第四代同步辐射光源加速器物理与技术

同步辐射光源是20世纪应用最广泛的高性能X射线源,已成为物理、化学、能源环境、生物医学、先进材料等领域前沿研究的重要工具。进入21世纪,基于电子储存环的同步辐射光源的发展前沿是第四代同步辐射光源(4GLS)。其采用紧凑型的多弯铁消色散结构,可以实现接近甚至达到X射线衍射极限的超低束流发射度,将光源亮度在第三代光源基础上进一步提升2—3个数量级。文章将重点介绍第四代同步辐射光源关键的加速器物理与技术,以及国际范围内第四代同步辐射光源装置的发展情况。

星载海洋剖面多要素探测技术与系统研究

海洋立体结构信息是未来实现海洋透明与海洋强国的基础,针对海洋剖面探测能力不足的问题,以及星载海洋剖面多要素同源同域一体化探测空白,开展星载海洋剖面多要素探测技术与系统方案研究,提出新型激光主被动复合、能谱复用探测技术体制,面向未来星载应用,完成星载海洋剖面多要素探测载荷系统设计。其中,激光器谱段设计为486、532 nm多波长一体化最佳配比输出,光电接收探测系统选用1 m×5 m超大口径可折叠光栅主镜,经过仿真分析,探测系统可实现大洋水深100 m深度、温度、盐度以及后向散射系数等多要素同源探测能力,同等体积包络条件下,能量收集能力提升5倍。

基于剂量预测和自动勾画技术的PET/CT器官内照射剂量率快速评估方法

目的:实现一种基于深度学习的剂量预测和自动勾画技术的正电子发射断层成像(PET)/CT检查器官内照射剂量率的快速评估方法。方法:首先基于患者特定时刻的PET/CT图像,使用蒙特卡罗程序GATE进行内照射剂量率计算,获得每个患者的剂量率分布图。随后,基于U-Net构建深度神经网络,将患者的CT和PET图像作为输入,GATE计算的剂量率图作为金标准进行训练。训练后的深度学习模型能够根据患者的CT和PET图像预测对应的剂量率分布。同时,使用勾画软件DeepViewer对患者CT图像中的器官和组织进行自动勾画,结合预测得到的剂量率分布结果计算相应器官和组织的吸收剂量率。使用50名患者的PET/CT数据,其中10份用于测试,其余40份进行4折交叉训练,每次使用30份用于训练,10份用于验证。将测试集结果与GATE和GPU蒙特卡罗工具ARCHER-NM进行对比。结果:在自动勾画软件DeepViewer勾画的24个器官中,绝大部分器官的深度学习预测剂量率与GATE计算结果偏差在±10%以内。其中大脑、心脏、肝脏、左肺、右肺的平均偏差分别为3.3%、1.1%、1.0%、-1.1%、0.0%,与GATE具有较好的一致性。使用GATE程序进行每名患者的内照射剂量率计算平均用时8.91 h,而使用深度神经网络模型进行内照射剂量率预测平均每名患者用时15.1 s,平均加速比达到2 120倍。和ARCHER-NM的对比表明,基于深度学习方法的剂量率预测具有速度优势,但在结果的可解释性方面还需要改善。结论:利用深度学习预测和自动勾画技术可以从PET/CT图像快速得到剂量率分布,有望作为一种PET/CT内照射剂量率快速评估方法,为临床核医学快速、实时地计算人体内照射吸收剂量提供一种新的解决方案。

新型软开关高压脉冲电容恒流充电技术分析

介绍了新型软开关脉冲电容充电技术 ,其基本电路采用串联谐振拓扑 ,具备零电流开关、恒流充电、内在短路保护等优点。导出了该基本电路重要参数的计算公式。仿真了一个 1 6k J/ s充电电源的波形。在重复频率较高、负载电容容量偏小时的不利情况下 ,在基本恒流电路的基础上 ,探讨了几种改善充电电压稳定性的途径 。

大功率固态脉冲调制器技术分析

介绍了目前国际高能粒子加速器领域中大功率固态高压脉冲调制器的发展状况,讨论了串联开关型和感应叠加型两种技术路线的特点,后者因输入电压低、变压器采用同轴结构等原因有一定的优越性。建立了单元电路的简化模型,仿真显示减少单元电路漏感是实现快速脉冲的关键。该路线涉及大功率IGBT快速驱动技术、同轴磁芯设计等其它关键技术。最后给出了一台34 MW速调管的调制器设计方案和单元电路输出波形。

液滴喷射技术的应用进展

液滴喷射技术具有结构简单、成本低、定位精度高等优势,除喷墨打印外,在无模具成形、微机械和微器件制造、生物芯片、材料合成等领域有广泛的应用前景,本文综述这些进展,并简要介绍本课题组设计研制的8喷头组合溶液喷射合成仪及其性能、应用。

UV-LIGA技术制作微型螺旋形加速度开关

微型加速度开关是用于空间飞行体中感受加速度并完成致动的重要惯性器件。本文采用UV-LIGA技术,结合SU-8厚胶工艺、微电铸工艺以及牺牲层技术,制作了微型螺旋形加速度开关。研究了牺牲层工艺、SU-8光刻技术以及螺旋形弹簧形变控制等微细加工的工艺细节;分析了多种牺牲层材料的特性,优选了与工艺相适应的Zn牺牲层体系,解决了微结构易脱落的工艺问题。通过优化微电铸工艺来减小金属膜层的内应力,优化牺牲层释放工艺来避免腐蚀过程对弹簧膜结构的冲击。实验结果表明,通过工艺优化可得到平整的微型螺旋形弹簧—质量块结构,螺旋弹簧厚度为20μm,质量块厚度达200μm,本文的工作可为大批量、低成本地研制微型加速度开关提供工艺基础。

液态铅铋氧浓度测量技术初步研究

液态铅铋合金是加速器驱动次临界系统(ADS)中散裂靶兼冷却剂的主要候选材料。氧浓度是影响液态铅铋合金(LBE)对结构材料腐蚀的关键因素,而氧传感器是实现液态铅铋合金中氧浓度精确测量的重要部件,本研究设计研制了一种液态铅铋系统氧传感器并基于自主研制的高温液态铅铋合金氧测控预研平台,初步开展了氧饱和LBE中的氧浓度测量实验。实验结果显示,300～400℃的氧饱和LBE中,氧传感器的电压信号(E)随温度(T)变化的实验曲线与理论曲线变化趋势相吻合;相对于300℃<T<350℃温度范围,氧传感器在350℃<T<400℃范围内的测量性能更好,仪器本身的系统误差约为17mV。

软X射线透射光栅制作技术

金透射光栅广泛用于真空紫外、X射线、物质波的衍射和光谱测量。分别介绍了美国麻省理工学院空间微结构实验室和中国科学技术大学国家同步辐射实验室的透射光栅制作技术及其新进展。麻省理工学院空间微结构实验室为完成 AXAF巨型空间天文台上的高能透射光栅谱仪经历了近 2 0年的发展 ,其光栅制作工艺日趋成熟 ,代表了当前世界最高水平。中国科学技术大学国家同步辐射实验室为了满足惯性约束核聚变实验研究的需要 ,在国内较早地开展了透射光栅的研制工作 。

基于MOSFET亚微秒固态调制器技术的试验研究

报道了以高速MOSFET作开关进行的亚微秒强流刚管调制器技术的相关试验研究．试验中以电容作储能器件，感应叠加方式作为输出，并采用特殊的几何形状屏蔽结构，成功调试出了平顶为70ns、上升与下降沿20ns、重复频率20-24kHz可调变、输出最大脉冲电流40A的小型固态刚管调制器试验装置．

基于双闭环控制技术的开关直流稳流电源

应用双闭环反馈控制技术,改善系统的动态性能,提高输出精度,设计了一台120A/95V的直流稳流电源,它由UC3875管理,工作频率为25 kHz.电源的输出电流精度好于1×10-5,且稳定性好、瞬态响应快.

基于可编程图形处理器的可视化技术在中子学分析中的应用研究

随着计算模型规模与复杂性的不断提高、中子学自动建模程序的发展,中子学计算后处理已逐渐成为中子学分析工作的瓶颈。FDS团队为提高中子学计算后处理效率,利用科学计算可视化等相关技术,自主研发了集数据管理、预处理与可视化分析于一体的中子学可视化系统SVIP-N;并基于可编程图形处理(programm able Graphics Processing Unit,GPU)实现了体数据的裁剪可视化等高级功能。以国际热核实验堆ITER的中子通量密度场为测试用例进行的测试与初步应用实践表明,SVIP-N显著简化了中子学分析工作的流程,提高了分析效率,为中子学计算后处理提供了直观、高效、实用的可视化分析环境。

基于Nano-CT技术研究多孔陶瓷材料的三维结构

陶瓷材料体内的多孔结构对其性能影响很大,因此研究陶瓷的多孔结构具有重要的意义。但现有的表征技术均不能够观察这种多孔的三维结构。本文采用Nano-CT成像技术对相转化制备的陶瓷中空纤维管壁内的孔结构进行了三维无损观察,得到了壁内孔的形状、走向、孔径分布以及三维结构图,并计算了孔径的大小为0.4–1.5μm,孔隙率为38.31%。从而可以为改善其制造工艺、优化结构参数提供依据,使其更好地在化工、能源、环保等多个领域得到广泛应用。

冲击磁铁脉冲发生器技术分析

为了配合合肥光源的满能量注入系统升级,分析了传输线型,简化PFN(脉冲形成网络)型和固态感应叠加型等几种用于冲击磁铁的高压大电流脉冲发生器技术和升级需要的冲击磁铁参数。建立了几种脉冲发生技术相应的的基本电路模型,并利用通用电路仿真软件Pspice仿真计算了相关参数,比较分析了各自的技术特点。重点介绍了新型的磁耦合固态感应叠加型脉冲发生器,建立了基于IGBT开关的感应叠加脉冲发生器样机,给出了实验波形。结果表明,感应叠加型脉冲发生器可以满足升级改造的要求,并具有脉冲上升下降时间较快,脉宽可调的特点。

采用对数比处理技术的同步光位置测量系统

对于双丝型同步光位置检测器,对数比处理技术较差比和处理技术具有更宽的线性范围和动态范围。利用美国BB公司的高精度对数运算放大器LOG112实现电流电压转换,研制了一种采用对数比处理技术的同步光位置测量系统,垂直方向光位置测量分辨率约为1μm,线性范围大于±3 mm。与合肥同步辐射光源原有同步光位置测量系统相比,具有较高的性价比。

不锈钢管道内壁镀TiN薄膜技术及其真空性能的研究

介绍了对不锈钢管道大面积内壁用直流溅射方法镀TiN薄膜的技术及工艺,并分析了薄膜的相关参数,测试了镀膜管道的真空性能。结果表明,该方法能够快速、高效地在管道内壁镀上高质量的TiN薄膜,且镀膜后真空室表面的放气率明显低于原不锈钢材料的放气率。

不锈钢管道低温溅射镀TiN薄膜技术

设计了一套适用于加速器细长管道真空室的低温溅射镀TiN薄膜装置。利用该装置，对Ф86mm×2000mm的不锈钢管道真空室进行溅射镀TiN膜实验，并对镀膜实验结果进行分析，得到了适用于加速器管道真空室内壁溅射镀TiN膜的表面处理参数。样品测试结果表明：在压强为80～90Pa、基体温度为160～180℃的镀膜参数下，不锈钢管道内壁获得的TiN薄膜最佳，薄膜沉积速率为0．145nm／s。镀膜后真空室的二次电子产额明显降低。

速调管走廊抗干扰技术研究

合肥国家同步辐射实验室速调管走廊内存在着高频电磁泄漏 ,为确保走廊内的通讯信号不被干扰 ,采用抗干扰技术对泄漏噪声进行了抑制 ,并对抑制前后的泄漏噪声作了对比测试 ,结果显示了所采用的抗干扰技术的有效性。

动网格技术在板状燃料组件流道阻塞事故模拟中的应用

为了精确地研究各流道之间冷却剂不能相互交混的板状燃料组件中局部流道阻塞的瞬态效应,利用ANSYS FLUENT 12.1中的动网格功能,对板状燃料组件入口发生95%堵塞时堵塞薄面以不同的速度移动到流道入口并发生堵塞的工况进行了三维瞬态数值模拟。结果表明:动网格技术在模拟流道阻塞事故上是方便可行的,而且在可以预期的堵塞薄面运动速度范围内,选择上腔室冷却剂的平均速度作为堵塞薄面的移动速度即可满足计算的要求。

多核并行计算技术在风险监测系统中的应用

风险监测系统需要对核电站风险水平进行实时分析计算,对计算速度的要求较高,并且核电站相关人员制定的维修计划中存在多个状态,传统的计算方法是在普通计算机上串行执行所有的计算任务,没有充分利用多核的计算资源。本文提出了一种基于多核技术的并行计算方法,对多核并行计算技术在概率安全评价领域的应用进行了初步探讨。实验结果表明,原本需要数小时的串行计算工作可以转化成数分钟完成的并行任务,计算速度得到了有效提升,从而能够更快的进行实时风险的分析。