Design and implementation of the monochromator shielding for the cold neutron spectrometers XINGZHI and BOYA

An innovative monochromator shielding is designed and implemented for the cold neutron spectrometers XINGZHI and BOYA operated by Renmin University of China at China Advanced Research Reactor.Via Monte Carlo simulations and careful mechanical designs,a shielding configuration has been successfully developed to satisfy safety requirements of below 3μSv/h dose rate at its exterior,meanwhile fulfilling space,floor load and nonmagnetic requirements.Composite materials are utilized to form the sandwich-type shielding walls:the inner layer of boron carbide rubber,the middle layer of steel-encased lead and the outer layer of borated polyethylene.Special-shaped liftable shielding blocks are incorporated to facilitate a continuous adjustment of the neutron energy while preventing radiation leakage.Our work has demonstrated that by utilizing composite shielding materials,along with the sandwich structure and liftable shielding blocks,a compact and lightweight shielding solution can be achieved.This enables the realization of advanced neutron scattering instruments that provide expanded space of measurement,larger energy and momentum coverage,and higher flux on the sample.This shielding represents the first of its kind in neutron scattering instruments in China.Following its successful operation,it has been subsequently employed by other neutron instruments across the country.

Operando measurement of lattice deformation profiles of synchrotron radiation monochromator

This study presents a new method for characterizing the thermal lattice deformation of a monochromator with high precision under service conditions and first reports the operando measurements of nanoscale thermal lattice deformation on a double-crystal monochromator at different incident powers.The nanoscale thermal lattice deformation of the monochromator first crystal was obtained by analyzing the intensity of the distorted DuMond diagrams.DuMond diagrams of the 333 diffraction index,sensitive to lattice deformation,were obtained directly using a 2D detector and an analyzer crystal orthogonal to the monochromator.With increasing incident power and power density,the maximum height of the lattice deformation increased from 3.2 to 18.5 nm,and the deformation coefficient of the maximum height increased from 1.1 to 3.2 nm/W.The maximum relative standard deviation was 4.2%,and the maximum standard deviation was 0.1 nm.Based on the measured thermal deformations,the flux saturation phenomenon and critical point for the linear operation of the monochromator were predicted with increasing incident power.This study provides a simple solution to the problem of the lower precision of synchrotron radiation monochromator characterizations compared to simulations.

基于颜色特性的视觉注意研究

在图像设计过程中,观察者的视觉注意直接影响最终效果。采用单色图片和自然图片,结合眼球追踪系统,研究了颜色特性对视觉注意的影响。结果表明,亮度对第一眼关注这部分区域的概率有显著影响,亮度在39左右的图片,这部分区域第一眼被关注到的概率最大。色调和饱和度对视觉注意影响较弱。位置对关注时长和第一眼关注这部分区域的概率均有显著影响,上方平均关注时长要比下方长。

多通道双晶单色器平行度测量与运动轨迹规划

针对双转轮多通道双晶单色器的平行度误差补偿问题,提出一种基于光电自准直仪的多通道双晶单色器准静态双晶衍射面平行度测量方法以及一种S形曲线轨迹规划方法。分析多通道单色器的结构及运动特点,基于光电自准直仪提出多通道双晶单色器平行度测量系统的总体框架及测量具体流程。结合多通道双晶单色器运动特点,提出一种S形曲线轨迹规划方法,并基于平行度测量结果对单色器运动轨迹进行优化设计。最后,在搭建的实验平台上开展准静态平行度测量实验及运动轨迹跟踪实验。结果表明:所搭建的平行度测量系统的平行度分辨率达0.5″,相邻两组晶体角度跃迁差值在百角秒量级;所提S形曲线轨迹规划算法将轨迹跟踪误差抑制在6.1″,相比传统5阶多项式及未规划轨迹,跟踪误差分别降低58.7%和63.9%。实验结果验证了所提方法有效性,对改进双转轮多通道双晶单色器性能具有良好的实际应用价值。

Cooling of double crystal monochromator with sagittal focus at SSRF

In SSRF, the design of 1st crystal cooling geometry of double crystal monochromator with sagittal focus is mainly reported by China. Our simulation indicates that the broadening of the full width at half maximum of the rocking curve of the double crystal monochromator induced by the heat load is about 3.7 μrad, and is in agreement with the experimental value of 5 μrad. Our scheme showed that the photon flux is reliably linear with electron current of the storage ring, which is extracted from the monochromator.

Implementation of effective control system for variable-included angle plane-grating monochromator

The variable-included angle plane-grating monochromator is a homemade key equipment of the scanning transmission X-ray microscopy (STXM) beamline at Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF).Monochromatic light of various wavelengths is achieved by an effective control system that handles the rotation of the plane mirror and plane grating mounted in a high vacuum chamber.M511.DDB made by PI Corp.is used as motion stage which has a DC servo motor controlled by a C862 controller based on RS232 protocol.The software platform of STXM is EPICS,so the local control functions are implemented by LabVIEW program to satisfy physics control.For the remote control functions,the program is integrated into EPICS with ShareMemoryIOC.Experimental tests show that the repeat precision of motion control is less than 0.2μm,which meets the control demand.

可拆卸式光栅单色仪实验设计

实验教学中使用的单色仪一般是封闭式的,且光学元件固定,不允许学生随时查看内部工作情况,也不允许学生开盖进行调节。基于光栅单色仪设计实验搭建一款低成本、可重复组装拆解、非封闭性、易于调节的光栅单色仪,并用于实验教学。学生利用最基础的光学元件搭建单色仪,然后用Zemax光学设计软件进行建模和光路追踪,并通过点列图分析。另外,学生可以通过调研,选择感兴趣的研究方向自行选择进行开放性的探索性实验设计。

基于单色LED的日光光谱拟合

在照明领域中,LED已被证明是一种很有前途的人造光源,其光谱可以用来合成日光光谱。目前通过不同种类的LED合成日光光谱的关键问题是如何从LED数据库中选择LED型号和确定各型号LED的工作参数。针对这一问题,科学家们提出了通过各种数学模型来表示LED的光谱功率分布,如高斯函数、洛伦兹函数、logistic功率峰函数等。这些数学模型可以准确地反映出LED的非线性光谱特征,包括峰值波长、半高宽、红移等。但是通过数学光谱模型模拟的LED光谱与真实的LED光谱并不完全相同,通过数学光谱模型模拟的LED光谱曲线都是轴对称的。然而,真实的蓝色和绿色LED光谱曲线在短波长的一面更陡,在长波长的一面更缓,红色LED光谱曲线则相反。基于现有的多个LED的基础上提出了一个新的模拟日光光谱的方法。通过设计一个滤光片和调节各个现有的LED光源的辐射量权重(LED光源的辐射量权重为当前LED光源的辐射量与该LED的最大辐射量的百分比)来进行仿真实验,以此模拟出一个新的光源,使其光谱与日光光谱相接近。即将一个滤光片放置在多个LED的混合光源下,通过滤光片的光谱透射率和各个LED光源的辐射量权重来限制光源的光谱,使得修正后的多个LED混合光源的光谱尽可能的接近日光光源光谱。因工业要求需要对滤光片的光谱透射率曲线进行平滑约束。最后通过优化后的滤光片的光谱透射率求出各个LED光源的辐射量权重的最小二乘解,从而得到各个最优的LED光源的辐射量权重。通过仿真实验,最后该方法得到的模拟日光光源的相关色温(CCT)为6492 K,目标光源的相关色温为6503 K。模拟日光光源光谱与日光光谱的拟合优度(R 2)为0.9926。该方法对基于LED的日光光谱拟合的研究有重要的参考价值。

基于凹面光栅的可调高分辨率单色仪结构设计及波长重复性分析

凹面光栅兼具成像和色散的能力,采用凹面光栅分光的单色仪能够很好实现小型化设计和应用到低于200 nm的真空紫外波段。光谱分辨率和波长重复性是单色仪的重要指标,针对单色仪的光谱分辨率,本文将光栅固有分辨率和由狭缝引起的增宽相结合推导出单色仪的光谱分辨率计算模型,利用自研微动狭缝进行实验验证,单色仪分辨率符合理论模型,极限分辨率优于0.1 nm;针对单色仪的波长重复性,在单色仪光机结构参数转换的基础上对波长重复性影响因素进行分析,推导出单色仪的波长重复性计算模型,利用汞灯作为光源进行波长重复性验证其波长重复性优于0.02 nm符合理论计算模型,验证了光机结构设计的有效性和理论分析的正确性。

基于矩阵复原和暗通道理论的单色遥感图像去雾算法

遥感图像在成像过程中,容易受到云层和雾霾天气的影响,形成带雾图像;同时在下传时,会受到多种因素影响(如发送接收误码、电离层和对流层的随机变化对信号形成扰动等),使图像信息丢失或掺杂噪声。本文针对信息丢失的带雾单色遥感图像,提出了基于矩阵复原和暗通道理论的单色遥感图像去雾算法,通过基于交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)的矩阵复原算法与传统暗通道理论相结合,有效实现了信息丢失下的遥感雾图复原。通过主观评价和客观评价相结合的方式,将本文算法与经典算法对比。结果表明,本文算法得到的结果在直观视觉上效果更好,且相对于信息丢失30%的雾图,6个场景的平均信息熵提升1.6652,平均峰值信噪比提升11.7029,平均结构相似性提升0.8146,客观评价指标结果优异。进一步在不同比例信息丢失情况下进行实验,结果表明,即使在信息大量丢失的情况下,依然能够得到清晰的复原去雾图像。

狭缝高度对单色仪光谱分辨率的影响

单色仪广泛应用于光谱定标、物质分析等方面,因此,对于高光谱分辨率单色仪系统的研究具有重要意义。本文基于矢量光栅方程推导考察了入射狭缝高度对光谱仪器谱线弯曲的影响程度,给出了谱线弯曲同波长、狭缝高度的解析表达式,进而提出了一种基于狭缝高度抑制谱线弯曲的单色仪光谱分辨率优化方案。结合高灵敏度、超快时间响应探测器的性能指标要求,设计了一款光谱分辨率为0.1 nm,波段范围为185 nm~900 nm的三光栅单色仪光学系统,并搭建样机验证狭缝高度对谱线弯曲的影响,进一步探究了狭缝高度对光谱分辨率的影响规律。实验结果表明:在狭缝宽度一定时,对狭缝高度进行优化,可将光谱分辨率从0.32 nm提高至0.1 nm。

透射电子显微镜空间分辨率综述

透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)具有超高的空间分辨率,是化学、材料科学、物理学、生物科学等领域最重要的研究手段之一.影响TEM空间分辨率的因素众多,不仅包括电镜自身结构和成像原理等,还有样品性质等原因.为系统且全面地了解TEM分辨率的涵义、原理与应用,本文通过回顾TEM空间分辨率的发展历史,从理论上厘清了TEM空间分辨率的概念、物理涵义、影响因素和适用范围;从电镜装置角度,分别概述了电子枪、磁透镜、图像探测器和电镜内外部环境对空间分辨率的影响规律,以及单色器、像差校正器和新型图像探测器的发展现状;从实际应用角度,重点介绍了样品过厚、电子束损伤、积碳和原子振动等降低空间分辨率的作用机理及解决途径.本文可为非电子显微学研究者们正确使用TEM提供参考.

基于平行度误差补偿的多通道双晶单色器运动控制

针对新型多通道双晶单色器系统易受晶体片平行度误差影响导致性能失效的问题,提出一种迭代学习模型预测控制器(Iterative Learning Model Predictive Control,ILMPC)策略。该策略将主-从轴晶体片平行度误差转换为从轴电机的重复参考运动轨迹,采用ILC迭代消除周期性机械安装误差,再利用MPC对单个转动周期内从轴电机的随机性误差进行抑制。最终在单轴电机运动实验平台上对该策略进行轨迹跟踪验证。实验结果表明,在晶体片有效工作区间内从轴电机的位置跟踪误差达到1.44″,相比于PID控制、MPC、DOB+MPC以及ILC+PID组合控制器策略,分别降低了99.64%,98.52%,98.26%和73.33%。研究结果验证了所提出的ILMPC策略在补偿晶体片平行度误差和提高平行对准精度方面的有效性,该策略对于改善新型多通道双晶单色器性能具有较好的实际应用价值。

从黑白到多色的字体设计变革及其配色手法研究

我们时常会想一个问题,为什么日常交流的聊天界面各式各样五彩斑斓的表情包符号铺天盖地,而我们的信息文本却只有黑白两色,这点着实令我们有些匪夷所思。因此,探寻多色字体的魅力是不可或缺的。本文主要针对多色字体的形成背景和概念、变革的要求和优势以及多色字体的配色手法等方面进行简单的分类阐述。考虑多色字体的使用场合、背景、字体大小、呈现介质的选择以及排版等多方面因素进行探索设计多色字体时要注意的配色要求。随着屏幕显示时代的进一步发展,印刷技术的突飞猛进,我们应当让多色字体设计有更多新的可能。

上海光源光束线液氮单色器真空夹层抽气系统设计

针对上海光源部分光束线液氮单色器真空夹层真空度下降、液氮管路冷量损失引发夹层外壁冷凝滴水、结霜等威胁运行安全的问题,设计了具有真空度反馈控制和定时启动功能的自动抽气系统。模拟计算了夹层外壁不同真空度下的冷量损失及温度分布变化规律,确定了系统工作的真空度阈值等参数。设计的抽气系统当前在束线液氮单色器上运转良好,有助于束线稳定运行。

弧矢聚焦双晶单色器性能的提高

本文从理论上分析了聚焦双晶单色器的双晶在不同方向偏离理想位置所引起的双晶Bragg角偏差Δθ ,为设计研制单色器双晶的安装精度或微动调试精度提供了理论依据 。

同步辐射光束线中柔性铰链的研究

详细推导了直圆柔性铰链所受力矩和角偏移量及受力和线性位移之间的对应关系等运动方程 ;对直圆柔性铰链材料的选取、直圆柔性铰链参数的设计进行了分析 ;介绍了在同步辐射单色器中以直圆柔性铰链为基础投角、滚角、摆角调节结构。

变间距光栅刻线密度的测试精度分析

介绍了衍射法测量变间距光栅线密度的测量系统。该测量系统由激光器、准直镜、光栅转动台（含角度测量仪）、直线工作台、光栅调节架、探测器和待测光栅组成。分析了系统中各种误差对测量精度的影响，以及变间距光栅参数的变化对光学系统的影响和补偿办法。计算表明，该系统的测试精度满足光束线对光学系统的性能要求。

同步辐射X射线双晶单色仪能量扫描

晶体单色仪是Ｘ射线光束线上的关键设备，它用晶体作为色散元件，衍射、分离具有连续光谱的同步辐射，向用户提供一定带宽的Ｘ射线单色光。在合肥同步辐射装置上的晶体单色仪，使用两块Ｓｉ（１１１）晶体，按（＋ｎ，－ｎ）无色散排列，通过一台专门研制的Ｌ型联动装置，仅一维简单的Ｂｒａｇｇ角转动，便可保证在动态能量扫描过程中，两晶体衍射面始终平行，且输出的单色光束与入射光束的相对位置不变。本文重点讨论的是用于合肥晶体单色仪上的能量扫描装置。

1m口径红外测量系统的辐射定标

为了测量空中目标的红外辐射特性,设计了一套1m口径红外测量系统的辐射定标装置。给出了红外测量系统辐射定标的数学模型,以腔型黑体和平行光管组合作为标准辐射源,建立了1m口径红外测量系统的辐射定标系统。考虑该红外测量系统的光谱响应具有选择性,若采用传统辐射定标方法易产生原理误差,故提出了一种基于光栅单色仪和标准辐射计的相对光谱标定方法。给出了该标定方法的数学模型并进行了相对光谱标定。最后,在外场以黑体作为模拟目标进行了辐射特性测量实验。结果表明,应用本文提出的辐射定标方法,1m口径红外测量系统的辐射特性测量误差最大值为9.5%,比传统方法平均减少了约8.7%,可满足实际项目指标要求,非常适合外场辐射定标的应用。