1 中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川 绵阳 621999
2 西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室, 陕西 西安 710072
双能CT或能谱CT可以测量材料的等效原子序数, 对含能材料的成分检测和生产工艺改进具有重要意义, 但现有方法存在复杂度高、 设备要求高等缺点。 为提高等效原子序数的测量精度, 并降低设备要求和算法复杂度, 提出了一种基于新型CeTe光子计数探测器的等效原子序数测量方法。 该方法利用材料的衰减特性, 重新推导了两个能量区间线性衰减系数之比与等效原子序数的关系。 该方法不依赖于双能CT或能谱CT的专业知识, 只需利用光子计数探测器对三种已知材料进行能谱CT扫描与重建, 即可得到等效原子序数的标定曲线, 并对未知材料进行等效原子序数测量。 在实际应用中, 只需保证标定实验和测量实验在相同条件下进行, 即可将重建误差、 探测器响应误差、 射束硬化效应和散射效应等影响因素纳入到标定曲线(相当于重新对NIST数据进行了特定扫描条件下的标定), 并抑制上述因素对最终结果的影响。 相较于其他方法, 该方法鲁棒性和通用性较强, 且大幅降低了设备要求和算法复杂度。 同时, 该方法允许相对较宽的能量区间, 可以较充分的利用X射线源所发出的光子, 使检测效率满足了工业检测和医学成像的需要, 具有良好的商业应用前景。 实验结果表明, 在当前标定范围(等效原子序数6~13)和扫描条件下, 该方法测量的等效原子序数相对误差小于2%, 具有较高的可靠性。 在实际含能材料生产检测中, 该方法在不破坏含能材料的情况下对高衰减杂质成分进行了有效判断, 指出了高衰减杂质是实际生产过程中混入的高原子序数杂质, 而不是高密度的含能材料。 这表明该方法能够有效解决含能材料生产中的成分检测难题, 并有望促进含能材料生产工艺的改进, 具有重要的工程意义。
光子计数能谱CT 含能材料 等效原子序数 杂质识别 Photon countingspectral computer tomography Energetic materials Equivalent atomic number Impurity identification 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1400
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031018
湖南科技大学机电工程学院, 湖南 湘潭 411201
提出了一种基于相同抛物镜面单元旋转阵列的低成本新型槽式聚光器。采用光线跟踪方法建立了该聚光器的光学分析模型,并详细研究了镜面焦距(f)、镜面宽度、平面接收器位置、旋转阵列半径(R1)和旋转阵列数量(N)等关键参数对其聚光性能的影响规律,为其设计与应用提供了重要依据。研究结果表明:新型槽式聚光器能很好地汇聚太阳光能,并且它不同于传统抛物槽式聚光器将平行光汇聚于某点,而是有所“分散”地进行汇聚,具备实现平面接收器上均匀聚焦能流分布的潜力;聚焦光斑的合理接收位置会随旋转阵列半径的改变而变化,通常接收器位于旋转阵列半径的一半位置是合适的,但要获得最小聚焦光斑则需将其下移150~200 mm;聚焦光斑宽度随镜面编号呈指数增大关系,特别是当镜面宽度较大且旋转阵列半径较小时;旋转阵列半径越大或镜面宽度越小,聚焦能流分布越集中且峰值聚光比越大(算例中已达到50),此时聚焦能流基本呈高斯分布特征。此外,采用较小旋转阵列半径可降低接收器的安装高度并改善能流均匀性。在算例中,当f=8000 mm、R1=4000 mm、N=5且接收器位于1830 mm位置时,聚焦光斑能量分布非常均匀,大部分区域聚光比稳定在7.3,此时的聚光器非常适用于聚光光伏/光热应用领域。
光学设计 抛物镜面 新型太阳能槽式聚光器 均匀能流分布 光学性能 光线跟踪方法
湖南科技大学机电工程学院, 湖南 湘潭 411201
利用光学凹型透镜中功能曲面对太阳光线传输的重新分配能力,提出在腔体接收器前端安装凹型石英窗(凹透镜)以改善能流均匀性。为此,采用一种联合光线跟踪方法和遗传算法的优化设计方法优化凹透镜的几何尺寸和安装位置,改善碟式系统的能流均匀性。对于4种典型的二次曲面和三种曲面布置方式组合的12种凹透镜,详细分析凹透镜改善碟式系统能流均匀性的有益效果和特点,并验证所提方法的有效性。结果表明,在碟式系统中增加优化的凹透镜不仅能够显著改善腔体接收器的能流均匀性以及降低局部能流的峰值,还能够获得优异的光学效率和直接有用能率,优化的双圆锥透镜可将非均匀因子从0.59显著减小到0.11。
光学设计 太阳能碟式聚光系统 能流均匀化 凹型石英窗 光学性能 光线跟踪方法 光学学报
2021, 41(10): 1022001
1 湖南科技大学机电工程学院, 湖南 湘潭 411201
2 湖南科技职业学院智能装备技术学院, 湖南 长沙 410004
3 肇庆学院机械与汽车工程学院, 广东 肇庆 526061
为了改善平面接收器的能流均匀性,针对抛物碟式聚光器,提出一种重新优化布置各镜面单元的改进方法,并设计了一种新型非成像碟式聚光器。建立平面接收器目标区域内能流均匀化的优化模型,联合运动累加光线跟踪方法和遗传算法优化碟式聚光器。研究优化的聚光器与抛物碟式聚光器的聚焦能量分布,分析平面接收器上局部聚光比、非均匀因子、峰值聚光比及拦截效率指标。最后讨论了新型聚光器的应用价值,并展示了优化的新型碟式聚光器在平面型金属盘管接收器上的能流均匀化效果。结果表明,非成像碟式聚光器的能流均匀化效果最优异,能将非均匀因子从3.62~4.22显著减小到0.18~0.25,峰值聚光比从24737~37245降低到1722~2055。研究结果不仅能为太阳能平面接收器能流均匀化提供一种新的方法,还能为现有抛物碟式聚光器的改进提供新的思路。
光学设计 太阳能 碟式聚光器 光学性能 能流均匀化 光线跟踪方法 遗传算法
利用脉冲宽度为10 ns, 输出波长为1 064 nm的Nd∶YAG激光器作用金属Gd以及纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃等两种形式靶所产生等离子体光源的离带辐射进行了研究, 发现等离子体所发出的连续辐射是离带辐射的主要成分, 光谱分布与温度为5 eV的普朗克曲线相匹配。 此外, 相对于金属Gd靶而言, 采用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶可大幅度降低等离子体光源的离带辐射。 利用光谱法, 对激光作用纳米粒子掺杂的低密度Gd玻璃靶所形成光源的等离子体羽的电子温度和电子密度进行了时空分辨研究。 实验结果表明, 在打靶结束125 ns时, 距靶面6 mm位置处等离子体的电子温度约为4 eV, 电子密度约为1.2×1018 cm-3。 同时发现在激光打靶结束后等离子体羽的电子温度和电子密度随延时的变化而呈指数下降, 在120～250 ns时间范围内, 两者下降较快, 之后其幅度下降缓慢。 另一方面, 当打靶脉冲结束约200 ns时, 在距离靶面1～10 mm的空间内等离子体的电子温度及密度均经历先上升后下降的变化过程。 在距靶材表面6 mm位置处, 电子温度和电子密度均达到最大值, 电子温度约为2.6 eV, 电子密度为8.5×1017cm-3。
极紫外光刻 离带辐射 电子温度和密度 时空分辨光谱 EUVL OOB radiation Electron temperature and density Time-space resolved spectra 光谱学与光谱分析
2016, 36(10): 3114
