强流脉冲离子束与靶作用域值的研究

结合Monte Carlo 方法和热力学方法,建立了脉冲离子束能量模型以及靶材相变温度模型. 利用该模型可以确定产生喷发等离子体的域值,得到强流脉冲离子束与靶材作用过程中靶材 温度的变化规律以及形成喷发等离子体的初始温度.关键词：强流脉冲离子束靶域值数值研究     

强流脉冲离子束辐照双层靶能量沉积的数值模拟

利用拟合实验测得的TEMP Ⅱ型加速器磁绝缘二极管电压波形及其焦点附近束流密度曲线,建立了Gauss分布模型.采用Monte Carlo方法研究了强流脉冲离子束与铝材镀有不同厚度金膜的双层靶(金膜与铝材合称为双层靶)之间的相互作用,模拟了能量沉积的演化过程和随不同金膜厚度的变化情况.对脉冲离子束强化薄膜粘结性进行了探讨.关键词：强流脉冲离子束双层靶能量沉积Monte Carlo方法     

强流脉冲离子束辐照靶材烧蚀效应二维数值研究

对强流脉冲离子束(IPIB)辐照Ti靶的烧蚀效应进行了二维数值研究.得到了表面烧蚀物质随脉冲时间的变化关系.得出TEMP Ⅱ 型加速器产生的脉冲束流辐照靶材时引起的汽、液化均是从表面开始、并且汽化过程中表面物质被层层烧蚀的结论.同时,得到中心区的平均烧蚀速度为10m/s 数量级,它远小于产生的烧蚀等离子体的喷发速度.得到脉冲期间靶材内部不同位置烧蚀斑痕形状的时间演化过程,以及束流中含有的离子种类分额不同时IPIB辐照过程产生的不同效果.关键词：强流脉冲离子束靶烧蚀过程二维数值模拟     

强流脉冲离子束烧蚀等离子体向背景气体中喷发的数值研究

强流脉冲离子束辐照靶材产生烧蚀等离子体向背景气体中传播与向真空中传播不同,包括喷发等离子体与背景气体的相互作用.本文建立了该过程的二维气体动力学模型,计算了等离子体向压强范围从10^-6大气压到大气压背景气体中传播时的情况.结果表明,背景气体压强不同时,等离子体传播的现象也不相同.向真空中可以自由膨胀,向大气压中膨胀受限;当背景气压在千分之一大气压左右时,等离子体在背景气体中形成“雪犁”状,羽状等离子体出现快速和慢速传播分离现象.     

强流脉冲离子束辐照混合双层靶的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo方法模拟强流脉冲离子束与铝基钛膜双层靶的相互作用.强流脉冲离子束与双层靶材相互作用过程中,随着离子的注入,高能离子束引起涂层原子与基体材料原子之间相互渗透和混合,同时离子能量沉积到靶材内一定深度,并呈规律性的空间分布.这种能量分布影响靶内两种材料的熔化或气化过程,并导致界面物质结合强度发生变化.利用建立的束流模型,计算束流在靶材内的能量沉积和分布状况及界面处级联碰撞对双层靶界面混合区的影响,得出强流脉冲离子束混合双层靶时级联碰撞不起主要作用的结论,离子流密度在100A·cm^-2~150A·cm^-2时对离子束混合最为有利.     

强流脉冲离子束辐照对不锈钢耐腐蚀性能的影响

 利用强流脉冲离子束（HIPIB）对316L不锈钢进行了表面辐照处理,研究了HIPIB辐照对其在0.5mol/L H2SO4溶液中电化学腐蚀性能的影响。极化曲线测量结果表明,HIPIB辐照能够显著提高316L的抗腐蚀性能,自腐蚀电流对辐照次数的依赖性与自腐蚀电位相比明显较强。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）分析辐照后试样表面形貌、表面层相结构和元素分布的变化。结果表明：HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层产生择优取向,且发生了杂质元素的选择性烧蚀,是316L不锈钢耐电化学腐蚀性能得以提高的主要原因。     

强流脉冲离子束辐照对不锈钢耐腐蚀性能的影响

利用强流脉冲离子束（HIPIB）对316L不锈钢进行了表面辐照处理,研究了HIPIB辐照对其在0.5mol/L H2SO4溶液中电化学腐蚀性能的影响。极化曲线测量结果表明,HIPIB辐照能够显著提高316L的抗腐蚀性能,自腐蚀电流对辐照次数的依赖性与自腐蚀电位相比明显较强。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）分析辐照后试样表面形貌、表面层相结构和元素分布的变化。结果表明：HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层产生择优取向,且发生了杂质元素的选择性烧蚀,是316L不锈钢耐电化学腐蚀性能得以提高的主要原因。     

强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断

强流脉冲离子束在靶上的能量密度分布是其研究和应用的一个重要参数。为了解决现有束流能量密度诊断方法的不足,利用红外成像仪测量靶背面的温度分布,从而建立了强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断方法。对能量密度1J/cm2量级、脉冲宽度为102 ns量级的束流,该方法测量误差好于5%,空间分辨率可达到1~2mm,具有操作简便、成本低的优点,是强脉冲能量沉积分布的一种高效迅速的诊断方法。     

强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断

强流脉冲离子束在靶上的能量密度分布是其研究和应用的一个重要参数。为了解决现有束流能量密度诊断方法的不足,利用红外成像仪测量靶背面的温度分布,从而建立了强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断方法。对能量密度1 J/cm2量级、脉冲宽度为102 ns量级的束流,该方法测量误差好于5%,空间分辨率可达到1~2 mm,具有操作简便、成本低的优点,是强脉冲能量沉积分布的一种高效迅速的诊断方法。     

由等离子体引出强流离子束的光学数值模拟

本文叙述了中性束注入器中的强流离子源引出系统离子束光学性质的数值模拟方法,并给出了典型计算结果。计算结果表明:用这种方法能反映强流离子源引出系统最本质的束光学性质,可供选取和研究强流离子束光学系统之用。     

Two-dimensional numerical research on effects of titanium target bombarded by TEMPⅡ accelerator

Two-dimensional numerical research has been carried out on the ablation effects of titanium target irradiated by intense pulsed ion beam (IPIB) generated by TEMP II accelerator. Temporal and spatial evolution of the ablation process of the target during a pulse time has been simulated. We have come to the conclusion that the melting and evaporating process begin from the surface and the target is ablated layer by layer when the target is irradiated by the IPIB. Meanwhile, we also obtained the result that the average ablation velocity in target central region is about 10\,m/s, which is far less than the ejection velocity of the plume plasma formed by irradiation. Different effects have been compared to the different ratio of the ions and different energy density of IPIB while the target is irradiated by pulsed beams.     

Development of exploding wire ion source for intense pulsed heavy ion beam accelerator

A Novel exploding wire type ion source device is proposed as a metallic ion source of intense pulsed heavy ion beam (PHIB) accelerator. In the device, multiple shot operations are realized without breaking the vacuum. The basic characteristics of the device are evaluated experimentally with an aluminum wire of diameter 0.2 mm and length 25 mm. A capacitor bank of capacitance 3 μF and a charging voltage of 30 kV was used, and the wire was successfully exploded by a discharge current of 15 kA with a rise time of 5.3 μs. Plasma flux of ion current density around 70 A/cm² was obtained at 150 mm downstream from the device. The drift velocity of ions evaluated by a time-of-flight method was 2.7×10⁴ m/ s, which corresponds to the kinetic energy of 100 eV for aluminum ions. From the measurement of the ion current density distribution, the ion flow is found to be concentrated toward the direction where the ion acceleration gap is placed. From the experiment, the device is found to be acceptable for applying the PHIB accelerator.     

强脉冲离子束辐照金属材料表面热力学效应计算

简要讨论了强脉冲离子束与金属靶材料相互作用的理论模型,以此为基础应用数值计算的方法模拟计算了离子能量为1.0 MeV和300 keV,束流密度分别为10 A/cm2、50 A/cm2、100 A/cm2的质子束与金属铝靶材料相互作用时的热力学效应,给出了铝在辐照后内部的温度分布、温度梯度分布,以及温度变化速率（加热速率与冷却速率）、热激波的产生与传播过程及与应力等模拟计算结果。     

强脉冲离子束辐照薄金属靶的热力学过程研究

在回顾和总结现有强脉冲离子束诊断技术和能量沉积模型的基础上, 结合红外成像诊断分析, 基于能量平衡, 提出了强脉冲离子束在固体靶中功率密度分布模型, 并采用蒙特卡罗方法对其进行计算. 以该功率密度模型作为源项, 使用有限元分析方法模拟强脉冲离子束入射100 μm不锈钢靶后内部温度场在毫秒时间范围内的分布和演化. 结果显示, 在微秒时间范围内, 热场以存在于近表面区域数倍于离子射程范围内的冲击热场为主要特征; 而在毫秒时间范围内, 靶的前后表面(纵向)已达到温度平衡, 且靶后表面温度场和入射前表面的离子束横截面能量密度具有空间分布的相似性. 这证明了, 在采用具有毫秒响应速度的红外拍摄系统的情况下, 背面红外诊断技术可以实现以较高的精度对强脉冲离子束横截面的能量分布进行诊断和分析.     

强流辐照钛合金表面特征的原子力显微研究

利用原子力显微术的轻敲模式(TM-AFM),并采用形貌与相位同时成像技术对强流脉冲离子束(IPIB)辐照前后试样表面进行了系统标征,得到了试样表面的高度像及相位像的衬度.分析结果表明:在高流强密度、多次脉冲条件下,IPIB辐照可使试样表面变得光滑化,从相位像中可以定性分析出辐照后表面硬度也得到一定程度的提高.     

强流束在二极磁场中传输的模拟计算

为了研究空间电荷力对束流在二极磁场中传输的影响,从理论上用矩阵法分析非强流脉冲束流与强流脉冲束流在二极磁场中的传输矩阵,编写了束流在二极磁场等元件中传输的计算程序。用Powell优化方法计算非强流束传输实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解。在不同束流流强条件下,运用该程序与其他程序进行了模拟计算,并对模拟结果进行了比较分析。模拟结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷效应越强。