中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
在100 kJ级激光装置上针对实验环境设计了高探测效率及低本底的聚变伽马探测器。利用开源粒子输运模拟软件Geant4研究了收光部件及屏蔽体等对收集效率及时间延迟的影响，优化了系统结构及屏蔽设计以提高系统效率并降低测量干扰，进行了测量信号正算仿真及系统性能评估。结果表明，优化后探测器灵敏度达到每个入射伽马光子产生0.21个光子，本征时间响应可达16 ps。在中子产额为1013的内爆实验中，光电倍增管增益为5×103时测量信号幅度约0.7 V，耦合光电倍增管的系统时间响应可达108 ps左右。优化后的伽马切连科夫探测器满足100 kJ装置上内爆物理实验中聚变伽马诊断需求。
探测器 切连科夫光子 伽马探测器 聚变反应宽度 Geant4
针对空间低照度环境下，互补金属氧化物半导体(CMOS)相机成像视觉效果不佳的问题，基于张量优化的图像融合方法研制一款高动态范围的微光相机。分析基于科学互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器亮暗场双通道 ADC的电路特性，利用同源双通道图像数据构建三阶特征张量，通过对特征张量的平行因子分析，以融合图像动态范围最优为评价函数，引入拉格朗日乘数法作为张量分解的优化算法，实现实时的高分辨力高动态范围成像。研制一款基于 LTN4625的微光相机，并进行成像实验。仿真实验结果表明，相机实现了 50帧/s， 4 608×2 592像素的高分辨力高动态范围成像，图像动态范围从低增益数据的 5.2 dB和高增益数据的 11.4 dB提高到了 54.7 dB。该设计是一种微弱光环境下动态响应范围高、成像效果好的微光相机设计方法。
sCMOS图像传感器 张量分解 图像融合 高动态范围 scientific CMOS tensor decomposition image fusion high dynamic range 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(8): 863
江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏 徐州 221116
在食品和环境监测中, 大肠杆菌是一个重要指标细菌, 因此, 对大肠杆菌的监测和灭菌效果也引起了人们广泛的关注。 基于荧光光谱检测技术具有的灵敏度高、 速度快、 稳定性强等优点, 利用荧光光谱技术研究了大肠杆菌的发射峰强度与大肠杆菌浓度的内在变化规律, 得到了一种更加方便、 快捷、 监测浓度更低的大肠杆菌计数方法。 采用289 nm的激发光照射大肠杆菌水溶液, 得到大肠杆菌的荧光发射光谱; 改变大肠杆菌溶液的浓度, 得到不同浓度大肠杆菌溶液的荧光光谱, 并分析大肠杆菌特征峰强度与大肠杆菌浓度的关系。 在此基础上, 利用荧光光谱技术研究了银纳米颗粒对大肠杆菌荧光发射的影响, 分析了银纳米颗粒对大肠杆菌的灭菌效果, 结果表明: (1)当289 nm的激发光照射大肠杆菌水溶液时, 大肠杆菌分别在332和425 nm两处有明显的荧光特征峰; 荧光特征峰强度随着大肠杆菌浓度降低而降低; 当大肠杆菌浓度小于20%时, 332和425 nm处特征峰强度与大肠杆菌溶液的浓度均呈线性关系。 (2)当大肠杆菌水溶液中加入银纳米颗粒时, 在4个小时内, 银纳米颗粒的作用时间越长, 大肠杆菌的荧光特征峰越弱, 即灭菌率越高; 增加银纳米颗粒的浓度或者提高环境温度, 均可提高银纳米颗粒对大肠杆菌的灭菌率。 本文的研究结果对食品、 环境等中大肠杆菌的计数和灭菌研究有参考意义。
荧光光谱 大肠杆菌 银纳米颗粒 灭菌 Fluorescence spectrum Escherichia coli Silver nanoparticles Sterilization 光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3619
Author Affiliations
Abstract
Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
The changes of mechanical properties and biological activities of monomeric erythrocytes are studied using optical tweezers micromanipulation technology. Firstly, the mechanical properties of irradiated erythrocyte membranes are obtained. Weaker power laser irradiation can delay the decay of the mechanical properties of erythrocytes and promote the biological activity of erythrocytes, while higher power laser irradiation damages erythrocytes. The stronger the laser irradiation is, the more obvious and rapid the damage will be. The temperature of the cell surface will be changed by regulating the laser power and irradiation time, so the biological functions of erythrocyte can be controlled. Secondly, the finite element simulation of the temperature change on the cell surface under the condition of laser irradiation is carried out using simulation software, and the precise temperature of the cell surface irradiated cumulatively by a laser with different powers is obtained. Finally, the processes of abscission, unfolding, and denaturation of hemoglobins in erythrocytes at different temperatures due to the photothermal effect are analyzed using the model. The mechanism of laser irradiation on the elasticity of erythrocyte membranes is also obtained.
170.4520 Optical confinement and manipulation 140.6810 Thermal effects 350.4855 Optical tweezers or optical manipulation 350.5340 Photothermal effects Chinese Optics Letters
2019, 17(6): 061701
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
六通黑腔是我国独立自主设计的新型激光惯性约束聚变驱动腔型。在大型激光装置上采用全束组注入方式, 首次获得了新型六通黑腔10~20倍收缩比综合内爆完整配套实验数据, 实现最高YOC2D(实验产额/二维模拟产额)达80.4%的综合内爆性能。
激光间接驱动 六通黑腔 内爆 laser indirect-driven six-port-cylindrical hohlraum implosion 强激光与粒子束
2018, 30(11): 110101
1 航天东方红卫星有限公司，北京 100094
2 北京空间机电研究所，北京 100094
基于CMOS传感器的高集成小型相机在航天器上得到了越来越广泛的应用。空间相机能够完成航天器关键动作记录、对地遥感、近地天体观测等任务，并且具有体积小、重量轻、智能化的特点。为了实现良好的成像效果，适应于空间环境特点的自动曝光技术不可或缺。本文针对空间环境的特殊性及空间任务的不可逆性，提出了一种快速自适应曝光算法。该算法以能量分析为基础，进行目标与背景分离，针对目标进行加权统计，根据图像的统计结果，采用最速查表法，计算获得最佳曝光时间。设置双重目标调整范围，使得自动曝光算法收敛性较好。实验结果表明，该算法能够快速稳定地获得最佳曝光时间，曝光收敛速度快，稳定性高，资源占用少，非常适合空间场景探测。相关算法已成功应用于多个在轨型号。
空间相机 遥感 自动曝光 space camera remote sensing automatic exposure
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆，通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性，演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力， 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标；其中，真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.9×1012，YOC达到60%；充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.4×1012，YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。
激光间接驱动 集成实验 惯性压缩 中子产额 laser indirect-driven integrated experiment inertial compression neutron yield 强激光与粒子束
2016, 28(8): 28080101
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
介绍了铜活化诊断氘氚中子产额的测量原理，分析了62Cu和64Cu两种活化核素在符合测量中的贡献。针对不同范围内的中子产额测量，提出了系统灵敏度相对标定法和64Cu活化核标定法。通过添加中子屏蔽锥测量了标定场所散射中子影响。计算评估了63Cu(n, γ)64Cu反应过程对活化测量的影响。在神光Ⅲ主机装置上，利用该系统测量了直接驱动氘氚中子产额。实验结果表明：氘氚中子产额在109~1013范围采用相对标定方法较为合适，64Cu活化核的标定方法适用于1012~1016范围内产额测量。标定场所散射中子对灵敏度标定因子影响约0.4%。63Cu俘获辐射反应在64Cu活化核标定中贡献小于1%。目前神光Ⅲ主机装置直接驱动氘氚中子产额约8×1012。
内爆 中子产额 铜活化 灵敏度标定 implosion neutron yield copper activation sensitivity calibration 强激光与粒子束
2015, 27(11): 112005
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在神光Ⅲ主机装置上，利用已经建成的两个激光束组，开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验，是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400 μm×2100 μm黑腔，500 μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料，激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明，实验黑腔的耦合效率约为50%；使用的黑腔偏长，靶丸被压缩为“薄饼形”；中子产额和激光能量正相关；中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。
神光Ⅲ主机 内爆实验 中子 峰值时刻 SGⅢ facility implosion neutron Bang Time 强激光与粒子束
2015, 27(9): 092008
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
激光间接驱动惯性约束聚变利用辐射烧蚀驱动靶丸球形内爆, 在减速阶段将内爆动能转化成热斑内能, 同时压缩燃料, 达到点火条件, 实现聚变点火。根据目前认识, 影响内爆压缩过程的主要因素包括内爆对称性、燃料熵增因子、内爆速度和混合。内爆物理实验研究的目的是发展对上述影响因素的实验表征方法, 获取这些影响因素随靶设计参数的变化规律, 建立相应的实验调控能力, 最终达到不断提升内爆性能的目的。为此, 在内爆对称性方面, 开展了Bi球自发光实验, 用于研究点火脉冲前2 ns驱动不对称性; 在内爆速度方面, 开展了球面弯晶单能流线实验, 测量得到内爆速度和剩余质量随时间的变化; 在混合方面, 开展了内壳层示踪涂层内爆混合实验, 测量得到环形发光图像。为考察综合内爆性能, 在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上开展了DT内爆实验, 获得了中子产额随初始靶参数的变化规律。
惯性约束聚变 内爆 内爆对称性 流体力学不稳定性 inertial confinement fusion implosion implosion symmetry hydrodynamic instability 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032015
