用于SCA ASIC测试的数字读出模块设计

高速开关电容阵列(SCA)具有高速采样、低功耗的特点,基于SCA的高速波形数字化是目前高精度时间测量的一个重要研究方向。为此,我们开展SCA芯片的研究,目前已设计完成原型ASIC设计,并正在进行后续版本的改进设计。为便于未来多版本ASIC的测试和评估,需设计具有一定通用性的数字读出模块,本论文工作主要介绍此模块的设计工作以及相应的数据读出软件。数字读出模块基于FPGA实现对待测ASIC的控制、配置及数据读出,采用DDR3片外存储芯片,使用USB3.0等接口进行数据传输;上位机软件基于Python3.7设计,实现了数据采集与波形绘制等功能。目前已使用设计完成的数字读出模块对第2版SCA ASIC进行了初步的测试,测试结果表明,此读出模块工作正常,且SCA芯片输出结果符合预期。     

核电池概述及展望

核电池具有能量密度高、工作稳定可靠、无需人工干预等优点，在需要长期稳定供电的场合具有独特优势，其中热转换式核电池(RTG)是技术最为成熟且应用最早的一类，而β辐射伏特效应核电池已有商业化案例。目前，在β辐射伏特效应核电池研究中存在着放射源自吸收效应浪费能量、转化效率低、换能器件辐射损伤严重等问题，而对于一个实际的核电池，由于放射源自身不断衰变的属性，导致源的成分及其活度随着时间而发生变化，最终影响核电池的电学性能，其影响程度需要加以深入研究。本文以时间轴的形式对核电池的发展进行了全面回顾，简要介绍多种主流类型核电池的原理和应用范围；对于β辐射伏特效应核电池，指出放射源的自吸收是其中的关键科学问题。对于使用63Ni和TiT₂放射源的核电池，给出了其电学性能随时间变化的规律；指出对于某一特定结构的β辐射伏特效应核电池设计，在前期的模拟优化环节中，精细计算是至关重要的；最后提出了将放射源与换能材料相结合、使用含有较重同位素的换能器件的设想，这些设想有利于解决放射源自吸收问题、提高核电池输出功率和减轻辐射损伤的影响。     

均匀磁场下碳离子笔形束的剂量变化分析及位置修正方法

分析外加均匀磁场对于碳离子笔形束剂量分布的影响,并考虑修正这种影响,为磁共振成像引导碳离子放射治疗的临床应用提供指导。本文利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量碳离子笔形束在不同强度磁场下的剂量分布情况,发现垂直于碳离子束入射方向的均匀磁场对于碳离子笔形束射程缩短的影响很小,磁场对碳离子束的主要影响是引起束流横向偏转,特别是碳离子束布拉格峰位置的横向侧移。横向侧移程度与碳离子束的能量和磁场强度相关,根据模拟结果,得到了一个计算碳离子束布拉格峰在磁场中相对横向偏转的方程,并提出一种校正外加磁场引起的碳离子束布拉格峰横移的角度修正方法。这些结果可用于指导磁共振图像引导碳离子放射治疗计划系统的研发。     

100 MeV质子束流品质诊断及剂量测量准确性评估方法研究

质子辐射生物学效应是太空放射生物学和质子束放疗研究的重要基础，可为空间环境下人员的危险性评估以及质子治疗优化设计提供科学依据。依托加速器建立相应的生物样本辐照技术是开展此类研究的前提条件。中国原子能科学研究院最近建立的100 MeV强流质子回旋加速器提供的中能质子束流为目前国内能量最高，特别适合用于太空放射生物学和质子治疗相关研究。本研究中，利用在束和离线等多种手段建立了中能质子束流诊断和剂量测量方法，对加速器引出的100 MeV质子照射野大小、均匀性等束流品质以及剂量测量系统准确性进行了分析和评估。结果表明，对光子剂量响应好的LiF(Mg, Ti)热释光探测器，对90 MeV质子同样具有良好的剂量响应关系，可作为中能质子剂量准确性评估的手段之一。在5.0 cm×5.0 cm照射野范围内，加速器引出的100 MeV质子束流的均匀性好于90%，在线剂量测量系统准确性好于93%，束流品质和剂量测量条件基本满足辐射生物学的要求，可为质子辐射生物学效应研究的开展提供可靠保障。     

砂岩方梁断裂过程区范围的实验确定方法

裂纹前端的断裂过程区是引起岩石非线性断裂及尺寸效应的主要原因。利用数字图像相关技术对砂岩开展了三点弯曲梁实验,获得观测区域高精度的全场位移和应变数据,根据断裂韧带区域水平位移和水平应变的分布特征,结合裂尖岩石颗粒变化的微观分析,提出采用裂纹尖端水平位移波动性和水平应变突变性所得到的波动系数和水平应变突变值,确定断裂过程区形状和临界尺寸的方法。结果表明:砂岩断裂过程区的形状为不规则的狭长带状区域,断裂过程区的临界长度为11~13mm,临界宽度为1.58~2.36mm。断裂过程区区域内形变在趋向裂尖时呈指数增加,但其单位区域内的形变增量呈波动状态。该方法能够更加准确判断岩石断裂过程区的范围,有助于分析岩石的非线性断裂特性。     

基于化学学科认知障碍突破的中考复习教学实践* ——以“二氧化碳的性质”为例

分析学生对二氧化碳的3个典型学科认知障碍,以“二氧化碳的捕捉”为情境,通过“尝试捕捉二氧化碳”“谁在捕捉二氧化碳”“捕捉背后的原理”等3个主要环节,实现对学科认知障碍的突破,展示了一种新的中考复习教学思路。     

利用新颖高效气体发生装置以氯气氧化法制备高锰酸钾实验设计及效果*

基于一种新颖高效气体发生装置,设计了以氯气为氧化剂,理论产率接近100%的将锰酸钾高效转化为高锰酸钾的实验方案。实验结果表明:使用本设计制备高纯度高锰酸钾,既可保证高锰酸钾的理论转化率,减少歧化反应副产物对纯度的影响,同时得到的副产品次氯酸钠及氯水可用做无机教学实验的基础试剂,符合“循环经济”指导思想。     

初中化学青年教师常态课教学课例研究* ——基于弗兰德斯互动分析系统

弗兰德斯互动分析系统可以量化课堂教学中的语言行为。以初中化学一节常态课为研究课例,基于弗兰德斯互动分析系统,结合教师他评和自评,从教学目标、教学内容、教学过程和教学效果等4方面进行了全面的分析与评价,并根据评价结果,针对教学目标制订、有效提问、科学的课堂语言结构的营造以及实验探究的实施等提出了可行性的有效策略,从而为青年教师通过教学实践来促进个人专业发展提供依据。     

三缺位硅钨酸盐纳米材料的调控形貌的合成及功能化

以三缺位Keggin型硅钨酸盐为前驱体,采用化学沉淀法成功合成出2例新型纳米材料M_3SiW_9(M=Cu.,Co.)。其中,Cu_3SiW_9表现为新颖的纳米晶须形貌,Co_3SiW_9表现为尺寸均一的球形纳米颗粒。经过一系列控制实验证明,通过掺杂不同类型的金属离子可以调控M_3SiW_9的形貌。我们对产生该现象的机理进行了合理推测。此外,使用荧光素钠作为掺杂剂可使Cu_3SiW_9纳米晶须具有优良的光致发光性能,测试表明,多酸并未淬灭荧光素钠的发光,复合材料在510 nm具有明显的发射波长。最后,我们对Cu_3SiW_9纳米晶须负载CdS量子点后的光催化产氢性质进行了研究。结果表明,当Cu_3SiW_9与CdS的质量比为1∶1时,复合材料的产氢效率约为纯CdS量子点的10倍。这也证实多金属氧酸盐的存在可以有效抑制CdS量子点光生电子与空穴的复合,从而大幅提高其光解水产氢的效率。     

皮肤组织容积脉搏波400~1000 nm光谱特性仿真研究

根据皮肤组织解剖结构特性建立了六层层状模型,并给出了皮肤组织各层的特性参数;考虑了氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收特性,依据皮肤组织各层的水、血、脂肪、血氧饱和度含量以及血管大小给出了皮肤组织各层的光谱吸收系数;对不同波长散射系数做了适当简化,给出了皮肤组织各层的光谱散射系数。利用蒙特卡罗方法仿真血管组织在收缩与舒张两种状态下, 400~1 000 nm波长光在皮肤组织多层模型中的传输过程,并通过统计大量光子的分布特性,获得了皮肤组织光谱反射系数,并利用模拟所得的两种状态下的反射系数计算得到了光谱容积脉搏波幅度。仿真结果表明,当入射光强一定时,绿光的容积脉搏波幅度优于红光和蓝光。通过计算不同波长光沿皮肤组织深度方向光能流率衰减为1/e时对应的皮肤组织深度,获得了皮肤组织光谱穿透深度。结果显示,血管舒张状态下蓝光和绿光的穿透深度较小,蓝光大部分只能达到表皮层,绿光能到达微循环层,红光可直达真皮层。考虑到光在皮肤组织中传播包含了一个从收缩到舒张的动态过程,基于此,根据穿透深度定义了脉搏波信号产生深度,利用血管舒张与收缩两种不同状态下的穿透深度计算得到了光谱产生深度。结果表明,不同波长光产生深度大于其穿透深度,蓝光产生深度较浅,且其受到的血液吸收调制较小,因而其获得的脉搏信号易受噪声干扰;红光的容积脉搏波产生深度较大,但是相比于绿光其受血液吸收调制较小,且绿光产生深度足够达到真皮血管层,因而红光容积脉搏波的幅度小于绿光。上述仿真结果明确了皮肤组织部分光谱特性,为皮肤组织多光谱容积脉搏波的精确获取及其他相关研究提供了一定的理论基础。