碳離子加速器雙脈沖形成線設(shè)計及表面強(qiáng)化試驗研究.pdf

1、強(qiáng)流脈沖離子束(HIPIB：highintensitypulsedionbeams)表面改性技術(shù)是上世紀(jì)80年代在慣性約束核聚變研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高能束流表面改性技術(shù)。HIPIB輻照金屬材料可在瞬間實現(xiàn)材料表面的高能量密度沉積，材料表面升溫速率高達(dá)108-1011K/s、冷卻速度達(dá)到108-109K/s，形成表面熔化、氣化和燒蝕，在材料表面還產(chǎn)生熱應(yīng)力與沖擊波，使材料表層各種缺陷和密度顯著增高、非晶和非平衡相等出現(xiàn)，導(dǎo)致材料表面相結(jié)構(gòu)

2、、顯微結(jié)構(gòu)、表層硬度、耐磨性和耐蝕性等變化。 同常規(guī)離子注入相比，HIPIB影響深度為離子注入的3～4個數(shù)量級；同激光電子束等高能束流相比，HIPIB具有能量轉(zhuǎn)換效率高(15％～40％)，作用面積大(102～103cm2)等特點，因此HIPIB技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。 本文針對沈陽理工大學(xué)引進(jìn)的俄羅斯碳離子加速器進(jìn)行雙脈沖形成線的設(shè)計和實驗驗證，研究了水介質(zhì)、氣體開關(guān)，三同軸筒體結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)對脈沖形成線的影響，并且通過

3、氣體開關(guān)壓力的控制，研究了雙脈沖時延的變化規(guī)律。分析了雙脈沖形成線的波傳輸過程，確定了波的傳播是在主開關(guān)過電壓導(dǎo)通下，沿外線傳播至負(fù)載系統(tǒng)得到負(fù)脈沖，同時通過電感線圈的換向作用加載于內(nèi)線，薦于負(fù)載系統(tǒng)得到正脈沖的波傳播過程。完成了20、50、80納秒脈沖波形的雙脈沖形成線的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計，設(shè)計結(jié)果與驗證實驗相符合。 本文設(shè)計的雙脈沖形成線為三筒同軸Blumlein水介質(zhì)傳輸線，具體參數(shù)如下：脈沖電壓為450kV、脈寬為50ns、

4、傳輸線長84cm、內(nèi)筒外徑9.0cm、中筒外徑13.6cm、外筒內(nèi)徑20.5cm；脈寬80ns時，傳輸線長134cm、內(nèi)筒外徑7.4cm、中筒外徑12.4cm、外筒內(nèi)徑20.5cm；脈寬20ns時，傳輸線長33.5cm、內(nèi)筒外徑9.7cm、中筒外徑14.1cm、外筒內(nèi)徑20.5cm。各參數(shù)與實測值誤差較小，設(shè)計長度約為相同脈寬下油介質(zhì)傳輸線長度的18％。 在雙脈沖形成線設(shè)計和驗證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了針對硬質(zhì)合金刀具材料的HIPIB輻