重离子冷却储存环CSRm双电子复合实验研究类锂36,40Ar15+离子同位素移动

配备电子冷却装置的重离子储存环为开展高电荷态离子的双电子复合（dielectronic recombination,DR）精密谱学研究提供了绝佳的实验平台。本工作在兰州重离子加速器冷却储存环主环（HIRFL-CSRm）上开展了类锂36,40Ar15+离子的双电子复合实验,实验观测了电子-离子质心系能量范围为0~35 eV的双电子复合速率系数谱。通过外推法获得了36,40Ar15+离子2s_1/2→2p_1/2和2s_1/2→2p_3/2的跃迁能量。同时利用GRASP2K程序理论计算了36,40Ar15+离子2s_1/2→2p_1/2和2s_1/2→2p_3/2跃迁的质量移动因子和场移动因子,进而得到双电子复合谱的同位素移动值。36,40Ar15+离子2s_1/2→2p_1/2和2s_1/2→2p_3/2同位素移动分别为0.861 meV和0.868 meV。它们均小于目前CSRm上双电子复合实验的实验分辨为~10 meV,进而解释了实验测量的DR谱上未能观察到同位素移动的原因。然而,高电荷态离子的同位素移动场效应与原子序数Z5成正比,因此,在重离子加速器冷却储存环实验环（HIRFL-CSRe）以及未来大型加速器--强流重离子加速器装置（HIAF）上有望通过DR精密谱学方法研究高电荷态重离子甚至放射性离子的同位素移动,进而获得相关原子核的核电荷半径等信息。The cooler storage ring is equipped with an electron-cooler. It is an excellent experimental platform for dielectronic recombination (DR) experiment of highly-charged ions. In this paper, the dielectronic recombination experiments of lithium-like Ar15+ ions with mass number 36 and 40 are conducted at the HIRFL-CSRm(main ring of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou). The experimental electron-ion collision energy scale is from 0 eV to 35 eV. Extrapolation method is exploited to obtain the excitation energies of transitions 2s_1/2→2p_1/2 and 2s_1/2→2p_3/2 of the 36,40Ar15+ ions from experimental data. Meanwhile, GRASP2K program is utilized to calculate the mass shift factors and field shift factors of 36,40Ar15+ ions for 2s_1/2→2p_1/2 and 2s_1/2→2p_3/2 transitions to obtain isotope shifts in DR spectra. In theoretical calculation, isotope shifts of 36,40Ar15+ ions corresponding to 2s_1/2→2p_1/2 and 2s_1/2→2p_3/2 are 0.861 meV and 0.868 meV, respectively. They are both less than the experimental precision (~10 meV) of these dielectronic recombination experiments at the CSRm, which explains that isotope shifts cannot be distinguished from the experimental dielectronic recombination spectra. However, the field shift of highly-charged ions is proportional to Z5. In the future, the dielectronic recombination experiments of highly-charged heavy ions even radioactive ions will be conducted at the HIRFL-CSRe (experimental ring of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou) and the future large accelerator facility--HIAF(High intensity Heavy-ion Accelerator Facility) to measure isotope shifts to obtain the nuclear charge radius information.     

离焦对激光通信接收视场的影响分析

为了降低自由空间激光通信中对准难度,本文提出了采用离焦的方法以增大接收视场角。以满足通信所需最低能量(-35 d Bm)为基准,理论推导了探测器接收能量、接收视场角(FOV)、离焦接收能量及离焦量之间的相互关系,并通过Matlab仿真,分析对比了离焦接收能量和离焦量对接收视场角的影响。结果显示,当离焦量为0.5 mm时,离焦接收能量从-20.9 d Bm提高到-4.1 d Bm,接收视场角能增大0.27 mrad;当离焦接收能量为-4.1 d Bm时,离焦量从0.2 mm扩大到1.0 mm,视场角能增大1.75 mrad。通过对比表明,提高离焦接收能量以及扩大离焦量都可以增加接收视场角,且扩大离焦量的效果相对比较明显,这对后续离焦系统的设计提供了理论指导依据。     

海洋声学中三维抛物方程非均匀网格模型

在海洋声学中,三维抛物方程模型可以有效考虑三维空间的声传播效应。然而,采用三维抛物方程模型分析三维空间内的声传播问题时,计算时间较长,并且需要消耗较大的计算机内存,因此给远距离声场的快速精确计算带来了很大困难。为此,将非均匀网格Galerkin离散化方法用于三维直角坐标系下的水声抛物方程模型中,深度算子和水平算子Galerkin离散方式由均匀网格变为非均匀网格。仿真结果表明,三维直角坐标系下非均匀网格离散的抛物方程模型,在保持计算精度、提高计算速度的同时,可以实现远距离声场的快速预报。另外,针对远距离局部海底地形与距离有关的三维声传播问题,给出了声场快速计算方法;在海底保持水平的区域,采用经典Kraken模型,重构抛物方程算法的初始场,随后依次递推求解地形与距离有关海底下的三维声场。采用改进模型,证明了远距离楔形波导声强增强效应。     

圆柱腔低频声场的球谐函数分解及声场再现

针对圆柱腔低频声场的球谐函数分解,提出了基于移动式球形传声器阵列(简称球阵)测量的空间域直接求解法。利用空间域测量数据,在压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论框架下通过一次线性方程组求解,获得整体坐标系下的声场展开系数。首先讨论了感知矩阵的列相关性,比较不同球阵形式及球面采样点数目,不同球谐函数截断阶数以及空间测量位置等的影响。随后在飞机舱室模型内利用文中提出的方法求解声场展开系数,再现腔内水平面的声压分布,并与传统球坐标变换方法做比较。实验结果表明,利用空间域直接求解法,通过球面随机挑选10个采样点的刚性球阵在声腔3个位置进行声场测量,不仅能够有效求解声场展开系数,而且声场再现精度更高,同时计算效率也显著提高。     

由小斜率近似计算空气声经粗糙海面透射至深海中的声场

采用一级小斜率近似方法处理空气声经粗糙海面透射至深海中的声场问题,导出了透射场及其相干分量的表达式。假定海面高度一维变化且频谱满足PM谱,采用小斜率近似方法计算了相应的透射场。对于空气中的线源,小斜率近似与积分方程方法结果一致。当水下测量点距离较远且深度较浅时,平均声强随海面均方根高度增加而增加至一极限值,相干声强则随海面均方根高度增加而一致减小。对于空气中的点源,小斜率近似计算表明,水下平均声强还依赖于测量点相对于声源的方位,而相干声强则与测量点的方位无关。     

应用ICP-MS测定城市道路尘土中铂族元素

自然条件下,铂族元素(PGEs)一直被认为是表生条件下的痕量元素。但是,随着铂族元素在机动车排放催化剂及其他方面的广泛使用,最终导致Pt,Pd,Rh会排放到环境中。目前,铂族元素在环境中存在一定程度的积累现象,机动车尾气催化转换器被认为是其污染的主要来源。为研究北京市城区内道路尘土铂族元素的污染状况,于2010年11月采集了北京市内大型居民社区内的道路尘土样品。样品先经王水热消解以及阳离子交换树脂(Dowex AG50W-X8)分离纯化后,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了道路尘土样品中三种铂族元素(铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh))的浓度。结果表明：北京城区内居民社区道路尘土中Pd,Pt和Rh的含量范围分别为：14.20～161.80,9.39～70.80和3.18～17.05 ng·g-1,其平均浓度分别为50.76,23.82和7.54 ng·g-1,高于北京市土壤背景值, 说明北京城市居民社区内道路尘土中PGEs已经有了一定程度的富集。其中,Pd,Pt和Rh分别高于北京土壤背景值约49.8,32.6和5.1倍。为了定量评价道路尘土中PGEs的污染状况,采用地积累指数法对北京市道路尘土进行了评价。地积累指数法评价结果发现：大型居民社区内道路尘土中PGEs污染程度由强至弱的顺序依次为：Pd＞Pt＞Rh,总体而言,北京城区内大型居民社区内道路尘土存在较为明显的PGEs污染。     

6H-SiC单晶的激光刻蚀及光谱分析

激光微加工是半导体精密加工的一个有效方法。对于碳化硅(SiC)单晶,使用紫外波段激光可以获得对入射能量最大的吸收效率。使用355 nm全固态激光器对6H-SiC单晶进行刻蚀。同时将样品置于不同的介质下以探究最优加工条件。使用拉曼光谱表征激光刻蚀后的SiC表面。刻蚀后表面主要由无定形硅及纳米晶石墨组成,对于空气下刻蚀的SiC晶片,无定形硅主要分布于刻蚀坑的周围,刻蚀坑内较少。而在液体下刻蚀的样品,无定形硅的空间分布相反。通过分析残留在表面的物质,在另一角度研究了激光刻蚀的反应机理。对于液体辅助的激光加工,以往的研究主要关注液层的厚度及粘度,对液体还原性的研究很少。为确定液体还原性的影响,使用共聚焦激光扫描显微镜及能量色散谱检测了不同液体辅助加工样品的表面形貌及氧含量。结果表明,液体还原性在激光刻蚀过程中有着较大的影响,使用有着还原性的液体作为介质可以有效减少表面氧化并获得更规则的表面形貌。     

小型球形脉冲氙灯光谱分析与实验测定

作为分析仪器和医疗仪器光源,脉冲氙灯的光谱特性直接影响着仪器的整体性能。为了研究脉冲氙灯放电回路参数及几何参数对其光谱特性的影响,利用气体放电理论分析了脉冲氙灯发光过程,设计了光谱检测系统,实验测定了脉冲氙灯在不同放电参数下的光谱特性。结果表明：脉冲氙灯光谱由连续谱和线状谱组成,连续谱有离子复合和韧致辐射产生,线状谱由电子能级跃迁产生。相对光谱辐射能量随着放电电压升高呈近似线性增长、并随着储能电容的变大而变大。在放电电压较低时,弧长较短时相对光谱辐射能量较大;在放电电压较大时,弧长越长相对光谱辐射能量越大。对于脉冲氙灯工作参数选取以及应用生产具有重要的意义。     

槲皮素作为荧光探针对氟离子的识别作用

槲皮素为天然黄酮类化合物,广泛存在于植物的根、茎、叶、花和果实中。槲皮素作为荧光探针检测氟离子不仅具有较好的选择性和灵敏度,而且与合成的荧光探针比,还具有来源广、环保、无毒等优点。实验将不同阴离子(F-,Cl-,Br-,I-,ClO-₄,H₂PO-₄)分别加入到槲皮素的二甲基亚砜(DMSO)溶液中,考查槲皮素溶液的荧光强度变化。实验发现当加入氟离子后,槲皮素在500 nm处的荧光发射峰的强度降低,发生荧光猝灭,且其猝灭程度随着氟离子浓度的增大而改变,即荧光强度随着氟离子浓度的增大而减小,并呈线性变化。而其他阴离子的加入对槲皮素和槲皮素-氟离子体系的荧光发射强度影响不大,说明其他阴离子不影响槲皮素对氟离子的识别,显示了槲皮素对氟离子具有较好的选择性。由荧光滴定光谱和荧光滴定曲线得到槲皮素对氟离子的滴定方程为：y=-13.36x+173.4,线性关系为R2=0.991,线性范围为1.0×10-6～8.0×10-6 mol·L-1,最低检测限为1.0×10-7 mol·L-1,表明槲皮素对氟离子的识别具有较高的灵敏度。进一步实验表明槲皮素识别氟离子的机理可能是氟离子的加入破坏了溶液体系的氢键,改变了槲皮素分子的共轭状态,发生分子内电荷转移,促使槲皮素荧光猝灭。用该法成功检测了样品中微量氟离子,回收率为100.67%～102.44%,精确度较好,测定结果稳定。     

福建寿山黑田与坑头黑的谱学与矿物学研究

寿山石是我国国石候选石之一,也是四大图章石之首。寿山石中黑田为黑色田黄石,是田黄中的特殊品种,产于寿山溪两旁的田地中。母源区坑头占的位置产有黑色坑头石。本文将黑田与母源区的黑色坑头石(坑头黑)进行对比研究,采用X射线粉晶衍射(XRD)、红外吸收光谱(IR)、激光剥蚀等离子质谱仪(LA-ICP-MS)和扫描电镜(SEM)对它们的矿物成分、红外吸收峰特征、颜色成因以及矿物的微区形貌特征进行对比研究。测试结果显示,黑田与坑头黑的矿物成分不同,红外光谱和X射线粉晶衍射分析表明坑头黑以地开石为主;另外,X射线粉晶衍射分析表明坑头黑中可含有杂质矿物如叶蜡石、伊利石、黄铁矿和石英。而红外光谱和X射线粉晶衍射分析表明黑田的主要成分为地开石或者珍珠陶石;另外,X射线粉晶衍射分析表明黑田中含有少量的硫磷铝锶矿和镁硫铁矿。黑田与坑头黑的矿物微形貌也存在差异,黑田矿物晶粒大小不一致、片状晶体颗粒边缘圆化,说明黑田中矿物晶体曾遭受过水岩反应的溶蚀改造作用。而坑头黑中地开石结晶程度良好,晶粒呈片状,边棱尖锐,晶体颗粒大小较为一致,说明坑头黑为原生矿。根据LA-ICP-MS微量化学成分分析测试,初步认为黑田与坑头黑的黑色皆与Fe元素致色有关,该结论有待进一步测试研究。