1 东华理工大学 江西省聚合物微纳制造与器件重点实验室南昌 330013
2 东华理工大学 核科学与工程学院南昌 330013
作为重要的分离和分析手段,液相色谱法主要应用在分析化学领域,而在核素分离工作中报道十分罕见。本项目基于动力学色谱理论基础,研发出一种脉冲式进样-赋能动力学色谱柱,色谱柱的填料采用粒径为0.2 mm的惰性二氧化硅,柱长为5 m,色谱分离单元约3.06万个。通过改变色谱柱外界条件,分析铀酰离子在色谱柱内的运动情况;通过水浴加热、超声波和外加磁场对色谱柱进行赋能,以提高离子相互分离的效果;在不同进样流速和温度下,研究混合核素的分离情况,得到最佳分离条件及色谱柱的动力学特性。结果表明,样品流速为4.109 mL·min-1,色谱柱加热温度为50 ℃,此时铀酰离子和钠离子的分离因数为1.185 4。以最佳分离条件进行海水提铀,得到铀和钠离子的分离因数为α=1.575,实现海水中铀和钠离子分离理论上需要20级。脉冲式进样-赋能动力学色谱柱能够高效快速地实现海水中铀的分离提取。文中采用的创新性方法,还可应用于其他核素的分离研究。
赋能 脉冲进样 时间控制分流 动力学色谱法 海水提铀 Energy-endowed Pulsed injection Time-controlled splitting Kinetic chromatography Uranium extraction from seawater
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043011
1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室,辽宁 大连 116024
2 株洲齿轮有限责任公司,湖南 株洲 412000
针对球墨铸铁与合金钢异种材料焊接界面容易形成碳偏聚进而产生裂纹的问题,通过采用连续-脉冲同轴双激光焊接工艺及填充镍基合金焊丝,实现了QT500与20MnCr5的优质焊接。研究了同轴双激光中不同脉冲激光功率(360、400、440、480 W)对焊缝成形质量的影响规律,讨论了激光作用位置向钢侧偏移(偏移量)对焊接接头界面碳元素偏聚现象的影响机制,对焊接接头力学性能、金相组织及硬度分布进行了综合分析。结果表明:同轴双激光焊接工艺可用于球墨铸铁与合金钢的焊接,球墨铸铁侧的热输入对焊缝的成形质量及力学性能的影响较为显著;由于球墨铸铁侧莱氏体及马氏体的析出,断裂主要发生在该侧的熔合区;在保证熔深稳定的前提下,分别研究了不同偏移量(0.1、0.2、0.3 mm)对接头的影响,激光作用位置向钢侧偏移能够有效减小球墨铸铁侧的热输入,避免碳元素过度偏聚,力学性能得到相应的提升,断裂位置向热影响区移动,焊缝接头的强度得到优化。
激光技术 连续-脉冲双激光 球墨铸铁 合金钢 镍基合金 中国激光
2024, 51(16): 1602102
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials and Institute of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
Topological nodal-line semimetals attract growing research attention in the photonic and optoelectronic fields due to their unique topological energy-level bands and fascinating nonlinear optical responses. Here, to the best of our knowledge, we first report the saturable absorption property of topological nodal-line semimetal HfGeTe and the related pulse modulation in passively Q-switched visible lasers. Few-layer HfGeTe demonstrates outstanding saturable absorption properties in the visible-light band, yielding the saturation intensities of 7.88, 12.66, and 6.64 µJ/cm2 at 515, 640, and 720 nm, respectively. Based on an as-prepared few-layer HfGeTe optical switch and a Pr:LiYF4 gain medium, Q-switched visible lasers are also successfully achieved at 522, 640, and 720 nm. The minimum pulse widths of the green, red, and deep-red pulsed lasers are 150, 125.5, and 420 ns, respectively. Especially for the green and red pulsed laser, the obtained pulse width is smaller than those of the low-dimensional layered materials. Our work sheds light on the application potential of topological nodal-line semimetals in the generation of visible pulsed lasers.
visible pulsed laser topological nodal-line semimetals saturable absorption Q-switching Pr doping Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031601
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025019
1 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学),武汉 430074
2 华中科技大学 电气与电子工程学院,武汉 430074
电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统,脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势,具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理,按照功能分类,提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型,每5级为一个电源模块,系统总储能为365 kJ,发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果,证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管,以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管,对电源模块的放电电流没有明显影响。
电磁发射 电感储能 XRAM 二极管 模块化 electromagnetic launching inductive pulsed power supply XRAM diode modularization 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025002
1 大连理工大学 电气工程学院,辽宁 大连 116024
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
3 天府创新能源研究院,成都 610000
4 国网综合能源服务集团有限公司,北京 100052
全膜脉冲电容器是脉冲功率系统的重要储能单元,其寿命影响着整个系统的可靠性。在脉冲工况下,全膜脉冲电容器的失效多为突发失效,且寿命的分散性较大。为探究全膜脉冲电容器老化失效机理,开展了其寿命试验及电场与温度场的仿真。利用LTD基本放电单元(Brick)实验腔体对电容器进行寿命测试并获得失效电容器,分析了失效电容在不同故障形式下的失效原因,并利用有限元分析软件对电容器局部“电场易畸变”区域进行了电场仿真,说明上述区域存在的畸变电场是发生绝缘介质击穿的主要原因;对电容器进行温度场分析,发现电容器温度与充放电频率成正相关,温度最高点位于电容器几何中心处附近,在充放电频率较低时,电容器温升不明显,说明在较低充放电频率下,电容器绝缘介质老化以电老化为主,而非热老化。
全膜脉冲电容器 寿命试验 老化 电场畸变 失效机理 all-film pulsed capacitor life test aging electric field distortion failure mechanism 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025020
1 上海理工大学 机械工程学院,上海 200093
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163
通过调节反向偏置电压可以改善电场渗透对质谱仪的影响,提高质谱仪的分辨率。为了满足质谱仪对脉冲电场的不同要求,提出了一种可以同时输出两路极性相反脉冲电场的脉冲电源,且高压正脉冲叠加幅值可调的直流负偏置电压。该电源只需一个充电源便可以产生正负两路脉冲电场。分析了串联开关同步驱动效果,随后通过增加补偿绕组和并联电阻优化了串联电容的分压不均的问题,并验证一个磁芯加多个副边绕组的方案可进一步降低充电电压不均。最终实现了4个电容器的充电电压与平均电压相差不超过0.1%。搭建了一台4级的电源样机,实验表明,其可以在容性负载上产生一路幅值为0~1.5 kV、脉宽为2~10 µs可调的高压正脉冲且叠加幅值为0~−200 V的反向偏置电压,和一路幅值为0~−1.5 kV、脉宽为2~10 µs可调的高压负脉冲,频率高达10 kHz,正负脉冲的前沿均小于30 ns,脉冲波形平稳。该脉冲电源结构紧凑,并且输出电压、脉宽、频率均连续可调。
高压脉冲电源 脉冲发生器 脉冲电场 方波脉冲 谐振充电 high-voltage pulsed power supply pulse generator pulsedelectric field rectangular pulse resonant charging 强激光与粒子束
2024, 36(3): 035002
1 中国计量大学 光学与电子科技学院, 光电材料与器件研究院, 浙江 杭州 310018
2 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
3 中国科学院 上海高等研究院, 上海 201200
4 中国科学院大学, 北京 101408
3 μm激光处于分子指纹区,在医疗外科、气体检测、**应用等领域都有重要的应用价值。Er3+∶ZBLAN光纤激光器具有效率高、可集成的优点,是3 μm激光的主要输出方式。本文从铒离子跃迁产生3 μm激光出发,围绕Er3+∶ZBLAN光纤激光器,介绍了3 μm激光产生的结构原理及能级系统,总结了实现该波段高功率连续输出和脉冲输出的技术方案和研究进展,重点介绍了基于不同材料可饱和吸收体的调Q和锁模激光器实验研究,并对目前实现3 μm波段高功率输出需要解决的问题进行了分析,最后对Er3+∶ZBLAN激光器的发展方向进行了展望。
3 μm激光 掺Er3+光纤 光纤激光器 脉冲激光 3 μm laser Er3+-doped fiber fiber lasers pulsed laser