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基于超级电容器的充放电电路系统研制及其在EAST限制器探针测量中的应用

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物理学报 2024年第6期73卷 258-269页

作者：张问博刘少承廖亮魏文崟李乐天王亮颜宁钱金平臧庆中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026

EAST限制器探针安装在低场侧限制器,在环向上共有两个阵列,可以同时工作在悬浮电位测量、离子饱和流测量和扫描单探针模式.当朗缪尔静电探针运行在离子饱和流测量模式时,需要为其提供稳定的偏压.本文采用大容量电容器为探针提供偏压,相... 详细信息

EAST限制器探针安装在低场侧限制器,在环向上共有两个阵列,可以同时工作在悬浮电位测量、离子饱和流测量和扫描单探针模式.当朗缪尔静电探针运行在离子饱和流测量模式时,需要为其提供稳定的偏压.本文采用大容量电容器为探针提供偏压,相比于其他磁约束聚变装置上使用的9 V干电池组,大容量电容器具有电压设置灵活、易于维护和环保等优点.为此,研发和测试了整套超级电容器的充放电控制电路.本文还基于Python语言开发了超级电容器充放电控制电路的控制软件,通过该软件可以实现对电路的远程控制和自动控制.经实验测试,电容器充放电控制电路可以在长脉冲放电条件下为探针输出稳定的偏压,适用于磁约束聚变的复杂电磁环境.通过将超级电容器充放电控制电路应用于EAST限制器探针诊断,测量了2.45 GHz和4.6 GHz两种低杂波加热条件下刮削层等离子体离子饱和流、悬浮电位、电子温度和密度等特征参数的三维分布,发现2.45 GHz低杂波加热时刮削层电子密度较高,而双波协同加热时刮削层电子密度最高.这一系列测试与物理实验充分验证了超级电容器充放电控制电路的可靠性和稳定性.

关键词：朗缪尔探针超级电容器磁约束聚变等离子体托卡马克

改进碲镉汞液相外延方法原位生长正组分梯度薄膜材料

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红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 305-313页

作者：霍勤韩红强张诚焦翠灵王仍毛铖铭陆液陈心恬乔辉李向阳中国科学院上海技术物理研究所上海200083

研究了液相外延生长条件对碲镉汞薄膜材料组分梯度的影响,建立了指导液相外延生长的理论模型。通过改变水平推舟液相外延工艺的汞损失速率,生长出具有正组分梯度的碲镉汞薄膜材料。针对这种特定条件下生长的碲镉汞外延薄膜,通过腐蚀减... 详细信息

研究了液相外延生长条件对碲镉汞薄膜材料组分梯度的影响,建立了指导液相外延生长的理论模型。通过改变水平推舟液相外延工艺的汞损失速率,生长出具有正组分梯度的碲镉汞薄膜材料。针对这种特定条件下生长的碲镉汞外延薄膜,通过腐蚀减薄光谱测试与二次离子质谱测试证实了材料具有正组分梯度结构。与传统方法生长的具有负组分梯度的碲镉汞薄膜相比,这种薄膜材料具有相近的表面形貌与红外透射光谱曲线,且具有较高的晶体质量,其X射线衍射双晶摇摆曲线半峰宽达到28.8 arcsec。

关键词：碲镉汞液相外延组分梯度二次离子质谱

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GH3535合金焊缝高温氦离子辐照效应

金属学报 2024年第3期60卷 299-310页

作者：白菊菊李健健付崇龙陈双建李志军林俊中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

焊缝因其组织及力学性能不均匀性常被视为结构材料的薄弱环节。本工作对焊缝进行高温氦离子辐照效应研究,明确辐照缺陷在焊缝与母材中的演化差异。850℃下,对GH3535合金焊接接头进行2×10^(16) ions/cm^(2)氦离子辐照,利用TEM和纳米压... 详细信息

焊缝因其组织及力学性能不均匀性常被视为结构材料的薄弱环节。本工作对焊缝进行高温氦离子辐照效应研究,明确辐照缺陷在焊缝与母材中的演化差异。850℃下,对GH3535合金焊接接头进行2×10^(16) ions/cm^(2)氦离子辐照,利用TEM和纳米压痕仪对焊缝和母材的微观结构及力学性能进行表征,对比分析高温下焊缝中微观缺陷的演化行为及力学性能变化。结果表明,850℃下,焊缝中He泡多分布在位错线和碳化物-基体界面上,碳化物-基体界面上的He泡较位错线上的He泡尺寸更小,密度更高;焊缝中峰值处He泡平均数密度小于母材,尺寸略大于母材,而位错环的数密度和尺寸均小于母材。纳米压痕结果表明,同样辐照条件下,焊缝的辐照硬化程度(36%)约为母材(70%)的一半。经DBH模型计算确认辐照后样品中He泡和位错环是造成辐照硬化的主要因素。分析认为,高温下纳米碳化物和位错线对He原子以及间隙子的捕获是导致焊缝与母材辐照行为差异的关键原因。

关键词： GH3535焊接接头氦离子辐照 He泡位错环辐照硬化

微米板Sm_(2)O_(3)填料增强HDPE复合材料的制备及中子和伽马辐射屏蔽性能

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高等学校化学学报 2024年第9期45卷 25-35页

作者：鲁义东霍志鹏张宏钟国强中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026

分别采用合成的Sm_(2)O_(3)(Sm_(2)O_(3)-I)填料与商用Sm_(2)O_(3)(Sm_(2)O_(3)-II)填料制备了Sm_(2)O_(3)/碳化硼(B_(4)C)/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,并用于中子和伽马辐射屏蔽.X射线衍射(XRD)结果表明,Sm_(2)O_(3)-I填料属于立方晶系、体心立方晶格、Ia-3(206)空间群;而Sm_(2)O_(3)-II填料中存在两种物相,一种为单斜晶系、简单单斜格子、C2/m(12)空间群,另一种为立方晶系、体心立方晶格、Ia-3(206)空间群.场发射扫描电子显微镜(FESEM)和比表面积分析结果表明,Sm_(2)O_(3)-I填料微观形貌为带狭缝的微米板结构,其Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积(SBET)为5.15 m^(2)/g;Sm_(2)O_(3)-II填料中存在由两种物相导致的板状团聚体与无特定形貌团聚体两种微观形貌,其SBET为2.47 m^(2)/g.合成的微米板Sm_(2)O_(3)-I/B_(4)C/HDPE复合材料的熔融温度(T_(p))和屈服应力(σ_(y))分别为140.6℃和22.6 MPa,优于商用Sm_(2)O_(3)-II/B_(4)C/HDPE复合材料.中子和伽马辐射屏蔽测试结果表明,尺寸均一且具有高BET比表面积的微米板Sm_(2)O_(3)-I填料可提高复合材料的中子和伽马辐射屏蔽性能.厚度为15 cm的10%Sm_(2)O_(3)-I/20%B_(4)C/70%HDPE(质量分数)复合材料对^(252)Cf中子源的中子屏蔽率达98.4%,对^(137)Cs伽马源的伽马辐射屏蔽率达71.7%,均高于采用商用Sm_(2)O_(3)-II作为填料的复合材料.

关键词： Sm_(2)O_(3) 复合材料中子伽马辐射屏蔽

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同步辐射光源新增线站相关加速器安装与调试

核技术 2024年第3期47卷 10-18页

作者：焦广为田顺强相升旺朱亚刘新忠吴帅中国科学院上海高等研究院上海201204 中国科学院上海应用物理研究所上海201800

以上海光源新增的双插入件04IVU波荡器和04Wigger扭摆器为例,介绍了已运行的同步辐射光源新增束线工程中加速器方面需要着重处理的工作。首先,介绍插入件的设计参数及磁测结果,并使用SPECTRA程序计算了其光谱亮度;详细梳理了插入件的安... 详细信息

以上海光源新增的双插入件04IVU波荡器和04Wigger扭摆器为例,介绍了已运行的同步辐射光源新增束线工程中加速器方面需要着重处理的工作。首先,介绍插入件的设计参数及磁测结果,并使用SPECTRA程序计算了其光谱亮度;详细梳理了插入件的安装过程遇到的真空盒工艺误差、安装任务冲突和项目安装超期等问题及其解决方案;阐述了插入件调试工作的物理机制,以及如何应用前馈补偿的方法抑制了插入件调试过程中束流轨道影响,双插入件IVU和Wiggler的最高亮度分别为3 keV时的5.86×10^(19)Photon·s^(−1)·mm^(−2)·mrad^(−2)·(0.1%B.W.)^(−1)和2.75×10^(15)Photon·s^(−1)·(0.1%B.W.)^(−1),校正后IVU和Wiggler最大轨道扰动均小于2μm。对前端区真空清洗工作的意义、方法和结果进行了分析,并系统性地介绍了主被动模式相结合的新方法,该方法实现了高效的真空清洗。归纳了试运行过程中遇到的联锁逻辑错误、前端区真空异常、安全光闸硬联锁等问题,并总结了应对措施,为双插入件更好投入运行提供帮助。通过这些工作的进行,该双插入件已完成安装并基本调试完毕,对其他光源新增线站相关加速器安装与调试具有一定的参考价值。

关键词：同步辐射光源上海光源束线工程插入件

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面向应用的新一代稀磁半导体研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 9-22页

作者：彭毅赵国强邓正靳常青中国科学院物理研究所北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以... 详细信息

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以(Ba,K)(Zn,Mn)_(2)As_(2)等为代表的新一代稀磁半导体,通过等价态的Mn掺杂引入自旋、异价态的非磁性离子掺杂引入电荷,成功实现了230 K的居里温度,刷新了可控型稀磁半导体的居里温度记录.本文将重点介绍几种代表性的新一代稀磁半导体的设计与研制、新一代稀磁半导体的综合物性表征、大尺寸单晶生长以及基于单晶的安德烈夫异质结研制.我们团队通过新一代稀磁半导体的新材料设计研制、综合物性研究、简单原型器件构建的“全链条”模式研究,开拓了自旋电荷分别掺杂的稀磁半导体材料研究领域,充分展现了自旋和电荷掺杂分离的新一代稀磁半导体材料潜在应用前景.

关键词：新一代稀磁半导体自旋电荷掺杂分离高居里温度多组合异质结

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离子辐照对材料磁性的调控及其应用

物理学报 2024年第13期73卷 28-43页

作者：郭玺左亚路崔宝山申铁龙盛彦斌席力兰州大学物理科学与技术学院兰州730000 中国科学院近代物理研究所兰州730000

离子辐照技术具有离子束能量密度高、实验条件可精确控制,且不受化学剂量比影响的特点,利用离子束辐照材料,可实现定向掺杂,或精确引入和调控现缺陷位和密度等优势,因此在多个领域,如材料改性、芯片制造、生物医学、能源及化工领域都得... 详细信息

离子辐照技术具有离子束能量密度高、实验条件可精确控制,且不受化学剂量比影响的特点,利用离子束辐照材料,可实现定向掺杂,或精确引入和调控现缺陷位和密度等优势,因此在多个领域,如材料改性、芯片制造、生物医学、能源及化工领域都得到了广泛应用.尤其在磁性材料改性领域,该技术能够通过细致控制离子束的能量、剂量和辐照方向,实现对磁性材料的定制化性能优化.为进一步提升磁性材料的性能并探索新的磁性器件,本文深入地探讨了离子辐照如何精确调制各种磁相互作用,并分析其对自旋霍尔效应和磁结构动力学的影响.首先着重介绍了离子辐照在调控垂直磁各向异性、交换偏置及RKKY相互作用等磁性特征方面的最新研究成果.这些调控手段对于理解和优化磁性材料的微观结构和性质至关重要.接着,本文详细地探讨了离子辐照在调控自旋轨道力矩器件中的重要作用.这些应用展示了离子辐照技术在设计高性能磁性存储和处理器件方面的潜力.最后,还讨论了辐照离子种类、能量、剂量、辐照面积等参数对磁斯格明子成核位置、密度、尺寸、稳定性以及磁斯格明子霍尔效应的调控作用,阐明了离子辐照改变磁斯格明子生成、湮灭、运动规律等方面的内在机理,为制备基于磁斯格明子运动的低功耗存储器件提供新的途径.此外,本文还就离子辐照技术在未来多功能磁性传感器及信息存储磁介质制备方面的可能应用进行了前瞻性分析.离子辐照技术为磁性材料的性能调控和应用扩展提供了新的可能性.随着研究的深入,这项技术有望在未来的材料科学、电子器件以及信息技术等多个领域发挥更大的作用.

关键词：离子辐照磁相互作用能自旋轨道力矩磁斯格明子

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基于响应曲面法的交错肋换热特性研究

推进技术 2024年第4期45卷 153-162页

作者：李敏龙余荣国郭定坤王会社孙琦中国科学院工程热物理研究所北京100190

为了深入了解交错肋进口雷诺数在104量级的换热特性,研究了肋倾角、肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋换热特性的影响。基于响应曲面法建立了交错肋回归模型,对数值模拟结果进行分析。研究发现各因素对交错肋换热性能的影响力为:肋倾... 详细信息

为了深入了解交错肋进口雷诺数在104量级的换热特性,研究了肋倾角、肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋换热特性的影响。基于响应曲面法建立了交错肋回归模型,对数值模拟结果进行分析。研究发现各因素对交错肋换热性能的影响力为:肋倾角>肋宽与肋间距比>进口雷诺数。肋倾角减小,交错肋平均努塞尔数先增大后减小,肋倾角在30°~40°时平均努塞尔数出现极大值,肋倾角太小不利于换热。肋倾角每减小25°时,交错肋流阻系数平均增大10倍;当肋倾角增大时,交错肋流阻系数极大值向低雷诺数方向移动;当肋倾角大于35°时,肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋流阻系数影响较小。进口雷诺数与交错肋换热性能参数均呈正相关。交错肋在大肋宽与肋间距比、小肋倾角时的换热能力更强;在大肋宽与肋间距比、大肋倾角时的综合流动传热性能更好。

关键词：燃气轮机涡轮叶片交错肋响应曲面法换热特性

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基于卷积神经网络的古陶瓷窑口甄别

光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 354-358页

作者：孙合杨周越黎思佳李丽闫灵通冯向前中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院大学北京100049

古陶瓷作为中华文化的瑰宝,自古以来不仅在国内受到追捧,在国外同样被视若珍宝。伴随着古代商贸的进行,中国古陶瓷遍布全球各地,辗转流传被私人或博物馆收藏,还有部分古陶瓷经墓葬发掘以及沉船打捞后被收藏于博物馆,这类古陶瓷的产地溯... 详细信息

古陶瓷作为中华文化的瑰宝,自古以来不仅在国内受到追捧,在国外同样被视若珍宝。伴随着古代商贸的进行,中国古陶瓷遍布全球各地,辗转流传被私人或博物馆收藏,还有部分古陶瓷经墓葬发掘以及沉船打捞后被收藏于博物馆,这类古陶瓷的产地溯源一直以来都是陶瓷考古的重点,对于研究古代商贸和文化交流有重要的意义。通过便携式数码显微镜、分光光度计、X射线荧光等方法对从越窑后司岙、越窑寺龙口、龙泉枫洞岩窑、耀州窑发掘出土的青釉瓷样品进行分析测量,获得了来自四个窑青釉瓷样品的微观气泡尺寸分布特征、紫外可见近红外光谱特征、釉的成分数据。将来自四个窑青釉瓷样品的这三种特征作为变量建立卷积神经网络分类模型进行训练和验证,结果表明青釉瓷的微观气泡尺寸分布特征、紫外可见近红外光谱特征以及瓷釉成分数据均有效,但是不同特征的分类准确率差异非常明显。三十次随机划分训练集与测试集的模型训练平均准确率:微观气泡尺寸分布特征模型为75%,紫外可见近红外光谱特征模型为89.2%,成分数据模型为92.1%,成分数据模型准确率最高且训练集与测试集准确率相差最小。将基于不同特征训练好的模型参数保存进行融合后再训练发现基于紫外可见近红外光谱特征的模型与基于微观气泡尺寸分布特征模型融合后准确率提升至93.7%,而将三种特征的模型融合后准确率提升至最高的97.4%。五折交叉验证的结果表明多种特征融合后的模型可以有效避免出现单一特征模型对越窑后司岙以及越窑寺龙口样品交叉错判数较多的情况。综合来看基于卷积神经网络探索更多的古陶瓷有效分类特征对于实现古陶瓷的精准溯源是可行的。

关键词：卷积神经网络气泡紫外-可见-近红外光谱 X射线荧光青釉瓷