HL-2M 装置宽谱段光谱诊断系统研制

HL-2M 装置宽谱段光谱诊断系统由采集光学、石英光纤和集成式光栅光谱仪构成,工作波段为 300~1100nm,可实现对工作气体(氢及其同位素)和内在杂质(碳、铁、氧等)线辐射的同步监测。通过将 5 台紧凑 型光谱仪并联形成集成式光栅光谱仪,可在保证宽谱段覆盖的同时实现较好的光谱分辨(0.04~0.19nm⋅pixel⁻¹)。目 前系统具有一个空间通道,最优时间分辨为 1.05ms,常规采样时间为 20ms。在 HL-2M 装置初始等离子体放电 实验期间,利用该套系统识别出氢等离子体的主要杂质为碳和氧,并对不同粒子的辐射特性进行了初步分析。     

Nearby source interpretation of differences among light and medium composition spectra in cosmic rays

Recently the AMS-02 reported the precise measurements of the energy spectra of medium-mass compositions (Neon, Magnesium, Silicon) of primary cosmic rays, which reveal different properties from those of light compositions (Helium, Carbon, Oxygen). Here we propose a nearby source scenario, together with the background source contribution, to explain the newly measured spectra of cosmic ray Ne, Mg, Si, and particularly their differences from that of He, C, O. Their differences at high energies can be naturally accounted for by the element abundance of the nearby source. Specifically, the abundance ratio of the nearby source to the background of the Ne, Mg, Si elements is lower by a factor of ∼ 1.7 than that of the He, C, O elements. Such a difference could be due to the abundance difference of the stellar evolution of the progenitor star or the acceleration process/environment, of the nearby source. This scenario can simultaneously explain the high-energy spectral softening features of cosmic ray spectra revealed recently by CREAM/NUCLEON/DAMPE, as well as the energy-dependent behaviors of the large-scale anisotropies. It is predicted that the dipole anisotropy amplitudes below PeV energies of the Ne, Mg, Si group are smaller than that of the He, C, O group, which can be tested with future measurements.     

Negative thermal expansion: Mechanisms and materials

Negative thermal expansion (NTE) of materials is an intriguing phenomenon challenging the concept of traditional lattice dynamics and of importance for a variety of applications. Progresses in this field develop markedly and update continuously our knowledge on the NTE behavior of materials. In this article, we review the most recent understandings on the underlying mechanisms (anharmonic phonon vibration, magnetovolume effect, ferroelectrorestriction and charge transfer) of thermal shrinkage and the development of NTE materials under each mechanism from both the theoretical and experimental aspects. Besides the low frequency optical phonons which are usually accepted as the origins of NTE in framework structures, NTE driven by acoustic phonons and the interplay between anisotropic elasticity and phonons are stressed. Based on the data documented, some problems affecting applications of NTE materials are discussed and strategies for discovering and design novel framework structured NET materials are also presented.     

电子束长程传输中离子通道的振荡特性研究

离子通道可以有效抑制电子束在等离子体环境内传输过程中的径向扩散,已有工作研究了离子通道对电子束的影响,但离子通道建立过程和暂态特性研究则更有助于理解和利用离子通道在电子束长程传输中的作用。本文利用PIC方法对离子通道的时空分布进行二维模拟,并基于单粒子理论推导出描述离子通道振荡的解析模型,对上述两种模型的结果相互校验。上述模型的计算结果表明,在长程传输过程中,相对论电子束在等离子体内部建立的离子通道是持续周期振荡的,电子束密度、电子束初始半径以及环境等离子体密度都会对离子通道的振荡规律产生影响,针对不同的等离子体环境选择合适的电子束参数可以有效提高离子通道的稳定性,进而提升传输过程中电子束的束流质量。     

数字束流位置探测器通道自动增益校准方法的研究与实现

在现有硬件基础上,基于BPM测量准确度的需求,在自制的电子学FPGA芯片内,通过Verilog语言实现了一种数字BPM采样数据增益自动校准的设计。首先介绍了自动增益校准模块的系统总体设计;然后对模块的实现方法做了详细说明,设计并搭建了ADC数据自动增益校准测试平台以验证自动增益较准模块的功能;最后介绍了该设计在BPM通道标定中的应用。实验结果表明,该方法可以实现4通道增益一致,使ADC采样后的数据幅度相同,有效解决了由通道增益不一致引起的测量偏差,以及工程应用中ADC数据幅度校准工作量大且难于操作的问题,将在BPM系统通道自动标定中发挥重要作用。     

减反膜对单晶硅太阳能电池性能的影响分析

在太阳能电池效率的评价中,电池材料、掺杂浓度、扩散长度等都是比较重要的参数,合理地改变相关参数可以优化太阳能电池的性能,提高电池效率。此外,在太阳能电池表面镀一层具有减反作用的光学薄膜（简称减反膜）也是提高电池效率的重要手段。以提高电池效率为目标,对单晶硅太阳能电池的掺杂浓度和扩散长度等微观参数进行计算优化,分析了掺杂浓度和扩散长度变化对电池效率的影响。并在此基础上分析了不同类型的减反膜对于电池效率的影响,给出了最佳减反膜材料及其膜系厚度,并且结合镀膜后电池量子效率的变化验证了其准确性。结果表明,在优化电池掺杂浓度和扩散长度的基础上,选择合适的减反膜,电池效率最高可达20.35%,相比于优化前提高了8.25%。     

低温高密核物质测量谱仪时间投影室的集团重建

低温高密核物质测量谱仪(CEE)是研究高重子数密度区核物质性质的重离子碰撞实验谱仪。使用了先进的 SAMPA 电子学读出芯片的时间投影室(TPC)是 CEE 最核心的探测器。在集团重建的过程中,同一排读出板的信号被首先重建成 2 维集团,然后根据 2 维集团的 ADC 加权平均位置重建击中点。当信号 ADC 随漂移时间变化呈峰-谷-峰结构时,一个集团可能被重建成两个或更多击中点,从而提高双径迹分辨能力。使用模拟信号的测试显示,该重建算法在$x/ y$方向可以达到0.100/0.043 cm的位置分辨能力和1.1/2.8 cm的双径迹分辨能力。     

基于非线性最小二乘法的多光谱拟合程序：应用于12CH4谱线参数分析

精确的甲烷分子实验光谱参数在大气科学和天文探测等领域有着广泛的应用,特别是谱线的展宽系数及其温度依赖系数对于甲烷分子浓度廓线的研究尤为重要。精密的实验测量是获得准确谱线参数的重要手段。采用实验测量获取谱线参数时,需要在已知实验条件（浓度,温度,总压力,吸收光程以及气体分子种类的混合比等）的情况下,多次扫描同一波段范围得到多组实验室吸收光谱,然后利用基于非线性最小二乘法的拟合程序处理这些光谱,反演获得所需要的光谱参数。然而,一般常用的单光谱拟合程序处理实验光谱既费时又容易引起拟合过程中的误差传递。针对此问题,采用最小二乘拟合技术和Levenberg-Marquardt迭代算法编写了一款适用于处理由可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）所获得的吸收光谱的多光谱拟合程序。该程序可同时处理多张实验光谱,并基于全局拟合方法获得一套光谱参数。详细介绍了该程序的原理、使用方法及数据处理过程。利用多光谱拟合程序中的Voigt线型处理了2 958～2 959 cm-1波数内甲烷（12CH₄）分子6条跃迁谱线的实验光谱,获得了296.0,251.0,223.0,198.0和173.0 K共5组温度下12CH₄分子6条谱线的空气展宽系数。与之前文献报道的该波段内采用单光谱拟合程序得到的相应数据对比结果表明：获得的各温度下的空气展宽系数与参考文献中相应数据差值的百分比处在-4.97%~1.58%之间,两者数据整体符合较好,并且在30组对比数据中,有4组由单光谱拟合程序得到的空气展宽系数的误差值小于由多光谱拟合程序得到的相应数值,有2组数据显示由两种方法获得的误差值相等,其余24组由多光谱拟合程序获得的数据拟合误差小于由单光谱拟合程序获得的相应数值,表明多光谱拟合程序具有良好的可靠性,适用于气体分子吸收光谱的处理。     

基于光谱学分析的聚氨酯弹性体/聚磷酸铵/氢氧化铝复合材料阻燃机理研究

采用熔融共混技术,将聚磷酸铵(APP)和氢氧化铝(ATH)引入到聚氨酯弹性体(TPU)中,制备了一系列热塑性聚氨酯/聚磷酸铵/氢氧化铝(TPU/APP/ATH)复合材料。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、激光拉曼光谱研究了TPU和阻燃TPU(FR-TPU)复合材料燃烧后炭渣的微观形貌、表面结构、元素组成、键合状态和石墨化程度,结合阻燃性能测试,揭示APP和ATH的协同阻燃机制。SEM分析表明相较于APP与ATH单独使用,TPU/APP/ATH炭层的空洞结构更少,炭渣的致密性更高。XPS分析表明FR-TPU的炭渣中C元素含量相比于纯TPU有所降低,O元素的含量有所上升,其中TPU/APP10/ATH10的C元素含量从88.2%降至69.24%,O元素的含量从8.07%升至17.78%,P和Al元素含量相较于单独添加分别从11.74%和16.36%下降至3.91%和3.31%。在此基础上,通过对C元素的分峰拟合发现TPU炭渣中C—C/C—H,C—O/C—N和CO/CN含量分别为61.05%,35.65%和3.30%;TPU/APP10/ATH10炭渣中三种结构含量分别为45.38%,45.00%和9.63%,说明ATH和APP复配使用有利于C元素形成酯、醚、羰基、羧酸（盐）、酯基等结构。通过对O元素的分峰拟合发现,TPU炭渣中O₂/H₂O,—O—,O三种结构含量分别为28.75%,44.36%和26.89%;TPU/APP10/ATH10炭渣中O₂/H₂O,—O—,O三种结构含量分别为44.33%,32.78%和22.89%,说明APP和ATH的加入有利于炭渣中O元素形成O₂/H₂O结构。通过对N元素的分峰拟合发现,TPU炭渣中—NH—,N结构的N元素含量分别为40.93%和59.07%;TPU/APP10/ATH10中—NH—,N结构的N元素含量分别47.17%和52.83%,说明ATH与APP复配使用促进了—NH—结构的形成。拉曼测试表明,相比于单独使用,APP和ATH复配使用,炭层的石墨化程度更好,致密性更高。以上分析结合阻燃测试可以得出TPU/APP/ATH复合材料阻燃机制：ATH受热分解生成氧化铝,吸收热量并释放大量水蒸气,有效促进APP降解,生成不燃性的氨气和聚磷酸,氨气和水蒸气稀释可燃性气体的浓度。随着温度继续升高,氧化铝可继续与聚磷酸反应生成偏磷酸铝[Al(PO₃)₃],同步催化聚氨酯基体成炭,形成高度石墨化炭层,石墨化炭层与偏磷酸铝一起覆盖在基体表面,有效抑制燃烧区域物质以及能量的输运,从而达到阻燃目的。     

Analysis of Electromagnetic Information Leakage Based on Cryptographic Integrated Circuits

Cryptographic algorithm is the most commonly used method of information security protection for many devices. The secret key of cryptographic algorithm is usually stored in these devices’ registers. In this paper, we propose an electromagnetic information leakage model to investigate the relationship between the electromagnetic leakage signal and the secret key. The registers are considered as electric dipole models to illustrate the source of the electromagnetic leakage. The equivalent circuit of the magnetic field probe is developed to bridge the output voltage and the electromagnetic leakage signal. Combining them, the electromagnetic information leakage model’s function relationship can be established. Besides, an electromagnetic leakage model based on multiple linear regression is proposed to recover the secret key and the model’s effectiveness is evaluated by guess entropy. Near field tests are conducted in an unshielded ordinary indoor environment to investigate the electromagnetic side-channel information leakage. The experiment result shows the correctness of the proposed electromagnetic leakage model and it can be used to recover the secret key of the cryptographic algorithm.