Bulk-Micromegas快中子成像转换层的Geant4优化

基于Bulk-Micromegas探测器的快中子成像实验中,中子转换质子的转换层效率低是一个瓶颈.利用基于Geant4工具包的蒙特卡洛模拟程序并使用ROOT工具对不同中子源(Am-Be源和14MeV中子源)以及不同转换层结构和厚度对转换效率的影响进行了模拟,得到了转换率达到饱和时反冲质子的能量角度分部信息.结果表明,常规聚乙烯转换膜在转换层厚度为400和1600μm时,对Am-Be源和14MeV中子源的探测效率分别达到饱和,其效率分别为0.12%和0.35%.其次设计了3种新的转换层结构,模拟了转换率以及在气体间隙中的能量沉积.新转换膜的转换效率要明显优于传统转换层的转换效率.最高转换率达到常规转换膜的3倍.     

利用电子放射源测试小孔成像结构的角度响应

能量粒子的投掷角分布测量对于磁暴、粒子加速机制等空间物理理论研究和空间天气的准确现报和预报具有非常重要的意义．利用小孔成像技术和位置灵敏探测器构建的小孔成像探测器可用于测量能量粒子的投掷角分布．小孔成像探测器的角度响应标定一般需要特殊的设备，如专门设计的粒子加速器．这种粒子加速器必须具备如下特点：出射粒子能量在中能范围；粒子在测量时间内均匀出射；粒子出射方向一致；单位面积束斑内粒子数量足够低．介绍利用带准直器的90Sr／90Y电子放射源测量小孔成像探测器角度响应的方法，并利用Geant4软件进行了仿真计算．试验结果表明电子放射源标定实验结果与Geant4仿真计算结果符合度良好，验证了上述方法的有效性．     

结构随机响应计算的一种数值方法

摘要应用降维数值积分和C型Gram．Charlier级数展开方法，基于有限元理论讨论了随机结构响应概率分布的计算问题．首先依据正交多项式权函数与随机变量概率密度函数的关系，给出了随机响应统计矩计算的降维数值积分公式；进而应用C型Gram—Charlier级数逼近获得了随机响应的概率密度函数；提出了基于有限元方法求取结构随机响应概率分布的计算流程．数值算例中介绍了平面十杆桁架结构最大位移的概率分布、由随机参数表征的某型车架固有频率计算和弯管结构随机VonMises应力分析问题，所得结果同蒙特卡罗数值模拟结果进行了对比验证．结果表明：文中计算流程能够获得较为准确的随机响应概率分布，特别是对概率分布尾部的估计精度达到10^-44-10^-3数量级，为机械结构安全性分析与设计打下基础；同时，算法的计算效率较高，与传统的数值模拟方法相比通常能够节约计算资源消耗两个数量级以上；第三，算法流程实现简单，不需要计算结构响应对基本随机参数的梯度和二阶灵敏度信息，也不需要对结构有限元矩阵的修改，因此可以充分发挥现有成熟有限元程序的优点，在个人计算机上实现工程随机问题的分析与计算．     

云南省余甘子灌丛生态系统生物量分配特征

采用样地调查的方法，在余甘子分布较典型地区按径级大小收获30株余甘子，并按照根、茎和叶等器官分别计算。研究结果表明：1）余甘子各器官的生物量分配为茎〉根〉叶；2）余甘子的基径和冠幅面积与余甘子各器官生物量分配有着密切的关系，其中基径与生物量密切相关，拟合度最好R^2=0．943，其次为冠幅，R^2=0．741；植株高度与余甘子各器官生物量分配相关性最差，R^2=0．359；3）根据R^2大小，可得知，以基径模拟余甘子生物量的最佳模型是多项式模型，以冠幅面积模拟则是幂函数模型最佳。     

多卫星联合观测磁暴时合声波驱动的外辐射带高能电子通量的增强

本文利用SAMPEX和GOES－10卫星的观测数据研究了2002年9月28日至10月8日强磁暴期间外辐射带高能电子通量的演化．两颗卫星的观测结果均显示，在磁暴恢复相期间，高能电子通量呈现出显著的增强，于10月6日达到最大值．SAMPEX卫星在L=3．5处观测到1．5～14MeV和2．5～14MeV两个能量通道的电子通量的最大值为6×10^2cm^-2s^-1sr^-1keV^-1和5×10^3cm^-2s^-1sr^-1keV^-1，分别比磁暴前上升了约10和8倍。而GOES－10卫星于同步轨道附近观测到的〉0．6MeV和〉2Mev的电子通量峰值为磁暴前的50倍和30倍．本文进一步利用ClusterC3卫星研究了磁暴期间背景等离子体参数和哨声模合声（chorus）波的活动现象．ClusterC3卫星于10月1日与10月4日两次穿过外辐射带区域，观测到高强度（10^-5-10^4nT^2Hz^-1）的合声波．数值计算表明观测到的合声波能够与外辐射带高能电子产生回旋共振作用．本文多卫星联合观测和数值模拟的结果为合声波驱动的外辐射带高能电子的回旋共振加速机制提供了新的证据．     

射线半影成像与大面积源区中子成像实验系统理论模拟评估

阐述射线半影成像条件与重建基本原理, 推导其数学解析表达式; 建立系统蒙多卡罗数字模型; 获得源区中两离散单元点的系统响应函数(点扩散函数), 验证考核了系统空不变特性; 利用数学解析卷积和模拟实验两种方法, 分别获得源区中4个单元点的“半影图像”, 用同一滤波重建方法分别对两种不同途径获得的4点半影图像进行恢复重建, 得到相同的结果, 揭示了射线半影图像的编码实质; 通过MCNP模拟计算, 获得了整个源区面在闪烁光纤阵列相面上的中子半影图像, 应用改进型维纳滤波方法重建反演获得了源区中子通量分布图像, 与预置的中子源区图像进行了分析比较, 从原理上验证了系统中子半影成像实验的可行性, 以及改进重建算法的可靠性.     

真空紫外光激发下GdP04：RE^3＋荧光材料的能量传递过程

采用高温固相合成法制备获得了GdPO4：RE^3＋（RE=Tb，Tm）多晶粉末，分析了基质与发光中心之间（Gd^3＋→Tb^3＋和Tm^3＋→Gd^3＋）的能量传递过程．由真空紫外区的发光光谱的分析，认为在GdPO4：Tm^3＋中，属于Tm^3＋离子电荷迁移态的180nm的强的吸收峰对Gd^3＋的313nm的发射起到了增强的作用；而GdPO4：Tb^3＋中则为处于高激发态（^6DJ和^6IJ）的Gd^3＋离子通过多次的弛豫过程和晶格传递，使Tb离子产生^5DJ→^7FJ的发射．     

气体环境下双壁碳管振荡器的能量耗散

采用分子动力学模拟方法，研究了多壁碳纳米管振荡器在气体环境下的振动，讨论了气体密度、环境温度对碳管间摩擦力及振荡频率的影响．模拟结果表明，管间摩擦力随气体密度的增大及环境温度的升高而增大．气体分子的碰撞将导致碳管的品格变形，从而极大改变碳管间的初始理想匹配状态，导致摩擦力增大；随着温度的升高，碳管原子热振动振幅增大和高能量声子的激发，使得碳管振动的机械能更容易转化为热能而被耗散，导致摩擦力增大．气体密度的增大和环境温度的升高，都将导致振幅衰减加快，振荡频率增大．通过与真空状态下的谐振子相比，气体分子与管壁的碰撞是造成能量耗散的一个主要原因，气体环境的阻尼可能是导致碳管谐振子在工程实际中失效的主要原因，其次，环境温度对谐振子也具有重要的影响，低温工作条件对谐振子是有利的．     

基于子图同构的前驱三维工序模型向二维工序图映射匹配算法

为满足企业对三维工序模型的迫切需求，解决前驱三维工序模型与工序图的映射匹配问题，提出一种基于子图同构的前驱三维工序模型向二维工序图的映射匹配算法．该方法首先对三维工序模型进行投影，获取其投影图；然后分别提取工序图与投影图中的图元信息，将其表示为以图元作为节点的属性邻接图．在映射匹配过程中，将投影图表示成“大图”，工序图表示成“子图”；将前驱三维工序模型向二维工序图的映射匹配问题转化为“大图”中寻找“子图”的问题．为提高匹配效率，对属性邻接图进行分割，并且充分利用图的顶点属性对图顶点进行有效细分．实验结果表明，该算法能够实现精确的匹配，并且匹配效率能满足实际应用要求．     

应用MDDES的飞行器气动／结构耦合抖振数值模拟

严重分离流动非定常效应是造成现代飞行器发生抖振的主要因素，因此，准确模拟飞行器分离流动是开展飞行器抖振研究的基础．本文在综合考虑现代计算机资源以及分离流流动模型可信度的基础上，建立了基于MDDES（Modified Delayed Detached Eddy Simulation）的分离流非定常数值模拟方法，通过对典型的战斗机大攻角分离流模拟计算，对计算方法进行了验证．在此基础上，综合利用RBF径向基函数技术与无限插值方法建立高效的、鲁棒性强的动网格技术，结合模态空间下结构动力学方程，建立了飞机气动／结构耦合抖振数值模拟平台，对某战斗机大攻角下边条涡干扰引起的垂尾抖振问题开展研究．数值结果显示：通过对流场中涡破裂位置的压力脉动的时域响应进行的频谱分析表明，不同尺度的涡结构脉动频率覆盖了垂尾的结构固有模态频率，相比较雷诺平均Navier-Stokes方程，MDDES方法能够分辨出更细致的、更高频率的小尺度涡结构；与颤振明显的区别，各阶模态位移加速度响应由自身模态所主导，一阶弯曲与一阶扭转模态存在强烈的耦合，使结构产生加速度，承受较大的惯性力载荷冲击，是引起结构疲劳的主要因素，验证了所采用数值手段和相应方法的有效性．     

基于MEMS和A蛋白自组装膜抗体定向固定技术的安培型免疫传感器

采用微机电系统（micro electromechanical systems，MEMS）技术制备安培型免疫传感器电极系统，并利用A蛋白和硫醇白组装单层膜（self-assembled monolayer，SAM）设计传感界面，用于抗体的定向固定，研制了一种新型的安培型免疫传感器．首先采用MEMS技术，在硅片上制备“Au，Pt，Pt”微型三电极系统和SU-8微型反应池；然后基于自组装技术，先在金电极上制备巯基乙胺自组装单层膜，利用静电吸附作用在巯基乙胺单层膜上组装A蛋白，再利用A蛋白对抗体的定向吸附作用实现抗体在金电极表面的定向固定．该传感器的研制以低成本、微型化、高度集成，以及实现“片上系统”生物传感器为目标．采用循环伏安法和计时电流法研究传感器的响应特性，与采用块体电极的传统传感器以及采用在电极上直接吸附A蛋白的抗体固定方法相比，该传感器体积小，与CMOS集成电路工艺兼容，对人免疫球蛋白（HIgG）的测定响应快（20s），线性范围宽（50--400μg／L），检出限低（10μg／L），并且易于实现传感器的阵列化和实时多参数检测．     

介质阻挡放电等离子体流动控制的研究

在等离子体激励因素诱导流场变化实验和数值模拟分析的基础上，探索了介质阻挡放电等离子体流动控制的效应．结果表明湍流模型比层流模型可获得更好的结果．通过平板流动实验与压气机叶栅实验相结合的措施，研究了等离子体对外流、内流加速与抑制流动分离的耦合作用．实验结果表明：等离子体激励可以改变边界层的速度特性；在流速低于20m／s时，等离子体激励可显著改善栅后总压和速度分布特征；流速接近50m／s时，等离子体仍会明显改变总压和速度的最小值；可见，在低速流动条件下，采用等离子体激励方式能达到抑制流动分离的目的．     

湖北省粮食单产遥感估算方法——以中稻为例

本文提出了适用于湖北省运行化农作物单产估算的遥感估产模型，进行农作物单产预测。首先进行单产区划，从而选择代表性的模拟县，通过作物产量数据的历史趋势分析得到波动产量；然后把波动产量与遥感因子进行相关分析；再提取相关性最大的遥感因子作为敏感因子，建立一元线性回归方程，估算作物的产量；最后把模型计算结果与实际统计结果进行比较分析。计算结果与统计数据对比，误差范围为-14．38％至11．31％，决定系数R^2达到0．872，相关性显著。该方法从县级行政单元估算的单产结果，基本能够满足省级系统单产估算的精度要求，可以为政府和企业提供决策支持信息。     

Al-Ni非晶合金的原子堆垛结构及密度的第一性原理分子动力学模拟

在Al基非晶合金中，Al-Ni系的非晶形成能力（GFA）相比其他系列较佳，但是目前对Al—Ni二元合金系的原子排列、玻璃转变和堆垛密度与成分之间的内在联系，至今还未形成系统的认识．本文利用第一性原理分子动力学（AIMD）模拟方法对AlxNi100-x（x=80，83，85，86，87，90）二元非晶合金的原子堆垛结构和密度进行了研究．双体分布函数和Voronoi多面体分析表明，在该非晶合金系中存在明显的拓扑和化学短程有序，拓扑短程序主要是由以Al原子为中心的类似二十面体结构和以Ni原子为中心的三棱体覆盖三个半八面体（TTP）结构组成．在该合金系非晶中A-与Ni原子间存在强烈的化学交互作用，Al—Ni原子对键长小于原子半径和，化学有序随着Ni含量的增加呈现增加的趋势．AIMD计算结果表明，当x=85时，合金的堆垛密度出现了峰值，偏离了直线规律．综合结构特征和密度特征，从理论上推断，当Al含量为84％～86％时，合金的非晶形成能力较好，可以推广至多元合金体系．     

太阳风正负动压脉冲激发磁层ULF波的数值模拟

磁层中的超低频波动（Ultra Low Frequency Wave，简称ULF波）通常被认为是由外界太阳风／行星际磁场扰动或者磁层内部的等离子体不稳定性激发的．当太阳风动压脉冲作用于磁层顶时，可能在磁层内部激发ULF波，从而将太阳风能量输运到地球磁层中．本文利用磁流体力学（MHD）数值模拟研究不同形式的太阳风动压脉冲作用下，在磁层中激发的ULF波的性质．我们主要关注地球磁层对太阳风动压正／负脉冲以及太阳风动压正．负脉冲对的响应．模拟结果表明，幅度和周期均相同的太阳风动压正脉冲和负脉冲，在磁层中所激发的ULF波幅度，周期均相同，然而相位相差180°．另外，对一个太阳风动压正一负脉冲对作用于偶极磁层的情况，在地球磁层内的某些特定区域仍可观察到磁力线共振（FLRs）现象，磁力线共振的区域分布和动压脉冲的周期以及动压脉冲对之间的时间间隔有关．同时模拟计算结果还表明，与单一脉冲相比较而言，在动压脉冲对的作用下，太阳风能量可以传递到地球磁层中更低纬度的区域．因此本文结果可以帮助我们更好地理解太阳风能量通过ULF波形式输运到地球磁层的机制；同时，还可以为研究有关内磁层中能量粒子对不同的行星际激波的响应方式提供线索．     

非下采样Contourlet HMT模型

非下采样Contourlet变换（NSCT）不仅具有类似传统小波变换和Contourlet变换的多尺度和多方向特性，而且还具有良好的平移不变特性．文中对NSCT变换系数进行研究，获得NSCT变换的方向子带系数同样具有持续性和聚集性的结论；在此基础上结合隐Markov树模型，建立了一种新的基于NSCT域的隐Markov树模型NSCT—HMT，并且给出了该模型的参数结构以及模型参数的训练方法；最后将所提出的模型应用于图像去噪中取得了很好的仿真效果．     

高速可压缩流动壁函数边界条件的改进与应用

为发展适用于高速流动的壁函数边界条件以降低摩阻和热流模拟时的网格相关性，针对Nichols等人提出的可压缩壁函数边界条件开展了改进研究．首先，通过数值试验修正了可压缩速度壁面律的参数取值·9其次，基于数值试验和理论分析，对温度壁面律的表达式进行了修正；最后，推导了近壁区的热传导项表达式，更准确地实现了壁函数边界条件与CFD程序的耦合．之后，对修正的可压缩壁函数边界条件开展了应用研究．对超声速平板湍流边界层的模拟结果表明：壁函数在壁面法向第1层网格y＋〈400时均能给出准确的壁面热流密度和摩擦系数值，且在稀网格下也可得到合理的边界层速度型、温度型以及湍流涡黏性系数分布；数值实验表明对原始壁函数的修正显著提高了热流密度和摩擦系数的模拟精度．对包含分离流动的超声速凹槽和高超声速轴对称压缩拐角算例的数值模拟发现：基于充分发展的附着湍流边界层理论建立的可压缩速度壁面律对分离区内部近壁区仍然近似适用，可保证分离区内部给出可靠的摩擦系数和热流密度；而对于分离／再附点附近，壁函数的模拟精度相对较差，其原因在于分离／再附点附近的真实速度型与壁函数中速度壁面律形式出现明显差别．     

液滴冲击自由液面的SPH法数值模拟

液滴冲击液面是一个在自然界及工业生产中极其普遍的现象，同时又是一个极其复杂的强非线性瞬态冲击与自由表面流动问题．本文在二维黏性不可压缩N-S方程的基础上，采用光滑粒子流体动力学方法对液滴（水珠）以一定的初速度冲击盛水容器内液面问题进行了数值模拟研究．研究过程中通过搜索自由表面粒子，在表面粒子之间，考虑了表面张力的作用；运用人工黏性解决了初始冲击效应；同时引入边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件，很好地解决了粒子法的边界缺陷问题，并消除了容器角落处实粒子的不稳定现象．计算结果得到了粒子分布图、流场图，压强图及不同粒子位移和速度变化曲线，通过将模拟结果与实验照片进行比较说明了模拟的有效性，最后还定性比较了分别采用Level—Set法、BEM法及SPH法时的液面波动曲线变化情况．研究结果表明：液滴冲击液面时会出现液体飞溅、不连续液面以及自由液面大幅晃荡等强非线性现象；冲击过程中液体粒子运动呈现震荡特性；SPH法对处理自由表面大变形问题具有一定的优势．     

ZnO纳米柱的可控生长及其光学性质

以高分子聚合物聚乙烯醇（PVA）为软模板，通过PVA与乙酸锌（Zn（CH3COO）2．2H2O）之间发生的离子络合反应，在PVA亚浓溶液所提供的空间位阻力作用下，经过烧结，获得了直径在15—50nm之间的呈放射状簇形排列的ZnO纳米柱．X射线衍射（XRD）表明，所得产物结晶良好，呈六方纤锌矿晶体结构．利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了不同热处理温度对产物形貌的影响，结果显示，随温度从400℃增加到700℃，ZnO纳米柱生长趋势总体趋于明显，同时产物形貌的规整性也明显变好．采用室温下光致发光（PL）光谱对制得的ZnO纳米柱的光学性能研究表明，随着温度升高，ZnO发光性能在逐渐改善，除在384nm处出现了较常见的紫外发射外，PL光谱曲线在354nm处还出现了少见报道的较强的紫外发射峰，显示出良好的紫外发光性能．     

三峡库区紫色土粘粒悬浮液的稳定性

研究了三峡库区紫色土胶体的表面电荷性质及其对变化环境的响应以及对紫色土粘粒悬浮液稳定性的影响。三种紫色土胶体在2：1型电解质中的表面电位分别约-0.14～-0.192V，1：1型电解质中约为其两倍。1：1型电解质中粘粒悬浮液完全沉降时同分剐达到40．6—47．0h，比2：1型电解质中长12．4—14．6h，电解质浓度增加，粘粒悬浮液完全沉降时间下降，稳定性减弱。pH对完全沉降时间影响强烈，当pH=5时，两种电解质体系中的粘粒悬浮液完全沉降时间减少近一半；pH=3时，60min左右悬浮液已经沉降完全。三种紫色土粘粒悬浮液稳定性是酸性紫色土〈中性紫色土〈石灰性紫色土。