受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之五)

 五、如何达到点火温度核聚变研究的重要目标之一是设法把等离子体的温度提高到10keV以上.这是实现聚变点火必不可少的基本条件之一.主要的加热手段包括欧姆加热,高能中性粒子束注入加热,大功率射频波加热,绝热压缩加热和α粒子加热等.1.欧姆加热的原理及其局限性众所周知,等离子体是良导体,但具有一定的电阻,一旦有电流通过,因电阻效应而得到了加热.按照欧姆定律,其加热功率密度表示为:P=ηj²,式中η是等离子体电阻率,可表示为η=2.8×10^-8/T（?）（欧姆米）,其中电子温度T_?以keV为单位.这个简单表达式是假定采用氢等离子体、其密度为10²⁰m^-3情况下代入著名的斯必泽公式得到的.从上式中可知,随着等离子体电子温度的不断升高,其电阻率急剧下降,由此引起欧姆加热的功率密度急剧下降.这说明欧姆加热这种方式有局限性.我们知道,所有托卡马克的等离子体最初都由环向的等离子体电流提供欧姆加热.但经过计算表明,仅依靠欧姆加热,其电子温度至多加热到1.5keV左右.为使等离子体达到10keV以上的聚变点火温度,必须在欧姆加热的基础上采用等离子体辅助加热.目前获得成功并受到广泛重视的辅助加热手段有高能中性粒子束注入法和射频波共振吸收法.     

热处理棕褐色电气石光谱学特征与颜色成因初探

电气石属三方晶系的硼铝硅酸盐,主要有铁电气石、锂电气石、镁电气石、钠-锰电气石等品种,因含不同的过渡元素或色心而呈绿、蓝、黄、红、粉、棕和黑色。选取棕褐色电气石样品在还原和中性气氛加热3 h,结果显示,600 ℃晶体出现大量裂隙;500和450 ℃棕褐色调减弱,透明度大大提升,500 ℃裂隙稍多;350 ℃加热,样品变绿黄棕色;250 ℃加热样品略微变浅,仍为棕褐色调;加热后∥c轴切面见明显绿色与棕色二色性,垂直c轴切面,即{0001}面,为棕色;综合显示,最佳变色温度在450~500 ℃。利用X射线荧光光谱(XRF)、红外吸收光谱(IR)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)对热处理前后样品进行分析,样品属于富Mn和Fe的锂电气石。样品中红外特征吸收峰在3 800~3 400,1 350~1 250,1 200~800与800 cm-1,近红外光谱有4 720,4 597,4 537,4 441,4 343,4 203和4 170 cm-1特征峰。热处理后,由M-OH(M为Al,Mg,Fe和Mn等)伸缩和弯曲振动所致的3 800~3 400 cm-1吸收峰减弱,600 ℃消失,与加热失水行为导致的结构水弯曲/伸缩振动减弱有关;近红外光谱4 170和4 720 cm-1吸收消失。棕褐色电气石在∥c轴切面的可见光范围内具有715,540和417 nm吸收带,依次为Fe2+ d-d(5T_2g→5E_g)跃迁、Fe2+→Fe3+(IVCT)、Fe2+→Ti4+(IVCT)所致。样品具有高的Mn含量,417 nm附近的吸收可能存在Mn2+ d-d (6A_1g→4A_1g, 4T_Eg)自旋禁阻跃迁产生的413/414 nm叠加。热处理使Mn3+还原成Mn2+,Mn2+增加导致414 nm吸收峰增强,因此417 nm附近吸收带变化不大。同时,热处理后与Mn3+有关的520 nm吸收也同时消失,520 nm吸收带的存在也可能是540 nm吸收带呈非对称吸收峰的原因。450 ℃以上热处理后,715和417 nm吸收带变化不大,位于绿光区的540 nm吸收带消失,分析认为加热使得部分Fe3+还原为Fe2+,导致Fe2+→Fe3+(IVCT)减少,在∥c轴切面上540 nm吸收显著减弱。540 nm吸收带在绿色光区域,其消失导致绿色光透过,样品呈绿色。     

加热功率沉积剖面与氘氚自持燃烧条件的建立

研究了不同的加热功率沉积剖面对托卡马克反应在堆点火启动过程的影响，结果表明，在基本相同的总加热功率下，偏轴加热与近轴加热的效果没有太大的差别，因而较低能量的中性中加热有可能在反应堆中的得到应用。     

直接驱动球内爆点火的数值模拟

 实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm²,温度10 keV的点火热斑。减速阶段流体不稳定性的增长,会破坏对称压缩,减小热斑体积,直接破坏点火热斑的形成,对点火构成威胁。在原有LARED-S程序的基础上,加入热核反应和α粒子加热过程程序模块,对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究,1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符,显示α粒子加热对边缘点火起重要作用;2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响。     

快点火与超强激光等离子体相互作用问题

“快点火”是近年来提出的激光聚变点火的一种新方式。它的特点是靶丸的压缩和点火分开进行：第一步由通常的多束激光对称辐照靶丸获得高密度;而后由单束超强激光（Iλ≈10^18-20Wum^2/cm^2)加热芯部实现点火。第传统的“热斑点火）比较,快点火在压缩方面具有很多优越性：大量节省驱动能量,降低了对驱动均匀性的要求,并且可以达到更高的能量增益。但是超强激光点火却涉及一些非常复杂的问题：在预压缩形成的等郭体中打洞（hole boring);在高密度燃料的边沿产生足够数量的高能量电子（MeV）,这些电子的传输加热等。文章简短地讨论了这些问题,并研究了几十kJ激光能量实现点火的可能性。     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之五)

五、如何达到点火温度核聚变研究的重要目标之一是设法把等离子体的温度提高到10keV以上.这是实现聚变点火必不可少的基本条件之一.主要的加热手段包括欧姆加热,高能中性粒子束注入加热,大功率射频波加热,绝热压缩加热和α粒子加热等.1.欧姆加热的原理及其局限性众所周知,等离子体是良导体,但具有一定的电阻,一旦有电流通过,因电阻效应而得到了加热.按照欧姆定律,其加热功率密度表示为:P=ηj~2,式中η是等离子体电阻率,可表示为η=2.8×10~(-8)/T(?)(欧姆米),其中电子温度T_(?)以keV为单位.这个简单表达式是假定采用氢等离子体、其密度为10~(20)m~(-3)情况下代入著名的斯必泽公式得到的.从上式中可知,随着等离子体电子温度的不断升高,其电阻率急剧下降,由此引起欧姆加热的功率密度急剧下降.这说明欧姆加热这种方式有局限性.我们知道,所有托卡马克的等离子体最初都由环向的等离子体电流提供欧姆加热.但经过计算表明,仅依靠欧姆加热,其电子温度至多加热到1.5keV左右.为使等离子体达到10keV以上的聚变点火温度,必须在欧姆加热的基础上采用等离子体辅助加热.目前获得成功并受到广泛重视的辅助加热手段有高能中性粒子束注入法和射频波共振吸收法.     

加热式喷雾室火焰原子吸收法直接测定水样中痕量铜、铅、锌、镉、铁、锰、铬

火焰原子吸收法测定水样中的痕量金属时,需采用蒸发浓缩,溶剂萃取,离子交换,活性碳吸咐等手段对欲测元素进行预浓缩。这些方法繁杂费时,且接触有毒试剂。我们试图采用加热雾室法提高灵敏度,不经浓缩富集直接测定。加热雾室法在国内外曾有过报道。本文采用温度150—190℃的加热雾室,并结合采用冷却水冷凝除去部分溶剂,可使Cu、Pb、Zn、Cd、Fe、Mn、Cr等元素的吸收灵敏度提高,基本上能用于地面水中有害组份的测定。试剂 HNO_3、HCl、H_2SO_4均为优级纯; 10％Na_2SO_4溶液; 校准溶液:取基准物质制成Pb、Zn、Cu、Fe、Cd、Mn、Cr的标准溶液,浓度均为1mg/ml,后逐级稀释制成组成为(μg/ml)Zn 5,Pb 2,Mn 2,Cu 1,Fe 6,Cd 0.2的混合校     

不同因素影响下Fe(Ⅲ)水解中和法制备FeOOH矿相的光谱分析

羟基氧化铁(FeOOH)作为重金属等污染物的吸附材料倍受关注,但不同因素作用下形成的FeOOH产物矿相、结构性质的差异及其对环境功能的影响,却少有报道。采用X射线衍射仪,红外光谱仪,扫描电子显微镜和激光粒度分析仪,系统考察了Fe(Ⅲ)溶液水解中和形成FeOOH时,不同作用因素如铁盐种类、pH和温度等对产物矿相的影响。结果表明,pH 8条件下,Fe(Ⅲ)溶液水解产物均为二线水铁矿(Fe₅HO₈·4H₂O);随着pH升高,Fe₅HO₈·4H₂O会向α-FeOOH相转化。Cl-和NO-₃离子的存在分别有利于β-FeOOH和α-FeOOH的形成;SO2-₄会阻碍Fe₅HO₈·4H₂O向α-FeOOH相转化;Fe2+存在时,会促进Fe₅HO₈·4H₂O向α-FeOOH相转化。加热陈化,可促进Fe₅HO₈·4H₂O转化为α-FeOOH,且利于良好结晶α-FeOOH的形成。但pH≤5,富含Cl-的Fe(Ⅲ)溶液加热水解利于β-FeOOH的生成。不同因素影响下形成的FeOOH,在矿相、表面基团、颗粒形貌和粒径大小上存在一定的差异。     

热烟气启动流化床的数学模型

1引言在流化床锅炉能够正常运行之前，必须进行点火操作，把惰性床料流化加热到足够高的温度，以使燃料能够开始燃烧。用高温热烟气经由布风板加热床层，传热效率较高，易于实现自动控制，能够明显缩短启动时间，减少辅助燃料消耗，目前国外普遍采用这种方法山。在我国第一台中试PFBC锅炉的启动中，就将采用热烟气启动的方式。为了对热烟气启动增压流化床进行模拟研究，提出了一种热烟气启动流化床的简化模型二本文提出的简化模型，考虑了扬析、磨损等因素，力求物理概念正确、简单实用、功能强；特别是借鉴对于间隙扬析过程的处理方法，…     

大功率GaN基发光二极管等效串联电阻的功率耗散及其对发光效率的影响

由于自加热效应的存在,大功率GaN基发光二极管(LED)的芯片温度有可能高出环境温度很多,实验中,芯片温度超出环境高达147 K.从实验测量的大功率LED电流电压特性曲线中,将p-n结和等效串联电阻上的电压降落分离出来,得到了大功率LED等效串联电阻随芯片温度的变化情况.在输入电功率自加热效应的影响下,大功率GaN基LED等效串联电阻呈现出剧烈的变化,其阻值由低输入功率时的1.2 Ω降低到0.9 Ω,然后再升高到1.9 Ω,等效串联电阻的功率耗散在输入功率中所占的比例也随着输入功率的增加迅速增加,最高时接 关键词： 自加热 等效串联电阻 发光二极管 流明效率     

激光汤姆逊散射技术诊断辐射加热Fe/Al等离子体状态

在神光Ⅱ激光装置上,利用激光加热金腔产生的X射线辐射场加热Fe/Al样品,随后用激光探针光入射Fe/Al等离子体并在90°散射方向采集散射光谱,同时也记录下了样品的自发辐射光谱。实验观察到了清晰的散射光谱以及Fe等离子体自发辐射光谱,诊断结果表明,Fe/Al等离子体的平均电子温度为360eV,Fe的平均电离度为18.8。     

快重离子束实现点火的可行性

采用蒙特卡罗方法计算了低温下C,Si,Ar,Au和U等多种重粒子在等物质的量氘氚等离子体密度1000 g/cm3、热斑直径50 m中的电子能量损失,不同点火形式下入射能量和作用时间,以及燃料约束时间为20 ps条件下的束流强度。通过对数据的分析研究了这些重粒子辐照实现氘、氚燃料快点火的可能性。结果表明,重粒子束流加热等离子体实现快点火理论上可行,而且有一定的优势;较重的离子加热聚变等离子体的效果更好。重粒子束流加热等离子体到聚变温度需要的束流强度在MA左右;单个粒子的能量在GeV以上;相互作用时间为ps以下。     

相分布和晶粒尺寸对Nd2Fe14B/ɑ-Fe纳米复合永磁材料矫顽力的影响

本文采用统计平均方法研究了软、硬磁性晶粒尺寸及相分布对Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁材料矫顽力的影响。计算结果表明：对于单相纳米硬磁材料，磁体矫顽力随着硬磁性晶粒尺寸的减小而降低；对于软、硬两磁性相组成的Nd2Fe14B/a-Fe纳米复合永磁材料，两相的随机分布将导致磁体矫顽力随硬磁性晶粒尺寸的减小呈现极大值。本文的计算结果还表明当硬磁性晶粒尺寸大于软磁性晶粒的最佳尺寸时(15nm)，具有多层膜结构的Nd2Fe14B/a-Fe纳米复合永磁材料将比两相随机分布时具有更大的矫顽力。     

双聚焦扇型磁式高分辨ICP-MS在人体铁稳定同位素示踪研究中的应用

铁营养学研究是解决我国普遍存在的缺铁性贫血的关键环节 ,铁及其同位素比值测定方法是铁营养学研究的基础。人们传统地采用放射性同位素示踪法、中子活化法、热电离质谱法等作为铁营养学研究的辅助手段。该工作使用扇型磁式双聚焦高分辨ICP MS测定食品和粪便样品中铁同位素比值 ,用 30 0 0分辨率以避免40 Ar1 6O ,40 Ar1 4 N对56Fe ,54Fe的干扰 ,以快速多次电扫描方式降低等离子体波动的影响 ,以 5 μg·mL-1Fe标准溶液多次测定 ,统计计算得出54Fe/56Fe ,57Fe/56Fe和58Fe/56Fe等同位素比值测量精度分别为 0 2 3,0 1 4 ,0 2 2 % ,方法准确可靠、简便快速、已应用于铁营养学研究中。     

桥丝式电点火头感应电流的测试研究

用红外光纤分光法对桥丝式电点火头中的感应电流进行非接触式远程测量.从红外辐射理论和实验两方面证明该方法的可行性.对桥丝产生的弱信号红外辐射进行光调制和锁相放大,通过探测器测得桥丝式电点火头辐射的中、近红外光电压的比值,得到对应的桥丝微弱的感应电流值,在电流值较大时,测量误差可小于0.015 4 mA.该红外光纤分光探测系统不仅解决了外界电磁干扰的问题,还很好地减小了人为操作的误差.
     

双势垒磁性隧道结中量子阱共振隧穿效应的第一性原理理论

磁性隧道结材料中自旋相关的量子阱态所导致的共振隧穿现象具有很重要的研究和应用价值，文章介绍了最近在Fe（001）／MgO／Fe／MgO／Fe双势垒磁性隧道结中存在的量子阱共振隧穿效应的理论研究工作，通过量子阱态的第一性原理的计算以及结合对中间Fe薄膜孤岛结构所导致Coulomb阻塞效应的分析，证实了最近Nozaki等人（Nozaki T et al．Phys．Rev．Lett．，2006，96：027208）实验中得到的振荡效应确实来源于中间Fe层多数自旋电子在Г点处形成的△1对称性的量子阱态．Coulomb阻塞效应的存在正是导致实验中低温下量子阱共振隧穿效应不够明显的主要原因．     

热效应对tP10-FeB_4的电子结构与光学性质的影响（英文）

本文采用密度泛函理论，深入研究了温度对tP10-FeB_4的电子结构和吸收系数、反射率等光学性质并得出了如下几点结论:tP10-FeB_4的价带顶部和导带底部主要由Fe的3d和B的2p轨道构成．随着温度的升高，带隙略微减小，其吸收谱和反射谱出现红移，这与带隙的变化规律一致．tP10-FeB_4在紫外区间有良好的吸收谱，是潜在的紫外吸收材料．     

基于激光旋转加热的非导电材料高温光谱发射率测试方法与装置

光谱发射率是表征材料热物理性能的重要参数。对于非导电材料的高温光谱发射率测试,一般采用高温加热炉加热或辐射加热的方式来进行发射率测试,存在的问题是采用高温石墨炉加热时,样品可能会与高温石墨发生化学反应,从而破坏材料原有物性;采用辐射加热,一般是单向静止加热,会存在样品温场梯度非均匀分布的问题。基于激光旋转加热和样品/黑体整体一体化设计,提出了一种“样品动中测”的非导电材料高温光谱发射率测试新方法,建立了相应的测量模型,突破了传统的 “样品静中测”的局限,样品与参考黑体共形一体化设计,采用微区域光谱辐射成像方法,同时测量参考黑体和样品的光谱辐射能量与温度。建立了激光旋转加热状态下的热传导方程,对典型样品材料的温度分布进行了仿真计算,结果表明旋转样品温场分布较为均匀,分析了温场分布与红外光谱发射率测量误差间的关系,给出了适用于本测试方法的材料的热导率下限值。基于该方法,搭建了相应的测量装置,对典型材料碳化硅在1 000 K时的光谱发射率进行了测试,在4 μm处对各个典型高温温度点的光谱发射率进行了测试,得到了碳化硅材料在红外波段的光谱发射率波长变化和温度变化规律特性。与国外的测量结果进行了比对,结果较为一致,验证了激光旋转加热光谱发射率测试方法的可行性。采用此方法,不破坏样品本身的理化特性,样品加热升温速度快,测量温度范围上限高,有效减小了激光静止单向加热带来的温度不均匀性,可同时测量出样品和参考黑体的光谱辐射亮度及温度,无需另外再设计标准高温黑体,解决了现有非导电材料高温光谱发射率测试中非均匀加热和辐射能量同步比对测量的问题,可应用于多种非导电材料高温光谱发射率的测试。     

杂质P对α-Fe中刃型位错上扭折电子结构的影响

利用离散变分方法和DMol方法，研究了P对bcc Fe中［100］(010)刃型位错上扭折电子结构的影响，计算了杂质偏聚能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度.计算结果表明：微量P引入体系后，电荷发生了重新分布，P原子得到电子，其周围Fe原子失去电子，由于P原子的3p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化，使P原子与近邻Fe原子间有较强的相互作用，不利于扭折的迁移，使位错运动受阻，有利于材料强度的提高.同时，杂质P原子与基体原子间的成键主要是d，p轨道起作用，使得它们之间的成键有较强的方向性，有可能     

装药结构对固体火箭发动机烤燃温度分布的影响

为研究装药结构对固体火箭发动机烤燃特性的影响,以装填HTPE推进剂的固体火箭发动机为研究对象,建立了复合、单孔管形及星孔形3种装药结构的固体发动机烤燃模型。以1和2℃/min的升温速率对小尺寸HTPE推进剂烤燃试样进行烤燃实验,以实验结果为基础,修正了推进剂材料参数。利用Fluent软件对3种装药结构在不同升温速率(β)下的烤燃行为进行了数值模拟。结果表明:装药结构对固体火箭发动机的烤燃响应时间、点火点和快/慢速烤燃的划分都有影响;星孔形装药会导致点火点出现跳跃性变化的临界升温速率效应,而单孔管形装药不存在此现象。在本研究条件下,包含星孔段的复合装药发动机的临界升温速率为0.2℃/min,星孔形装药发动机的临界升温速率为0.3和0.5℃/min,即当0.3℃/min≤β≤0.5℃/min时点火点发生跳跃变化。