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超导及其应用专题编者按
2021, 70 (1): 010101.  出版时间: 2021-01-05
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耦合不同年龄层接触模式的新冠肺炎传播模型
王国强, 张烁, 杨俊元, 许小可
2021, 70 (1): 010201.  出版时间: 2021-01-05
摘要 +
搜集广东省自1月23日到2月16日期间944例新冠肺炎样本信息. 对确诊人群进行年龄特征分析, 将人群分为儿童组(0—5岁)、青少年组(6—19岁)、中青年组(20—64岁)、老年组(65岁及以上), 耦合不同年龄层的接触模式, 建立离散年龄结构新冠肺炎模型, 得出模型的基本再生数及最终规模. 通过蒙特卡罗数值算法(MCMC)辨识模型的参数、拟合累计病例数、计算消亡时间、感染峰值及到达时间等有关生物量. 研究发现中青年人群感染人数最多; 相比于居家模式, 社区模式下中青年人群感染峰值上升41%, 峰值推迟一周到达. 通过分析不同年龄层的最终规模在对应年龄层的占比, 发现老年人的易感性较高, 青少年的易感性相对较低. 在居家模式下, 若各年龄层患者能及时就诊, 住院峰值将进一步减少, 但住院高峰将提前一周到达. 此模型可揭示个体接触行为对新冠肺炎的传播的影响, 定量评价居家隔离措施的有效性.
实现散射场强整形的微散射体阵列逆向设计方法
王志鹏, 王秉中, 刘金品, 王任
2021, 70 (1): 010202.  出版时间: 2021-01-05
摘要 +
本文提出一种基于全介电微散射体的散射阵列结构逆向设计方法, 用以实现散射电场强度整形. 该方法基于空域傅里叶变换与角谱变换, 从给定目标区域处期望实现的散射场强分布出发, 逆向求得所需的感应源, 再利用电磁感应源理论, 逆向设计微散射体阵列, 且只需通过解析计算便能够快速地求取出微散射体阵列的电磁参数值分布. 基于提出的逆向设计方法, 文中提供了三维情况下的具体算例, 实现了给定方形面目标区域的散射场强整形. 理论计算结果与全波仿真结果符合良好, 表明本文提出的逆向设计方法具有可行性与有效性.
非对称自旋-轨道耦合系统的多体量子相干含时演化
邵雅婷, 严凯, 吴银忠, 郝翔
2021, 70 (1): 010301.  出版时间: 2021-01-05
摘要 +
本文以具有非对称性自旋相互作用的三体自旋系统为研究对象, 重点研究了三体量子相干含时演化规律. 采用精确量子对角化和基于量子主方程的数值模拟方法, 讨论了三体量子系统中多种量子相干组分及其退相干. 研究发现, 量子相干组分的含时演化与整个系统的初态量子特性紧密相关. 当初态为可分离纯态时, 在较短时间内, 非对称相互作用有利于增加多体量子相干度. 这些量子相干度因受噪声影响而逐渐衰减. 当初态为类Werner态时, 量子相干度的分布满足加和性, 即三体量子相干度等于所有两体量子相干度之和. 自旋之间非对称相互作用和环境噪声都会引起三体量子相干度大于所有两体量子相干度之和. 这些结论有助于多体量子资源的制备.
基于混合神经网络和注意力机制的混沌时间序列预测
黄伟建, 李永涛, 黄远
2021, 70 (1): 010501.  出版时间: 2021-01-05
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为提高混沌时间序列的预测精度, 提出一种基于混合神经网络和注意力机制的预测模型(Att-CNN-LSTM), 首先对混沌时间序列进行相空间重构和数据归一化, 然后利用卷积神经网络(CNN)对时间序列的重构相空间进行空间特征提取, 再将CNN提取的特征和原时间序列组合, 用长短期记忆网络(LSTM)根据空间特征提取时间特征, 最后通过注意力机制捕获时间序列的关键时空特征, 给出最终预测结果. 将该模型对Logistic, Lorenz和太阳黑子混沌时间序列进行预测实验, 并与未引入注意力机制的CNN-LSTM模型、单一的CNN和LSTM网络模型、以及传统的机器学习算法最小二乘支持向量机(LSSVM)的预测性能进行比较. 实验结果显示本文提出的预测模型预测误差低于其他模型, 预测精度更高.
一种点光源的自适应束斑X射线衍射仪的研制
刘俊, 姜其立, 帅麒麟, 李融武, 潘秋丽, 程琳, 王荣
2021, 70 (1): 010701.  出版时间: 2021-01-05
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为同时实现微米量级待测区域和毫米量级待测区域的物相分析, 以及对表面不平整样品准确的物相分析, 本实验室结合X射线衍射技术、CCD相机成像技术和毛细管微会聚X光调控技术, 研制了一款能根据待测区域大小自适应调节照射X射线束斑直径的点光源X射线衍射仪Hawk-II,其主要组成包括X射线源系统、六维联动运动系统、CCD相机、X射线探测系统和基于LabVIEW的软件控制系统. 为验证设备的可行性, 对表面不平整的人民币五角硬币进行分析, 发现Hawk-II测得的衍射图与标准PDF卡基本一致, 而帕纳科X-Pert Pro MPD测得的衍射图最大偏移角度高达0.52°. 对清代红绿彩瓷白釉和表面镀Cu, Fe的纳米材料采用不同直径的X射线束进行分析, 发现白釉的晶体分布较为均匀, 而纳米材料的表面镀膜不均匀. 应用Hawk-II分析一片西汉青铜, 根据其锈蚀点的大小自适应调节照射X射线束斑直径, 从而实现了物相的精确分析. 由分析结果可知, Hawk-II不仅拥有准确分析不规则样品的能力, 而且拥有从微米级到毫米级待测区域的物相分析能力, 并兼具能量色散X射线荧光分析功能, 在诸多领域具有广泛的应用前景.
宽带腔增强吸收光谱技术应用于大气NO3自由基的测量
段俊, 唐科, 秦敏, 王丹, 王牧笛, 方武, 孟凡昊, 谢品华, 刘建国, 刘文清
2021, 70 (1): 010702.  出版时间: 2021-01-05
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NO3自由基是夜间大气化学中最重要的氧化剂, 控制着多种痕量气体成分的氧化及去除, 了解NO3自由基的化学过程对研究灰霾等大气污染过程意义重大. NO3自由基浓度低、活性强, 实现大气NO3自由基的高灵敏度准确测量相对困难. 本文介绍了大气NO3自由基的宽带腔增强吸收光谱定量方法, 采用红光LED作为宽带腔增强吸收光谱系统光源, 设计低损耗且适合国内高颗粒物环境的采样气路, 并通过LED光源测试确定最佳工作电流和温度; 通过采用白天的大气谱作为背景光谱参与NO3自由基的光谱拟合过程,减少水汽对NO3自由基光谱反演的干扰;通过对镜片反射率和有效腔长进行标定, 对系统性能进行Allan方差分析, 该宽带腔增强吸收光谱系统在光谱采集时间为10 s的情况下, NO3自由基极限探测灵敏度为0.75 pptv, 总测量误差约为16%. 在合肥开展了实际大气NO3自由基观测, 观测期间NO3自由基的浓度范围从低于探测限到23.4 pptv, NO3自由基浓度呈现夜间高、白天低的特征, 符合NO3 变化规律, 表明该宽带腔增强吸收光谱系统能够用于实际大气NO3自由基的高灵敏度测量.
超级质子-质子对撞机中束流热屏的热-结构耦合模拟分析
范佳锟, 王洁, 高勇, 游志明, 王盛, 张静, 胡耀程, 许章炼, 王斌
2021, 70 (1): 012901.  出版时间: 2021-01-05
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束流热屏(beam screen)是新一代高能粒子对撞机中的重要部件, 用于将束流在管道中运行时产生的热量转移到冷却系统中, 同时通过束流热屏上的排气孔将残余气体输送至冷管壁上, 维持良好的真空度. 然而, 在转移热负载的过程中, 温度变化产生的形变会影响束流热屏的结构稳定性. 如何在保证束流热屏良好传热性能的情况下, 尽量减小形变是优化束流热屏结构设计的关键问题之一. 本文采用ANSYS软件对束流热屏模型的传热性能和力学性能进行了模拟, 并优化了束流热屏结构设计, 增强其传热性能和结构稳定性. 对于束流热屏外屏的内表面, 采用减小铜涂层厚度的方式来降低运行过程中产生的洛伦兹力. 相关理论模型计算结果表明: 与厚度为100 μm的铜涂层工况相比, 当铜涂层的厚度在0到100 μm之间变化时, 厚度为75 μm的铜涂层可以使束流热屏外屏的最大形变降低70.9%, 同时使束流热屏的最高温度升高1.1%. 对于束流热屏内屏, 采用间隔布置支撑肋片的设计方案对束流热屏的结构进行加固处理, 提高束流热屏整体的结构稳定性. 计算结果表明: 与未加支撑肋片的工况相比, 当相邻两个支撑肋片之间的间隔为1个排气孔时, 束流热屏内屏的最大形变可降低86.8%, 同时使束流热屏的最高温度降低7.69%. 研究成果为新一代高能粒子加速器真空系统中关键部件束流热屏的设计提供重要的理论参考.
基于宽波束磁电偶极子天线的宽角扫描线性相控阵列
杨浩楠, 曹祥玉, 高军, 杨欢欢, 李桐
2021, 70 (1): 014101.  出版时间: 2021-01-05
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设计并加工了两款基于宽波束磁电偶极子天线单元的宽角扫描线性阵列. 首先,通过加载磁偶极子的方法拓展了天线单元的3-dB波束宽度. 然后, 基于该宽波束天线单元设计了两款具有良好宽角扫描特性的一维阵列天线. 实测结果表明,天线单元的E面方向图3-dB波束宽度在9GHz—12 GHz均大于107°, H面方向图3-dB波束宽度在7GHz—12 GHz均大于178°. E面阵列中心单元的有源驻波比在9GHz—13 GHz小于2, 相对阻抗带宽为36.36%. H面阵列中心单元的有源驻波比在9.6GHz—12.6 GHz小于2.5, 相对阻抗带宽为27.03%. E面阵列在9GHz—12 GHz可实现 ± 70°的有效宽角扫描. H面阵列在9GHz—GHz可实现 ± 90°的有效宽角扫描. 与传统的扫描阵列相比, 设计的阵列可实现有效宽带宽角扫描, 在X波段相控阵雷达方面具有广阔的应用前景.
电磁偏置各向异性石墨烯界面的传播矩阵
王飞, 魏兵
2021, 70 (1): 014102.  出版时间: 2021-01-05
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基于电磁场边界条件和相位匹配, 推导出电、磁偏置下呈各向异性的石墨烯导电界面的传播矩阵, 并进一步给出各向异性石墨烯界面的反透射系数解析解; 该传播矩阵耦合了基本的横电波和横磁波极化, 并包括偏置电、磁场的影响. 将跨石墨烯界面传播矩阵嵌入各向同性分层介质传播矩阵, 获得的新传播矩阵可用于解析分析平面电磁波以任意角度入射含各向异性石墨烯界面层状介质时的传播和反透射特性, 并且为分层介质与各向异性导电界面复合结构的相关分析和设计提供了一种非常简单的工具.
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