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粒子加速器中激光跟踪仪控制网测量精度研究

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 156-166页

作者：王铜周维虎董岚梁静马娜何振强柯志勇罗涛门玲鸰王小龙李波卢尚闫路平韩圆颖中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心广东东莞523803 中国科学院大学北京100049

粒子加速器的高精度准直要求对测量技术提出很大挑战,由于激光跟踪仪具有大尺寸、高精度及三维空间测量的优势,因此需要开展激光跟踪仪对粒子加速器的测量精度研究。首先,针对激光跟踪仪的标称测量精度,介绍了激光跟踪仪标称测量精度的... 详细信息

粒子加速器的高精度准直要求对测量技术提出很大挑战,由于激光跟踪仪具有大尺寸、高精度及三维空间测量的优势,因此需要开展激光跟踪仪对粒子加速器的测量精度研究。首先,针对激光跟踪仪的标称测量精度,介绍了激光跟踪仪标称测量精度的表达方法、测试方法,对标称精度指标的计算方法进行推导,并对其具体含义进行解释,为激光跟踪仪的测量应用及数据处理提供了理论基础。然后,以直线控制网为代表开展激光跟踪仪对粒子加速器控制网的测量方法和测量精度分析,在中国散裂中子源大科学装置直线加速器进行了实际测量,采用激光跟踪仪分两组在同一时间内进行观测,通过对控制网单组的平差精度以及两组的坐标对比分析,全面准确地评价其测量精度,发现200 m长直线控制网点位横向最弱精度优于0.2 mm。同时,以导线网为简化模型对直线控制网的精度进行理论估算,发现直线控制网中部点位横向精度与控制网长度的三次方开根号成正比,从而可快速推算出其他规模的直线控制网的的测量精度,为陆续建设的粒子加速器的准直精度分析以及准直方案决策提供指导。

关键词：粒子加速器准直激光跟踪仪标称精度控制网精度分析精度估计

中国散裂中子源自研前端专用芯片CSNS_VASD性能测试

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核技术 2024年第7期47卷 48-56页

作者：杨浩路书祥李怀申陈少佳唐彬王修库曾莉欣于莉万志永刘慧银孙志嘉郑州大学郑州450001 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

中子闪烁体探测器是中国散裂中子源工程主力探测器之一,高探测效率是目前正在研制的第二代中子闪烁体探测器的设计目标。CSNS_VASD芯片是中国散裂中子源工程专门为第二代中子闪烁体探测器研发的一款专用集成电路芯片。为了验证芯片性能... 详细信息

中子闪烁体探测器是中国散裂中子源工程主力探测器之一,高探测效率是目前正在研制的第二代中子闪烁体探测器的设计目标。CSNS_VASD芯片是中国散裂中子源工程专门为第二代中子闪烁体探测器研发的一款专用集成电路芯片。为了验证芯片性能,设计了专用测试系统,并在实验室和中子束线对芯片进行了测试。测试结果显示:自研芯片的非线性误差≤1%、等效噪声电压≤0.63 mV、通道间串扰≤0.89%;探测器探测效率为40.7%@0.1 nm。性能指标均达到了工程设计指标的要求。CSNS_VASD芯片的成功研制为中国散裂中子源工程的顺利建设提供了可靠的技术保障。

关键词：中国散裂中子源中子闪烁体探测器专用集成电路芯片硅光电倍增管 FPGA

中国散裂中子源二期靶站关键部件辐照损伤模拟计算

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物理学报 2024年第9期73卷 46-57页

作者：曹嵩殷雯周斌胡志良沈飞易天成王松林梁天骄中国科学院高能物理研究所北京100049 中国科学院大学核科学与技术学院北京100049 粤港澳中子散射科学技术联合实验室东莞523800

中国散裂中子源一期工程于2018年通过国家验收,当前束流功率已经达到140 kW.为进一步提高靶站慢化器输出中子强度,已经提出中国散裂中子源二期500 kW功率升级计划.靶站关键部件长期受到高通量、高能量的粒子辐照,会产生较强的辐照损伤,... 详细信息

中国散裂中子源一期工程于2018年通过国家验收,当前束流功率已经达到140 kW.为进一步提高靶站慢化器输出中子强度,已经提出中国散裂中子源二期500 kW功率升级计划.靶站关键部件长期受到高通量、高能量的粒子辐照,会产生较强的辐照损伤,影响着这些部件的使用寿命.本文首先使用PHITS3.33程序计算了钨、SS316不锈钢、6061铝合金3种材料的质子和中子原子离位截面以及氢、氦的产生截面,并分析了NRT(Norgett-Robinson-Torrens)模型和热平衡前原子复位修正(athermal recombination corrected,ARC)模型对材料离位损伤的影响.在此基础上结合中国散裂中子源二期靶站基线模型计算了靶站关键部件在500 kW的束流功率下运行5000 h产生的原子离位次数(displacement per atom,DPA)以及氢、氦的产额.计算结果表明,钨靶受辐照后产生的NRT-dpa,ARC-dpa,H和He产额最大值分别为8.01 dpa/y(1 y=2500 MW·h),2.39 dpa/y,5110 appm/y(atom parts per million,appm,每百万原子中产生该原子的个数)和884 appm/y.同样也计算了靶容器、慢化器反射体容器和质子束窗的辐照损伤值,根据这些部件的辐照损伤值预估了各自的使用寿命.这些结果对分析中国散裂中子源二期靶站关键部件的辐照损伤情况,构建合理的维护方案有着十分重要的意义.

关键词：中国散裂中子源二期靶站辐照损伤 ARC-dpa PHITS模拟

基于空间分辨中子衍射方法的锂离子电池电化学反应均匀性研究

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储能科学与技术 2024年第1期13卷 72-81页

作者：童文欣黄中垣王睿邓司浩何伦华肖荫果北京大学深圳研究生院广东深圳518055 散裂中子源科学中心广东东莞523803 中国科学院物理研究所北京100190

锂离子电池作为一种具有复杂组成的电化学器件,其电化学反应的均匀性受多种因素影响,包括正负极材料成分、电池结构和制备工艺等。电池的局部电化学反应不均匀性将导致局部失效加剧,进而影响其电化学性能、循环稳定性和安全性。鉴于电... 详细信息

锂离子电池作为一种具有复杂组成的电化学器件,其电化学反应的均匀性受多种因素影响,包括正负极材料成分、电池结构和制备工艺等。电池的局部电化学反应不均匀性将导致局部失效加剧,进而影响其电化学性能、循环稳定性和安全性。鉴于电池拆解分析不但会破坏其电芯结构,改变电极材料的化学性质,进而影响分析结果的准确性,本工作介绍并应用无损的空间分辨飞行时间中子衍射方法,对大尺寸软包锂离子电池电化学反应分布的均匀性展开研究。通过采集和分析毫米尺度测试区域的中子衍射数据,获得了全电池在初始状态和失效状态下锂离子嵌入石墨负极过程中的相变信息,并构建了全电池不同位置处的石墨负极多相含量分布和归一化后负极中的锂浓度分布图。此外,结合高精度三维X射线断层扫描方法,从电池厚度、电流密度和电解质浓度等多个角度,分析和探讨了这些因素对锂离子电池电化学反应均匀性的影响。空间分辨中子粉末衍射方法可以对不同类型和不同形状的金属离子电池中的电化学反应均匀性进行快速直接的检测,为电池结构性能优化和技术改进提供强有力的技术支持。

关键词：空间分辨中子衍射方法锂离子电池材料锂浓度分布电化学反应均匀性

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小角中子散射物理模型自动化筛选

计算机工程 2024年第6期50卷 56-64页

作者：李亚康陈刚中国科学院大学北京100049 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心广东东莞523803

小角中子散射(SANS)实验数据的分析过程需要科研人员选择样品对应的物理模型进行迭代拟合来表征样品的结构和属性。目前选择物理模型的方法大多是基于人工经验,分析门槛高、准确率较低。基于标准神经网络模型的小角中子散射实验样品物... 详细信息

小角中子散射(SANS)实验数据的分析过程需要科研人员选择样品对应的物理模型进行迭代拟合来表征样品的结构和属性。目前选择物理模型的方法大多是基于人工经验,分析门槛高、准确率较低。基于标准神经网络模型的小角中子散射实验样品物理模型自动化筛选方法面临着图像缺乏局部特征、类内差异大、类间差异小等问题。设计双模态特征融合卷积神经网络(BFF-CNN)模型,先引入物理感知的傅里叶-贝塞尔变换(FBT)来提取散射图像的全局结构信息,再将原始图像与FBT变换图像通过两个子网络分别进行特征提取与特征融合,以提升神经网络整体的特征表达能力。提出受限Softmax(R-Softmax)损失函数,通过在原生Softmax损失函数的基础上添加惩罚项来限制输入样本被分配到非本真类的概率,可在Softmax损失接近0时缓解梯度的消失问题,进而提高收敛速度。在自建的小角中子散射图像数据集上的实验结果表明,BFF-CNN的预测准确率和平均召回率相比于ResNet-18、PMG等模型提升幅度较大,采用R-Softmax与中心损失函数的联合学习策略后的预测准确率和召回率相比只采用Softmax损失函数提升了5.4和10.5个百分点,具有较好的小角中子散射图像分类效果。

关键词：小角中子散射物理模型神经网络傅里叶-贝塞尔变换特征融合

基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统的研制

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核电子学与探测技术 2024年第2期44卷 284-291页

作者：田香凝马毅超滕海云陕西科技大学西安710021 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

针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光... 详细信息

针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光纤光锥投影的中子光斑进行曝光。通过SiPM提供的粗位置信息确定CMOS传感器的感兴趣区域,读出数据传输至上位机进行显示与分析。实验结果表明,该系统中最小像素单元尺寸为28μm×28μm的CMOS传感器能够对孔径为200μm的小孔进行成像,最大偏移为28μm,系统最高计数率为82 kHz,可实现高效率的中子探测。

关键词：中子照相电子学系统 CMOS图像传感器 FPGA

DUWe:动态未知词嵌入方法在Web异常检测中的应用

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计算机科学 2024年第S1期51卷 914-918页

作者：王丽陈刚夏明山胡皓中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心广东东莞523803 中国科学院大学北京100049

现有的基于深度学习模型的词嵌入方法用于Web异常检测时,通常将语料库中没有出现的未知词汇(Out of Vocabulary,OOV)设置为unknown,并赋予零或随机向量输入到模型中进行训练,未考虑未知词汇在Web请求语句中的上下文关系。同时,在Web系... 详细信息

现有的基于深度学习模型的词嵌入方法用于Web异常检测时,通常将语料库中没有出现的未知词汇(Out of Vocabulary,OOV)设置为unknown,并赋予零或随机向量输入到模型中进行训练,未考虑未知词汇在Web请求语句中的上下文关系。同时,在Web系统代码开发过程中,基于个人习惯并为了增加代码的可读性,程序员设计的请求路径代码往往存在一定的模式。因此,考虑到Web请求的模式和单词语义间的相关性,研究基于Word2vec的动态未知词表示方法DUWe(Dynamic Unknown Word Embedding),该方法通过分析Web请求路径中单词上下文的关系来赋予未知词向量的表示内容。在CSIC-2010和WAF Dataset数据集上的实验评估表明,增加未知词表示方法比仅用Word2vec静态特征提取方法具有更好的性能,同时在准确性、精准率、召回率和F1-Score方面均有提高,在训练时间上最大降低1.14倍。

关键词：未知词汇 Web异常检测动态词嵌入词嵌入优化深度学习

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HEPS六极铁标定方案分析

核技术 2024年第2期47卷 41-48页

作者：韩圆颖吴亚峰董岚王铜卢尚闫路平张露彦刘晓阳闫皓月马娜何振强柯志勇门玲鸰李波王小龙梁静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

六极铁作为高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)储存环八铁单元的重要部件之一,其技术工艺较为复杂,对加工精度和中心引出精度要求都很高。本文对HEPS六极铁的机械中心引出标定方案进行了研究,利用极缝偏差角对常规标定... 详细信息

六极铁作为高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)储存环八铁单元的重要部件之一,其技术工艺较为复杂,对加工精度和中心引出精度要求都很高。本文对HEPS六极铁的机械中心引出标定方案进行了研究,利用极缝偏差角对常规标定坐标系进行旋转,使三个极缝面更接近理论位置,从而减小磁铁主场斜分量;对每块磁铁进行两次机械中心标定,极缝间距的实测值与设计值的标准偏差在0.015 mm,坐标系旋转前后的基准点偏差标准值为0.09 mm,旋转角最大可达0.6 mrad。这种考虑极缝偏差角的建系方法可以提高标定的精度,能为实际工作中同类型、准直精度有相同要求的设备标定提供参考,有利于加速器装置的顺利安装,对加速器准直测量具有十分重要的意义。

关键词：六极铁中心标定机械中心坐标系旋转准直精度

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钐钴永磁漂移管出气及质谱分析

真空科学与技术学报 2024年

作者：关玉慧王鹏程刘顺明刘佳明孙晓阳谭彪王一刚朱邦乐李阿红李波吴小磊于永积邓昌东袁月散裂中子源科学中心中国科学院高能物理研究所中国科学技术大学

本文系统地阐述了同步气路法测量材料出气率的实验原理，首先实验测得钐钴永磁铁室温下不同时刻的出气率并给出及其拟合曲线，可预测更长时间钐钴所对应的出气率。其次，实验测得钐钴永磁铁漂移管样机的整体出气量，并与钐钴样品总出气... 详细信息

本文系统地阐述了同步气路法测量材料出气率的实验原理，首先实验测得钐钴永磁铁室温下不同时刻的出气率并给出及其拟合曲线，可预测更长时间钐钴所对应的出气率。其次，实验测得钐钴永磁铁漂移管样机的整体出气量，并与钐钴样品总出气量进行比对，分析夹气是导致漂移管样机出气量下降缓慢的主要原因，并提出改进方案。然后，对比不同状态下的残余气体成分，分析结果对于后续漂移管的加工提供改进思路。最后，计算了钐钴永磁漂移管应用于DTL1#物理腔引起的压强变化，为钐钴永磁漂移管的应用提供数据支持。

关键词：同步气路法钐钴出气率漂移管出气量残余气体分析钐钴永磁漂移管应用