应用于超高速流场电子密度分布测量的七通道微波干涉仪测量系统

高超声速飞行器在临近空间飞行时,由于飞行器与空气剧烈的相互作用,形成包含等离子体鞘套和尾迹的等离子体流场,研究其电子密度分布特性对高超声速飞行器的目标识别、测控通信等具有重要意义.地面模拟实验测量是研究等离子体包覆高超声速飞行器电磁散射特性的有效方法之一,为满足地面模拟实验瞬态等离子体流场电子密度分布的测量需求,本文提出了一种Ka波段七通道微波干涉仪测量系统研制方案.该系统采用单发七收的方式,利用单曲面透镜将波导开口天线辐射的电磁波转化为近似平面波,将7个平行且非对称排列的开口波导作为接收通道天线,缩减了接收天线的尺寸以及天线之间的距离,提高了测量的空间分辨率.基于七通道微波干涉仪测量系统在弹道靶和激波管设备开展了动态实验,测量了超高速流场电子密度二维分布,结果表明该系统具备瞬时大动态范围信号的接收能力,幅度线性动态范围优于65 dB,相位动态范围180°,响应时间优于1μs;所测量的超高速流场等离子体电子密度二维分布,能够较好地反映弹道靶设备与激波管设备产生的瞬态等离子体细节变化,电子密度测量动态范围为(10^(10)-10^(13))cm^(-3)量级,电子密度测量误差不超过0.5个数量级,径向空间分辨率优于15 mm.

双源CT电子密度/有效原子序数(Rho/Z)在孤立性肺结节中的诊断价值

目的:探讨双源CT(DSCT)双能量技术电子密度/有效原子序数(Rho/Z)在孤立性肺结节中良恶性的诊断价值。方法:回顾性收集130例双能量平扫及增强的孤立性肺结节患者,其中恶性组68例,良性组62例,利用Rho/Z应用程序对平扫及增强静脉期图像进行评估,记录参数Rho、Z和双能量指数(DEI)值,比较两组间的差异,对于有统计学差异的参数,将绘制受试者工作特性(ROC)曲线,以评估其诊断效能。结果:平扫时,恶性组Rho (31.1±22.33)HU明显高于良性组(24.69±20.91)HU,两组之间存在显著统计学差异(P=0.003<0.05),Z与DEI在两组间差异无统计学意义(P>0.05);增强静脉期,恶性组Rho (35.3±20.85)HU明显高于良性组(24.73±17.93)HU,两组之间可见显著统计学差异(P=0.001<0.05),Z与DEI在两组间差异均无统计学意义(P>0.05)。在两组的鉴别诊断中,平扫及增强静脉期Rho的ROC曲线下面积分别为0.652、0.696。结论:DSCT双能量技术Rho/Z有一定特征,有助于孤立性肺结节的诊断。

基于原子光谱Stark展宽高压放电等离子体电子密度计算

基于原子光谱Stark展宽法是计算等离子体电子密度最主要的方法之一,然而该方法计算步骤复杂、参量繁多,常常采用简化方法进行计算。针对特定谱线的简化处理可能会显著影响电子密度的计算结果。为提升计算的准确性,该文基于非简化和细致的Stark展宽计算原理设计和开发等离子体电子密度分析方法和程序。基本思路是采用复误差函数从光谱的Voigt线型反卷积分离Gaussian展宽和Lorentzian展宽,基于谱线和环境参数计算各个展宽后分离出Stark展宽,从而获得相应条件下的电子密度。通过上述方法,计算微波等离子体射流、脉冲介质阻挡放电和脉冲火花放电的电子密度分别为10^(14)、10^(15)和10^(17) cm^(−3)量级,并选择不同谱线交叉验证发现不同放电形式时电子密度计算的准确性差异较大。通过误差分析发现温度、气压等环境参数和原子秉性对电子密度估算均有影响,而考虑范德瓦尔兹展宽可显著提升电子密度计算的准确性。

活性位点电子密度变化对光催化CO_(2)活化和选择转化的影响

光催化二氧化碳(CO_(2))还原制液体燃料和高值化学品技术不仅能充分利用可再生能源太阳光,实现化学储能;更重要的是,此技术以温室气体CO_(2)为原料,因此可以减缓全球温室效应,构造人工碳循环。然而,光催化CO_(2)还原制液体燃料和高值化学品反应过程中面临诸多挑战:(1)CO_(2)分子吸附和活化过程困难;(2)(高附加值)碳产物选择性低;(3)产物生成后易发生其他副反应导致催化剂失活或产物选择性下降。受到以上三个挑战的制约,目前的反应效率较低,难以满足工业化应用。由于光催化CO_(2)向高值化学品的转化过程为质子耦合光生电子参与的还原反应,因此活性位点的电子密度会显著影响以上挑战的解决。然而,光催化CO_(2)还原过程涉及众多基元步骤,每个基元步骤对于活性位点的电子密度要求并不清晰,这导致无法有针对性设计高效的催化剂来促进光催化CO_(2)分子的有效活化及高选择性转化。本文综述了近期活性位点的电子密度变化对于CO_(2)分子吸附和活化过程、碳产物选择性调控和产物脱附及过氧化的影响规律,并总结了调控活性位点上电子密度的方法,旨在对未来设计高效光催化剂提供参考和理论依据。

双能量CT电子密度和有效原子序数测量的研究进展

在双能量CT多参数功能分析中,电子密度和有效原子序数的精确测量是实现精准影像诊断和辐射剂量估算的基础。本文综述不同双能量成像模式CT在测量电子密度和有效原子序数准确性方面的研究进展,旨在为影像诊断和治疗计划的研究和临床应用提供参考。

氖气直流放电中轴向电子密度分布的实验研究

自主搭建了激光干涉诊断系统,通过分析干涉条纹图像计算得到两路激光的相位差,再由相位差求得电子密度。通过该诊断系统研究了在柱形等离子体放电中,不同位置电子密度随电压变化的规律,以及在不同电压下轴向电子密度的分布。实验结果表明:在不同位置处,电子密度随电压的增加而增加,在增加过程中都存在电子密度平台区,在该区域内电子密度随电压缓慢增加。轴向电子密度在放电管中部存在密度峰值,当电压超过一定阈值后密度峰值由一个变成两个,在靠近阳极区域电子有一定程度的聚集。

机器学习与斯塔克展宽法结合的等离子体电子密度诊断方法

电子密度是等离子体基本参数之一。H_(β)是基于斯塔克展宽的发射光谱法最常用的谱线。在大气压条件下,范德瓦尔斯展宽对H_(β)谱线加宽的贡献突出,它与等离子体的气体温度有关。为了提取斯塔克展宽,需要利用分子的转动温度预先确定气体温度,因而其结果必然存在一定的误差,从而导致在谱线的非线性参数拟合中将气体温度的误差传递给电子密度。提出了一种基于机器学习的随机森林回归模型与基于发射光谱的斯塔克展宽法相结合的电子密度光谱诊断方法。通过与传统最小二乘法的误差特性进行对比发现,该方法具有更好的鲁棒性和泛化性能,能够精确且快速地诊断电子密度。通过在气体温度中引入随机偏差,利用谱线展宽模型仿真出不同等离子体状态下的H_(β)谱线,将其作为机器学习的训练数据集。将每组带温度偏差的谱线强度分布与对应的电子密度构成样本集,对随机森林模型进行训练,使模型得到最小均方误差的超参最小叶节点和决策树数量分别为2和100。在模拟中,考虑到气体温度的诊断误差,将带温度偏差的光谱数据作为模型输入,预测出电子密度。研究表明,经训练后的随机森林模型对电子密度的预测结果与真实值之间的平均相对误差小于3%。利用气体温度误差范围为0~±10%的光谱测试集对模型进行评估,随着温度误差增大,模型预测结果比最小二乘法的结果更好。当气体温度误差为±10%时,模型预测电子密度的均方误差相比于最小二乘法降低了30%以上。在光谱数据训练集中,当训练数据集引入的偏差范围为0~±10%时,模型的预测均方误差达到最小,鲁棒性优于最小二乘法,而当训练数据集所含偏差超过±10%时,模型的预测结果较差。另外,利用训练好的随机森林模型分析H_(β)谱线所需的时间远远小于最小二乘拟合法。

基于COSMIC-1无线电掩星的电子密度模型构建及其特性分析

基于COSMIC-1(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate-1)掩星的电子密度数据,利用四阶球谐函数建立了全球电离层的电子密度模型,探究了电子密度随经度、纬度、高度、地方时和季节的变化规律。研究结果表明:(1)350~550 km处的电子密度主要集中在25°S~25°N的范围内,呈现出明显的地磁纬度相关性;(2)在12:00 UT时,350 km处的电子密度最大,250 km处的电子密度次之,450 km和550 km的电子密度较小;(3)从地方时角度来看,电子密度峰值主要集中在12:00~16:00 LT;(4)从季节变化角度来看,春季和秋季的电子密度峰值最大,冬季次之,夏季最小,这与电离层的半年变化和年度变化一致。该模型能够较好地体现电子密度的变化规律。

激光诱导钛合金等离子体电子温度和电子密度的时间分辨测量

以波长为532 nm的纳秒脉冲激光器为激发源,使用中阶梯光栅光谱仪和增强电荷耦合器件(ICCD)获得了激光诱导钛合金等离子体的时间分辨发射光谱;基于发射光谱,利用玻尔兹曼图法和萨哈-玻尔兹曼图法计算了等离子体电子温度;采用斯塔克展宽法计算了电子密度。研究结果表明,相较于玻尔兹曼图法,萨哈-玻尔兹曼图法可提供更为准确的电子温度计算结果。此外,光谱采集门宽的增大会导致等离子体电子温度和电子密度计算值的减小。以上研究结果为钛合金的激光诱导击穿光谱(LIBS)分析提供了实验指导。

双层探测器光谱CT电子密度图像对腰椎间盘退行性变性的诊断价值研究

目的以磁共振成像(MRI)T2加权图像为标准,探讨双层探测器光谱计算机断层扫描(DLCT)电子密度图像(EDM)评估腰椎间盘退行性变性的可行性。方法回顾性分析65例行腰椎MRI及DLCT扫描患者的影像资料,将感兴趣区放置在椎间盘轴位的髓核(NP)区域,得到NP的平均计算机断层扫描(CT)值及平均电子密度值(ED),对椎间盘退行性变性行改良Pfirrmann分级(mPG),在彩色编码EDM图像上对椎间盘视觉分级。采用Kappa检验分析2位医师对椎间盘mPG及EDM视觉分级的一致性。使用Spearman相关性分析比较各mPG及总体NP的平均CT值与ED值的相关性、椎间盘EDM视觉分级与mPG的相关性,组间两两比较用Tambane's T2检验。结果椎间盘NP的CT值与ED值呈正相关关系(r=0.788,P<0.001),NP平均ED值与mPG呈正相关关系(r=0.052,P<0.001),较高级别与较低级别退行性变性椎间盘NP的ED值存在差异。EDM视觉分级与mPG呈正相关关系(r=0.772,P<0.001),不同视觉分级间对应的平均ED值及mPG两两对比均有差异。结论基于DLCT重建的EDM具有评价椎间盘退行性变性的潜力。

CT值-电子密度转换曲线对VMAT计划剂量计算的影响

目的分析CT值-电子密度转换曲线对容积旋转调强放疗(Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT)计划剂量计算的影响。方法采集、建立不同管电压、管电流、扫描部位的9条CT值-电子密度转换曲线(H_100、H_120、H_140、C_100、C_120、C_140、A_100、A_120、A_140),并以头部扫描序列H_120条件为标准扫描条件,分别对同一鼻咽癌VMAT放疗计划进行剂量计算,将VMAT计划移植到验证模体,行剂量计算,创建验证计划,分析标准条件与非标准条件下的剂量差异。结果VMAT计划标准条件与非标准条件剂量对比,脑干剂量误差最大,Dmax误差为26.90 cGy,相对误差为0.52%;腹部条件A_140(腹部140 kV 300 mA)下与标准条件剂量学差异无统计学意义(P>0.05);其他条件下均与标准条件剂量学差异有统计学意义(P<0.05)。模体验证计划标准条件与非标准条件剂量对比,密质骨Dmean误差最大,为0.30 cGy,相对误差为0.56%;统计分析结果显示,模体验证放疗计划非标准条件与标准条件剂量比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论不同CT值-电子密度转换曲线对VMAT计划剂量计算均有一定程度的影响;在临床工作中,必须针对不同的管电压、管电流、扫描部位等,建立标准的CT值-电子密度转换曲线;CT模拟定位和剂量计算时,应选择相应的扫描参数条件和CT值-电子密度转换曲线,以提高剂量计算的准确性。

电离层电子密度剖面和特征参数对两次日食事件的响应研究

本文利用亚洲和美洲地区多个测高仪台站的观测,并结合三维电离层-热层耦合理论模型进行数值模拟,对2020年6月21日和2017年8月21日两次日食事件期间电离层电子密度剖面的变化特征进行分析,并探讨这两次事件中日食效应的异同及形成机制.分析结果表明,在这两次日食期间,位于电离层低高度的E层和F1层的电子密度变化与太阳辐射的变化基本同步;且F1层峰值密度的日食响应幅度大于E层.该结果与以往观测一致,且日食响应无明显的经度变化.进一步地,通过分析观测和模拟结果中电子密度日食衰减效应的高度变化和时延特征,我们发现:(1)观测和模拟结果均表明,食甚时电子密度的最大相对衰减的位置一般不在F1层峰的位置,而是在其上方约几十公里的高度;模拟结果显示该现象是由日食期间F1层上方光化学过程与动力学过程共同作用导致;(2)在中纬地区,在F2层峰附近及以上区域中电离层电子密度最大日食衰减相对太阳辐射变化的时延具有显著的经度变化,其相对衰减在亚洲地区随高度增加而减少,在北美地区随高度无明显变化,与以往报道的欧洲地区随高度增加而增加的趋势也不同;(3)日食电子密度衰减时延的高度变化受到日食发生的地方时的显著影响,如上午时段与午后时段的响应有明显不同.模拟结果表明F2层峰及以上高度的日食效应受到中性风和双极扩散的影响较大,而受电场漂移的影响相对较小;模拟结果同时显示在午后这些动力学输运过程及其日食响应比在午前更强,该现象与午前和午后背景电子密度的大小差异有关.这可能是观测到的日食电子密度衰减时延的高度依赖具有经度变化的原因.

电子束透射氮化硅薄膜窗产生低密度等离子体

低电子密度等离子体源在电离层等离子体的实验室模拟中具有重要的应用.本文利用高能电子束透射氮化硅薄膜窗口,在低气压条件下激发低密度等离子体.采用蒙特卡罗方法对氮化硅薄膜的电子束透射特性进行模拟;利用CCD相机和静电探针对产生的电子束等离子体进行诊断.电子束等离子体呈现出顶点位于氮化硅薄膜窗口的锥状结构.在相同气压下,电子初始能量越高,锥状等离子体锥角越小,等离子体更加向轴线集中,这与氮化硅薄膜的电子透射特性蒙特卡罗模拟定性一致.随着工作气压增大,高能电子与中性粒子碰撞频率变大,电子束散射效应增强导致等离子体锥角变大.等离子体锥状结构是高能电子透射特性以及高能电子与气体分子散射特征的反映.在40 keV条件下,当电子束流从10μA减小到0.5μA时,电子密度减小,变化在10^(5)—10^(6) cm^(-3)范围;而电子温度没有明显的变化,接近1 eV.随气压增大,电子密度有增大趋势.研究工作表明,在工作腔尺寸足够大的情况下,可得到沿电子入射方向随距离增加逐渐衰减的10^(5) cm^(-3)以下更低的电子密度;这是由于射程增加,透射的高能电子与中性气体碰撞产生能量损失增大;同时电子束散射增强导致了等离子体更加发散.

基于张衡一号电磁卫星的夏季磁静日新疆区域上空电离层电子密度变化特征

采用张衡一号电磁卫星朗缪尔探针(Langmuir Probe,LAP)载荷原位电子密度对夏季磁静日时段新疆区域(30°~55°N,70°~100°E)的顶部电离层N e进行分析。通过分析日侧和夜侧的数据变化曲线:40°~55°N范围内N e数据变化平稳,日侧N e值平均高于夜侧N e值的2倍,其中夜侧N e值稳定在0.5×10^(10) cm^(-3)~1.0×10^(10) cm^(-3),日侧N e稳定在1.0×10^(10) cm^(-3)~1.5×10^(10) cm^(-3);而30°~40°N范围上N e数据波动较大。根据地方时特征分析结果表明:无论是夜侧还是日侧,随着纬度的降低N e值逐渐增大,N e值最大达到5.25×10^(10) cm^(-3)。研究区域范围内N e日侧、夜侧在不同纬度、不同地方时具有显著不同的特征形态。

基于Hβ线和Ag特征谱线Stark展宽的火花放电辅助增强激光诱导击穿等离子体电子密度测量

在火花放电辅助增强激光诱导击穿光谱技术中利用Ag特征谱线的Stark展宽作为指向,对等离子体电子密度进行了准确测量。采用纯银针作为放电电极,以含氢无机盐磷酸二氢钾为样品,根据Hβ线的Stark展宽确定了不同放电条件下的等离子体平均电子密度,并绘制了Ag Ⅰ 520.91 nm Stark展宽与电子密度相对应的校正曲线。结果表明二者有很好的线性相关性,线性拟合度为0.982。在采用银放电电极的火花放电辅助增强激光诱导击穿光谱技术中,分析不含氢样品时可以利用Ag原子谱线的Stark展宽间接确定等离子体电子密度,为火花放电辅助增强激光诱导击穿光谱技术中进行等离子体电子密度分析提供了新的途径。

电子密度天平在植物油相对密度检测中的应用

电子密度天平配合密度组件测定植物油的相对密度已用于实际检测中,具有精密度高、操作简便快速、样品消耗量少等优点。采用三种方法对36组植物油样品相对密度进行测定,配对试验两样本t检验法进行分析,结果表明电子密度天平法与国标密度瓶法和液体比重天平法结果一致,因此在植物油相对密度检测中推广该方法可降低检测人员工作强度,提高检测效率。

闪电回击通道的电子密度研究

利用无狭缝摄谱仪获得闪电回击过程的光谱,依据Hα线的Stark谱加宽计算了闪电通道的电子密度,同时由Saha方程,通过半经验的方法也获得了通道的电子密度,并对两种方法得到的结果进行了比较、分析;讨论了电子密度与闪电放电特性之间的相关性。为闪电光谱进一步的定量分析,尤其是对闪电放电通道的导电特性、辐射特性及通道结构的研究和有关的理论计算提供了参考数据。

Fe-Al系金属间化合物中的微观缺陷和电子密度

对二元Fe-Al合金,含Cr和Si的Fe3Al合金的正电子寿命谱侧量表明:随着二元 Fe-Al合金Al含量的增加,空位浓度增加,微孔洞的开空间增大,在Al含量高于40%(原子分数)的 B2-FeAl合金中存在着较高的空位浓度和开空间相当于Fe中10-15个空位聚集体的微空洞,在B3-FeAl和D03-Fe3Al合金中,晶格中最邻近的Fe－Al原子对之间发生Fe d-Alp杂化作用,Al的3p电子与Fe的3d电子被局域化并形成共价键,导致合金中的自由电子密度降低,二元Fe-Al合金中的平均电子密度随着Al含量的增加而下降,用Cr元素对Fe3Al进行合金化,合金基体和晶界处的自由电子密度均增加;而加入Si元素,合金基体和晶界处的自由电子密度均减小,讨论了Fe-Al合金的微结构对其力学性能的影响。

利用OI135.6nm夜气辉辐射探测电离层峰值电子密度及电子总含量的研究

测量夜间135.6nm大气气辉辐射强度是目前有效的电离层探测方式之一,我国即将在风云三号卫星上搭载仪器,利用该波段夜气辉辐射测量来反演电子总含量(本文所指电子总含量表示卫星高度以下大气柱的电子含量)及峰值电子密度,因此非常有必要开展相关的气辉发光模型及反演研究.在介绍氧原子135.6nm波段夜气辉激发机制基础上,考虑辐射在传输过程中受到大气氧原子的散射及氧气分子的吸收,采用迭代法求解包含多次散射及大气吸收衰减的辐射传输方程,得到该波段的体发射率,最终通过考虑包含辐射传输的路径积分计算得到135.6nm气辉辐射强度值.对结果的分析表明:该气辉模型能较好地描述体发射率随高度的分布特征,计算得到的135.6nm夜气辉辐射强度在不同时空及太阳活动的分布与相应条件下峰值电子密度(NmF2)及电子总含量(TEC)的分布基本一致.相同的时空及太阳活动输入条件下,模式计算的135.6nm夜气辉辐射强度与国外同类模式结果的值平均偏差约为3%.文中最后介绍了通过135.6nm夜气辉的辐射强度探测来反演电离层峰值电子密度NmF2及电子总含量TEC的反演方法.

普洱地震前电离层电子密度扰动变化研究

挑选普洱地震前邻近地震震中的3条轨道的电子密度(Ne)数据,分析其1年内的所有重访轨道,并提取了这次地震前的Ne前兆异常.结果表明:①夜间电离层Ne存在明显的季节变化,4个季节呈现了各自不同的变化形态;②Ne的主要变化形态有3种,即单峰、马鞍和平缓状,这些形态在各个季节都可能出现,但每个季节有相对集中的形态;③Ne空间图象在震前30天内在震中区附近形成高值,异常信息在空间和时间上都与地震分布有很好的相关性,反映空间出现的异常信息确与本次地震有关;④Ne重访轨道曲线形态有一定的相似性,可以为识别判定地震异常提供背景信息.