Baseline drift effect on the performance of neutron and γ ray discrimination using frequency gradient analysis

Frequency gradient analysis (FGA) effectively discriminates neutrons and γ rays by examining the frequency-domain features of the photomultiplier tube anode signal. This approach is insensitive to noise but is inevitably affected by the baseline drift similar to other pulse shape discrimination methods. The baseline drift effect is attributed to factors such as power line fluctuation, dark current, noise disturbances, hum, and pulse tail in front-end electronics. This effect needs to be elucidated and quantified before the baseline shift can be estimated and removed from the captured signal. Therefore, the effect of baseline shift on the discrimination performance of neutrons and γ rays with organic scintillation detectors using FGA is investigated in this paper. The relationship between the baseline shift and discrimination parameters of FGA is derived and verified by an experimental system consisting of an americium-beryllium source, a BC501A liquid scintillator detector, and a 5 GSample/s 8-bit oscilloscope. The theoretical and experimental results both show that the estimation of the baseline shift is necessary, and the removal of baseline drift from the pulse shapes can improve the discrimination performance of FGA.     

基于~(87)Rb原子的大失谐光晶格的设计与操控

提出了一种基于~(87)Rb原子的大失谐光学晶格的设计方案,详细介绍了光晶格光束的校准、频率失谐的调整以及光强输出的控制方式.在磁光阱和偏振梯度冷却的基础上,研究了光学晶格的总光强和频率失谐等参数对原子装载的影响,实现了光晶格中冷原子的绝热装载与卸载.通过光强调制的方法,测量了光晶格的振动频率.光晶格的引入,使得温度降低为原有的1/3.涉及的系统设计和结论对其他碱金属原子光晶格的实验设计具有参考价值.     

矿业废弃地重构土壤重金属含量高光谱反演

矿产资源对工业和国民经济的发展有重要的作用，但是随着矿业开采规模的扩大，资源枯竭、经营不善而形成的矿业废弃地越来越多。由于长时间受到采矿的影响，矿业废弃地土壤中存在大量的重金属元素，高浓度重金属可能会对环境和人体产生影响。土地复垦是整治污染、退化土壤再利用的重要方法，对重构后的土壤进行重金属含量检测是衡量土地复垦成效的重要指标，需要长期进行跟踪监测。传统的化学检测方法效率低、成本高、无法实现重金属大范围检测。高光谱是一种新兴的、发展潜力巨大的技术，在环境保护，资源利用，区域可持续发展等方面有着广泛的应用。经过近几十年的快速发展，仪器精度逐渐提高，检测方法逐渐成熟，为实现土壤重金属高效、便捷检测提供了可能。正常土壤重金属含量一般相对较低，采用光谱测量重金属含量较为困难，但铁矿开采区矿业废弃地由于土壤中的铁元素较多，会使土壤中的重金属的存在和聚集形式发生变化，影响重金属对光谱的响应，从而使土壤光谱反射率与重金属含量之间关系更加明显。以湖北省大冶市复垦矿区研究区，采样化学检测方法获取土壤重金属（As，Cr，Zn）含量；借助于美国ASD公司生产的FieldSpec4地物光谱仪（350～2 500 nm）获取土壤反射率，应用一阶微分、倒数对数、连续统去除法分别对反射率曲线进行预处理，提取出光谱特征波段，分析三种重金属元素与光谱特征间的相关性并建立逐步回归模型。研究表明，光谱数据预处理可使光谱特征波段更加明显，其中一阶微分和连续统去除法的效果最为明显。3种重金属元素的特征波段为495，545，675，995，1 425，1 505，1 935，2 165，2 205，2 275和2 355 nm。将土壤重金属含量与光谱特征波段之间做相关性分析，三种重金属都表现出了与光谱曲线的相关性，相关系数大部分都达到了0.5以上，最大相关系数为0.663，由于重金属种类和预处理方式的不同会导致相关性系数存在明显的差异。利用与土壤重金属相关性最大的特征波段建立三种重金属反演模型，并以反演模型r大小选择每种重金属的最优反演模型。由于重金属种类的不同，模型的选择也有差异，Cr和Zn一阶微分逐步回归为最佳反演模型，重金属As连续统去除法逐步回归为最佳反演模型。通过检验，三种重金属中Cr反演效果最好，RMSE为2.67，其次是Zn和As。对比当前不同检测手段可知，基于土样和光谱数据预处理的土壤重金属含量地物光谱仪高光谱反演是比较理想的。可为矿业废弃地土壤重金属高光谱反演提供参考。     

An effective pumping method for increasing atomic utilization in a compact cold atom clock

We propose a simple pumping method to increase the effective population of cold atoms in the clock state and investigate the factors which affect the pumping efficiency in cold atom systems. We report the theory and demonstrate the corresponding experiment in an ⁸⁷Rb integrating sphere cold atom clock. The experimental results show that the population of cold atoms in the Zeeman sublevel |F=2, m_F=0> is approximately 1.62 times that of the result using optical pumping alone. This method can also be applied to increase the effective population in any one of the target Zeeman sublevels in other cold atom systems.     

基于熵值组合模型的矿业复垦土壤重金属高光谱反演

探讨组合模型在土壤重金属含量高光谱估算中的可行性,以四川古蔺工矿废弃地复垦土壤为研究对象,采集样品并测得重金属含量(Cd、Cr、Ni、As和Hg)和光谱信息;对土壤光谱进行预处理,探索响应波段;利用PLS、ANN和RF构建单一估测模型;利用熵值法进行较优模型组合。结果表明,4种光谱预处理技术对光谱与重金属含量之间的相关性均有不同程度的提升;单一预测模型MSC-RF模型效果最优,可最大程度对重金属含量进行预测;通过熵值法构建的组合预测模型较单一预测模型效果有所提升,验证集R~2最高达到0.91;表明组合模型能够较大限度利用多种单个模型的样本信息,减少单个模型中随机因素的影响,增强模型的稳定性,对矿业废弃地复垦土壤重金属含量的预测具有更好的发挥作用。     

Digital discrimination of neutrons and γ rays with organic scintillation detectors in an 8-bit sampling system using frequency gradient analysis

The feasibility of using frequency gradient analysis (FGA), a digital method based on Fourier transform, to discriminate neutrons and γ rays in the environment of an 8-bit sampling system has been investigated. The performances of most pulse shape discrimination methods in a scintillation detection system using the time-domain features of the photomultiplier tube anode signal will be lower or non-effective in this low resolution sampling system. However, the FGA method using the frequency-domain features of the anode signal exhibits a strong insensitivity to noise and can be used to discriminate neutrons and γ rays in the above sampling system. A detailed study of the quality of the FGA method in BC501A liquid scintillators is presented using a 5 G samples/s 8-bit oscilloscope and a 14.1 MeV neutron generator. A comparison of the discrimination results of the time-of-flight and conventional charge comparison (CC) methods proves the applicability of this technique. Moreover, FGA has the potential to be implemented in current embedded electronics systems to provide real-time discrimination in standalone instruments.     

钝体倾斜和垂直冲击入水时引起的超空泡流动特性实验研究

对4种不同头型的钝体、以不同初始速度在小倾斜角度和垂直状态下入水，所产生的空泡流进行了的实验观察，分析了不同工况下空泡产生和发展的特性。实验结果表明:对于倾斜入水及垂直入水，圆台头和平头(即空化器均为圆盘)实验体均能形成较稳定的入水弹道；初始入水速度较低时，空泡的闭合方式为深闭合；初始入水速度较高时，空泡的闭合方式为表面闭合，且运动速度衰减得更快。测量得知，钝体倾斜入水产生的空泡的前部外形轮廓与Logvinovich的半经验公式给出的结果相吻合。在垂直入水的情况下，调查了物体头部对空泡的起始点位置及其形态的影响。