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中子自旋回波:研究蛋白质结构域动力学的利器

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物理 2024年第3期53卷 174-183页

作者：孙喆炘崔腾飞储祥蔷中国工程物理研究院研究生院北京100193 香港城市大学物理系中国香港SAR 999077

蛋白质作为生物系统这种复杂分子机器的重要组成部分之一,理解它们内部的结构及其在不同时间及空间尺度上的运动,对于研究生命的运作机理至关重要。相较于其他实验手段,中子自旋回波技术能探测到更大时空范围的性质,在研究蛋白质内部的... 详细信息

蛋白质作为生物系统这种复杂分子机器的重要组成部分之一,理解它们内部的结构及其在不同时间及空间尺度上的运动,对于研究生命的运作机理至关重要。相较于其他实验手段,中子自旋回波技术能探测到更大时空范围的性质,在研究蛋白质内部的结构域动力学方面具有独特的优势。这是一门横跨核物理与核技术、非平衡态统计物理学、分子生物学与蛋白质组学等前沿交叉领域的学科,充满着诸多未知与挑战,也遍布着一探生命奥秘的机遇。文章简述了中子自旋回波实验技术的基本原理和发展历程,阐述其在研究蛋白质结构域动力学方面的方法和技术优势,并介绍了部分实验案例,最后对其应用前景进行探讨与展望。

关键词：中子散射中子自旋回波蛋白质结构域动力学核技术及应用

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学习周光召先生的科学精神

科技导报 2024年第17期42卷 157-160页

作者：孙昌璞中国工程物理研究院研究生院北京100193

周光召先生是中国著名的物理学家,“两弹一星功勋奖章”获得者。他不仅在物理学基础研究方面取得了卓越成就,在国防科技领域也作出了重要贡献。担任科技行政领导职务期间,他对中国科技事业的改革发展和国际地位的提升发挥了关键作用。... 详细信息

周光召先生是中国著名的物理学家,“两弹一星功勋奖章”获得者。他不仅在物理学基础研究方面取得了卓越成就,在国防科技领域也作出了重要贡献。担任科技行政领导职务期间,他对中国科技事业的改革发展和国际地位的提升发挥了关键作用。周光召先生倡导学术民主,鼓励学术批评,强调求真唯实的科学精神,这些理念对中国科技创新和发展具有深远的现实意义。我们应传承光召先生求真唯实的科学精神,营造学术民主的氛围,“百花齐放、百家争鸣”,在自由开放的环境中展开学术讨论与批评,促进中国和全球科学事业的繁荣发展。

关键词：周光召科学精神学术民主学术批评

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慢性肾脏病患者睡眠障碍的相关因素分析

安徽医科大学学报 2024年第3期59卷 521-526页

作者：蔡银香杨雪球姜俊任伟蚌埠医学院研究生院蚌埠233030 中国科技大学附属第一医院安徽省立医院肾脏内科合肥230001

目的评估慢性肾脏病(CKD)患者的睡眠质量,并探讨CKD患者睡眠障碍的相关因素。方法收集肾脏内科住院的未行肾脏替代治疗的CKD患者的临床资料;采用匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)量表来评估患者睡眠质量,PSQI评分≤5分的患者分为睡眠正常组,PSQ... 详细信息

目的评估慢性肾脏病(CKD)患者的睡眠质量,并探讨CKD患者睡眠障碍的相关因素。方法收集肾脏内科住院的未行肾脏替代治疗的CKD患者的临床资料;采用匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)量表来评估患者睡眠质量,PSQI评分≤5分的患者分为睡眠正常组,PSQI评分>5分的患者分为睡眠障碍组;比较两组间的临床资料的差异;采用Logistic回归分析探讨CKD患者睡眠障碍的相关因素。结果共纳入189例未行肾脏替代治疗的CKD患者,男性114例(60.3%),女性75例(39.7%),年龄(56.5±15.23)岁。PSQI评分7.00(5.00,8.00),睡眠正常组58例,睡眠障碍组131例,睡眠障碍患病率高达69.3%。本研究显示在CKD1-3期中,患者睡眠正常组的比重更大(46.6%),而在CKD4-5期中,睡眠障碍组的占比更大(84.7%)。睡眠障碍组与睡眠正常组在主观睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠时间、习惯睡眠效率、睡眠紊乱叠加问题及日间功能紊乱等项目均具有差异(P<0.05),而在睡眠药物使用项目的得分差异无统计学意义。Logistic回归分析显示,退休或无业(OR=6.509,95%CI:1.844~22.976)与女性(OR=4.561,95%CI:1.241~16.767)是睡眠障碍的独立危险因素,而估算的肾小球滤过率(eGFR)(OR=0.960,95%CI:0.931~0.991)是睡眠障碍的保护性因素。结论未行肾脏替代治疗的慢性肾脏病患者随着eGFR的下降、CKD分期的增加,睡眠障碍的风险升高。此外,女性与无业或退休CKD患者的睡眠质量需要重点关注。

关键词：慢性肾脏病睡眠障碍睡眠时间终末期肾病匹兹堡睡眠质量指数影响因素

全X射线阿秒泵浦-阿秒探测实现液态水中电子动力学测量

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科学通报 2024年第14期69卷 1815-1817页

作者：赵晶赵增秀国防科技大学理学院物理系长沙410073

实时追踪物质内部电子的运动是实现量子物态超快调控的关键,阿秒光脉冲为物质内部电子动力学探测提供了前所未有的时空分辨工具.目前,阿秒光脉冲产生主要来源于飞秒强激光作用于惰性气体产生的高次谐波辐射,利用阿秒脉冲与红外激光的互... 详细信息

实时追踪物质内部电子的运动是实现量子物态超快调控的关键,阿秒光脉冲为物质内部电子动力学探测提供了前所未有的时空分辨工具.目前,阿秒光脉冲产生主要来源于飞秒强激光作用于惰性气体产生的高次谐波辐射,利用阿秒脉冲与红外激光的互关联实现阿秒时间分辨的动力学测量.人们已经开展了对原子和团簇中光电离时间延迟^([1,2])、强场电离诱导的价电子运动^([3])、自电离动力学^([4])、分子中的电荷迁移^([5])和锥间交叉^([6])等重要基础物理问题的研究.

关键词：基础物理电荷迁移光电离红外激光液态水时间延迟 X射线互关联

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声学超材料:展望未来

科学通报 2024年

作者：沈平香港科技大学物理系和高等研究院

声学超材料诞生至今已有25年.在此期间,声学超材料已从一个新奇的科学概念发展成一个活跃、多样的研究领域.目前,声学超材料的研究覆盖了众多方向,其参与者来自各个不同学科.值此之际,我们自然要问:这些研究将带领我们走向何方?诚然,对...

声学超材料诞生至今已有25年.在此期间,声学超材料已从一个新奇的科学概念发展成一个活跃、多样的研究领域.目前,声学超材料的研究覆盖了众多方向,其参与者来自各个不同学科.值此之际,我们自然要问:这些研究将带领我们走向何方?诚然,对未来的预测总是存在风险,但过往科学的发展轨迹为我们对未来的展望提供了指引.

关键词：

基于单向测量超声背散射系数的晶粒尺寸评价高效方法

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物理学报 2024年第7期73卷 209-217页

作者：刘雨田强王新艳关雪飞三峡大学水利与环境学院宜昌443002 中国工程物理研究院研究生院北京100193 钢铁研究总院高温材料研究所北京100081

镍基高温合金GH4742具有优异的机械性能,而晶粒尺寸是影响其性能的关键因素.基于物理模型的超声背散射法可以实现晶粒尺寸高效和准确的评价,但受限于复杂模型或多角度声束测量.因此,本文提出了一种只需单向测量的背散射系数法,且无需考... 详细信息

镍基高温合金GH4742具有优异的机械性能,而晶粒尺寸是影响其性能的关键因素.基于物理模型的超声背散射法可以实现晶粒尺寸高效和准确的评价,但受限于复杂模型或多角度声束测量.因此,本文提出了一种只需单向测量的背散射系数法,且无需考虑测量系统等无关因素的影响.基于独立散射模型,推导了只与材料相关的背散射系数;利用空间相关函数描述了晶粒尺寸与背散射系数的关系;采用参考信号剔除干扰因素的影响,实现实验背散射系数的快速提取.制备三组不同晶粒尺寸的GH4742试块进行相控阵超声实验和平均晶粒尺寸评价,并与金相法结果进行对比.结果表明本文方法得到的晶粒度与金相法结果最大相对误差为–22.7%,最小相对误差为–3.7%.

关键词：超声检测背散射系数法 GH4742 晶粒尺寸

量子力学研究性教学探索与《量子力学现代教程》

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物理 2024年第6期53卷 411-420页

作者：孙昌璞中国工程物理研究院研究生院北京100193

作者在讲授“高等量子力学”课程的过程中,结合自己关于量子力学基础、应用和科学史的研究,对量子力学研究性教学进行了长期的实践探索。最近作者编著出版了《量子力学现代教程》一书,旨在反映这种研究性教学的基本精神:在课程内容和教... 详细信息

作者在讲授“高等量子力学”课程的过程中,结合自己关于量子力学基础、应用和科学史的研究,对量子力学研究性教学进行了长期的实践探索。最近作者编著出版了《量子力学现代教程》一书,旨在反映这种研究性教学的基本精神:在课程内容和教学方式上,博采众长、学习国内外优秀教材;遵循学科发展的逻辑脉络,对基本知识集的选择和方法技巧的讲解没有走书书相传的捷径,而是在仔细消化理解经典论著后,通过当代语言讲透、补全重要观念阐述所必须逻辑链的各个环节,把学生必须掌握的专业知识变成学生宜于接受的特色教学内容。特色部分包括矩阵力学和波动力学的创立及其二者等价性证明、海森伯表象的时变内涵、全同多体系统的对称性自发破缺(超导与玻色—爱因斯坦凝聚)与能量泛函变分的关系、二次量子化表象变换的显式表达,以及远场散射波包演化和定态描述的一致性等。作者通过《量子力学现代教程》及其相关的研究生教学,践行研究性教学的基本理念,尽可能为物理学相关专业高年级本科生、研究生和其他读者提供直达量子力学研究前沿的“最小”且简洁自洽的基础知识集合,同时也为大学老师量子力学课程教学的水平提升提供参考。

关键词：量子力学研究性教学知识点逻辑链

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基于前馈模型预测控制的类车机器人路径跟踪

工程科学学报 2024年第6期46卷 1130-1139页

作者：白国星伊力夏提·伊力哈木江付薛洁孟宇刘立顾青北京科技大学机械工程学院北京100083 北京科技大学顺德研究生院顺德528399 烟台南山学院智能科学与工程学院烟台265713

在类车机器人路径跟踪控制方法中,模型预测控制(Model predictive control,MPC)在处理系统约束方面具有较大优势,但是现有的非线性模型预测控制(Nonlinear MPC,NMPC)实时性较差,线性模型预测控制(Linear MPC,LMPC)精确性较差,因此亟需... 详细信息

在类车机器人路径跟踪控制方法中,模型预测控制(Model predictive control,MPC)在处理系统约束方面具有较大优势,但是现有的非线性模型预测控制(Nonlinear MPC,NMPC)实时性较差,线性模型预测控制(Linear MPC,LMPC)精确性较差,因此亟需提出一种同时具有较高精确性与实时性的类车机器人路径跟踪控制方法.为此,以无预瞄点的LMPC为基础,引入基于逆运动学模型的前馈转向角信息,提出了一种前馈模型预测控制(Feedforward MPC,FMPC)方法,并通过MATLAB和Carsim进行了联合仿真测试.FMPC具有较高的精确性,在所有仿真结果中,位移误差绝对值不超过0.1110 m,航向误差绝对值不超过0.1177 rad.在相同工况下,FMPC与NMPC精确性相当,LMPC、前馈控制和Stanley控制误差发散.FMPC也具有较高的实时性,在每个控制周期内的解算时间不超过4.31 ms.在相同工况下,FMPC与LMPC实时性相当,相比NMPC能将每个控制周期内解算时间的最大值减小80.68%,平均值减小65.14%.此外,FMPC能够保证控制变量在系统约束范围内,且受定位误差的影响较小.

关键词：机器人类车机器人路径跟踪预测控制实时性

强吸收纳米粒子团簇的光泳力悬浮及热泳力下的迁移行为

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物理学报 2024年第13期73卷 164-174页

作者：黄雪峰刘敏卢山张敏琦李盛姬罗丹杭州电子科技大学物理系杭州310018 杭州电子科技大学材料与环境工程学院杭州310018

为了探索空气中强吸收纳米粒子团簇在激光作用下的悬浮以及迁移行为,提出采用反向传输的双贝塞尔光束对纳米粒子团簇进行捕获及悬浮,而后释放团簇,观察和计算分析团簇的迁移行为.两束贝塞尔光束由锥透镜和偏振分光方式产生,进行反向水... 详细信息

为了探索空气中强吸收纳米粒子团簇在激光作用下的悬浮以及迁移行为,提出采用反向传输的双贝塞尔光束对纳米粒子团簇进行捕获及悬浮,而后释放团簇,观察和计算分析团簇的迁移行为.两束贝塞尔光束由锥透镜和偏振分光方式产生,进行反向水平布置,形成三维光阱,光阱刚度可通过调节两束贝塞尔光束的功率比进行控制.悬浮室内的粒子通过微弱气流进行流化,而后被光阱捕获和悬浮.采用高速摄像仪对团簇的悬浮及迁移过程进行记录,然后通过图像分析来获取粒子运动参数.以强吸收性超细煤粉粒子团簇为对象,首先对其进行悬浮和释放迁移的实验研究,而后对团簇所受的光泳力、重力、浮力、曳力以及热泳力进行计算和分析.实验和计算的结果表明:强吸收性纳米粒子团簇在激光作用下产生的光泳力占主导作用;团簇能够被稳定地悬浮在反向传输的双贝塞尔光束形成的三维势阱中,通过调整悬浮的位置而达到与重力、浮力、曳力等的动态平衡;利用悬浮的相对不稳定度分析评价强吸收性粒子团簇的稳定性,超细煤粉粒子团簇的最小相对不稳定度可达0.075;通过对团簇释放后的高速图像进行分析,可获得团簇的迁移运动参数,从而测量出团簇所受的热泳力;对于等效粒径为13—21μm的超细煤粉粒子团簇,其热泳力量级为10-11—10-10N,随着团簇粒径的增大,热泳力线性增大,与理论计算结果趋势一致.通过利用激光对粒子进行悬浮和释放的方式为热泳力的测量和研究提供了一种新的研究思路,也为气体介质中粒子的控制和输运展现了一种新的操控手段.

关键词：激光悬浮光泳力热泳力强吸收性纳米团簇