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[硕士论文] 王昊
辐射防护及环境保护 南京航空航天大学 2016(学位年度)
摘要:近年来,微机电系统(MEMS)发展迅速,已在军事、航空航天、生物医疗、工农业等领域发挥着重要作用。辐致伏特效应同位素电池具有高能量密度、长寿命、微型化、稳定性强、无需外界供给等特点,符合微能源的需求,可有效解决MEMS的能量供给问题,具有重要研究价值。本文围绕辐致伏特效应同位素电池的制备,以及温度效应和真空度效应对同位素电池电学输出性能的影响开展了一系列的研究工作。本文的主要内容包括:
  1)基于辐致伏特效应同位素电池的工作原理、结构类型及常用的放射源及换能单元,采用微纳加工工艺制备硅换能单元,并通过PCB板的设计及制备、配制导电银胶、焊接导线和加载放射源等过程制备得到不同类型的辐致伏特效应同位素电池样品。
  2)采用不同放射源和不同换能单元组合得到四种β辐致伏特效应同位素电池,研究温度对不同类型电池输出性能的影响。随温度升高,同位素电池的短路电流密度略微增加、开路电压变小。不同类型的电池受温度影响作用有所不同,开路电压的温度变化率主要受换能单元材料和放射源种类的影响。在近似线性的温度区间,63Ni–Si、63Ni–GaAs、147Pm–Si和147Pm–GaAs四种类型电池的开路电压对应的温度变化率分别为-2.57、-5.30、-2.53和-4.90 mV/K。能量转换效率随温度升高而显著下降,随着温度交变循环作用次数增加,电池的输出性能逐渐下降。基于此性能测试,还针对硅基β辐致伏特效应同位素电池进行了换能单元制备工艺优化研究及栅型上电极表面结构优化设计等探索工作。
  3)采用Geant4针对常用的β和α辐致伏特效应同位素电池研究了在放射源与换能单元之间的不同空气间隙厚度下,同位素电池所处环境的真空度对其性能输出的作用机制。通过计算得到63Ni-Si和241Am-Si两种电池中的辐射沉积能量随真空度的变化规律,即随着压强的增加,输出性能显示略微降低,然后以较快速度下降;进而获得电池电学性能参数与真空度之间的响应关系。此外,还利用了147Pm-Si电池进行了真空度效应的实验验证研究,所得实验结果也反映了真空度对电池性能影响较大。
  本文为辐致伏特效应同位素电池的制备,以及环境中温度和真空度对同位素电池电学输出性能的影响的研究工作提供了依据,为适应特殊环境下放射源与换能单元的搭配组合的选择提供了重要参考价值,推动辐致伏特效应同位素电池离实际应用更近一步。
[博士论文] 刘鹏翔
电子科学与技术;光电子技术 天津大学 2014(学位年度)
摘要:宽调谐单频相干太赫兹(THz)辐射源在高分辨波谱分析等领域具有重要的应用价值。非线性光学差频方法具有低成本、结构简单、室温运转、输出频率范围宽、相干性好等优点,是实现宽调谐单频THz产生的有效途径。一种类似于冲击波的Cherenkov形式,由于自动满足相位匹配,成为THz差频的一种新型匹配方式。目前,国际上对该方法的研究还不够深入。本文从理论和实验两方面对Cherenkov相位匹配的差频THz产生进行了全面探索。近年来,随着有机非线性晶体的发现,基于有机材料的THz辐射源开始受到关注。本文利用国产的有机非线性晶体对超宽调谐THz差频进行了实验研究。
  本文的主要工作和创新点如下:
  1.建立了块状晶体中Cherenkov相位匹配差频的理论模型。利用空间Fourier展开方法求解波动方程,获得了辐射场的解析表达式,解释了Cherenkov差频的作用机理和THz输出特性,并为辐射源性能的改进提供了理论指导。
  2.建立了基于平板波导结构的Cherenkov相位匹配差频理论模型。针对一般的非对称波导结构,求解有源波动方程,分析了几种典型结构的THz输出特性,优化了结构参数,理论上将差频转换效率提高一个数量级。发展了包含泄漏模的波导耦合模理论,进一步提出了在波导中通过Cherenkov相位匹配实现级联差频高效THz产生的新途径,比较分析了级联效应对THz差频的增强效果,为从根本上打破THz差频转换效率的量子极限提供了理论依据。
  3.利用铌酸锂晶体进行了Cherenkov相位匹配差频的实验研究。改进了双波长泵浦源的性能,将Cherenkov差频的输出能量提高至nJ量级;通过对其输入输出特性、输出波束的能量分布和偏振态等方面的测量,并结合所得的理论模型,实现了对该现象更全面的认识。
  4.利用国产有机非线性晶体进行了THz差频的实验研究。比较了DAST、OH1和DSTMS三种晶体的差频特性,利用DSTMS晶体实现了0.88-19.27THz范围的超宽调谐,在2.47mJ泵浦能量下,获得最高脉冲能量85.3nJ(3.8THz),对应峰值功率17.9W。
[硕士论文] 徐赛锋
工程热物理 南京理工大学 2013(学位年度)
摘要:黑体辐射源在辐射测量领域具有极其重要地位,因而一直是各国辐射学界研究的重点课题。低温和中温黑体辐射源的技术已经较为成熟,而高温黑体辐射源由于其温度较高这一特点,国内只有几家科研机构以及单位能够生产。本文对开口式高温黑体辐射源进行了设计,为后续的产品实际生产提供参考。设计的高温黑体辐射源技术指标如下:
   1)黑体空腔有效发射率大于0.998;
   2)空腔内壁温度分布均匀,温差小于1℃;
   3)工作温度范围为800~1600℃;
   黑体辐射源的研究主要包括三个方面:黑体辐射源空腔有效发射率计算及空腔结构设计;黑体辐射源的整体热设计;黑体辐射源发射率验证。本文开展的具体工作如下:
   首先,用蒙特卡罗法对空腔有效发射率进行了理论计算,分析了黑体空腔有效发射率的主要影响因素。基于计算结果,对黑体空腔的结构尺寸进行了设计,得到了内壁温度均匀时,有效发射率高于0.998的空腔结构。
   其次,对高温黑体辐射源进行了整体热设计。包括材料的选择,温度均匀性的实现以及温度稳定性控制三个方面。借助Fluent软件,对高温黑体辐射源的内部温度场进行数值模拟,设计出了一个性能优异的带补偿腔和辅助加热的黑体辐射源。结果表明,最高温度接近1600℃时,其空腔内壁温差小于1℃。
   最后,对实际黑体辐射源的发射率验证方法进行了研究。采用间接测量方法对北京南奇星公司生产的HG-1高温黑体辐射源进行了发射率验证并分析了测量结果的不确定度。利用该黑体辐射源对德国BRUKER公司生产的VERTEX80V傅里叶红外光谱仪进行了实验校准。
[硕士论文] 孙业帅
动力工程及工程热物理;可再生能源与清洁能源 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2012(学位年度)
摘要:本论文主要开展压水堆核电厂放射性源项中设计基准源项和现实源项研究及程序开发工作。设计基准源项采用保守模型或设计基准模型来计算,适用于屏蔽设计。现实源项主要用于电厂每年平均向环境释放的放射性总量的估计。设计基准源项和现实源项的研究意义在于为核电厂的辐射屏蔽提供源强数据,为环境评估提供源强数据,指导核设施的退役等。
   本论文鉴于我国设计基准源项和现实源项研究的不足,在广泛调研的基础上,结合当前压水堆核电厂在热力循环系统、材料腐蚀及水化学的研究现状,研究压水堆核电厂放射性核素在主回路系统、辅助系统及厂房内传递、吸附、滞留、衰变过程规律,建立放射性核素混合物的迁移、分布的数学模型,进而开发出适用于压水堆核电厂源项分析计算的DORAST程序,获得系统或设备内放射性核素的分布规律。本论文的创新点在于充分考虑压水堆核电厂正常运行状态下放射性核素的途径及机理,建立适用于典型二回路的二代及三代反应堆内系统或设备的源项分析数学模型。源项数学模型以衰变链为单位,全面考虑放射性核素在压水堆核电厂系统或设备中的产生消失途径,建立放射性核素平衡方程组,并采用隐式三次六阶龙格库塔方法和Kaps-rentrop方法进行求解并进行对比。同时提出放射性核素迁移途径按照累积、净化、再累积、释放四个阶段划分的源项模型耦合方法,将模拟放射性核素迁移规律的平衡微分方程组分配在这四个阶段,使得用户可根据所考虑的放射性核素的迁移路径从上述四个阶段中选择相对应的数学模型,同时也可使得前一阶段中系统或设备的活度计算结果可作为后一阶段的系统或设备的活度输入信息。该耦合方法可使DORAST程序中的功能模块能够适用于不同压水堆堆型及系统的设计基准源项和现实源项的计算。
[硕士论文] 孟鸣
核技术及应用 中国科学技术大学 2010(学位年度)
摘要:用户需要光源能够持续稳定运行并提供高亮度,高质量的输出,但光源的运行状态受到多种因素的影响,其中以各种不稳定性为主,尤其是耦合束团不稳定性。横向逐束团反馈系统是当前世界上各大加速器普遍采用的关键技术,用于克服横向束团不稳定性。其中数字反馈技术相比模拟反馈,因为简洁可靠,搭建与调试方便,分析手段多样,所以世界各大高能实验室正越来越多地青睐数字反馈系统,或是直接采用数字反馈技术或是将模拟反馈再升级至数字反馈。合肥光源反馈系统就是从模拟反馈升级到了数字反馈系统。
   合肥光源目前在200Mev注入,800Mev运行,采用八极铁辅助注入。但是众所周之,八极铁不仅增加了注入过程的非线性效应,而且明显减少了动力学孔径。HLS升级改造完成后,要求发射度由170nm·rad降低到30nm·rad,将使得八极铁抑制不稳定性不可再利用,因此进一步开发利用数字反馈系统,使其更好地用于抑制束流不稳定性,对于保证光源正常运行有着重大意义。
   本文主要介绍了基于现有数字反馈系统所开发的控制系统及围绕此系统开展的相关工作和研究,完成工作主要由数字系统软件控制平台,数据处理程序,时钟系统,反馈效果模拟几部分组成。
   控制系统基于MATLAB构造,采用动态链接库(DLL)封装了对处理器的基本操作,通过对处理器寄存器读写,实现直观快速的控制;同时控制系统有着极强的可扩展性,只要是通过FPGA寄存器实现的控制,经过简单的MATLAB语句编写,调用基本控制函数,就可以实现各种组合后的复杂功能,避免了系统功能的僵化。
   对处理器ADC采样所得束流数据,及时利用数据处理程序进行分析,得到束流相空间,振荡模式图等信息,可用作束流不稳定性分析的辅助依据,并采用NAFF等方法计算工作点,实时显示,观察工作点变化的趋势。时钟系统采用自开发的时钟电路板,能够输出低抖动,高精度的LVDS信号,作为数字反馈系统的采样时钟,进一步稳定数字反馈系统的工作效果。利用MATLAB AT工具箱简单进行了不同增益下束流理论反馈效果的模拟实验。
   综合开发好的各部分软硬件,进行了在线的测试验证,效果与预期相符,控制系统可以与数字反馈系统配合良好,减轻了数字系统调试负担,丰富了系统功能。
[硕士论文] 龚岚
控制工程 电子科技大学 2009(学位年度)
摘要:近几十年由于辐射计量水平的提高(从10-2到10-5),因而辐射计量学又成为光度计量学和辐射温标的基础。500K-1000K全辐照基准是辐射学的基础,作为量值传递的国家基准,它已广泛被用于军工和民用红外探测器及黑体(红外)辐射源的标定,传递全辐照度。该基准装置的完善和现代化将带动光度学和辐射温标的现代化,在此情况下,我们研制了铟凝固点黑体炉,在原来的基础上延伸了温度范围,完善了我国全辐照量值溯源体系,达到了基准量值复现拓展了量传范围的目的。
  论文根据课题要求,从技术的现状和理论基础方面,规划和设计整个系统结构。在铟凝固点黑体炉研制方面,我们采用了高纯铟(纯度为99.9999%),根据黑体空腔理论,增加空腔辐射面积,改善空腔内温度均匀性,提高腔壁材料发射率,采用了直径为0.5mm的镍烙电阻丝,根据焦耳-楞次定律,算出电阻丝绕圈密度及加温能量。对于电加热黑体炉这样具有较大的滞后性、非线性、时变性的控制对象,单纯的采用传统的PID控制或模糊控制都不会取得较好的效果,我们采用了传统PID控制和模糊控制结合的方式即:Fuzzy-PID控制,这样既能发挥模糊控制的鲁棒性好、动态响应好、上升时间快、超调小的特点,又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度。
  根据Fuzzy和PID控制特性,采用Fuzzy和PID复合控制。在动态过程中,采用Fuzzy控制,而当系统接近或处于稳态时,自动切换到 Fuzzy-PID控制。两者的转换根据事先给定的偏差范围自动实现。这样既能充分发挥 Fuzzy控制在动态控制中快速性好的优势,又能通过 PID的精细控制,使系统的稳定性能达到要求。在构建此类系统时,除Fuzzy器的合理设计外,PID控制器参数的整定也很重要。
  若采用固定的PID控制,一方面参数的整定本身就较麻烦,另一方面不能满足在不同偏差和偏差的变化率下,系统对PID参数的自整定要求,整个系统的适应性和鲁棒性将下降。
  在测量方面,采用了稳定性高,测量范围广,线性度好的铂电阻温度计,并对其进行电路设计,获得较高的精度和稳定性。
  根据实际情况,做出了相应的设计。然后对设计完毕的整个系统进行试验整理。对其纵向温场、重复性等特性进行分析,符合实验要求。再对该黑体辐射源进行了不确定度评定,评定结果符合设计的要求。
[博士论文] 李春
光学 中国科学院大学;中国科学院研究生院 2011(学位年度)
摘要:FHz科学急需发展更高功率的THz源。强场THz源的稀缺己成为现代THz研究体系中的一大软肋。在THz频段研究激光一等离子体相互作用不但为人们研究极端条件下的等离子体动力学提供了机会,也为研究新的强场THz辐射源提供了可能。
   本论文第一部分对我们实验室基于强激光等离子体相互作用的新型THz强场辐射源的实验研究工作做了系统的介绍。
   针对基于大气通道的THz辐射源所遭遇的随入射激光能量增强而面临的饱和问题,我们提出了一种非常容易操作的方法,仅用一个光阑来控制泵浦激光的光束尺寸,提高了双色光泵浦机制的能量转化效率,在实验中观察到了大于8倍的THz辐射电场强度增强现象,即辐射能量增强了70倍。
   针对我们工作的重点——固体密度等离子体,我们实验室利用TW激光和固体靶相互作用,在0.1sr的立体角内观测到了靶前向单发能量高达微焦量级的强源。在此基础上,我们对这种新型THz辐射源的各种性质进行了多方面的考察,通过控制各种实验参数,如激光入射角,能量,偏振,对比度,以及靶材料,靶结构等,对源的输出效率进行了优化。我们发现THz辐射源的输出强度随入射激光能量的增加单调增强,并且和预等离子体尺度密切相关。我们在对各种实验数据和结果分析处理的基础上,提出了一种全新的THz辐射产生机制,认为在大角度斜入射时,我们观察到的THz辐射的电流源是在靶面静电场和静磁场共同作用下自发形成的靶面电流。
   本论文第二部分介绍了我在博士就读期间在实验室建设方面所做的工作,主要是利用LabVIEW开发平台,针对我们实验室使用的激光器和靶场的特殊需要,自主开发或主持设计了几套自动控制系统,主要包括靶台三维平动调节控制系统,三阶相关仪控制系统,以及适用于低重复频率激光器的光束自定位系统。
[硕士论文] 余锴
核技术及应用 北京大学 2010(学位年度)
摘要:Terahertz(THz)辐射是指频率在100GHz-10THz范围内,波长介于3mm-30μm之间的电磁辐射。THz辐射位于微波和红外辐射之间,携有丰富的物理化学信息,并具有瞬态性、透视性、宽带性、低能性等特点,是一个非常重要的前沿交叉研究领域。随着THz科学技术的发展以及相关应用研究的深入,对于高功率THz辐射源的需求正日益增强。本文以北京大学超导加速器实验平台为基础,围绕可调谐高功率相干THz辐射源的设计展开研究,旨在为拟建的北京大学THz装置提供初步的物理设计基础。
   本文首先针对以相对论电子为工作物质产生高功率相干THz辐射的物理机制进行了研究,对影响辐射性能的基本因素进行了探讨,并由此提出了北京大学THz装置的整体设计方案,对装置中工作电子束的品质要求进行了分析。
   本文研究了速度聚束机制在北京大学THz装置注入器中的应用,通过分析注入器工作参数及电子束入射相位对于电子束品质的影响,论证了注入器的灵活可调性,提出了不同出射束流品质要求下注入器工作参数的选择标准。并以装置初始运行时束团电荷量为20pC的情况为基本考虑,设定了注入器最佳的工作模式。
   本文对于北京大学THz装置的束流输运线进行优化设计,分别针对装置小型化与装置实用性的需求,提出了两种束线设计方案。方案一的设计中装置布局紧凑,元件少、体积小。方案二的设计从实际拟建项目进行考虑,引入四极透镜组成的匹配段,使束线安排不但能满足装置应用及实验室布局的要求,并使其具有充分的灵活性,可适应装置更新时对束线兼容性的需求。
   本文对北京大学THz装置的波荡器结构及物理参数进行了设计,并在整体设计的基础上对于装置辐射性能进行了初步评估,探讨了束流品质对于辐射性能的影响。分析结果表明此设计装置可得到波长在400-1200μm内连续可调,峰值功率-KW量级,平均功率-W量级的相干THz辐射,输出辐射且兼具单色性好及线偏振的特点。
  
[博士论文] 张海鸥
核科学与技术 中国科学技术大学 2003(学位年度)
摘要:论文从实验各理论两方面对磁铁材料表面氧化铝等离子体涂层的真空吸附行为特性和机理进行了进一步探讨和研究.首先探索了等离子体喷涂工艺参数对涂层性能的影响.制备了若干种不同喷涂参数的样品,通过电镜等测试手段找出具有最佳孔隙度和较好粘结性的涂层以便对喷涂工艺参数进行优化筛选;以最佳喷涂参数为参考,分别制备了三种粉末材料的涂层作后续实验样品,并用电镜等手段进行了形貌表征.通过利用激光诱导脱附和用光电子能谱XPS的实验手段分析了涂层表面可能存在的吸附气体成分和基团.在理论上对氧化铝涂层与真空室6种常见残余气体成份H<,2>、H<,2>O、CO、N<,2>、CH<,4>和CO<,2>等作用的体系结构进行了量化分析,使用专业计算软件GAUSSIAN98并以两种算法和若干基组做了计算,给出了稳定构型、结合能、键长、频率、布居数等参数.结合计算结果对涂层真空吸附残余气体谱和激光诱导脱附谱的谱峰分布作了分析.
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