高密度氦相变的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合对关联函数分析计算了0–1000 K范围内氦的固–液相变曲线, 与实验数据的对比显示, 在0–500 K之间与实验数据符合很好, 500 K以上还没有相应的实验数据. 另外, 计算了钛金属中不同尺寸氦泡的压强, 并与高密度氦的固–液相变曲线进行了对比. 结果显示, 在低温条件下, 随着温度的降低, 钛晶体中可能会出现固态氦泡; 在300 K以上不会存在固态氦泡.     

气氦强迫冷却超导磁体试验装置系统

本文介绍了专供迫流氦冷却超导磁体的试验装置、微处理机温度测试系统,以及一个间接冷却的Nb_3Sn实验磁体.文中还介绍了本装置系统自4.5K至16K的运行实验结果.     

热声制冷的实验研究

自行研制了热声驱动脉管制冷机实验台,着重研究了加热温度、平均工作压力、小孔开度、工质各类等因素对脉管制冷机性能的影响。初步实验表明,以氮、氦及氦和氩混合物（氦占94％）作工质,分别获得了234.5K、179K及165K的无负荷制冷温度,此外,本文还指出了进一步改进方向,具有一定参考价值。     

金属钛中氦团簇融合的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究了金属钛中氦的扩散聚集行为.在300—800K的温度范围内,模拟了钛基底中氦团簇之间的融合过程.研究发现,温度的升高会加快氦团簇的融合.在300—800K,融合后的氦团簇在所模拟的时间尺度内三维结构保持不变.模拟结果还表明,常温下氦团簇之间的吸引力是导致氦团簇融合的重要因素. 关键词： 氦团簇 团簇融合 分子动力学模拟     

温度对fcc铁中氦行为的影响研究

温度对fcc铁中的氦行为具有重要的影响,编写了居于fcc晶格的面向对象动力学蒙特卡罗程序（Object Kinetic Monte Carlo）,采用该程序结合分子动力学（MD）方法对fcc铁中的氦行为进行多尺度模拟,研究了温度对fcc铁中氦行为的影响,给出了不同温度退火过程中氦行为的原子细节。模拟结果表明引入一定量的非热平衡空位可以使模拟结果与文献实验结果有非常好的吻合;室温至1073K,温度对氦行为影响可以分为四个阶段：第一阶段,298-473K,正电子长寿命随退火温度增加略有减少,这主要由于非热平衡空位浓度降低;第二阶段,473-673K,正电子长寿命随退火温度增加而增加,主要由于晶粒内平均氦泡尺寸增加;第三阶段,673-873K,正电子长寿命随退火温度增加而迅速减少,主要是由于氦泡的平均尺寸减小和晶粒内的空位浓度降低;第四阶段,873-1073K,正电子长寿命随退火温度增加而迅速增加,与晶粒内氦泡的平均尺寸变大,且空位浓度随温度的增加而指数增加有关。     

氘、氦及其混合物状态方程第一原理研究

利用量子分子动力学方法对氘、氦及其混合物的状态方程进行了研究. 计算了氦在密度0.32-5 g/cm³, 温度1000-50000 K范围内的状态方程, 并与化学模型的结果进行了比较; 同时计算了冲击Hugoniot曲线, 与气炮实验的结果符合得很好. 通过计算对分布函数及态密度, 探讨了氦在高温高压下发生金属-绝缘体转变的机理. 计算了氘在密度0.19-0.84 g/cm³, 温度20-50000 K范围内的状态方程; 并计算了理论Hugoniot状态, 由于没有考虑原子的零点运动, 在低温区, 理论结果比实验值小. 对氘氦混合物的状态方程进行了研究, 计算了温度和密度区间为100-50000 K, 0.19-0.84 g/cm³, 不同混合度下的293个状态点的状态方程. 对线性混合近似进行了考查, 结果表明线性混合近似是一个粗略的近似.     

碳化硅中氦离子高温注入引入的缺陷及其退火行为的光谱研究

对氦（He）离子高温（600 K）注入6H-SiC中的辐照缺陷,在阶梯温度退火后演化行为的拉曼光谱和室温光致发光谱的特征进行了分析.这两种方法的实验结果表明,离子注入所产生晶格损伤的程度与注入剂量有关;高温退火导致损伤的恢复,不同注入剂量造成的晶格损伤需要不同的退火温度才可恢复.在阶梯温度退火下呈现出了点缺陷的复合、氦-空位团的产生、氦泡的形核、长大等特性.研究表明：高温（600 K）注入在一定剂量范围内是避免注入层非晶化的一个重要方法,为后续利用氦离子注入空腔掩埋层吸杂或者制备低成本、低缺陷密度的绝缘层 关键词： 6H-SiC 离子注入 拉曼光谱 光致发光谱     

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.     

一种新型的低温恒温器

本文描述了一种适用于1K到300K的低温物理实验装置。它既可以作为液氦恒温器使用,又可以作为氦连续流动恒温器使用。如果用液氮作冷源,则可以获得77K到300K的温度。     

金属钨中氦行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了氦在金属钨中的扩散聚集行为. 首先,建立了氦与钨原子间相互作用势,短程部分采用ZBL势形式,长程部分采用从头算法数据,实现了两者之间的平滑连接. 通过计算氦在钨中不同间隙位的形成能发现,单个氦原子更易存在于金属钨中的四面体间隙位,这与最新的研究成果是一致的. 在400-1200 K的温度范围内,考察了氦原子在金属钨中的扩散行为,获得了扩散迁移能,其值介于实验值和从头算法结果之间. 最后,研究了氦的聚集行为,从能量的角度考察了氦团簇形成初期的生长机理. 研究发现,在氦团簇形成初期,氦团簇对氦的结合能随着氦团簇的生长有逐渐增大的趋势,说明氦团簇吸收氦的能力逐渐增强. 关键词： 氦扩散 氦团簇 辐照损伤 分子动力学模拟     

氦离子注入4H-SiC晶体的纳米硬度研究

4H-SiC晶体经能量为100 keV,剂量为3×10¹⁶ cm^-2的氦离子高温（500 K）注入后,再在773—1273 K温度范围内进行了退火处理,最后使用纳米压痕仪测量了样品注入面的硬度.测试结果表明,在500—1273 K温度范围内样品的硬度随退火温度升高呈现先增大后减小再增大的趋势,其中773 K退火样品的硬度增大明显.分析认为,退火样品的硬度变化是由退火过程中缺陷复合与氦泡生长导致样品内部的Si—C键密度、键长和键角改变引起的. 关键词： SiC 注入 氦泡 纳米压痕     

稀玻色气体的超流动性

1925年爱因斯坦发表了著名的关于玻色凝聚的文章以来,人们一直期望能在实验上得到证实.为解释超流波体氦(4He)不寻常的性质,1938年他敦(F·London)提出液体氦从正常相到超流相的相变是一种坡色凝聚现象,其主要根据是计算出的凝聚温度3.1K和超流相变温度2.17K很接近,这种看法大体正确.但是严格地说,液体氦是强相互作用的多体系统,并不是理论所讨论的可以忽略相互作用的理想的玻色系统,这反映在某些性质和理论结果有定性上的不同.在压强增高,单位体积的4He原子数n增加时,按照理论,凝聚温度Tc正比于n2/s,Tc应上升,实际上却是下降的.此外,在…     

用多次冲击压缩方法研究稠密氢氦等摩尔混合气体的物态方程

采用液氮冷却以及气体增压技术，制备了～30MPa及～90K初始状态的氢、氦等摩尔混合气体样品.以二级轻气炮作为加载工具，用不同灵敏度设置的两套多通道瞬态高温计系统获得完整、清晰的稠密氢、氦混合气体多次冲击压缩过程的光谱辐射强度信号.并建立起相应的实验数据处理和分析技术，获得了5—140GPa范围内氢、氦混合气体一至五次冲击雨贡纽物态方程，以及一次、二次和四次冲击温度实验数据.流体变分理论和离解模型用来分析和解释所获得的测量结果. 关键词： 氢、氦混合气体 多次冲击压缩 光谱辐射强度历史 物态方程     

α-Fe中氦泡阻碍位错移动硬化的分子动力学研究

基于周期性位错阵列模型,利用分子动力学方法,研究了α-Fe中1/2a0111{110}刃位错与3nm氦泡的相互作用导致硬化的过程,重点研究了不同温度下(300 K和623 K),氦空位比例对位错与3 nm氦泡作用机制影响的差异性.研究结果表明,当氦空位比例在0～1之间变化时,氦空位比例的变化对临界剪切应力的影响微弱,当氦空位比例在1～1.5之间变化时,氦泡内氦原子的数量的增加,临界剪切应力随之降低.氦空位比例升高至1.75时,高温623 K与室温相比,临界剪切应力反常升高,原因是高温引起的位错与氦泡的排斥机制:氦泡严重超压,与位错接触瞬间,沿位错拉伸侧踢出自间隙原子团簇,被位错吸收后产生割阶;由于位错割阶与超压氦泡同为压应力场,割阶被氦泡强烈排斥反弹.     

纳米晶LaNiAl薄膜充氦技术研究（英文）

采用离子束辅助磁控溅射方法沉积出了纳米晶LaNiAl膜和纳米晶渗氦LaNiAl膜(膜厚约10μm),通过调节ArHe气氛的比例可控制纳米晶膜中的含氦量(He/LaNiAl的原子分数5.7%~13.8%),通过该方法引入到LaNiAl金属薄膜中的氦量远高于采用球磨法制备的纳米LaNiAl粉中的含氦量。研究结果表明:渗氦LaNiAl膜中的氦含量(原子分数)可达13.9%,氦在膜的深度方向分布均匀;热解析分析恒温条件下沉积的渗氦膜的起始释放温度为848K,最高释放温度为1407K,主释放峰为1080K,初步确定了氦主要是以团簇的形式存在于在纳米晶膜中。     

纳米晶LaNiAl薄膜充氦技术研究

采用离子束辅助磁控溅射方法沉积出了纳米晶LaNiAl膜和纳米晶渗氦LaNiAl膜（膜厚约10 m）,通过调节Ar-He气氛的比例可控制纳米晶膜中的含氦量（He/LaNiAl的原子分数5.7%~13.8%）,通过该方法引入到LaNiAl金属薄膜中的氦量远高于采用球磨法制备的纳米LaNiAl粉中的含氦量。研究结果表明:渗氦LaNiAl膜中的氦含量（原子分数）可达13.9%,氦在膜的深度方向分布均匀;热解析分析恒温条件下沉积的渗氦膜的起始释放温度为848 K,最高释放温度为1407 K,主释放峰为1080 K,初步确定了氦主要是以团簇的形式存在于在纳米晶膜中。     

超临界氦迫流冷却超导装置电流引线的最佳化

对超导装置电流引线的一种新型冷却方式——超临界氦迫流冷却作了研究。发现对于一定的运行电流,存在着一种最佳工况,此时冷却超导装置制冷机的室温功耗最低。对于残余电阻比rrr=89的铜引线和温度T=5.2K,压强p=8×10~5Pa的超临界氦冷介质,最佳工况参数与运行电流间的函数关系已被求得并为实验证实。     

超导合金物理

超导现象在1911年已被荷兰物理学家卡姆林-翁纳斯(Kamerlingh-Onnes)发现。他研究氦温度(接近氦沸点,即从绝对零度算起等于4.2°K)下金属的电阻,观察到大约在4°K时,水银的电阻突然下降为零。此后,在很多纯金属和合金中也观察到这种现象,因而称之为超导电性。不同金属转变为超导态的温度不同,但都很低,以铌化锡合金(Nb_3Sn)为最高,为18°K。     

基于可用能和熵产分析500 W/4.5 K氦制冷机优化

利用流程模拟软件对500 W/4.5 K氦制冷机建立静态模型,建立制冷循环的可用能效率以及系统熵产的分析公式。选取透平路分流系数、透平路中间压力、透平路进口温度和压机出口压力关键参数为研究对象,采取氦制冷机的可用能效率分析和系统熵产分析相结合的研究方法,对氦制冷流程进行优化分析。优化后的500 W/4.5 K氦制冷机的透平路分流系数为50%,透平路中间压力为4.7 bar,透平路进口温度为30 K,压机出口压力为10 bar。通过对氦制冷机的性能优化,极大提高了运行效率,减小了能耗。     

高n双电子复合伴线对类氦镁离子 Kα共振线贡献的理论计算

利用多组态Dirac-Fock方法计算了类氦镁离子的双电子复合截面.分析了类氦镁离子的高n双电子伴线结构及其对类氦镁离子Kα共振线的影响.结果表明类氦镁离子的高n双电子伴线几乎都分布于Kα共振线的长波一侧.随着n的增加,DS强度呈现明显减小的趋势.虽然来自KLM(n=3)的发射线最强,但n>3的部分依然给出了非常重要的贡献.即便是来自n>10的共振的贡献也是不可忽略的.并且高n双电子伴线随着n的增加不断接近Kα共振线,导致和Kα共振线的强烈混合.在实验测量中会使Kα共振线峰位的测量值向长波方向移动,使谱形加宽,并且增强了Kα共振线测量值强度.