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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

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年第5期60卷 775-785页

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北京100049 中国科学院高能物理研究所北京100049

基于多物理场耦合分析方法,建立耦合器的一维失超过程模型,并解决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问题。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... 详细信息

基于多物理场耦合分析方法,建立耦合器的一维失超过程模型,并解决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问题。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。当此部分漏热量随着时间的推移而失超时,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共同影响。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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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

小角中子散射原位研究镍基高温合金第二相析出演化行为

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金属学报 2024年第8期60卷 1100-1108页

作者：李亚微谢光柯于斌卢玉章黄亚奇张健中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学院高能物理研究所北京100049

γ′和γ′′相是镍基高温合金中的重要强化相,为了阐明其在热处理中的析出演化机制,本工作以广泛使用的GH4169合金为对象,采用小角中子散射原位研究了固溶时效热处理中第二相的析出演化行为,并借助TEM对非原位样品进行验证分析。结果表... 详细信息

γ′和γ′′相是镍基高温合金中的重要强化相,为了阐明其在热处理中的析出演化机制,本工作以广泛使用的GH4169合金为对象,采用小角中子散射原位研究了固溶时效热处理中第二相的析出演化行为,并借助TEM对非原位样品进行验证分析。结果表明:合金中第二相主要在时效过程中析出,包括球状γ′相和γ′与γ′′复合相(以γ′′/γ′/γ′′三明治结构为主)。其中,球状γ′相数量随时效进行不断增多;复合相在一级时效中大量形成,但在二级时效中数量变化不大。此外,2类析出相尺寸均在一级时效时逐渐增大,在二级时效时几乎不变。在整个时效过程中,球状γ′相与基体相界面逐渐尖锐,而复合相越来越扁,其界面成分波动始终显著。由此可知,第二相的析出演化行为受控于界面元素扩散机制。

关键词： GH4169 热处理小角中子散射第二相析出演化行为

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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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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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

面向非均匀不连续X射线望远镜的最优化精密温控方法与试验验证

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光学精密工程 2024年第14期32卷 2225-2235页

作者：张晓峰冯建朝马佳廖星张永合陈勇中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 中国科学院高能物理研究所北京100049

本文旨在实现EP卫星X射线望远镜的精密控温,通过建立Wolter-I型掠入射X射线望远镜数学传热模型,揭示了热量在聚焦镜组中的传递规律,并设计了两类主动控温加热器。针对望远镜非均匀、不连续构型导致的热场调控难题,提出了最优化精密控温... 详细信息

本文旨在实现EP卫星X射线望远镜的精密控温,通过建立Wolter-I型掠入射X射线望远镜数学传热模型,揭示了热量在聚焦镜组中的传递规律,并设计了两类主动控温加热器。针对望远镜非均匀、不连续构型导致的热场调控难题,提出了最优化精密控温方法,兼顾控温指标与工艺研制难度,构建了关于热量补偿如何分区调配的代价函数。通过设置关于平均偏差、最大偏差、区域个数、最小区域长度的权重参数,获得了第一类加热器最优化设计方案。整星级真空试验结果表明:54个镜片温度范围为19.1~20.9℃,且时域温度稳定性较好,波动小于0.2℃,满足X射线望远镜(20±1)℃的指标要求,权重参数设计合理。本研究提出的方法,成功应对了非均匀、不连续X射线望远镜精密控温难题,为温度要求较高的空间科学探测器提供了技术支持。

关键词：精密控温最优化 X射线非均匀不连续 EP卫星

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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