更快、更高、更强——2001年的超导研究

 在2001年,全世界的科技工作者为量子论诞生100周年和诺贝尔奖颁发100周年举行了一系列庆祝活动。在《科学美国人》杂志的一篇纪念文章中,作者列举了33项展示量子论神奇力量的重大发现,这其中有8项与超流-凝聚有关。它们是1911年超导电性的发现,1924年玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的预言,1938年超流的发现,1957年BCS超导理论的提出,1973年核磁共振成像用于医疗诊断,1980和1982年整数和分数量子霍尔效应的发现,1986年铜氧化物高温超导体的发现和1995年BEC的实现。     

会聚厄米-双曲余弦高斯光束的光强分布和焦移

 基于厄米-双曲余弦高斯光束通过无光阑限制薄透镜聚焦的解析传输公式，研究了厄米-双曲余弦高斯光束聚焦区域的光强分布，并对光束的焦移进行了分析，讨论了偏心参数对光强主极大位置的影响。结果表明：TEM₁₁模厄米-双曲余弦高斯光束的相对焦移（绝对值）随偏心参数和菲涅尔数的减小而增大，菲涅尔数较大时相对焦移趋于零。TEM₂₂模光束在偏心参数小于0.54时，轴外与轴上光强极大值的比值大于1，此时光强主极大在轴外，偏心参数大于0.54时则相反；在偏心参数等于0.54时比值为1，此时光束有两个主极大，偏心参数愈大光强愈集中于轴上。使用LW法和GH法得到的TEM₂₂模光束的相对焦移（绝对值）随偏心参数和菲涅尔数的变化规律与TEM₁₁模光束一致，但相同参数下使用这两种方法得出的具体结果不同。     

微型圆光栅刻划偏心量的控制

对微型圆光栅刻划偏心误差问题进行了讨论。提出了微型圆光栅刻划时偏心调试误差的公差范围。     

Alternating-current losses in two-layer superconducting cables consisting of second-generation superconductors coated by U-shaped ferromagnetic materials

Alternating-current losses in a two-layer superconducting cable, each layer being composed of 15 closely-spaced rectangular wires made up of second-generation superconductors when the ends of wires are coated by either a non-magnetic or strong ferromagnetic material having a U profile is numerically investigated. Computations are carried out through the finite-element method. The alternating-current losses do not increase significantly if the relative permeability of the coating is increased three orders of magnitude, provided that the current amplitude is less than half of the critical current in a superconducting wire. However, the losses are much higher for ferromagnetic coating if the amplitude of the applied current oscillating at 50 Hz is close to the critical current. The ferromagnetic coating is seen to accumulate the magnetic field lines normally on its surfaces, while the field lines are parallel to the long axes of the wires, leading to more significant flux penetration in the coated regions. This facilitates a uniform low-loss current flow in the uncoated regions of the wires. In contrast, coating with a non-magnetic material gives rise to a considerably smaller current flow in the uncoated regions, whereas the low-loss flow is maintained in the coated regions. Moreover, the current flows in opposite directions in the coated and uncoated regions, where the direction in each region is converse for the two materials.     

螺旋形超导带材的直流冲击实验研究

基于超导直流电缆应用,针对第二代高温超导带材Re BCO开展了直流冲击实验。首先,通过改变冲击条件(冲击电流大小和持续时间)得到带材的耐直流冲击特性,确定可保证带材性能完好的最大冲击电流幅值(安全电流)及其相应冲击时间。随后,针对实际电缆中超导带材是以螺旋形态缠绕于支撑管上,设计实验研究超导带材螺旋角和螺旋直径对其临界电流和耐冲击特性的影响规律,发现带材所能承受的最大冲击电流幅值随冲击作用时长的增加而逐渐下降、过大的螺旋角和过小的螺旋直径均会对带材造成损伤,影响其通流能力。上述研究结果为电缆的后续设计和制造提供了必要的参考依据。     

镜面偏心测量光学系统设计及其杂光分析

为了解决现有镜面偏心测量设备存在的问题,本文研究了一种采用切换镜头和调焦相结合的方法来设计的镜面偏心测量光学系统,使用这个光学系统,既能使被测镜面的曲率半径扩展到-∞~+∞范围,又能保证测量精度。通过Lighttools软件对这个光学系统进行光线追迹,分析其杂光分布,结果表明:准直镜头内部多次反射产生的杂光强度很低,可以忽略。而当被测镜头中存在相邻球心像距的镜面时,产生的杂光强度比较大,在后续的图像处理过程中,必须增强目标图像的对比度。利用研制的镜面偏心测量设备进行测量实验,结果进一步验证了杂光分析的正确性。     

交通载荷作用下跨海桥梁-电缆组合结构随机振动分析

电缆沿桥跨海铺设是海缆铺设的一种新的形式, 针对由汽车和列车交通载荷诱发的沿跨海桥梁敷设电缆的振动问题, 建立了桥梁-电缆的整体组合结构分析模型, 将汽车和列车的作用载荷简化为移动的随机集中载荷序列, 发展虚拟激励法(pseudo-excitation method, PEM)用于分析移动随机载荷作用下电缆位移和应力响应的标准差及演变功率谱 (power spectral density, PSD), 并研究了汽车和列车运行速度对电缆动力响应标准差的影响. PEM将移动随机载荷问题转化为特定频率简谐移动载荷作用下的动力响应分析, 能够计算得到与Monte Carlo (MC) 方法非常吻合的电缆动力响应标准差, 但所需的时域响应分析次数远少于MC方法. 数值结果表明, 随着汽车和列车运行速度的提升, 电缆位移和应力标准差呈现增大的趋势; 在汽车和列车交通载荷作用下, 铝护套的位移标准差和功率谱的值比缆芯要大, 这可能会使得电缆的疲劳破坏首先发生在铝护套层, 本文工作对电缆沿桥跨海铺设实际工程具有一定的借鉴意义.      

耐高辐照铝基低温超导卢瑟福电缆研制

中国科学院高能物理研究所提议在中国散裂中子源上建设高性能的实验型缪子源,用于研究缪子科学、中微子物理和下一代高强度缪子、中微子加速器装置的关键技术.俘获超导磁体是实验型缪子源的重要组件之一.俘获磁体在高通量辐照下运行,需要采用耐高辐照的铝基超导卢瑟福电缆绕制线圈.经过上百次的试验,目前成功研制了三根1 500米级的超导...     

同轴静电纺丝技术制备Y2O3:Eu3＋@SiO2豆角状纳米电缆与表征

采用同轴静电纺丝技术, 以氧化钇、氧化铕、正硅酸乙酯(C₈H₂₀O₄Si)、无水乙醇、PVP和DMF为原料, 成功制备出大量的Y₂O₃:Eu^3＋@SiO₂豆角状纳米电缆. 用TG-DTA, XRD, SEM, TEM和荧光光谱等分析技术对样品进行了系统地表征． 结果表明, 得到的产物为Y₂O₃:Eu^3＋@SiO₂豆角状纳米电缆, 以无定型SiO₂为壳层, 晶态Y₂O₃:Eu^3＋球为芯, 电缆直径约为200 nm, 内部球平均直径约150 nm, 壳层厚度约为25 nm, 电缆长度＞300 μm. 纳米电缆内部为球状结构, 沿着纤维长度方向有序排列, 形貌均一. Y₂O₃:Eu^3＋@SiO₂豆角状纳米电缆在246 nm紫外光激发下, 发射出Eu^3＋离子特征的波长为614 nm的明亮红光. 对其形成机理进行了初步讨论.