常压下强电场电离辐射诱导种子变异方法的研究

通过改变强电场放电体系的物理参数,控制离子的能量和浓度,诱导种子变异,得到变异体,并检测其种子活力、酶活性、DNA、蛋白质的变化,得到性状变异谱,寻找诱导种子变异的规律和最佳方案.

类氢原子的强电场电离

强电场情况下，微扰论不再适用，要精确求解Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程．本课题组用数值方法对强电场下类氢原子电离进行了计算，得到基态氢原子的共振态解，与更精确的结果作了比较，证明Ｂｒｅｉｔ－Ｗｉｇｎｅｒ近似在一定误差下是可以接受的．

强电场电离放电对水稻幼苗生长生物学效应的试验性研究

为了研究强电场电离辐射对水稻种子酶活性的影响，在相同激励电压下，用不同时间辐射国稻6号水稻种子。发现用160V激励电压分别辐射10s、15s、20s、25s、30s、50s的试验组与对照组相比，淀粉酶、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性均有明显提高，淀粉酶辐射时间为25s效果最好，而CAT和POD辐射时间为25—30s时效果最佳。实验表明强电场电离辐射能促进水稻幼苗的生长发育和蛋白质合成，并降低活性氧对幼苗的损害。

电离层重力电流与压力梯度电流的模拟研究

风场发电机驱动产生电离层电流,其主要分布在日侧E区.电离层电流会产生显著的地磁扰动,这也是地磁静日(Solar quiet,S_(q))变化的主要来源.但是,电离层区域的其他作用力,包括等离子体重力和压力梯度力,同样能驱动等离子体跨越磁力线,进而影响了电离层电流.本文首先探讨了等离子体重力和压力梯度力在电离层发电机过程中的作用机制,随后利用数值模拟得到重力电流和压力梯度电流.通过分析重力电流和压力梯度电流的时空分布,我们发现它们的分布区域与电离层赤道异常(EIA)重合,重力电流方向是地磁东向的,而压力梯度电流在EIA结构的底部是东向的而顶部是西向的.除此之外,我们发现重力和压力梯度电流的经度分布受到地磁场和潮汐的影响,其中电流强度与磁场强度反相关.

基于短波段电离层探测数据分析地下核爆引起的电离层扰动

同全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)获取电离层总电子含量(total electron content, TEC)数据相比,传统的电离层垂测、斜测等短波段数据具有特征参数丰富、高度分辨率高、历史数据多等优点。为利用电离层垂测和斜测数据,研究地下核爆引起的电离层扰动。利用2016年1月6日朝鲜地下核试验当天的斜测、垂测数据分析电离层扰动现象。结果表明,本次地下核爆造成的行波电离层扰动为小尺度电离层扰动,传播速度为150.3~158.7 m/s。同时核爆发生后0.5 h在距离爆点421.4 km处,观测到F2层临界频率(critical frequency of the F2layer, foF2)较月中值增加了0.7 MHz,较1月5日、1月7日在协调世界时(coordinated universal time, UTC)2:00 UTC的增加了0.5 MHz,极有可能是地下核爆通过岩石圈-大气圈-电离层圈耦合机制造成电离层电子浓度增加。本文分析结果与其他文献资料非常吻合。由此可见,基于短波段电离层探测方式感知电离层扰动从而实现地下核爆炸事件的监测,是一种有效的核爆电离层效应监测手段,可与其他直接监测手段相印证,提高核爆事件监测能力。

强电场电离放电治理船舶压载水有害微生物入侵性传播

在强电离放电电场作用下,H2O、O2分子进行电离、分解电离和电荷交换反应,在分子层次上加工成高浓度羟基溶液,加入压载水输送管道内,仅距加入点4m长度地方取样检测,压载水的羟基比值浓度达到0.63mg/L时,原生动物、浮游植物、细菌浓度分别从4.4×104/mL、6.0×104/mL、1.9×105/mL均减少到低于检测方法的最低限;剩余羟基药剂分解成H2O、O2等,无残留物.羟基溶液是治理压载水有效、廉价、无残留物的理想方法.

锂原子的光激发和电场电离

对处于25P Rydberg态的锂原子进行了电场电离的理论研究。采用三步共振激发技术,沿2S1/2—2P3/2—3D3/2—25P的激发路径,使锂原子在25P Rydberg态上布居,再施加脉冲电场使其电离。针对上述光激发+场电离过程所涉及的各个原子态的粒子布居,建立起速率方程组,再通过拉普拉斯变换方法推导出各个态的粒子布居率和电离效率的解析表达式,以便对各个阶段的物理机理和特性进行理论分析。通过用Matlab语言自编的计算软件,不但定量分析了不同激光参数对光激发过程的影响,还研究了脉冲电场的参数对原子电离率的影响。研究表明,在本激发路径下,难以显著提高对25P Rydberg态的光激发效率,因而限制了电场电离的总体效率。

电离层电场半年变化的模拟研究

利用一个中低纬电离层电场理论模式,模拟太阳活动低年、地磁活动平静情况下,中低纬地区电离层电场全年的变化情况。结果显示,单独计算南、北半球(去耦合)得到电离层电场具有明显的周年变化特征,且两个半球电场的相位相差半年左右。而同时计算南、北半球(计及耦合)时,电场则是以半年变化为主,且这种半年变化的幅度和相位随地方时和地磁纬度有变化。提出一个南、北半球耦合电路的简单物理模型给予解释。电路模型初步计算发现,即使两个半球电离层电场分别具有周年变化,只要它们变化的幅度相当,相位相差半年左右,由于跨越南北半球磁力线的耦合效果,耦合的电离层电场会产生明显的半年变化分量。由于缺少连续的电离层电场观测资料,将模拟结果与Richmond基于非相干散射雷达数据建立的经验模式(ISR Model)相比较,结果符合较好。

中低纬电离层F_2区峰值参量周年和半年变化及电场影响模拟研究

利用二维电离层理论模式,在地磁平静和太阳活动低年的情况下,模拟中低纬电离层峰值电子浓度NmF2和峰值高度hmF2的周年和半年变化规律。在考虑与不考虑理论模式输入电场的周年和半年变化两种情况下,对比分析研究了电场对电离层NmF2和hmF2周年和半年变化的影响。结果表明,当输入电场没有周年和半年变化分量时,模拟NmF2表现出一定的半年变化特征,而hmF2周年变化分量较强;当输入电场包含了周年和半年变化特征时,模拟NmF2和hmF2周年和半年变化特征明显改变,且这种改变随地方时和地磁纬度不同有较大的差别;电场对NmF2半年变化的影响无论是在强度还是范围上都明显大于对hmF2的影响,电场对NmF2的影响在赤道和驼峰区都比较明显,但对hmF2的影响主要集中在地磁赤道区。通过对比模拟NmF2和hmF2发现,中低纬电离层hmF2与NmF2半年变化具有一定的相关性,初步分析认为电离层电场及其关的"赤道喷泉"效应可能是这种相关性的重要纽带;电离层电场对hmF2半年变化的影响仅局限在地磁赤道地区,而对NmF2影响可达驼峰地区,因此hmF2与NmF2半年变化的相关性也仅在地磁赤道较为明显。

电离层水平电场与风场的耦合模拟研究

设计了一个将电离层水平电场与风场耦合的模拟方案,研究了电流函数和风场在耦合前后的变化与差异.研究发现,水平电场与风场相互反馈后,风场的变化比电流函数小.经向风在白天有较明显的差异,夜晚的差异比白天小,主要出现在中高纬地区,并随高度的增加而增大,300 km左右达到最大值,其后几乎保持不变.纬向风有与经向风相似的变化,但纬向风耦合前后的差异比经向风小.电流函数在耦合后有较大改变,两个涡旋强度都有较强增加,并且北半球的增强大于南半球,而夜晚差异较小.结果表明,在研究的高度范围内,风场对电场的控制作用大于电场对风场的影响.

地震电离层异常电场模拟及初步研究

强地震会造成电离层电场发生异常变化.基于大气层-电离层电动力学理论对地震电离层异常电场开展数值模拟和研究,将理论推导出来的电离层异常电场方程扩展到球面坐标系中,并且考虑到电离层层电导率的各向异性,建立新的地震电离层异常电场模式.引进一个电离层层电导率经验公式(Nopper and Carovillano,1979),对中低纬度地震电离层异常电场特性进行数值模拟.模拟结果表明:附加电流引起电离层异常电场范围远大于自身在地表上的分布.且发生在低纬地区的异常电场主要成分是纬向电场,在东西两侧显偶极子分布.在额外电流分布相同的情况下,夜晚生成的异常电场更显著,存在昼夜差异.

基于LAIC电场渗透和SAMI2模拟的地震-电离层扰动现象研究

地震会造成电离层电子密度扰动。基于三维电场渗透模型和SAMI2模型,模拟地震发生前产生的异常电场对电离层电子密度的影响。模拟结果表明,地震前形成的附加电流会引起电离层产生异常电场,且异常电场值与地震震级和地震发生时间有着明显的相关。同时异常电场会使电子产生E×B漂移,造成电子密度扰动。随着时间的推移,电子密度扰动逐渐减小且扰动区域会向着靠近磁赤道方向或远离磁赤道方向漂移。

中国中东部地区地震电离层低频电场扰动频段及背景时段选取分析

诸多卫星观测结果表明,地震前后电离层会出现宽频带电场扰动,而背景场时频段的合理选取是电离层电场扰动提取的基础.本研究遴选了地磁活动平静期(Dst>-30 nT,Kp<3)飞越中国中东部地区(29°N—39°N,107°E—117°E)长达6年共计1527轨DEMETER卫星数据,在电离层低频电场随频率和时间的变化特征分析基础上,对低频背景电场的频段和时段选取开展了研究.研究结果表明:频段选取方面,利用夜侧数据分析地震电离层异常时,可将200~2200 Hz划分为253~566 Hz、566~605 Hz和605~2200 Hz共3个频段,利用日侧数据分析地震电离层异常时,可划分为215~330 Hz、330~703 Hz、703~742 Hz和742~2200 Hz共4个频段,无论是日侧还是夜侧,高频端的数据方差均较大,因此提取电离层异常时需要设置较大的阈值,而低频端需要设置相对较小的阈值;背景时段选取方面,数据集标准差结果表明往年同月数据和分析时段前1个月数据做背景场的效果相当,就实时跟踪分析与地震有关的电离层电场扰动需要,可优先考虑使用邻期数据做背景场,而数据时段并非越长越好,在空间天气平静的情况下,可使用当日前1个月的数据做背景场.

难浸金矿石电场强化电离-氰化提金试验

对硫、砷、炭 (泥 )含量均较高的难浸金矿石 ,采用电场强化电离 -氰化提金新工艺进行试验 ,从理论上对方法原理进行了讨论 ,并通过试验对比 ,证明该方法较常规氰化提金方法提高了金浸出率 ( 8%～ 80 % ) ,缩短了浸出周期 (为原周期的 1 /4～ 2 /3)。经野外堆浸试验 ,肯定了方法的可行性。

基于深度学习的SuperDARN雷达极区电离层跨极盖电场模型构建

通过超级双子极光雷达网(SuperDARN)获得的跨极盖电势计算了极区电离层对流电场。利用2014年的极区电离层对流电场数据为基础,引入对流电场的历史数据,分别基于多元线性回归算法和后向传播神经网络算法构建电离层电场模型。利用独立的数据集,验证了两种模型的准确性和稳定性。结果表明,模型值与测量值的均方根误差在2.0~3.5 mV·m^(-1)之间,平均绝对误差范围为1.5~3.0 mV·m^(-1),线性相关系数均大于0.6,最高可达0.9。引入前20分钟的历史数据作为模型的输入,后向传播神经网络模型比多元线性回归模型具有更好的预测性能。

强电离放电对铜绿微囊藻的杀灭效果

研究了不同曝气量、初始藻密度、放置培养时间、pH值和温度条件下强电场电离放电对铜绿微囊藻的杀灭效果。结果表明,在一定范围内,微囊藻灭活率随曝气量、初始藻密度、放置培养时间、pH值和温度的增加而增大。当曝气量为500 mL.min-1,初始藻密度为9×106mL-1,pH值为9.18,温度为317 K,放置培养时间为4 d,处理时间为10 min时,铜绿微囊藻的灭活率接近100.0%。

强电场放电CH_4与N_2合成方法的研究

实验研究了在常温、常压、无催化剂条件下,利用介质阻挡强电场放电方法对CH4和N2的合成。通过改变激励电压和气体比例(CH4/N2)研究对CH4转化及产物生成的影响规律。激励电压升高,CH4转化率和合成NH3的浓度随之增大;CH4/N2=3时,CH4的转化率及合成NH3的浓度达到最佳值,CH4转化率为57%;合成NH3的体积分数φ(NH4)=8 000×10-6。实验中其它产物有C2烃、C3H8、C4H10、H2和液体燃料油等;实验研究中实现了CH4的高转化率、高浓度NH3的合成及液体燃料的生成,为化学工业提供新的原料来源。收集到的燃料油中含有吡咯、2-甲基-1,4-戊二烯等8种主要物质,其中有重要的医药原料及其中间体、香科等高附加值产品。

中科院空间中心低电离层电场火箭试验研究获突破

中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室的研究人员利用子午工程探空火箭上搭载的空间电场仪和DPS-4数字测高仪获得的测量数据,首次获得并分析了东亚地区电离层电场的直接测量数据,首次获得了近赤道区约100km^200km高度范围内电场的特征;

强电离放电制取·OH及其在烟气脱硫中的应用

为了解决目前气体电离放电脱硫方法存在的问题,采用强电场电离放电方法,以O2、H2O为原料制取高体积分数大产生量的·OH等活性碎片,注入烟气中氧化脱除SO2并生成酸。研究结果表明,在烟气温度65°C、·OH与SO2体积分数比为4时,SO2脱除率达到了83.4%;烟气温度升高致使脱硫率成直线下降,温度每增加10°C脱硫率约下降6%;烟气体积流量从0.6增加到2.4m3/h时,脱硫率变化<1%,脱硫率几乎为一恒定值。·OH注入脱硫技术能有效脱除烟气中SO2,整个过程不需外加吸收剂、催化剂,产物为硫酸,是一种资源化烟气脱硫的绿色新方法。

量子统计权重对原子场电离效率的影响

原子能级的量子统计权重(G)是原子的重要光谱参数,但在研究原子的电离过程中通常却为了简化问题而被忽略.本文在锂原子的三步光激发(PE)+电场电离(EFI)过程中计入了其影响,并发现其对原子EFI效率的影响显著.本文精心设计了一套锂原子的PE+EFI方案:首先,采用三台不同波长的脉冲激光器分三步将原子从基态激发到某一Rydberg态上,经过一段时间延迟后再施加脉冲电场将其电离.针对原子所经历的PE、零场和EFI这三个物理过程,本文对其物理机制进行了分析并建立了服从粒子数守恒的物理模型进而导出了显含G参数的普适的速率方程组.其次,通过Matlab编程,分别针对精心选定的两条激发路径2S_(1/2)→2P_(1/2)→3S_(1/2)→25P_(1/2,3/2)和2S_(1/2)→2P_(3/2)→3D_(5/2)→25F_(5/2,7/2)开展了数值计算.研究发现:PE+EFI过程的总体效率的上限既与激光参数无关,也不依赖于G参数的绝对值,而是决定于Rydberg态的G参数的分支比.总之,通过精选激发路径可以调控PE过程各相关态的布居率,并能适当提高PE+EFI过程的总电离效率,但却因受到Rydberg态布居率的限制而很难进一步提高.