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  近日,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承担的国际热核聚变实验堆(ITER)计划的杜瓦超大矩形波纹管研制任务取得进展,科研人员研制出目前尺寸最大、难度系数最高的多层矩形波纹管,并通过了ITER国际组织专家组的最终设计评审,进入批量生产阶段。  ITER杜瓦矩形波纹管是连接真空室窗口、杜瓦和生物屏蔽层的重要部件,其主要功能是保证托卡马克装置窗口位置的真空气密性,同时补偿各种工况下窗口位置的相对位移,是ITER装置重要安全部件之一。由于矩形波纹管尺寸大(2.75米×3.47米)、层数多(3×1.5毫米),公差要求高,必须一次成型,因此给技术带来较大挑战,且没有可参照的研发先例。  研发团队依靠自主创新,两年来陆续攻克了大型矩形波纹管一体化成型机设计与工艺、多缸同步精密控制技术、大型多层矩形波纹管成型动态仿真与监测技术等一系列技术难题,研制出ITER杜瓦矩形波纹管。样件在耐压实验中表现出优异性能,0.2兆帕压力下波节距的变化率小于6%(远小于ITER要求的15%),泄压后波纹管的整体变形量小于2毫米。  ITER杜瓦超大矩形波纹管研制成功标志着我国大型非标波纹管设计研发技术已进入世界前列,为未来聚变堆设计建造以及核电大型设备等领域,需求大型复杂截面多层波纹管的设计研发及工艺探索奠定了坚实基础。ITER杜瓦超大矩形波纹管研制成功并进入批量生产阶段

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  当前发电用燃气轮机主要采用布雷登-朗肯联合循环,一方面,靠增加温度和压比提高循环性能的潜力越来越小且难度越来越大;另一方面,受限于循环型式,难以满足热电比变化大的用户需求。相比于布雷登-朗肯联合循环,湿空气透平循环(HumidAirTurbine,HAT循环)通过湿化器回收中低品位热能,回热器回收高品位热能,在不增加压气机耗功的情况下提高做功介质流量,从而提高循环的功率和效率,同时还具有热电比调节灵活的优势。HAT循环目前面临的挑战之一是HAT循环热电比的大幅变化使燃烧室进口空气温度和含湿量变化范围大,如何保证不同空气进口条件下宽负荷稳定燃烧。  中国科学院工程热物理研究所能源动力研究中心团队提出采用多股高速射流的流场组织方式,卷吸局部高温烟气回流并与之快速掺混以稳焰并实现柔和燃烧,提高燃料喷射区域湍流强度促进燃空快速混合,并结合中心值班火焰来拓展湿空气燃烧室的稳定工况范围。研究发现,相同绝热火焰温度下,含湿量的增加一方面会抑制热力型、N2O型和NNH型NO的生成,但同时由于相同出口温度下当量比的增加,CH基也会增加,使快速型NO相应增大,两者的相互竞争决定了含湿量对总NOx生成的影响。  该研究探索了湿空气柔和燃烧模型燃烧室的污染物排放和火焰特征。研究显示,热负荷36-63kW下,在含湿量0-0.2kg/kg范围内,绝热火焰温度为1670-1840K左右内能够保持稳定燃烧,同时NOx排放始终低于3ppm。在空气含湿量Ω=0.2kg/kg的条件下,燃烧室OH*化学光分布较分散,反应区内热释放率的空间波动幅度明显减弱,同时局部峰值热释放率明显减弱,展示出柔和燃烧的特征。  此外,针对高含湿量下燃烧稳定范围变窄的问题,研究人员探索了新的增稳方式。通过改变燃料分配比来实现预混、扩散和混合三种模式,扩散和混合模式下燃料喷嘴出口能形成局部高温区,能够为周围的预混喷嘴提供稳定的着火点。实验结果表明,柔和燃烧扩散模式和混合模式相比于预混模式具有更宽的贫燃边界。  相关研究成果发表在ThermalScience上。研究工作得到国家科技重大专项和中科院对外合作项目的资助。图1.不同湿空气温度下各类NO生成变化图2.NOx排放随绝热火焰温度的变化趋势图3.不同出口温度、含湿量条件下的平均OH*荧光图像

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  近日,中国科学院长春应用化学研究所承担的吉林省科技发展计划项目“宽温贮氢合金及动力镍氢电池生产及应用”获进展。  2018年,在吉林省重点科技研发项目的资助下,长春应化所科研团队开展宽温镍氢电池材料的产业化关键技术攻关,经过3年努力,开发出宽温域型、长寿命型和高容量型三种新型号宽温镍氢电池用稀土贮氢合金及生产技术。其中高容量型合金的最大额定容量为350mAh/g,宽温型贮氢合金在-45℃和60℃的容量分为额定容量的80%以上。此外,科研人员通过优化镍氢电池技术,进一步开发出在宽温(-45℃~60℃)应用的多种型号的宽温镍氢电池生产技术,宽温镍氢电池在-45℃和60℃的放电容量为额定容量的80%以上,且该类电池在-40℃下1C充放电循环100次容量保持率大于90%。  该项目已建成年产百吨级贮氢合金以及年产千万Ah电池的规模生产线,实现了贮氢合金及宽温镍氢电池的产业化并获得应用。该项目研究期间申请中国发明专利4项,牵头制定了地方及团体标准3项。  该类镍氢电池具有高比能、大功率、快速充放电、安全性好、长寿命等特点,可广泛应用于电动车辆以及通信电子等领域电源系统,并可为大型高技术装备、极地考察设备以及高寒/高热地区的能量存储提供新型电源系统,具有广阔应用前景。图1.镍氢电池用宽温贮氢合金产品图2.各种型号的宽温镍氢电池产品

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  近期,《皇家天文学会月报》(MonthlyNoticesoftheRoyalAstronomicalSociety)在线发表了中国科学院云南天文台博士研究生梁昱、研究员屈中权和北京大学合作者的研究成果。该研究依托北京大学大视场折射式日冕红线望远镜,利用2017年美国日全食期间观测到的日冕红线数据,提出了一种高精度的日冕图像配准配准方法并获得了日冕红线的成像偏振信息。通过日冕红线偏振数据和MLSO/Kcor的白光偏振数据的对比分析,研究人员提出了在日冕暗腔区域红线辐射可能存在偏振的观测证据。  对偏振测量来说,由于探测器只对强度信号有响应,在通常情况下,偏振测量需要多次调制才能实现。在多次调制过程中,图像的稳定性将直接影响偏振测量精度。因此,图像的高精度配准对成像偏振测量尤为关键。需要注意的是,可见光波段的日冕图像的高精度配准比较困难,其原因是日冕图像通常较昏暗、低信噪比、缺乏高频信息且高动态范围。将传统的图像配准方法(如基于高频尺度不变特征变换算法、基于特征统计的交叉相关算法和相位相关算法)用于2017年日全食期间的日冕红线图像配准时,效果均不理想。即使经过LoG、Sobel、Laplace、homomorphic等算子增强锐化后,上述算法的配准结果效果仍不能让人满意。  针对上述问题,研究人员将盲退卷积和噪声自适应模糊均衡算法应用于日冕红线图像的增强中,结合CC算法,最终取得较高精度的日冕图像配准结果。通过日冕偏振图像的配准结果,研究人员获取了高精度的成像偏振信息。如图2所示,左侧四幅子图显示的是传统CC算法配准后的解调结果,在月亮边缘处表现出明显的跳跃,偏振的方位角信息Sin2P也表现出一些细节特征,这些都是异常的,原因是此次日全食的遮挡率是1.0306,而月亮边缘的偏移量已超出了该范围,故CC算法配准的结果明显不可靠。相对而言,研究人员提出的配准算法获得了较好的配准结果。  理论上,日冕红线辐射是非偏的,历史上为数不多的几次观测结果几乎都不支持红线具有偏振信息,但实践是检验真理的唯一标准。通过分析对比2017年日全食期间的日冕红线的偏振观测资料和相同时间的白光偏振数据(K冕),研究人员发现,在太阳西侧的一个暗腔区域,日冕红线的偏振特征发生了突变,而该变化在K冕和电子密度中均无对应的表征,这从侧面证明了日冕红线在该区域辐射可能存在偏振。  比较遗憾的一点是,由于采用的是成像偏振观测,并没有红线附近波段连续谱偏振信息,因此,连续谱和日冕红线的偏振无法区分,故无法定量的分析日冕红线的偏振信息。然而,通过对比K冕的偏振辐射和日全食期间观测的红线偏振辐射数据,可以定性判断谱线的偏振信息。研究人员认为,该发现对认识日冕偏振的复杂性及禁线偏振理论提出了新挑战。  研究工作得到国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目和青年项目、天文联合基金重点项目、中科院院级科研仪器设备研制项目等的资助。  论文链接 图1.2017年8月21日日冕合成图像,前三幅子图坐标系为标准太阳坐标,第四幅子图为极坐标形式。左上图:FeX6374埃日冕红线增强图和FeIX171埃紫外图像的合成图像(日面为171埃,日冕为6374埃,采集时间17:17UT)。右上子图:SDO/AIARGB合成图像(红色通道代表211埃数据,采集时间01:24:09UT,绿色通道代表193埃数据,采集时间01:24:04UT,蓝色通道代表171埃数据,采集时间01:24:33UT);左下子图:从内到外,依次为FeIXSDO/AIA171埃(17:17UT),红线FeX6374埃(17:17UT)和SOHO/LASCOC2(17:24UT)白光日冕数据,该合成图中,AIA和LASCOC2数据的合成通过JHelioviewer软件实现;右下子图:左下子图的极坐标形式图2.通过不同配准算法获得的偏振解调结果。日冕红线(FeX6374埃)的原始数据获取时间是从17:17:06UT到17:17:54UT。图中的白色斜线代表太阳的自转轴,标注了太阳正北的方向。左侧的四幅图代表通过传统CC配准算法后偏振解调的结果,右侧的四幅图代表通过研究人员提出的配准算法后偏振解调的结果。Q/I代表StokesQ/I的结果,U/I类似,DLP代表线偏振度,Sin2P代表偏振方位角信息图3.通过北京大学大视场折射式日冕红线望远镜以及MLSO/K-Cor数据得到的日冕红线强度、偏振亮度、白光偏振亮度、电子密度的诊断结果,数据获取时间是17:17UT,这些图像都已经旋转维标准的太阳坐标系。左上图:代表FeX日冕红线的辐射强度(已增强);右上图:日冕红线的偏振亮度辐射(已增强);左下图:K冕的辐射;右下图:通过K冕反演出的电子密度

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  近日,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与华中科技大学、深圳大学合作,以激光小型化为牵引,基于新型增益介质发光原理与机制的探索,将室温亚波长微纳激光器件的尺寸推进到50nm,相关研究成果发表在ACSNano上。  片上光子信息处理系统对纳米尺度上的优良相干小型化光源提出了迫切需求。然而,当接近亚波长或深亚波长尺度时,微型激光器的最小尺寸和性能之间存在一个基本的平衡。为了克服这种权衡,该工作研发了一种激光尺寸仅为~50nm的新型亚波长钙钛矿微纳激光器。准二维钙钛矿具有强的束缚电子-空穴对(激子)和一个天然的能级梯度,利于激子在最低能带隙量子阱聚集,从而实现粒子数反转。研究使用飞秒瞬态吸收光谱揭示了钙钛矿薄膜增益介质的发光动力学机制,发现高达558cm-1的净增益寿命约50ps,并分析了超快级联能量传输和单线态及三线态激子等对增益的贡献。受其优异增益特性的启发,科研人员结合40nm的增益介质,采用10nm厚的紫外胶及SiO2基底构成的超简“三明治”构造,在室温下实现了激光尺寸仅为50nm的单模皮秒激光发射,且其线偏振度高达81%,双光子及单光子激发阈值仅为~143μJ/cm2和10.5μJ/cm2。该激光器在4.8×106个飞秒激光脉冲持续激发下,仍表现出良好的稳定性。特别是在亚波长尺度下,其品质因子高达1635,在钙钛矿垂直腔面发射激光器当中居于前列,并在传统全介质微纳激光中表现优异。  2018年,上海光机所首次将钙钛矿微纳激光的尺寸发展到亚波长尺度(ACSNano2018,12,6,5923–5931),此次工作将此类激光的尺寸进一步发展到深亚波长尺度,结合该研究中率先发展的简单“三明治”结构,有望推动钙钛矿激光器的发展进程和片上集成小型化光源的应用。  研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项(B类)、上海市优秀学术/技术带头人计划等的支持。  论文链接 准二维钙钛矿薄膜发光动力学及激光特性

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  孤独症谱系障碍是一组中枢神经系统发育疾病,致病机制复杂,病因高度异质化,存在较大的未满足临床需求。目前,学界聚焦于其遗传学病因及病理机制,已发现一部分孤独症的发生可归因于数百种遗传异常,缺乏具有普适性的靶点以支撑常规药物研发。流行病学及实验动物研究结果表明,孕期母体感染病原体所引发的母体免疫激活(MIA)是诱发子代产生孤独症等神经精神疾病的重要风险因素;MIA对子代的外周和中枢神经免疫系统可产生持久性影响,这或是导致部分免疫异常型孤独症的原因。  4月15日,上海市精神卫生中心-中国科学院上海药物研究所联合实验室研究员周子凯与南京医科大学生殖医学国家重点实验室、病原生物学系教授季旻珺合作,在NatureNeuroscience上在线发表研究论文Rescueofmaternalimmuneactivation-inducedbehavioralabnormalitiesinadultmouseoffspringbypathogen-activatedmaternalTregcells。该研究建立了MIA的新型疾病动物模型,揭示了MIA影响子代免疫系统并造成孤独症相关表型的机制,并发现可以通过调节成年期子代小鼠的免疫系统改善其孤独症的表型。  研究采用感染全球1/3人口的弓形虫速殖子可溶性抗原(STAg)诱导MIA,建立了子代具有免疫异常及孤独症表型的小鼠模型。与学界常用的病毒模拟物poly(I:C)及细菌模拟物LPS这两种化学物质相比,寄生虫模拟物STAg为复合抗原,可以更全面地诱导免疫谱系异常,特别是可以有效诱发获得性细胞免疫反应。研究表明,子代病鼠直至成年均存在外周及中枢神经免疫谱系异常,其CD4+T细胞谱与部分孤独症患者高度一致;病鼠具有社交互动缺陷、重复刻板动作、交流障碍的孤独症核心症状,以及显著的焦虑表型。对成年病鼠进行过继性调节性T细胞(Treg)治疗(AdoptiveTregcelltransfertherapy)后,研究发现,虽然病鼠脑白质纤维微结构异常的改善相对有限,但是该治疗有效地逆转了大部分免疫学和行为学表型。通过单细胞测序技术(scRNA-seq)对比不同来源的Treg细胞的转录组,研究鉴定出一组高疗效的Treg细胞亚群及其转录组学特征,这类高疗效的Treg细胞能够更好地迁入与疾病症状关联的脑区起效。  该研究通过构建具有孤独症表型的新型MIA疾病动物模型并开展研究,提出依照高疗效细胞亚群的分子特征进行工程化改造的调节性T细胞药物,有望改善免疫异常型孤独症的核心症状,为后续临床转化研究提供了新思路。  南京医科大学副教授徐志鹏、上海药物所博士后张小云、南京医科大学博士生常浩为论文的并列第一作者,周子凯、季旻珺为论文的共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、上海市科学技术委员会、江苏省自然科学基金、上海市精神卫生中心等的资助。  论文链接 弓形虫速殖子复合抗原(STAg)可有效诱导母体免疫激活(MIA)产生疾病高风险的子代小鼠。具有孤独症表型的子代(ASDoffspring)与健康子代(Healthyoffspring)相比,外周Th1/Th17细胞亚群比例上调,脑内星型胶质细胞(Astrocyte)分泌大量IL-6因子造成脑功能障碍。采用过继性细胞治疗输入外周的Treg细胞在趋化因子CCL22的作用下迁入脑内,通过高表达PD1、ICOS、IL-10等分子调节神经功能,改善病鼠的孤独症相关表型。

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