中性风对夜侧电离层纬向四峰结构的影响

欧空局Swarm星座包含三颗飞行在不同地方时的卫星,其为研究夜侧电离层纬向四峰结构随时间的演化提供了很好的机会.在2017年1月31日夜间,Swarm A和C两颗并排飞行的卫星在黄昏前后(17:55/18:01地方时)的美洲扇区并没有观测到赤道电离异常的两个峰,而Swarm B卫星在约4.5小时后飞行于大致相同的经度扇区,并观测到夜侧电离层呈现出明显的纬向四峰结构.该观测证明了纬向四峰结构中靠近低纬的两个内峰不是黄昏前后赤道电离异常峰的残余.在该事件中,位于秘鲁的Jicamarca非相干散射雷达从黄昏至午夜观测到向下的等离子体垂直漂移速度,表明向上的等离子体漂移速度并不是引起夜间纬向四峰结构的必要条件;而位于Arecibo的法布里-珀罗干涉仪观测到中性风显示出东向和南向分量的增强,表明中性风对夜侧纬向四峰结构的形成有着重要作用.SAMI2模型的模拟结果与卫星、非相干散射雷达及法布里-珀罗干涉仪的观测一致.模拟结果显示夜侧东向与赤道向风为纬向四峰结构的形成提供了有利条件;但当赤道向风过大时,会导致背景电子密度出现显著半球不对称性,从而阻碍夜侧纬向四峰结构的发展.

太阳辐射通量对星载朗缪尔探针等离子体密度测量精度的影响

本文利用Swarm C卫星和CHAMP卫星搭载的朗缪尔探针测量的电离层就位等离子体密度数据和位于Arecibo及Jicamarca两座非相干散射雷达测量的电子密度数据进行了详细、全面的对比.除此之外,本文还使用了利用GRACE卫星星间测距系统(K-Band Ranging system,KBR)计算得到的星间平均电子密度作为进一步对比.总体上来看,Swarm C、CHAMP和GRACE三颗卫星都与两台地基非相干散射雷达观测数据展现出了良好的线性关系,相关系数分别达到了0.96,0.97,0.96.不同的是,Swarm C卫星与雷达观测间的误差表现出了对太阳辐射通量的依赖,而该依赖关系在CHAMP和GRACE卫星等离子体密度数据中却不明显.结合三颗卫星飞行期间其所处高度及太阳辐射通量的变化,我们认为星载朗缪尔探针的测量结果与探头周围的离子成分有密切关系.比如,在Swarm卫星的数据反演算法中没有考虑离子成分变化对等离子体密度反演精度的影响.在太阳活动低年,较轻的离子(比如H~+)从等离子体层向下扩散到Swarm卫星轨道高度时,其朗缪尔探针就会高估探头周围的等离子体密度.这一影响主要出现在太阳活动低年,且在夜侧要显著大于日侧.与Swarm卫星不同的是,CHAMP卫星的轨道高度随着时间下降(从450 km降至320 km)与太阳辐射通量水平下降的趋势一致,导致CHAMP卫星高度的离子成分变化不明显,其等离子体密度测量误差没有展现出对太阳活动的依赖性.此外,虽然GRACE卫星在2008—2009极低太阳活动年期间,其轨道高度维持在约480 km,但其测量方法并不依赖于卫星周围离子成分的变化,因此其测量结果与雷达观测间的误差也未表现出明显的太阳活动依赖.该对比结果显示了基于GRACE星间测距系统得到的顶部电离层等离子体密度可以为其他基于朗缪尔探针测量的低轨道卫星提供很好的绝对值参考,有助于其他卫星等离子体密度测量的在轨标较.

利用低轨道卫星地磁观测反演电离层电流概述

随着现代卫星技术的发展,携带高精度磁力计的低轨道卫星成为地磁场观测的重要手段,可以提供全球持续的磁场观测,而不受地面和低空天气条件的影响.空间电流,特别是电离层电流,是引起地表和低轨道卫星高度处磁场扰动的主要来源.本文简要介绍了低轨磁测卫星的发展历史和在轨定标流程与方法,回顾了电离层电流的起源、研究历史及产生机制,并详细介绍了利用卫星磁测数据反演电离层不同电流的方法.基于地基和卫星磁测对同一电流的分析结果并不总是一致的,有时会出现明显的差异.造成这些差异的原因可能与采用不同的数据源(比如地基与卫星、卫星与卫星之间)及反演算法中的假设有关.基于有限的观测,在反演中通常要对电流的几何形状和所在位置进行一定的假设,而这些假设可能并不完全满足实际电流的分布.因此,将地基台站和卫星磁测结合起来,通过对比和交叉验证,是检验和改进电离层电流反演算法中假设的合理性的一种有效手段.利用融合后的磁场观测数据,建立更准确的电离层电流反演算法,全面分析电流的形态学和气候学特征,建立以地球磁场信号为媒介的空间天气监测理论与方法,将有助于提升人们对电离层发电机理论、磁层状态以及电离层与磁层之间能量耦合途径等科学问题的理解.

用正电子湮没技术研究Zr和Nb在TiAl合金中的行为

测量了TiAl,Ti50 Al4 8Zr2 和Ti50 Al4 8Nb2 的正电子寿命谱 ,并利用正电子寿命参数分别计算了合金基体和缺陷态的自由电子密度。TiAl合金基体的自由电子密度比金属Ti和金属Al基体的低 ,当Ti和Al组成TiAl合金时 ,Ti原子和Al原子的部分价电子被局域化 ,TiAl合金中金属键和共价键共存。TiAl合金晶界缺陷的开空间较大 ,晶界缺陷处的自由电子密度较低 ,金属键结合力较弱 ,材料易发生沿晶脆断。在TiAl合金中分别加入Nb和Zr元素 ,合金基体和晶界的自由电子密度升高 。

用正电子湮没技术研究不同化学成分的二元TiAl合金中的微观缺陷

测量了铝含量从 4 7at%到 5 3at%的二元TiAl合金的正电子寿命谱。结果表明 :所有测试合金晶界缺陷的开空间均大于金属Al单空位的开空间。富Al的TiAl合金 ,其晶界缺陷的开空间随Al含量的增加而增大 ;晶界处的电子密度随Al含量的增加而降低。富Ti的TiAl合金 ,随着Ti含量的增加 ,其晶界 (或相界 )缺陷的开空间减小 ,晶界处的电子密度增高 ,使得晶界结合力增强。富Ti的TiAl合金中形成了α2 (Ti3Al) +γ(TiAl)层状结构双相组织使相界面增多 ,导致正电子陷阱数增加。讨论了合金的微观结构对其力学性能的影响。

低本底符合正电子湮没辐射多普勒展宽装置的研制

根据正电子湮没的特点，研制了双高纯锗探头-多参数分析器符合正电子湮没辐射多普勒展宽装置，通过采用符合技术，大幅度地降低了正电子湮没辐射多普勒展宽谱的本底，谱线的峰高与本底之比高于10^5。该装置可用于研究原子的电子动量分布。

金属中高动量电子分布的实验研究

测量了Al,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga等金属的正电子湮没辐射Doppler展宽谱.采用双探头符合技术,可大幅度地降低谱线的本底,并获得正电子与原子内层电子湮没对谱线的贡献.实验结果表明:谱线的本底随样品与高纯Ge探头之间距离的增加而减小;Ni的商谱(以单晶Al为参考)的谱峰随谱线本底的降低而升高;元素周期表中第四周期的Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu金属的商谱的谱峰随原子的3d电子数目的增多而升高.

掺V和Ag的TiAl合金中缺陷和电子密度的正电子湮没研究(英文)

测量了Ti50Al50,Ti50Al48V2,Ti50Al48Ag2合金和充分退火的Ti,Al,Ag,V金属的正电子寿命谱,利用正电子寿命参数分别计算了合金基体和缺陷态的自由电子密度。TiAl合金的脆性与其基体和晶界缺陷处的自由电子密度较低有关。在富Ti的TiAl合金中加入V,V原子比Al和Ti原子能提供较多的自由电子参与形成金属键,因而提高了合金基体和晶界缺陷处的自由电子密度;在TiAl合金中加入Ag也有类似的效应。在TiAl合金中加入V和Ag,有利于提高合金的韧性。

溅射压强对掺钛氧化锌纳米薄膜微结构和光电性能的影响

采用射频磁控溅射法,采用不同的溅射压强将同一掺钛氧化锌靶材在普通玻璃衬底上溅射出八个TZO(掺钛氧化锌)薄膜样品,测试其微结构和光电性能,分析其薄膜性能与溅射压强之间的微观机理,从而获得制备性能优越的TZO薄膜所需的最佳溅射压强。结果表明:所有样品均为具有c轴择优取向的六角铅锌矿多晶纳米薄膜;溅射压强对薄膜微结构和光电性能有显著的影响;溅射功率为150 W,氩气流量为25 sccm,衬底温度为150℃,压强为0.5 Pa时制备的薄膜光电性能较好,具有较大晶粒尺寸,在可见光区(400~760 nm)有较高的平均透过率达91.48%,较低电阻率4.13×10^(-4)Ω·cm,较高的载流子浓度和较大迁移率。

用正电子湮没技术研究Cr和Nb对TiAl合金中缺陷和d-d电子相互作用的影响

测量Al,Si,Ti,Cr,Nb等纯元素以及Ti50Al50,Ti50Al48Cr2,Ti50Al48Nb2合金的符合正电子湮没辐射多普勒展宽谱和寿命谱,获得金属及合金中d电子和缺陷的信息。结果表明,二元TiAl合金的电子密度和3d电子的信号较低,晶界缺陷的开空间较大。在TiAl合金中加入Cr或Nb,合金中的d-d电子作用增强,基体和晶界处的电子密度均增加。Ti50Al48Cr2合金的多普勒展宽谱的d电子信号高于Ti50Al48Nb2合金。讨论了Cr和Nb对TiAl合金中缺陷和d-d电子相互作用的影响。

双光栅衍射成像仪研制与使用

双光栅衍射成像实验是基于原创性科研成果创立的新颖的光学实验,双光栅衍射成像仪是为双光栅衍射成像实验专门设计开发的仪器。介绍了设计该仪器的目的、设计方案的选择和开发该仪器的方式、仪器的功能及使用注意事项。该仪器及其原理技术已通过了科技成果鉴定。

基于光栅衍射的实验分析

对当前高校本科生中开设的关于光栅衍射实验对学生的培养点、教学点进行了分析,介绍了新开设的光栅衍射实验,对照光栅衍射特性下的各种效应进行了比较分析。

微观缺陷和3d电子对La_(2/3)Ca_(1/3)Mn_(1-x)Fe_xO_3陶瓷磁电阻性能的影响

用符合正电子湮没辐射Doppler展宽技术研究了La2/3Ca1/3Mn1-xFexO3陶瓷的缺陷和3d电子行为。结果表明:对x≤0.33的样品,随着样品中Fe含量的增加,3d电子数量增加,样品的商谱谱峰升高;对x>0.50的样品,随着样品中Fe含量的增加,样品中有新相生成,体系缺陷增加,样品的商谱谱峰降低。测试了La2/3Ca1/3Mn1-x-FexO3多晶陶瓷的磁电阻性能,讨论了微观缺陷和3d电子对La2/3Ca1/3Mn1-xFexO3多晶陶瓷磁电阻性能的影响。

迈克尔逊干涉仪研究Fe-Ni-Co超因瓦合金的热膨胀性能

采用改装后的迈克尔逊干涉仪测量了不同化学成分的三元Fe-Ni-Co合金和二元Fe-Ni合金在25 - 65℃的热膨胀系数.实验发现,三元Fe64 Ni36-x Cox合金的化学成分对其热膨胀系数有很大的影响,Fe64 Ni31 Co5合金的热膨胀系数最小,达到0.79×10-6/℃;偏离该成分,合金的热膨胀系数升高.二元Fe-Ni合金的化学成分对其热膨胀系数也有很大的影响,Fe65 Ni35合金的热膨胀系数最小,达到1.58×10-6/℃;偏离该成分,合金的热膨胀系数升高.Fe64 Ni31 Co5超因瓦合金的热膨胀系数比Fe65 Ni35因瓦合金更低.Fe-Ni合金的热膨胀系数随Ni含量的变化相对较大;而Fe64 Ni36-x Cox合金的热膨胀系数随Co含量的变化相对较小.

CuO掺杂对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-Co_2O_3-MnO_2-Cr_2O_3压敏陶瓷电子密度及电性能的影响

为研究CuO掺杂对ZnO基压敏陶瓷中的电子密度和电性能的影响,以固相反应法制备了CuO掺杂的ZnO-Bi2O3-Sb2O3-Co2O3-MnO2-Cr2O3基压敏陶瓷,测量了其正电子湮没寿命谱及电性能,结果表明,随着CuO含量的增加,ZnO基压敏陶瓷基体(晶粒内部)和晶界缺陷态的自由电子密度降低,导致其压敏电压V1mA和漏电流IL升高,非线性系数)减小。CuO含量为1.0%的ZnO基压敏电阻可用于220 V交流电路的过压保护。

光干涉法测量Fe-Ni因瓦合金热膨胀系数

将迈克耳孙干涉仪改装成可准确并快速地测量固体长度微小变化量的仪器,并用该装置测量了不同化学成分的Fe-Ni合金在25~65℃的温度范围内的热膨胀系数。实验发现,化学成分对Fe-Ni合金的热膨胀系数有很大的影响,Fe65Ni35合金的热膨胀系数最小,偏离该成分的合金的热膨胀系数升高。

过渡金属元素中d和f电子行为的正电子湮没研究

采用双探头符合技术，大幅度地降低了正电子湮没辐射Doppler展宽谱的本底，使谱线的峰高与本底之比高于10^4，从谱线的高能端提取正电子与过渡金属原子中d或f电子湮没的信息。测量了Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Pt、Au等纯金属和单晶Si样品的符合Doppler展宽谱，并以单晶Si样品为参考作出了这些金属的商谱。结果表明：金属Zr、Nb、Mo、Ag的商谱随原子的4d电子数目的增多而升高；金属Hf、Pt、Au的商谱出现了双峰，其峰高均随原子序数的增加而升高。

石墨和纳米碳中缺陷和电子动量的研究

用正电子湮没技术研究了石墨和纳米碳中的缺陷和电子动量. 结果表明, 纳米碳中缺陷的开空间和缺陷浓度分别大于和高于石墨晶体. 纳米碳中存在开空间小于单空位的自由体积以及开空间相当于约 10个空位聚集体的微孔洞. 石墨晶体中的自由电子动量分布表现出显著的各向异性: 沿石墨晶体的[0 001]晶向的自由电子(即 2Pz电子)的动量最大; 偏离该方向越大, 自由电子的动量越小; 垂直于[0 001]晶向的自由电子的动量最小. 而纳米碳中自由电子动量的分布表现出各向同性.

Zn-40Al合金中微观缺陷和3d电子的正电子湮没

测量Zn单晶、Al单晶、铸态Zn60Al40合金以及冷轧Zn、Al、Zn60Al40的符合正电子湮没辐射多普勒展宽谱和寿命谱。结果表明,单晶Zn和铸态Zn60Al40合金的商谱在约17.4×10-3m0c处出现一个峰,主要是正电子与Zn中3d电子湮没的作用;当Zn原子和Al原子形成Zn60Al40合金时,Zn原子和Al原子间主要以金属键结合;轧制Al的商谱明显低于单晶Al的商谱,冷轧Zn60Al40合金商谱略低于铸态Zn60Al40合金商谱;而单晶Zn和轧制Zn的商谱几乎重叠;Al、Zn金属和Zn60Al40合金经冷轧后,由于样品中产生了缺陷,而导致正电子平均寿命增加,轧制Al的增幅最大,轧制Zn60Al40合金的增幅次之,而轧制Zn的增幅最小。

Swarm卫星星载接收机GPS信号中断统计特征分析

本文聚焦于欧空局Swarm卫星星载接收机在中纬地区出现的GPS信号中断事件,利用其近9年(2014年1月至2022年9月)的观测数据,详细统计了GPS信号中断事件发生的时空分布特征及与背景等离子体密度起伏的关系.研究结果表明Swarm卫星在其接收机锁相环带宽从0.75 Hz调整至1.0 Hz前后,GPS信号中断事件表现出不同的时空分布特征.在前一个时期,2014年1月1日至2016年8月11日,GPS信号中断事件主要分布在低纬磁赤道附近和高纬极区附近,少量中断事件分布在中国东部地区;而在后一个时期,2016年8月12日至2022年9月30日,GPS信号中断事件则出现在了所有的纬度,同时表现出显著的经度差异.前一个时期内GPS信号中断事件表现出了明显的季节依赖,而后一个时期内出现的GPS信号中断事件则出现了无季节特性的弥散状分布.该结果表明当Swarm星载接收机锁相环带宽调整至1.0 Hz时,虽然提升了其应对电离层闪烁条件下多普勒频移的动态调整范围,但同时也增加了接收机载波相位观测的热噪声,进而导致接收机产生了一些随机的短时信号中断.除了上述不同,两个时期内的GPS信号中断事件也表现出了一些共同特征,比如信号中断事件主要均集中在GPS卫星相对于Swarm处于较低仰角(<20°)的情况下;同时这些事件主要发生在发射较早的BlockⅡR和BlockⅡA类型GPS卫星上,暗示了随着发射年限的增加与星载设备的老化,GPS卫星的稳定性会逐渐降低.通过进一步对比分析Swarm卫星出现与未出现GPS信号中断轨道对应的原位电子密度观测数据,发现GPS信号中断的轨道其对应的电子密度波动更剧烈,表明背景等离子体密度的梯度强度是引起Swarm星载接收机在中纬地区出现GPS信号中断的重要原因.本文的研究结果对于星载接收机的设计优化,特别是提升其在电离层闪烁条件下的稳定性有重要的参考意义.