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脉冲强流电子束作用下回喷靶材速度测量

论文摘要

能量20MeV、流强2.5kA、脉冲平顶宽度60ns的电子束聚焦后(FWHM焦斑1.5mm)轰击韧致辐射钽金属转换靶后产生的回喷靶材造成了加速组元的电击穿,影响了加速器的正常工作。目前认为,采用快门进行阻挡回喷靶材可能是一种可行的办法,其中决定快门动作速度一个重要参数就是回喷靶材的速度。 随着直线感应加速器向着多脉冲发展,如何改进现有转换靶的设计,使其能够让每个脉冲都产生符合要求的X射线成为了一个非常重要的问题。除了由靶表面杂质以及靶材等离子体产生的回流离子外,等离子体靶材的飞散将可能形成一个较长的等离子体通道,导致入射电子束的不稳定。除此之外,由于靶材在第一个束脉冲作用过后向四周飞散,还可能造成后续脉冲没有足够的靶材与之作用来产生所需的X射线剂量。 本论文通过实验探索了强电磁和射线干扰环境下束靶相互作用区的观测方法,使用高速摄影方法首次观测到了束靶作用区的物理现象,并测出了回喷靶材的轴向速度大于2.9mm/μs。在理论研究中,使用Monte-Carlo软件MCNP对电子束在各种钽金属靶内的能量沉积进行了数值模拟,并且在此基础上通过Euler流体力学方程组模拟了气化靶材喷射的动力学过程,结果表明理想情况下回喷靶材自由面的轴向速度可达9.7mm/μs。在此基础上,根据实验和模拟结果提出了不同钽金属靶破坏的物理机制,初步分析了脉冲强流电子束对钽金属靶的破坏过程,解释了实验中观察到的一些现象。

论文目录

  • 第一章 引言
  • 第二章 国内外研究进展
  • 2.1 束靶相互作用
  • 2.1.1 脉冲激光辐照
  • 2.1.2 脉冲电子束辐照
  • 2.1.3 脉冲激光辐照和电子束辐照的不同点
  • 2.2 速度测量技术
  • 2.2.1 激光全息术
  • 2.2.2 高速摄影技术
  • 2.3 屏蔽技术
  • 2.3.1 电磁屏蔽
  • 2.3.2 X射线屏蔽
  • 第三章 电子束与高Z靶材相互作用的理论研究
  • 3.1 束靶相互作用原理
  • 3.2 束靶相互作用的M-C模拟
  • 3.2.1 MCNP程序简介
  • 3.2.2 MCNP建模
  • 3.2.3 模拟结果及分析
  • 3.3 靶破坏的流体动力学模拟
  • 第四章 回喷靶材速度的测量
  • 4.1 实验方法
  • 4.1.1 脉冲激光同轴全息术
  • 4.1.2 高速摄影
  • 4.2 实验装置设计
  • 4.2.1 全息照相实验装置与时序
  • 4.2.2 高速摄影实验装置与时序
  • 4.3 实验结果及分析
  • 4.3.1 脉冲激光同轴全息术在强干扰条件下的误触发现象
  • 4.3.2 用高速摄影术测回喷靶材速度
  • 4.4 实验与理论结果比较与讨论
  • 第五章 关于实验结果的进一步分析与讨论
  • 5.1 实验现象分析
  • 5.1.1 孔的形成时间
  • 5.1.2 实验中的光现象
  • 5.2 电子束对担金属靶的破坏机制
  • 5.2.1 温度和压强估算
  • 5.2.2 靶的破坏过程分析
  • 第六章 结论与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录
  • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/f214acc51b08b143e34dccdd.html