^(68)Ni和^(132)Sn中同位旋矢量的巨偶极共振

探讨了丰中子原子核^(68)Ni和双幻核^(132)Sn中的同位旋矢量巨偶极共振现象。采用Skyrme-Hartree-Fock+Bardeen-Cooper-Schrieffer(Skyrme-HF+BCS)方法,计算了核的基态性质;通过无规相位近似法(random phase approximation,RPA)详细研究了偶极激发态的性质;应用非相对论参数计算了^(68)Ni和^(132)Sn的响应方程分布,并特别分析了对关联效应对响应方程分布的影响。在这项研究中,不仅观察到了巨偶极共振(giant dipole resonance,GDR),还在低于11.7 MeV的能量区域内发现了矮偶极共振(pygmy dipole resonance,PDR)。此外,研究发现响应方程中的矮偶极共振对于对称能密度的敏感性非常显著,因此可以用来约束对称能密度的行为。在选择非相对论参数时,保持了除对称能以外的所有有效参数不变,这有助于排除其他因素的影响,从而更准确地限制对称能密度的行为。因此,研究结果有望为进一步理解对称能密度依赖行为提供有力的数据支持。

磁约束聚变方案中的磁镜、场反及偶极场位形研究进展

随着高温超导技术的日趋成熟,中小型磁约束装置的优势日渐明显。与大型托卡马克相比,偶极场、场反位形和磁镜等装置的结构相对简单,建造和维护成本较低,且更易实现能维持高等离子体压强的磁场位形,这意味着在低磁场下能实现更好的等离子体约束。此外,这些装置在物理原理上具有各自独特的优势,如磁镜装置具有开放的磁场位形和相对简单的结构设计,能支持灵活多样的实验并保持相对稳态运行;场反位形(FRC)装置的极高β值(β为等离子体压强与磁压之比)使得基于FRC的聚变装置在工程上更可行;偶极场装置因其类似地球磁场位形,具有天然良好的磁流体稳定性,有助于维持等离子体的约束。本文重点介绍了磁约束聚变方案中的磁镜、场反位形及偶极场的研究历史、技术进展和未来发展方向,阐述了这3类装置在聚变能研究中的重要性及面临的挑战。此类装置的小型化和经济性也使其在商业化方面更具潜力,能更灵活地进行技术调整和技术创新融合,吸引更多商业资本投入,加速聚变能的实现。

浅谈矢量势与偶极辐射在大学物理教学中的地位和讲法

在普通物理的教学中引入矢量势的概念可帮助学生对静电场和静磁场的对比理解,同时借助于简单的矢量运算规则还能对偶极辐射是电磁辐射的基本构成这一概念给出数学解释,加深理解,有助于后续课程的学习和衔接.

地中电偶极源极低频电磁场的分布与传播特征

利用层状大地中偶极源响应的正演算法,计算地中电偶极源激发的极低频地震电磁场并分析其在地球环境下的传播特征.设计了多个水平层状地球模型,分别模拟和展示了深埋地中的电偶极源的响应和空间分布特征.重点分析了含地壳波导+LAI波导模型的高阻大地中,倾斜电偶极源激励响应随观测点的偏移距和垂直位置、激励源深度、地壳波导结构和参数变化时各场量响应的幅频特征.研究表明,用倾斜电偶极源模拟和分析高阻大地中孕震电磁辐射的响应及在大地电磁系统中的传播特性是可行的;模拟的高阻大地中的电磁辐射在地壳波导和LAI波导中均表现有慢衰减或幅值增强特性,但两个波导效应具有不同的频率选择性;高阻大地中的电磁辐射在波导的高阻介质中具有幅值强、衰减慢的特点.建议在高阻地层出露的地表、井中或海底的高阻岩层中以及大气层中布设测站.

人工磁场下各向异性偶极玻色气体的量子相变

光晶格中的冷原子系统是实现量子模拟和量子计算的有效平台之一,其相变特性的研究有助于系统中新奇量子态物理机制的探索和实验观测.本文利用朗道相变理论和非均匀平均场方法,研究了人工磁场下光晶格中各向异性偶极玻色气体的相变,得到了系统不可压缩相(Mott绝缘相、棋盘或条纹密度波相)-可压缩相(超流、棋盘或条纹超固相)的解析相变条件,给出了系统的完整相图.有趣的是,各向异性偶极相互作用会使得系统中的棋盘密度波相和棋盘超固相变为条纹密度波相和条纹超固相,人工磁场会稳定绝缘相和超固相,使得绝缘相和超固相在相图中的存在区域变大.此外,引入外加谐振势后发现系统中的不同量子相可以共存.

基于残留偶极耦合对西松烷二萜化合物sinulariol Z立体化学的研究

天然产物的立体化学研究,特别是柔性大环分子化合物的立体化学问题,一直是相关领域面临的巨大难题.西松烷二萜类化合物是一类典型的柔性大环分子化合物,采用耦合常数(Coupling constant)和NOE(Nuclear Overhauser effect)效应两种局部特性核磁共振参数来确定该类化合物立体构型是最常用的方法之一.残留偶极耦合(Residual dipolar coupling,RDC)和量子化学计算等方法的发展进一步丰富了解决立体化学问题的手段.其中,RDC作为一种非局部特性核磁共振参数,不仅被多次报道应用于蛋白质、核酸等生物分子的结构构建及功能研究,也逐渐被应用于许多天然产物分子的立体构型确定,在药物分子构型研究方面做出了突出贡献.目前,RDC在西松烷二萜类化合物的立体构型确定方面的研究报道较少.本文首次采用RDC参数探索西松烷二萜类化合物sinulariol Z的立体化学构型问题,并结合单晶X射线衍射法,对sinulariol Z的立体构型进行了再次确证,进一步验证了RDC参数在西松烷二萜类化合物立体化学研究中的可行性.

基于^(13)C-NMR偶极去相技术的有机肥料中有机组分特征研究

【目的】在固体13C-NMR的交叉极化魔角旋转全边带抑制(cross polarization/magic angle spinning/total suppression of sidebands,CP/MAS/TOSS)技术得到的谱图中,质子碳与非质子碳的信号重叠。偶极去相(dipolar dephasing,DD)技术利用13C-1H异核耦合作用大小的差异,区分与不同质子结合的13C核基团。本研究基于DD技术探讨有机肥料中碳结构特征。【方法】供试有机肥料样品包括3种秸秆(小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆)、3种粪肥(鸡粪、牛粪、猪粪)和3种腐植酸肥(腐植酸铵、腐植酸钠、腐植酸钾)样品,利用13C-NMR谱的CP/MAS/TOSS结合DD技术,测定了不同来源的有机肥料样品图谱,比较其碳分布比例。【结果】秸秆和粪肥样品中烷氧碳组分较多,占鉴定出所有碳组分的比例分别为55%和31%~37%,非质子化的烷氧碳占比不到3%;秸秆、猪粪样品中非质子芳香碳占3%~4%,鸡粪和牛粪样品中非质子芳香碳分别占15%和11%,较秸秆和猪粪样品含有更多的非质子化芳香族化合物。粪肥和秸秆样品中甲氧基碳占比低于烷基氮。腐植酸样品以芳香碳、羧基碳和酰胺基碳为主,羧基碳和酰胺基碳占到12%~16%,总芳香族碳占48%~72%,非质子芳香碳占25%~37%,表明腐植酸芳香骨架上可能存在较多取代。【结论】基于CP/TOSS结合DD技术(偶极相移延时时间设置为40μs)分析结果发现,鸡粪和牛粪中非质子芳香碳占比高于猪粪和秸秆;腐植酸肥芳香族碳比例高于粪肥和秸秆,尤其是非质子芳香碳占比较高,表明腐植酸肥芳香化程度高于粪肥和秸秆。

FeXX离子1s^(2)2s^(2)2p^(3)基组态能级结构和磁偶极跃迁参数的理论计算

原子光谱数据在天体物理探测、等离子体诊断等研究领域中具有重要的作用,准确可靠的原子光谱数据有助于深刻理解天体物理源的本质和等离子体的特性。以多电子的FeXX离子为研究对象,利用多组态相互作用Dirac-Fock方法完成了FeXX离子1s^(2)2s^(2)2p^(3)基组态能级结构和组态内磁偶极跃迁参数的理论计算。以全相对论理论框架下的GRASP2K程序为计算基础,细致地考虑了多电子体系的相对论效应和电子关联效应,构建了规模适当、包含关键电子关联效应的相对论原子态波函数;在此基础上,利用微扰法处理Breit相互作用和量子电动力学效应,完成了FeXX离子1s^(2)2s^(2)2p^(3)基组态能级结构和磁偶极跃迁速率、谱线波长和加权振子强度等物理量的高精度理论计算。与现有的实验结果相比,计算得到的FeXX离子1s^(2)2s^(2)2p^(3)基组态各原子态激发能的相对误差范围为0.175%~0.457%,基组态内磁偶极跃迁速率的相对误差范围为0.441%~4.725%,二者都具有较好的精度。FeXX离子1s^(2)2s^(2)2p^(3)基组态内磁偶极跃迁谱线波长和加权振子强度的实验数据还存在大量空白,计算得到的谱线波长与已有的其他理论结果非常接近,二者之间最大差值仅为6.138 88?,希望该计算结果能够为光谱实验测量提供有价值的理论参考。通过该研究可以确定,全相对论多组态相互作用Dirac-Fock方法充分考虑了电子关联效应和相对论效应,适用于多电子体系结构、性质和跃迁行为的理论研究,该方法获得的高精度理论计算结果既可以满足储存环制备高离化原子的实验数据需求,也可以为光谱测量、天体物理、等离子体诊断、受控聚变等方面的相关研究提供可靠的参考数据。

外磁场调控下偶极梯度半空间中弹性波的反射

本文研究了在偶极梯度弹性固体中,在外加磁场调控作用下,弹性波在界面上的反射问题.当入射波的波长与材料的微结构特征长度近似或者弹性波的频率较高时,材料的微结构效应显著增加.本文首先应用偶极应变梯度理论和麦克斯韦电磁理论推导出弹性波传播的色散方程,然后根据界面条件分别计算出P波入射和SV波入射时各种反射波与入射波的振幅比.最后,根据数值计算结果,讨论了外加磁场以及入射波长对反射波传播的影响.研究结果发现,在偶极梯度弹性固体中,微结构效应可以导致新的波动模式产生和弹性波的色散特征的出现,而外加磁场只是通过洛伦兹力的作用对弹性波传播的速度产生影响,但不会产生新的波动模式和影响弹性波的色散性质.

内建电场与偶极场协同增强SnNb_(2)O_(6)/富氮C_(3)N_(5)S型异质结光催化性能

定向电荷转移是调控光生载流子分离动力学的一种极具吸引力的策略。本文通过在SnNb_(2)O_(6)纳米片上原位生长C_(3)N_(5)纳米棒,设计一种具有强内建电场(IEF)和偶极场(DF)的新型2D/1D SnNb_(2)O_(6)/富氮C_(3)N_(5)S型异质结。通过构筑S型异质结,在界面处产生IEF,促进电荷从SnNb_(2)O_(6)向C_(3)N_(5)的定向迁移。与此同时,C_(3)N_(5)中的DF提供一种驱动力,将光生电子定向转移至活性位点。通过IEF和DF的协同效应,SnNb_(2)O_(6)/C_(3)N_(5)异质结实现了快速的定向电子转移,从而显著提高了电荷分离效率。研究结果表明,SnNb_(2)O_(6)/C_(3)N_(5)异质结的最佳产氢速率高达1090.0μmol·g^(-1)·h^(-1)(反应过程中持续释放H2气泡),分别是SnNb_(2)O_(6)和C_(3)N_(5)的38.8和10.7倍。此外,SnNb_(2)O_(6)/C_(3)N_(5)异质结在去除罗丹明B、四环素和Cr(Ⅵ)方面也表现出优异的光催化性能。通过电子顺磁共振(EPR)、时间分辨光致发光光谱(TPRL)和密度泛函理论(DFT)计算,本文系统探讨了SnNb_(2)O_(6)/C_(3)N_(5)异质结的定向电荷转移机制。这项研究为开发高效异质结光催化剂提供了一种可行的方法。

CAT-1偶极场超导磁体的悬浮控制与仿真

“天环一号”(China Astro-Torus 1,CAT-1)是一个悬浮偶极场磁约束装置,主要用于偶极场等离子体物理实验研究,要求中心悬浮超导磁体在无冷却和无电源条件下稳定悬浮至少5 h。本文设计了超导托举磁体与中心悬浮磁体环耦合的悬浮控制系统,为确保1200 kg、5 MA中心悬浮磁体环稳定悬浮,完成了控制系统的Simulink模型建立和仿真,基于Routh-Hurwitz稳定判据,研究了PID(Proportion-Integral-Derivative)控制策略对稳定控制影响,确定了稳定控制参数选取的范围:理想条件下PD(Proportion-Derivative)控制系统上升时间为0.1545 s、峰值时间为0.6283 s、调节时间0.0848 s。结果表明:基于PD控制能够在较短的时间内将悬浮超导环恢复在预设平衡位置,采用合适的启动方式可极大地降低电路的负载。本结果为悬浮超导悬浮偶极场装置设计研发提供了关键技术支撑。

正交偶极声波测井换能器全尺寸数值模拟

正交偶极声波测井换能器是多极子声波类测井仪器的关键部件,其频率响应和指向性等性能直接影响偶极声波测井数据质量和地层精确评价。偶极声波理论中的偶极声源为理想点源,由于正交偶极声波测井换能器尺寸较大,从几何尺寸上不能看作理想偶极子点源。该文基于有限元方法对正交偶极换能器展开全尺寸数值模拟研究,分析正交偶极换能器在水中的频率响应和指向性等性能,指出其指向性性能随频率变化的原因。研究结果表明,正交偶极换能器的指向性随频率变化,在某些频段与理想偶极指向性差异明显。

偶极声波测井仪常见故障及应对策略分析

随着经济的不断发展,社会生产对于石油的需求量越来越大,使得油田复杂油层的深度开发工作越来越受到重视。偶极声波测井仪作为开展石油勘探的一种重要设备,在复杂油层深度开发过程中拥有广阔的应用空间。由于油层勘探环境较为复杂,工作条件较为恶劣,偶极声波测井仪在使用过程中会遇到各种故障。深入分析偶极声波测井仪的常见故障,并提出有效的策略,对于保障其正常工作和提高勘探效率具有重要意义。基于此,以交叉偶极声波测井仪为例,分析使用过程中常见的故障类型,并给出相应的解决方案。

环形运动势搅拌下偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的von Kármán涡街

数值研究了偶极玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate,BEC)在环形运动高斯势搅拌时的动力学行为.当高斯势运动速度和尺寸逐渐变化时,偶极BEC中将出现稳定层流、涡旋偶极子、Bénard–von Kármán(BvK)涡街以及混乱激发4种模式.结果表明高斯势在偶极BEC中圆周运动时产生涡街的条件非常苛刻,只有适当尺寸的高斯势以合适的速度运动时,尾流中周期性脱落的具有相同旋量的涡旋对稳定的分布在内外两个圆环上,形成BvK涡街.在实验参数下进行系统数值计算得到了不同偶极相互作用时的相图,讨论了偶极相互作用以及高斯势速度和尺寸对不同激发模式的影响.通过高斯势所受拖拽力的计算,分析了不同激发的物理学机制.

慢速地层偶极声波远探测井眼成像发射频率优选

为了提高慢速地层偶极声波远探测丛式井邻井井眼成像的图像质量,优选了偶极声源的最佳发射频率。根据慢速地层中偶极辐射声场理论,计算偶极纵波辐射波能流和辐射指向性,分析它们随频率的变化规律,结合试验井测试和现场应用情况,确定适合浅层慢速地层邻井成像的偶极声源最佳激发频率为2.4 kHz。研究结果表明,在测井资料质量良好的情况下,采用该激发频率处理得到的邻井远探测成像图清晰可靠,对图中反射体进行识别,能够确定邻井相对测量井的距离和方位,利用此结果可以指导浅层丛式井邻井防碰。研究结果为开发过程中丛式井邻井防碰提供了新的技术手段。

环形阱中偶极玻色凝聚体的拓扑激发

基于Peaceman-Rachford算法的虚时传播法,利用平均场理论并结合数值计算求解耦合Gross-Pitaevskii方程组得到系统基态波函数,研究了囚禁于环形阱中具有偶极-偶极相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体的拓扑激发,探索了偶极相互作用对系统具有固定Dresselhaus自旋轨道耦合凝聚体拓扑激发的影响。研究发现,调控偶极-偶极相互作用可以得到体系不同的拓扑激发态,同时实现不同基态相间的转化。在偶极-偶极相互作用和Dresselhaus自旋轨道耦合作用下体系表现出丰富而奇异的拓扑激发,包括半量子涡旋、涡旋串和涡旋对等。

方位偶极声波远探测技术研究与应用

偶极横波远探测测井技术是当前缝洞型和复杂储层油气勘探开发和评价不可缺少的技术手段。常规偶极远探测技术受限于180◦方位的不确定性,难以判别缝洞等地质体的真实方位。采用双偶极错位发射多分量阵列接收研究偶极方位识别方法。首先以传统正交偶极模式获得地质体方位探测结果,再以45◦错位角发射偶极声波信号,通过多个邻近接收器的波形差的组合以及反射波在仪器孔径上的时间延迟来区分方位,进一步压制伪像干扰获得地质体真实的方位成像结果。针对弱反射信号,在硬件上,研究了多分量有源接收器阵列声系,有效提升了偶极声波信号信噪比,结合动态增益控制提升反射波幅度;研究了双偶极宽频发射器与多模式发射技术,提高偶极发射功率,保证了偶极声波信号在地层中的远距离传播与反射。数值仿真与实际测井数据表明,双偶极方位识别方法可行,有助于偶极横波远探测技术的进一步发展和应用。

水平层状大地中任意方向偶极源激发的电磁场

目前已存在多种物理模型用于解释地震前兆电磁异常,不同机制下产生电磁波场的源可等效为不同类型偶极源(磁型/电型)的组合.针对不同偶极源激发的电磁响应特征的研究对地震孕育过程中观测的电磁信号的提取与解释具有重要意义.基于此,本文推导了一套正演算法,可用于研究任意方向(方位角和倾角)、大小和位置的一个或多个偶极源在地壳或岩石圈-大气圈-电离层(Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere,LAI)模型中产生的电磁波场的传播特征.基于多源组合,该算法可进一步拓展到线电流源和面电流源的电磁响应的计算.本文给出了水平、垂直和倾斜电偶极源响应计算的实例,并针对不同类型的偶极源激发下的地中、地面以及空间电磁场响应特征进行了初步分析.模拟结果显示,相比于单纯水平或垂直的电偶极源,地中倾斜电偶极源激发的电磁响应在地表的各场量辐射花样虽然仍可反映偶极子的方位角和空间位置,但不再具有对称性,其模式更复杂.本文提出的正演算法可用于地中低频电磁辐射源的正演模拟和反演定位.

基于源偶极子的扫描近场光学显微镜的数值模拟

红外和太赫兹范围内的扫描近场光学显微镜能够突破衍射极限,实现更小的空间分辨率,在纳米尺度结构的光学特性分析检测方面具有重要应用。为了进一步理解探针与样品的相互作用,对探针近场的分析和数值描述是必不可少的。基于真实的探针形状的解析模型,结合数值模拟的开发了源偶极子模型(SDM),能够直接获得近场检测信息,提高计算效率。基于模拟结果,解释了天线效应、尖端半径影响和电荷量的影响,并将SDM模型结果与全波仿真(FWS)结果进行了比较。为进一步理解近场光学显微镜中的针尖-样品结提供了新的视角。

三维自由空间中指向性信息未知偶极声源的等效源识别方法

偶极声源的指向性是影响声源识别结果的关键因素。目前,偶极声源的识别方法通常是基于声源的指向性信息先验假设,然而在实际偶极声源识别中,很难事先获得声源的指向性信息;此外,声源分布在二维平面上的假设通常不适用于实际的气动系统。为了准确识别指向性信息未知的偶极声源,并获得声源的三维成像结果,提出了一种基于加权迭代L1最小化算法的等效源方法。该方法将声源指向矢量作为未知参数,从测量声压与等效源源强的传递函数中分离出来,并通过加权迭代L1最小化算法将声源指向矢量与等效源源强一起求解出来,进而利用这些求解获得的声源信息进一步预测声场。与以往的偶极声源识别方法不同,该方法可以实现指向性信息未知偶极声源的三维成像。指向性信息未知偶极声源的三组仿真案例和自制类偶极声源的实验研究验证了该方法的有效性和鲁棒性。