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HEPS光束线站光学棚屋辐射屏蔽设计

原子能科学技术 2025年第2期59卷 494-502页

作者：郭庆洋石泓刘琼瑶张会杰石澔玙马忠剑王庆斌中国科学院高能物理研究所北京100049

高能同步辐射光源(high energy photon source,HEPS)是一台能量为6 GeV、流强为200 mA的第4代同步辐射装置,建成之后将是我国拥有的第一台高能同步辐射光源。HEPS可以提供高达300 keV能量的X射线,具备建设80条以上高性能光束线站的容量... 详细信息

高能同步辐射光源(high energy photon source,HEPS)是一台能量为6 GeV、流强为200 mA的第4代同步辐射装置,建成之后将是我国拥有的第一台高能同步辐射光源。HEPS可以提供高达300 keV能量的X射线,具备建设80条以上高性能光束线站的容量。光束线站运行过程中不可避免地产生有害辐射,成为光源运行及维护过程中工作人员辐射剂量的直接来源。因此,采用棚屋整体屏蔽的方式包容有害辐射是很有必要的。光学棚屋作为光束线站中辐射最严重的区域,数量多达几十个,如何在满足防护需求的同时探索出可以灵活应用于各线站的屏蔽设计方案成为光束线站建设中亟待解决的问题。本文基于线站结构特点及源项类型,重点分析了光学棚屋内的辐射源项类型并提出了标准化屏蔽设计方案。结合束线设备种类及其布局,采用蒙特卡罗程序FLUKA和同步辐射计算软件STAC8模拟了光学棚屋内剂量分布及在屏蔽体内的衰减,给出了光学棚屋屏蔽墙体的建议厚度。合理的光学棚屋屏蔽体厚度可为HEPS束线提供辐射防护设计的依据。

关键词：光束线站光学棚屋气体轫致辐射同步辐射屏蔽设计

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eXTP聚焦镜电子偏转器仿真分析与设计

物理学报 2025年第5期74卷 9-19页

作者：郑人洲强鹏飞杨彦佶闫永清李悦盛立志陈勇中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室北京100049

X射线聚焦望远镜是进行空间X射线观测的核心设备,为保证其观测结果的准确性,需要对进入聚焦镜的低能电子进行有效偏转,达到降低本底噪声的目的.本文针对增强型X射线时变与偏振空间天文台(enhanced X-ray timing and polarimetry mission... 详细信息

X射线聚焦望远镜是进行空间X射线观测的核心设备,为保证其观测结果的准确性,需要对进入聚焦镜的低能电子进行有效偏转,达到降低本底噪声的目的.本文针对增强型X射线时变与偏振空间天文台(enhanced X-ray timing and polarimetry mission,eXTP)聚焦镜电子偏转器研制工作,满足聚焦镜光学系统对于低能电子的偏转需求,兼顾轻量化、电子偏转能力以及电磁兼容性能等问题,采用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了电子偏转器及聚焦镜镜片的全物理仿真模型,分析了磁感应强度分布、电子偏转轨迹以及磁场对聚焦镜镜片的影响,完成了电子偏转器电磁参数设计.模拟结果表明,电子偏转器周围空间中磁感应强度沿半径方向减小,两根辐条正中间磁感应强度最大值可达0.027 T.在磁感应强度平面及纵向分布中,当半径大于280 mm或纵向距离大于60 mm时,磁感应强度小于5×10^(–5)T(0.5 Gs),满足电磁兼容性能设计要求.当入射角≤10°时,电子偏转效率随电子能量和入射角增大而减小,50 keV能量以下电子偏转效率可达100%,满足电子偏转设计要求.聚焦镜镜片底端距离电子偏转器130 mm时,聚焦镜镜片在磁场的作用下,应力大小仅为10^(–3)N/m^(2)量级,形变大小仅为10^(–5)nm量级,表明磁场不会对聚焦镜的光学性能产生影响.这些结果为eXTP聚焦镜电子偏转器的研制工作提供了重要参考.

关键词：聚焦镜电子偏转器磁场偏转效率形变

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非弹性中子散射谱仪及其应用

一种通用的基于火焰高光谱的燃烧特性预测模型

物理学报 2025年第1期74卷 41-53页

作者：胡泽袁园李历斯任清勇冯雨沈俊英罗伟童欣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

非弹性中子散射谱是材料科学和物理学研究中的关键工具,其通过观测中子与物质相互作用后的能量和动量变化,揭示材料的微观动力学特性.该技术为定量描述材料的声子色散和磁性激发提供了重要信息.非弹性中子散射谱仪根据单色中子的选择方... 详细信息

非弹性中子散射谱是材料科学和物理学研究中的关键工具,其通过观测中子与物质相互作用后的能量和动量变化,揭示材料的微观动力学特性.该技术为定量描述材料的声子色散和磁性激发提供了重要信息.非弹性中子散射谱仪根据单色中子的选择方法,可分为三轴谱仪和飞行时间谱仪.三轴谱仪具有高信噪比、高灵活性,并且对特定测量点能进行精确追踪;而飞行时间谱仪则通过多种手段显著提升实验效率.非弹性中子散射谱仪的应用范围相当广泛,在磁性、超导、热电、催化等诸多材料的机理研究方面,均体现出在推动前沿科学发展中的不可或缺性.中国散裂中子源的高能非弹性谱仪是国内首台飞行时间中子非弹性谱仪,凭借其创新的费米斩波器设计,成功实现了高分辨率与多能量的共存,同时实验可用的单束中子支数达到了国际领先水平.

关键词：非弹性中子散射三轴中子散射谱仪飞行时间中子散射谱仪费米斩波器

来源：博看期刊评论

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光谱学与光谱分析 2025年第2期45卷 532-541页

作者：汪明贺红娟王宝瑞艾育华王岳中国科学院工程热物理研究所新技术实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

燃烧特性的准确预测可以为燃烧技术的优化提供重要依据。利用甲烷火焰高光谱数据同时预测多种燃烧特性,以解决工程中监测燃烧特性需要多种采集设备及现场取样的难题,提出了一种基于三维卷积神经网络(3-dimensional Convolutional Neural... 详细信息

燃烧特性的准确预测可以为燃烧技术的优化提供重要依据。利用甲烷火焰高光谱数据同时预测多种燃烧特性,以解决工程中监测燃烧特性需要多种采集设备及现场取样的难题,提出了一种基于三维卷积神经网络(3-dimensional Convolutional Neural Network)方法的火焰特性预测模型。首先在层流火焰高光谱数据上验证了该方法并进一步将模型应用于湍流火焰高光谱数据,接着建立了一种通用模型和训练方法,最后使用Gradient-weighted Class Activation Mapping(Grad-CAM)方法对模型进行可解释性研究。在层流模型中研究了不同参数对火焰特性预测模型准确性的影响;在湍流模型中探究了使用迁移学习的可行性以及添加小波去噪处理方法和改变卷积层数对模型结果的影响;在通用模型中解决数据不一致的问题,使得层流和湍流火焰作为训练数据对模型进行混合训练成为可能,实现了从实验室小火焰到实际工程火焰的燃烧特性参数预测模型的建立;在模型的可解释性研究中使用Grad-CAM方法对神经网络模型的工作原理和决策过程进行研究。结果显示层流预测模型中针对不同预测参数平均准确率均能达到96%以上,使用Mish+Mae的参数组合平均准确率最高为98%且拥有较高的模型稳定性;湍流预测模型的平均准确率均能达到95%以上,迁移学习、小波去噪处理和改变卷积层数均能在一定程度上提升模型性能,但需要进行合适的调整;通用模型在层流和湍流不同参数预测的平均准确率分别达到了97%和94%,在两种不同火焰的工况下均达到较高的准确率,说明模型的适用性较强;可解释性研究中Grad-CAM热力图上的信息表明该方法能够通过定位火焰敏感区域,并从光谱中提取到关键组分信息,从而完成对火焰特性的预测。该研究可以为燃烧学实验测试技术的智能化发展提供支持,对燃烧特性的研究具有重要意义。

关键词：高光谱技术燃烧特性神经网络

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发展大科学设施,建设科技强国

求是 2025年第5期 65-70页

作者：王贻芳中国科学院高能物理研究所

在海拔4410米的海子山上,世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最好的超高能伽马射线探测装置“拉索”,搜寻着看不见、摸不着的宇宙线;在重峦叠幛的喀斯特群山之间,500米口径球面射电望远镜“中国天眼”,仰望苍穹、远跳寰宇,将人类“视界... 详细信息

在海拔4410米的海子山上,世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最好的超高能伽马射线探测装置“拉索”,搜寻着看不见、摸不着的宇宙线;在重峦叠幛的喀斯特群山之间,500米口径球面射电望远镜“中国天眼”,仰望苍穹、远跳寰宇,将人类“视界”延伸到百亿光年之外。

关键词：科技强国球面射电望远镜海子山仰望苍穹探测装置伽马射线天眼超高能

LHCb实验上核物质效应的重味探针研究进展

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科学通报 2025年第1期70卷 70-82页

作者：陈缮真朱相雷中国科学院高能物理研究所北京100049 清华大学工程物理系北京100084

相对论重离子碰撞实验的首要物理目标是产生极端高温高密的夸克胶子等离子体新物态并研究其性质.重味强子是碰撞中产生的热密核物质性质和强相互作用非微扰特性的重要实验探针.与之相关的多个实验观测量,比如核修正因子和粒子产额比,表... 详细信息

相对论重离子碰撞实验的首要物理目标是产生极端高温高密的夸克胶子等离子体新物态并研究其性质.重味强子是碰撞中产生的热密核物质性质和强相互作用非微扰特性的重要实验探针.与之相关的多个实验观测量,比如核修正因子和粒子产额比,表现出对热密核物质效应的敏感性.然而,基于它们来定量提取热密核物质性质还需要对碰撞中的冷核物质效应进行定量限定.LHCb实验参与了LHC上重离子碰撞数据获取,在其独特的前向快度区系统地测量了质子-铅核等碰撞中多种粲、底强子和重夸克偶素的核修正因子以及多种重味强子的产额比,对核物质效应和重味夸克强子化机制进行了深入研究.本文将介绍LHCb实验在这些研究中取得的新进展和未来研究方向.

关键词：大型强子对撞机 LHCb实验相对论重离子碰撞夸克胶子等离子体核物质效应重味

基于高可用集群的服务化EPICS与数据处理方式

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强激光与粒子束 2025年第1期37卷 77-83页

作者：李宇鲲杜垚垚叶强岳军会随艳峰魏书军许亮谢友朋曹建社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

提出了一种基于Proxmox VE平台搭建的高可用Kubernetes集群下的新型服务化EPICS与新型前端数据获取方式,以提高数据采集系统的性能和稳定性。通过将EPICS服务化部署在Kubernetes集群上,实现了全新高效的前端数据处理及获取方式。数据获... 详细信息

提出了一种基于Proxmox VE平台搭建的高可用Kubernetes集群下的新型服务化EPICS与新型前端数据获取方式,以提高数据采集系统的性能和稳定性。通过将EPICS服务化部署在Kubernetes集群上,实现了全新高效的前端数据处理及获取方式。数据获取方式利用基于Channel Access协议的分布式数据共享,对数据进行实时处理和分析。该方法具有降低硬件和维护成本、提高可移植性和灵活性、提高数据采集和处理效率等优势。实际应用和测试表明,该方法具有在大型科学设施中应用的潜力,未来将探索其在其他领域的应用价值。

关键词： EPICS Docker容器 Kubernetes集群数据处理分布式系统

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在零下186°C液氩中探索暗物质奥秘

中国科学:物理学力学天文学 2025年

作者：舒以科尹纪龙王毅杨长根中国科学院高能物理研究所中国科学院大学

暗物质的探索是当前研究的热门领域,氩因其优越特性在极低本底的暗物质直接探测实验中发挥着重要作用.许多实验利用氩进行暗物质探测并取得了显著成果,其中以DarkSide-50和DEAP-3600实验最有代表性.DEAP-3600是目前在运行质量最大的单... 详细信息

暗物质的探索是当前研究的热门领域,氩因其优越特性在极低本底的暗物质直接探测实验中发挥着重要作用.许多实验利用氩进行暗物质探测并取得了显著成果,其中以DarkSide-50和DEAP-3600实验最有代表性.DEAP-3600是目前在运行质量最大的单相液氩暗物质探测实验,而DarkSide-50则采用双相氩时间投影室,结合多项创新技术,在高质量范围内实现了“零本底”探测的突破,并对暗物质与普通粒子的相互作用截面在低质量范围内提供了最强约束.正在建设和规划中的DarkSide-20k, DarkSide-LowMass和ARGO实验,将在DarkSide-50和DEAP-3600实验的基础上,应用新一代技术,力求将暗物质与普通物质相互作用的截面上限降低至中微子雾范围.其中, DarkSide-LowMass实验将由中国科学院高能物理研究所牵头,在中国锦屏地下实验室筹建,旨在探测从sub-GeV/c2到10 GeV/c2的暗物质,并对太阳中微子与氩原子核的相干弹性散射进行直接测量.本文将对利用液氩进行暗物质直接探测的相关实验进行综述.

关键词：暗物质液氩中微子直接探测实验

基于线性雪崩器件的高灵敏红外成像探测技术研究

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红外与毫米波学报 2025年第1期44卷 1-10页

作者：林长青周双喜李璐芳刘高睿孙海彬张昱林加木孙胜利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 中国科学院智能红外感知重点实验室上海200083

随着空间遥感技术的发展,实际应用对红外系统探测灵敏度的要求不断提高。其中基于线性雪崩器件的红外成像探测技术能有效提升高帧频应用场合下的探测灵敏度。本文基于512×512的短波红外线性雪崩探测器组件,设计了小口径轻量化红外成像... 详细信息

随着空间遥感技术的发展,实际应用对红外系统探测灵敏度的要求不断提高。其中基于线性雪崩器件的红外成像探测技术能有效提升高帧频应用场合下的探测灵敏度。本文基于512×512的短波红外线性雪崩探测器组件,设计了小口径轻量化红外成像系统,并对其进行了低反偏下的性能测试。测试结果表明,基于线性雪崩型红外探测器的成像系统,在短积分时间下信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的提升与倍增因子M基本呈线性关系,该系统的信噪比是相同口径传统相机的3倍。

关键词：红外相机线性雪崩高灵敏度信噪比成像探测