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基于微观核动力学研究光-核吸收截面

科学通报 2024年

作者：迟济怀强雨裴俊琛北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室

目前国际上正在兴建一批光核反应的实验装置,如上海激光电子伽马源装置.光核反应正作为研究原子核结构的一种独特手段而受到很大关注.本文基于时间相关的微观核动力模型——Time-dependent Hartree-Fock+BCS研究了光核反应的截面.该方... 详细信息

目前国际上正在兴建一批光核反应的实验装置,如上海激光电子伽马源装置.光核反应正作为研究原子核结构的一种独特手段而受到很大关注.本文基于时间相关的微观核动力模型——Time-dependent Hartree-Fock+BCS研究了光核反应的截面.该方法包含了动力学对关联,并基于三维坐标空间求解,在动力学演化的基础上通过傅里叶变换可以得到集体共振的截面.该方法可以描述任意形状的原子核的光核反应.本文以形变核154Sm为例,计算了不同极化光的光吸收截面的角分布,为研究共振机制提供了观测量.计算所得的154Sm的巨偶极共振总吸收截面与实验值有很好的符合.对球形丰中子核132Sn的巨偶极共振与矮偶极共振的计算也能较好地符合实验.本工作为后续更深入地开展光核反应研究提供了基础.

关键词：光核反应微观核动力学吸收截面角分布

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时间分辨动态LIBS测量方法

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 952-955页

作者：张振荣方波浪李国华叶景峰王晟西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室陕西西安710024

针对激光诱导击穿光谱(LIBS)研究对时间分辨动态光谱测量方法的需求,建立了基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法。该方法首先利用不同长度的光纤组成多通道光纤束,对瞬态LIBS信号进行差异延迟,使按照特定时间序列发射的光谱信号同步到... 详细信息

针对激光诱导击穿光谱(LIBS)研究对时间分辨动态光谱测量方法的需求,建立了基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法。该方法首先利用不同长度的光纤组成多通道光纤束,对瞬态LIBS信号进行差异延迟,使按照特定时间序列发射的光谱信号同步到达探测器,而后采用面阵ICCD相机对同步到达的多通道光谱信号进行高时间分辨探测。该方法单次测量即可获得LIBS辐射不同时刻的时间分辨光谱。为了验证基于多通道光纤束的动态LIBS测量方法,研制了具有19个通道的光纤束,光纤束中包含的各个单根光纤长度呈等差数列排布,长度差设置为10 m,对应测量的时间间隔约为50 ns,单次测量记录的总时间长度近900 ns。分别基于短脉冲激光光源和标准光源,开展了系统时间响应和光谱响应特性研究,获得了系统的时间响应数据和光谱响应曲线。用YAG激光器的二倍频激光(532 nm)诱导Si产生等离子体辐射光谱,在线测量了辐射光谱的时间演化历程,获得了Si等离子体辐射过程中SiⅠ390.52 nm,SiⅡ385.51 nm,SiⅡ413.12 nm谱线从0~898 ns时间范围内19个时刻的光谱信息,获得了特征光谱的演化规律,验证了该测量方法的可行性。结果表明,利用该测量方法,单次测量可以获得瞬态LIBS辐射过程中19个时刻的光谱参数,具有很高的测量效率。对于实验成本较高、运行频率低的激光诱导等离子体实验研究,采用该方法可以大大降低了测量成本,有效提升等离子体时间分辨动态光谱测量能力。

关键词：激光诱导击穿光谱时间分辨瞬态辐射多通道测量光纤束

元素周期表中的电子亲和势及砷电子亲和势的测量示例

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Chinese Journal of Chemical Physics 2024年第1期37卷 1-12,I0117页

作者：闫帅廷陆禹竹张瑞宁传刚清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室北京100084

基于先前对原子的电子亲和势和原子负离子的分析工作[J.Phys.Chem.Ref.Data 51,021502(2022)],本篇综述提供了一个关于原子的电子亲和势的简要概述.本文简要描述和对比了三种常用的测量电子亲和势的实验方法,以凸显它们各自的优缺点.为... 详细信息

基于先前对原子的电子亲和势和原子负离子的分析工作[J.Phys.Chem.Ref.Data 51,021502(2022)],本篇综述提供了一个关于原子的电子亲和势的简要概述.本文简要描述和对比了三种常用的测量电子亲和势的实验方法,以凸显它们各自的优缺点.为了阐明目前研究中所使用的慢电子速度成像法的特点,本文对砷元素(As)的电子亲和势以及其负离子(As-)的激发态进行了测量.测得As元素的电子亲和势为6488.61(5)cm^(-1)或0.804485(6)eV.实验清晰地分辨了As-的精细结构,其激发态^(3)P_(1)能量比基态^(3)P_(2)的能量高出1029.94(18)cm^(-1)或0.12770(3)eV;激发态^(3)P_(0)能量比基态^(3)P_(2)的能量高出1343.04(55)cm^(-1)或0.16652(7)eV.

关键词：元素周期表电子亲和势砷元素慢电子速度成像

组织仿体的光学特性对糖信号检测灵敏度的影响分析

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1262-1268页

作者：葛晴刘瑾韩同帅刘文博刘蓉徐可欣天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

由于经人体组织的传输光子携带的血糖信号非常微弱,近红外光谱法测量血糖的灵敏度不高,难以获得较高的准确度。因此通过优化测量波长、测量距离等尝试提高测量灵敏度的研究一直在进行。然而,这些研究多倾向于关注血糖引起的组织吸收系... 详细信息

由于经人体组织的传输光子携带的血糖信号非常微弱,近红外光谱法测量血糖的灵敏度不高,难以获得较高的准确度。因此通过优化测量波长、测量距离等尝试提高测量灵敏度的研究一直在进行。然而,这些研究多倾向于关注血糖引起的组织吸收系数和散射系数的变化,而忽视了不同部位组织本身的光学特性对灵敏度的影响,缺乏比较不同部位之间的灵敏度差异。实际上,组织本身的光学参数会通过影响光程来影响吸收变化、散射变化作用于光强变化的系数的大小,因此,综合考虑上述两方面的因素后确定出的血糖测量灵敏度是更合理的。为了探究这种综合作用,选取2%、5%、10%和20%四种浓度的intralipid溶液作为人体组织仿体,通过蒙特卡洛模拟的方法,探讨了在1000~1660 nm波段,四种溶液中糖的吸收作用、散射作用和两者综合作用下的糖灵敏度,以及各部分灵敏度与其本身光学参数的关系。结果表明,在散射系数最大的20%intralipid溶液中检测到的糖信号也最强。据此,该研究将为部位优选提供依据,以获得较大的糖灵敏度。同时,对1000~1660 nm波段内的糖信号进行分析,发现在1000~1350 nm波段,糖引起的吸收作用基本可以忽略,信号的差异主要来自于散射的变化;而在1350~1660 nm,散射和吸收共同作用,其中散射的贡献大于吸收,散射最优的测量波长在1450 nm附近;而考虑散射和吸收的共同作用时,最优的测量波长在1400 nm附近。最后,为了验证理论分析的有效性,对四种溶液进行了实验,采用了1000~1660 nm波段中的六个典型波长,结果表明四种溶液中糖信号最大的检测波长均为1409 nm,且在20%intralipid中的糖信号灵敏度最大,说明实验结果与理论分析吻合较好。综上,该研究可为人体无创血糖检测合适的测量部位、合适的波长选择提供借鉴。

关键词：近红外光谱法无创血糖测量散射介质蒙特卡洛模拟

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限域条件下氮分子的高温高压诱导聚合

物理学报 2024年第8期73卷 237-243页

作者：郭琳琳赵梓彤隋明宏王鹏刘冰冰吉林大学超硬材料国家重点实验室长春130012

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼... 详细信息

聚合氮被认为是一种极具潜力的新型高能量密度材料,但是高温高压条件下合成的聚合氮结构往往具有较低热力学稳定性.限域策略有助于聚合氮高压结构的稳定,为氮聚合提供了新的调控途径.本文在氮化硼纳米管中限域分子氮,利用高压原位拉曼散射光谱表征技术研究不同含氮量限域体系的高压诱导氮聚合及聚合氮结构的卸压稳定性.研究表明,在高含氮量的体系中,限域到氮化硼纳米管内的N_(2)与非限域的N_(2)的拉曼特征振动峰表现出不同的拉曼光谱压力响应行为.在123 GPa压力下,利用激光加热诱导氮分子间聚合,生成cg-N聚合氮结构.卸压过程中,未被限域的cg-N在40 GPa左右发生爆炸性分解,分解产生的能量影响了限域cg-N的稳定性,使其同样发生分解.环境压力下限域N_(2)可能以液态形式稳定存在.在低含氮量限域体系中,高温高压下限域N2结晶生成了含有N=N双键的晶体结构,其中的N=N双键有两种长度,分别接近N_(3)阴离子及N_(4)^(+)团簇中N=N双键的键长.在卸压过程中这种结构可以稳定至25 GPa.

关键词：限域聚合氮高温高压

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磁畴壁拓扑结构研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 57-68页

作者：张颖李卓霖沈保根中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室北京100190

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同... 详细信息

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点,严重阻碍了其在实际器件中的应用,因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键.本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来,利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作.首次在范德瓦耳斯Fe_(5–x)GeTe_(2)二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链,研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为,揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制.在该机制指导下,设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜,不仅获得了磁畴壁麦纫,验证了生成机制的普适性,还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变,开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展拓扑磁性物态探索和研究的新方向.

关键词：磁畴壁麦纫磁畴壁斯格明子自旋重取向洛伦兹透射电子显微镜二维磁性材料

磁序与拓扑的耦合:从基础物理到拓扑磁电子学

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物理学报 2024年第1期73卷 24-30页

作者：刘恩克中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室北京100190

磁学与拓扑物理是两大较为成熟的学科,二者的结合是新一代磁电子学的需求和基础.磁性拓扑材料是磁序与拓扑物理耦合的重要产物,为新兴的拓扑物理提供了材料载体和调控自由度.磁性外尔半金属实现了时间反演对称破缺下的外尔费米子拓扑物... 详细信息

磁学与拓扑物理是两大较为成熟的学科,二者的结合是新一代磁电子学的需求和基础.磁性拓扑材料是磁序与拓扑物理耦合的重要产物,为新兴的拓扑物理提供了材料载体和调控自由度.磁性外尔半金属实现了时间反演对称破缺下的外尔费米子拓扑物态,通过拓扑增强的贝利曲率产生了一系列新奇的磁/电/热/光效应;而外尔电子与磁序的相互作用也使得拓扑电子物理有望成为磁电子学应用的新原理和驱动力.当前,新物态与新效应的发现是磁性拓扑材料第一阶段的主要任务和特征,而动量空间拓扑电子与实空间磁序的相互作用已经开始进入人们的视野.这两个阶段的深入发展,将为拓扑磁电子学积累必要的物理基础和应用尝试.本文着眼于磁性拓扑材料发展的两个阶段,讲述磁性拓扑材料的提出和实现、均一磁序下的拓扑电子态及新奇物性、局域磁态与拓扑电子的相互作用3个方面,阐述当前领域内的热点内容和发展趋势,并对拓扑磁电子学的未来发展进行了思考和展望,以助力未来拓扑自旋量子器件的快速发展.

关键词：拓扑物理磁性外尔半金属拓扑磁电子学

D0_(22)相强化型Ni_(2)CoCrFeNb_(0.15)高熵合金的变形机理

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 412-421页

作者：何峰林美卢健麟王志军李俊杰王锦程西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜的背散射电子衍射及电子隧道衬度成像技术研究了D0_(22)相强化型Ni_(2)CoCrFeNb_(0.15)高熵合金在单轴拉伸变形过程中的织构演化、变形亚结构特征、位错与析出相交互作用以及断裂行为。结果表明:位... 详细信息

采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜的背散射电子衍射及电子隧道衬度成像技术研究了D0_(22)相强化型Ni_(2)CoCrFeNb_(0.15)高熵合金在单轴拉伸变形过程中的织构演化、变形亚结构特征、位错与析出相交互作用以及断裂行为。结果表明:位错的平面滑移主导了该合金的单轴拉伸变形,D0_(22)超点阵相是促进位错平面滑移的主要因素。因位错的平面滑移模式产生的平面滑移带随着应变量的增加,其密度随之增加,平均间距随之减小。变形过程中先形成{001}织构,然后{111}织构增强,最终获得典型的{001}和{111}拉伸织构。当合金在单独拉伸变形过程中达到最大应力时,晶界处萌生裂纹并扩展为断裂主裂纹,导致塑性变形失稳。

关键词：变形机制多主元合金析出强化超点阵相

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宽能域γ成像探测器仿真设计及性能评价

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 31-42页

作者：张济鹏马新华张斌肖雄李京伦雷文明赵玮艾宪芸国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3~3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3~7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3~7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐... 详细信息

康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3~3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3~7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3~7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐射探测与成像应用领域的重要发展方向之一,基于两次散射的三层探测器结构是一种极具潜力的实现方案,其中探测器的设计与构建是该方案的基础与关键核心.考虑系统成本和扩展灵活性等因素,本文选用硅光电倍增管(SiPM)阵列和钆镓铝石榴石(GAGG:Ce)阵列作为探测器材料.根据三层探测器的成像事例要求,分析每层探测器内的作用事例类型特征;并基于Geant4蒙特卡罗模拟平台构建包含材料光学参数的仿真模型,通过设置物理过程与两种信息提取方式,对比研究了不同几何参数情形下的探测器位置散点图和探测器内作用事例类型统计结果.根据仿真设计,制备了由像素数为15×15,像素大小为3.2 mm×3.2 mm,厚度分别为3和10 mm的GAGG阵列和1.25 mm厚度光导组成的两种规格SiPM探测器模块,并基于电子学读出系统评估了探测器模块的性能.结果表明, 3 mm厚度的散射探测器与10 mm厚度的吸收探测器均可清晰分辨15×15像素上的作用位置,平均峰谷比分别为9.77和11.85;全部像素的662 keV平均能量分辨率分别可达7.21%和8.35%,具有较好的位置与能量分辨能力.本文所建立的仿真模型,分析结果以及所研制的探测器模块,为三层探测器系统构建提供了重要依据,并为实现宽能域γ成像奠定了科学技术基础.

关键词：宽能域康普顿成像蒙特卡罗仿真 SiPM探测器闪烁体阵列