軸向B-dot測(cè)量束流偏角模擬計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目摘要

束流位置探測(cè)器是最重要的束測(cè)手段之一，對(duì)于理解束流光學(xué)、束流與管道環(huán)境及背景等離子體的相互作用不可或缺。已經(jīng)廣泛應(yīng)用的角向B-dot（通常所指的B-dot）通過(guò)探測(cè)偏心束流產(chǎn)生的角向磁場(chǎng)的二極分量來(lái)測(cè)量束流位置。申請(qǐng)者已經(jīng)在理論上及通過(guò)模擬計(jì)算證明，束流運(yùn)動(dòng)方向與管道軸線具有一定偏角時(shí)，將在束流管壁附近產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)，大小正比于束流偏角。因此可以采用軸向B-dot探頭直接測(cè)量束流偏角，這是本項(xiàng)目申請(qǐng)者提出的一項(xiàng)全新的束流偏角測(cè)量方法。束流偏角測(cè)量將能夠?qū)κ魑恢脺y(cè)量起到重要的補(bǔ)充作用。在直線感應(yīng)加速器中，如果能夠直接測(cè)量束流偏角，將可以提供更直接的束流校正信息，減少束流校正所需的實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)間。本項(xiàng)目擬在已開展的理論分析及初步模擬計(jì)算工作基礎(chǔ)上，開展進(jìn)一步模擬計(jì)算研究；開展軸向B-dot的設(shè)計(jì)及研制工作，建立電子束流模擬裝置，進(jìn)行軸向B-dot測(cè)量束流偏角的原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及前期應(yīng)用研究。

2012-2015年間，開展了軸向B-dot探測(cè)器測(cè)量束流偏角的理論及實(shí)驗(yàn)研究。建立了探測(cè)器的電路模型，通過(guò)理論分析，建立了從示波器波形恢復(fù)提取束流流強(qiáng)波形、時(shí)變偏心波形、時(shí)變偏角波形的方法。建立了探測(cè)器及標(biāo)定同軸線測(cè)試臺(tái)的CST模型，通過(guò)該模型分析了探測(cè)器的響應(yīng)并用于指導(dǎo)探測(cè)器的尺寸參數(shù)選擇。建立了MAFIA的束流模擬模型，分析了置于光滑管道中的軸向B-dot探測(cè)器對(duì)束流偏角的響應(yīng)，以及分析了置于槽形結(jié)構(gòu)中的軸向B-dot探測(cè)器對(duì)偏心、偏角的響應(yīng)，得到軸向B-dot探測(cè)器應(yīng)置于槽形結(jié)構(gòu)的正中的結(jié)論，以及槽形結(jié)構(gòu)的尺寸對(duì)軸向B-dot探測(cè)器的靈敏度的影響，該分析結(jié)果用于指導(dǎo)探測(cè)器的尺寸參數(shù)選擇。設(shè)計(jì)并制作了一種復(fù)合B-dot探測(cè)器，包含4個(gè)軸向B-dot線圈和4個(gè)角向B-dot線圈；建立了同軸線標(biāo)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用于分析標(biāo)定該探測(cè)器。在同軸線標(biāo)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的測(cè)試結(jié)果表明，該探測(cè)器能夠成功用于電流波形、偏心、偏角的測(cè)量。在神龍1號(hào)加速器上，進(jìn)行了該探測(cè)器的真實(shí)的束流測(cè)試實(shí)驗(yàn)。加速器上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軸向B-dot探測(cè)器直接測(cè)量到的束流偏角與理論計(jì)算值，以及與偏心測(cè)量值吻合得較好，能夠用于真實(shí)加速器環(huán)境下的束流測(cè)量。通過(guò)本基金項(xiàng)目的研究，發(fā)展了完整的B-dot探測(cè)器的設(shè)計(jì)和波形后處理方法，成功研制出具有一定實(shí)用價(jià)值的軸向B-dot探測(cè)器以及復(fù)合B-dot探測(cè)器，并建立了用于復(fù)合B-dot探測(cè)器標(biāo)定的同軸線標(biāo)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 2100433B

分束器已被用于量子理論和相對(duì)論等物理領(lǐng)域的思想實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)。 這些包括：

（1）1851年的Fizeau實(shí)驗(yàn)測(cè)量水中光的速度；

（2）1887年的邁克爾遜 - 莫利實(shí)驗(yàn)測(cè)量（假設(shè)）發(fā)光的醚對(duì)光速的影響；

（3）1935年的哈馬爾實(shí)驗(yàn)反駁了代頓米勒對(duì)重復(fù)邁克爾遜 - 莫利實(shí)驗(yàn)的積極成果的主張；

（4）1932年的肯尼迪 - 索恩迪克實(shí)驗(yàn)測(cè)試了光速和測(cè)量?jī)x器速度的獨(dú)立性；

（5）貝爾測(cè)試實(shí)驗(yàn)（從大約1972年）演示量子糾纏的后果，并排除局部隱性變量理論；

（6）惠勒的1978年，1984年等的延遲選擇實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試什么使光子作為波；

（7）測(cè)試Penrose解釋的FELIX實(shí)驗(yàn)（2000年提出）量子疊加取決于時(shí)空曲率；

（8）Mach-Zehnder干涉儀用于各種實(shí)驗(yàn)，包括Elitzur-Vaidman炸彈測(cè)試儀，包括無(wú)相關(guān)測(cè)量;在其他方面在量子計(jì)算領(lǐng)域。

本項(xiàng)目開展管束和氣相爆轟波作用強(qiáng)化DDT實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)氣體為H2/O2/Ar預(yù)混氣和C3H8/O2預(yù)混氣。DDT和預(yù)混氣成份和管束參數(shù)有關(guān)。管束參數(shù)包括管徑、長(zhǎng)度和管數(shù)等。采用紅寶石激光陰影流場(chǎng)顯示、煙膜（煙跡片）、激光光譜（OH-PLIF和TDLAS），以及壓力和火焰信號(hào)測(cè)量方法，探索管束強(qiáng)化DDT過(guò)程唯象規(guī)律和主要影響因素。項(xiàng)目總結(jié)如下：（1）DDT轉(zhuǎn)變唯象特征。DDT湍流火焰在直管加速傳播過(guò)程中，存在拉斷或中空現(xiàn)象。DDT轉(zhuǎn)變邊界形狀是隨機(jī)的，不具重復(fù)性。對(duì)H2/O2/Ar預(yù)混氣，提高初壓、點(diǎn)火放電電壓和降低Ar稀釋度，會(huì)縮短DDT距離。增大爆轟管長(zhǎng)度，DDT距離無(wú)明顯變化。（2）管束能明顯縮短DDT距離。采用煙跡片測(cè)量管束強(qiáng)化DDT胞格結(jié)構(gòu)，在項(xiàng)目條件下，最佳管束幾何參數(shù)為D=8mm, L=50mm, Tn=5，Ds=50mm。采用該管束參數(shù)，DDT距離隨初壓變化很小。（3）管束強(qiáng)化DDT轉(zhuǎn)變機(jī)制。DDT轉(zhuǎn)變有三種機(jī)制。激波雙馬赫反射、激波單馬赫反射和湍流火焰加速。當(dāng)給定管徑、管數(shù)、初壓、管束與點(diǎn)火位置的距離時(shí)，縮短管長(zhǎng)，DDT轉(zhuǎn)變邊界趨于直線。（4）二次起爆是管束下游DDT轉(zhuǎn)變主控因素。受管束出口稀疏波影響，爆轟波衰減至熄滅，誘導(dǎo)激波和化學(xué)反應(yīng)區(qū)分離。誘導(dǎo)激波在爆轟管內(nèi)壁先規(guī)則反射后馬赫反射。對(duì)單管、管長(zhǎng)為100mm、管徑為8mm的管束，當(dāng)P0≤5.33kPa，爆轟波在管束下游完全熄滅。當(dāng)P0>5.33kPa，二次起爆管束下游能使爆轟波恢復(fù)，管束對(duì)爆轟波影響是局部的。管束下游二次起爆來(lái)自誘導(dǎo)激波在內(nèi)壁反射和湍流火焰加速。增大預(yù)混氣初壓和管長(zhǎng)、管數(shù)增加和縮小管徑，可縮短二次起爆距離。（5）OH-PLIF和自發(fā)光高速攝影表明：自點(diǎn)火火焰呈三維湍流結(jié)構(gòu)。采用電控破膜可提高爆炸流場(chǎng)OH-PLIF測(cè)量成功率，難點(diǎn)是多目標(biāo)時(shí)間同步控制。低溫是多處自點(diǎn)火火焰，高溫為近似垂直管道軸線的平面火焰?；鹧嫘螤詈腿剂铣煞帧?dāng)量比和壓力密切相關(guān)，不同條件火焰唯象特征差別顯著。（6）點(diǎn)火延時(shí)是評(píng)價(jià)燃料化學(xué)反應(yīng)特性較合理的數(shù)據(jù)，可給出不同壓力、溫度和當(dāng)量比條件的燃料點(diǎn)火延時(shí)，為DDT燃料篩選提供依據(jù)。（7）直管中，當(dāng)?shù)乇óa(chǎn)生的沖擊波及其在壁面反射與誘導(dǎo)激波融合，是促進(jìn)DDT過(guò)程二次點(diǎn)火的重要因素。（8）發(fā)展了氣相和兩相爆轟的高精度三維并行計(jì)算軟件，為管束強(qiáng)化DDT機(jī)理性研究奠定基礎(chǔ)。 2100433B