and separated by 0.5 m coupled to the environment composed of the vacuum modes of the electromagnetic field. By combining the dissipative mechanism with a continuous measurement, steady state entanglement is continuously generated and observed for up to 1 h.     

分布储能式电磁轨道炮效率分析

分布储能式电磁轨道炮在长导轨发射中具备高发射效率优势,为实现分布储能式电磁轨道炮的恒流特点,建立可供发射器参数、结构设计参考的仿真模型尤为重要。针对口径为60 mm×80 mm的矩形轨道炮,根据电流波形的平稳性要求,沿导轨方向设置电流馈入点,诊断电枢位置并分时序触发各馈入点电源,以测试分布储能式电磁轨道炮的工作性能。在COMSOL三维磁场中建立矩形导轨-电枢模型,基于电流和磁场的多物理场耦合有限元分析得到磁场和电流的分布,并利用电磁场仿真结果实现电流趋肤效应下轨道电阻梯度计算。基于MATLAB SIMULINK平台对电容储能型脉冲功率电源模块建立电气电路;分析分布储能式电磁轨道炮非线性时变的动态特性并建立轨道及电枢阻抗模型,计算正向电磁力、滑动摩擦力构造电枢的运动方程,并使用信号电路建立电枢-导轨模块,通过Simulink测量模块连接两个隔离的网络,仿真计算得到导轨电流及电枢的出膛速度。设计了总储能为4.16 MJ的分布式储能轨道炮,结果显示,电容预充电压为10.8 kV时,导轨长为3 m的分布式电磁轨道炮可将1 kg的弹丸加速至1.4 km/s,与炮尾集中式电磁轨道炮相比,系统发射效率可提升约3%。