一个使用氦基混合气的小单元漂移室的实验研究

利用宇宙线分别研究了一个小单元漂移室在He/C3H8(60/40)和He/CH4(60/40)两种氦基混合气下的性能.作为比较还测试了在Ar/CO2/CH4(89/10/1)混合气下的性能.研究表明上述氦基混合气的空间分辨和dE/dx分辨好于Ar/CO2/CH4(89/10/1)混合气.使用He/C8H8(60/40)可以获得110μm的空间分辨,在30—40次取样下dE/dx分辨可以达到6%—7%.     

基于复合结构的气体电子倍增器增益模拟和实验研究

气体电子倍增器(GEM)作为高性能的微结构气体探测器在高能物理相关领域内得到了广泛的研究和应用.其中增益是GEM探测器基本性能研究中的一个重要参数,该值的精确测量至关重要.增益的测量一般采用电流测量或者能谱测量方法,但均存在精度较低或者过程繁琐的问题,且无法精确测量低增益值.针对GEM探测器增益的精确测量,本文提出了一种由GEM探测器与微网结构气体探测器(MM)级联构成的复合结构探测器(GEM-MM).利用GEM-MM结构以相对方法实现GEM增益的精确测量.该方法既可以省去传统方法中复杂的电子学标定过程,同时不需要进行原初电离电子数的估算,保证了增益的精确测量,并且可以实现GEM低增益的测量.基于GEM-MM测量GEM增益的原理,本文首先对GEM-MM电荷输运过程进行了模拟研究,优化了合适的工作电压.比较了三种不同类型和配比工作气体下GEM增益模拟结果,并在Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中测量了单层GEM在3—24范围内的有效增益.不同Penning系数下GEM增益的模拟结果表明,Penning系数为0.32时GEM增益的模拟结果与实验测量结果符合得很好.由此可以确定一个大气压下的Ar/iC_4H_(10)(95/5)气体中,Penning系数为0.32±0.01.     

用于低动量高精度测量的漂移室氦基混合气体性能的研究

报道了用小型均匀场漂移室对不同比例的氦基混合气体He/CH₄(80/20,70/30)和He/iC₄H₁₀(85/15,80/20,70/30)的电子漂移速度和用正比计数管对上述气体的电子放大系数测量的结果,实验结果同用Garfield程序包计算的结果进行了比较,符合得很好. 对He/CH₄(80/20)混合气体得到漂移速度ud≈2.7cm/μs,其放大系数M在适当工作电压下能控制在10⁴—10⁵之间,这种混合气体可以作为低动量高精度测量的漂移室工作气体较为理想的候选者.     

基于紫外吸收光谱技术的混合气体SO2和H2S浓度的实时监测

采用紫外波段吸收光谱检测技术,实现了SO₂和H₂S混合气体各组分浓度的实时监测。在实验中选用氘灯为测试光源,MAYA2000Pro光谱仪用于采集数据。基于光谱的峰谷特性,选择吸收光谱上波长非常接近的两个来推导SO₂气体的浓度公式,该方法可以忽略其他气体散射和吸收的影响。H₂S气体的吸收光谱可以通过减去混合气体中相应的SO₂气体吸收光谱获得。在常温常压下,H₂S气体的浓度可以从H₂S气体的吸收光谱的吸收峰获得。混合气体的测量精度约为1×10^-6(1 ppm)。基于上述方法,实现了混合气体SO₂和H₂S浓度的实时监测。     

基于化学发光法的高纯气体中ppb量级NOx浓度测量

高纯气体在半导体器件制作及燃料电池等行业应用广泛,但其杂质气体直接对加工精度及效果产生显著影响,因此对关键痕量杂质气体进行浓度诊断尤为必要.本文基于化学发光光谱理论和氮氧化物催化转化机理,设计了一套痕量NO/NO_x同步高精度测量系统,通过标定实验可知,该测量系统具有高线性度(R~2=0.99967)、高灵敏度、低检测下限(约25 ppt, 1 ppt=10^–12)、易操作性等优势;同时,综合考虑不同背景气体对荧光、磷光的淬灭效应,建立不同高纯气体中NOx测量方法,并利用该探测系统对实验室常用4种高纯气体(Ar, O₂, CO₂,N₂)中ppb量级的氮氧化物进行测量,结果表示CO₂中的NO含量最高,约为9 ppb (1 ppb=10^–9),其他高纯气体中的NO含量较低,仅有0—4 ppb, 4种高纯气体的NO₂含量均较低(<6 ppb);最后结合气体制备及提纯方式对高纯气体中杂质NO_x含...     

两个不同单元尺寸的小单元漂移室模型的性能研究

利用宇宙线分别测量了两个单元尺寸为14mm和16.4mm充He/C3H8(60/40)气体的小单元漂移室模型的性能，包括空间分辨，dE/dx分辨和单元效率. 测量结果表明两个漂移室模型的性能没有明显区别.     

气体对介质阻挡放电激发XeCl*辐射的影响

在气体配比和气压易控制的小尺寸气体混合腔中．通过对混合气体Cl2／Xe进行参量(配比、气压)范围调节．研究了不同气体配比、气压下介质阻挡放电激发准分子XeCl*的辐射特性。结果表明．在一定放电功率下．合适的气体配比和气压能产生峰值辐射。对于放电管在气体比例pc12／p1在I．5％-4％范围内，放电形貌及准分子XeCl*辐射的强度和光谱特征表现出明显的差异。同比条件下．混合气体He／Cl2／Xe中放电产生的准分子辐射强度弱于混合气体Cl2／Xc。     

高增益型气体电子倍增微网结构探测器的性能研究

随着微结构气体探测器的不断发展, 不同的探测需求相继提出.为了实现气体探测器在高增益和低打火率的条件下长时间稳定工作, 结合气体电子倍增器(GEM)与微网结构气体探测器(MicroMegas)的探测优势, 成功研制出一种基于GEM作为预放大的MicroMegas探测器, 详细介绍了探测器结构和工作原理, 并利用⁵⁵Fe放射源对探测器增益、打火率、能量分辨和工作稳定性等性能进行了实验测量. 分析结果显示GEM-MicroMegas探测器可以连续工作30 h 以上, 探测器增益可以超过10⁶, 相对于无GEM膜的MicroMegas探测器, 相同增益下打火率可以降低近100倍. 关键词： 微网结构气体探测器 能量分辨率 增益 打火率     

基于Er∶YAG单频可调谐激光器的甲烷吸收光谱测量

采用1.6μm激光差分吸收是探测甲烷(CH4)气体浓度的一种重要手段。通过对CH4气体吸收光谱的理论分析及计算,并基于Er∶YAG单频可调谐激光器,在实验室测量了CH4气体对1.645μm激光的吸收谱线。实验结果对研制用于测量CH4气体浓度的差分吸收激光雷达光源有重要意义。     

基于Er∶YAG单频可调谐激光器的甲烷吸收光谱测量

采用1.6μm激光差分吸收是探测甲烷(CH4)气体浓度的一种重要手段。通过对CH4气体吸收光谱的理论分析及计算,并基于Er∶YAG单频可调谐激光器,在实验室测量了CH4气体对1.645μm激光的吸收谱线。实验结果对研制用于测量CH4气体浓度的差分吸收激光雷达光源有重要意义。     

氦氢混合气体中受激拉曼散射的脉宽特性

 308nm准分子激光泵浦的氢拉曼散射介质中渗入一定比分的氦气，其输出的一阶斯托克斯光S1的脉宽将发生变化。实验获得不同氦比分的S1脉宽在20-45ns之间，与渗入氦的浓度有关。从氦对氢拉曼增益系数的影响，对实验结果进行了理论分析。     

常温下氙气以及氢氙混合气体形成的团簇的特性研究

利用瑞利散射法可以对团簇的尺寸以及团簇形成的演变过程进行研究, 这种方法非常简单易行且对团簇是非破坏性的. 通过对纯氙气以及氢氙混合气体形成的团簇的瑞利散射进行测量, 研究并分析了瑞利散射强度随时间、初始背压 以及气体混合比例的变化, 由此估算了在不同情况下形成团簇的平均尺寸. 通过获得的氢氙混合气体瑞利散射强度与背压的关系I=(1.5 ×10^-5)P^6.47, 发现了混合气体中氢气对氙团簇形成的促进作用, 并从热力学和分子间作用力的角度进行了理论分析, 得到了氢氙混合气体不易于液化这一新现象, 为实现高背压下更大尺寸团簇的产生提供了可能. 所获得的结果为今后基于氙团簇的X射线产生实验, 以及基于氘氙混合气体的中子产生实验研究提供了良好的实验依据.     

CH4/H2和CH4/He体系等离子体发射光谱分析

 在CH₄/H₂和CH₄/He和CH₄/He两种系统中,利用光学发射谱技术对螺旋波放电产生低压甲烷等离子体内活性粒子的光学发射特征进行了原位诊断。在实验中,两种体系下同时都测得的主要荷电粒子为CH,Ha,Hb,Hg以及H2等。研究了各实验参数对这些活性粒子CH, Ha,Hb以及Hg的发射光谱强度的影响。结果表明：在CH₄/H₂体系下,随着射频功率的增大,Ha,Hb,Hg以及CH基团的相对强度都随着增加,而当放电气压变化时它们都呈现先增大而后减小的趋势。在CH₄/He体系下,随射频功率的增加,Ha,Hb,Hg以及CH相对强度变化的总体趋势也都是先增加而后减小,当工作气压增加时,Ha,Hb以及Hg的相对强度变化也是呈现先增大而后减小,但CH基团的相对强度却是逐渐减小的;这些结果为等离子体沉积各种薄膜过程的理解及制备工艺参数的调整提供了参考。     

焦炉气低温氢分离流程制冷循环

我国每年随焦炉气排放到环境中的氢气是数百亿立方米。文中提出分区液化的低温分离法将焦炉气中的氢分离并同时液化。通过CH4及N2的理想蒸汽制冷循环计算,结果表明CH4的制冷系数是N2制冷系数的2.7倍,而相应卡诺效率是1.6倍。通过Ne、H2、He的理想气体制冷循环计算,结果表明Ne的制冷系数和热力学完善度都最高。从热力学角度而言,可分别采用CH4和Ne作为制冷剂组成制冷循环。     

Preparation of a two-state mixture of ultracold fermionic atoms with balanced population subject to the unstable magnetic field

We report a novel method to prepare a mixture of ~(40)K Fermi gas having an equal population of the two ground magnetic spin states confined in an optical dipole trap, in the presence of an noisy quantization(magnetic) field. We realize the equal population mixture by applying a series of RF pulses. We observe the dependence of the population distribution between two spin states on the number of the applied RF pulses and find that the decoherence effects leading to the population fluctuations are overcome by the high number of RF pules. Our demonstrated technique can be potentially used in the precision measurement experiments with ultracold gases in noisy environments.     

氩气/甲烷/空气介质阻挡放电等离子体的发射光谱诊断

为了获得可燃气体的放电及等离子体发射光谱特性,进一步揭示等离子体助燃作用下燃料在稀燃状态的点火与燃烧特性,在常压下以氩气作为载气对预混的甲烷和空气进行放电研究。实验基于平行板电极射频(13.56 MHz)介质阻挡放电的等离子体发生装置,首先在常压下对体积分数为90%氩气/10%空气的混合气体开展放电研究;再在90%氩气含量不变的情况下,调节空气含量并加入与之能形成燃烧化学当量比Φ＝1的甲烷,氩气/甲烷/空气的混合气体同样能实现稳定而均匀的放电;最后分别在90%氩气含量不变,甲烷和空气在当量比为Φ＝0.4～1.9六种情况下进行放电实验。由光谱仪记录不同放电工况下的发射光谱信息,诊断反应产物类型,利用观测到的氮分子第二正带系(0-2)380.4 nm和(1-3)375.4 nm处的发射谱线,与自编程序计算的模拟谱线拟合,得出分子转动温度(即气体温度)。研究结果表明：通过拟合模拟光谱与实验所测发射光谱的方法推测分子转动温度,进而获得气体的平动温度,氩气/空气放电的气体温度可达到1 150 K,氩气/甲烷/空气Φ＝1时放电气体温度升高到1 390 K;甲烷与空气形成不同当量比时,所测等离子体气体温度相对于90%氩气/10%空气混合气体温度的温升在70～240 K范围变化;由光谱信息观测到CH,H,OH和CH₂O等活性粒子的存在以及气体温度的升高,表明可燃成分混合气在射频电场放电作用下发生等离子体燃烧化学反应并释放出化学热。     

Charged particle oscillator and hollow cathode He(II) lamps for high resolution photoelectron studies: C 2 s spectrum of CH 4 and Hg 5 d5/2 spectrum of (CH 3) 2Hg

Charged particle oscillator and hollow cathode He discharge lamps are described, and the performances of the two lamps in the same spectrometer are compared. Both lamps give high percentages of He(II) radiation, but the hollow cathode lamp gives higher overall He(I) and He(II) intensifies and has greater long term stability. The observed resolution for He(II) studies (～ 25 meV) is the same for both lamps. The C 2 s spectrum of CH ₄ and the Hg 5 d_5/2 spectrum of (CH ₃) ₂Hg demonstrate the performance of the hollow cathode lamp. In the CH ₄ spectrum, a vibrational progression is observed, and attributed to the totally symmetric stretching mode. The linewidth of individual components increases at higher binding energy. The high resolution of the (CH ₃) ₂Hg spectrum enables us to identify additional peaks not previously seen in this spectrum. The Hg 5 d orbital energy-ordering for Me ₂Hg is reassigned.     

CW Discharge‐Pumped DCN Laser with Novel Mixture Gas

This paper describes a CW submillimeter waveguide dischargepumped DCN laser operating on 190 and 195m lines with novel mixture gas(N₂, CD₄, and D₂). No brown polymer deposit was found after long time discharge even at low wall temperature. The laser discharge length is 3 m, and the resonator length is 3.4 m. The resonator cavity consists of a pyrex tube of 54 mm diameter and two plane reflectors against its ends, one is a plane mirror, the other is a metal mesh. After optimization of various parameters, such as the N₂:CD₄:D₂ gas mixture, the discharge current and the wall temperature, this laser delivers 150 and 160mW on the 190 and 195m lines, respectively, for EH₁₁ mode.     

Effect of buffer gas on the generation of eye-safe 1.54 μm radiation using the stimulated Raman scattering technique in CH4

Experimental results on the generation of 1.54 μm eye-safe radiation in pure CH₄, CH₄:He and CH₄:Ar mixtures pumped by the fundamental of an Nd:YAG laser, using the stimulated Raman scattering (SRS) technique, are described. A decrease in the energy conversion efficiency and degradation in the beam quality of S₁ was observed in pure CH₄ at high pump energies. This problem was overcome in CH₄:He and CH₄:Ar mixtures. Compared with the first Stokes (1.54 μm) energy conversion efficiency in pure CH₄, at a pump energy of 126 mJ, an enhancement of 50% in energy conversion efficiency was observed in the CH₄:Ar mixture (60% argon concentration) and as much as 100% in the CH₄:He mixture (60% helium concentration). The use of these buffer gas mixtures improved the spatial beam quality of the Stokes radiation considerably and also resulted in raising the pump threshold for optical breakdown of the Raman gain medium.     

低温等离子体活化转化煤层甲烷机理的光谱诊断

为了探究低温等离子体活化转化煤层甲烷的机理,采用自制的介质阻挡放电实验系统对体积组成为CH440%、O212%、N248%的模拟煤层甲烷进行等离子体活化转化。采用色谱分析方法对煤层甲烷介质阻挡放电稳定产物进行分析,结果表明低温等离子体活化煤层甲烷的主要产物为CH3OH、CO和CO_2。采用发射光谱原位诊断技术在200~700 nm波长范围内研究了放电气体的发射光谱,检测到O·、CH·、C·、Hα、N2(A3Σ+U)等激发态物种。基于发射光谱原位诊断和气相色谱分析结果,对煤层甲烷活化转化的自由基反应过程进行了推断。同时,明晰了反应气中N2对煤层甲烷活化和主要产物的生成具有促进作用,即N2产生了存活时间更长的亚稳态离子,该亚稳态离子将能量传递给反应气中的O2和CH4,进而加速了煤层甲烷的活化和稳定产物的生成。