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基于减压降温原理的超流氦获取真空机组的研制

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低温工程 2024年第3期 38-44,92页

作者：丁美莹李娜叶斌蔡毅杰曹菁杨榆周冬冬张玙何昆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

南方先进光源研究测试平台(SAPS-TP)为了给超导腔提供2 K测试环境,采用在氦池入口抽真空至饱和蒸气压的方式来获取2 K超流氦。研制一套减压降温真空机组用来抽取真空,详细介绍了设计和选型计算,并借鉴各大型2 K低温系统的使用经验,进行... 详细信息

南方先进光源研究测试平台(SAPS-TP)为了给超导腔提供2 K测试环境,采用在氦池入口抽真空至饱和蒸气压的方式来获取2 K超流氦。研制一套减压降温真空机组用来抽取真空,详细介绍了设计和选型计算,并借鉴各大型2 K低温系统的使用经验,进行了优化。已完成20余次超导腔的性能测试,真空机组运行稳定,氦池压力、温度和液位等参数的控制精度达到设计指标。运行测试结果表明,所研制的减压降温真空机组性能满足设计要求。

关键词：低温系统 2 K超流氦选型设计真空泵机组

能量选择中子成像谱仪Timepix3相机数据获取系统的研制

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核电子学与探测技术 2024年

作者：席建普罗来华王修库于莉蒋兴奋滕海云邱勇翔沈培迅周建荣唐彬孙志嘉谭志坚中原工学院中国科学院高能物理研究所散裂中子源科学中心

中子数据获取系统，作为中子散射实验的核心组成部分，通过收集与物体相互作用的中子信息数据，为科学研究和工程应用提供重要的数据支持，帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源（China Spallation Neutro... 详细信息

中子数据获取系统，作为中子散射实验的核心组成部分，通过收集与物体相互作用的中子信息数据，为科学研究和工程应用提供重要的数据支持，帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source， CSNS）能量分辨中子成像谱仪（Energy-Resolution Neutron Imaging Spectrometer， ERNI）上的工程应用，设计并研制了一套数据获取系统（Data Acquisition System， DAQ），该系统能够实现相机的自动控制，并依据40毫秒的时间周期对数据进行高效的预处理。在系统硬件方面，采用多服务器集群来应对探测器的高数据带宽需求；在控制层面，采用了实验物理和工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System， EPICS）的软件框架提高了相机的自动化程度和谱仪接口的联动；在数据流处理上，采用了Kafka分布式流处理平台来使读出和分析解耦，提高灵活性，并通过对数据流按照T0（40ms为中子打靶的脉冲周期）打包来对中子数据进行预处理。通过在ERNI谱仪上进行的样品透射成像实验，验证了整套数据获取系统在束流条件下运行正常，能够成功获取到中子数据并进行了分析，测试结果符合预期，满足了ERNI谱仪的工程需求。

关键词：能量分辨成像谱仪数据获取 Timepix3探测器 EPICS Kafka

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钐钴永磁漂移管出气及质谱分析

真空科学与技术学报 2024年

作者：关玉慧王鹏程刘顺明刘佳明孙晓阳谭彪王一刚朱邦乐李阿红李波吴小磊于永积邓昌东袁月散裂中子源科学中心中国科学院高能物理研究所中国科学技术大学

本文系统地阐述了同步气路法测量材料出气率的实验原理，首先实验测得钐钴永磁铁室温下不同时刻的出气率并给出及其拟合曲线，可预测更长时间钐钴所对应的出气率。其次，实验测得钐钴永磁铁漂移管样机的整体出气量，并与钐钴样品总出气... 详细信息

本文系统地阐述了同步气路法测量材料出气率的实验原理，首先实验测得钐钴永磁铁室温下不同时刻的出气率并给出及其拟合曲线，可预测更长时间钐钴所对应的出气率。其次，实验测得钐钴永磁铁漂移管样机的整体出气量，并与钐钴样品总出气量进行比对，分析夹气是导致漂移管样机出气量下降缓慢的主要原因，并提出改进方案。然后，对比不同状态下的残余气体成分，分析结果对于后续漂移管的加工提供改进思路。最后，计算了钐钴永磁漂移管应用于DTL1#物理腔引起的压强变化，为钐钴永磁漂移管的应用提供数据支持。

关键词：同步气路法钐钴出气率漂移管出气量残余气体分析钐钴永磁漂移管应用

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小角中子散射物理模型自动化筛选方法研究

计算机工程 2024年

作者：李亚康陈刚散裂中子源科学中心中国科学院高能物理研究所中国科学院大学

小角中子散射实验数据的分析过程需要科研人员选择样品对应的物理模型进行迭代拟合来表征样品的结构和属性。目前选择物理模型的方法大都是基于人工经验，分析门槛高，准确率较低。基于标准神经网络模型的小角中子散射实验样品物理模型... 详细信息

小角中子散射实验数据的分析过程需要科研人员选择样品对应的物理模型进行迭代拟合来表征样品的结构和属性。目前选择物理模型的方法大都是基于人工经验，分析门槛高，准确率较低。基于标准神经网络模型的小角中子散射实验样品物理模型自动化筛选方法面临着图像缺乏局部特征、类内差异大、类间差异小等问题。本文提出了端到端的深度神经网络分类模型，从图像特征增强和损失函数两个方面做了优化。一方面设计了双模态特征融合卷积神经网络BFF-CNN，引入了物理感知的傅里叶-贝塞尔变换来提取散裂图像的全局结构信息，再将原始图像与FBT变换图像通过两个子网络分别进行特征提取并进行特征融合，以提升神经网络整体的特征表达能力，在自建的小角散射图像数据集上进行实验验证，与ResNet、PMG、DCL等已有算法相比，该算法的预测准确度和平均召回率提升了10%。另一方面，提出了受限Softmax损失函数，该损失函数通过在原生Softmax损失函数的基础上添加惩罚项来限制输入样本被分配到非本真类的概率，可以在Softmax损失接近零时缓解梯度的消失问题，进而提高收敛速度，同时采用R-Softmax损失与中心损失联合训练的策略，预测准确率超过只有Softmax损失函数下的网络5.2%，对应的平均召回率超过只有Softmax损失函数下的网络10.4%。

关键词：小角中子散射物理模型神经网络傅里叶-贝塞尔变换特征融合

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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

基于空间分辨中子衍射方法的锂离子电池电化学反应均匀性研究

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储能科学与技术 2024年第1期13卷 72-81页

作者：童文欣黄中垣王睿邓司浩何伦华肖荫果北京大学深圳研究生院广东深圳518055 散裂中子源科学中心广东东莞523803 中国科学院物理研究所北京100190

锂离子电池作为一种具有复杂组成的电化学器件,其电化学反应的均匀性受多种因素影响,包括正负极材料成分、电池结构和制备工艺等。电池的局部电化学反应不均匀性将导致局部失效加剧,进而影响其电化学性能、循环稳定性和安全性。鉴于电... 详细信息

锂离子电池作为一种具有复杂组成的电化学器件,其电化学反应的均匀性受多种因素影响,包括正负极材料成分、电池结构和制备工艺等。电池的局部电化学反应不均匀性将导致局部失效加剧,进而影响其电化学性能、循环稳定性和安全性。鉴于电池拆解分析不但会破坏其电芯结构,改变电极材料的化学性质,进而影响分析结果的准确性,本工作介绍并应用无损的空间分辨飞行时间中子衍射方法,对大尺寸软包锂离子电池电化学反应分布的均匀性展开研究。通过采集和分析毫米尺度测试区域的中子衍射数据,获得了全电池在初始状态和失效状态下锂离子嵌入石墨负极过程中的相变信息,并构建了全电池不同位置处的石墨负极多相含量分布和归一化后负极中的锂浓度分布图。此外,结合高精度三维X射线断层扫描方法,从电池厚度、电流密度和电解质浓度等多个角度,分析和探讨了这些因素对锂离子电池电化学反应均匀性的影响。空间分辨中子粉末衍射方法可以对不同类型和不同形状的金属离子电池中的电化学反应均匀性进行快速直接的检测,为电池结构性能优化和技术改进提供强有力的技术支持。

关键词：空间分辨中子衍射方法锂离子电池材料锂浓度分布电化学反应均匀性

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 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散裂中子源科学中心中国科学院高能物理研究所

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。... 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

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小角中子散射物理模型自动化筛选

计算机工程 2024年第6期50卷 56-64页

作者：李亚康陈刚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 散裂中子源科学中心广东东莞523803

小角中子散射(SANS)实验数据的分析过程需要科研人员选择样品对应的物理模型进行迭代拟合来表征样品的结构和属性。目前选择物理模型的方法大多是基于人工经验,分析门槛高、准确率较低。基于标准神经网络模型的小角中子散射实验样品物... 详细信息

小角中子散射(SANS)实验数据的分析过程需要科研人员选择样品对应的物理模型进行迭代拟合来表征样品的结构和属性。目前选择物理模型的方法大多是基于人工经验,分析门槛高、准确率较低。基于标准神经网络模型的小角中子散射实验样品物理模型自动化筛选方法面临着图像缺乏局部特征、类内差异大、类间差异小等问题。设计双模态特征融合卷积神经网络(BFF-CNN)模型,先引入物理感知的傅里叶-贝塞尔变换(FBT)来提取散射图像的全局结构信息,再将原始图像与FBT变换图像通过两个子网络分别进行特征提取与特征融合,以提升神经网络整体的特征表达能力。提出受限Softmax(R-Softmax)损失函数,通过在原生Softmax损失函数的基础上添加惩罚项来限制输入样本被分配到非本真类的概率,可在Softmax损失接近0时缓解梯度的消失问题,进而提高收敛速度。在自建的小角中子散射图像数据集上的实验结果表明,BFF-CNN的预测准确率和平均召回率相比于ResNet-18、PMG等模型提升幅度较大,采用R-Softmax与中心损失函数的联合学习策略后的预测准确率和召回率相比只采用Softmax损失函数提升了5.4和10.5个百分点,具有较好的小角中子散射图像分类效果。

关键词：小角中子散射物理模型神经网络傅里叶-贝塞尔变换特征融合

基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统的研制

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核电子学与探测技术 2024年第2期44卷 284-291页

作者：田香凝马毅超滕海云陕西科技大学西安710021 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

针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光... 详细信息

针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光纤光锥投影的中子光斑进行曝光。通过SiPM提供的粗位置信息确定CMOS传感器的感兴趣区域,读出数据传输至上位机进行显示与分析。实验结果表明,该系统中最小像素单元尺寸为28μm×28μm的CMOS传感器能够对孔径为200μm的小孔进行成像,最大偏移为28μm,系统最高计数率为82 kHz,可实现高效率的中子探测。

关键词：中子照相电子学系统 CMOS图像传感器 FPGA