系留气球系统氦气纯化工艺设计

基于系留气球内囊气体的组成成分分析和技术指标要求,综合分析目前现有的三种成熟提纯工艺方法:低温分馏、变压吸附和膜分离的工艺流程方法,针对系留气球的在线操作可行性,提出了一种适用于系留气球内囊氦气在线纯化的技术,给出了详细的工艺实现方法.结果表明:该方法非常高效且性价比较高.     

系留气球内囊气体加热除冰雪的模拟研究

冰霜和雨雪是影响系留气球系统露天安全系留的关键因素,为增强系留气球在寒冷气候和雨雪天气下的除冰融雪能力,论述了一种阵地式系留气球内囊气体循环加热的地面除冰雪方法.通过建立不同大气温度、风速和不同积雪速度下内囊气体与球体表面积雪的换热模型,计算了典型冰雪天气和恶劣冰雪天气下的需用加热功率,模拟分析了不同气象条件下内囊气体...     

系留气球差压数据的三余度设计

鉴于气囊差压数据对系留气球压力调节的至关重要性,提出了一种差压数据的余度设计方法。在分析差压传感器组成特点的基础上,采用硬件双余度差压传感器配置实现了气囊差压数据的三余度设计,并给出了基于互比监控的故障判定逻辑和故障处置方法,以较低的成本大幅提高了系留气球差压测量的容错能力。     

浮空器氦气纯化方法应用研究

在浮空器使用过程中,外界空气的混入将导致其内部氦气纯度降低,从而影响到浮空器正常使用.文中通过对常用气体分离方法的分析研究,提出了以高压低温冷凝和低温吸附相结合的方式作为浮空器氦气提纯方式的思路,并详细给出了实现工艺流程和控制方案.换热计算结果表明:该纯化方法液氮消耗量小、氦气提纯成本低.     

量子真空计量标准中的非极性稀薄气体折射率测量研究

为进一步提高真空量值的复现性和准确性,最新研究采用量子技术实现对真空量值的测量与表征.该方法利用Fabry-Perot谐振腔实现腔内气体折射率的精密测量,并反演出气体密度,进而获得对应的真空量值,其中气体折射率的测量是影响真空量值准确性的关键.本文基于第一性原理,利用从头计算理论计算了在已知压力和温度条件下的氦气折射率,给出腔内气体压力与折射率关系的表达式,并利用基于Fabry-Perot激光谐振腔的真空测量装置,通过双腔谐振激光拍频精确测量了充气前后谐振激光频率的变化,测出了氦气折射率,并分析了测量不确定度.将理论计算值与实验测量值进行了对比分析,得出了制约准确度提高的主要因素,并提出了修正方法.     

大气压介质阻挡放电的光谱研究

使用水电极介质阻挡放电装置,分别在大气压空气和氦气中实现了稳定的高气压放电。通过水电极观察两种气体的放电,发现大气压空气中放电为空间随机分布的微放电丝,等离子体是不均匀的,而在氦气中放电没有微放电丝,空间分布比较均匀。比较而言,这种均匀放电产生的等离子体具有更广泛的工业应用前景。对两种气体中放电的电流波形进行了比较,发现空气中放电的电流脉冲在时间上是随机出现的而氦气中放电的电流脉冲在时间上具有周期性,并且空气中放电脉冲宽度约为几十ns而氦气中放电的电流持续时间较长,脉冲宽度大约为1μs。文章还对两种气体中介质阻挡放电发射光谱进行了研究,结果表明大气压氦气中均匀放电的N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g)谱线391.4nm很强而在大气压空气放电中此光谱线很弱。这些研究结果对高气压条件下均匀放电的实现和大气压辉光放电的工业应用具有重要意义。     

气体在微细多孔介质中的流动阻力研究

本文对空气、氢气和氦气流过微细多孔介质内部的流动阻力特性进行了实验研究,分析不同气体在不同颗粒直径条件下摩擦因子与等效雷诺数的关系.结果表明:对于空气、氢气和氦气,当颗粒直径为225μm和125μm时,由于可压缩性的影响,摩擦因子略大于经验公式结果.对于空气,当颗粒直径为90μm和40μm时,实验得到的摩擦因子小于经验公式结果.对于氢气和氦气,当颗粒直径为125μm时,经过可压缩性修正的摩擦因子实验值略小于经验公式结果;颗粒直径为90μm和40μm时,摩擦因子小于经验公式结果.因此,对于空气、氢气和氦气,当颗粒平均直径小于90μm时,微细多孔介质中的流动特性存在稀薄气体效应.     

我国科学家创造系留气球升空海拔高度新纪录!

<正>2019年1月22日一个外形像飞艇的充气球在我国西藏林芝的鲁朗的蓝天中漂浮,这便是中国科学院研制的用于进行水汽观测试验的"极目一号系留气球"。这是由中科院青藏高原研究所和空天信息研究院组成的"藏东南水汽     

基于多波长激光吸收光谱技术的气体浓度与温度二维分布遗传模拟退火重建研究

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术实现气体浓度温度二维分布重建.设计了气体浓度温度二维分布重建测量系统,采用四路波分复用技术以减少投影光路布置数量和增加气体吸收测量信息.针对于图像重建过程中建立的非线性投影方程组,将遗传算法与模拟退火算法相结合进行求解,在实现全局最优搜索基础上提高算法搜索效率.建立燃烧环境下H2O浓度温度二维分布模型,借助于近红外波段1.3—1.5μm范围内4条H2O气体吸收谱线,利用数值模拟计算方法进行了气体分布重建,重建结果与模型符合得很好.通过在投影数据中添加不同比例的随机误差,考察其对气体分布重建结果的影响.研究表明,气体浓度分布重建结果对于投影误差不敏感,而增加投影误差幅值将导致温度分布重建均方误差增大。     

氦气回收纯化系统的设计与应用

为实现激波风洞试验尾气氦气(氦含量>80%)的回收和循环利用，研制了一套氦气回收与纯化系统。该系统采用三塔真空变压吸附的技术将试验尾气中的氮气等杂质气体去除，得到纯度大于98%的氦气。系统采用开式纯化和闭式纯化相结合的工艺方式，将氦气的回收率提高到97%。系统调试结果表明，研制的氦气回收纯化系统在常温条件下实现了风洞试验尾气的回收、纯化和循环使用，有效地降低了风洞运行和维护成本，同时也节约了氦气资源。     

材料中He深度分布演化的Monte Carlo模拟研究

基于He泡生长的迁移-合并机理,用Monte Carlo方法模拟了对材料进行等温退火过程中He深度分布的演化,探讨了不同参数对这一演化的影响.研究表明:材料中He泡的初始浓度和尺寸将影响He深度分布的变化,而退火温度则对演化速率起重要作用但对最终的He深度分布影响较小;随着反应的进行,整个系统的演化是逐渐趋缓的. 关键词： He 深度分布 Monte Carlo模拟     

超强激光与固体气体复合靶作用产生高能氦离子

激光氦离子源产生的MeV能量的氦离子因有望用于聚变反应堆材料辐照损伤的模拟研究而得到关注.目前激光驱动氦离子源的主要方案是采用相对论激光与氦气射流作用加速高能氦离子,但这种方案在实验上难以产生具有前向性和准单能性、数MeV能量、高产额的氦离子束,而这些氦离子束特性是材料辐照损伤研究中十分关注的.不同于上述激光氦离子产生方法,我们提出了一种利用超强激光与固体-气体复合靶作用产生氦离子的新方法.利用这种方法,在实验上,采用功率密度5×10~(18)W/cm~2的皮秒脉宽的激光脉冲与铜-氦气复合靶作用,产生了前向发射的2.7 MeV的准单能氦离子束,能量超过0.5 MeV的氦离子产额约为10~(13)/sr.二维粒子模拟显示,氦离子在靶背鞘场加速和类无碰撞冲击波加速两种加速机理共同作用下得到加速.同时粒子模拟还显示氦离子截止能量与超热电子温度成正比.     

弹性反冲探测分析技术在材料氦行为研究中的应用

弹性反冲探测分析技术（ERDA）对轻元素的测定具有灵敏度高、包含深度信息的优势,因此在材料氦行为研究中发挥着重要作用。镍基哈氏N合金被认为是未来熔盐堆的结构材料,氦脆是其服役性能下降的主要因素之一。利用掠入射模式的ERDA,解析了哈氏N合金样品中的氦原子浓度及其分布,但仅局限于0~175 nm深度范围内。结果表明:在800℃的退火条件下,距离样品辐照表面~33 nm深度区域内,出现了氦原子逃逸现象。更高温度的退火（1 050℃）可加剧氦原子的逃逸,但样品中仍有氦原子滞留。另外,采用透射式的ERDA,极大地扩大了对氦原子分析的深度范围,得到了纯镍薄膜在0~950 nm深度区域内的氦原子浓度分布。这表明将块体材料制备成薄膜样品,利用透射模式的ERDA,将可以得到氦原子在更大范围内的扩散、逃逸行为。Since the elastic recoil detection analysis (ERDA) technique has the advantages of high sensitivity and deep information in analyzing the light elements, it plays an important role in the study of helium behavior in materials. Helium embrittlement is one of the main reasons for the degradation of the Hastelloy N alloy, which has been considered as the promising candidate structural material for the further molten salt reactor. In this work, the profile of helium concentrationin sample of Hastelloy N alloy was analyzed by ERDA experiments applying grazing-incidence geometry. However, the result was limited within the depth range of 0~175 nm, and it shown that helium atoms escaped in the range from the irradiated surface of the sample to the depth of ~33 nm when annealing the sample at 800℃ The annealing at higher temperature (1 050℃) increased the escape of helium atoms, but a small fraction of helium atoms still trapped in the sample. In addition, the profile of helium concentration was obtained in the helium-irradiated pure nickel film in the depth range of 0~950 nm, using the ERDA experiments in transmission geometry. This indicates that the diffusion behavior of helium atoms in bulk samples can be completely obtained using the ERDA experiments in tranmission geometry if the bulk material can be prepared into a thin film sample.     

Positron annihilation study of helium clustering in alpha irradiated copper

Abstract

Helium clustering in alpha irradiated copper has been investigated by positron annihilation spectroscopy. Pure copper samples have been homogeneously helium implanted using a cyclotron, yielding helium concentrations of 100 appm and 400 appm. Post-implantation positron lifetime and Doppler broadened annihilation lineshape measurements have been carried out on these Cu samples as a function of isochronal annealing temperature. An annealing stage observed in the isochronal annealing curve viz., a marked reduction in the resolved lifetime τ₂ and an increase of its intensity I ₂, is explained as due to the formation of helium bubble embryos. At higher annealing temperatures, τ₂ corresponding to helium bubbles increases and saturates while its intensity I ₂ decreases, indicating an increase in the size of the bubble with a concomitant decrease in the bubble concentration. This stage is interpreted to be the bubble growth stage. From an analysis of positron lifetime parameters in the growth stage, helium stom density, bubble size and bubble concentration have been deduced at various annealing temperatures. The bubble characteristics are found to be affected by the helium dose. The present results on direct helium implanted Cu are compared with those of our earlier study on n-irradiated Cu-B, where helium was introduced using ¹⁰B(n, α)⁷ Li reaction.     

铒、钪膜中离子注入氦的热解析行为

采用热解析法初步研究了铒、钪膜中离子注入氦的热解析行为。研究结果表明:同种元素铒中离子注入氦的热释放峰位相同,但膜的致密性将影响氦的释放量,结构疏松的膜中存在的孔洞是氦的快速释放通道;在相同注入剂量和能量条件下,铒、钪膜中注入氦的热释放峰位不同,这可能与氦在铒、钪膜中的深度分布及膜的致密性有关,利用质子增强背散射法测量出能量为60 keV的4He+在铒、钪膜中的注入深度分别为210,308 nm。     

HL-1M托卡马克氦输运和排除

研究了HL－1M托卡马克常规欧姆放电和改善的束状态下的氦输运和排除,并与一维蒙特卡罗中性氦输运程序IDHET的计算结果进行了比较。实验结果表明,真空泵能有效地抽除辉光放电清洗后在剩余气体中的氦,使真空室内的氦趋于一个较低的固有水平。在改善约束实验中,发现氦有积累增加的趋势,氦谱线发射强度径向分布峰向内移,在对总体约束影响很小的情况下,利用低水平的MHD扰动,采取LHCD与ECH辅助加热功率组合等进行了一些选择性排氦实验,并对将来堆条件下或HL－2A装置上利用射频场有质动力改善排氦效率的前景进行了讨论。     

真空丧失条件下液氦容器安全性试验

真空丧失对液氦容器的安全性是一大威胁,可能会造成十分严重的后果。通过试验,利用氦气及空气作为介质,对低温液氦容器在真空层发生泄漏情况下的漏热进行了研究。结果表明,多层绝热结构对于真空遭到破坏后的液氦容器能够起到一定的保护作用,而渗入到真空绝热层中气体的性质对于最终漏热情况也有影响,发现空气的“破坏力”明显小于氦气。     

氦离子低温预辐照对不锈钢中氦泡生长抑制作用的Monte Carlo模拟研究

实验中已发现氦离子低温预辐照不锈钢材料能有效抑制高温辐照阶段的氦泡生长,但这一结果一直缺少理论解释.基于持续注入粒子的三维格子气模型,采用Monte Carlo模拟方法研究了不同温度模式对氦泡生长行为的影响.研究发现,计算结果能很好地再现氦离子低温预注入抑制高温氦泡生长的实验现象,其原理为低温预注入时材料中形成了较高数密度的小氦泡,由于氦泡数量较多从而限制了氦泡平均尺寸的增大.