吉帕压力下原位中子衍射技术及其在铁中的应用

中子对轻元素敏感,能够识别近邻原子,区分同位素,可以直接测定材料的磁结构,并具有很强的穿透力。这些优点使中子衍射成为研究物质的一种独特手段,在含能材料、含水矿物、超导以及磁材料等都发挥着重要的作用。利用自主研制的全景式大腔体对顶砧高压装置,实现了吉帕压力下原位中子衍射谱的获取。实验中采用WC压砧,当负载压力达到150kN时,在体积为6mm3的样品腔内获得了铁在5GPa压力下的中子衍射谱。通过优化组装或使用金刚石压砧,可以获得10GPa甚至更高压力下的高压原位中子衍射谱。     

CMRR中子科学平台的高压中子衍射技术及应用

中国绵阳研究堆(CMRR)建有一台专门的高压中子衍射谱仪(凤凰),用于高压科学研究。对聚焦单色器和导管升级后,凤凰谱仪的束流通量大幅度提高。基于凤凰谱仪,建立并发展了一系列高压中子技术,包括:气体压腔、活塞圆筒型压腔、紧固型压腔、标准巴黎-爱丁堡压机(VX4型)、带加热和水冷系统的两面顶压机(HP3-1500)、及压机的调节与定位系统。通过对高温高压样品腔体组装的优化设计,原位中子衍射的温度和压力最高达到34 GPa和1 500℃。建立的高压中子衍射技术已成功应用于高压溶解度测量、含能材料结构表征、高压聚合反应等方面的研究。     

用于高压原位中子衍射的PCBN压腔

基于多晶立方氮化硼(PCBN)的高硬度以及对中子良好的吸收性,选用PCBN作为压砧材料,设计了一种新型外凹式平面压砧以及由钛锆合金、碳纤维管、聚四氟乙烯组成的复合封垫。使用该PCBN压腔,分别利用ZnTe和ZrW2O8的相变点对腔体压力进行标定。结果表明:当样品腔体积为9mm3、负载压力为260kN时,腔内压力达到9GPa。高压原位中子衍射实验显示,采用外凹式PCBN压腔得到了无压砧背底信号的铁的高压中子衍射谱。预计通过进一步优化,利用PCBN压腔可获得更高压力(10GPa以上)下高质量高压中子衍射谱。     

基于巴黎-爱丁堡压机的高压中子衍射技术

巴黎-爱丁堡压机(Paris-Edinburgh press)可配合中子衍射对物质在高压下的结构变化进行研究.自20世纪90年代开始,已在材料学、地学、化学等众多领域得到了广泛应用.本研究利用巴黎-爱丁堡压机在中国绵阳研究堆(CMRR)的高压中子衍射谱仪(凤凰)上成功开展了高压中子衍射实验.实验由一台载荷为200 MPa的单缸柱塞泵为巴黎-爱丁堡压机提供加载压力,并发展了一套与谱仪集成的自动定位系统对样品进行定位.利用铁作为样品,分别使用单凹曲面和双凹曲面两种碳化钨(WC)压砧,成功获得了约10 GPa压力范围内的高压原位中子衍射谱.实验结果显示,双凹曲面组装可以稳定地承受100 MPa的负载压力,而单凹曲面封垫在80 MPa左右的负载压力下就开始不稳定而发生放炮.研究结果表明,双凹曲面压砧的凹槽增强了封垫的侧向支撑能力,使双凹曲面组装比单凹曲面组装具有更好的稳定性.研究结果对进一步优化巴黎-爱丁堡压机的压砧及封垫具有重要的指导意义.     

基于PE型压机中子衍射高温高压组装的优化设计与实验验证

高温高压原位中子衍射探测手段对凝聚态物理、晶体化学、地球物理以及材料科学与工程等领域的研究均有重要的意义.本文基于中国绵阳研究堆(China Mianyang Research Reactor, CMRR)的高压中子衍射谱仪(凤凰)和1500 kN的PE型两面顶压机,设计了一套应用于高温高压原位中子衍射实验的组装,并利用中子衍射技术进行了实验验证及温度、压力标定.通过对组装在高温高压下的流变控制、绝热绝缘性能提高、有效样品体积最大化等方面的优化,获得了11.4 GPa, 1773 K高温高压条件下的中子衍射谱.该组装的成功研制使CMRR高温高压中子衍射平台的指标得到明显提升.同时,对进一步提高PE型两面顶压机高温高压加载条件、扩展PE型压机在高温高压原位中子衍射领域的的应用范围,具有重要的意义.     

巴黎-爱丁堡压机中子衍射高压下温度加载实验

巴黎-爱丁堡压机(Paris-Edinbrugh press)因具有大体积样品、便携、结构简单等优点,被广泛应用于中子源进行高压原位中子衍射实验.但因单轴加压而导致封垫和组装不断沿径向向外流动的特点,给高压下组装的加热效率、保温效果、上下压砧的绝缘及热电偶连接等方面带来困难,从而使得巴黎-爱丁堡压机在高压下的温度加载非常具有挑战性.本文通过对高温高压组装的结构进行优化设计,提高了组装的加热效率和保温效果.通过对热电偶引线方式的优化,实现了高压下温度的直接测量.设计的HPT-3组装和HPT-3.5组装在高压下的温度加载最高可分别达到2000 K和1500 K,并且二者较大的样品尺寸满足中子衍射实验的需求.原位高温高压中子衍射实验结果说明, HPT-3组装在压力8.5 GPa、温度1508 K的条件下可以获得高质量的样品的中子衍射谱,同时该结果也进一步验证了所设计组装的良好稳定性.     

静电场作用下KDP和TGS单晶中子衍射增强现象的物理机理

本文提出了KDP和TGS单晶在静电场作用下中子衍射增强现象的物理机理。KDP和TGS都是质子导电晶体。外加直流电压后,晶体中电场有一空间分布。由于压电效应,相关的衍射晶面间距是空间坐标的函数,造成中子衍射增强。对衍射晶面间距为空间坐标函数的情况,导出了透射方式和反射方式的中子衍射强度公式,估计了非均匀的压电效应引起的中子衍射增强的量级,和实验相符。并对进一步验证上述机理提出了新的实验建议。顺便指出,对于α-LiIO₃,在静电场作用下其中子衍射增强,非均匀压电效应不是主要因素。并提出其可能的微观机制是:在非均匀电场作用下,缺陷(包括杂质)在晶体中有一空间分布,引起中子衍射增强。 关键词：     

百吉帕压力下固态氩的状态方程

 利用最新的X光衍射实验数据和Ar原子的弹性散射实验结果，得到了Ar原子间的相互作用和350 GPa下的固态氩的状态方程。这个状态方程可以作为超高压力下的压标。在150 GPa以上的压标，是目前高压研究中急需的。固态氩既可作为准静水压传压介质，又可作为高压X光衍射中的压标使用。本文计算了固态氩的Grüneisen参数、Debye特征参数、定容比热和等温体模量随压力的变化，压力范围为0~150 GPa。     

用于原位中子散射水合物测量装置

能源与环境问题的日益突出,为可燃冰的研究提供了动力。可燃冰的形成机理、储存及利用,都与其结构性质紧密相关。为了研究可燃冰结构,需要加工一套可以维持可燃冰低温高压环境的低温恒温器。通过恒温器设计及压腔设计,实现了低温高压的耦合,最低温50 K,最高压力20 MPa。经过在通用粉末衍射谱仪(GPPD)测试,成功观察到了可燃冰的衍射峰。测试结果显示,所研制的高压低温恒温器运行稳定可靠,温度梯度较小,控温精度高,可以满足可燃冰中子散射实验需求。     

高压下的同步辐射X射线衍射研究

本文概要介绍了利用同步辐射Ｘ射线光源进行高压Ｘ射线衍射研究的现状及某些发展趋势．对金刚石压砧作为高压ｘ射线衍射的主要研究工具也作了介绍．本文还介绍了作者近年来在国外参加的百万大气压下的ｘ射线衍射研究中所取得的新进展．     

基于紫外吸收光谱的癌细胞模型研究

细胞周期是生命起源最基本也最重要的过程,是细胞全部生理过程的综合体现,文章从紫外吸收光谱随其细胞周期的变化入手,以一种简单且能准确反映癌细胞的生长变化过程的方式建模。通过人工诱导细胞同步化方法对子宫颈癌细胞进行处理,获取了处于G1期、S期、G2期和M期的同步化细胞样品,通过测量这些样品的紫外-可见光光谱,对不同周期细胞紫外-可见光光谱的吸光度随细胞周期中芳香族氨基酸、蛋白质及核酸等物质的变化规律进行了分析。根据细胞周期中不同阶段样品对应紫外-可见光光谱在204和260 nm处的吸光度和时间点的关系,利用分段线性回归法建立了子宫颈癌细胞紫外吸收光谱模型。可对细胞周期进行判断,为对细胞周期进行分析研究提供了新的依据,也为细胞建模提供了新思路。     

温度对直接甲醇燃料电池动态性能的影响

利用可计算机控制的电子负载单元,本文实验研究了电池温度对液态进料直接甲醇燃料电池单体电池的稳态和动态性能的影响,并考察了该电池对电池温度变化的动态响应。实验结果表明:电池稳态性能随着电池温度的升高而提升,电池对动态负载的响应随着电池的温度的升高而变得更快和更稳定,升温过程中电池对电池温度变化的响应值要高于降温过程中对应的响应值。     

肝、肝癌及肝纤维细胞的荧光光谱及其荧光饱和强度分析

对肝细胞及肝病变细胞进行荧光光谱特性研究,能为早期筛查与攻克肝癌提供光谱学依据。实验目的包括,通过光谱实验获得细胞特异性荧光光谱;结合流式细胞仪获得最大饱和荧光强度与细胞直径的相关性。实验过程,首先使用荧光光谱仪来检测肝细胞、肝纤维细胞以及两种肝癌细胞;采用去拉曼散射的方法消除背景噪声,获得五种浓度下细胞荧光光谱;其次,使用流式细胞仪检测四种细胞直径的大小,根据双参数散点图分析四种细胞的直径特点;最后,利用高斯多峰拟合对比光谱差异,并且分析细胞直径对荧光饱和强度变化趋势的影响,得出细胞大小对荧光饱和强度非线性拟合曲线的影响规律。光谱实验发现,在550~750 nm之间,肝细胞存在两个特异性荧光峰,第一个峰值位于592 nm处,第二个峰位于682 nm处,且前者明显高于后者;肝癌,肝纤维细胞除具备与肝细胞相同位置的两个峰外,在726 nm处出现第三个特异性荧光峰,并在592 nm处获得最大激发光强,在726 nm处的荧光峰高于在682 nm处的第二个荧光峰;结合高斯多峰拟合法对峰值和各峰位置,以及峰型展宽进行分析。肝癌细胞和肝纤维细胞三个峰的展宽基本相同,正常肝细胞最大激发峰展宽略小于另三种细胞,但是682 nm处的小峰展宽略大于病变细胞;流式细胞仪实验结果显示,肝癌细胞直径大于肝纤维细胞大于肝细胞,同种浓度下荧光强度也是肝癌细胞高于肝纤维细胞高于肝细胞;利用非线性曲线拟合细胞最大荧光强度随浓度变化曲线,根据曲线斜率的变化规律,发现四种细胞的最大荧光强度会随着细胞浓度增大而增强,但是逐渐呈现荧光饱和状态。随着细胞直径增加,最大荧光强度饱和趋势更为明显,单个细胞自激发效率降低。结果显示,将细胞形态学与光谱学有机的融合,结合两种分析方式,能提高细胞判断的准确性和有效性。通过对肝细胞、肝癌细胞以及肝纤维细胞的荧光光谱特性进行研究,并结合细胞直径分析荧光饱和变化趋势,能够为肝病变细胞的研究提供一定的光谱学依据。     

池厚对SiO2胶体光子带隙的影响

在薄池中，胶体晶体生长的速度比在厚池中快而且质量好。不同分散度的小球自排的实验结果表明：较差分散度的SiO2小球在超薄池中也能形成质量较好的单昌。光子带隙波长在薄池中有明显的红移，池厚为0.07mm的胶体单晶的带隙波长比池厚为1mm的胶体单晶的带隙波长红移了24nm。     

模型化研究药物小分子阻滞细胞周期

基于扩散动力学与细胞信号传导动力学,研究药物小分子对细胞周期的阻滞特性.理论模型考虑药物小分子穿越细胞膜输运的动力学特性,以及进入细胞内的药物分子对细胞周期的阻滞效应.研究发现,穿越细胞膜内层进入细胞内的药物分子,将会在很大程度上决定药物分子对相关的靶向基因、蛋白的阻滞功效.细胞膜对药物分子的输运特性,是影响药物分子阻滞细胞周期的关键因素.另外,药物分子的降解程度,将会改变药物分子与靶向基因、蛋白作用时间,进而改变对相关细胞生长增殖的抑制效应.通过对模型中各参数的敏感度分析,我们确认了药物分子穿越细胞膜、进入细胞内过程的多种因素对细胞周期的抑制效应.本文理论结果符合模拟、实验观测,进一步深刻揭示了药物小分子阻滞细胞周期的物理机制,可为设计确切的疗法药物提供必要的参考和新方案.     

胃癌细胞显微后向散射光谱分析

为了实验分析单个人正常胃上皮细胞与癌变细胞显微后向散射光谱的区别,结合光纤共聚焦显微成像技术和细胞散射理论,建立了一套基于光纤共聚焦的细胞检测显微光谱分析装置。该装置能够同时获取细胞显微图像和显微光谱医学信息。利用该装置测量了贴壁正常胃上皮细胞GES-1和癌变胃上皮细胞NCI-N87,得到了这两种细胞株细胞水平的显微光谱特性,其光谱具有明显的区别,说明该装置能够在细胞水平上辨别正常和癌变细胞的显微光谱。所得到的正常和癌变胃上皮细胞的显微后向散射光谱曲线与现有单核细胞散射分析结果一致,为以后的细胞水平检测癌变研究提供了必要的基础。     

光声光谱检测装置中光声池的数值计算及优化

利用光声光谱技术进行痕量气体的检测具有独特的优势,光声池是系统装置中最为重要的核心部件,它决定着整机性能的优劣.以一圆柱形共振型光声池为研究对象,基于声学与吸收光谱学的基本理论,建立了光声池声场激发的数学模型;利用数值模拟方法对光声池空腔结构进行了声学模态仿真,获得了前8阶声学模态值以及声压可视化振型;在考虑热黏性声学损耗的作用下,对光声池进行了热-声耦合多物理场仿真计算;将仿真结果与解析计算和实验结果进行对比,明确了利用数值模拟方法来计算光声池有关指标的可靠性与可行性;针对光声池的优化问题,提出了一种将响应面代理模型与遗传算法相结合的优化算法,在将原光声池中的谐振腔两端形貌更改为喇叭口形的情况下,通过优化算法获得了以光声池品质因数Q及池常数C_(cell)为最大值寻优的Pareto最优解集;选取一组解进行考察,结果表明,代理模型预测值与数值模拟值指标最大误差仅为1.3%,优化后的新型光声池Q较之前增长了48.9%, C_(cell)增长了34.4%.研究方法可为光声光谱中光声池的优化设计提供参考借鉴.     

用激光拉曼光谱区分胃癌变细胞与正常细胞

利用激光拉曼光谱对胃癌细胞及正常胃细胞进行了对比检测,对胃癌细胞特征拉曼峰作了初步探讨,发现胃癌患者标本的特征拉曼峰与非胃癌患者标本的光谱有明显的不同。实验发现,浓度为每mL 1.25×105个胃癌细胞的样品在经过若干天培养后均能够被检测出胃癌细胞的特征拉曼峰,分别位于特定波长583,633,656 nm处。这是几个很少见诸报道的新拉曼光谱峰。不论是特征拉 曼峰,还是在胃癌细胞及正常胃细胞的几个共有的拉曼峰674, 707, 773, 799 nm处,拉曼光谱强度都是随血清中癌细胞浓度的增加而增加。激光拉曼光谱分析有可能发展成为一种快速有效的癌细胞检测方 法。     

牛奶体细胞数检测的研究进展

快速准确的牛奶体细胞数检测对于保证牛奶品质和监测奶牛健康具有重要意义。从牛奶体细胞数的基本概念、牛奶体细胞对牛奶的影响、国内外研究进程、牛奶体细胞数检测方法、相关检测仪器的发展等方面对牛奶体细胞数检测的研究进展进行了综述,分析了各种检测方法和检测仪器的优缺点,指出了作为热点方法之一的基于计算机视觉的牛奶体细胞数检测关键是体细胞图像分割与识别的准确性、识别速度以及相应自动化仪器的研制。