钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

三点起爆控制参数对尾翼爆炸成型弹丸成型的影响

针对三点起爆控制参数（起爆直径、起爆同步误差）对尾翼爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）成型的影响问题，理论分析了三点起爆条件下爆轰波的马赫碰撞，计算获得了不同起爆直径下马赫波的相关参数，利用LS-DYNA有限元软件通过数值模拟研究了不同起爆直径下三点起爆同步误差对EFP尾翼成型及飞行速度的影响规律。结果表明，起爆直径越大，马赫波在药型罩上的作用面积越小，马赫超压越大，形成的EFP长径比和速度越大；起爆直径为30、40、50 mm三点起爆成型装药形成较佳尾翼EFP应满足的最大起爆同步误差分别为50、100、150 ns；此外，尽量使中间起爆点起爆同步误差约为最大同步误差的一半，有利于降低尾翼EFP的侧向分速度，提高飞行稳定性。     

双光栅测微弱振动实验原理修正

本文简述了双光栅形成光拍信号的过程与微弱振动测试的基本原理,通过仿真计算与实验测试相互对比,对光拍信号的表达式进行了修正,振幅修正系数是由于光栅振动带动衍射光斑振动而产生的;同时,本文通过仿真计算解释了光拍信号毛刺的产生原理,光拍信号的毛刺是由于高级衍射带来的,要想降低毛刺对光拍信号的影响,应尽量使光栅条纹平行或者降低光路中激光强度,以此降低高级衍射对光拍信号的影响.     

可获得高分辨率谱线信息的新型太阳极紫外成像仪

极紫外光谱观测和诊断是研究太阳大气基本物理过程的最重要手段之一。但因为波长短，很多可见光仪器的设计方案不再适用，且极紫外观测只能在太空中开展。国际上现有卫星上的太阳极紫外成像仪和光谱仪都有各自的不足，比如极紫外成像仪不能获得高光谱分辨率的谱线信息；狭缝式光谱仪通过扫描可得到活动区域的信息，但扫描时间过长，对于研究剧烈变化的太阳活动有很大的局限性。这些不足制约了对日冕物质抛射(CME)和耀斑等太阳活动的高精度观测及对其机理的研究：无法看到CME在内日冕的加速过程，而且无法将可见光看到的CME现象同极紫外看到的日面源区直接联系；缺少观测目标的视向速度信息，难以识别CME的触发过程。采用多级衍射成像方式的一种新型太阳极紫外成像仪，除实现传统极紫外成像仪功能外，还可以在太阳活动变化过程中同步获得全日面各区域的光谱信息。新型成像仪可以得到高光谱分辨率数据，用于反演低日冕的等离子体视向速度，获得全日面的速度分布，与同时得到的高空间分辨率图像相结合，可以识别太阳活动现象对应的物质运动, 为空间科学研究提供数据；因为没有狭缝和运动部件，可以实现对大视场的太阳活动区域的高时间分辨率成像，有利于捕捉日面活动的快速变化。新型成像仪采用无狭缝光谱分光成像的设计理念，即同一时间把一定光谱带宽的信息记录到一个二维的图像上，此过程可以看成是从某一个角度将空间和光谱数据立方体投影到一个面上，然后再利用反演得到空间分辨图像和光谱信息。多级光谱成像的光学设计与传统光谱仪最大的不同是其不存在逐行扫描的狭缝，这使得其能够同时获得大视场内太阳的空间信息和光谱信息。因为极紫外波段的特殊性，以及本仪器面向卫星遥感应用，不可能像可见光波段或者医用CT机一样实现很多衍射级的同时成像。因此，新型极紫外成像仪光学系统由反射镜、色散光栅和五个探测器组成，入射的太阳极紫外辐射经过光栅色散后分别由五个级次的探测器接收，其中四个探测器分部接收±1和±2衍射级图像，另外一个接收0级图像。空间信息可以直接从0级图像得到，而光谱信息则需要根据五个级次成像的反演结果得出。介绍了光学系统的设计以及反演算法，并分析了反演算法的误差。光路基于变间距光栅设计，可实现空间分辨率1.8 arcsec·pixel-1, 光谱分辨率7.8×10-3 nm·pixel-1，同时减小了体积和重量，适合空间应用。     

硬X射线微束掠入射实验的控制和数据采集系统及其应用

在国内发展了硬X射线微束掠入射实验方法，并将此具有微米级高空间分辨率的方法应用于纳米厚度薄膜的微区分析。该实验方法对分析样品表面或薄膜在微小区域的不均匀组分、结构、厚度、粗糙度和表面元素化学价态等信息具有重要意义。基于X射线全反射原理，以微聚焦实验站的高通量、能量可调的单色微束X射线为基础，通过集成运动控制、光强探测、衍射和荧光探测，设计了掠入射实验方法的控制和数据采集系统。此系统采用分布式控制结构，并基于Experimental Physics and Industrial Control System （EPICS）环境设计SPEC控制软件。通过建立SPEC和EPICS的访问通道，实现SPEC软件对EPICS平台上设备的控制和数据获取。在所设计的控制和数据采集系统中，运动控制系统控制多维样品台电机的运动，实现定位样品位置和调节掠入射角；光强探测系统则监测样品出射光强度，通过样品台运动控制和光强探测的联控，实现样品台的扫描定位控制；通过衍射和荧光探测系统获取不同入射深度下样品的衍射峰强度和荧光计数。此外，为准确控制掠入射角角度，必须确定样品平面与X射线平行的零角度位置，对此给出一种自动定位零角度的方法，编写了该方法的控制算法，设计了相应的控制软件。零角度自动化定位的扫描结果表明，实验系统微区分析的空间分辨率达到2.8 μm，零角度定位精度小于±0.01°。利用该系统在上海光源微聚焦实验站首次实现了具有自动化准确控制零角度的微束掠入射X射线衍射和荧光同步表征的实验方法，实验中被测样品为10 nm Au/Cr/Si薄膜材料，Si基底最上层为10 nm厚的Au薄膜，其间为一层很薄的Cr粘附层。在不同掠入射角下测量样品的衍射信号，获取不同入射深度下样品的衍射峰强度，并实现在同一掠入射角下，同步采集样品的荧光计数信号，从而确定了样品表层的相结构信息以及荧光信号强度与入射角关系，实现了对纳米厚度薄膜在微小区域的相结构和组分分析。此外，通过该技术能够选取荧光计数最大值对应的入射角度，有助于提高后续发展的低浓度样品掠入射X射线吸收近边结构实验方法的信噪比。     

零误差计算

研究采用有误差的数值计算来获得无误差的准确值具有重要的理论价值和应用价值.这种通过近似的数值方法获得准确结果的计算被称为零误差计算.本文首先指出,只有一致离散集合中的数才能够开展零误差计算,即有非零隔离界的数集,这也是"数"可以进行零误差计算的一个充要条件.以此为基本出发点,本文分析代数数零误差计算的最低理论精度,该精度对应于恢复近似代数数的准确值时必要的误差控制条件,但由于所采用恢复算法的局限性,这一理论精度往往不能保证成功恢复出代数数的准确值.为此,本文给出采用PSLQ (partial-sum-LQ-decomposition)算法进行代数数零误差计算所需的精度控制条件,与基于LLL (Lenstra-Lenstra-Lovász)算法相比,该精度控制条件关于代数数次数的依赖程度由二次降为拟线性,从而可降低相应算法的复杂度.最后探讨零误差计算未来的发展趋势.     

阳树脂再生度对水汽系统氢电导率监测准确性的影响研究

水汽系统氢电导率监测用氢交换柱附加误差超标是造成氢电导率测量不准确的主要原因，而氢交换柱附加误差超标主要源于阳树脂的再生度低。理论分析和研究结果表明，氢交换柱附加误差与阳树脂再生度及水样Cl^-浓度均有关系，再生度越低，Cl^-浓度越高，氢交换柱附加误差就越大。对于超临界水汽系统氢电导率测量用氢交换柱，为了保证附加误差满足不大于5%的标准要求，建议控制树脂再生度在85%以上。阳树脂再生度取决于再生工艺，动态再生和电再生的效果要比静态浸泡再生好，可以保证树脂的再生度和氢交换柱的附加误差满足要求。     

极大望远镜高效率多通道光谱仪的光学系统设计

建立了基于边界限制的宽波段高效率多通道光谱仪快速设计的分析模型,讨论了多通道光谱仪的性能要求、初始结构参数、项目成本、风险之间的相互关系。该模型能够根据给定的系统指标快速计算出多通道光谱仪各子系统的结构参数,能在项目初期对方案的可行性和项目预算给出合理的评估。以4 m级望远镜为平台,设计了基于体位全息光栅的多通道光谱仪,光谱范围为350～1000 nm,每个通道在闪耀波长处的分辨率为5000,光谱仪本体峰值效率大于53%,全工作波段单色像质能量集中度在80%处优于15μm,满足系统的性能要求。