水坝瞬态热传导分析中的拟初始条件边界元法

使用一种时域边界元方法对混凝土水坝进行瞬态热传导分析。在对时间积分进行离散计算时,采用一种拟初始条件法,即在时间步迭代计算的过程中,将之前计算结果对当前时间步的影响都视作当前时间步的初始条件。在所取时间步长较小的情况下,这种处理方法容易导致数值结果不稳定,即每一步的计算误差会累计放大,最终导致计算崩溃。本文提出一种虚拟时刻方法以缓解这类数值不稳定现象,在该方法中,时间步长首先放大至合适尺度,计算某个虚拟时刻(往往在真实计算时刻之后)的温度和流量分布,再通过插值方法换算出真实时刻的温度和流量分布。在虚拟时刻点上的温度和流量计算过程中,边界已知温度或流量由真实时刻的温度或流量进行外插得到。本文简单证明了该方法在温度和流量随时间呈线性变化情况下的正确性,最后给出了两个分析实例,验证了该方法的准确性和稳定性。     

光中子源上吸收片功能研究

15 MeV电子直线加速器驱动的光中子源装置,将用于中国科学院战略性先导科技专项“钍基熔盐堆”中的核数据初步测量工作、中子探测器的研制和反应堆相关材料的辐照研究等。光中子源的中子能谱是连续的,中子能量通过中子飞行时间法测量得到,需要利用吸收片确认中子吸收峰,刻度飞行时间,计算等效飞行距离,扣除实验本底等,而实验本底的扣除对最终总截面计算有很大的影响。因此通过Geant4蒙特卡罗模拟软件构建了包括中子源、吸收片在内的模拟实验环境;研究了不同吸收片的吸收谱和吸收片厚度的关系,同理论计算值进行了比较,给出了推荐的吸收片厚度值;模拟计算了中子飞行时间谱,并和实验测量结果比较,确定中子等效飞行距离为5.70 m。Geant4的理论计算也可以模拟出多吸收片本底函数曲线,可用于实验数据的本底扣除和误差分析。实验测量、模拟分析以及理论公式计算的吸收片厚度和中子飞行时间参数得到了完全一致的结果,验证了实验测量的可靠性。A photo-neutron source driven by a 15 MeV electron LINAC is built for the "Strategic Priority Research Program" of the Chinese Academy of Sciences-the "thorium-based molten salt reactor" project to conduct the nuclear data measurement work,develop neutron detector and carry out reactor material irradiation studies.Since the neutron energy spectrum is continuous,the neutron energy is measured by the time of flight (TOF) method,and neutron filters are needed to confirm absorption peaks,calibrate the TOF,calculate the equivalent flight distance,and remove the experimental background which has great influence on the calculation accuracy of the total cross section.Based on the Monte Carlo simulation tool,Geant4 a simulation environment is set up,including neutron source and neutron filters,to study the energy absorption spectra and thickness of different filters and recommended data for the thickness are provided.The neutron TOF spectra are simulated and compared with experimental measurement,deciding the equivalent TOF distance to be 5.7 m.Geant4 can also simulate the background curve of multiple filters and be used to remove background and analyze errors for the experimental data.All the experiments,simulation and theoretical calculation show consistent results on filter thickness and neutron TOF parameters,indicating the accuracy of the measurement.     

光泵THz激光器输出频率稳定特性研究

在太赫兹(THz)成像、雷达探测、相干通信等许多应用领域中,THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型,推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。以光泵甲醇(CH₃OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线,定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响,并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。研究结果表明：随着泵浦光功率的增加,THz激光频率的漂移量逐渐增加;随着THz腔内工作气体压强升高,THz激光的频率漂移逐渐下降;当泵浦光频率漂移量在一定范围时,将出现THz激光的频率漂移量极值,且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时,THz激光输出的频率漂移达到极值。由此可见,在实际工作中,不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、温度),而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内,以提高THz激光的输出频率稳定性。     

基于量子级联激光器和长光程气室的甲烷传感器

根据中红外光谱吸收原理,利用甲烷(CH₄)气体分子在7.5 μm处的基频吸收特性,设计了一种基于量子级联激光器(QCL)和新型多反射长光程气体吸收气室(MPC)的甲烷气体传感器。该仪器使用了可进行热电冷却、工作在脉冲方式下、中心波长为7.5 μm的QCL,通过在室温条件下调节其注入电流(500 mA～1.6 A调节范围),其出射光波长可以扫过CH₄(1 332.8 cm-1)气体吸收线。同时使用了一种紧凑型MPC(40 cm长,800 mL采样容积),使得系统有效总光程达到16 m。此外,系统中使用了参考气室,并加入了空间滤波光学结构以满足MPC对入射光束的要求,配合差分吸收光谱检测原理,有效地改善了光束质量,降低了由光源波动引起的噪声,提高了仪器的检测灵敏度。通过对不同浓度的甲烷气体进行多次检测,该仪器的稳定性能良好,按信噪比为1计算,可实现对甲烷气体的检测下限为1 μmol·mol-1。     

磁流体方腔槽道流整体线性稳定性数值方法研究

将Chebyshev谱配置法和基于非均匀网格的高阶FD-q差分格式运用于磁流体方腔槽道流整体线性稳定性研究,比较两类数值方法的优缺点.Chebyshev谱配置法收敛快且精度高,但需要构造非常庞大的满矩阵,存储量和计算开销巨大;高阶FD-q差分格式采用了基于Kosloff-Tal-Ezer变换的Chebyshev谱配置点作为离散网格,在保持较高网格收敛精度的同时,差分格式可以采用稀疏矩阵进行存储,显著降低了存储量和计算开销.相比传统的谱配置法,基于非均匀网格的高阶FD-q差分格式计算效率得到显著的提升,将高阶FD-q差分格式运用于非正则模线性最优瞬态增长的计算,计算效果良好.     

炮体表面瞬态温度分布的散斑干涉测试研究

为了可以实现对炮体表面瞬态温度分布变化的实时监测,同时克服传统瞬态高温测试仪器单点探测以及热惯性大等局限性,设计了基于散斑干涉与光谱频域分析相结合的瞬态温度分布测试系统。系统采用散斑干涉技术将炮体瞬态温度变化引发的微小形变转换成散斑干涉条纹,再由傅氏变换完成干涉条纹形变到光谱分布的函数转换,从而通过光谱分布函数反演任意采样时刻上的温度分布。实验采用ZX-FB1型光纤测温仪测试单点位置上瞬态温度作为标准值,再由555 nm激光器与面阵CCD采集散斑干涉条纹,分别使用图像识别法与傅氏变换法完成干涉条纹与瞬态温度的算法匹配,从而反演瞬态温度。实验结果显示,两种方法均能实现瞬态温度检测,但基于傅氏变换频谱分析的散斑干涉法精度更高,并且可以有效地克服由表面瑕疵、漆面磨损等问题造成的粗大误差。     

一种基于乙二胺-丁二醇体系的新颖的二氧化碳捕集利用方法

在温和条件下,发展了一种以丁二醇-乙二胺体系新颖、高效地固定CO₂的方法。在此方法中,CO₂被快速激活并转化为一种固态的CO₂储集材料（CO₂SM）,通过XPS、XRD、FTIR和¹³C NMR等技术表征证实为烷基碳酸胺。基于TGA结果,CO₂SM的水溶液可以与Ca（OH）₂和Ba（OH）₂反应制备CaCO₃和BaCO₃微粒,还可用于循环吸收和解吸CO₂的过程。此外,丁二醇-乙二胺水溶液在20 ℃下吸收CO₂并在98.6 ℃下解吸CO₂,没有明显的溶液损失。因此,丁二醇-乙二胺体系提供了一种绿色、高效、低成本的二氧化碳捕集利用方法。     

环境样品的热解-溶液吸收预处理及其汞同位素组成的测定

利用多道接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)可实现汞同位素的高精度测定,但对样品预处理的要求很高。目前,液态、固态、气态环境样品的预处理方式不一,存在一定的系统误差。该研究旨在尽可能统一各状态样品的预处理步骤。先将各样品中的不同形态汞富集转化为固体可吸附态,令其吸附在固态载体上,包括:采用金柱富集气体样品中的气态单质汞;以吹扫-金柱捕集法富集液体样品中的溶解气态汞和总汞;用膜过滤法收集大气中的颗粒态汞。最后以管式炉热解定量固态样品,采用高氧化效率的酸性高锰酸钾混合溶液吸收热解产生的Hg~0并氧化为Hg~(2+),保存于溶液中供MC-ICP-MS测定。优化了气体流速、吸收液体积及高锰酸钾浓度等参数,考察了方法空白、回收率及精密度等指标,并将建立的方法应用于大气气态单质汞、大气颗粒态汞、溶解气态汞、雨水总汞和土壤总汞等样品中汞同位素的分析。     

用于红外探测器的高红外吸收率结构研究进展

高红外吸收是实现高灵敏度红外探测器的一个重要途径。探测器的响应率与热吸收率紧密相关。高红外吸收将提升红外探测器的探测性能。鉴于高吸收率的重要性,对国内外研究中典型的高红外吸收结构的研究进展进行介绍。目前典型新型高吸收结构有基于新型材料(如超材料)的高吸收结构和基于金属光栅高吸收结构。研究表明这些结构在某些波段可实现近100%的完美吸收,是发展高灵敏探测器的新途径。     

Transverse Zeeman background correction method for air mercury measurement

By utilizing a natural mercury lamp, the transverse Zeeman background correction method, which is used for trace mercury measurement in air, is studied. In this paper, a natural mercury lamp is used as a light source, and is placed in a 1.78-T magnetic field. The lamp emits two linearly polarized light beams σ± and π of 253.65-nm resonance line, which are used as bias light and absorbing light, respectively. A polarization modulation system is used to allow σ± and π light beams to pass through alternately with a certain frequency. A multipath optical cell with 12-m optical path is used to increase optical distance. Based on the system described above, the influence caused by UV absorbing gases, such as NO2, SO2, acetone, benzene, and O3, is analyzed. The results show that it may reduce the detection limit when the concentrations of these gases exceed 83.4 ppm, 20.3 ppm, 142.3 ppm, 0.85 ppm, and 0.55 ppm, respectively. The detection limit of the system is calculated and can achieve up to 1.44 ng/m3 in 10 minutes. Measurements on mercury sample gas and air are carded out, and the measured data are compared with the data of RA-915 mercury analyzer （Russia）. The result shows that the correlation coefficient reaches up to 0.967. The experimental results indicate that the transverse Zeeman background correction method can be used to quantify trace mercury in air with high-precision.