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纳弧度级柔性角位移调节机构的优化设计

核技术 2024年第6期47卷 1-10页

作者：赵高峰祝万钱张丽敏刘芳芳金利民薛松中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院上海高等研究院上海201204 中国科学院大学北京100049

针对同步辐射中纳弧度级角位移调节的需求,优化设计并研制出一套冗余并联式柔性铰链转动装置。分析了柔性机构的运动学机理,利用虚位移原理推导出机构的整体静态转动刚度,研究其特性及铰链各参数对其影响。根据拉格朗日方程建立其动力... 详细信息

针对同步辐射中纳弧度级角位移调节的需求,优化设计并研制出一套冗余并联式柔性铰链转动装置。分析了柔性机构的运动学机理,利用虚位移原理推导出机构的整体静态转动刚度,研究其特性及铰链各参数对其影响。根据拉格朗日方程建立其动力学模型,推导出机构在运动方向的固有频率。建立数学优化模型,进行了机构静态和动态的双目标优化设计,采用基因遗传算法对带有非线性约束条件的目标函数优化求解。利用有限元方法对优化后的机构进行了模态分析,研究了柔性机构的前四阶固有频率和振型。制作出高精度的柔性铰链机构,设计搭建转动调节装置进行实验测试。测试结果表明:柔性角位移调节机构转角可达到0.668°,微调时双向运动重复精度实现±8.91 nrad,角分辨率为15 nrad,1~500 Hz的30 min稳定性(均方根值)为2.72 nrad,机构的一阶固有频率约295 Hz,与理论计算和有限元分析相一致。结果验证了优化设计的柔性机构实现纳弧度级高精度角位移调节的有效性和可靠性。

关键词：纳弧度级柔性机构优化设计遗传算法模态分析

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基于可见光红外扫描辐射计杂散光建模仿真

遥感学报 2024年第3期28卷 747-755页

作者：殷恺钮新华张锷中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083

杂散光对星载红外光学系统的影响体现在两个方面,一是成像质量会恶化,二是仪器定标精度会降低。因此,开展星载红外光学系统杂散光分析与抑制工作十分必要。本文以FY-3气象卫星的可见光红外扫描辐射计(VIRR)为研究对象,使用TracePro对仪... 详细信息

杂散光对星载红外光学系统的影响体现在两个方面,一是成像质量会恶化,二是仪器定标精度会降低。因此,开展星载红外光学系统杂散光分析与抑制工作十分必要。本文以FY-3气象卫星的可见光红外扫描辐射计(VIRR)为研究对象,使用TracePro对仪器成像光学系统进行建模仿真,得到了不同光谱通道在不同维度的点源透过率(PST)曲线。结合在轨仪器备份产品的杂散光实验室复测,对模型仿真与实测结果做了定性比对分析。通过分析PST曲线,找到了仪器可能受杂散光影响的光照角度;通过对卫星轨道参数进行仿真和分析,在考虑载荷间相互影响的情况下模拟了卫星穿越晨昏线时的光照射情况,获得了杂散光量级的初步结果。该工作还可以为同类载荷的消杂散光设计和太阳污染抑制提供参考,同时为遥感历史数据再定标提供基础支撑。

关键词：遥感可见光红外扫描辐射计(VIRR) 杂散光抑制点源透过率(PST) 太阳污染再定标

In_(0.52)Al_(0.48)As/InP的正向和反向异质结在带隙附近的不同光谱现象

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物理学报 2024年第2期73卷 287-292页

作者：吴洋胡晓刘博文顾溢查访星上海大学物理系上海200444 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

应用光电导谱(PC)和光致发光谱(PL)研究了由分子束外延在InP(100)衬底上生长In_(0.52)Al_(0.48)As获得的两种异质结外延结构,分别是在InP衬底上生长InAlAs形成的正向异质结样品(样品A:In_(0.52)Al_(0.48)As/InP)和InAlAs层继续生长InP... 详细信息

应用光电导谱(PC)和光致发光谱(PL)研究了由分子束外延在InP(100)衬底上生长In_(0.52)Al_(0.48)As获得的两种异质结外延结构,分别是在InP衬底上生长InAlAs形成的正向异质结样品(样品A:In_(0.52)Al_(0.48)As/InP)和InAlAs层继续生长InP形成的上层为反向异质结的双异质结样品(样品B:InP/In_(0.52)Al_(0.48)As/InP).PL和PC实验采用光从表面入射激发的测量构型,样品测量温度为77 K.样品A的PC谱显示,在激发光能量大于表面In_(0.52)Al_(0.48)As层的带隙时出现了电导陡降的反常变化,还在916 nm波长处呈现一小的电导峰结构.PL谱对应此波长位置则出现很强的发光峰.样品B则未观察到上述光谱特征,该差异可从两类异质结不同的界面电子结构获得解释.

关键词：半导体光谱半导体界面光电导光致发光

电感耦合等离子体发射光谱法测定LiF-UF_(4)和LiF-ThF_(4)熔盐中主量金属元素的含量

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核技术 2024年第3期47卷 116-122页

作者：韩玲唐圆圆葛敏钱渊刘洪涛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

氟锂铀(LiF-UF_(4))和氟锂钍(LiF-ThF_(4))可用作钍基熔盐反应堆的添加盐,在熔盐生产过程中需检测主量金属元素锂、铀和钍的含量。本工作采用硝酸和过氧化氢对氟锂铀样品进行前处理,采用硝酸铝溶解氟锂钍试样,以电感耦合等离子体发射光... 详细信息

氟锂铀(LiF-UF_(4))和氟锂钍(LiF-ThF_(4))可用作钍基熔盐反应堆的添加盐,在熔盐生产过程中需检测主量金属元素锂、铀和钍的含量。本工作采用硝酸和过氧化氢对氟锂铀样品进行前处理,采用硝酸铝溶解氟锂钍试样,以电感耦合等离子体发射光谱法为测量手段,为降低信号漂移的影响,以锰作为内标元素,建立了两种快速分析手段。当称样量为0.2 g时,该方法的精度均小于2%。氟锂铀加标回收实验中,Li回收率在99.6%~102.4%,U回收率在99.6%~101.8%。氟锂钍加标实验中,Li回收率在99.6%~102.3%,Th回收率在99.6%~102.4%。这些分析方法操作流程简单,耗时较短,测定结果准确,精密度高,适合大批量样品的快速分析。

关键词： LiF-UF_(4) LiF-ThF_(4) ICP-AES 锂铀钍

FLiBe熔盐中铀与镧系(Eu、Sm、Yb、La、Ce和Ho)氟化物的电化学性质及分离

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核技术 2024年第6期47卷 26-34页

作者：蒋锋黄卫佘长锋付海英龚昱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

利用电化学方法在熔盐介质中进行乏燃料的后处理分离是干法后处理中研究最广泛的技术之一,其核心内容就是采用电解法实现锕系元素和镧系元素分离。本文采用循环伏安法、方波伏安法和恒电位电解法研究了FLi Be(Li F-Be F_(2))熔盐中UF_(4... 详细信息

利用电化学方法在熔盐介质中进行乏燃料的后处理分离是干法后处理中研究最广泛的技术之一,其核心内容就是采用电解法实现锕系元素和镧系元素分离。本文采用循环伏安法、方波伏安法和恒电位电解法研究了FLi Be(Li F-Be F_(2))熔盐中UF_(4)和Ln F_(3)(Ln=Eu、Sm、Yb、La、Ce和Ho)的电化学行为和分离可行性,在FLi BeUF_(4)-Ln F_(3)混合熔盐体系中使用W电极开展了UF_(4)与Ln F_(3)电解分离研究。结果表明:在惰性钨(W)电极上U4+的氧化还原反应分为两步,分别是U^(4+)+e^(-)→U^(3+)和U^(3+)+3e^(-)→U^(0),而Yb^(3+)、Sm^(3+)、Eu^(3+)只能发生一电子转移还原为+2价态的Yb^(2+)、Sm^(2+)、Eu^(2+)的离子,La^(3+)、Ce^(3+)和Ho^(3+)离子在FLi Be熔盐电化学窗口内则没有明显的电化学信号;X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)和能量色谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)结果证明了W电极上的电解产物为金属U、UF_(3)和夹带的熔盐,而不含有Ln F_(3)的电解产物。这些研究结果为熔盐堆燃料中锕系元素和镧系元素的分离提供了基础数据。

关键词： FLiBe熔盐铀镧系元素电化学行为电解分离

反应堆瞬时短周期与反应性引入速率约束问题研究

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核技术 2024年第3期47卷 102-108页

作者：朱贵凤严睿邹杨郁长清赵学超郭建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

核反应堆在反应性引入过程中会出现瞬时短周期现象,可能触发周期保护系统,从而出现非必要停堆问题。瞬时短周期受反应性引入速率影响较大,但同时与当前缓发中子先驱核浓度相关,一般难以量化。本文从点堆方程出发,基于两次保守假设,剥离... 详细信息

核反应堆在反应性引入过程中会出现瞬时短周期现象,可能触发周期保护系统,从而出现非必要停堆问题。瞬时短周期受反应性引入速率影响较大,但同时与当前缓发中子先驱核浓度相关,一般难以量化。本文从点堆方程出发,基于两次保守假设,剥离出缓发中子先驱核浓度因素,推导出了简洁的瞬时短周期与反应性引入速率约束公式;并验证在该反应性速率约束下,瞬时短周期永远大于目标周期值,可以避免意外触发周期保护问题,为反应堆运行中的控制棒提升速率约束提供了理论依据。

关键词：核反应堆反应堆周期瞬态反应性

消除CDS折叠效应的增益自适应红外焦平面读出电路

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 83-94页

作者：吴双张健怡陈洪雷丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放... 详细信息

高动态范围是红外焦平面探测技术的先进发展方向之一。高集成度像元读出电路的动态范围受到小电荷存储容量和噪声的限制。所设计的增益自适应像元读出电路,小信号下为电容反馈跨阻放大器(CTIA),大信号下自动转换为变阻抗电阻反馈跨阻放大器(RTIA),实现小信号大增益、大信号小增益的自动切换,将集成3.86 fF积分电容的CTIA电荷容量拓展到1.63 Me^(–)。在15μm像元中心距的像元内集成相关双采样(CDS)结构,大幅减小噪声。对CDS大信号注入产生的折叠效应进行理论分析,并设计抗折叠结构。采用180 nm 3.3V CMOS工艺,完成640×512规模的读出电路的设计、仿真、流片、测试。测试结果显示,该电路可消除CDS折叠效应,噪声电子数17 e^(–),动态范围拓展到99.66 dB。

关键词：红外焦平面读出电路增益自适应抗折叠CDS CTIA 高动态范围低噪声

熔盐堆用U型管壳式换热器的传热与流动特性模拟分析

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核技术 2024年第7期47卷 148-160页

作者：崔蕾陈玉爽李启明钟雨孙强郭威蔡翔舟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

为更好地理解和掌握熔盐换热器的运行特征,并给熔盐堆中换热器的设计和运行累积经验,本文以美国橡树岭国家实验室10 MWt熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)用的主换热器为研究对象,基于该换热器的设计参数,应用管壳式换... 详细信息

为更好地理解和掌握熔盐换热器的运行特征,并给熔盐堆中换热器的设计和运行累积经验,本文以美国橡树岭国家实验室10 MWt熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)用的主换热器为研究对象,基于该换热器的设计参数,应用管壳式换热器的理论计算方法(包括Kern方法和Bell-Delaware方法)、换热器设计软件HTRI Xchanger Suite和计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)对换热器的关键性能指标(如换热系数、压降和换热功率)分别进行了计算分析,并与MSRE主换热器的实验数据进行比较分析。结果表明:两种理论计算方法(Kern方法、Bell-Delaware方法)、HTRI软件及CFD仿真模拟的结果与实验结果的差异均在可接受范围内。其中,Kern方法与MSRE实验所得的换热量相差最大,约为15%;HTRI软件模拟与MSRE实验所得的总换热系数相差最小,为0.16%。理论计算方法、换热器设计软件及CFD仿真均在不同程度上适用于熔盐-熔盐换热器设计,且CFD仿真还可以对换热器内部传热和流动细节进行直观描述。

关键词：熔盐换热器 Kern方法 Bell-Delaware方法 HTRI Xchanger Suite CFD仿真

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硼中子俘获治疗中子靶设计

核技术 2024年第4期47卷 32-38页

作者：王君岩孔海云李德明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

锂靶是^(7)Li(p,n)^(7)Be型硼中子俘获治疗装置中的关键部件。为设计一种可绕中心轴旋转的半轮胎状曲面结构的复合材料Li靶,采用蒙特卡罗工具包TOPAS模拟2.5 MeV、20 mA质子束入射不同径轴比的曲面锂靶对出射中子角分布、能谱和通量的影... 详细信息

锂靶是^(7)Li(p,n)^(7)Be型硼中子俘获治疗装置中的关键部件。为设计一种可绕中心轴旋转的半轮胎状曲面结构的复合材料Li靶,采用蒙特卡罗工具包TOPAS模拟2.5 MeV、20 mA质子束入射不同径轴比的曲面锂靶对出射中子角分布、能谱和通量的影响,采用ANSYS模拟了该靶的稳态温度分布。模拟结果表明:半轮胎状曲面结构的设计使得出射中子束更加集中,当径轴比为1.5时,出射角为0°~45°的中子数为相同情况平面靶的2.59倍,大于90°的中子数仅为相同情况平面靶的0.29倍。该曲面结构和褶皱水道设计使其散热性能也更优,对于50 kW的入射质子束,锂层稳态最高温度仅100℃,满足其散热要求。该新型曲面中子靶相比于传统平面靶极大地提升了出射中子的前向性和散热性能,在硼中子俘获治疗领域具有良好的应用前景。

关键词：硼中子俘获治疗中子靶蒙特卡罗模拟