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  记者从中国科学院南海海洋研究所获悉,该所“构造与模拟”研究团队与香港中文大学合作,首次在南海全面追踪到了中生代古火山弧的位置,为揭示主动陆缘向被动陆缘转换机制以及评估中生代盆地资源潜力提供了重要依据。相关研究近日发表于《地球物理学研究:固体地球杂志》。  研究人员利用等效源深度法对全南海区域的磁力异常数据进行化极异常处理,通过延拓和功率谱计算出磁源的位置和深度;收集并对比了南海海域超过200口钻井和拖网的岩相与地球化学数据,重建了中生代岛弧和弧前盆地体系,结合地震剖面等资料追踪中生代的变形和沉积特征,在此基础上重建了南海陆源中生代的山—弧—盆体系。  研究显示,新恢复的火山弧与华南—越南陆上中生代弧后花岗岩带延伸范围一致,较好地约束了中生代俯冲带的范围。研究发现现今火山弧在南海东北部较为完整,在西南部则零散分布在西南次海盆两侧,揭示了新生代南海陆缘的破裂不仅具有穿时特征,还具有空间上的差异,南海东北部破裂作用发生在弧前,而西南部破裂则发生在火山弧上。  相关论文信息:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2017JB014861

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  记者9月25日从中国科学院获悉,该院生物物理研究所成功研制我国首台基于原子磁力计的新型多通道脑磁图系统原型机。该原型机可探测海马、小脑等传统脑磁无法有效探测的脑深部区域,还可应用于传统脑磁图难以应用的低龄儿童、帕金森患者等群体。  脑磁图设备可通过探测大脑神经活动产生的颅外微弱的磁信号,反映神经活动发生的位置和时间过程。与其他脑成像技术相比,脑磁图设备能观测到功能磁共振成像无法获得的脑功能实时动态信息,空间定位精度显著高于脑电,有助于脑科学研究和临床医学应用。  按照中科院生物物理所专家的说法,传统脑磁图设备基于超导量子干涉仪,需在超低温下运行,购置和运行成本高昂,且探头位置固定并距头皮较远,适应性差,在一定程度上妨碍了该技术的普及。基于原子磁力计的脑磁图系统是近年来新出现的技术,可在常温下工作,探头可紧贴头皮,具备低建设/运行成本、高灵敏度和高适应性的优势,有望提高脑磁图普及率并拓展到更多的研究和临床领域。  如今,中科院生物物理所已成功搭建一套12通道的原子磁力计脑磁图原型机,该原型机除了可以应用于传统脑磁图难以应用的领域,还在发育心理学和脑疾病诊断等领域有着潜在的应用前景。据介绍,相关研究由该所脑与认知科学国家重点实验室完成,该实验室已装备国内首台科研专用3T、7T人类磁共振成像系统和传统脑磁图系统。

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猕猴桃经历了两次同源四倍体事件,每个细胞中的染色体组和所有基因加倍。论文作者供图  中国科学家发现,猕猴桃在进化过程中发生过两次同源四倍体事件,这让猕猴桃的一些关键功能基因得以大幅扩张拷贝数,其中就包括合成维生素C的基因。这或许揭示了“维C大王”背后的秘密。相关研究结果近日发表在细胞出版社最新创建的综合性学术期刊iScience上。  “了解猕猴桃的基因家族和产生维生素C的通路,有助于人为调控它们的基因拷贝数,以培育出营养价值更高的猕猴桃。”领衔这项研究的华北理工大学教授王希胤告诉《中国科学报》记者。  该团队将猕猴桃的基因组与另外两种植物——葡萄和咖啡进行了比较。其中葡萄也是富含维生素C的水果,而咖啡显然不是。“它们的基因组都比猕猴桃简单,我们可以用它们作为参考来理解猕猴桃。”王希胤说。  通过比较基因组学分析,研究人员揭示了不同基因组及每个基因组之间的共线性基因。植物的共线性基因有助于揭示古代的植物多倍化,也就是全基因组加倍现象。他们发现,葡萄或咖啡中的一个染色体区域,通常在猕猴桃中会有四个对应的区域,证明猕猴桃曾经发生过两轮全基因组加倍事件,进一步研究确定两个事件分别发生在5000万~5700万年前和1800万~2000万年前。  植物基因组加倍后,会产生两套重复基因组,常常发生基因丢失。在玉米等物种中,有一套基因组特别具有优势,另外一套则没有。但猕猴桃的情况不同,这两套重复的基因组无论是在基因丢失或保留还是在基因表达上没有显示出任何优势差异。科研人员由此判断猕猴桃的基因组加倍是属于同源加倍,而不是像玉米一样的异源加倍。  据王希胤介绍,在完成测序的200多种植物中,只有猕猴桃发生了两次连续的同源四倍体事件,而且进化分析表明这两个事件可能为所有猕猴桃科植物所共有。他说:“目前猕猴桃是人类已知唯一一种发生两次同源加倍事件的植物,因此它非常独特。”  “多一份拷贝,对基因调控路径来说是一种加强。”王希胤表示。研究人员明确了猕猴桃每一次加倍事件后产生的基因拷贝数变化,发现猕猴桃体内合成维生素C的基因拷贝数在这两次加倍事件中大幅增加。因此,他们推论猕猴桃的两次同源四倍体事件,有助于其维生素C的超量合成。  未参与这项研究的中科院植物研究所研究员焦远年表示,多倍化事件造成植物基因组发生加倍,而后又会重新整合,其过程非常复杂。因此,确定植物在古老时期发生的多倍化事件相当困难。“此次研究从重建祖先基因组入手,证明了猕猴桃进化史中发生的两次多倍化是同源四倍体事件,而不是异源的,明确了猕猴桃的进化过程,这是最大亮点。”他说。  相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.08.003

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  (1)研究背景  鼓励发展风电是解决我国能源与环境问题的重要途径之一。风电叶片是直接捕获风能的关键部件,其流动状况决定了风能利用效率。在叶片效率的损失中,流动分离损失占较大比重。造成风电叶片流动分离的原因主要有:①设计过程中为满足生产工艺要求,靠近叶跟的部分不能适应速度三角形的变化;②机组最大转速对应的工况与额定功率工况间距较远,在接近额定风速时容易发生分离;③机组运行于空气密度区域,设计额定风速无法实现满功率输出,严重条件下流动分离可达叶片长度的70%以上;④风轮及传动系统的惯性及控制延迟导致机组不能适应风速的实时变化,叶片在失速与非失速间动态切换;⑤风电叶片的设计寿命一般为20年,运行时间越长,叶片的表面状况越粗糙,发生流动分离越严重。总之,我国风资源状况复杂,台风、沙尘、低风速、高海拔等不利于机组运行的气象条件更加剧了流动分离的发生。涡流发生器是一种有效且无额外能耗流动分离控制措施,可提高机组运行效率,在航空领域已经得到成功应用。发展应用于风电机组的涡流发生器增功技术对提高机组功率增加风场的年发电量以及降低风电成本具有重要意义。  (2)研究现状  在风电领域,针对涡流发生器的研究主要分为实验研究和数值模拟两个方面。  实验方面,国内外同行研究了涡流发生器控制风电专用翼型的流动现象、机理及流动分离控制效果。指出涡流发生器叶尖涡的产生及发展增加了边界层的动量,起到有效抑制流动边界层分离的作用。同时研究结果表面,涡流发生器自身型阻可能导致翼型总体阻力的增加。涡流发生器的这一不足促使亚边界层(或称微型)涡流发生器概念的产生及发展。此外,涡流发生器的参数及排列方式对流动控制效果的影响也是备受关注的研究内容。  数值模拟方面,除了分析流动机理及流动控制效果,许多研究集中在对数值模拟方法的简化上。数值模拟中涡流发生器的简化模型有:基于网格点的BAY模型(其改进型为jBAY模型)、由模仿雷诺应力获得的Johansson模型、基于流动控制方程非保守力的源项模型等。国家能源风电叶片研发(实验)中心在涡流发生器的源项模型方面提出了新思路,建立了系统研究及设计方法。  (3)实验研究  风电中心对涡流发生器进行了较为系统的研究,分别与北京航空航天大学D4风洞、中科院工程热物理研究所IET-Wind0.5×0.5风洞、华北电力大学风洞(二元段1.5m×3m)进行的流动可控条件下的风洞实验。此外,本中心100kW风电机组实验台上进行了自然条件下的现场实验。如图2及图3所示。研究结果表明涡流发生器可以有效提高现代变速变桨型风电机组的年发电量。年平均风速为6m/s时,年发电量提高可超过2.5%。  (4)数值研究  为了提高计算效率,风电中心发展了一种源项模型,如图4所示。流体经过源项区域时将获得真实涡流发生器所产生的环量。经过推导,其流动控制方程的变化如图5所示。为了验证模型的准确性,假设了一种理想平板流动,忽略壁面粘性的影响,并认为流动为湍流充分发展状态,模拟结果与源项模型的理论结果对比如图6所示。源项模型在流动的三个方向上与实际涡流发生器诱导的流场特性吻合很好。基于该模型,建立了涡流发生器的设计方法,并进行了风场验证。  (5)应用研究  流动控制附件的技术成熟度高、对机组影响小、风险低、施工周期短,受市场欢迎。在风场实际增功技术中,单独使用一种流动控制附件的效果有限,一般与其它流动控制附件配合使用,总体提高整个机组的年发电量。将其与绕流板及格尼襟翼同时优化设计,安装于1.5MW机组上,其效果如图7所示。安装流动控制附件后,机组的功率特性提升非常明显。图1叶片表面极限流线  图2涡流发生器风洞测试过程    图3涡流发生器现场测试  图4动量定理  图5三维源项模型控制方程  图6涡流发生器源项模型与实体模拟结果对比  图7安装流动控制附件(含涡流发生器)后机组功率特性的变化

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  记者从中国科学院获悉,近日,中国科学院生物物理研究所完成我国首台基于原子磁力计的新型多通道脑磁图系统原型机,并成功获得高质量脑磁信号。  据了解,脑磁图(MEG)设备可通过探测大脑神经活动产生的颅外微弱的磁信号,来反映神经活动发生的位置和时间过程。与其他脑成像技术相比,脑磁图设备能观测到功能磁共振成像(fMRI)无法获得的脑功能实时动态信息,空间定位精度显著高于脑电(EEG),且安全、无创,是脑科学研究中的先进技术手段。脑磁图在临床医学上也有重要应用,例如在癫痫病灶的定位、术前语言功能区定位等领域具有特殊重要的作用。然而,传统脑磁图设备基于超导量子干涉仪(SQUID),需在超低温下运行,购置和运行成本高昂,且探头位置固定并距头皮较远,适应性差,大大妨碍了该技术的普及。  基于原子磁力计的脑磁图系统是近年来新出现的技术,可在常温下工作,探头可紧贴头皮,具备低建设/运行成本、高灵敏度和高适应性(可做成可穿戴式系统)的优势,有望提高脑磁图普及率并拓展到更多的研究和临床领域。  目前,中科院生物物理研究所已成功搭建一套12通道的原子磁力计脑磁图原型机,其中包含96通道3D打印个性化定制,可兼容多种探测器可调型脑磁图头盔等创新技术,并已成功获得高质量脑磁成像信号。  与传统SQUID脑磁图系统相比,该原型机信噪比局部提高一倍以上,在某些应用上,通过调整探测器布置,可使用比传统SQUID脑磁图少得多的探头就能达到相同或更高的定位精度。  该原型机可有效探测海马、小脑等传统脑磁无法有效探测的脑深部区域,还可有效应用于传统脑磁图难以应用的低龄儿童、帕金森患者等群体,在发育心理学和脑疾病诊断等领域有着潜在的应用前景。  相关研究由生物物理所脑与认知科学国家重点实验室完成。该实验室已装备国内首台科研专用3T、7T人类磁共振成像系统和传统脑磁图系统。

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  记者从南开大学获悉,日前,该校物理科学学院金亮副教授与宋智教授合作,利用单向破坏性干涉展现出的独特非对称性,首次让光线行为“改头换面”,实现了不依赖入射方向的光波传播以及单向激光发射。相关研究论文发表在新一期物理学期刊《物理评论快报》上。  据介绍,光在传播过程中会透射和反射。光在时间反演不变的系统里传播,从一个方向入射和透射的光与反方向入射和透射的光相同,这称为光学互易。为了实现对光线的任意操控,改变光线“面貌”,需要先破坏光的互易性。以往,让光线“改旗易帜”,通常需借助光学非线性系统或者氧化镝等磁光介质。构成复杂的非线性系统以及磁光材料的局限性极大地限制了该领域的光学发展。因此,如何不依赖光学非线性系统和磁光介质破坏光学互易性是一个富有挑战性的物理难题。目前,PT(宇称—时间)对称光学开放系统虽可以实现光的非互易反射,还无法实现光的非互易性透射。  金亮和宋智在研究中借助单腔边耦合的谐振腔阵列重新设计了阿哈罗诺夫-玻姆干涉仪,利用合成磁实现了入射光波的单向破坏性干涉。实验结果显示,光波从相反方向入射时,出射波相位的对称被破坏;在边耦合腔中引入耗散或增益,还可破坏出射波几率的对称,光的互易性被彻底破坏。此单向破坏性干涉还具有双向无反射特性,为光的设计调制及操控改变带来了极大便利,可方便地应用于光学集成器件,为新型吸收器、整流器、隔离器、调幅器等光操控器件及新型激光器的设计提供了全新思路。  这一研究还得到了国家自然科学基金以及天津市自然科学基金的资助。

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