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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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第四代同步辐射光源的光束线站及其应用

物理 2024年第2期53卷 80-88页

作者：孙喆李明中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230029 中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置北京100049

随着第四代同步辐射光源的兴起,得益于X射线亮度和相干性的大幅度提升,同步辐射实验技术在谱学、散射和成像等方面取得了显著进步。这些技术能够探测复杂非均匀体系和动态变化过程中的物质结构、成分、化学价态、电子态和磁性等关键信息... 详细信息

随着第四代同步辐射光源的兴起,得益于X射线亮度和相干性的大幅度提升,同步辐射实验技术在谱学、散射和成像等方面取得了显著进步。这些技术能够探测复杂非均匀体系和动态变化过程中的物质结构、成分、化学价态、电子态和磁性等关键信息,在基础科学领域和应用基础研究中发挥关键作用。文章旨在介绍第四代同步辐射光源的线站技术优势,并结合具体例子探讨其在若干物理研究中的应用,同时也讨论了当前存在的工程技术挑战。希望人们能够了解第四代同步辐射光源的光束线站的特点和应用潜力,以促进其在各个科研领域的推广。

关键词：同步辐射 X射线相干性光束线

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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

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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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基于响应曲面法的交错肋换热特性研究

推进技术 2024年第4期45卷 153-162页

作者：李敏龙余荣国郭定坤王会社孙琦中国科学院工程热物理研究所北京100190

为了深入了解交错肋进口雷诺数在104量级的换热特性,研究了肋倾角、肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋换热特性的影响。基于响应曲面法建立了交错肋回归模型,对数值模拟结果进行分析。研究发现各因素对交错肋换热性能的影响力为:肋倾... 详细信息

为了深入了解交错肋进口雷诺数在104量级的换热特性,研究了肋倾角、肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋换热特性的影响。基于响应曲面法建立了交错肋回归模型,对数值模拟结果进行分析。研究发现各因素对交错肋换热性能的影响力为:肋倾角>肋宽与肋间距比>进口雷诺数。肋倾角减小,交错肋平均努塞尔数先增大后减小,肋倾角在30°~40°时平均努塞尔数出现极大值,肋倾角太小不利于换热。肋倾角每减小25°时,交错肋流阻系数平均增大10倍;当肋倾角增大时,交错肋流阻系数极大值向低雷诺数方向移动;当肋倾角大于35°时,肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋流阻系数影响较小。进口雷诺数与交错肋换热性能参数均呈正相关。交错肋在大肋宽与肋间距比、小肋倾角时的换热能力更强;在大肋宽与肋间距比、大肋倾角时的综合流动传热性能更好。

关键词：燃气轮机涡轮叶片交错肋响应曲面法换热特性

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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光学微腔磁传感器(特邀)

光子学报 2024年第5期53卷 125-137页

作者：刘健飞胡志刚高艺萌李贝贝北京凝聚态物理国家研究中心中国科学院物理研究所北京100190

磁场传感在基础物理研究及生物医疗、航空航天、军事、工业等领域的应用方面都发挥着重要作用。在过去的几十年间,研究人员已发展出超导量子干涉器件磁力仪、光学原子磁力仪、金刚石氮空位色心磁传感器等诸多高灵敏度磁传感器。光学微... 详细信息

磁场传感在基础物理研究及生物医疗、航空航天、军事、工业等领域的应用方面都发挥着重要作用。在过去的几十年间,研究人员已发展出超导量子干涉器件磁力仪、光学原子磁力仪、金刚石氮空位色心磁传感器等诸多高灵敏度磁传感器。光学微腔由于其品质因子高,模式体积小,因此可显著增强传感的灵敏度,近年来被广泛应用于高灵敏磁传感器的研究。本文对这种新兴的光学微腔磁传感器进行了全面介绍。光学微腔磁传感器根据工作原理的不同,大致可分为磁致伸缩磁传感器、扭矩磁传感器和磁光效应磁传感器这三类。本文介绍了这三类微腔磁传感器的工作原理和发展现状,并总结了多种提升磁场探测灵敏度的手段,最后对微腔磁传感器的发展方向和应用前景进行了展望。

关键词：光学微腔磁传感器高灵敏度小型化回音壁模式光学微腔

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