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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

Nb_(3)Sn超导线材中Ta层的去除及腐蚀机理

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金属学报 2024年第7期60卷 968-976页

作者：高瞻张泽荣程军胜王秋良中国科学技术大学稀土学院合肥230026 中国科学院赣江创新研究院赣州341119 中国科学院电工研究所北京100190

高质量的超导接头对于超导磁体的建造和后期稳定运行有着关键的作用。然而,针对Nb_(3)Sn线材,常常因为内部Ta阻挡层的存在而影响超导接头的制备。为了探究Nb_(3)Sn超导线材中Ta阻挡层的去除方法,选取内锡法制备的Nb_(3)Sn超导线材为实... 详细信息

高质量的超导接头对于超导磁体的建造和后期稳定运行有着关键的作用。然而,针对Nb_(3)Sn线材,常常因为内部Ta阻挡层的存在而影响超导接头的制备。为了探究Nb_(3)Sn超导线材中Ta阻挡层的去除方法,选取内锡法制备的Nb_(3)Sn超导线材为实验对象,研究了线材在HF溶液、HF气氛、HF和H_(2)O_(2)混合溶液以及HF和HNO_(3)混合溶液中的腐蚀行为和特征,利用SEM和OM分析了线材微观结构和腐蚀形貌。结果表明,Ta层在HF和HNO_(3)混合溶液中腐蚀最快,在HF和H_(2)O_(2)混合溶液中次之,在HF气氛中较慢,在HF溶液中最慢。综合腐蚀后效果,采用HF和H_(2)O_(2)混合溶液进行腐蚀是去除Nb_(3)Sn超导线材中Ta阻挡层的最佳方法。同时,选取高纯Ta片为研究对象,分别在上述介质中进行腐蚀实验,并通过OM、XRD和XPS观察和分析试样腐蚀形貌、物相结构变化和腐蚀溶液中的元素价态,揭示了Ta的腐蚀机理,氧化剂的存在可以通过加快Ta表面Ta_(2)O_(5)膜的形成来加快HF对Ta的腐蚀速率。

关键词： Nb_(3)Sn超导线超导接头 Ta HF腐蚀

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量子信息科技的发展现状与展望

物理学报 2024年第1期73卷 1-8页

作者：潘建伟中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院合肥230026

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使... 详细信息

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使得以量子信息科学为代表的量子科技突飞猛进,标志着第二次量子革命的兴起.量子信息科技包括量子通信、量子计算、量子精密测量等方面,为保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等提供了革命性解决方案,可为国家安全和国民经济高质量发展提供关键支撑.经过近30年的发展,我国在量子信息科技领域整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃,在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位;在量子计算方面牢固占据国际第一方阵;在量子精密测量的多个方向进入国际领先或先进水平.当前,需要根据国家战略需求和国际竞争态势,做好未来5—10年我国在量子信息领域的发展重点研判,率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系.

关键词：量子通信量子计算量子精密测量

基于真空紫外光电离质谱研究正戊基过氧自由基自反应

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分析化学 2024年第6期52卷 856-865页

作者：柳玲玉马子吉夏宇林晓晓张为俊中国科学技术大学环境科学与光电技术学院中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学研究生院科学岛分院

正戊基过氧自由基(C5H11O2)是正戊烷氧化过程中的关键中间体，在低NOx（NO和NO2）条件下，其自反应对大气自由基的链传播和终止具有重要的作用。采用微波放电快速流动管反应器，结合真空紫外光电离质谱仪在线检测自反应产物。结果表明，... 详细信息

正戊基过氧自由基(C5H11O2)是正戊烷氧化过程中的关键中间体，在低NOx（NO和NO2）条件下，其自反应对大气自由基的链传播和终止具有重要的作用。采用微波放电快速流动管反应器，结合真空紫外光电离质谱仪在线检测自反应产物。结果表明，C5H11O2自反应存在3个产物通道，对应的产物分别为烷氧自由基C5H11O、羰基化合物C5H10O和有机醇C5H11OH，以及二聚体产物C5H11OOC5H11。为了进一步确定产物的来源通道，开展了反应动力学研究，通过比较主要产物的实验结果与模拟计算结果，揭示了C5H11O2自反应机理。本研究在线测量了C5H11O2自反应形成的二聚体产物C5H11OOC5H11，预测其产物通道分支比约为10%，并结合量子化学理论计算确定了其分子离子结构。

关键词：过氧自由基自反应真空紫外光电离动力学实验二聚体产物

来源：博看期刊

2017~2021年苏皖鲁豫交界区域PM_(2.5)和O_(3)时空变化特征及影响因素

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环境科学 2024年第4期45卷 1950-1962页

作者：陈伟徐学哲刘文清中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026

苏皖鲁豫交界区域是长三角和京津冀及周边两大大气污染治理重点区域的连接带,揭示该区域PM_(2.5)和O_(3)污染特征对推动区域大气污染联防联控有着重要意义.基于2017~2021年苏皖鲁豫交界区域22个地市的国家空气环境监测网络观测数据,探... 详细信息

苏皖鲁豫交界区域是长三角和京津冀及周边两大大气污染治理重点区域的连接带,揭示该区域PM_(2.5)和O_(3)污染特征对推动区域大气污染联防联控有着重要意义.基于2017~2021年苏皖鲁豫交界区域22个地市的国家空气环境监测网络观测数据,探讨了该区域PM_(2.5)和O_(3)浓度的时空变化特征及气象影响.结果表明:(1)2017~2021年区域PM_(2.5)浓度呈现逐年下降趋势,PM_(2.5)浓度月均值呈现“U型”分布,冬季PM_(2.5)浓度仍维持高位.O_(3)-8h-90%浓度呈现波动下降趋势,O_(3)-8h-90%浓度月均值变化呈“M型”分布,夏秋季O_(3)污染程度未有好转.(2)与2017年相比,2021年PM_(2.5)-O_(3)复合污染天数减少了52 d,但PM_(2.5)污染仍占主导地位.(3)PM_(2.5)和O_(3)污染区域主要集中在区域中部和北部城市,且中部城市PM_(2.5)和O_(3)污染程度均改善显著.(4)采用Moran's I指数和LISA指数分析了区域PM_(2.5)和O_(3)-8h-90%浓度的全局和局部空间自相关性,PM_(2.5)和O_(3)-8h-90%浓度均具有空间相关性,PM_(2.5)浓度主要表现为高值-高值聚集或低值-低值聚集现象,且高值-高值聚集有从中部向西部转移的现象,2020年和2021年O_(3)-8h-90%浓度表现为高值-高值聚集或低值-低值聚集现象.(5)结合气象要素数据,利用KZ滤波方法量化排放源与气象条件对区域PM_(2.5)和O_(3)-8h浓度的贡献,两者主要受到污染物排放影响,贡献率分别为101.0%和99.3%,表明污染物减排是驱动区域空气质量改善的主要因素.此外,气象条件对PM_(2.5)浓度的贡献在一、四季度为正值,二、三季度为负值,而对O_(3)-8h浓度的影响则反之,且气象条件对不同城市PM_(2.5)和O_(3)-8h浓度的影响程度存在较大差异.

关键词： PM_(2.5) 臭氧(O_(3)) 时空分布相关性气象因素

基于星载同步大气参数的多光谱卫星影像校正方法

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 843-852页

作者：徐玲玲熊伟易维宁裘桢炜刘晓崔文煜中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031

大气状态随时空变化具有显著差异,因此遥感卫星影像大气校正一直受限于难以动态获取与图像时空匹配大气参数的现实问题。高分辨率多模综合成像(高分多模)卫星作为我国目前空间分辨率最高的民用光学遥感卫星,搭载了首颗民用同步大气校正... 详细信息

大气状态随时空变化具有显著差异,因此遥感卫星影像大气校正一直受限于难以动态获取与图像时空匹配大气参数的现实问题。高分辨率多模综合成像(高分多模)卫星作为我国目前空间分辨率最高的民用光学遥感卫星,搭载了首颗民用同步大气校正仪(SMAC)。SMAC是一台偏振多波段大气探测装置,采用时间同步和空间覆盖的探测方式,获取与同平台的主相机时空同步的大气信息。基于SMAC探测反演的大气参数,提出了一种利用星上同步大气参数校正高分辨率卫星遥感影像的方法Syn-AC。首先,基于时间同步的原则,结合主相机辅助数据,对SMAC原始数据进行预处理,形成SMAC-Level1产品;然后根据SMAC-Level1数据,进行SMAC云像元的判别,接着对无云覆盖的像元进行气溶胶和水汽参数的反演,形成Level2产品;最后采用同步反演大气参数,基于6SV辐射传输模型,对高分多模卫星Level1A级遥感影像进行大气辐射校正和邻近效应校正,得到主相机Level2地表反射率产品。在实验部分,利用Syn-AC对高分多模卫星多光谱影像进行大气同步校正试验,对大气校正前后的图像质量进行了定量评价。进一步地,结合地面实测反射率数据分析校正后的地表反射率,讨论同步大气校正方法的校正精度。同时,应用经典大气校正方法-FLAASH对多光谱影像进行大气校正,并与Syn-AC校正结果进行了性能比较。结果表明,同步大气校正得到的地表反射率与地面实测值比较一致,人工靶标校正后的平均反射率与地面实测值的平均绝对误差为0.012 2(FLAASH为0.027 4)。基于SMAC同步大气参数的大气校正方法在提高卫星图像质量和遥感定量化应用中具有很大的潜力。

关键词：高分多模同步大气校正仪同步大气校正反射率

基于SiGe材料的热电器件输出性能仿真计算分析

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稀有金属 2024年第3期48卷 378-387页

作者：赵明孙陆军黄望哩肖尊奇姜志忠中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026

近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平... 详细信息

近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平面型SiGe热电器件的仿真模型,分析电极厚度、电偶臂间距、电偶臂结构、热损和热端温度变化对器件输出性能影响。结果表明,器件开路电压和最大输出功率分别为0.315 V和0.56 W,与器件实验结果的误差均小于5%,模型具有较好的计算精度。减小热端SiMo电极厚度和电偶臂间距有效提高了器件输出性能,当器件电极厚度为1 mm,电偶臂间距为3 mm时,输出功率和热电效率达0.85 W和6.80%。结构设计发现,当n型和p型电偶臂横截面积比为0.90时,输出功率获得最大值;面积比为1.10时,转换效率获得最大值。器件与环境之间换热系数的增大有利于输出功率的提高,但转换效率大幅降低。器件输出性能变化相对热端温度变化具有滞后性,温度阶跃变化之后重新达到稳态所需要的时间为0.048 s,大于温度线性变化重新达到稳态所需要的时间0.022 s。研究结果可为后续器件的加工制备提供理论指导。

关键词： SiGe 热电器件数值模拟输出性能

逐束团三维信息提取软件HOTCAP的实时性能优化

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核技术 2024年第2期47卷 23-30页

作者：杨星冷用斌周逸媚中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学技术大学合肥230026 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

为了研究高能电子加速器储存环中的注入瞬态过程及束流不稳定性问题,上海光源束测组开发了可实现逐束团三维位置和电荷量的精确测量的宽带示波器信号处理软件包HOTCAP。但该软件包未特别针对数据处理速度进行算法和代码执行效率的优化,... 详细信息

为了研究高能电子加速器储存环中的注入瞬态过程及束流不稳定性问题,上海光源束测组开发了可实现逐束团三维位置和电荷量的精确测量的宽带示波器信号处理软件包HOTCAP。但该软件包未特别针对数据处理速度进行算法和代码执行效率的优化,完成单次测量数据的处理分析所需时间达到数十分钟量级,不能完全满足实时测量的需要。为解决这一问题,对HOTCAP软件包各功能模块进行了运行效率测试及算法优化,优化后单次测量数据处理时间缩短10倍以上,可满足高能电子储存环状态的实时监控与数据在线发布需求。

关键词：逐束团测量 HOTCAP 数据分析高速示波器

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基于啁啾极化晶体的中红外上转换成像研究

红外与激光工程 2024年第3期53卷 52-60页

作者：韩赵其智葛正王小骅周志远史保森中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室安徽合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院安徽合肥230026

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下... 详细信息

将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下,将中红外波段的光场信息高效、高保真地迁移到可见光域进行探测。通过建立简单的物理模型,理论上讨论了啁啾极化晶体参数对上转换成像性能的影响,并进行了数值仿真;通过实验进一步研究了啁啾晶体上转换方法在转换带宽、成像视场等成像关键参数上的优势,实验结果与理论计算值吻合较好。通过上转换方法,演示了相干光与非相干光照明条件下目标探测,实现了相干光照明下的光学边缘增强成像和非相干照明下的热辐射目标识别。这一工作对基于啁啾晶体的上转换成像系统的理解、设计和实际应用具有重要参考价值。

关键词：中红外成像上转换啁啾极化晶体带宽效率