微型电子回旋共振离子源的全局模型

微型电子回旋共振(electron cyclotron resonance, ECR)离子源在紧凑型离子注入机、小型中子管、微型离子推进器等领域有着十分广泛的应用.为了深入认识微型ECR离子源的工作机理,本文以北京大学自主研制的一款微型氘离子源作为研究对象,以氢气和氘气放电形成的等离子体为例,发展了一种基于粒子平衡方程的全局模型.研究结果表明,该离子源束流成分与离子源的运行气压和微波功率有着很强的依赖关系.对于氢气放电等离子体,微波功率低于100 W时,离子源可以分别在低气压和高气压情况下获得离子比超过50%的H~+₂离子束和H~+₃离子束;当微波功率高于100 W时,可以在很宽的运行气压范围内,获得质子比超过50%的束流.因此,提高微波功率是提高微型离子源质子比的关键.对于氘气放电等离子体, 3种离子比例对运行气压和微波功率的依赖关系与氢气放电等离子体的规律基本一致.但是在相同的运行条件下, D~+比例比H~+比例高10%—25%.也就是说,在微型氘离子源的测试和优化过程中,可以利用氢气代替氘气进行实验,并将质子比测量结果作为相同条件下氘离...     

零重力条件下低温射流抑制大尺寸液氢储罐热分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂. 空间微重力环境中浮力对流被极大减弱,当推进剂储罐壁面存在局部漏热时,储罐内部气液两相流体系会出现环绕漏热源的热分层现象,引起局部过热沸腾,导致储罐内部压力急剧增大,危害系统结构安全. 利用低温射流抑制储罐热分层现象是一种有效手段. 低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合,消减局部高温,实现温度的均匀化. 采用全充满的二维大尺寸储罐模型,对零重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的热分层现象开展了数值模拟,主要分析了位于靠近储罐底部的漏热带以及出口衔接段漏热带漏热形成的局部热分层现象的抑制和消除,并研究了不同低温射流条件对于消除零重力条件下液氢储罐内部热分层效果的影响. 研究结果表明对于大尺寸储罐,当采用圆形射流喷嘴且低温射流条件相同时,射流喷嘴的位置对罐体内部热分层消除效果影响不是很明显. 当射流喷嘴位于储罐内部同一相对位置且入射流量相同时,圆形射流喷嘴因出流方向更集中,罐内流场演变更快,消除热分层比半球形射流喷嘴更有效.      

界面张力梯度驱动对流向湍流转捩的研究

作为空间自然对流热质输运的基本形式, 界面张力梯度驱动对流是流动和传热强耦合的复杂非线性过程, 也是一个多控制参数耦合作用的过程, 表现出丰富的流动时空特征. 界面张力梯度驱动对流是微重力流体物理的重要研究内容和学科前沿, 同时在空间燃料输运过程和空间能源或热管利用等空间流体管理问题中均有重要应用. 本文综述了界面张力梯度驱动对流向湍流转捩研究的背景意义、地面实验、空间实验及数值模拟的研究现状, 重点介绍了从非线性动力学角度来研究转捩规律的具体方法, 目前最常见的手段是对观测量的时间序列进行分析, 通过频谱分析及相空间重构等方法计算时间序列的特征量, 从而判断流动模式, 这类方法理论成熟, 计算简单, 但需要对大量数据进行繁琐的处理; 另一种方法是通过数值计算分岔来研究对流在时空中的转捩模式, 这类方法可以直接计算出分岔点, 但是复杂之处在于需要求解大规模的线性或非线性方程组, 本文详细阐述了两种方法的理论背景, 应用状况及局限性, 探讨了将两种方法相互结合, 在研究中互为补充的可能, 并对今后的研究方向提出了建议.      

低碳钢滑移带的实验观测

针对一些文献对低碳钢滑移带描述的不准确性以及实验教学的需要,提出一种观测低碳钢滑移带的实验方法.该方法采用数字图像相关技术提取低碳钢试件在单向拉伸过程中的表面位移场和应变场,直观的显示出滑移带产生和传播的过程.实验教学表明,该实验不但能有效地揭示低碳钢滑移带的特性,而且还能激发学生的科研兴趣,教学效果良好,值得推广.     

基于高光谱图像的即食海参新鲜度无损检测

新鲜度是即食海参加工品质调控和贮藏品质监控的关键指标。针对感官评定和现有理化检测无法满足即食海参产品大批量、标准化、工业化生产问题,提出了一种基于高光谱图像的即食海参新鲜度快速无损检测方法,通过图像主成分分析和波段比运算相结合,优选特征波长和图像;依据海参腐败机理,建立图像纹理特征与即食海参新鲜度等级间的关联模型,实现即食海参新鲜度无损、快速评价。首先针对高光谱图像巨大的数据量展开降维研究。根据即食海参体壁光谱吸收特性,以具有明显化学吸收特征的波长(474和985 nm)为分界点,获得包括全检测波段(400～1 000 nm)在内的六个待处理波段,通过分段图像主成分分析实现待测波段的优选,利用权重系数和波段比图像运算,最终将686和985 nm波段比图像确定为特征图像。面向特征图像的感兴趣区域(ROI),构建灰度共生矩阵(gray-level co-occurrence matrix, GLCM)、灰度梯度共生矩阵(gray-gradient co-occurrence matrix, GGCM)、改进的局部二元模式纹理描述子(local binary pattern,LBP),分别提取纹理参数作为输入,以挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen, TVB-N)检测为标准,建立经粒子群优化的BP 神经网络(back propagation,BP)即食海参新鲜度判别模型,新鲜度等级判别准确率分别为90%,95%和80%。结果表明,即食海参高光谱图像灰度梯度共生矩阵的纹理特征用于新鲜度判别效果较好。为即食海参新鲜度快速无损检测方法研究和仪器开发提供了理论基础和数据支持。     

纳米金刚石薄膜的二次电子发射特性

 简要介绍了微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）方法在硅基底上制备纳米金刚石薄膜的过程,并对制备的薄膜进行了表面分析。在此基础上设计出了用来测定反射型二次电子发射系数的实验装置,得出了几种薄膜在不同入射能量下的发射系数,取得了二次发射系数为15的满意结果,表明纳米金刚石薄膜作为二次电子发射材料具有很好的应用前景。     

肥皂泡破裂现象及产生小液滴分布研究

肥皂泡破裂产生液滴的大小和数目受破裂过程影响.本文研究了肥皂泡大小和高度对破裂产生液滴的影响,以及所产生液滴的分布规律.实验发现肥皂泡破裂产生的液滴在破裂高度较低时存在放射性线状分布现象;随着高度增加放射性线状分布消失;同时分析了肥皂泡破裂产生液滴的数目及肥皂膜的厚度随肥皂泡体积的变化规律.结果表明,肥皂泡体积和液滴数目之间存在幂函数关系,理想情况下肥皂膜厚度与碎片数目之间也存在幂函数关系.肥皂泡破裂过程中产生的液滴可以按照拟合结果大致分为小碎片,中等碎片和大碎片,它们分别对应于肥皂泡破裂过程的3个变化阶段.     

Bi掺杂ZnO光电性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,利用Material studio程序包中的Castep模块计算研究不同浓度Bi原子掺杂对ZnO电子结构和光学性能的影响.研究表明：不同Bi原子数的掺杂,对ZnO禁带宽度影响的变化趋势不一致.Bi掺杂ZnO的介电函数虚部峰值变大,并向低能量方向红移;高能量区域的吸收峰、反射峰和能量损耗峰随着掺杂原子的增多逐渐减小,透光性增强.掺杂样品在可见光和紫外光的吸收系数和反射系数均显著提高,可促进ZnO材料对可见光的有效利用.     

快捷两步法制备金纳米电极用于活体多巴胺检测

用微电极进行活体检测神经化学物质属于侵入式分析,会对脑组织产生不可避免的损伤,进而在生理上产生一些信号干扰检测过程. 减小电极的尺寸对于减小对脑组织的损伤非常重要. 该研究报道了一种新型制备金纳米电极的方法并将其用于活体鼠脑内多巴胺分析研究. 这种金纳米电极的制备过程包含两步：1）通过离子溅射在毛细管的尖端覆盖一层金种子;2）把覆盖有金种子的毛细管浸入氯金酸和盐酸羟胺混合溶液中湿法沉积生成连续导电金膜. 制备好的纳米电极尖端约300 ~ 400 nm. 该金纳米电极可以应用于多巴胺的检测,并且在多巴胺浓度1.0 ~ 56.0 μmol·L^-1范围内有很好的线性响应,最低检测限低至0.14 μmol·L^-1（信噪比=3）. 该金纳米电极具有优异的电化学性能,可以成功的应用于检测鼠脑纹状体儿茶酚胺的释放.     

液相色谱-串联质谱法测定蔬菜中20种酸性除草剂残留

采用改良的QuEChERS法,结合液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS),建立了蔬菜中2,4-滴、二氯吡啶酸、精吡氟禾草灵等20种酸性除草剂的残留分析方法。样品用0.5%甲酸乙腈提取,以900 mg MgSO_4+50 mg石墨化炭黑(GCB)作为基质提取液的净化剂。实验结果表明,20种酸性除草剂在一定范围内线性关系良好,其相关系数(r~2)在0.9939～0.9998之间。方法的平均回收率和相对标准偏差(RSD,n=6)分别为70.3%～107%和0.2%～8.3%。该方法快速、灵敏,适用于各种蔬菜基质中酸性除草剂的残留分析。