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基于Daisy的天文卫星数据处理软件系统设计与实现

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核电子学与探测技术 2024年第2期44卷 191-199页

作者：王爽张红梅杨阳修艺璇胡誉中国科学院高能物理研究所北京100049 国家高能物理科学数据中心北京100049 中国科学院大学北京100049

天文卫星数据处理是开展空间天文学领域科学研究的重要内容,也是当前研究的热点。然而,在大数据背景下,由于需要进行大规模数据处理,传统的数据处理方式已经无法满足当前应用的需求。针对这一问题,本文提出了一种数据处理软件系统,该系... 详细信息

天文卫星数据处理是开展空间天文学领域科学研究的重要内容,也是当前研究的热点。然而,在大数据背景下,由于需要进行大规模数据处理,传统的数据处理方式已经无法满足当前应用的需求。针对这一问题,本文提出了一种数据处理软件系统,该系统基于Daisy(Data Analysis Integrated Software System)研发,实现天文卫星数据处理流程的自动化和规范化。首先,通过分析卫星数据产品间的依赖关系,采用数据分块处理技术,实现系统内存管理;其次,通过对数据处理算法和工具进行标准化,实现底层代码的统一管理;最后,研发工作流调度平台,实现数据处理流程的自定义配置和实时监控。实验验证了该系统具有有效性和实用性,能够克服传统数据处理方法的不足,实现数据处理流程的自动化和规范化,为相关软件系统的设计提供指导。

关键词：软件系统卫星数据处理工作流天文卫星算法标准化

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中国散裂中子源缪子谱仪及其应用展望

物理学报 2024年第19期73卷 140-154页

作者：李强李样吕游潘子文鲍煜中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室合肥230026

中国散裂中子源二期升级工程包含建设缪子实验终端和一条表面缪子束线,并规划未来建设负缪子束线和衰变缪子束线.表面缪子束线预计2029年建成出束,有望成为我国首个人造缪子源实验平台.缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱... 详细信息

中国散裂中子源二期升级工程包含建设缪子实验终端和一条表面缪子束线,并规划未来建设负缪子束线和衰变缪子束线.表面缪子束线预计2029年建成出束,有望成为我国首个人造缪子源实验平台.缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学是缪子源平台最重要的应用技术,分别在材料磁性分析和元素成分无损测量方面具有独特优势,在磁性、超导、新能源、科技考古等多学科领域取得了大量瞩目成果.本文围绕中国散裂中子源缪子实验终端及其谱仪建设,分别介绍了缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学和负缪子X射线分析谱学的基本原理、特色优势,以及基于缪子实验终端的谱仪物理设计和应用展望;最后展望了该缪子实验终端未来的缪子束线规划和更多样化的应用场景.

关键词：中国散裂中子源缪子实验终端缪子自旋弛豫/旋转/共振谱学负缪子X射线分析谱学

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机器学习在光电子能谱中的应用及展望

物理学报 2024年

作者：邓祥文伍力源赵锐王嘉鸥赵丽娜中国科学院高能物理研究所中国科学院大学中国地质大学(北京)

光电子能谱是一项在物质科学中被广泛应用的表征技术.尤其是角分辨光电子能谱(ARPES),可以直接给出材料体系内电子的能量-动量色散关系和费米面结构,是研究多体相互作用和关联量子材料的利器.随着先进ARPES如时间分辨ARPES,Nano-ARPES... 详细信息

光电子能谱是一项在物质科学中被广泛应用的表征技术.尤其是角分辨光电子能谱(ARPES),可以直接给出材料体系内电子的能量-动量色散关系和费米面结构,是研究多体相互作用和关联量子材料的利器.随着先进ARPES如时间分辨ARPES,Nano-ARPES等技术的不断发展,以及同步辐射装置的更新换代,将会产生越来越多的高通量实验数据.因此,探索准确,高效,同时能挖掘深层物理信息的数据处理方法变得愈发迫切.由于机器学习天然具有的自动化处理复杂高维数据能力,推动了包括ARPES在内的诸多领域的变革和技术创新.本文综述了机器学习在光电子能谱中的应用,包括对光谱数据进行降噪,进行电子结构分析,化学组成分析,以及结合理论计算获得的电子结构信息进行光谱预测.进一步,展望了更多机器学习算法在光电子能谱中的应用,最终有望形成更加自动化的数据采集、预处理系统以及数据分析的工作流,推动光电子能谱技术的发展,从而推进量子材料和凝聚态物理前沿研究.

关键词：机器学习光电子能谱同步辐射量子材料

基于JavaFx的硅像素顶点探测器原型机数据获取软件的研制

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核电子学与探测技术 2024年第3期44卷 404-414页

作者：陈一鸣周佳徐畅章红宇朱科军严子越吴天涯梁志均胡俊魏微张颖核探测与核电子学国家重点实验室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

在环形正负电子对撞机(CEPC)实验中,硅像素顶点探测器对空间位置分辨率有着极高的要求,这使得其芯片和探测器设计面临巨大挑战。太初系列硅像素探测器芯片(TaichuPix)是基于CMOS技术的一种重要尝试,其首款工程批芯片被应用于开发第一个... 详细信息

在环形正负电子对撞机(CEPC)实验中,硅像素顶点探测器对空间位置分辨率有着极高的要求,这使得其芯片和探测器设计面临巨大挑战。太初系列硅像素探测器芯片(TaichuPix)是基于CMOS技术的一种重要尝试,其首款工程批芯片被应用于开发第一个全尺寸顶点探测器原型机。为满足顶点探测器原型机在实验中的特定需求,设计并实现了一套基于JavaFx框架的跨平台数据获取系统。该系统能够高效地进行探测器原型机的配置、数据采集、在线数据校验和实时监测,同时提供了一个用户友好的图形化界面。在实验室环境及德国电子同步加速器研究所(DESY)的束流实验中,数据获取系统的功能完善性和运行稳定性得到了验证,充分满足了硅像素顶点探测器原型机的实验需求。

关键词：数据获取环形正负电子对撞机硅像素顶点探测器 JavaFx

时效温度对SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料时效析出行为的影响

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金属学报 2024年第8期60卷 1043-1054页

作者：张冉朱士泽刘振宇柯于斌王东肖伯律马宗义中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学院高能物理研究所北京100049

SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料力学性能的提升需要充分理解SiC颗粒的添加对Al基体时效析出行为的影响。但由于受到表征手段的限制,其内在机制尚不明确。本工作结合原位小角中子散射、透射电子显微术和拉伸实验等手段,研究了时效温度(100和160... 详细信息

SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料力学性能的提升需要充分理解SiC颗粒的添加对Al基体时效析出行为的影响。但由于受到表征手段的限制,其内在机制尚不明确。本工作结合原位小角中子散射、透射电子显微术和拉伸实验等手段,研究了时效温度(100和160℃)对15%SiC(体积分数)增强Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu(质量分数,%)复合材料时效析出行为与沉淀强化机制的影响,并与Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu合金进行了对比。结果表明,100℃时效时,随着时效时间由0.5 h延长至3 h,复合材料中的析出相由GPI区演变为GPI区+GPII区,且尺寸明显增加。但由于该温度下时效动力学缓慢,析出相的体积分数仅略有增加。析出相尺寸和体积分数的增加均可以增大位错切过析出相的阻力,从而提升复合材料的沉淀强化能力。160℃时效温度下时效动力学加速,复合材料中析出相的尺寸和体积分数均随时效时间的延长而增加,析出相类型也由时效0.5 h的GPII区+η'相演变为时效3 h的η'相+η相。此时的沉淀强化机制以绕过型为主,尽管析出相体积分数的增加有利于提高复合材料的强度,但其尺寸的增大以及强化能力较差的平衡相η相的出现却会削弱强化效果,因此复合材料的屈服强度随时效时间的延长仅有小幅提高。与Al-7.5Zn-1.8Mg-1.7Cu合金相比,100与160℃时效3 h后复合材料的屈服强度均降低,但相关机制并不相同。100℃时效时2种材料中析出相的类型和尺寸大致相同,但复合材料由于SiC/Al界面反应消耗Mg导致析出相的体积分数减少,从而使得沉淀强化能力减弱。160℃时效时加速的时效动力学补偿了Mg消耗引起的析出相体积分数的减少,但复合材料中较低的空位浓度导致析出相粗化且平衡相η相占比增加,这也会削弱其沉淀强化能力。

关键词： SiC/Al-Zn-Mg-Cu复合材料时效析出行为强化机制小角中子散射

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3D-SOI像素芯片逻辑层的设计与实现

核电子学与探测技术 2024年第5期44卷 791-798页

作者：郑炜达周扬卢云鹏徐畅周佳章红宇董静董明义欧阳群中国科学院高能物理研究所北京100049 核探测与核电子学国家重点实验室北京100049 中国科学院大学北京100049

环形正负电子对撞机(CEPC)实验对顶点探测器的空间分辨率提出了极为苛刻的要求。SOI像素传感器芯片CPV-4使用了3D堆叠技术来满足CEPC需要的高空间分辨率。本文主要研究在3DSOI技术下CPV-4的逻辑层电路设计与验证。逻辑层作为CPV-43D芯... 详细信息

环形正负电子对撞机(CEPC)实验对顶点探测器的空间分辨率提出了极为苛刻的要求。SOI像素传感器芯片CPV-4使用了3D堆叠技术来满足CEPC需要的高空间分辨率。本文主要研究在3DSOI技术下CPV-4的逻辑层电路设计与验证。逻辑层作为CPV-43D芯片的上层部分包含粒子击中信息的存储和读出功能,采用了紧凑的像素逻辑设计和高效的优先级编码读出逻辑设计。测试系统基于IPBUS协议实现了逻辑交互、数据传输和用户界面的软硬件功能,同时开发了模仿逻辑层功能和接口的仿真器模块。通过对仿真器模块、单独的上层芯片以及3D堆叠后的片上逻辑层进行对比测试,完整验证了片上逻辑层的电路功能,并证明了3D堆叠的键合、减薄和顶层金属化等工艺步骤对片上逻辑层没有不利影响。3D-SOI像素芯片的逻辑电路设计和3D堆叠技术研发取得了初步进展。

关键词： CEPC 顶点探测器 3D-SOI 芯片测试

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基于大科学装置的纳米生物效应研究进展

分析测试学报 2024年第10期 1483-1495页

作者：解宏鑫李玉锋于永亮陈栋梁敬罕涛李柏陈春英中国科学院高能物理研究所中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室/中国科学院-香港大学金属组学与健康和环境联合实验室/北京金属组学平台/全国金属组学创新研究中心东北大学理学院化学系中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置/高能同步辐射光源中国科学院高能物理研究所中国散裂中子源国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室

纳米生物效应是指纳米尺度物质与生命体系的相互作用情况。大科学装置也称大科学设施，是指需通过较大规模投入和工程建设来完成、建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动而实现重要科学技术目标的大型设施。大科学装置可为纳米... 详细信息

纳米生物效应是指纳米尺度物质与生命体系的相互作用情况。大科学装置也称大科学设施，是指需通过较大规模投入和工程建设来完成、建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动而实现重要科学技术目标的大型设施。大科学装置可为纳米生物效应研究提供重要工具。基于大科学装置的相关技术在时间分辨率、空间分辨率、测定通量和原位分析方面具有独特优势，可为纳米生物效应研究提供前沿分析方法。该文介绍了基于大科学装置的相关技术在纳米生物效应研究中的最新进展，着重总结了基于同步辐射装置、自由电子激光装置和中子源等相关技术在纳米生物效应研究中的应用进展，特别是纳米材料表征、纳米材料在生物体内的分布与转化以及纳米材料与生物分子的相互作用研究等。此外，也对利用新一代大科学装置开展纳米生物效应研究进行了展望。

关键词：大科学装置纳米生物效应同步辐射装置自由电子激光装置中子源

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GECAM卫星溴化镧晶体性能研究

核电子学与探测技术 2024年第3期44卷 420-427页

作者：安正华张大力孙希磊李新乔熊少林杨生中国科学院高能物理研究所北京100049 核探测与核电子学国家重点实验室北京100049

GECAM卫星伽马射线探测器(GRD)设计使用3 in(1 in=25.4 mm)直径的溴化镧晶体(LaBr3晶体)作为伽马射线探测灵敏材料,后端耦合硅光电倍增管(SiPM)进行读出。对引力波最高能电磁对应体全天监测器(GECAM)卫星所用的LaBr_(3)晶体进行了本底测... 详细信息

GECAM卫星伽马射线探测器(GRD)设计使用3 in(1 in=25.4 mm)直径的溴化镧晶体(LaBr3晶体)作为伽马射线探测灵敏材料,后端耦合硅光电倍增管(SiPM)进行读出。对引力波最高能电磁对应体全天监测器(GECAM)卫星所用的LaBr_(3)晶体进行了本底测试,并根据晶体的掺杂类型进行了分类,使用放射源对所有晶体的性能进行了测试。为了研究LaBr_(3)晶体的辐照损伤情况,使用^(60)Co放射源对晶体进行了辐照损伤性能测试。测试结果表明,LaBr_(3)晶体的本底可分为单掺杂和双掺杂两个类型。GECAM卫星的LaBr_(3)晶体的能量分辨<18%@59.5 keV,满足设计使用要求。在1.65 kGy剂量的累积辐照后,经过较长时间的退激发,LaBr_(3)晶体试验前后662 keV的峰值变化小于15%,满足空间环境条件下(GECAM卫星在轨3年)的使用要求。

关键词： GECAM卫星溴化镧晶体伽马射线探测辐照损伤

基于百太瓦级激光系统驱动的高能量13 nm波段高次谐波产生

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光学学报 2024年第2期44卷 221-228页

作者：高记星娄智远杨帆杨晓骏许毅冷雨欣郑颖辉曾志男李儒新中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 张江实验室上海201210

利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10^(-7)和3.0×10^(-7),谐波发散... 详细信息

利用百太瓦级激光系统在氖气(Ne)中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ(13.1 nm波长)和11.1 nJ(13.5 nm波长)的高次谐波辐射,转换效率为3.6×10^(-7)和3.0×10^(-7),谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解,得到单原子偶极发射谱,结合麦克斯韦方程组模拟传播效应,同时考虑气体对谐波的吸收效应,理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好,纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。

关键词：极紫外高次谐波相位匹配空间分布