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。     

加筋板材料辨识的导纳特征表达与冲击声特征提取

以表征物理属性的导纳特征为中间量,提取与加筋板材料属性有关的冲击声特征。先用相关分析方法获得金属加筋板物理属性的导纳特征表达以及导纳特征与冲击声特征之间的联系,间接得到表征声源物理属性的冲击声特征,然后通过支持向量机分类器验证不同特征在金属加筋板材料分类辨识中的性能。结果表明,所得的4组冲击声特征能准确识别出不同的材料,单个特征的识别率与对应材料属性的可分程度有关,理想冲击声声特征比音色特征的平均识别率更高。由此可见,利用导纳特征提取与材料属性相关冲击声特征的方法是有效的,且所提的特征能够很好的反映声源材料属性。     

一种新的磁共振图像处理流水线的设计与实现

磁共振图像的重建、后处理及可视化是磁共振成像（MRI）系统的重要组成部分.本文开发了一个新的用于磁共振图像重建、后处理及可视化的开源框架YAP（Yet Another Pipeline）,利用此框架可以方便地构建图像处理流水线.与现有的一些其他开源框架相比,本文开发的框架具有如下特点：（1）采用基于接口的设计,可使用基于接口的插件对流水线的功能进行扩展;（2）允许用户使用编写脚本的方式构建图像处理流水线,编辑与修改流水线都很方便;（3）支持带有分支结构的流水线,便于流水线的构建与调试.目前,该框架已经在商用系统中获得了应用.     

变延迟进动定制激发(DANTE)序列在工程中的优化设计

变延迟进动定制激发（Delays Alternating with Nutation for Tailored Excitation,DANTE）序列作为一种黑血预脉冲序列,通过连续施加小角度激发脉冲,以及结合散相梯度,使得流动物质和静态物质达到不同的稳态,从而抑制流动的血液.对于静态物质而言,施加DANTE序列后在图像等间隔的位置会出现暗条纹,暗条纹的宽度与梯度幅值和小单元持续时间乘积相关：乘积越大,暗纹宽度越小.对于动态物质而言,为达到较好的抑制效果,需要增加整个DANTE序列模块的准备时间,并且增大梯度幅值和小单元持续时间的乘积.因此,该方法对于梯度系统的要求较高,而实际梯度放大器（Gradient Amplifier,GPA）有一定的限额.在有限的GPA条件下,为使得DANTE序列具有更好抑制流动信号效果,本文在读出方向以及片层旋转两个方面进行了梯度优化,实现了更好的黑血效果.     

铁合金中微量钛元素的激光诱导击穿光谱研究

采用激光诱导击穿光谱对铁(Fe)合金中的钛元素(Ti)的含量进行测量。实验中激光器在最大能量输出(50 mJ),延时为1 μs时光谱信号的强度值最大。在此条件下,分别使用传统定标法和Fe Ⅰ 438.35 nm及Fe Ⅰ 427.12 nm两条谱线的内标法对铁合金中的Ti进行定量分析。内标法得到的拟合相关系数(r)分别为0.997 8和0.993 9,优于传统法得到的r(0.956 3)。提出了一种双谱线平均内标法,拟合得出r为0.998 4。同时,在浓度为0.063%～1.9%的范围内传统定标法测量的相对误差为23.7%,内标法的相对误差为6.0%,采用平均内标法后相对误差降为3.9%。最后,通过测量的Ti光谱计算了激光能量为50 mJ时所产生的等离子体温度为6 654.3 K,电子密度为1.072×1022 cm-3,并讨论了激光能量与烧蚀产生等离子体温度之间的关系。     

钙长石质玉中钙铬榴石的谱学研究

所研究钙长石质玉中的绿色矿物是以钙铬榴石为主的石榴石,钙铬榴石在天然条件下非常稀有,颜色为翠绿色,品质高的钙铬榴石可与翡翠、祖母绿相媲美。前人对石榴石系列的其他端元矿物具有较为充分的研究,但对钙铬榴石的研究较少,且未见对钙长石质玉中钙铬榴石光谱特征的相关报道。使用JXA-8230电子探针确定样品石榴石平均组分为Uvt_49.66Grs_36.04Adr_13.58Pr_p0.67Sps_0.06,为以钙铬榴石为主的钙系石榴石。经Bruker Senterra R200L拉曼光谱仪测定样品拉曼位移为1 000,890,879,830,618,589,530,508,399,370,270,240和176 cm-1,受不同三价阳离子Cr3+,Al3+和Fe3+替代的相互影响而发生相应的偏移;用Bruker Vertex80红外光谱仪测定样品红外振动频率为1 019,951,908,844,826,721,669,608,538,496,462,430和413 cm-1,受不同组分晶胞体积及三价阳离子的质量分数影响,发生规律性振动偏移;通过Jasco MSV-5200显微紫外-可见光谱仪及近红外分光光度计测定样品,可见区Cr3+宽吸收带为439和613nm,存在453和685 nm吸收肩峰,同时可见Fe3+ 371 nm吸收肩峰,钙铬榴石主要致色离子为Cr3+。钙长石质玉中钙铬榴石的详细谱学研究为稀有钙铬榴石矿物的鉴定提供了丰富的谱学数据,为相似品独山玉进行区分奠定基础。     

传统光谱变换与连续小波耦合定量反演潮土有机质含量

以北京地区的96个潮土土样的有机质含量为研究对象,以传统光谱变换为参照,研究分析传统光谱变换与连续小波的耦合在估测土壤有机质含量的可行性;首先采用传统光谱变换与连续小波处理土壤光谱数据,然后将处理后的光谱数据与土壤有机质含量进行相关性分析,提取敏感波段,并采用偏最小二乘法构建土壤有机质含量估测模型。结果表明：耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可大幅提升光谱对有机质含量的敏感性,其相关系数R2最高可达0.714,这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可深入挖掘光谱内的有益信息;与传统光谱变换技术相比,基于耦合传统光谱变换技术与连续小波技术构建的模型精度更高,稳定性更好,其中以微分变换构建的模型最优,其R2=0.772,RMSE=0.223,这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可有效压制噪声的负面影响,提升光谱的稳定性。     

太阳光谱辐射计的信号传递与性能表征模型研究

太阳光谱辐射计作为一种专用光谱辐射测量仪器,对于其宽谱段和大动态范围的测量特点,准确完整地表征分光性能是十分重要的。研究内容旨在为太阳光谱辐射计的研制与验证提供明确的理论依据和测试方法,给出清晰而准确的机理模型和指标模型对光谱仪器系统的设计和评估提供指导。因此,重点阐述了光谱仪器系统的信号传递模型到性能指标模型的推导和建立过程。线谱扩展函数这种串联卷积模型能够综合反映仪器的各个元件对系统的影响,而且很容易通过窄带线谱光源测试而得到,并且线谱扩展函数矩阵能够清晰完整地给出光谱仪器的分光性能细节特性。而在线谱扩展函数的基础上再进一步提取关键几何特征,通过简单的算法定义即可得到半高全宽(FWHM),带外抑制和带外辐射这三项示性函数指标,可以很好地对分光系统的性能进行定量表征,是十分有效的光谱仪器系统性能评估的指标模型。     

HIAF高能辐照终端感生放射性

本工作是基于蒙特卡罗模拟软件FLUKA对高能强流重离子加速器（HIAF）高能辐照终端感生放射性进行初步研究。该终端可运行质子最高能量为9.3 GeV,最大流强是1.45×1012 pps（particle per second）。研究内容包括:（1）预测高能辐照终端内活化物质的放射性活度特性;（2）预测不同冷却时间高能辐照终端内残余剂量率分布。研究结果表明,HIAF正常运行时高能辐照终端内的感生放射性主要受束流垃圾桶活化产生的放射性核素影响。当加速器连续运行100天冷却4小时,垃圾桶表面残余剂量率为2.375 mSv·h-1。终端内空气中13N和15O动态饱和比浓度大于其对应的导出空气浓度。冷却水中13N和15O的活度大于对应的ALI_min。该研究是HIAF辐射防护基础研究以及加速器环境影响评价的一项重要内容。The Monte Carlo code FLUKA was used to predict the induced radioactivity of high-energy irradiation terminal of HIAF. The maximum energy of proton is 9.3 GeV, and the maximum current is 1.45×1012 pps (particle per second). In this study we were to predict:(1) the activity properties of activated substances in the experimental terminal; (2) the residual dose rate distribution in the experimental terminal at different cooling time. The results indicate that the induced radioactivity in the high energy irradiation terminal of the HIAF is mainly affected by the radionuclide induced in the beam dump. The residual dose rate on the surface of the beam dump is 2.375 mSv·h-1, after 100 d irradiation and 4 h cooling. The dynamic saturation ratio of 13N and 15O induced in the air inside the terminal is higher than its corresponding derived air concentration. The activity of 13 N and15O induced in cooling water is higher than its ALI_min. This study is a part of radiation protection basic research and environmental impact assessment for HIAF.     

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.