吸积盘的X射线辐射对周围星际物质的离化研究

利用辐射流体力学程序对三倍频纳秒激光与靶物质相互作用进行了模拟研究，得到了可以产生黑体辐射谱分布的激光等离子体X射线辐射靶的最佳厚度；数值模拟研究了黑体谱分布的X射线辐射场对等离子体系统平均离化度分布的影响，它有助于深入理解天体物理中吸积盘对它周围星际物质的离化影响. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线辐射 吸积盘 离化     

强光一号Z箍缩实验研究

 在强光一号装置驱动电流峰值1.4~2.1 MA、上升时间80~100 ns条件下,研究了喷Kr气、喷Ne气、W丝阵和Al丝阵负载Z箍缩等离子体的辐射特性和聚爆过程。实验研究中,用分压器和两个罗戈夫斯基线圈分别测量二极管的电压和流过负载的电流波形,用过滤型X射线二极管和100~1 400 eV平能谱响应闪烁探测器测量X射线时间谱,用镍薄膜量热计测量X射线总能量,用纳秒时间分辨软X射线图像诊断系统记录了Z箍缩的聚爆过程,用时空分辨的椭圆弯晶谱仪诊断了Z箍缩等离子体产生的keV级特征X射线的能谱分布。其中,喷Kr气负载的X射线辐射总能量大于60 kJ,峰值功率约1.7 TW,总能量转换效率可达23%;W丝阵负载的辐射总能量大于30 kJ,峰值功率约1.30 TW,总能量转换效率约为12.5%;喷Ne气负载的keV级辐射总能量5.6 kJ,峰值功率约256 GW,能量转换效率可达2%; Al丝阵负载的keV级辐射总能量2.3 kJ,峰值功率约94 GW,能量转换效率可达0.8%。喷气负载在Z箍缩聚爆过程中存在“拉链”现象,丝阵负载在Z箍缩聚爆过程中存在先驱现象。     

大气层外核爆炸X射线辐射场特性研究

 X射线被认为是大气层外反导栏截武器的主要破坏因素。在航天器结构材料的辐射损伤计算中，需要核爆炸X射线辐射场的数学模式。从Planck黑体谱出发，提出按温度梯度分层的归一化黑体谱组合模式，给出X射线的释放能量及辐射脉冲，从而建立了大气层外核栏截X射线辐射场特性的数学模式。     

中俄Z-pinch联合实验新进展

在Angara-5-1装置Z-pinch实验中,研究了双层丝阵内爆动力学模式和动态黑腔,获得高产额X射线辐射能量和功率,X射线辐射功率达5.6 TW,泡沫X射线辐射温度达63 eV,本文给出主要实验设计方法和结果. 关键词： Z箍缩 双层丝阵 X射线辐射 动态黑腔     

腔靶X射线辐射特性实验研究

在上海“神光”装置上,对柱形腔靶X射线辐射的温度、光谱以及时间特性进行了实验研究,得到内爆区轴向温度随空间位置的变化特征。观测到腔内激光直接烧蚀靶物质产生的第一次X射线辐射和等离子体运动、汇聚形成的第二次X射线辐射,两次辐射的时间间隔为1.2ns。通过测量源区和内爆区X射线辐射空间能谱结构,结果表明源区X射线辐射能谱是非平衡的,而内爆区X射线辐射能谱近似为Planck谱。 关键词：     

基于聚龙一号的钨丝阵Z箍缩内爆辐射特性

介绍了基于聚龙一号装置的Z箍缩诊断和实验布局, 分析了丝数132~300、丝直径5~10 m、丝阵直径13~30 mm的单/双层钨丝阵Z箍缩内爆动力学过程和软X射线辐射特性规律。研究表明, 钨丝阵等离子体的停滞时间与零维薄壳模型计算的停滞时间一致, 内爆轨迹存在偏离, 丝阵等离子体内爆开始前以丝烧蚀为主, 内爆开始时间约为总内爆时间的67%;随着负载质量和半径的增大, 负载电流、内爆停滞时间和X射线辐射脉冲半高宽也相应增加, X射线辐射峰值功率减小。双层钨丝阵的内爆均匀性和一致性优于单层丝阵, 其辐射峰值功率明显高于单层钨丝阵, 但单/双层钨丝阵辐射产额基本相当, 能量转换效率约为15%。此外, 还初步讨论了单层钨丝阵驱动的低密度泡沫动态黑腔辐射功率波形特征及其与纯钨丝阵内爆辐射的差异。     

对激光等离子体中X射线的产生与辐射加热研究

利用一维辐射流体力学程序MULTI数值模拟研究了功率为1014Wcm2、脉冲宽度为300ps、波长为0.44μm的强激光辐照平面Au靶时产生X射线的过程,给出了X射线转换效率和能谱分布.通过将靶物质划分为对所产生的X射线光学薄的转化区和光学厚的再发射区,得到了作为黑体辐射热源的最佳靶厚度,并给出了辐射加热靶所产生的等离子体的密度和温度的空间分布. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线转换 辐射热波     

Z箍缩动态黑腔形成过程MULTI程序一维数值模拟

Z箍缩动态黑腔能够高效地将Z箍缩丝阵等离子体动能转换为黑腔辐射能,为驱动惯性约束靶丸聚变提供高品质的X射线辐射场.利用一维双温多群辐射磁流体力学程序MULTI-IFE,研究了"聚龙一号"装置驱动电流条件下的Z箍缩动态黑腔形成基本物理过程.数值模拟结果表明,在动态黑腔形成过程中,辐射热波的传播速度比冲击波的传播速度更快,比冲击波更早到达泡沫中心,使中心区域的泡沫在冲击波到达前就已具有较高的辐射温度.对于"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次采用的负载参数,辐射热波和冲击波在泡沫中的传播速度分别约为36.1 cm/μs和17.6 cm/μs,黑腔辐射温度在黑腔形成初期约80 eV,在冲击波到达泡沫中心前可达100 eV以上,丝阵等离子体外表面发射的X射线能量集中在1000 eV以下.本文给出了程序采用的计算模型、美国"土星"装置丝阵内爆计算结果和"聚龙一号"装置动态黑腔实验0180发次模拟结果.     

表面绝缘对平面钨丝阵Z箍缩早期过程的影响

在"强光一号"装置上研究了表面绝缘对平面钨丝阵早期过程的影响。通过对实验结果的唯象分析,发现相对于标准丝阵,表面绝缘丝阵X射线辐射被强烈延迟,并与丝阵宽度有较强的依赖关系,在X射线辐射之前存在较强的阴极发射;表面绝缘丝阵X射线辐射副脉冲幅值是标准丝阵两倍,且存在较长的平台期,其单丝等离子体膨胀导致的温度降低效应比标准丝阵强;在快速内爆开始之前,两者形成了类似的宏观磁流体不稳定性结构。     

用于测量Z箍缩铝等离子体K层辐射的邻苯二甲酸氢铊弯晶摄谱仪

 基于邻苯二甲酸氢铊(TAP)弯晶和软X射线分幅相机建立了一套4通道的时空分辨弯晶摄谱仪,测谱范围1 500～2 300 eV,时间分辨约2 ns。分析了谱仪各环节的信号传递和转换过程对系统谱响应的影响。利用该谱仪在“强光一号”加速器(约1.5 MA, 80～100 ns)Al丝阵Z箍缩实验中获得了时间分辨及时间积分的Al等离子体K层辐射谱,记录到了类H、类He离子主要共振线及类Li、类He离子双电子复合伴线。将摄谱结果与分能区X射线图像进行了比较。时间分辨的发射谱相对强度与积分结果有明显不同,反映了等离子体在5～10 ns时间尺度上的电子温度和离子布居变化。     

紫外辐射加速老化高温硫化硅橡胶的X射线光电子能谱研究

高温硫化硅橡胶具有优良的电气性能、机械性能、憎水性而广泛应用于特高压输电线路,但亦会受外界环境的影响而老化,其抗紫外老化性能受到关注。课题组模拟户外紫外辐射环境,设计搭建了可调式紫外辐射加速老化试验箱,对A、B两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐射(0,500和1 000 h)加速老化实验,重点对辐射前后的试样进行X射线光电子能谱全谱扫描和窄区谱分析、确定元素化学位移及相对含量,分析紫外辐射对高温硫化硅橡胶表面化学态的影响,进而判断紫外辐射加速高温硫化硅橡胶老化机制。结果表明：高温硫化硅橡胶主要元素为O_1S,C_1S,Si_2p,其中O_1S主要以O-Si-O（532.4 eV）的形式存在,紫外辐射后,拟合分峰观察到534 eV的-OH的小峰,积分面积随辐照时间延长而增加;C_1S为C-H,C-C（284.8 eV）或C-O（286.3 eV）,随着辐射时间的延长,C-H和C-C结合能峰积分面积减小,C-O结合能峰的积分面积略微增加;Si_2p为Si-C（102.39 eV）,紫外辐射后新增SiO_x（x=3～4）结合能峰（103.6 eV）且积分面积随辐射时间延长而增加。分析认为紫外辐射加速老化的机理是紫外线切断硅橡胶中键能较低的部分Si-C,C-C和C-H键,裂解后的自由基可相互结合发生交联反应形成SiO_x（x=3～4）;辐射产生高活性的臭氧氧化自由基生成-COOH。XPS技术能够探究高温硫化硅橡胶的表面化学态从而促进其老化机理的研究。     

非晶纳米过氧聚钨酸的Raman谱、热稳定性及UV-Vis光吸收特性

过氧聚钨酸是通过化学途径合成各种纳米结构氧化钨的重要前驱物之一。本文以双氧水(H₂O₂)、钨粉(W)和无水乙醇为原料合成了过氧聚钨酸溶胶,随后在常温下长时间放置,直至自然凝固,并在120 ℃干燥3 h后得到最终的深黄色胶状固体。利用XRD、SEM、Raman谱、TG/DSC分析和UV-Vis谱等分别考察了样品的成分结构、热稳定性和UV-Vis光吸收特性。宽的XRD峰表明样品是非晶结构,明显峰位的高斯型拟合表明样品是氧化钨与水合氧化钨的复合物。SEM表明样品呈纳米颗粒状(50～100 nm)和片层状形貌(厚约50 nm)。宽而明显的Raman峰的高斯型拟合进一步表明样品是非晶氧化钨和水合氧化钨的复合物,不仅拥有非常明显的O—W—O对称伸缩、非对称伸缩和WO振动,而且伴有O—W—O对称弯曲、非对称弯曲及吸附水的振动模式。TG/DSC分析表明过氧聚钨酸凝胶固体在120～500 ℃范围内存在四个不同的热力学过程：(Ⅰ)过氧聚钨酸凝胶固体的缓慢晶化(120～165 ℃);(Ⅱ)H₂O₂的分解和H₂O的去吸附(165～236 ℃);(Ⅲ)水合氧化钨的快速分解(236～287 ℃);(Ⅳ)最终产物WO₃的晶化和相变(287～500 ℃)。UV-Vis谱表明样品在350～600 nm范围存在一个明显的带边吸收,其光学带隙约2.25 eV,明显低于当前已报道的WO₃和H₂WO₄的带隙值(2.45～3.50 eV)。存留在复合物中的水分子、氧缺陷以及结构性畸变应该是导致其拥有较窄带隙的关键因素。     

20种氨基酸近红外光谱及其分子结构的相关性

旨在研究20种氨基酸的分子结构与其近红外光谱的相关性,为氨基酸近红外光谱在动物科学、食品和医药等方面的推广应用奠定一定的理论基础。应用岛津傅里叶变换红外光谱仪IRPrestige-21及其近红外附件FlexIRTM Near-Infrared Fiber Optics module,采集20种氨基酸标准物质在1 000～2 502 nm波长范围内的近红外光谱,分辨率8 cm-1,每个样品扫描3次,每次扫描50遍,取其平均值为氨基酸标准品的近红外光谱。根据氨基酸侧链基团的不同,分别比较脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸中各氨基酸分子结构与其近红外光谱的相关性。研究表明,20种氨基酸在1 000～2 502 nm区域有非常明显的近红外光谱吸收且差异显著。分子量较大的脂肪族氨基酸其近红外光谱受侧链基团的影响较大,而甘氨酸近红外光谱受羧基和氨基的影响较大;两种芳香族氨基酸近红外光谱的差异主要来自于苯环,酪氨酸苯环上的—OH基团降低了苯分子的对称性,导致更多振动吸收峰的出现;杂环氨基酸因其侧链上杂环分子基团构成不同,其近红外光谱在1 600～1 800 nm区域差异较大。综上,20种氨基酸主要存在4个特征光谱区：第1特征光谱区为1 050～1 200 nm主要由C—H基团的二级倍频构成;第2特征光谱区为1 300～1 500 nm主要由C—H基团的组合频构成;因侧链基团分子构成不同,在第3特征光谱区1 600～1 850 nm和第4特征光谱区2 000～2 502 nm表现出差异较大的特征吸收峰。因此,可以利用此4个近红外光谱特征区域对氨基酸进行定量和定性分析,提高氨基酸近红外光谱模型预测的准确性。     

Calculation of radiative heat transfer in argon arc plasmas

Radiation emission and absorption in arc plasmas are important energy transfer processes. Exact calculations, though possible in principle, are usually impossible in practice because of the need to treat a large number of spectral lines and also the continuum radiation in the whole spectrum range. Recently, we have used an approximate method of partial characteristics to evaluate the radiation intensities, radiation fluxes and the divergence of radiation fluxes for SF₆ arc plasma with cylindrical symmetry. In this paper, we have extended our calculations toargon arc plasmas for the plasma pressures of 0.1, 0.5 and 1.0 MPa. We have calculated the coefficients of absorption for Ar plasmas at temperatures from 300 to 35 000 K, and have used these coefficients to calculate the partial characteristics. Both the continuum and the line spectra have been included in calculations. We have taken into account the radiative photo-recombination and bremsstrahlung for the continuous spectrum, and over 500 spectral lines for the discrete spectra.The method of partial characteristics has been applied to three-dimensional calculations of radiative heat transfer — i.e. radiation intensity, radiation flux and its divergence — in simplified temperature profiles. Conclusions have been made concerning validity and utilization of the method of partial characteristics in general gas dynamics problems.     

碳氢扩散火焰实验研究：燃烧气氛对火焰光谱与温度的影响

辐射是各种燃烧过程中热传递的主要方式。在不同的火焰中,辐射光谱分布十分复杂。在这项工作中,利用光谱仪测量了可见光(200～900 nm),近红外(900～1 700 nm)和中红外(2 500～5 000 nm)波段火焰的光谱强度,分析了空气和富氧气氛下扩散火焰的光谱特征。并基于光谱分析,定量得到了火焰中碳烟以及气体发射的辐射力,计算了火焰的温度分布。结果表明,空气燃烧中的火焰温度低于富氧燃烧中的火焰温度。在空气气氛下,火焰中的碳烟和气体均对中的热辐射起着重要作用。而在富氧气氛下,气体对于火焰热辐射更为重要。在可见光和近红外波段,由于在空气气氛下火焰中碳烟的大量形成,光谱曲线显示出了良好连续性。而富氧气氛下火焰的辐射光谱降低。在中红外波段,空气气氛下火焰的气体辐射明显弱于富氧气氛下火焰的气体辐射。     

Probe Raman spectroscopy of sodium uranyl-acetate microcrystals

The technique for recording Raman spectra in uranium compounds using a probe minispectrometer with a multielement radiation detector has been developed. A selective filter, which reflects exciting laser radiation and transmits Raman signals, has been used to suppress the exciting radiation. It is shown that the technique developed makes it possible to record Raman spectra from a small amount (~10^–5 g) of sodium uranyl-acetate polycrystals in a wide spectral range for several seconds.     

Photoelectron spectroscopic studies of the butylbenzenes

The He(I) photoelectron spectra of the geometrical isomers of butylbenzene have been compared. All the isomers have first ionization potentials within 0.08 eV but show variations in the higher ionization energy range. A valence-electron-only model potential (VEOMP-3G) method is employed to aid in the spectral assignment. Comparison with the spectra of benzene and the butyl moiety indicates that the spectra of the butylbenzenes can be interpreted according to a composite-molecule model, which indicates that CC as well as CH hyperconjugation must be invoked to adequately describe the benzene—butyl interactions.     

Spectral and diffraction properties of microchannel plates in the long-wavelength X-Ray range

The spatial distribution of the intensity and spectra of X rays at the output of microchannel plates is studied both experimentally and theoretically. A model of planar antenna array is used for radiation transmitted through an ordered system of through hollow microchannels for the energy range of 90–2000 eV. The results of the calculations are in good agreement with experimental data obtained with the parallel beams of monochromatic synchrotron radiation. The energy characteristics of the output radiation whose fine spectral structure corresponds to the reflection and fluorescence spectra near the Si L- and Si K-absorption edges are presented.     

Self-calibration of Silicon Photodiode in the Soft X Ray Spectral Range

Self-calibration experiment of silicon photodiodes in the soft X-ray spectral region of synchrotron radiation (50—2000eV) is carried out. Because of elimination of “dead region” and adoption of very thin SiO₂ layer as window of the silicon photodiode, a simple model can be used to analyze the process. Based on parameters measured by experiment, the quantum efficiency of the silicon photodiode is calculated, and the flux of incident synchrotron radiation is also obtained.