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现代应用物理

现代应用物理

Modern Applie Physics
由西北核技术研究所创办，西北核技术研究所和国防工业出版社联合主办的物理类综合中文学术期刊，报道国内外应用物理学领域未曾公开发表的原创性研究论文和前沿研究综述
  • 发文量：482
  • 被引量：75
  • H指数：0
  • 开始收录时间：2013(1)
  • CNKI综合因子：0.303
  • 维普期刊影响因子： 0.31
  • 万方期刊影响因子：0.35
  • 创刊时间：2010
  • 国内刊号/CN：61-1491/O4
    国际刊号/ISSN：2095-6223
  • 发行周期：季刊
    邮发代号：-
  • 主管单位：西北核技术研究所
    主办单位：西北核技术研究所;国防工业出版社
现代应用物理-联系信息
  • 主编：邱爱慈
  • 电话：029-84767179 84767176
  • 邮箱：cjapnint@163.com
  • 地址：西安市?桥区平峪路28号
  • 邮编：710024
现代应用物理-获奖情况
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现代应用物理 >2023年第3期

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共4384条结果
  • 摘要：对建立高空电磁脉冲标准波形的物理基础和数学方法进行了研究,通过对高空电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse,HEMP)电场计算波形特征的分析,选用倒双指数函数对计算波形进行拟合。以HEMP效应最严重为原则,建立表征HEMP效应的响应参数与波形参数之间的关系,提出了基于时域波形电磁范数的HEMP标准波形确定方法。利用该方法对有限的17组HEMP电场波形计算数据进行了详细分析,与频域方法相比,采用时域方法获得的标准波形脉宽更宽,表明了时域方法的合理性。将频域方法和时域方法获得的参数进行综合,就可得到HEMP标准波形的理论值,该波形同时可满足各频点所包含的能量在所有HEMP电场波形中最大及HEMP效应最严重的要求。
  • 摘要：针对传统模型因芯片封装无法利用矢量网络分析仪提取散射参数进行建模仿真的问题,对传统模型预测方法进行了改进。对一款GaAs异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT)低噪声放大器(low noise amplifier,LNA)进行建模,利用低噪声放大器测量出不同外加电压条件下的I-V曲线,分析了放大器内部器件的通路情况,推算出本征参数与寄生参数,然后利用Pspice仿真软件确定参数对增益的影响,通过调整增益曲线并根据仿真结果选择最佳取值,得到了和实际测试值相吻合的曲线。对比结果表明,仿真结果与实测结果符合较好。
  • 摘要：针对甚高频无线通信设备工作在高空电磁脉冲主要能量频谱范围内,生存能力受到严重威胁的问题,研究了甚高频无线通信系统的电磁脉冲易损特性,使用矩量法(method of moment,MoM)和CST软件分别求解了天线端口电流响应和舱体内耦合电场波形,确定了主要耦合通道和脉冲辐照试验等级。分别开展了天线和主机脉冲辐照试验,发现了脉冲冲击射频前端造成电源模块故障的“间接效应”现象。通过效应机理分析,确定了故障器件和失效原因。最后给出了防护建议:使用旁路泄放和稳态滤波的组合防护设计思路进行防护优化,要求防护器后端残余电流小于10 A。
  • 摘要：分析了模拟信号光纤传输中电光幅度调制的基本原理及导致传输系数难以恒定的原因,提出了一种集成可控标准方波的方法,用于传输系数的实时修正。以线性晶体管放大器和单片机微处理器为核心,设计了具有传输系数自校准功能的模拟信号光纤传输系统,并进行了实验室标定。标定结果表明,传输系统-3 dB带宽的工作频率为20 kHz~1.38 GHz,时域传输系数为0.66,线性动态范围为40 dB,本底噪声为4 mV。比较了2种不同测试环境下传输系统的性能,修正前,传输系数测量的相对偏差高达9%,修正后,相对偏差可小于1%,验证了传输系数自校准的可行性与准确性。在此基础上,介绍了传输系统在前沿为380 ps脉冲波形的传输测试和电磁脉冲辐照下线缆耦合电流测试上的应用,测量结果表明,传输系统具有良好的信号保真度和抗干扰性能,能提高测量准确性,具有广阔的应用前景。
  • 摘要：建立了基于卷积神经网络(convolution neural network,CNN)的深度学习模型,可用于直接预测反应堆堆芯有效增殖因数。对简化的2群压水反应堆(pressurized water reactor,PWR)进行堆芯数值计算,通过核反应堆堆芯数值模拟程序建立了组件截面数据库,得到原始数据,采用CNN模型对归一化的原始数据进行训练,最后得到替代数值计算方法的深度学习模型。此外,为验证CNN模型的预测性能,采用反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)模型对原始数据进行了训练与测试。模型训练及测试结果分析表明:CNN预测模型性能要明显优于BPNN模型;CNN模型预测堆芯参数的平均相对偏差为0.251%。
  • 摘要：针对基于传统总场散射场(total-field/scattered-field,TF/SF)技术的平面波加载方法无法直接用于地表电磁散射计算问题,将广义总场散射场(generalized TF/SF,G-TF/SF)方法应用于3维地面的电磁散射计算,四周采用卷积完全匹配层吸收边界条件。计算结果表明,G-TF/SF方法减小了计算过程中由于地面截断产生的边缘效应。分别采用G-TF/SF、传统TF/SF和Fung在处理粗糙面电磁散射中提出的上侧TF/SF平面波加载(top boundary,TB)方法,计算了自由空间和水平有耗地面的电磁环境。计算结果表明,与TB方法相比,G-TF/SF方法可高精度地模拟自由空间和水平有耗地面的电磁环境,验证了G-TF/SF方法的正确性。
  • 摘要：高功率微波(high power microwave,HPM)在民用和国防领域具有重要的应用前景。HPM源是HPM系统的核心。相对论返波管(relativistic backward wave oscillator,RBWO)具有相对较高的功率和效率及适合重复频率工作等优点,是最重要的HPM源之一。近10年来,本文作者所在团队在RBWO方面开展了系列研究,取得的进展有:(1)提出切伦科夫辐射和渡越辐射混合产生HPM的原理,发明了速调型RBWO,输出功率达数吉瓦,束波转换效率从30%提高到60%以上;(2)提出电子束与基模和高阶模同时相互作用的双模工作机制,发明了双模工作RBWO,使低磁场RBWO功率提升了约2.5倍,转换效率从低于30%提高到42%;(3)提出通过外加注入信号对电子束进行预调制控制振荡器输出微波相位的方法,发明了牵引锁相RBWO,实现了数吉瓦微波的相位控制和功率合成。
  • 摘要：基于高速金属氧化物半导体场效应晶体管(metallic oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)设计了一款带输出监测的简单快速高压脉冲源,给出了设计参数和电路。该脉冲源驱动简单、体积小、输出幅度可由使用的高压电源调整、电流能达60 A及输出脉冲宽度和频率由输入信号确定。最小脉冲宽度为4.53 ns,250 V/30 A时,前沿为2.28 ns,后沿为3.34 ns,具有输出短路保护及电容、电感、负载调整能力,主要应用于高速成像的像增强器阴极快门。
  • 摘要：基于Marshall-Palmer指数分布和Gamma分布雨滴谱,建立了全空间分布的球形雨滴几何结构模型,采用蒙特卡罗程序,结合密度迭代自动权窗减方差技术,计算研究了降雨对核爆炸中子大气输运的影响,给出了中子产生的剂量场随降雨强度和输运质量距离的变化关系。计算结果表明,降雨气象情形下,由于空气中氢元素含量的增加,使空气对中子的吸收衰减增强,中子组织吸收剂量随降雨强度的增加而降低;对于Marshall-Palmer指数分布雨滴谱,特大暴雨情形下,在距离源2 km处,中子组织吸收剂量比标准大气情形下低15%;对于Gamma分布雨滴谱,相同情形下降低23%。进一步拟合给出了降雨情形与标准大气情形下中子组织吸收剂量的比值随质量距离和含水率变化关系的修正函数,可用于降雨气象条件下核爆炸瞬发中子剂量场的快速预估。
  • 摘要：设计了一种超高速数据采集系统前端模拟信号调理电路(signal conditioning circuit,SCC),将探测器的输出信号转换为数据采集系统可处理的信号,实现信号过压保护、幅度的粗细调节、阻抗匹配、偏置电压调节、共模电压产生、单端转差分及抗混叠滤波等功能。性能测试结果表明,本文设计的模拟信号调理电路线性动态范围大(±10 V)、带宽高(500 MHz)、性能稳定及结构简单,已成功应用到脉冲辐射场4 GHz采样率的超高速数据采集系统中。
  • 摘要：针对宽带测量系统特点,将测量系统建模为滤波器,形成了标定过程的数学模型。在此基础上推导了滤波器模型-3dB通带频率上限与其标准方波响应前沿、-3 dB通带频率下限与其标准方波响应平顶降的关系式。这2个关系式可用于对实际宽带测量系统-3 dB通带上下限的工程估计。针对实用需求,分析了输入和滤波器模块参数对估计结果的影响,进而给出了工程估计准则。
  • 摘要：对非链式脉冲HF激光泵浦的Fe:ZnSe激光器能量输出特性开展了理论模拟和实验研究。模拟结果表明,理想条件下,激光脉冲能量与泵浦光脉冲能量呈线性关系,重叠因子和Fe:ZnSe晶体表面反射率对激光器的能量输出特性有较大影响。实验测试表明,Fe:ZnSe晶体的表面损伤阈值约为1.2 J·cm^(-2),较短的腔长更有利于激光器的脉冲能量提取。相关发现可为后续实验研究及Fe:ZnSe激光器提供借鉴。通过优化,在单脉冲输出条件下,最高获得了120 mJ的单脉冲能量输出;在20 Hz和50 Hz重频输出条件下,连续输出约30个脉冲,单脉冲能量均大于30 mJ,对应的平均功率分别大于600 mW和1.5 W。上述结果验证了室温下利用非链式脉冲HF激光泵浦Fe:ZnSe激光器获得大能量中红外脉冲激光和高功率重频中红外脉冲激光输出的可行性。
  • 摘要：2022年8月,由我刊青年编委赵亮博士著作的《纳秒脉冲固体电介质击穿特性及机理》一书由科学出版社正式出版。全书围绕“特性机理设计”的总体思路,以部分应用为牵引,着眼于解决高压绝缘结构在设计、应用、评估中所面临的问题,汇集了固体绝缘研究领域的最新学术成果。希望本书能给读者提供有用的参考。
  • 摘要：针对垂直极化辐射波电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)模拟器有效工作空间选择的问题,利用轴对称柱坐标系中的并行时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法,模拟研究了垂直极化辐射波EMP模拟器辐射场空间分布特性。首先,模拟分析了模拟器的架高和半锥角对辐射场垂直分量峰值的空间分布及对“辐射场垂直分量的上升沿和半高宽均满足IEC标准”测点的空间分布的影响;然后对模拟器辐射场径向分量峰值与垂直分量峰值比值的空间分布特性进行了讨论;最后以架高为8 m、半锥角为32°的模拟器为例,给出了模拟器有效工作空间的选择方式。模拟结果表明:金属底板上的所有测点辐射场的垂直分量峰值均基本随测点与中轴线的距离的增加而减小;在一定高度范围内,同一测点辐射场的垂直分量峰值不会随模拟器架高的变化而变化,但会随模拟器半锥角的增加而增加;“辐射场垂直分量的上升沿和半高宽满足IEC标准”的空间区域随模拟器架高的增加而增加;在一定高度范围内,同一测点辐射场径向分量的峰值与垂直分量峰值之比约等于该测点的高度与该测点与中轴线的距离之比;测点在高度上越靠近金属底板,测点辐射场的垂直分量所占主导地位越明显;可根据效应物的尺寸来选择合适的模拟器有效测试空间。
  • 摘要：针对弹体头部形状影响动能侵彻武器的侵彻能力问题,基于阻力函数的一般性假设,同时考虑侵彻速度一次项和平方项的影响,并结合侵彻摩擦效应,建立了具有较强适用性的侵彻阻力函数表达式,对刚性弹体正侵彻过程进行了深入的理论研究。为获得阻力最小的弹体头部轮廓曲线,基于变分原理,建立了阻力函数的欧拉拉格朗日方程,进而获得该方程的解析解;同时,推导出任意弹形的阻力函数和侵彻深度的一般表达式。最后,通过几种典型弹体头部的侵彻阻力参数的对比分析及验证,系统地研究了摩擦效应及弹体径长比对阻力函数的影响。研究结果表明,在考虑摩擦效应的正侵彻过程中,不会出现弹形“越尖越长”,侵彻阻力越小,深度越大的现象。
  • 摘要：随着单粒子效应研究的深入,地面模拟实验对大面积均匀束斑的需求也在逐渐增加。基于八极磁铁束流均匀化的原理,提出了单八极磁铁均匀化、集中均匀化和交替均匀化3种不同的束流均匀化设计方案,采用Transport和Turtle程序分别计算了3种设计方案的束流线参数及均匀化效果。理论分析和模拟计算的结果均表明,交替均匀化方案,即四极磁铁和八极磁铁相间排列,用2个四极磁铁使束流在x和y方向分别成腰,2个八极磁铁放置在束流成腰位置时均匀化效果最好,理想状况下,束流利用率可达到65%。
  • 摘要：为深入研究无线通信系统高空电磁脉冲(high altitude electromagnetic pulse,HEMP)效应机理,设计了一款工作在超短波频段的无线通信系统,开展了HEMP环境电磁耦合分析,确定射频前端为电磁脉冲主要耦合通道。开展了系统级脉冲辐照试验,确认被试系统出现接收灵敏度下降的性能降级效应现象。经效应机理分析确认,系统接收灵敏度下降由射频低噪声放大器发生损伤所致,损伤放大器所有管脚对的I-V特性呈低阻抗短路特性,内部两级三极管均出现不同程度损伤。基于自由空间损耗模型估计,当系统接收灵敏度下降40 dB时,通信距离将下降至原通信距离的1/100,严重影响实际设备的正常功能使用。
  • 摘要：由中国核学会辐射物理分会、模拟集成电路国家级重点实验室、强脉冲辐射环境模拟国家重点实验室等联合主办,《现代应用物理》期刊等协办的第四届“空间辐射物理及应用-半导体与集成电路辐射效应”高级讲习班于2022年9月23日-26日在浙江绍兴举办。讲习班上,邱爱慈、潘德炉、吴宜灿、房建成、夏佳文、陈伟等15位院士、专家聚焦各自领域,先后就国际局势对于科技发展影响、前沿科技应用创新、集成电路发展趋势、半导体器件研究、高端人才培育等,开展进一步的交流探讨。来自全国各相关科研院所的100多位代表参加了会议。
  • 摘要：针对激光在大气中传输时受到大气吸收、大气散射、衍射和大气湍流等因素引起的光束质量下降等问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,给出了不同截断情况的Gauss光束经过大气传输后远场光斑63.2%环围能量半径的计算公式。计算了不同传输距离和不同高度情况下,目标处直径为5 cm圆域内的平均功率密度,并根据上述结果分析了不同截断情况下的最大毁伤距离。结果表明:平均功率密度随传输距离的增加呈指数衰减;由于湍流影响,发射仰角越大,最大毁伤距离越远;发射口径不变时,最大毁伤距离随发射光束束腰的大小而变化,束腰半径在0.5倍发射口径附近,毁伤范围最大;毁伤阈值为2 W·cm^(-2)时,最大毁伤高度约为最大毁伤水平距离的2倍。
  • 摘要：在强电磁脉冲驱动源等效一级脉冲压缩电路参数的设计中,当天线负载阻抗降低后,采用经典估算公式进行参数确定时,会出现中储电感过小或峰化电容过大的问题,使计算得到的电路参数在工程上难以实现。针对该问题,本文分析了一级脉冲压缩电路的数学模型,推导了天线等效负载上电压的解析表达式,并依据前沿、半高宽等波形参数的定义,建立了一级脉冲压缩电路中负载电压波形参数和电路元件参数之间的关系式。然后采用经典估算方法和本文数值计算方法对一组低阻抗负载条件下的一级脉冲压缩电路参数进行了计算,计算结果表明:(1)经典估算公式存在一定的适用范围,在某些条件下计算偏差较大;(2)经典估算方法仅能给出一组解,本文数值计算方法可给出多组满足要求的电路参数,在设计时可选择工程上较易实现的参数。本文的工作拓展了强电磁脉冲驱动源一级脉冲压缩等效电路参数的取值范围,提高了低阻抗负载强电磁脉冲驱动源在工程上的可实现性。
  • 摘要：提出并建立了一种确保倒扣封装芯片单粒子效应试验有效性的方法。采用一种特殊设计的工装,将背面减得足够薄的芯片压紧在PCB板上,然后进行重离子辐照试验。这样既解决了背面减薄过的芯片焊接到PCB板过程中,高温导致的芯片裂开而无法工作的问题,又保证了有足够多种类重离子能穿透硅衬底,到达芯片敏感区,确保了单粒子效应试验的有效性。采用倒扣封装的FPGA和处理器进行了试验验证。试验结果表明,运用本文设计的工装方法能在国内现有的重离子加速器上,基于全重离子辐照试验数据,获取了倒扣封装芯片的抗单粒子效应性能指标。
  • 摘要：以180 nm工艺钳位光电二极管(PPD)像素结构的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)为研究对象,通过开展CIS像素单元的器件物理建模、中子辐照损伤效应建模,分别仿真模拟了不同中子辐照注量、不同积分时间、不同缺陷类型条件下,中子位移辐照损伤诱发CIS暗信号和电荷转移损失(CTI)的退化规律。仿真模拟结果表明:暗信号和CTI均随中子辐照注量增大而增大,在达到饱和阈值之前,均呈近似线性关系;在相同的中子辐照注量下,积分时间越长,暗信号越大,CTI越小;多空位中心(E_(c)-0.46 eV)、双空位中心(E_(c)-0.42eV)、C_(i)-O_(i)中心(E_(V)+0.36 eV)3种不同体缺陷对暗信号和CTI退化的影响程度不同,E_(c)-0.46 eV是诱发暗信号和CTI退化的主要因素。仿真模拟的变化趋势与辐照实验测试的变化趋势相吻合。该仿真模拟研究为深入揭示CIS中子位移辐照损伤效应机理及抗辐射加固技术研究提供了理论依据。
  • 摘要：研究了贫化铀在快堆中子/γ(n/γ)混合场中的综合屏蔽性能及其辐照释热率,作为对比,同时给出了贫化铀在热堆辐射场中的分析结果。采用粒子输运与燃耗耦合程序,研究了中子和γ射线在贫化铀中的衰减规律和贫化铀的活化行为,并与铅的屏蔽计算结果进行比较;分析了贫化铀的辐照释热特性及对屏蔽层温度的影响。结果表明,针对典型快堆n/γ混合场,在本文分析的屏蔽效果指标下,厚度小于16 cm的贫化铀屏蔽层的屏蔽效果都要优于铅。通过对贫化铀辐照释热问题的理论分析得出,贫化铀屏蔽层的辐照释热率高于铅,但对典型核动力反应堆整体屏蔽层温度的影响很小。
  • 摘要：针对3种用于核工业的特殊功能材料,开展了模拟实际服役工况下的γ辐照试验,对材料辐照前后的抗压性能、绝缘性能和磁导率进行了测试,对材料的辐照退化机理进行了探讨。试验结果表明,辐照后氧化铝陶瓷材料的抗压强度和体积电阻率呈下降趋势,磁性材料磁导率下降,纯铁材料磁导率未发生明显变化。研究结果对核工业用特殊功能材料的配方改进、工艺优化及性能评估等具有参考价值。
  • 摘要：微观客体具有一定的空间分布,微观环境下,对量子现象有影响。描述微观量子世界的物理规律,质点模型不适用。本文介绍了描述微观量子现象“转动场物质球”模型。该模型大小因运动状态不同自动可变,与狭义相对论协调。基于该模型构建的双4维时空,在描述微观量子现象时,有明显的理论优势。与宏观世界的描述不同,双4维时空是微观世界独立描述的时空,其中,复数波函数描述的是物质波,即物理波,是量子通信的物质基础。量子概率起源于微观客体的有形结构及质量密度分布,在物理时空的转换中得到体现。物质波与概率波可通过傅里叶变换进行表象变换,而相位变换(包括整体或局域规范变换)与量子测量作用有深刻的内在物理联系。
  • 摘要：利用MCNP程序模拟了近地面核爆炸时地面附近的射线辐射环境,考虑了大地和空气对射线的散射作用和对中子的俘获作用,更加符合真实情况。在圆柱坐标系下,基于电流模型编写了考虑场-束自恰作用的2维源区电磁脉冲(source region electromagnetic pulse,SREMP)数值模拟程序,对MCNP的计算结果进行插值处理,为电磁脉冲模拟程序计算电流源和电导率提供输入信息。模拟结果表明,在源区电磁脉冲的计算中,电磁场对电流的修正作用不可忽视。对某一特定辐射情况下的源区电场环境进行了计算,计算结果表明,在一定区域内,SREMP可产生幅值高于高空核电磁脉冲的电场强度,且二者频率分布不同,需进行针对性的防护加固。
  • 摘要：《现代应用物理》是由西北核技术研究所创办,西北核技术研究所和国防工业出版社联合主办的物理类综合中文学术期刊,报道国内外应用物理学领域未曾公开发表的原创性研究论文和前沿研究综述;季刊,国内外公开发行。感谢您对本刊的关注和投稿。
  • 摘要：针对合肥先进光源储存环的参数优化问题,在瑞士SLS-2储存环光源升级方案分布式色品校正7BA lattice的基础上,改用组合型弯铁作为主弯铁,将消色散匹配段的水平方向散焦聚焦散焦的四极磁铁组合(triplet)改为水平方向聚焦散焦的四极磁铁组合(doublet),设计了一个紧凑型7BA lattice。采用该lattice设计的储存环能量为2.2 GeV,周长为336 m,具有14个周期,实现了68.4 pm·rad的超低自然发射度,达到了-14~12 mm的较大水平动力学孔径。尽管这种紧凑型设计有利于降低阻尼时间,但束内散射效应仍较为严重,说明在合肥先进光源储存环的设计中,使用阻尼扭摆磁铁抑制束内散射效应是非常有必要的。
  • 摘要：为研究近红外高功率密度激光辐照下熔融石英镜片的热变形,基于有限元分析软件建立了镜片热力学模型并进行了计算分析,同时开展了实验测量。首先,建立了镀增透膜楔形石英镜片的有限元分析模型,得到了激光辐照下温度和形变量随时间的变化关系和镜体形变图像。其次,计算分析了楔镜体吸收率、膜层吸收率对热变形的影响,研究了不同功率密度和总功率的激光辐照时熔融石英镜片热变形的规律。最后,研究了镀增透膜石英楔镜在总功率为12 kW和最高功率密度为44 kW·cm^(-2)激光辐照下的温升和形变规律,并对实验和建模计算结果进行了分析,激光功率在5~15 kW范围时,面型计算值与实验测量值最大相对偏差约为6%。激光功率在2~15 kW范围时,温度计算值与实验测量值最大相对偏差约为8%。研究结果表明:热变形主要取决于膜层的吸收,楔镜的温升和形变量随膜层吸收和体吸收率呈准线性变化关系;膜层吸收和体吸收形变方向的不同可能造成面型凹坑。
  • 摘要：基于战斗部破片速度轴向分布特性及冲击波在空气中的运动规律,获得了虑及破片速度轴向分布特性的冲击波与破片联合作用距离区间分析模型,研究了仅冲击波作用、仅破片作用及冲击波与破片联合作用3种加载模式对单层/双层间隔钢靶的毁伤作用。结果表明,不同加载模式下,单层/双层间隔钢靶的变形破坏模式不同:仅冲击波作用时,钢靶主要发生破孔和撕裂或鼓包变形,有破片作用时破片穿孔特征会显著影响钢靶变形破坏特性;作用距离相同时,不同加载模式对单层钢靶作用造成的鼓包变形高度由大到小依次为仅冲击波作用、冲击波与破片联合作用和仅破片作用;双层间隔钢靶的变形破坏特性受靶板间距的影响而互相约束,对冲击波与破片的防护能力随靶板间距的增加而提高;冲击波预先加载会显著降低靶板抗破片侵彻性能。

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    • 创刊时间：2010
    • 地区：CN
    • 语言：中文
    • 热门主题：应用物理 高功率微波 单粒子效应 数值模拟 模拟计算 电磁脉冲 蒙特卡罗模拟 高功率 Γ射线 核技术
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