摘要：光学捕获经过近几十年的发展,从光学悬浮到紧密聚焦的单光束光镊再到最近发展的多种类型的光学阱,已经可以捕获包括碳、金属氧化物、花粉、孢子、无机/有机液滴等多种不同类型的粒子,结合拉曼光谱、腔衰荡光谱或激光诱导击穿光谱可以获取悬浮微粒在原生状态下的物理和化学信息,并可以实现受控气氛环境下单粒子的化学反应研究。首先,本文根据微粒的吸光性对空气中微粒的光学捕获力的来源进行了介绍,透明微粒主要受辐射压力的作用,吸光微粒主要受光泳力的作用;然后,根据光学捕获力的不同对单光束、双光束、高斯光束和空心光束等光学捕获设计进行分类介绍;最后,综述了光学捕获与光谱技术结合起来用于单粒子研究的最新进展,并讨论了光学捕获拉曼光谱面临的挑战。

摘要：在拉曼光谱测试中某些物质存在荧光发射背景,由于荧光强度一般比拉曼散射强度高几个数量级,在荧光干扰时几乎无法获得有效的拉曼光谱信号。为抑制荧光背景,可选用近红外波段激光作为激发光源,而硅基探测器在1 000 nm以上波段时光量子效率严重下降,导致近红外拉曼光谱仪器难以探测3 000 cm^(-1)以上的波段,存在荧光抑制效果与检测范围无法兼顾的问题。由于高波数的拉曼特征峰是识别材料种类和解析材料结构的重要依据,如氨基的N—H伸缩振动峰在3 300 cm^(-1)附近、 OH-伸缩振动峰在3 650 cm^(-1),这些基团是分析材料腐蚀产物、水合物、有机物等的重要依据。因此,迫切需要开发一种解决拉曼光谱仪器无法兼顾荧光抑制效果和检测光谱范围问题的方法。该工作提出一种采用光谱仪固定检测波段、 730和830 nm双波长激光“接力”激发的方案(即830 nm激发低波数拉曼、 730 nm激发高波数拉曼)。通过双激光波长“接力”激发、固定检测波段的新设计,可有效拓宽检测范围至200~3 700 cm^(-1),并且不会降低光谱分辨率(达到6 cm^(-1)),与此同时整机光路无机械可动部件,可靠性高便于实现便携式设计。通过样机进行测试,证明该技术方案具备高灵敏度、较好荧光抑制效果、宽检测范围和较高光谱分辨率等优势。通过研制的双波长近红外拉曼光谱仪获得了铀腐蚀产物、有机涂层下的LiH潮解产物的清晰拉曼信号,解决了特种材料无损检测的技术难题。该技术也适用于其他研究及检测领域,特别是拉曼散射截面小、荧光背景高的物质检测。由于双波长近红外拉曼光谱仪可覆盖200~3 700 cm^(-1)检测范围,为多数水合物、含羟基及氨基官能团物质的拉曼检测提供了一种可行的技术途径。

摘要：气体监测与我们的生活息息相关,氢气作为一种理想的研究模型更是受到广泛关注。拉曼光谱作为一种气体分析手段,具有无损非接触等优点。气体拉曼光谱测量存在的一个主要问题是拉曼散射信号弱。在一些特定场景下,需要信号采集时间较短,因此获得的拉曼光谱信噪比低。压缩感知方法作为一种新发展起来的信号处理手段,不仅可以压缩采样,缩短采样时间,而且可以降噪,提高信噪比,以更好地实现原始信号的恢复和重建。该研究以氢气和氘气为测量对象,分别采用洛伦兹函数设计原子构建字典OMP(orthogonal matching pursuit)算法重构和傅里叶变换滤波后多个正交基构建正交基字典OMP重构两种压缩感知方法分析氢同位素气体的拉曼光谱。通过对仿真数据和实际测量数据的处理,比对了两种压缩感知分析与小波软阈值、小波硬阈值和SG(Sawitzky-Golay)滤波处理的谱峰强度效果以及信噪比和均方根误差,证明洛伦兹函数设计原子构建字典OMP算法重构可以用于氢气拉曼光谱降噪。

摘要：基于实验设计研究了应变参数对锆合金动载下塑性变形机制的影响。通过控制应变速率,采用应变限位环的方法实现了锆合金高应变速率下应变参数的单一分离,应变速率为2300 s^(-1)时,获得了4个不同的应变水平:0.11、0.21、0.30、0.33。基于锆合金高应变速率不同应变下微观组织的表征,预测了应变参数对锆合金动载下塑性变形过程的影响。结果表明:形变带和转变带是锆合金不同应变阶段塑性变形的重要方式,形变带内部由严重变形的晶粒组成,而转变带内部主要由100~300 nm的细小等轴晶粒组成。在变形初始阶段,锆合金变形以柱面滑移和锥面滑移为主,以孪生为辅;随着应变的增加,位错持续增殖,位错的塞积导致应力增加,直至最大抗压强度;当应变达到一个临界值时,形成形变带;随应变继续增加,形变带发生动态再结晶,演化为转变带;应变继续增加,便会在剪切带内部诱发微空洞、微裂纹,直至材料断裂。

摘要：在聚变裂变混合堆概念设计中,铀钼合金除承担裂变放能的作用外,还需要作为结构材料,因此对其高温力学性能应予以关注。采用真空感应熔炼法制备了铸态U-10%Mo(质量分数)合金并进行了均匀化热处理,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)方法对其相结构和显微组织进行了分析,测试了样品在室温和400,500,600℃下的高温力学性能。实验发现,铸态U-10%Mo合金晶界处存在大量铀的碳化物和氧化物杂质聚集,这可能是其呈脆性沿晶断裂的原因所在。随着试验温度升高,合金的极限强度有所下降。

摘要：利用Gibbs自由能判据计算了室温和1000 K温度下Ti-Al体系非晶形成成分区间。计算结果表明,Ti-Al非晶形成区间为10%~80%（原子比）Ti。在计算结果的指导下,设计薄膜的成分区间,利用非平衡多靶溅射沉积开展了Ti-Al非晶薄膜在Si和U基上的形成研究。实验在不同脉冲偏压、沉积速率、基体初始温度下进行,薄膜组元成分通过不同靶材的沉积速率来控制完成。利用X射线衍射、扫描电镜、俄歇分析谱仪分析了薄膜的组织结构、表面及界面形貌和成分区间。结果表明,Ti-Al体系在U基上未能获得非晶薄膜,而在Si基上获得了非晶薄膜。所选工艺下,Si基上Ti-Al非晶薄膜形成的成分区间为25%~40%Ti,60%~75%Al。为了能在U基上获得非晶薄膜,加入了第三组元Ni,成功地获得了Ti-Al-Ni非晶薄膜。

摘要：利用磁控溅射成功制备了Ti/ZrCo/Ti、ZrCo/Ti/ZrCo/Ti多层复合薄膜,研究了复合薄膜的微观结构与贮氢性能,深入探讨了所制备复合膜作为氘氚中子发生器氚靶部件的应用可能性。结果表明,所制备的多层复合薄膜是由ZrCo相和Ti相组成,各膜层间的界面清晰可辨。相比ZrCo等单层薄膜,夹层Ti的引入不仅显著提升了复合薄膜的吸氢量,还使薄膜氢化物具有较高的稳定性。更可喜的是所制备ZrCo/Ti储氚复合膜未发生明显歧化反应。本工作所构建的ZrCo、Ti相互交替的多层复合膜结构,拓展了ZrCo合金的应用领域,可为高容量、高热稳定性新型复合膜氚靶材料的设计开发提供重要参考。

摘要：深入理解辐照条件下氢同位素与CO_(2)反应的微观机制,可为聚变堆氘氚燃料循环工艺的优化设计提供数据支撑。基于此,采用第一性原理计算研究了等离子体放电条件下H_(2)和CO_(2)的微观反应机制,研究了不同温度和氢同位素效应对反应过程的影响。通过内禀反应坐标(IRC)算法结合反应过渡态获得4条初始反应路径,并对比研究了生成产物CH_(4)及CH_(3)OH的2条路径在热力学上的容易程度,以及不同氢同位素对各个反应的影响。研究发现,氚的自发衰变或等离子体中的高能电子都会诱导氢同位素与CO_(2)发生反应,形成CO、H_(2)O、CH_(4)及CH_(3)OH等产物;在高能电子诱导CO_(2)的离解后,由4条初始反应路径组成的复杂反应可以自持发生,且该复杂反应中存在2种倾向;升高反应温度对CO_(2)转化为有机物(CH_(4)和CH_(3)OH)具有一定的促进作用。

摘要：以氚释放为安全分析的重点,根据氚多重包容的安全概念设计,分析了TBM氚处理系统的一种布局方式。从安全的角度进行了TBM氚处理系统的功能和材料分析,根据运行状态或危险给出了TBM氚处理系统可能存在的四个不安全状态,确定了在不同的系统状态工作人员处于不同的应急水平,应采取不同的应急措施。最后,在上述研究的基础上进行各级氚包容系统氚释放的预先危险性分析(PHA),得到了事故原因和危害后果,并提出预防氚释放危险的安全措施。

摘要：随着时间延长,储存在压力容器中的氚大部分衰变产生氦-3,极少部分通过容器内表面渗透到容器壁材料中.在容器壁中的氚又一边扩散直至通过容器外表面渗透到容器外,一边衰变产生氦-3滞留在壁中.渗透到容器外部的氚会污染环境,危害人身健康与安全,因此需要对其渗透量加以分析和防控.针对容器外表面为一般传质边界条件和容器内部氚为范德华气体的情况,同时考虑容器内部氚的衰变与渗透和容器壁中氚的衰变、扩散与渗透,建立了储氚容器中氚向容器外渗透的解析理论模型,导出了通过容器外表面的氚渗透总量和衰变后剩余量的理论公式.通过解析计算给出了容器外氚渗透总量和衰变后剩余量随时间的变化规律,以及氚渗透总量随容器外表面传质系数和容器壁厚的变化规律.与理论计算对应,开展氚储存实验与测试,对储氚容器外部密封包装容器内的氩保护气取样,采用正比计数器方法测量氚浓度,再换算得到了容器外氚的瞬态量.对比分析了解析计算结果与实测结果,表明了理论计算的合理性.所得到的氚渗透量随储存时间等参数的变化规律对储氚容器的设计具有理论指导作用.