一、pA量级质子束流测量系统（论文文献综述）
张艳文,郭刚,肖舒颜,殷倩,杨新宇[1]（2022）在《中能质子注量率测量》文中进行了进一步梳理质子是太空辐射环境中的主要粒子成分,随着半导体工艺向着小尺寸高集成度方向不断发展,质子单粒子效应不容忽视.通过加速器模拟空间辐射进行地面实验是评价质子单粒子效应最重要的手段,质子注量率的准确测量是器件考核评估过程中最关键的环节.本文基于原子能院100MeV质子单粒子效应辐照装置,突破了宽量程中能质子注量率测量技术,开发了法拉第筒、塑料闪烁体探测器和二次电子发射监督器等探测工具,可以对束流进行宽量程范围准确测量,解决了质子注量率在106—107 p·cm-2·s-1范围内难以测量的关键难题,并进行了注量率不确定度的分析研究,同一注量率下法拉第筒和塑料闪烁体探测器的实验测量误差与理论分析误差相符.对中能质子注量率测量达到了国际同类装置水平.该研究建立的中能质子注量率测量系统和不确定度分析方法,为准确评估元器件辐射效应奠定了基础.
魏绪波[2]（2021）在《6×1012n/s强流中子发生器ECR离子源与前分析系统研制》文中研究表明DD/DT强流中子发生器是重要的准单能中子源,可应用于中子照相、核数据测量、中子探测器标定、抗辐射加固及材料辐照等,在科研、医疗、生产与军事领域均有广泛应用价值。兰州大学在研制一台强流中子发生器,预期DD中子产额6×10109)/,DT中子产额6×1012n/s。该中子发生器主要由倍压高压电源、2.45 GHz电子回旋共振（Electron Cyclotron Resonance,ECR）离子源、前分析系统、加速管和旋转靶等几部分组成,ECR离子源产生的强流氘离子束经前分析系统注入400 k V静电加速管,加速后轰击氘靶或氚靶产生中子。本论文围绕6×1012n/s强流中子发生器的离子束需求,完成了ECR离子源与前分析系统的研制。ECR离子源用于为强流中子发生器提供所需离子束,设计目标是引出60 m A氘离子束,调试状态下引出80 m A氢离子束。前分析系统主要作用是分离离子源引出束流中的多原子离子,降低加速管电流负载,提高靶寿命和中子产额,同时调整束流以匹配加速管注入需求,前分析系统束流强度设计指标为输出35 m A D+束或50 m A质子束。主要工作内容如下:完成了一台全永磁ECR离子源束流调试与改进工作。引出孔为6 mm,引出电压为50 k V时,离子源能够引出大于80 m A的氢离子束。离子源可以在较大的进气量（0.5-10 sccm）与微波功率（300-800W）变化范围内工作,引出束流强度峰值一般出现在进气量为1.7-2.0 sccm,微波功率400-700 W之间。放电腔中轴线上磁感应强度接近875 G,微波窗附近磁感应强度较高且存在ECR共振面时,更容易引出较强的离子束。微波窗材质与厚度对引出束流强度和质子比有显着影响,2 mm厚的氮化铝微波窗可以获得更高的引出流强与质子比。针对ECR离子源强直流束引出工作状态下,微波窗易损坏的问题,研究了微波窗在微波、等离子体和回流电子作用下的温度和应力分布。结果表明增强水冷效果可以降低微波与等离子体对微波窗影响,增加陶瓷微波窗表面氮化硼厚度可以降低回流电子束的影响,减小微波窗损坏概率,延长离子源寿命。针对ECR离子源引出区打火问题,总结分析了不同打火现象成因及应对,在此基础上改进了离子源引出系统,降低了引出区打火频率。完成了前分析系统设计,前分析系统可传输80 m A/50 ke V的氢离子束或60m A/50 ke V的氘离子束,能够完全分离束流中的多原子离子并匹配加速管注入需求。前分析系统由螺线管、校正磁铁、分析磁铁、三重四极透镜及真空系统等组成,计算了前分析系统束流传输包络和各磁铁磁场分布。完成了ECR离子源与前分析系统实验平台的搭建和调试。离子源引出氢离子束大于70 m A时,前分析系统末端质子束流强大于50 m A,束流半径小于20mm,可以满足强流中子发生器对束流强度的需求。
牛小飞[3]（2021）在《CiADS超导测试中心2K低温系统研制》文中进行了进一步梳理加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）是一台用于加速器驱动嬗变研究的ADS装置,由中科院近代物理研究所承建,项目于2018年在广东省惠州市开工建设。该装置能够开展超导直线加速器、高功率散裂靶、次临界反应堆等系统稳定、可靠、长期运行的策略研究。CiADS超导直线加速器为了达到更高的能量,更高的品质,更高的稳定性,要求射频超导腔具有更高的性能,因此加速器所有超导腔设计运行在2 K超流氦温区。超导腔上线运行之前必须对其性能进行测试以获得其性能参数,确保腔体性能满足设计要求。在调研了国内外2 K低温系统的研究进展后,基于CiADS的工程需求,提出了一套用于超导腔垂直测试的2 K低温系统设计方案。本研究对2 K低温系统流程组织与设计、低温系统热力分析与计算、主要设备的设计与选型、关键设备负压换热器的研发以及系统调试、运行等方面做了较系统的工作。该2 K低温系统采用了一些新设计,2台测试杜瓦可以自由切换,超导腔测试可以连续进行,减小了降温、回温过程,缩短了性能测试的等待时间,能够满足项目建设期间腔体性能测试需求。同时,此套低温系统还具备负压换热器试验、低温热声振荡等其它低温实验测试功能。系统具有一些独特的设计,首次将低温阀箱、负压换热器等设备安置在杜瓦上部侧面,节省了杜瓦径向空间;为了获得2 K温区下更高的温度测量精度,设计了新型管、内外温度测量结构,采用了新的测量仪表和方法。在低温系统搭建完成后,对超导腔2 K低温测试系统进行了降温冷却实验研究,系统从300 K到4.5 K连续冷却及积液过程用时30小时,从4.5 K到2 K超流氦的获得过程用时2.5小时,满足设计需求。至今,系统稳定运行并已交付使用,总共完成了Nb3Sn、铜腔镀铌、纯铌腔等不同超导腔的垂直测试20余次。系统运行稳定,液氦压力稳定在3000±10 Pa以内,液位控制在指定液位的5%以内。本研究所涉及的CiADS超导测试中心低温系统的成功研制不仅为超导腔的低温测试提供可靠的保障,还为十二五大科学工程HIAF、CiADS等超导直线加速器大型2 K低温系统的设计、建造积累了丰富的经验。
马瑾颖[4]（2021）在《Ponderomotive和Microphonics效应对超导腔稳定性影响的研究》文中进行了进一步梳理加速器驱动嬗变研究装置（China initiative Accelerator Driven System,Ci ADS）作为安全高效处理核废料的有效手段,其连续波质子超导直线加速器的设计能量和流强分别为500 Me V和5 m A,束损限制指标为0.1 W/m,这对直线加速器的稳定性和可靠性提出了极高要求。CAFe装置（Chinese ADS Front-end Demo linac）即25Me V质子超导直线加速器示范样机的运行表明,超导腔的机械不稳定会严重影响超导腔中电磁场的稳定。源自机械因素的超导腔不稳定性主要有Ponderomotive效应和Microphonics效应。其中,Ponderomotive效应是由直接作用于超导腔的机械力如液氦压力、频率调谐器的调谐力等静态或准静态（相对于电磁场建场时间）变化所产生,以电磁场作用于腔壁的洛伦兹力为媒介,它可能引发腔中电磁场与腔壁机械形变之间的自激耦合振荡,是机电共振的一种形态;而Microphonics效应是指超导腔吸收了外部传入的机械波的能量,腔壁发生受迫振荡,使得腔谐振频率产生周期性的波动,从而引发腔中电磁场幅相的周期性振荡。一般情况下机械波能量较低,只对腔体产生微扰,所以称之为颤噪。关于超导腔的机械与电磁耦合不稳定性,国际上已有较多研究成果。但主要集中于脉冲工作的高β超导腔,对于强流连续波工作方式的Ci ADS中低β超导腔,可供借鉴的成熟经验相对较少。本论文立足该问题,以Ci ADS现阶段超导腔的机械和电磁性能指标的设计评估、以及将来运行中的不稳定性抑制为导向,开展了超导腔机械与电磁相互作用的物理分析方法的改进和完善、超导射频系统仿真程序的开发、Ponderomotive和Microphonics效应的仿真评估、超导腔电磁和机械特性参数以及Ponderomotive和Microphonics不稳定性的测量等方面研究。超导腔机械与电磁相互作用的物理分析涉及两个核心问题:其一是作用力（洛伦兹力和机械力）、腔体弹性形变运动以及电磁能与机械能的转换;其二是功率源和束流在腔谐振频率处于时变状态下的建场。对于前者,现有方法是利用腔体电磁能积分公式得到腔壁形变所导致的频率变化和电磁储能变化之间的关系,它的缺点是通常只能定性分析或求解静态平衡关系,对动态过程难以进行定量的数值计算;对于后者,传统的传递函数方法较难处理时变过程。因此,本文基于腔体的RLC并联等效谐振电路的冲击响应模型,发展了一种离散化的腔压周期性迭代方法,当超导腔谐振频率动态变化时,可以逐射频周期的求解功率源和束流在腔中的建场。同时,将腔壁的机械弹性形变等效为RLC并联电路中电容极板在弹簧牵引下的直线运动。腔壁所受的洛伦兹力等效为电容极板间的电吸引力,外部机械力也等效施加于极板上,腔壁弹性恢复力等效为弹簧拉力;并且腔壁形变所产生的谐振频率变化以及相应的腔电磁储能变化可以用极板间距改变所产生的电容量变化和相应的电容储能变化进行描述。整合以上处理方法,首次得到了满足能量守恒的电磁-机械耦合的动力学迭代方程,该方程可用于程序求解Ponderomotive效应和Microphonics效应作用下的超导腔体的时变状态。此外,利用以上电磁-机械力学模型,推导了洛伦兹力和机械作用力的静态平衡方程和电磁-机械耦合场的势能关系,得到了Ponderomotive效应下的非稳态平衡极点的数值解,其结果与传统方法完全一致,并且与CAFe装置上进行的Ponderomotive效应的实际测量较为吻合。基于腔压的周期性迭代算法和电磁-机械耦合理论构建了高频系统仿真程序。利用仿真程序对Ponderomotive效应和Microphonics效应展开了深入研究。在Ponderomotive效应仿真中,利用仿真得到了腔中电磁场的振荡和陡降现象,这与在CAFe装置上测量的现象一致,为后续Ponderomotive效应的分析奠定了基础。研究了Ponderomotive效应对幅相稳定性的影响与机械时间常数和机械调谐偏差、谐振态洛伦兹力失谐量之间的关系。依据仿真评估,给出了Ci ADS超导腔机械强度和工作场强的设计边界,即极限场强所对应的洛伦兹力失谐与腔射频半带宽的比值不超过3的要求;在Microphonics效应仿真中,研究了Microphonics振荡的频率和幅度对电磁场幅相稳定性的影响,发现其主要影响相位稳定,相位波动程度取决于Microphonics振荡幅度与腔体半带宽的比值、振荡频率与腔体谐振频率的比值,并得到了具有普适性的关系图。同时,根据Ci ADS对超导腔体幅度、相位稳定性的要求（分别为0.1%和0.1°）,利用仿真结果对各类型腔体所容许的Microphonics强度限值提出了要求,为Ci ADS超导腔系统的机械环境的稳定性指标设计提供了依据。为了对腔体的特性有清晰的认识,论文利用传统方法测量了腔体的有载品质因数、洛伦兹力失谐系数等参数;此外,基于本论文建立的理论模型,新发展了利用电磁场下降沿测量腔体的机械时间常数和腔体的射频谐振频率的方法,并进行了相关测试验证。与常规的机械冲击响应测量时间常数的方法相比,该方法更为简单易行;与常规的最小反射或最大腔压的谐振判据相比,该方法可以更精确的测量超导腔的谐振频率。在CAFe装置上开展了Ponderomotive和Microphonics效应的实际测量研究,并构建了一套机械振动性能监测系统与射频频谱测量相配合。利用改变射频输入信号频率,产生腔体失谐的方法,观测了Ponderomotive不稳定性发生的过程,并得到了腔体加载电磁场强度和频率失谐量与Ponderomotive振荡强度之间的关系。利用机械振动监测与射频频谱测量,分析了CAFe超导腔的Microphonics不稳定性与机械振动源的关联,筛查排除了一些Microphonics扰动源,提高了超导腔的稳定性。
陈娇娇[5]（2021）在《速度调控氦原子束精密谱研究》文中研究说明简单原子系统的精密光谱是检验基本物理定律和测定基本物理常数的有力工具。氦原子是最简单的多电子原子,可以通过全量子从头计算方法得到高精度的理论计算结果,这使得氦原子成为一个直接检验量子电动力学理论（QED）的平台。一方面,高精度实验测量结果和理论计算值的比较可对相关理论进行检验,若它们之间存在显着的差异,则或许存在未知的系统效应,甚至为发现标准模型之外的新物理提供实验依据;另一方面,在理论计算正确的前提下,高精度实验测量值可用以确定一些基本物理常数。高精度的氦原子光谱可以用于测定精细结构常数α,以及测定氦核半径等。通过对激光光谱实验、电子散射实验、μHe+实验所测定的α核半径进行比较,甚至可在低能尺度范围内检验标准模型中轻子电磁相互作用的普适性。本论文首先介绍了与氦原子相关的物理学研究进展、QED理论的检验并重点介绍了氦体系的精密光谱研究。对氦原子23S-23P跃迁,阐述了国际上不同研究组实验测量与理论计算精度的近况,以及与该跃迁有关的核电荷半径及同位素位移的研究情况。针对基于原子束流的精密光谱实验的特性,我们搭建了一套高亮度、高稳定度、速度可调的氦原子束流装置。该套实验系统分为原子束流和光学系统两部分,对其结构和设计原理进行了详细说明。相较于我们之前的实验装置,系统做了相当大的改进。优化结构后的源腔改装了更大抽速的分子泵,使其真空背景气压改进了一个量级,减少了亚稳态氦原子的碰撞损失。添加塞曼减速器,实现对原子束流纵向速度的连续可调,同时也增大了处于某一特定速度上的原子束流通量。在塞曼减速器的出口增加了2D-MOT,进一步压缩束流发散角,提高束流强度。利用反馈控制的方法,通过一个稳束流系统提高束流稳定度。系统性能测试结果显示原子束流的纵向速度可变范围达50-450 m/s,且束流温度小于10 mK,处于单一动量、单一量子态上的原子束流强度达到1.8 × 1013 atoms/s/sr,在100 s积分时间的不稳定度仅万分之二。我们采用基于激光冷却、聚焦、偏转亚稳态氦原子束的方法,利用施特恩-盖拉赫磁铁实现单量子态探测,同时采用光学频率梳对激光频率进行标定。文中详细说明了 4He原子23S-23P能级跃迁研究的实验方案以及对初步实验结果的系统误差分析。对原子束流实验中通常需要考虑的一阶多普勒频移,由于该束流系统实现了纵向速度可调,因此可采用速度外推的方法获得跃迁频率,实现了对一阶多普勒效应等系统误差更好的评估。目前,我们在这套束流装置上已实现对4He 23S-23P跃迁中心频率的测量,初步实验结果与我们实验组之前的测量值在误差范围内一致,预计实验精度可提高2倍,首次进入亚kHz量级。结合理论对该能级计算结果的进一步确认,原则上足以得到好于1%精度的氦核半径。同时在这套束流装置上待完成4He和3He 23S-23P跃迁频率的测量,我们希望能帮助找到这两个同位素核电荷半径的平方差仍存在相当大的偏差的原因。
魏康[6]（2021）在《基于中子诱发锕系元素核裂变的二维断点理论的研究及裂变TPC探测器的研制》文中指出原子核裂变作为一种剧烈的衰变方式,在中低能核物理的研究中发挥着极其重要的作用。同时它也包含着丰富的物理学信息,如壳结构、自旋以及质量和电荷的不对称性等。此外,它还会导致天体演化中r-过程的终止。然而时至今日,由于复杂的量子效应以及实验技术的限制,理论和实验上仍存在一系列悬而未决的问题。目前理论研究普遍认为核裂变存在多种裂变模式,分别对应于裂变母核势能面上存在的多个由鞍点到断裂点的低谷,这使得在裂变过程中裂变母核存在多个不同的裂变路径。但大部分传统的实验研究都针对单一可观测量进行描述,如裂变碎片的质量分布、电荷分布以及能量分布等,并积累了大量的实验数据。而在数据分析的过程中,往往单一可观测量的描述上需要对理论模型中的其他变量进行积分,这就使得裂变母核势能面上的局部结构在实验上难以描述,不同的裂变路径也没办法区分。自然而然地,人们逐渐认识到不同可观测量之间的关联性测量对于进一步提取裂变信息具有相当大的物理意义。并且近些年以来,随着中子束流的能区扩展以及关联技术的发展,中子诱发锕系元素核裂变的关联测量也取得了不错的进展,这使得我们可以更为深入地了解裂变碎片各个参量之间的关系,更好地探索核裂变的反应机制。基于此,在理论上,本论文借助超重核冷融合反应中的双核系统（DNS）的概念,计算了两个裂变碎片形成的双核系统随着质心距离演化的相互作用势。根据能量最低原则,在双核系统演化的中,两个裂变碎片应始终保持着尖对尖（tip-to-tip）的取向。这是因为相比于其他取向,尖对尖的取向具有相对较高的内部势垒和沿r方向较低的外部库仑势垒,这将导致裂变概率的增加。在此基础上,我们探究了双核系统的驱动势随裂变碎片不对称度η的变化,所得结果在一定程度上反应了裂变碎片的产额分布。之后我们将DNS的驱动势引入到二维断点模型（TDSPM）当中并进行了计算,同时原子核的基态形变以及壳的阻尼效应也同样被考虑到模型构建当中。最后,我们利用简化的二维断点模型研究了低激发能（0～20）Me V下裂变碎片的质量、电荷和能量分布。结果表明,通过简化的二维断点模型所得到的裂变碎片产额可以较好地再现裂变碎片产额,与最近公布的同中子素链的裂变实验结果相比,也具有较好地一致性。计算得到的裂变碎片产额在峰位、峰宽以及峰高都与实验数据具有较好的一致性。并且通过分析裂变碎片的电荷分布,原子核的奇偶效应也得到了较好的体现。这表明该简化方法在一定程度上可以重现裂变碎片的产额,这将有助于我们实现裂变碎片的多参数全局测量。在实验上,我们正在搭建基于GEM工艺的裂变时间投影室（TPC）探测器,该裂变TPC探测器主要包含低气压控制系统、基于GEM工艺的裂变TPC探测系统、缓发γ辅助测量系统以及后端电子学读出系统四大部分。整个裂变TPC探测器采用流气式压强自动调节系统,通过模拟得到,为了保证裂变碎片三维径迹的完整测量,该探测器需要工作在25 k Pa～42 k Pa低压环境中。而探测器的读出系统主要是由一块数据获取母板控制13块APV25集成前放构成,总共可以实现1634路电子学的读出。整个读出系统可以实现对单个信号进行连续30个周期采样,每个周期25 ns,共计750 ns。而基于GEM工艺的裂变TPC探测系统作为整个裂变TPC探测器的核心组成部分,主要由两块GEM膜、一块漂移极和一块PCB读出板构成,用于完成裂变碎片的产生,电离,电子倍增以及收集等工作。另外,除缓发γ辅助测量系统外,其余探测器主体结构的加工和搭建基本完成,并在常气压下,利用55Fe源的X射线对探测器性能进行了测试。在低气压下,利用55Fe源的X射线和烟雾报警器中的α源对整个探测系统的性能进行了测试工作。测试结果表明,整个探测器性能稳定,有望在未来实现单个裂变碎片信息的准确测量。
杨伟峰[7]（2020）在《ADS上旋式无窗散裂靶模拟设计与热工流体特性研究》文中研究表明散裂靶是加速器驱动的次临界系统（ADS）中的关键耦合部件,决定着整体系统的功率水平,并维持着系统的安全性与稳定性。液态金属无窗散裂靶（简称无窗靶）在热输运性能方面具有潜在的优势,是适用于ADS的更为先进的候选靶型。无窗靶自由液面的形成方式影响着靶件内部的流场分布特性,进而决定了靶系统的功率水平。上旋式液态金属无窗散裂靶（简称上旋靶,UST）是一种新型的ADS无窗靶概念设计,它使用一个固定式叶轮产生上旋流,上旋流在离心作用下向外喷散而形成自由液面。本论文工作使用计算机辅助设计建模和计算流体力学分析相结合、数值模拟和实验验证相结合的研究方法,主要开展了新型上旋靶的模拟设计与热工流体特性研究。通过研究上旋靶结构型式和结构参数对自由液面下方滞止区的调控作用,确定了上旋靶优选靶型结构及参数,最终建立了优化设计靶型。相比于初始靶型,优化靶型具有更小的滞止区及更好的热输运性能。论文的主要研究内容如下:1、研究了上旋靶各功能段结构参数对靶件内部流场分布和滞止区分布的调控作用。针对起旋叶轮的分析表明,起旋叶轮对上旋靶流场分布的调控作用非常显着,叶轮中轴主要为导流作用,叶轮叶片主要为起旋作用。针对过渡段的分析表明,过渡段长度选取为跟束流入射深度一致即可。针对出流段的分析表明,扩口结构参数对流场分布的影响较小,可以根据靶型设计需要灵活选取。经过对比分析确定了各功能段的优选结构参数,由此建立了上旋靶初步靶型UST-A。相比于初始靶型,UST-A可以减小滞止区体积约79%。2、基于靶型UST-A加工1:1尺寸的实验测试靶件,并搭建可视化水模拟实验回路,开展了上旋靶水力学实验测试,对模拟设计方法进行了实验验证。对实验和模拟结果进行对比发现,在当前工况条件下,自由液面位置分布的实验结果与模拟结果基本一致,实验观察到的流动状态也与模拟预测的比较符合。虽然数值模拟存在一定的误差,但模拟方法仍然可以较好地再现实际的自由液面流动过程,这说明目前的模拟计算方法具有一定的有效性和可靠性。3、为了进一步减小滞止区,针对上旋靶过渡段及出流段进行结构优化。通过在出流段扩口前增加缩口,形成“缩口+扩口”的优化靶型结构,使流体先在缩口处提速,再经扩口向外喷散。研究表明,这种优化靶型可以显着改善自由液面区域的流场分布,极大地缩小了滞止区。针对缩口的分析表明,缩口直径取入口直径的80%,既减小了滞止区,也能保证束流有效作用区域不会太小。针对扩口的分析表明,扩口结构参数对流场和滞止区分布的影响较小,可以根据靶型设计需要选取。最终基于优化结构及参数建立了上旋靶优化靶型UST-B。相比于UST-A,UST-B可以进一步减小滞止区体积约69%。4、针对靶型UST-A和UST-B,在入口流量6～9 m3/h范围内,随着流量的增大,自由液面区域的整体流速增大,滞止区尺寸相应地有所减小,该流量范围适合上旋靶形成稳定的自由液面及流场分布,可认为靶型具有较好的流动工况适用性。靶型UST-B的尺寸扩展后流场分布和滞止区分布的变化很小,反映出靶型具有较好的尺寸扩展性。基于靶型UST-B进行外靶管和内靶管对流场分布的协同分析,在内靶管扩口处增加导流片,用于约束流体喷散方向,从而减弱了外靶管对流动的影响,减小了整体靶型尺寸,使靶件结构更紧凑,由此建立了UST-B整体靶型结构。5、使用GEANT4计算了不同束流条件下靶型UST-A和UST-B内发生散裂反应的沉积热分布,然后加载沉积热进行“流场-温度场”耦合计算分析。结果表明,束流能量和束流分布决定了束靶耦合区范围和沉积热分布;使用圆形束时高温流体区位于滞止区内,使用环形束可大幅降低了流体温升;在同等束流功率下,UST-A比UST-B适用的束斑直径更大,从而具有较低的沉积热功率密度和较低的温升;在同等沉积热功率密度下,UST-B比UST-A具有较低的温升;要保证相同的束流条件,UST-B需要扩展靶型尺寸,会增加靶件的空间占位。总体来说,本论文通过研究上旋靶结构对流场及滞止区分布的调控作用,确定了上旋靶优化靶型,并分析了优化靶型的流场分布性能及热输运性能,评估了靶型适用的流动工况条件和束流条件,具有一定的工程应用前景。
艾鹏程[8]（2020）在《基于卷积神经网络的高能物理事例特征信息在线提取算法研究》文中研究指明以加速器等大型科学装置为代表的高能物理实验是当今物理学的一个重要研究课题,其涵盖了面向实验事实的理论研究,与面向工程实践的探测器和电子学研制等方面。目前,高能物理实验朝着“能量前沿”和“高精度前沿”的方向迅速发展,随着事件率的提高和每事件数据量的增加,研究者逐渐认识到,现有的基于传统统计手段的数据处理方法已难以满足探测器下一代升级的需求,尤其是在本底事件比例高、有效数据通量大和需要在线分析和触发的情况下。在这其中,数据高维度、多重性和高度结构化的特征是高能物理实验数据分析普遍面临的几个主要的挑战。进入二十一世纪的第二个十年,以“深度学习”为代表的人工智能技术正蓬勃发展,俨然成为一个独立的且具有丰富内涵的研究方向,并渗透到实验物理学等多个领域,是当今备受关注的前沿问题。为了应对数据高维度、多重性和高度结构化的特征,需要有新的数据分析手段来利用数据本身的特点,从而在降低算法时间复杂度的同时提高算法的精度。在深度学习最为成功的计算机视觉领域,新的网络架构层出不穷,而这些网络架构大多数基于“卷积神经网络”。与传统的前馈网络相比,卷积神经网络利用了参数共享和平移不变的前提假设,在控制网络参数数量的同时方便了模型的训练和优化,极大地提升了网络模型的性能。理论和实验均表明,基于卷积神经网络的深度学习方法能够有效应对“维度的诅咒”,区分空间上多个不同的实体,并利用输入数据固有的结构化特征。受此启发,针对高能物理实验中不同维度的数据,本文以卷积神经网络为基础,提出了几种新的网络架构,在不同的应用背景下完成了特定的物理任务。主要工作和创新点如下:1.针对基于时间投影室和Topmetal像素读出平面的无中微子双贝塔衰变（0vββ）实验,构造了三维卷积神经网络,在有效提高信号/背景事件甄别能力的同时,也抑制了占主导地位的背景事件。在分析了 0vββ实验原理和相应实验装置特点的基础上,本文首次采用ResNet中残差单元结构用以构造三维卷积神经网络。为了论证神经网络的性能与理论上限的差距,本文设计了一个时间投影室中0vββ实验的Toy Model,进行了二者的分析和对比。针对0vββ实验物理仿真产生的数据,本文比较了二维卷积神经网络和不同深度的三维卷积神经网络,说明了三维结构和网络深度在本问题中的重要性。与传统方法相比,接受相同比例信号事件时,背景事件的接受率由11%降低到4%左右。对于探测器构建中需要处理的体元大小、扩散、噪声等问题,详细的仿真证明了所使用的的神经网络对这些因素的变化具有鲁棒性。2.针对气体漂移室和大阵列Topmetal像素传感器构成的束流测量系统,构造了一个基于分割和拟合的端到端网络,该网络架构能够在事先不知道粒子数目时,准确获取多粒子在三维空间的位置信息。该网络分为基础网络、二值分割和语义分割三个部分,其中二值分割和语义分割共享基础网络,分别用于初始径迹的确定和径迹位置的精确回归。在二值分割和语义分割的基础上,本文在深度学习的软件框架内设计了一个带权重的最小二乘拟合运算,用以结合以上两种分割方式的结果。整个网络架构（包括最小二乘拟合的部分）能够进行端到端的反向传导训练。另外,针对本束流定位问题,本文设计了一个“中心点-角度度量”,结合中心点和方向的偏移,用以评判定位的准确程度。在单径迹和多径迹的条件下,初始位置的分辨率可达到8.8 μm和11.4 μm,角度的分辨率可达到0.15°和0.21°。3.针对以ALICE-PHOS探测器中成形脉冲为例的时间序列,提出了由一维卷积神经网络构成的降噪自编码器,在实验室条件下取得的定时分辨率比曲线拟合方法提高了 20%以上。网络整体架构分为降噪自编码器部分和回归网络部分,其中降噪自编码器中采用了短路连接和通道拼接,用以建立长程的联系。针对高能物理实验中三种常见的变化形式（长时漂移、短时改变和随机噪声）,本文分析了传统曲线拟合方式的优点和局限性,然后使用比较研究的方法,引出了以卷积神经网络为代表的深度学习方法的优势。针对三种变化形式,本文进行了广泛的仿真研究,用以说明神经网络在非理想条件下的稳定性。最后,基于PHOS量能器的前端电子学板,进行了真实环境中的实验工作。实验结果表明,在100 ns成形时间时,神经网络的时间分辨率可达到1.37 ± 0.03 ns。4.在处理时间序列的网络架构和算法的基础上,设计了首款加速高能物理实验中神经网络模型的专用集成电路芯片PulseDL。针对高能物理探测器下一代升级中面临的高数据通量的问题,本文提议在探测器的前端电子学部分使用神经网络集成电路,用于执行特定的信息提取工作,从而降低需要传输的数据通量。设计的神经网络芯片PulseDL主要针对一维的脉冲时间序列,采用的是RISC处理器与定制化处理单元相结合的系统结构。针对特定的物理任务,本文进行了详细的硬件-软件综合设计,着重分析了卷积运算的并行化方法和定点数量化对精度的影响。在GSMCR013工艺上,进行了逻辑综合与布局布线,最终版图面积为24 mm2。仿真验证结果表明,该芯片能耗效率的峰值可达到12.351 GOPS/W。最后,利用实验室的相关硬件条件进行了芯片的测试,证明了该芯片具有多探测器通道的支持能力。
牛海华[9]（2020）在《高功率束流阻挡机理及元件优化设计》文中认为高功率束流阻挡性元件是加速器驱动嬗变研究系统前端示范装置——超导直线加速器中的关键部件,主要用于加速器束流流强的调节控制、束晕的刮除、束流的诊断以及废弃束的收集,包括可调限束光阑、刮束器、法拉第筒、束流剖面及束晕监测器、束流收集器等部件,分别位于超导直线加速器的低能传输线、中能传输线及高能传输线。本文以三种高功率束流阻挡性元件为研究对象,通过对25 MeV质子束与材料的相互作用机理研究,根据质子束在材料中布拉格峰型的能量沉积曲线建立了符合实际的热源模型。为了解决现有束流调试及限束方法存在的缺陷,设计并研制了一种连续可调圆孔限束光阑,保证了C-ADS直线加速器连续波模式的在线稳定可靠运行,填补了国内空白,该设计可为有相同需求的加速器装置所借鉴。针对束流剖面及束晕监测器样机安装现场的法兰孔径小、探头行程大、丝间距小等实际问题,设计并研制了一套束流束晕监测器样机,提出了有效解决方案,并成功实施,此项工作对同行开展束流剖面及束晕监测器的研制具有一定参考意义。针对现有高功率束流收集器的主要问题,进行了束流收集器的结构设计及热流固耦合参数优化分析,为高功率束流收集器样机的研制提供了理论依据。主要研究工作和结论如下:（1）通过蒙特卡罗方法模拟了25 MeV质子束在几种材料中的输运过程,对质子束与材料相互作用的机理进行了研究,计算了质子束在不同材料中的能量沉积及损伤分布,结果表明,质子与靶材的原子核碰撞,使靶材晶格原子发生移位、空位以及产生了间隙原子,其中空位对材料性能的影响起着主要作用。密度越小的靶,质子在靶材中造成的空位越少,对靶的损伤越低。质子束在不同材料中的能量沉积为质子束在材料中热源分布模型的建立提供了依据,保证了束流阻挡性元件的材料选择满足使用要求。（2）根据质子束在不同材料中的能量沉积建立了质子束入射材料的面热源及体热源数学模型,并以束流收集器模型中的碳材为例,计算得出质子束在材料中的深度归一化能损函数,并建立了质子束在碳材中的体热源模型,为束流阻挡性元件的热流固耦合分析提供了理论依据,并通过Fluent中的UDF程序将面热源和体热源分别加载到相应的束流阻挡性元件上并完成了其多场耦合分析。（3）针对C-ADS超导直线加速器连续波模式运行的要求,提出了一对镜像相对转动的转芯结构,完成了可调限束光阑的结构设计,进行了热流固耦合分析,完成了样机的研制以及在线测试,样机已上线安装,实现了超导直线加速器束流流强010 mA的在线连续调节,为质子直线加速器提供了一套便捷的调束方法。（4）针对靶前高功率束流物理特性的研究以及测试安装环境的限制,提出了一种适用于小通道的束流剖面及束晕监测器,多丝束流剖面探头采用多点定位法,实现了在一块长120 mm、宽34 mm、厚5 mm的陶瓷基板正反面分别布置8根横向及纵向的信号丝,丝间距为2 mm,此设计结构紧凑,很好地解决了因安装现场管道小、探头行程大以及多丝束流剖面探头丝间距小导致的监测器样机难以安装及运行的问题,根据束流测量需求完成了样机的结构设计及加工,通过静力学分析及对样机的离线测试,保证了样机的性能满足使用需求。（5）针对束流收集器的优化设计,根据质子束与材料相互作用以及辐照计算的结果,选择导热性好、活化剂量低的碳碳复合材料作为高功率束流收集器的面向束流材料,建立了不同结构束流收集器及其冷却系统的虚拟三维模型,采用有限元分析软件ANSYS Workbench对束流收集器进行了热流固耦合分析,对比了不同结构参数及运行参数对温度场、热应力及热变形的影响,完成高功率束流收集器的设计及参数优化。
冯永春[10]（2019）在《基于电子束扫描的高功率束流剖面测量系统样机研制》文中研究说明近代物理研究所承担的十二五大科学装置项目强流重离子加速器装置（HIAF）将建造新一代高流强、高能量、高束团功率的重离子加速器,电子束探针作为增强器（BRing）束诊设备之一,将为BRing提供非拦截式束流诊断。电子束探针除了能测量束流剖面,还可以测量束流中心位置、束团长度、束流中性化以及束流尾场。相比于传统探测器,电子束探针具有非拦截、可同时测量多个束流参数的优点。本课题的目的是研制一款电子束探针样机,实现对束流剖面的测量,测量误差小于剖面大小的10%。本课题从电子束探针的基本原理出发,采用数值模拟与束流实验相结合的研究思路,全面系统的介绍了如何搭建一套电子束探针系统。主要完成了电子枪的研制和电子束探针系统的搭建,同时,给出了处理实验数据的系统性算法,进而形成了一套完整的电子束探针在线测量系统。束流实验结果表明该系统达到了设计目标。本论文主要研究内容包括:1、编写了一套数值模拟算法。该算法求解的对象是电子束在主束空间电荷场下的运动以及剖面重建,用该算法模拟研究了电子束在coasting束流、三维Gaussian束团、三维Bi-Gaussian束团以及三维Halo束团下的偏转及分布重建,分析了偏转板上升沿时间对三维束团剖面重建的影响;从理论上解释了电子束斑在偏转过程中出现的展宽现象,并给出了解决方案;同时,对重建误差做了分析。2、成功研制了电子枪。分别用CST、SAM、SIMION三款软件优化模拟了电子枪引出结构,基于此,设计加工了电子枪硬件。用狭缝+屏方法测量了电子束发射度,结果比模拟值大0.5～1倍。给出了系统的发射度数据处理流程,通过对原始数据逐轴插值、小波降噪、基于阈值的有效区间（ROI）选择,获得阈值与发射度值的曲线,利用外插值算法可得到零阈值发射度值。测量结果表明电子枪满足电子束探针的要求,达到了设计预期。3、离线测试了电子束探针。用直径为1.5 mm的通电钨针代替主束的方式验证了电子束的偏转,最大偏转角与理论值的相对偏差为3%,重建的钨针轮廓与设计值之间的最大相对偏差为8.5%,最小为0.6%,从侧面验证了电子束探针数值模拟算法的正确性,同时保证了该测量系统对剖面重建的准确性。4、搭建了电子束探针系统并进行了在线测试。搭建了电子束探针在线测量系统,在ECR离子源束线上做了首次在线测试,与单丝测量值相比,相对偏差约为0.5%,达到了电子束探针的设计指标。针对含噪声离散数据点的求导操作,采用了基于先验分布的最小二乘拟合法和模型无关的基于机器学习的核岭回归（KRR）算法。5、给出了热电子发射五维相空间随机数生成算法。针对SIMION软件无法模拟热发射现象,作者通过理论公式推导,给出了满足Maxwell-Boltzmann分布的五维随机数生成算法,将生成的五维随机数导入SIMION,可用于热发射现象模拟。电子束探针是国内第一款基于电子束扫描原理而研制的用于高功率加速器剖面测量的非拦截式束诊设备,自制电子枪在1米远的屏上能得到σ～0.5 mm的束斑,在线测量结果与单丝测量值相比相对偏差约为0.5%。整体来看,电子束探针达到了设计目标。
二、pA量级质子束流测量系统（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、pA量级质子束流测量系统（论文提纲范文）
（1）中能质子注量率测量（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 中能质子探测器测量原理 |
| 3 探测器设计及模拟计算 |
| 3.1 法拉第筒的设计 |
| 1)法拉第筒材料对入射粒子的阻止本领计算 |
| 2)法拉第筒对二次电子收集 |
| 3.2 塑料闪烁体探测器的设计 |
| 3.3 二次电子发射监督器设计 |
| 4 注量率测量实验结果 |
| 5 注量率不确定度分析及讨论 |
| 5.1 注量率测量不确定度来源分析 |
| 5.2 注量率测量不确定度模型建立 |
| 5.3 注量率测量不确定度分量计算 |
| 5.4 注量率j的合成标准不确定度及最终不确定度计算 |
| 6 结论 |
（2）6×1012n/s强流中子发生器ECR离子源与前分析系统研制（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 中子源概述 |
| 1.2 中子发生器 |
| 1.3 2.45 GHz ECR离子源 |
| 1.3.1 ECR离子源在中子发生器领域的应用 |
| 1.3.2 2.45 GHz ECR离子源的起源和发展 |
| 1.4 强流中子发生器分析系统 |
| 1.5 选题意义 |
| 第二章 ECR离子源与前分析系统设计 |
| 2.1 ECR离子源基本原理 |
| 2.2 ECR离子源基本结构 |
| 2.2.1 微波产生与传输系统 |
| 2.2.2 源体与引出 |
| 2.3 ECR离子源整体设计 |
| 2.4 前分析系统设计 |
| 2.4.1 相关理论 |
| 2.4.2 元器件介绍 |
| 2.4.3 方案设计 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 ECR离子源束流强度与质子比调试 |
| 3.1 ECR离子源设计要求 |
| 3.2 束流强度影响因素 |
| 3.2.1 磁场 |
| 3.2.2 放电腔与微波窗相对距离 |
| 3.2.3 其他影响因素 |
| 3.3 质子比测量 |
| 3.3.1 ECR离子源配置 |
| 3.3.2 测量系统 |
| 3.4 质子比影响因素 |
| 3.4.1 引出电压 |
| 3.4.2 微波窗结构和材质 |
| 3.4.3 进气量和微波功率 |
| 3.4.4 阻抗匹配 |
| 3.4.5 磁场和放电腔大小 |
| 3.4.6 管道真空 |
| 3.5 总结与讨论 |
| 第四章 ECR离子源工作稳定性研究 |
| 4.1 ECR离子源工作稳定性问题 |
| 4.2 微波窗结构与损伤分析 |
| 4.2.1 微波窗介绍 |
| 4.2.2 微波窗损伤表现 |
| 4.2.3 微波窗损伤分析 |
| 4.3 微波窗温度与应力分布计算 |
| 4.3.1 模型设置 |
| 4.3.2 结果分析 |
| 4.3.3 解决方案 |
| 4.3.4 实验验证 |
| 4.4 电极打火现象及原因分析 |
| 4.5 引出区改进措施 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 前分析系统设计与调试 |
| 5.1 前分析系统物理设计 |
| 5.2 前分析系统束流传输模拟 |
| 5.2.1 氘离子束引出与传输 |
| 5.2.3 氢离子束的引出与传输 |
| 5.3 磁场和真空腔 |
| 5.3.1 磁铁设计和磁场测量 |
| 5.3.2 真空管道 |
| 5.4 前分析系统调试 |
| 5.4.1 主要结果 |
| 5.4.2 问题与改进 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（3）CiADS超导测试中心2K低温系统研制（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 核能与CiADS |
| 1.2 2K低温系统国、内外应用现状 |
| 1.2.1 2K氦低温系统在大科学装置中的应用 |
| 1.2.2 超导腔测试氦低温系统的发展 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 2K低温系统流程设计 |
| 2.1 2K低温获得方法 |
| 2.2 测试需求 |
| 2.3 系统流程设计 |
| 2.3.1 冷却流程 |
| 2.3.2 纯化流程 |
| 2.3.3 外部循环流程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 2K低温系统热力分析 |
| 3.1 氦物性 |
| 3.2 液氦两相流传输及压降计算 |
| 3.2.1 液氦两相流流动状态 |
| 3.2.2 液氦两相流传输过程中的压降计算 |
| 3.2.2.1 分离流动模型压降计算 |
| 3.2.2.2 均质流动模型压降计算 |
| 3.3 2K低温系统热负载分析 |
| 3.4 氦循环过程热力计算 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 2K低温系统的主要设备设计 |
| 4.1 基于TRIZ理论的设计方法 |
| 4.1.1 系统功能分析 |
| 4.1.2 物理矛盾分析 |
| 4.1.3 运用科学效应及知识库 |
| 4.2 分配与传输设施设计 |
| 4.2.1 主阀箱结构 |
| 4.2.2 传输管线结构 |
| 4.2.3 加热器设计 |
| 4.3 杜瓦设计 |
| 4.3.1 杜瓦工作流程 |
| 4.3.2 杜瓦结构设计 |
| 4.3.3 杜瓦漏热分析 |
| 4.4 泵组选型 |
| 4.5 负压保护 |
| 4.6 设备布局 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 负压换热器的研制 |
| 5.1 换热器设计 |
| 5.2 负压换热器数值分析 |
| 5.2.1 负压换热器三维模型处理与网格划分 |
| 5.2.2 边界条件设置与工质物性参数 |
| 5.2.3 数值模拟结果 |
| 5.3 负压换热器优化设计 |
| 5.3.1 单层内换热翅片数对换热性能影响 |
| 5.3.2 螺距对换热性能的影响 |
| 5.3.3 翅片形状结构对换热器性能的影响 |
| 5.3.4 翅片开孔对换热性能的影响 |
| 5.3.5 优化结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 2K低温系统的实验测试 |
| 6.1 测量与控制系统 |
| 6.1.1 测量系统 |
| 6.1.1.1 温度测量 |
| 6.1.1.2 液位测量 |
| 6.1.1.3 压力测量 |
| 6.1.2 控制系统 |
| 6.2 实验测试 |
| 6.2.1 系统调试 |
| 6.2.2 负压换热器性能测试 |
| 6.2.3 超导腔性能测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（4）Ponderomotive和Microphonics效应对超导腔稳定性影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 核能与ADS系统 |
| 1.1.2 中国ADS系统的发展 |
| 1.1.3 CAFe和 Ci ADS装置高频系统的简介 |
| 1.2 高功率超导加速器稳定性挑战 |
| 1.3 Ponderomotive和 Microphonics效应研究现状 |
| 1.4 论文主要内容 |
| 1.5 论文创新点和意义 |
| 第2章 超导高频系统物理分析模型的发展 |
| 2.1 Microphonics效应和Ponderomotive效应简介 |
| 2.1.1 Microphonics效应简介 |
| 2.1.2 Ponderomotive效应简介 |
| 2.2 超导腔的时域建场模型 |
| 2.2.1 谐振系统的冲击响应 |
| 2.2.2 等效电路及微分方程 |
| 2.2.3 束流建场 |
| 2.2.4 功率源建场 |
| 2.2.5 频率时变过程的电压变化 |
| 2.3 电磁-机械耦合的物理模型及变量归一化 |
| 2.4 力学分析 |
| 2.4.1 静力学分析 |
| 2.4.1.1 机械调谐状态 |
| 2.4.1.2 机械调谐偏差 |
| 2.4.1.3 势能推导 |
| 2.4.2 动力学分析 |
| 2.4.2.1 频率运动方程 |
| 2.4.2.2 离散迭代求解 |
| 第3章 超导腔高频系统仿真程序的发展 |
| 3.1 MATLAB/ SIMULINK简介 |
| 3.2 仿真程序设计构建 |
| 3.2.1 高频腔体和反馈控制模块 |
| 3.2.2 Ponderomotive效应模块 |
| 3.2.3 Microphonics效应模块 |
| 3.2.4 高频系统的整体构建 |
| 3.3 用户界面设计 |
| 3.3.1 GUI的设计 |
| 3.3.2 M文件的定义 |
| 第4章 Ponderomotive和 Microphonics效应仿真评估 |
| 4.1 Ponderomotive效应仿真 |
| 4.2 Microphonics效应仿真 |
| 4.2.1 Microphonics对腔体幅相稳定性的影响 |
| 4.2.2 Microphonics振荡幅度对相位影响 |
| 4.2.3 Microphonics振荡频率对相位影响 |
| 4.3 CiADS的设计评估 |
| 4.3.1 Ponderomotive效应评估 |
| 4.3.2 Microphonics效应评估 |
| 第5章 超导高频腔体与稳定性相关参数测量方法的发展 |
| 5.1 传统方法测量超导腔体部分特性参数 |
| 5.1.1 品质因数 |
| 5.1.1.1 网络分析仪测量QL |
| 5.1.1.2 衰减时间法测量QL |
| 5.1.2 洛伦兹力失谐系数 |
| 5.1.2.1 自激环路 |
| 5.1.2.2 静态洛伦兹失谐 |
| 5.1.2.3 动态洛伦兹失谐 |
| 5.2 超导腔体部分特性参数测量方法的发展 |
| 5.2.1 超导腔谐振频率的测量 |
| 5.2.1.1 高频腔下降沿特性分析 |
| 5.2.1.2 常温腔下降沿 |
| 5.2.1.3 超导腔下降沿 |
| 5.2.1.4 测量原理 |
| 5.2.1.5 HWR腔体下降沿测量 |
| 5.2.1.6 测量结果分析 |
| 5.2.2 机械时间常数的测量 |
| 5.2.2.1 测量方法 |
| 5.2.2.2 测量结果 |
| 第6章 超导腔体不稳定性相关测量 |
| 6.1 Poderomotive效应相关测量 |
| 6.1.1 机械振动性能监测系统设计 |
| 6.1.2 机械振动监测系统性能测试 |
| 6.1.3 机电共振现象的测量 |
| 6.1.4 机械模频率的测量 |
| 6.2 Microphonics测量 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）速度调控氦原子束精密谱研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 氦原子精密谱与QED检验 |
| 1.2 基本物理常数测定 |
| 1.2.1 里德堡常数 |
| 1.2.2 精细结构常数α |
| 1.3 基于氦原子2~3S_1-2~3P_J跃迁的能级理论计算与精密光谱测量 |
| 1.3.1 能级理论计算 |
| 1.3.2 Florence大学饱和吸收荧光探测的调制光谱方法 |
| 1.3.3 North Texas大学基于原子束的单量子态探测方法 |
| 1.3.4 中国科学技术大学(USTC)基于激光冷却原子束流的单量子态探测光谱方法 |
| 1.4 原子跃迁频率与核电荷半径 |
| 1.4.1 质子半径 |
| 1.4.2 氦原子核电荷半径 |
| 1.5 原子跃迁频率与同位素频移 |
| 1.5.1 理论介绍 |
| 1.5.2 基于原子束的单量子态探测方法 |
| 1.5.3 Amsterdam大学在偶极阱中对量子简并气体进行探测的方法 |
| 1.5.4 Florence大学饱和吸收荧光探测的调制光谱方法 |
| 第二章 实验装置 |
| 2.1 原子束流部分 |
| 2.1.1 亚稳态氦原子制备 |
| 2.1.2 原子束流的横向冷却、减速、聚焦、偏转及稳定 |
| 2.2 光学抽运 |
| 2.3 偏置磁场与磁屏蔽 |
| 2.4 梯度磁场与单量子态探测 |
| 2.5 光学系统 |
| 2.5.1 主激光系统 |
| 2.5.2 从激光系统 |
| 第三章 原子束流系统评估 |
| 3.1 原子束流通量 |
| 3.2 塞曼减速效果 |
| 3.3 偏转后的原子速度 |
| 3.4 原子束流稳定性 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 ~4He原子2~3S-2~3P跃迁频率测量 |
| 4.1 实验方案 |
| 4.1.1 探测过程 |
| 4.1.2 拍频扫描及时序 |
| 4.1.3 跃迁线型 |
| 4.1.4 实验光谱 |
| 4.1.5 光压力频移效应 |
| 4.2 系统误差分析 |
| 4.2.1 频率参考与校准 |
| 4.2.2 多普勒效应 |
| 4.2.3 塞曼效应 |
| 4.2.4 反射不对称影响 |
| 4.2.5 Recoil效应 |
| 4.2.6 量子干涉效应 |
| 4.2.7 实验光谱的各加宽效应 |
| 4.2.8 压力频移 |
| 4.2.9 总误差表 |
| 4.2.10 初步实验结果 |
| 4.2.11 小结与展望 |
| 第五章 ~3He同位素位移实验设计 |
| 5.1 减速光频率设计 |
| 5.2 ~3He闭循环系统 |
| 5.3 Stern-Gerlach磁铁设计 |
| 5.4 ~3He塞曼效应系数计算 |
| 5.5 小结与展望 |
| 第六章 总结与展望 |
| Bibliography |
| 致谢 |
| 在读期间参与发表的学术论文 |
（6）基于中子诱发锕系元素核裂变的二维断点理论的研究及裂变TPC探测器的研制（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 原子核裂变 |
| 1.1.1 核裂变的简介 |
| 1.1.2 核裂变理论模型 |
| 1.1.3 核裂变的实验现状 |
| 1.2 基于GEM工艺的裂变TPC探测器的研究现状 |
| 1.2.1 GEM探测技术 |
| 1.2.2 TPC探测器的研究现状 |
| 1.2.3 基于GEM工艺TPC探测器的研究现状 |
| 1.2.4 裂变TPC探测器最新进展 |
| 1.3 论文的研究目的及研究内容 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 第二章 基于二维断断点模型的核裂变理论研究 |
| 2.1 核裂变过程的理论建模 |
| 2.1.1 双核系统 |
| 2.1.2 驱动势 |
| 2.1.3 裂变过程的建模过程 |
| 2.2 简化二维断点模型的理论框架 |
| 2.3 简化的二维断点模型计算结果 |
| 2.3.1 驱动势对裂变碎片产额的影响 |
| 2.3.2 弥散宽度对裂变碎片产额的影响 |
| 2.3.3 裂变碎片的电荷和质量分布 |
| 2.3.4 同中子素的裂变产额 |
| 2.3.5 热中子诱发~(239)Pu的裂变碎片产额 |
| 2.3.6 总动能分布 |
| 2.4 断点模型的未来研究方向 |
| 2.5 本章小节 |
| 第三章 低气压裂变TPC探测器的物理过程 |
| 3.1 气体探测器工作原理 |
| 3.1.1 带电粒子在气体中的电离 |
| 3.1.2 电子和离子的漂移和扩散 |
| 3.1.3 气体中负离子的形成和离子的复合过程 |
| 3.1.4 外加电场与收集的粒子之间的关系 |
| 3.2 低气压裂变TPC探测器结构设计 |
| 3.2.1 低气压控制系统 |
| 3.2.2 基于GEM工艺的裂变TPC探测系统设计 |
| 3.2.3 1664路后端电子学读出系统设计 |
| 3.2.4 缓发γ辅助测量系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 低气压裂变TPC探测器前期安装与测试 |
| 4.1 数据获取系统的软硬件级联调试 |
| 4.2 常气压下裂变TPC的测试 |
| 4.2.1 探测器的搭建 |
| 4.2.2 X射源对探测器性能测试 |
| 4.3 低气压下裂变TPC的测试 |
| 4.3.1 实验仪器的搭建 |
| 4.3.2 利用X射源对探测器进行性能测试 |
| 4.3.3 探测器对α粒子的径迹测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录一: 5MeV的中子诱发~(238)U的部分裂变产物的缓发γ射线衰变几率(仅仅给出计数大于600的数据) |
| 附录二:闪烁体探测器几何接受度的数学推导 |
| 附录三:几种核素放出的特征γ射线 |
| 附录四:PCB读出电极与ADC通道数的一一对应关系表 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（7）ADS上旋式无窗散裂靶模拟设计与热工流体特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 核能安全问题 |
| 1.1.2 核废料处置方法 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 ADS散裂靶 |
| 1.2.2 液态金属无窗靶 |
| 1.2.3 新型上旋式无窗靶 |
| 1.3 论文选题意义及研究内容 |
| 第2章 研究方法及缩比建模 |
| 2.1 靶型设计分析软件 |
| 2.2 CFD基础理论 |
| 2.2.1 湍流模型 |
| 2.2.2 多相流模型 |
| 2.3 CFD模拟流程 |
| 2.4 物性参数 |
| 2.5 上旋靶模型设计 |
| 2.5.1 相似性分析 |
| 2.5.2 缩比建模 |
| 2.6 求解设置及网格分析 |
| 2.7 小结 |
| 第3章 上旋靶流动滞止区与结构参数的相关性研究 |
| 3.1 上旋靶流场与滞止区分布特点 |
| 3.2 调控流场和滞止区的结构因素分析 |
| 3.2.1 入流段结构参数分析 |
| 3.2.2 过渡段结构参数分析 |
| 3.2.3 出流段结构参数分析 |
| 3.3 上旋靶流动特性分析 |
| 3.4 模拟设计方法的水力学实验验证 |
| 3.4.1 实验回路及实验方法 |
| 3.4.2 基于自由液面的实验与模拟对比分析 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 上旋靶结构优化对流场分布的调控作用研究 |
| 4.1 上旋靶结构优化思路 |
| 4.2 优化靶型对流场的调控作用研究 |
| 4.2.1 缩口的调控作用分析 |
| 4.2.2 扩口的调控作用分析 |
| 4.3 上旋靶优化靶型流动特性分析及对比 |
| 4.4 外靶管及内靶管协同分析 |
| 4.4.1 外靶管对内部流动的影响分析 |
| 4.4.2 导流片结构对流动的调控作用分析 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 上旋靶束靶耦合传热特性研究 |
| 5.1 束靶耦合条件 |
| 5.2 上旋靶流动传热特性研究 |
| 5.2.1 靶型的束流适用性分析 |
| 5.2.2 靶型结构与流动传热特性的对比分析 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）基于卷积神经网络的高能物理事例特征信息在线提取算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 高能物理实验概述 |
| 1.1.2 高能物理中的机器学习方法 |
| 1.1.3 深度学习概况 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 方法论和关键问题 |
| 1.4 本文主要工作和创新点 |
| 1.5 本文结构安排 |
| 第2章 预备知识 |
| 2.1 卷积神经网络理论和实践 |
| 2.1.1 神经网络简介 |
| 2.1.2 卷积神经网络 |
| 2.1.3 网络结构的演绎和优化 |
| 2.1.4 优化和正则化方法 |
| 2.2 高能物理实验探测器 |
| 2.2.1 探测器的物理分辨能力 |
| 2.2.2 混合型像素传感器芯片Topmetal |
| 2.2.3 ALICE实验的光子量能器 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于三维卷积神经网络的Ovββ实验事例判选 |
| 3.1 无中微子双贝塔衰变实验 |
| 3.1.1 物理动机 |
| 3.1.2 基于Topmetal-S的TPC读出平面 |
| 3.1.3 基于广度优先搜索的径迹识别 |
| 3.2 三维卷积神经网络设计与优化 |
| 3.2.1 二维卷积神经网络 |
| 3.2.2 三维卷积神经网络 |
| 3.2.3 三维残差神经网络 |
| 3.3 神经网络性能的比较研究 |
| 3.3.1 Toy Model的构造原理 |
| 3.3.2 构造细节和理论上限分析 |
| 3.3.3 神经网络的性能和比较 |
| 3.4 仿真和性能分析 |
| 3.4.1 物理仿真 |
| 3.4.2 数据预处理 |
| 3.4.3 神经网络配置 |
| 3.4.4 2D CNN用于不同粒度的仿真数据 |
| 3.4.5 网络结构对性能的提升 |
| 3.4.6 扩散和噪声的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于端到端神经网络的多粒子束流定位 |
| 4.1 束流测量系统 |
| 4.1.1 背景介绍 |
| 4.1.2 基于Topmetal-Ⅱ-的单粒子测量系统 |
| 4.1.3 CEE实验的束流信息获取 |
| 4.2 传统方法及其局限性 |
| 4.2.1 重心法 |
| 4.2.2 双边沿检测法 |
| 4.2.3 传统方法的局限性 |
| 4.3 多分支端到端神经网络设计 |
| 4.3.1 基础网络 |
| 4.3.2 二值分割 |
| 4.3.3 语义分割和像素分配 |
| 4.3.4 最小二乘拟合及其反向传导 |
| 4.3.5 神经网络架构 |
| 4.4 仿真结果与实验性能分析 |
| 4.4.1 物理仿真 |
| 4.4.2 数据预处理 |
| 4.4.3 神经网络配置 |
| 4.4.4 单径迹仿真和性能分析 |
| 4.4.5 多径迹仿真和性能分析 |
| 4.4.6 实验数据分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于降噪自编码器的量能器脉冲信号特征提取 |
| 5.1 脉冲处理的相关实验背景 |
| 5.2 PHOS量能器的前端电子学和物理分析 |
| 5.2.1 量能器前端电子学 |
| 5.2.2 曲线拟合信息提取方法 |
| 5.2.3 曲线拟合的实践难题 |
| 5.3 神经网络架构设计 |
| 5.3.1 降噪自编码器 |
| 5.3.2 回归网络 |
| 5.4 深度学习的降噪性能研究 |
| 5.4.1 曲线拟合的理论分析 |
| 5.4.2 曲线拟合的仿真验证 |
| 5.4.3 深度学习的优势 |
| 5.4.4 仿真结果对比分析 |
| 5.5 实验及其性能分析 |
| 5.5.1 硬件测试平台的搭建 |
| 5.5.2 神经网络配置 |
| 5.5.3 实验测试结果 |
| 5.5.4 实验结果讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 PulseDL神经网络在线处理芯片设计 |
| 6.1 背景和意义 |
| 6.2 PulseDL神经网络芯片结构设计 |
| 6.2.1 方案论证 |
| 6.2.2 硬件设计 |
| 6.2.3 软件设计 |
| 6.2.4 卷积运算的并行化 |
| 6.2.5 量化的影响 |
| 6.2.6 RTL电路的详细设计 |
| 6.3 数字流程和仿真验证 |
| 6.3.1 逻辑综合和布局布线 |
| 6.3.2 仿真验证方法和结果 |
| 6.4 硬件测试 |
| 6.4.1 测试平台的搭建 |
| 6.4.2 测试固件和软件设计 |
| 6.4.3 结果和分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文总结 |
| 7.2 研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文 |
| 致谢 |
（9）高功率束流阻挡机理及元件优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 离子束与固体材料相互作用的研究现状 |
| 1.2.2 束流阻挡性元件的研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容及章节安排 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 本文章节安排 |
| 第2章 离子束与材料相互作用机理的基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 经典两体碰撞理论 |
| 2.3 散射截面 |
| 2.4 核阻止截面 |
| 2.5 电子阻止截面 |
| 2.5.1 高速离子的电子阻止本领—量子力学扰动理论描述 |
| 2.5.2 线性介电响应理论 |
| 2.5.3 低速离子的电子阻止本领—散射理论描述 |
| 2.5.4 低速离子的电子阻止本领—半唯象描述 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于蒙特卡罗的质子束与材料相互作用机理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 质子在材料中的射程分布 |
| 3.3 质子对材料的辐照损伤 |
| 3.3.1 缺陷 |
| 3.3.2 DPA及 Kinchin-Pease模型 |
| 3.4 质子在材料中的能量沉积和损伤分布 |
| 3.4.1 质子在几种材料中的电子能损 |
| 3.4.2 质子在几种材料中的核能损 |
| 3.4.3 质子对几种材料的辐照损伤计算 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 质子束入射目标材料的热源模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 热分析的基本理论 |
| 4.2.1 热传导 |
| 4.2.2 热对流 |
| 4.2.3 热辐射 |
| 4.3 热流固耦合基本方程 |
| 4.3.1 流体控制方程 |
| 4.3.2 固体控制方程 |
| 4.3.3 传热控制方程 |
| 4.3.4 耦合控制方程 |
| 4.4 质子束入射材料热源数学模型 |
| 4.4.1 面热源模型 |
| 4.4.2 体热源模型 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 高功率束流阻挡性元件的设计及优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 可调限束光阑的设计及研制 |
| 5.2.1 限束原理及结构设计 |
| 5.2.2 核心部件热流固耦合分析 |
| 5.2.3 束流动力学仿真模拟 |
| 5.2.4 在线测试与运行 |
| 5.3 束流剖面及束晕监测器的设计及研制 |
| 5.3.1 监测器样机的束流参数及安装环境 |
| 5.3.2 探头设计 |
| 5.3.3 传动机构及真空密封设计 |
| 5.3.4 样机加工、离线检测及现场安装 |
| 5.4 束流收集器的优化设计 |
| 5.4.1 C-ADS现有束流收集器存在的问题 |
| 5.4.2 材料选择 |
| 5.4.3 结构设计 |
| 5.4.4 结构及热流固耦合参数优化分析 |
| 5.4.5 参数优化分析结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读博士学位期间所发表的论文 |
（10）基于电子束扫描的高功率束流剖面测量系统样机研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 常用剖面探测器介绍 |
| 1.2 电子束探针发展历史 |
| 1.3 论文背景 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 第2章 电子束探针相关理论及模拟 |
| 2.1 电子偏转及束流分布重建理论 |
| 2.2 平行电子束扫描理论 |
| 2.3 数值模拟 |
| 2.3.1 算法描述 |
| 2.3.2 用快速扫描方式重建束流横向分布(单粒子程序) |
| 2.3.3 用快速扫描方式重建束流横向分布(多粒子程序) |
| 2.3.4 用慢速扫描方式重建束流横向分布 |
| 2.3.5 束团纵向分布重建 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 电子枪研制及测试 |
| 3.1 热电子发射理论 |
| 3.2 电子枪模拟 |
| 3.2.1 CST软件优化枪引出结构 |
| 3.2.2 SAM软件模拟热发射 |
| 3.2.3 SIMION软件模拟电子光学系统 |
| 3.2.4 三款软件模拟对比 |
| 3.3 电子枪设计加工 |
| 3.3.1 阴极选择 |
| 3.3.2 高压电源选择 |
| 3.3.3 机械设计 |
| 3.3.4 机械加工及准直测量 |
| 3.4 电子枪调试 |
| 3.4.1 电子枪调试束线搭建 |
| 3.4.2 电子枪伏安特性测量 |
| 3.4.3 发射度测量 |
| 3.5 电子束偏转测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 电子束探针设计以及搭建 |
| 4.1 总体设计 |
| 4.2 磁屏蔽模拟及设计 |
| 4.3 束线安装及机械准直 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 电子束探针初步调试 |
| 5.1 离子源介绍 |
| 5.2 电子束斑聚焦调试 |
| 5.3 偏转板测试 |
| 5.4 基于束流的准直 |
| 5.5 初步测量结果 |
| 5.5.1 离散点求导算法 |
| 5.5.2 第一次测量 |
| 5.5.3 第二次测量 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 格林函数推导 |
| 附录 B 多项式分布电场求解 |
| 附录 C 三维椭球对称GAUSSIAN分布电场求解 |
| 附录 D 三维BI-GAUSSIAN分布电场求解 |
| 附录 E 三维HALO分布电场求解 |
| 附录 F 五维MAXWELL-BOLTZMANN分布随机数生成 |
| 附录 G 实验数据处理算法 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、pA量级质子束流测量系统（论文参考文献）
- [1]中能质子注量率测量[J]. 张艳文,郭刚,肖舒颜,殷倩,杨新宇. 物理学报, 2022(01)
- [2]6×1012n/s强流中子发生器ECR离子源与前分析系统研制[D]. 魏绪波. 兰州大学, 2021(12)
- [3]CiADS超导测试中心2K低温系统研制[D]. 牛小飞. 浙江大学, 2021(01)
- [4]Ponderomotive和Microphonics效应对超导腔稳定性影响的研究[D]. 马瑾颖. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2021(01)
- [5]速度调控氦原子束精密谱研究[D]. 陈娇娇. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [6]基于中子诱发锕系元素核裂变的二维断点理论的研究及裂变TPC探测器的研制[D]. 魏康. 兰州大学, 2021(09)
- [7]ADS上旋式无窗散裂靶模拟设计与热工流体特性研究[D]. 杨伟峰. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2020
- [8]基于卷积神经网络的高能物理事例特征信息在线提取算法研究[D]. 艾鹏程. 华中师范大学, 2020(01)
- [9]高功率束流阻挡机理及元件优化设计[D]. 牛海华. 兰州理工大学, 2020(01)
- [10]基于电子束扫描的高功率束流剖面测量系统样机研制[D]. 冯永春. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2019(01)