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正电子湮没符合多普勒展宽技术的材料学研究进展

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物理学报 2024年第7期73卷 62-81页

作者：叶凤娇张鹏张红强况鹏于润升王宝义曹兴忠中国科学院高能物理研究所多学科研究中心北京100049

正电子湮没技术是研究材料微观结构的一种原子尺度表征方法,通过分析正电子湮没行为可以得到湮没位点处局域电子密度和原子结构信息.近年来,正电子湮没谱学技术已经发展成为优于常规手段的特色表征技术,其中符合多普勒展宽技术在研究缺... 详细信息

正电子湮没技术是研究材料微观结构的一种原子尺度表征方法,通过分析正电子湮没行为可以得到湮没位点处局域电子密度和原子结构信息.近年来,正电子湮没谱学技术已经发展成为优于常规手段的特色表征技术,其中符合多普勒展宽技术在研究缺陷附近的电子和原子结构方面具有独特优势,商谱曲线中高动量区域形状的变化反映了正电子湮没位点周围的元素信息.在常规符合多普勒展宽技术发展基础上,能量可调的慢正电子束流符合多普勒展宽技术在获取表面微观结构的深度分布信息上展示出独特的作用,同时也弥补了常规符合多普勒展宽技术只能表征体材料中缺陷环境的不足.本文结合国内外相关进展,综述了符合多普勒展宽技术在各类材料中的研究进展:1)合金中空位型缺陷和纳米沉淀的演化行为;2)半导体中晶格空位与杂质原子的相互作用;3)氧化物中氧空位和金属阳离子浓度的变化.除此之外,在聚合物中自由体积孔洞的大小、数量及分布的估算表征领域中,符合多普勒展宽技术也逐步得到应用.

关键词：符合多普勒电子动量元素分布微观缺陷

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高精度固态调制器绝缘栅双极晶体管驱动电路

强激光与粒子束 2024年第6期36卷 120-128页

作者：石秀倩何大勇李飞甘楠牟雅洁李京祎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

加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的... 详细信息

加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的性能直接影响IGBT的开关特性,最终影响脉冲电压质量,尤其是驱动电路的导通抖动指标,这是影响脉冲电压精度的关键因素之一。根据加法器式固态调制器中IGBT的工作特性,以提高脉冲电压精度为目标,对驱动电路进行研究。分析了开关抖动对输出电压精度的影响,介绍了设计原理,研制了驱动电路板,并利用放电模块对其工作性能进行了实验测试。测试结果表明,该款驱动电路的导通抖动为300 ps,相比1 ns的商用驱动电路抖动压缩至1/3,在1 kV充电电压下,放电模块在0.5Ω的负载上放电,形成上升时间为500 ns、导通抖动峰、峰值在5 ns以下的脉冲电压,当发生退饱和故障时,驱动电路能够在4μs时间内关断IGBT,该款驱动电路满足高精度固态调制器的工作要求。

关键词：固态调制器脉冲电压精度绝缘栅双极晶体管栅极驱动电路导通抖动

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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

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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

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

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面向应用的新一代稀磁半导体研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 9-22页

作者：彭毅赵国强邓正靳常青中国科学院物理研究所北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以... 详细信息

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以(Ba,K)(Zn,Mn)_(2)As_(2)等为代表的新一代稀磁半导体,通过等价态的Mn掺杂引入自旋、异价态的非磁性离子掺杂引入电荷,成功实现了230 K的居里温度,刷新了可控型稀磁半导体的居里温度记录.本文将重点介绍几种代表性的新一代稀磁半导体的设计与研制、新一代稀磁半导体的综合物性表征、大尺寸单晶生长以及基于单晶的安德烈夫异质结研制.我们团队通过新一代稀磁半导体的新材料设计研制、综合物性研究、简单原型器件构建的“全链条”模式研究,开拓了自旋电荷分别掺杂的稀磁半导体材料研究领域,充分展现了自旋和电荷掺杂分离的新一代稀磁半导体材料潜在应用前景.

关键词：新一代稀磁半导体自旋电荷掺杂分离高居里温度多组合异质结

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用于扫描隧道显微镜的低噪声前置电流放大器

物理学报 2024年第13期73卷 20-27页

作者：唐海涛米壮王文宇唐向前叶霞单欣岩陆兴华中国科学院物理研究所应用物理中心北京10019 中国科学院大学物理学院北京100190

前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一,其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要.本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素,通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化,设计了一款针对扫描隧道显微镜... 详细信息

前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一,其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要.本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素,通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化,设计了一款针对扫描隧道显微镜系统的前置电流放大器.该放大器最灵敏档位(1 GΩ)的噪声低至4 fA/(Hz)1/2,带宽为2.3 kHz,具有10 MΩ,100 MΩ和1 GΩ三个测量量程并且可以通过控制信号实现自动切换,测量范围覆盖pA—μA量级的隧穿电流.利用该前置电流放大器展示了扫描隧道显微镜系统的主要功能,包括表面形貌表征、扫描隧道谱测量以及原子搬运,并探索了隧穿电流中散粒噪声的测量.通过散粒噪声随隧穿电流的变化关系,得到隧穿结中散粒噪声的法诺因子约等于1,验证了简单金属隧穿结中电子隧穿满足泊松过程,为表面电子关联体系的高精度表征提供了基础.

关键词：扫描隧道显微镜前置电流放大器散粒噪声

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基于多物理场耦合分析的超导耦合器失超过程研究

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北京大学学报(自然科学版) 2024年

作者：周健荣常正则刘枭黄彤明张沛李少鹏葛锐中国科学院大学中国科学院高能物理研究所

超导耦合器负责为超导加速器的核心加速部件——超导腔馈入功率，兼具能量传输、绝热真空等多重作用。对于直接与超导腔连结的超导耦合器，当其发生失超时，会更加显著地影响超导腔的稳定运行，因此有必要对其开展深入的机理分析。耦合... 详细信息

超导耦合器负责为超导加速器的核心加速部件——超导腔馈入功率，兼具能量传输、绝热真空等多重作用。对于直接与超导腔连结的超导耦合器，当其发生失超时，会更加显著地影响超导腔的稳定运行，因此有必要对其开展深入的机理分析。耦合器失超受到电磁场、流场、热场等多个物理场的共同影响，因此本文基于多物理场耦合分析方法，建立了耦合器的一维失超过程模型，并解决了材料物性和内热源中非线性因素对数值求解精度和稳定性的影响。结果表明，耦合器铌管靠近常温端的漏热是影响失超的关键因素，延长铌管与液氦接触部分的长度或采用更高RRR值的铌材，均可以有效降低铌管温度。为了保证施加电磁场后耦合器整体不发生失超，应控制铌管靠近常温端的漏热不高于5.18 W。当此部分漏热量随时间增大而导致失超时，失超传播速度和失超区域的占比受漏热增长率和漏热量的综合影响。发生失超后，控制漏热量的变化可以使耦合器重新恢复超导，延迟时间约为0.2 s。

关键词：加速器超导耦合器耦合分析失超

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以基础研究和大科学设施助推新质生产力发展

科技导报 2024年第12期42卷 1-2页

作者：王贻芳中国科学院高能物理研究所北京100049

基础研究是一切科技活动的基础,也是经济和技术发展的根基。没有基础科学的成果,就没有当今高度发达、富裕、强盛的现代生活。基础科学的重大突破,如牛顿力学、电磁学、热力学、相对论、量子力学等,奠定了工业革命、能源革命和信息革命... 详细信息

基础研究是一切科技活动的基础,也是经济和技术发展的根基。没有基础科学的成果,就没有当今高度发达、富裕、强盛的现代生活。基础科学的重大突破,如牛顿力学、电磁学、热力学、相对论、量子力学等,奠定了工业革命、能源革命和信息革命的基础,我们耳熟能详的现代机械、航空航天、电力电子、半导体与通信等现代工业体系均奠基在基础科学的知识与规律之上,是能够做到“知其然并知其所以然”“举一反三”的缘由。面对未来,为实现“从0到1”的创新与跨越,建设创新型的科技强国,应该且必须全面掌握人类已有的知识体系,并积极参与新知识和新规律的“生产”,为人类文明做出与中华民族的灿烂历史与人口规模相匹配的成就与贡献。

关键词：现代工业体系能源革命科技强国举一反三基础科学现代机械航空航天牛顿力学