飞秒激光Betatron辐射源的现状与发展趋势分析

在过去的几十年里,超短超强激光在等离子体中激发尾场加速电子束取得了长足的发展,基于该方式获得的高能电子束可以应用于辐射源的产生,其产生的高亮度强辐射源受到了广泛的关注。介绍了超短超强激光脉冲与低密度等离子体相互作用产生Betatron辐射的基本原理和研究现状;结合X-ray应用需求分析了Betatron辐射的发展趋势,发现迫切需要发展基于紧凑型激光装置的尾场电子加速新方案,以突破Beamloading效应对电量的限制,产生大电量电子束,进而获得高流强的Betatron辐射源;介绍了北京大学颜学庆教授领导的联合团队利用数百TW飞秒激光产生10 nC级大电量高能电子束和单发光子数目为1.0×10^(12)的Betatron辐射源的新方案。

喷淋作用下的深水测试放喷热辐射规律及关键参数

在深水天然气测试过程中,多相混合物会通过地面流程分离、泄压、加热后通过燃烧臂放喷燃烧,现场一般采用喷淋的方式来降低热辐射的影响。为了降低深水放喷测试作业时平台及燃烧臂的热辐射风险隐患,首先采用Thornton模型研究了火焰表面辐射能量、视角系数以及水幕透射率等参数,构建了喷淋作用下放喷火焰的热辐射通量计算模型,并结合现场燃烧放喷下的仿真模型,应用有限元软件分析了放喷喷淋影响下的火焰温度和辐射量变化规律。研究结果表明:(1)喷淋形成的水幕使靠近平台区域的温度和辐射量明显降低,放喷管道附近的辐射量由2 050 W/m^(2)减小到了1 840 W/m^(2);(2)在单个水幕的作用下,水幕吸收了一定的热辐射量,水幕温度从11.85℃上升到约26.85℃;(3)由于平台附近的空气中CO_(2)和H_(2)O含量较低,空气的热辐射吸收系数较小,温度主要受到热对流的影响,空气温度基本保持在26.85~36.15℃之间;(4)不同放喷管径和产量变化下平台附近区域的温度和辐射量变化趋势基本一致,管径减小使得辐射峰值增大。结论认为,该研究成果进一步明确了深水测试放喷不同工况下的热辐射分布,为深水地面放喷热辐射设计分析及安全控制提供了技术支撑。

基于Zigbee技术的无线辐射监测系统的建立

基于Zigbee技术的无线辐射监测系统可对众多辐射监测仪的监测数据进行实时采集和统计分析,无需布线,组网灵活。该辐射监测系统包括多台辐射监测仪及上位机监测平台。辐射监测仪负责测量辐射信息,并将辐射测量结果通过Zigbee模块发送出来。辐射监测平台负责接收辐射测量结果,并将数据在监测平台上进行显示和存储。对辐射监测仪和辐射监测系统进行测试,测试结果表明:辐射监测仪可对在环境本底的基础上增加0.1μSv/h的γ辐射给出可靠报警;辐射监测系统可自动进行无线网络连接,整体运行稳定,数据采集准确,可实现对各个辐射监测仪监测数据的实时采集和存储。

基于直接CAD几何模型的辐射场生成技术研究及应用

介绍了基于直接CAD几何模型的3维辐射场生成技术及其应用情况。在大规模并行非结构网格蒙特卡罗粒子输运方法的基础上,结合在线地图、SolidWorks等直接CAD几何模型,提出了1种适用于电子元器件、复杂厂房几何和大区域城市环境的高效辐射场生成模拟计算方法。并基于该技术实现了安卓设备电路板辐射场、复杂放射源迷道辐射环境和核辐射在百米量级城市环境建筑物区域的数值模拟,获取了全空间的辐射场中子注量率和能量分布信息,验证了该项技术在电子元器件辐照效应、放射源屏蔽设计和核辐射瞬发效应仿真应用中的可行性。

虑及互耦效应的线缆辐射EMI建模

并行布线结构的开关电源线缆是开关电源辐射电磁干扰EMI(electromagnetic interference)的重要干扰源。针对并行线缆间辐射场互耦效应机理不明晰使得辐射电磁干扰预测不准确的问题,提出1种虑及线缆间互耦效应开关电源线缆的辐射电磁干扰模型。通过对描述线缆互耦效应的互阻抗建模,得到描述开关电源线缆辐射特性的辐射EMI输入阻抗模型,进而得到虑及互耦效应开关电源线缆的辐射EMI模型;搭建辐射EMI测试实验平台进行测试。实验结果表明,所提虑及互耦效应的辐射电磁干扰模型能够更为准确地预测开关电源线缆的辐射电磁干扰。

石墨烯低温远红外辐射干燥稻谷干燥特性与品质研究

为研究稻谷的石墨烯低温远红外干燥特性及其对稻谷干燥品质的影响,以辐射温度、排粮流量和除湿风量为影响因素,以整精米率和应力裂纹指数增值为评价指标,用自制的循环式石墨烯低温远红外干燥机进行稻谷干燥试验,通过BBD(Box-Behnken设计)响应面法,分析了低温远红外干燥对稻谷干燥品质的影响以及工艺参数优化。结果表明:影响稻谷干燥特性和品质的最主要因素是辐射温度,其次是排粮流量和除湿风量。随着辐射温度的升高,稻谷干燥速率和应力裂纹指数增值逐步增大,整精米率则逐步降低。与同温度的热风干燥相比,石墨烯低温远红外干燥平均干燥速率和干燥品质均有显著提高。经优化后,稻谷最佳石墨烯低温远红外干燥工艺条件为:辐射温度43℃、排粮流量4 kg/min、除湿风量193 m^(3)/h,此时应力裂纹指数增值为9,整精米率为79.75%,稻谷干燥品质最佳。这说明利用石墨烯低温远红外干燥稻谷,可以明显提高干燥速率并改善稻谷干燥品质。

同步辐射装置主信号源的扩展方法研究

主信号源是同步辐射装置的关键组成部分之一,它不仅用于产生同步辐射光源各子系统所需的稳定度极高的参考信号,还用于生成整个装置的控制系统所需的高精度工作时钟。一般使用射频信号源作为主信号源,而商业射频信号源一般只配备单输出通道,远远不能满足同步辐射装置的需要,使用传统功分器对主信号通道进行扩展又存在幅度衰减、精度下降且相位不一致的问题。为解决上述问题,利用射频芯片AD9361,研究了对主信号源的单路输出进行扩展的方法。该方法可根据用户需求完成相应数量的信号通道扩展,设计了AD9361芯片和FPGA主控模块相结合的硬件架构。搭建实验平台,开展了射频信号源在C波段扩展的实验研究,对所提出的扩展方法进行实验验证。实验结果表明,该方法能保证扩展信号的幅度、频率与相位与主信号保持高度一致。

基于全站仪定位的辐射场测量方法研究

在核设施检修或退役中,往往需要对现场的辐射剂量场进行测量。传统的剂量率仪不支持空间坐标测量,需要额外的坐标测量工具,且剂量测量和坐标测量不同步,使得测量效率受到限制。针对该问题,提出了一种基于全站仪定位的测量方法,可同时测量剂量率和对应的空间坐标,定位精度为mm级,研制了测量系统样机。使用样机对某个水泥固化放射性废物桶进行了测试实验,与蒙特卡罗计算结果进行对比,测量值与模拟值的相对偏差遵循正态分布,平均偏差为12.8%,标准偏差为9.37%,数量大约占96%的测量点位的相对偏差在[-30%,5%]的范围内,体现了较高的测量精度。对某核设施厂房的另外两个较为复杂的场景进行辐射场测量,使用对数变换普通克里金方法对离散的测量点进行辐射场插值计算,三维辐射场重构结果的平均相对偏差可控制在50%左右。结果表明通过基于全站仪的辐射场测量系统可对现场的三维辐射场进行重构,精度可以满足三维辐射场的应用需求。

面向外辐射源雷达发射站定位的合作无人机航迹规划方法研究

在广域未知环境中,外辐射源雷达机动部署常面临难以及时获取第三方发射站精确位置信息的难题。为此,该文提出一种基于合作无人机航迹规划的发射站定位方法。首先,利用单个无人机作为合作目标,建立2维场景下的定位模型和量测方程,并采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt, LM)算法进行解算。然后,构建融合Fisher信息和控制参数约束的优化函数,对无人机航迹进行动态规划,从而提高发射站定位的精度和方法的实用性。最后,仿真实验表明,在最大控制距离约束下,所提方法的定位结果优于直线航迹和经典优化航迹,最终发射站定位精度小于双基距离差量测标准差,能够满足外辐射源雷达系统目标探测定位的应用要求。

向下短波辐射差异对草甸化草原地表辐射平衡的影响

基于向下短波辐射分位数,对中国气象局海北牧业试验站2014年9月至2020年12月四分量辐射观测数据按月进行分组。分析了向下短波辐射差异对草甸化草原辐射平衡的影响,为明晰不同光照条件下辐射平衡变化和成因提供了依据。结果表明:在相同月份中,不同光照条件下地表接收的向下短波辐射呈现出极显著的对数变化趋势,组间差异超过了季节之间的差异。不同光照条件下向上短波辐射和大气长波辐射也表现出较大差异,其中大气长波辐射差异主要与空气湿度以及云量差异有关。随光照条件的增加,地表接收的净短波辐射增多,支出净长波辐射也增多。所以不同光照条件下净全辐射与向下短波辐射的比例相差不大。不过,光照条件差异会对向下短波辐射与净全辐射的关系模型产生影响。

架空配电线路故障电弧的电磁辐射特性及故障定位应用

针对架空配电线路电弧接地故障点定位难题,该文研究架空配电线路故障电弧的电磁辐射特性,探索基于电磁辐射信号的电弧故障定位方法的可行性。通过10 k V配网真型故障模拟试验平台,分析接地电弧电磁辐射的时域与频域特性及传播衰减规律,结果表明:电弧电流的电磁辐射特征频段为20~30 MHz,该特征频段不会受到中性点接地方式、电弧接地介质与线路结构参数的显著影响,且特征频段内辐射信号在传播过程中衰减较慢。在此基础上,设计一种小型化三角形单极子–环形组合平面天线,工作频率为20~500 MHz。利用自制天线开展小型电弧故障定位实验,为后续配网电弧故障定位的应用研究提供基础。

助推段火箭发动机喷焰红外辐射特性数值计算

助推段火箭发动机尾喷焰具有显著的红外辐射特性,成为天基红外预警系统重点关注的对象。以三组元固体发动机为研究对象,建立连续流域和过渡流域的尾喷焰反应流场计算模型,采用两级助推段质心弹道法确定飞行弹道,通过反向寻优法完备发动机型谱参数,基于等效单喷管法简化流场计算,基于窄谱带法和视在光线法计算尾喷焰的红外辐射特性。研究结果表明:复燃效应使得尾喷焰红外辐射光谱强度升高约20倍,谱带积分强度升高约10倍;尾喷焰红外光谱存在2.7μm和4.3μm的特征峰值;低空流域的光谱强度较高,且不同谱带内积分强度随高度的升高呈现出波动规律和暗区现象;助推段尾喷焰辐射强度差值高达3个量级,尤其在4.3μm较为明显。所得成果可为火箭在助推段的探测和识别提供一定的理论参考。

3D smart mA调控技术对不同BMI患者图像采集时间质量及辐射剂量的影响

目的:分析3D智能管电流(3D smart mA)调控技术对不同体质量指数(BMI)患者图像采集时间、质量及辐射剂量的影响。方法:择取的180例行胸部CT扫描患者选自西安交通大学第一附属医院2021年6月至2022年12月期间所收治,按照BMI将患者分为三组,A组(18.5 kg/m^(2)≤BMI≤23.9kg/m^(2),n=75)、B组(23.9kg/m^(2)0.05);两位医师对肺部不同层面图像质量(IQS)评分进行评价,Kappa一致性非常好(Kappa值=0.768、0.812、0.861);三组肺部不同层面IQS评分对比,差异无统计学意义(P>0.05);三组肺部不同层面CT对比,差异有统计学意义,且随着BMI增加而下降(P<0.05),三组肺部不同层面图像标准差(SD)值对比,差异无统计学意义(P>0.05);三组容积CT剂量指数(CTDIvol)对比,差异无统计学意义(P>0.05);A组DLP、ED均低于B、C组,B组DLP、ED低于C组(P<0.05)。结论:不同BMI患者应用3D smart mA调控技术,在保证图像质量的前提下,可有效降低辐射剂量。

考虑平均辐射温度的室外作业人员热应激研究

为了准确预测室外高温环境下作业人员的热应激水平,研究了作业人员核心温度和最大允许暴露时长的影响。基于平均辐射温度和代谢率的计算方法对预测热应激(Predicted Heat Strain,PHS)模型进行改进,研究不同平均辐射温度和代谢率对作业人员的核心温度的影响,并分析了直肠温度和出汗量确定的最大允许暴露时长的变化规律。结果显示:人体核心温度随平均辐射温度和代谢率的增加而增大,当代谢率≥419 W/m^(2)时,人体核心温度随作业时间快速上升并达到阈值;代谢率和平均辐射温度对出汗量确定的最大允许暴露时长影响较小,直肠温度确定的最大允许暴露时长随着代谢率的增加而显著降低。研究结果可为室外高温作业人员热安全评估提供指导。

基于超视距的外辐射源信号提取在被动探测中的应用分析

目前外辐射源雷达主要以接收辐射源的直达波信号为主,该方式提取的直达波信号信噪比高,利于后续目标信号检测和处理,但需要收发站通视,对直达波天线架高有要求,这极大地限制了该体制的应用。基于此,文中提出在沿海低海拔条件下,利用超视距侦察截获辐射源信号成为非合作探测的基准信号的思路,分析了其探测机理,和理论误差模型,并结合工程实际,提出了可实现的工程样机,分析了性能指标,给出了仿真结果。结果表明该思路可以应用在后续的工程实践上。

心血管介入手术医师体表辐射剂量分布特征研究

目的:分析并验证心血管介入手术医师体表辐射剂量分布特征,为研究辐射剂量特性及正确实施辐射防护提供理论依据。方法:选用2022年5月广州市第十二人民医院在用的数字减影血管造影(DSA)设备,机房为心血管介入手术医师配备3套铅防护服(分别设为铅防护服A、B、C),每套均包括铅围脖、铅背心和铅围裙各1件,铅当量均为0.5 mmPb。将手术医师穿戴的铅防护服外表面布点处放置热释光剂量计,对比3套铅防护服正面背面、垂直和水平面的辐射剂量值。结果:3套铅防护服正面剂量计测量平均值分别为(296.2±31.9)mSv、(196.3±20.2)mSv和(299.4±33.0)mSv,均明显高于铅防护服背面,其差异均有统计学意义(Z=-5.522、-5.115、-4.817,P<0.05)。3套铅防护服垂直面腹部辐射剂量值最高,分别为(356.7±58.2)mSv、(217.7±31.8)mSv和(387.4±46.3)mSv。铅防护服A、B水平面左侧剂量计测量值分别为(341.6±58.5)mSv、(229.1±32.4)mSv,均高于右侧,差异有统计学意义(Z=5.890、9.068,P<0.05);铅防护服C左侧高于中间和右侧,差异有统计学意义(Z=5.846、9.766,P<0.05)。结论:DSA介入手术医师体表前面辐射剂量明显高于后面,身体垂直面腹部辐照剂量最高,水平面左到右有递减趋势。检测出的辐射剂量数据和分布特征可为辐射防护提供研究依据。

太阳系边际探测任务辐射效应综合分析

针对太阳系边际探测任务中面临的强辐射问题,在太阳系边际鼻尖和尾部两次探测任务中,系统分析了探测器飞行过程中涉及到的空间辐射环境,包括地球辐射环境、太阳宇宙线辐射环境、银河宇宙线辐射环境、木星辐射环境和海王星辐射环境及模型特点。采用模型仿真给出了屏蔽厚度与辐射剂量关系曲线,结合国外探测数据获得了两次任务遭受的辐射总剂量,估算结果可支持在屏蔽重量代价和探测器抗辐射能力之间进行优化选择。针对空间核电源辐射特性,提出了适用于工程应用的核电源辐射效应分析方法。结合探测任务特点和工程可实现性,对各类辐射效应的综合影响提出了系统级防护策略,为太阳系边际探测的方案设计和任务实施提供了技术支持和参考。

结合太阳辐射量计算与CNN-LSTM组合的光伏功率预测方法研究

为了提高模型预测性能,提出一种综合太阳辐射模型及深度学习的光伏功率预测模型。首先,利用太阳辐射机理建立太阳辐射模型(SRM),估算出水平面上总辐射值,再由斜面辐照度转换方法计算出光伏组件所接收的斜面辐射值。其次,通过皮尔逊相关分析法筛选出对光伏功率影响较大的主要因素,将斜面辐射计算值及主要影响因素作为输入,采用卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)建立光伏功率SRM-CNN-LSTM预测模型。分别利用春夏秋冬四季典型日的数据开展对比实验,结果表明:与几种其他方法相比,该文方法具有更好的预测效果。

用于定标海表测温辐射计的镓黑体辐射源

设计了镓黑体对海表测温辐射计进行定标。首先,介绍了该黑体的结构与工作原理,对黑体发射率进行仿真,并开展发射率的测量实验,讨论其不确定度的来源。然后,开展了电加热和水浴加热下镓的相变复现实验,讨论电加热功率对镓相变复现的影响。最后,通过红外海面温度自主辐射计实验对该黑体进行验证。结果表明:该黑体基于蒙特卡罗软件仿真的发射率优于0.9988,实验测得的黑体辐射源发射率结果与仿真结果较为吻合,测量重复性(标准偏差)达0.1%;相变温度坪台的复现性均优于±0.03 K;相变温坪附近时,红外海面温度自主辐射计和FLUKE 1524测温仪测得的黑体腔附近温度的数据差值均在±0.15 K以内。设计的镓黑体可以应用到海表测温辐射计进行校准,为发展自主知识产权的海表测温设备提供校准源。

漫反射与非漫反射表面间的辐射传递系数快速计算

针对蒙特卡洛方法计算目标表面间辐射传递系数耗时过长的问题,提出了一种计算漫反射灰体与非漫反射灰体表面间辐射传递系数的快速方法。首先,利用蒙特卡洛方法在漫反射表面生成发射光束集并进行射线追踪,计算漫反射表面对目标表面的辐射传递系数;然后,在非漫反射表面生成发射光束并进行射线追踪,如果射线在多次反射过程中击中任意漫反射表面,则利用反射光束的漫反射特性,直接调用漫反射表面的辐射传递系数对反射能量进行分配,并停止射线追踪。对正六面体模型内表面(两个漫反射面元、四个镜反射面元)的辐射传递系数进行仿真,结果表明,当表面反射率ρ=0.4时,镜反射表面的辐射传递系数计算时间仅为蒙特卡洛方法的1/3;ρ=0.8时,相应的计算时间占比低于1/10,并且保持良好的计算精度。理论推导并分析了影响该方法计算速度的模型参数,结果表明:表面反射率越高,系统中漫反射表面占比越大,快速方法中单束光线的平均追踪次数较蒙特卡洛方法越少,非漫反射表面的辐射传递系数计算优势越明显。