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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

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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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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

SXFEL与SHINE高功率X波段干负载研制

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核技术 2024年第9期47卷 62-68页

作者：高子和谭建豪王程黄晓霞方文程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 中国科学院上海高等研究院上海201204

上海软X射线自由电子激光装置(Shanghai soft X-ray Free Electron Laser,SXFEL)与上海硬X射线自由电子激光装置(Shanghai High repetition rate XFEL and Extreme light facility,SHINE)需要使用许多大功率微波元件,例如行波加速管、偏转腔、脉冲压缩器等。为了满足这些元件的高功率测试与运行的需求,研发了两台高功率不锈钢吸收负载,在X波段两台负载的工作频率分别为11.424 GHz和11.988 GHz。通过模拟仿真的方法,设计了负载的初步模型,并优化了其微波参数。模拟结果显示两台负载在中心频率附近-20 dB以下的带宽达到百兆赫兹以上。通过理论计算的方法计算了水路中的对流换热系数,并基于此对负载的机械模型进行了热分析,计算了其工作状态下的温度分布。两台负载模型均具有周期性凹槽的类波导结构,在完成负载的加工制造后,使用矢量网络分析仪对两种负载在装夹状态和焊接完成后的射频参数进行了测量。实验测试的结果与模拟计算的结果吻合较好,达到了设计要求。

关键词：干负载 X波段功率吸收加速器

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结构陶瓷——承载人类文明的基石

无机材料学报 2024年第6期39卷 569-570页

作者：董绍明王京阳倪德伟中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院金属研究所沈阳110016

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同... 详细信息

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同构筑起人类文明的物质基石。其中,先进结构陶瓷更是以其耐高温、抗腐蚀以及优异的力学性能等特性.

关键词：结构陶瓷先进陶瓷人工合成材料传统陶瓷力学性能抗腐蚀创新精神耐高温

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YAG透明陶瓷的制备及其在深海领域的应用

硅酸盐学报 2024年第3期52卷 739-745页

作者：覃显鹏周国红王正娟胡松黄德信王士维中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

以商业高纯Al_(2)O_(3)粉和自制纳米Y_(2)O_(3)粉为原料,采用真空固相反应烧结法成功制备出了高透光的钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷。研究了反应烧结过程中物相演变和显微结构变化,烧结温度和保温时间对YAG透明陶瓷光学透过率的影响以及YAG... 详细信息

以商业高纯Al_(2)O_(3)粉和自制纳米Y_(2)O_(3)粉为原料,采用真空固相反应烧结法成功制备出了高透光的钇铝石榴石(YAG)透明陶瓷。研究了反应烧结过程中物相演变和显微结构变化,烧结温度和保温时间对YAG透明陶瓷光学透过率的影响以及YAG透明陶瓷在深海装备领域的应用性能等。结果表明:高温条件下,Al_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)反应先依次形成中间相YAM和YAP,最终在1500℃完全形成YAG;随着烧结温度的升高,YAG陶瓷内气孔不断排出且晶粒不断长大,光学透过率先增加后降低,在1780℃透过率达到最高;随着保温时间的延长,YAG陶瓷的透过率逐渐提高,但超过6 h后,再延长保温时间,对提高透过率的效果不显著。采用优化工艺制备的YAG透明陶瓷球罩经受住127 MPa抗压模拟试验,并成功应用在深海领域装备大功率LED照明灯和摄像机保护罩上,为拍摄“奋斗者”号万米海底作业以及央视现场直播做出了贡献。

关键词：钇铝石榴石透明陶瓷固相反应烧结深海应用

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活塞调相脉管制冷技术及应用

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1650-1655页

作者：刘少帅吴亦农蒋珍华惠贺军丁磊黄政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

脉管制冷机的微振动、高可靠、轻量化等特点,已经在航天红外探测器冷却方面取得广泛应用。作为新发展的调相方式,活塞调相技术在实现更高能效、更低温度、更低振动输出等方面具有独特优势。基于活塞调相的基本特性,针对主动活塞调相、... 详细信息

脉管制冷机的微振动、高可靠、轻量化等特点,已经在航天红外探测器冷却方面取得广泛应用。作为新发展的调相方式,活塞调相技术在实现更高能效、更低温度、更低振动输出等方面具有独特优势。基于活塞调相的基本特性,针对主动活塞调相、气动功回收活塞调相和主动功回收活塞调相三种主要的活塞调相方式进行气动力分析。分别将不同活塞调相方式应用于10~80 K脉管制冷机研制,验证活塞调相对多种形式下脉管制冷机能效提升应用效果。从应用视角出发,探讨活塞调相后续研究及改进方向。

关键词：脉管制冷机活塞调相声功回收低温制冷空间应用

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双面冷却熔盐堆组件热工分析程序开发与验证

核技术 2024年第9期47卷 121-134页

作者：胡思勤周翀朱贵凤邹杨余笑寒薛帅钰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

新型液态燃料熔盐堆双面冷却组件相比传统熔盐堆组件具有更大的换热面积和更短的石墨导热距离,因而具有更低的石墨温度热点,然而由于其不同的几何结构特征和熔盐自发热特性,组件内存在独特的热量分配和冷却剂流量分配的问题。为准确高... 详细信息

新型液态燃料熔盐堆双面冷却组件相比传统熔盐堆组件具有更大的换热面积和更短的石墨导热距离,因而具有更低的石墨温度热点,然而由于其不同的几何结构特征和熔盐自发热特性,组件内存在独特的热量分配和冷却剂流量分配的问题。为准确高效评估新型组件的热安全边界,有必要开发新的计算分析工具。本研究基于MATLAB开发了适用于熔盐堆双面冷却组件的一维稳态热工分析程序THDA-MSR(Thermal-Hydraulic Analysis Code for Dual Cooled Assembly-Molten Salt Reactor),考虑熔盐自发热的特点,建立了组件内外流道内熔盐的一维温度分布模型和熔盐石墨对流换热模型以及石墨导热模型,根据并联通道压损相等原则建立流量分配模型,通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟对程序计算结果进行了验证,并初步分析了各结构参数对组件最大熔盐出口温度和石墨温度热点的影响。THDA-MSR的计算结果与CFD结果吻合较好,压损偏差小于4.84%,石墨温度热点偏差小于0.15%,分析结果发现:外通道截面积占总流道截面积比是影响最大熔盐出口温度和石墨温度热点的关键参数。以上研究结果表明,自编程序能很好地预测组件流量分布、组件压损、熔盐温度分布和石墨温度热点。THDA-MSR能够应用于熔盐堆双面冷却组件热工水力性能分析评估,对于组件选型设计有较大工程参考价值。

关键词：液态燃料熔盐堆双面冷却组件热工性能流量分配