A proton birdcage coil integrated with interchangeable single loops for multi-nuclear MRI/MRS

Energy metabolism is fundamental for life.It encompasses the utilization of carbohydrates,lipids,and proteins for internal processes,while aberrant energy metabolism is implicated in many diseases.In the present study,using three-dimensional(3D)printing from polycarbonate via fused deposition modeling,we propose a multi-nuclear radiofrequency(RF)coil design with integrated 1H birdcage and interchangeable X-nuclei(^(2)H,^(13)C,^(23)Na,and^(31)P)single-loop coils for magnetic resonance imaging(MRI)/magnetic resonance spectroscopy(MRS).The single-loop coil for each nucleus attaches to an arc bracket that slides unrestrictedly along the birdcage coil inner surface,enabling convenient switching among various nuclei and animal handling.Compared to a commercial 1H birdcage coil,the proposed 1H birdcage coil exhibited superior signal-excitation homogeneity and imaging signal-to-noise ratio(SNR).For X-nuclei study,prominent peaks in spectroscopy for phantom solutions showed excellent SNR,and the static and dynamic peaks of in vivo spectroscopy validated the efficacy of the coil design in structural imaging and energy metabolism detection simultaneously.

多元(U,Zr, Nb)C燃料制备技术与性能机理研究

多元(U,Zr, Nb)C燃料因具有熔点高、热导率高、低裂变气体释放率及优异的高温力学性能等优点,是目前大功率空间核推进反应堆选用燃料之一。本文采用碳热还原和液相烧结相结合的粉末冶金工艺制备多元(U,Zr, Nb)C燃料芯块,研究了工艺参数对烧结芯块反应动力学、相结构、导热性能和微观结构的作用机制和影响规律。结果表明:在1 800℃、50 MPa和1 h的烧结条件下,通过添加0.5%金属铀形成的液相烧结工艺制备得到芯块密度可达95.5%TD;当原料M/C(M为金属元素总量)摩尔比为1∶6.5时,可制备得到M/C比为1的正化学计量碳化物燃料;(U0.2,Zr, Nb)C的晶格常数比(U0.1,Zr, Nb)C的晶格常数略高;多元(U,Zr, Nb)C碳化物燃料芯块热导率与相成分、密度和温度均有关;芯块气孔分布较均匀,没有联通的开气孔存在,气孔尺寸在1~3μm。

一种波段聚类和多尺度结构特征融合的高光谱图像分类模型

高光谱图像包含丰富的地物信息,在农业、工业和军事等领域应用广泛。因此,高光谱图像的识别与分类是一项重要的研究课题。然而,高光谱图像存在光谱维度高、噪声大、标记样本有限等问题,并未取得很好的分类效果。针对以上问题,提出一种波段聚类和多尺度结构特征融合的高光谱图像分类模型(ASPS-MRTV)。该方法主要包括以下几个步骤,首先,对高光谱数据进行归一化处理,将归一化后的三维图像按光谱维等分为n个子空间;其次,采用粗细划分策略构造自适应子空间光谱特征提取框架,将每个空间波段拉伸为一维向量后用信息散度构造波段的相似性矩阵,按照聚类的思想对n个子空间进行自适应;然后,将每个自适应子空间的光谱波段平均值进行叠加,形成光谱特征;最后,对所得到的光谱特征数据利用多尺度相对全变分技术提取结构特征。为了增强样本的线性可分性,在数据堆叠之后进行核主成分分析,最终形成空谱特征。对比实验中统一使用惩罚参数C和核参数σ都为24.5的SVM进行分类。经测试,ASPS-MRTV网络模型在Indian Pines、 University of Pavia两个数据集上分别以5%, 1%的训练样本达到了97.06%、 98.98%的总体分类精度。实验结果表明,该模型与SVM、 ASPS(ED)、 ASPS(ID)、 ASPS-LBP、 ASPS-GlCM、 ASPS-BF模型相比,在分类性能和计算效率方面都取得了更优的效果,有效提高小样本下高光谱图像的分类精度。

张量学习诱导的多视图谱聚类

现有的方法将通过张量奇异值分解(t-SVD)正则化的低秩表示应用到多视图子空间聚类中,取得了令人印象深刻的聚类性能.然而,它们都具有以下两个共同的缺点:(1)他们专注于探索样本之间的关系以构建表征,然后将其堆叠为张量,其计算复杂度至少为O(n2logn);(2)他们总是直接在整合的表征上运行标准的谱聚类算法,而忽略了不同表征对最终聚类结果的先验知识.为了解决这些问题,本文提出了一种新颖的张量学习诱导的多视图谱聚类(TLIMSC)方法,其中同时探索了空间聚类结构和互补信息.具体来说,该方法将关联样本和簇关系的多视图谱嵌入表示堆叠成张量,计算复杂度最终变为O(n logn).然后,将学习到的带有不同自适应置信度的表征与最终的一致聚类结果联系起来.在五个数据集上的广泛实验证明了TLIMSC所具有的有效性和高效性.

基于专利的全球高端磁共振成像发展现状分析

目的从专利申请角度对全球高端磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)发展现状进行分析,并对国内发展状况提出针对性对策和建议。方法利用incoPat对2013—2022年全球高端MRI专利情况进行分析,从专利申请数量、质量及研究方向角度对检索到的专利进行分析,探讨国内外高端MRI技术研究态势。结果共检索到全球高端MRI相关专利申请6087件,从专利申请数量角度,我国申请数量位居世界首位,为1949件,全球占比32%,但从专利申请质量角度来看,我国的申请授权率略低,约为53.82%。全球高端MRI主要包括超高场MRI、超极化MRI、深度学习后处理的超快速MRI、多核MRI、AI+MRI和PET/MRI多模态一体化成像6个技术方向。我国的超高场、深度学习及AI、多核及超极化MRI研发实力均位于全球前列,其中中科院为主要贡献者;而我国的PET/MRI一体化MRI研发实力较弱,需进一步加强。结论国内企业要加强和中科院及高校的合作,将国家科研项目应用到产业中,促进科研成果转化,形成优势互补,提高我国在高端MRI领域的话语权。

基于多目标进化算法的反应堆辐射屏蔽优化方法研究

新型核能与核动力装置的发展对辐射屏蔽设计方法提出了更高要求。面对空间堆、船用堆等装置的小型化、轻量化设计需求,传统辐射屏蔽多目标优化方法存在优化目标少、优化参数单一、全局性差等缺陷,难以满足辐射屏蔽智能设计的需求。本文基于第三代非支配排序遗传算法和改进多目标人工蜂群算法开展面向反应堆屏蔽层重量、体积和特定区域辐射剂量等多目标约束条件下的辐射屏蔽优化方法研究,并对各算法的优化性能、优化方案进行对比分析。结果表明,本文方法相较于传统屏蔽智能设计方法展现了更好的优化性能,并在实际工程问题中体现了可靠性,可为辐射屏蔽设计优化提供新思路。

器件参数对核磁测井仪的频率特性影响

频率特性是核磁测井仪的一个重要参数,其准确性、一致性关系到所测地层油气信息的真实性;随着多频共振核磁仪器产量的增加,仪器频率一致性较差的问题暴露出来了。首先,介绍了核磁仪器的测井原理,由电容储能短节、电子线路短节和探头短节三部分组成,并对各自的功能及作用进行了分析。其次,通过对信号流程的分析,确定发射滤波电路、天线接口电路及探头等三部分电路,是影响仪器频率参数的关键电路。测试结果表明,电路中使用的电感、电容和场效应管等器件的参数,对仪器的频率参数影响明显;选用参数合适的器件,可以明显缩小频率参数的差异,提高仪器的频率一致性。

基于溶液实验的堆芯物理多群常数库临界基准检验方法

堆芯物理多群常数库为反应堆计算程序的中子学计算提供多群截面数据以及燃耗数据,是反应堆物理计算的重要前提。目前国际上对多群数据库的验证通常将待验证的多群数据库耦合组件计算程序通过对临界基准实验进行模拟计算的方式来进行,各组件计算程序由于几何处理方法的局限无法对球形装置进行建模,因此尚未有基于球形临界基准实验对多群常数库进行基准检验的方法。本文提出了一种裸球形实验装置的模型建立方法,大幅增加临界基准检验使用的基准实验选择范围,同时基于国际核临界安全手册(ICSBEP2006)挑选了不同能谱指标下的49个铀、钚溶液实验对中国核数据中心研制的堆芯物理多群常数库进行临界基准检验,并给出了不同能谱指标下基准实验的参考结果范围。本文结果可扩大堆芯物理多群常数库基准检验规模和覆盖范围,有助于高保真堆芯物理计算程序准确性的进一步提升。

基于AS-OCT图像的核性白内障多级排序分类算法研究

目的探讨基于眼前节光学相干断层扫描(AS-OCT)图像的核性白内障智能辅助分级算法对白内障分级的诊断价值。方法采用诊断试验研究方法,收集2020年11月至2021年9月间同济大学附属第十人民医院电子病例系统中核性白内障患者939例1608眼的AS-OCT图像资料,所有资料均符合临床阅片清晰度要求。其中男398例664眼,女541例944眼,年龄18~94岁,平均年龄(65.7±18.6)岁。由3名经验丰富的临床医生基于晶状体混浊分类系统(LOCSⅢ分级系统),对所收集的AS-OCT图像进行1~6级人工标注。构建一种基于多级排序的全局-局部白内障分级算法,该算法包含5个基本的二元分类全局-局部网络(GL-Net),每个GL-Net聚合白内障核区域、原始图像等多尺度信息进行核性白内障分级。基于消融实验和模型对比试验,采用准确率、精确率、灵敏度、F1指标及Kappa系数对模型性能进行评价,且所有结果均通过五折交叉验证。结果模型在核性白内障数据集上的准确率、精确率、灵敏度、F1、Kappa分别为87.81%、88.88%、88.33%、88.51%、85.22%。消融实验结果表明,ResNet18结合局部特征和全局特征进行多级排序分类,模型在准确率、精确率、灵敏度、F1、Kappa指标上均有提升。与ResNet34、VGG16、Ranking-CNN、MRF-Net模型比较,本研究模型各性能指标均有提升。结论基于深度学习的AS-OCT核性白内障图像多级排序分类算法对白内障分级具有较高的准确度,有望辅助提高眼科医生对核性白内障的诊断精度以及效率。

基于模糊PID的核电厂多关节机械臂运动自适应控制方法

采用常规运动控制方法时机械臂关节角度误差较大,控制效果不佳,为此,设计一种基于模糊PID的核电厂多关节机械臂运动自适应控制方法。该方法先预处理机械臂的运动图像,然后以此为基础,获取多关节机械臂关节角度,以进一步了解机械臂的运动状态,最后建立机械臂运动隶属度函数,基于模糊PID调整自适应控制器的参数,优化核电厂多关节机械臂运动控制性能。结果表明,设计的多关节机械臂运动自适应控制方法对5种参数组合检测的机械臂关节角度误差均小于标准,其误差最高仅为0.16°,证明该方法对核电厂多关节机械臂运动自适应控制效果更好,具有一定应用价值。

基于改进多种群遗传算法的核电热力系统参数优化

核电机组二回路热力系统是将热能转化为机械能并进行发电的关键部分,在保证安全的基础上提高其效率具有重要意义。对此,首先根据热平衡法建立热力系统的数学模型。其次,在多种群遗传算法的基础上增加并行机制与协同策略,结合自适应策略提出一种改进多种群遗传算法,并利用测试函数测试其寻优性能。最后,以机组循环热效率为目标函数,回热再热抽汽流量为决策变量,在约束条件下采用改进算法对热力系统进行优化设计。结果表明:改进多种群遗传算法比标准遗传算法与多种群遗传算法更有效率且收敛精度高;采用该优化算法后,机组循环热效率提高了1.18%。

基于生物启发神经网络的核辐射场区全覆盖路径规划

核辐射场区全覆盖路径规划对于辐射环境下区域作业者的辐射安全有重要意义。本研究基于生物启发神经网络算法,提出一种进行辐射剂量最优控制的全覆盖路径规划算法。首先,利用福岛核电站部分地形以及蒙特卡罗粒子输运程序分别构建模拟核辐射场区的障碍物分布和辐射剂量场,然后,采用Python语言进行算法仿真试验,模拟核辐射场区的每一个栅格定义为一个神经元,建立起生物启发神经网络,将栅格剂量率与神经元活性耦合实现路径规划的辐射剂量最优控制,分别采用单个、4个和8个移动单元进行仿真试验。结果表明:单个移动单元的规划路径在实现100%覆盖率,4%覆盖重复率的同时,能够优先覆盖低剂量区,延后覆盖高剂量区,实现了过程剂量和累积剂量的最优控制。为提高全覆盖的时间效率和获得更低的单体累积剂量,对算法进行多单元协同搜索的改进,结果表明:4单元和8单元仿真的覆盖重复率分别为5.72%和6.29%,1单元、4单元和8单元仿真完成全覆盖时间分别为30 min、9 min和4 min,时间效率成倍提高;最大单体累积剂量分别为4.11×10^(-3)mSv、1.28×10^(-3)mSv和0.85×10^(-3)mSv,也在显著降低。本文提出的算法能实现过程剂量和累积剂量最优控制的全覆盖路径规划,另外算法可以协同规划多单元路径,显著降低单体累积剂量,对辐射环境下区域作业的辐射防护有重要意义。

融合多尺度特征的核电施工图纸表格单元格识别

在核电企业数字化转型过程中,人工识别图纸误差较高,易造成企业损失,有必要利用自动化提取表格信息技术代替人工。表格结构识别是表格信息提取的关键技术,但核电施工图纸表格结构复杂且样本少,影响了识别效果。针对这一问题,提出了结合高效注意力机制的多尺度扩展模型EPNet,引入了渐进式尺度扩展模块,增强了有效特征通道权重,实现了少样本的有效特征信息获取。另外,利用局部特征中的文本区域和全局特征中单元关系的视觉信息来获得可靠的单元格边界,提高边缘拟合的精细度。实验结果表明,该模型在识别核电施工图纸中的表格单元格结构方面表现出色,与Mask R-CNN模型相比,精确度提高了1%,F1值提高了3%,具有较高的准确性和鲁棒性。

核反应堆超临界二氧化碳再压缩循环优化研究

针对应用于第四代气冷堆的超临界二氧化碳再压缩循环系统进行了优化研究。通过建立完善的热力学及经济性模型,并根据核电模块化的需求引入空间紧凑性指标,从热力学性能、空间紧凑性、经济性能等多个维度对超临界二氧化碳再压缩循环系统开展研究,分析了关键参数对超临界二氧化碳再压缩循环系统性能的影响,并进一步开展了多目标优化以提高系统的适用性。结果表明:通过多目标优化研究,循环的综合性能得到提升,多目标优化得到的最优点的效率、单位功率成本率和单位功率换热面积分别为71.5%、3.11美分/(kW·h)和0.191 m^(2)/kW。

计及核电风险量化的多源互补调峰调度方法

为应对大规模可再生能源并网造成的电力系统灵活经济调峰难题,文中提出一种计及核电风险量化的多源互补调峰调度方法。首先,分析核电低负荷的调峰机理,并考虑其调峰风险量化指标,从而实现核电的经济安全运行;然后,以总运行成本最低为优化目标,在目标中权衡弃风光损失和不同电源参与调峰增加的发电成本,建立含风、光、火、核、储的多源互补调峰调度模型,并对模型进行求解;最后,实际算例证明了所提优化调度模型的有效性。算例结果表明,与火电调峰、无储能参与的核电调峰相比,所提模型可使弃风弃光量减少94.17%,碳排放下降1.26%,进而验证了多源互补模式不仅可以提升高比例风光电网调峰能力,而且可以实现多源互补系统的低碳经济运行。

聚变堆活化腐蚀产物多尺度可视分析方法研究

聚变能被认为是人类的终极清洁能源,而安全是聚变能发展的生命线。聚变堆冷却管道中的活化腐蚀产物是聚变堆的主要放射性源项,对聚变堆的屏蔽设计、人员防护和事故后果等都有重要影响。随着时间的推移,活化腐蚀产物不断累积,研究活化腐蚀产物在冷却管道中的分布特征对聚变安全有重要意义。现阶段,该领域的专家缺乏一种能够快速有效地分析活化腐蚀产物分布特征的方法。考虑到在研究过程中,根据不同的特性对聚变堆冷却管道的各个部分进行了分类,获得了大量的部件,因此,活化腐蚀产物广泛分布在部件中,由Co57、Co60、Mn54等多种放射性物质组成,活化腐蚀产物的组成和分布随着时间的推移而演变,因此活化腐蚀产物数据是多变量时序数据。针对活化腐蚀产物数据的特点和领域专家的分析需求,设计开发了一套可视分析系统,其主要特点包括:①针对冷却管道部件过多的问题,提出基于多层次聚类分析,以快速选出代表性部件进行深入分析,避免逐一查看所有部件;②针对时间跨度大的问题,基于多粒度划分方法自动提取潜在关键时间段,以聚焦关键时间段;③设计一套多视图联动可视分析系统,通过灵活交互快速得到活化腐蚀产物的整体分布特征。根据上述特点,最终设计了一个基于Web的系统,可以对聚变堆活化腐蚀产物进行多尺度、多粒度分析。国际热核聚变实验堆(ITER)是目前世界上最大的国际合作项目,以ITER反应堆2013—2020年活化腐蚀产物数据为例验证该方法的有效性,表明了该工具有助于选出代表性部件和关键时间段,能大幅度提高工作效率。

基于多场耦合作用的核电站混凝土开裂风险研究

文章结合广东太平岭核电站核岛厂房结构裂缝控制研究背景,基于混凝土早期收缩开裂行为的“水化-温度-湿度-约束”多场耦合机制,建立核岛厂房结构抗裂性评估计算模型与方法,对混凝土材料、施工工艺及结构尺寸等因素作用下强约束结构混凝土抗裂性进行开裂风险分析。定量评估混凝土材料性能、施工工艺参数以及结构约束情况等对混凝土温度-应力场的影响因素,并基于应力准则,定量分析各种影响因素对核岛厂房强约束结构开裂风险系数的影响规律,明晰影响开裂风险的主要因素及其大小,为实际工程的混凝土抗裂设计及施工指明了方向。

多尺度核电质量文本故障信息语义抽取方法

提出了多尺度核电质量文本故障信息语义抽取方法,从核电质量文本描述中获取了存在质量缺陷的故障设备与所属阶段的信息。针对故障设备与正常设备并存,以及所属设计、采购、施工和调试的全价值链阶段未描述的问题,提出了多尺度故障信息抽取策略。基于Transformer双向编码的预训练语言模型将核电质量文本转化为文本向量;采用注意力机制的双向门控循环神经网络挖掘出质量缺陷的关键语义特征;采用条件随机场对关键语义特征进行实体预测,输出故障设备;通过多层感知机对提取的关键语义特征进行微调及推理,解译出故障设备所属阶段。最后,在真实的核电质量文本数据集上进行验证,F1值达到94.3%,表明提出的方法具有较好可行性和有效性。

内外先验结合的多尺度低秩去噪方法

内部先验的去噪方法侧重图像的低秩性、稀疏性等先验知识,较少考虑多尺度特性;而基于外部先验的去噪方法充分利用自然图像的先验信息,却难以恰当地估计相似块组的秩.针对这些问题,综合考虑不同尺度间的噪声图像信息以及外部清晰图像的统计分布规律,提出内外先验结合的多尺度低秩去噪方法.在预训练阶段,学习外部自然图像数据集的统计分布规律,获得外部自然图像的先验信息;在分组阶段,采用外部先验信息引导噪声图像分组,构建低秩矩阵;在低秩约束阶段,利用构建的多尺度低秩去噪方法对噪声图像进行重建.在Set5,Set12,Kodak,McMaster等经典图像数据集上的实验结果表明,该方法在客观评价指标上有较为明显的改善,如峰值信噪比优于对比方法0.2 dB,并在主观视觉效果上能够保留图像细节和纹理.

井场核磁共振技术及其应用的发展历程与展望

井场核磁共振技术在近20年得到快速发展,在石油钻探和开采中发挥了重要作用。井场核磁共振是指在油气钻探现场复杂恶劣环境下所开展的核磁共振测量、分析及应用,涉及基础理论、测量仪器、数据采集与处理、解释应用等多个方面。我国科技工作者经过数十年持续攻关,走过“引进—吸收—集成创新—原始创新”的发展之路,形成了适合陆相油气的核磁共振测量分析技术,并进行了工业应用,在若干新颖及前瞻领域形成了丰富的储备技术。在系统总结国外及我国井场核磁共振理论、方法及仪器技术的发展历程和关键突破的基础上,展望了井场核磁共振技术在复杂油气、页岩油气等勘探开发中的应用前景和挑战,以进一步推动我国页岩油气及深层复杂油气的勘探开发水平和进程。