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具有自动送料功能的秸秆压块燃料户用采暖装备
具有自动送料功能的秸秆压块燃料户用采暖装备一、 项目简介在教育部科学技术研究重点项目和河北省科技支撑计划项目的资助下,河北工业大学能源与环境工程学院(暨天津市建筑供能技术工程中心)基于对北方农作物秸秆燃料燃烧特性的研究,开发了具有自动送料功能的秸秆压块燃料户用采暖装备。农作物秸秆的燃烧特性与燃煤显著不同,秸秆燃料的挥发分含量高达70%,固定碳含量仅有15%左右,灰分含量低于10%。秸秆燃烧放热集中于挥发分的气相燃烧过程,而燃煤以固定碳固相燃烧放热为主,因此,套用燃煤炉结构(尤其是配风方面)来设计秸秆压块采暖炉是不可行的。秸秆燃料灰熔点低、富含钠钾等碱金属化合物,采用常规层燃方式易于造成燃料层板结、受热面结渣和碱金属腐蚀,并导致燃烧效率和热效率降低。煤块的燃烧周期长达2小时,而秸秆压块的燃烧周期仅有25分钟,人工添加燃料势必造成炉内燃烧工况波动和污染物排放提高。秸秆燃料低温、缺氧情况下将产生大量焦油,夜间封火将形成焦油污染,并将因烟气中的水蒸气冷凝而形成污水二次污染。本项目所涉及的秸秆压块燃料户用采暖装备匹配了自动送料装置,内置“日间供热”和“夜间供热”两种模式,可实现12小时无人值守,不仅提高了燃烧稳定性、燃烧效率和热效率,同时彻底摆脱了夜间封火工艺,可有效保证用户的夜间室内温度,舒适度大大提高,劳动强度显著降低。二、 项目技术成熟程度具有自动送料功能的秸秆压块燃料户用采暖装备在技术上已经完全成熟,目前已在遵化和张家口分别完成了热负荷10kW(供热面积80-100m2)和15kW(供热面积150-200m2)采暖装备的示范运行工作,其各项污染物排放指标均满足《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2013)的要求,燃尽灰可直接作为生物肥料还田。户用采暖装备示范样机照片见下文图1。三、 技术指标(包括鉴定、知识产权专利、获奖等情况)本项目所涉及的采暖装备已获得国家发明专利授权1项,另有1项发明专利正处于审查过程中。秸秆压块燃料户用采暖装备示范样机监测结果显示,其各项污染物排放指标均满足《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2013)的要求,其热效率达到80%以上。四、 市场前景(应用领域、市场分析等)应用领域:具有自动送料功能的秸秆压块燃料户用采暖装备主要适用于北方农村地区农村住房的冬季供暖过程,同时可用于城郊别墅冬季供暖、蔬菜种植大棚的供热、以及养殖建筑的冬季供热。市场分析:2013年,京津冀地区农民生活生产燃煤消耗高达4224万吨/年,占到社会总煤耗量的11%,而农村地区燃煤的污染物排放却占环境统计烟尘排放总量的23.2%、二氧化硫排放总量的15.2%,氮氧化物排放总量的4.4%。上述统计数据说明,燃烧等量的煤炭,农村用能过程较工业燃烧过程对环境污染的贡献率更大。2014年,北京可持续发展促进会针对京津冀农村地区7795个农户的生活用能情况进行了调查,农民的用能以“散煤+电+液化石油气”方式为主,户平均生活能耗折合2.5-3吨标准煤/年,其中,冬季燃煤采暖用能所占比例高于60%、生活用电能耗约占20%、炊事用能约占15%(以秸秆等生物质能和液化石油气为主);并且农户生活用能的85-90%为商品能源,户均能源购置成本3500元/年。上述调查结果说明,污染物排放严重的燃煤燃烧在农村用能过程中占据着主导地位,而农村地区丰富的生物质能并未得到有效利用。近十年来,我国在生物质能的规模化利用(秸秆直燃发电、生物制油制乙醇、秸秆集中气化等)领域,完成了各种类型的示范工程建设。但值得注意的是,由于秸秆收集半径过大、燃料运输成本过高等原因,已建成的数十座秸秆直燃电站并没有彻底改变农村地区秸秆田间焚烧或废弃的现状。目前,农村地区均使用技术水平较低的、未配备除尘脱硫装置的燃煤采暖炉散烧劣质原煤,从技术角度而言,市场上现有的户用燃煤采暖炉根本无法克服周期性的人工添加燃料和夜间封火工艺所造成的燃烧不稳定和燃烧不完全现象,而上述周期性燃烧和不完全燃烧,是造成农村地区燃烧污染物排放严重超标的主要原因。2014年,京津冀三地针对农村地区冬季采暖燃煤排放问题相继出台“推广民用无烟煤炉具”、“控制散烧劣质原煤,强制燃用无烟煤或型煤”、“推广秸秆压块民用采暖炉”等政策,并计划在2017年之前投入数千万元用于补贴农户购置无烟煤炉具或秸秆压块采暖炉。但这不过是一时权宜之策,目前市场上销售的无烟煤炉具和秸秆压块采暖炉,均因缺乏专业设计而无法克服人工加料和夜间封火所造成的燃烧不稳定和燃烧不完全现象,不能从根本上控制燃烧污染物的超标排放;尤其是秸秆压块采暖炉,封火期间的低温燃烧过程将产生大量的碳烟、焦油和冷凝水,室内空气污染异常严重,影响用户的身体健康。河北省年产秸秆6200万吨(全国年产秸秆7亿吨,天津市230万吨),其中能源化利用的仅有74万吨,直接还田和废弃的秸秆折合标准煤2300万吨。但是由于缺少专用的燃烧设备,导致大量秸秆于田间焚烧,能源浪费和大气污染严重 。因此,在农村地区推广以秸秆燃料取代燃煤采暖具有可行性,而技术先进的秸秆压块燃料户用采暖装备在农村地区具有广阔的应用前景,其需求量巨大。五、 规模与投资需求(资金需求、场地规模、人员等需求)北方农村地区冬季供热多采用燃煤采暖炉+土暖气模式,是一种分布式供能系统。由于燃煤采暖炉的技术水平较低,热效率仅有65%左右,故导致其燃料消耗量较高;并且,常规燃煤采暖炉在夜间必须封火,低温、缺氧燃烧不仅降低了室内温度,同时也显著提高了燃烧污染物排放量,并且煤气中毒的可能性增大。目前,农村地区100m2供热面积年消耗燃煤3-5吨,燃煤购置成本3000-5000元/采暖期。利用农村废弃的农作物秸秆、树枝等加工而成秸秆压块燃料取代燃煤用于冬季采暖过程,是符合国家中长期发展战略和京津冀地方政府农村政策的。值得注意的是,秸秆和秸秆压块属于地方燃料,收集和运输半径过大势必提高其燃料成本,因此,建议采用“就地生产、就近利用”的模式,来推广秸秆压块采暖装备和秸秆压块燃料。企业需要以能源供应商的身份介入秸秆压块采暖装备和秸秆压块燃料生产销售过程,以“分户采暖/集中监控”的商业模式运行;需要在农村地区建设辐射半径10公里(1000-2000家左右的用户)的中心服务站,一方面负责秸秆收集以及压块燃料的生成、销售工作,另一方面负责燃烧装备的生成、销售工作,同时还要负责燃烧装备的运行监控、维护及维修服务工作。以服务1000家农户(预计秸秆压块燃料总消耗量5000吨/采暖期)的中心站建设为例,其投资规模为150万元左右,场地规模3000m2左右,人员10-13人(其中专业技术人员和管理人员3-4人,装备生产加工人员3-4人,燃料加工人员4-5人)。投资预算包括:秸秆压块装备购置成本25万元(2台套);燃烧装备加工设备购置成本15万元(年生产能力2000台套);土地购置成本20万,厂房和燃料仓库建设成本30万元、露天储料场建设成本5万元;控制终端设备购置成本10万元;人员工资成本30-40万元/年。等等。六、 生产设备秸秆压块燃料生产需要购置秸秆压块机,生产能力1-1.5吨/小时的秸秆压块机械,目前市场售价12万左右。采暖装备加工需要卷板机、电焊机、磨具等基本机械加工设备。七、 效益分析下文将从用户和能源供应商两方面进行效益分析。1、秸秆压块、燃煤和燃气采暖的经济性分析以采暖面积200平米的民居为例,采暖热指标取70W/m2,若选用NK15.0-IY型户用采暖装备,售价以4000元/台计算;秸秆压块发热量3500-3700kcal/kg,市场售价450-550元/吨。初投资(不包括室内管网)和运行成本见下表:采用秸秆压块采暖装备进行冬季采暖,其初期投资为4210元,运行成本包括秸秆压块购置4140-5160元、自动送料装置和循环水泵电耗180元,折合采暖费用为22-26.5元/平米。若农户自产5吨秸秆,则采暖成本可降低至15元/平米以下。同样供热面积的燃煤采暖炉市场售价1500-2000元/台,其热效率约为65%;燃煤发热量5600kcal/kg,目前市场售价650-800元/吨左右。初投资(不包括室内管网)和运行成本见下表:采用燃煤炉具进行冬季采暖,其初期初投资为1710-2210元,较秸秆压块采暖装备初投资低2000元左右,考虑国家补贴的1500元后,两者相差500元左右。其运行成本包括燃煤购置费用4916-6050元,循环泵电耗50元,折合采暖费用为24.8-30.5元/平米,较秸秆压块全部购置采暖成本高10%左右。但是,采用秸秆压块采暖装备的劳动强度更低、室内舒适度(尤其是夜间)更高,灰渣处理量更少,环保效益更为显著。同样供热面积的燃气壁挂炉市场售价8500-15000元/台,可同时解决采暖和热水供应问题;单户燃气壁挂炉采暖有很大的调节灵活性,使用完全独立,采暖温度以自主调节,采暖时间可自行控制。天然气价格按3元/立方米计算,其运行成本见下表:燃气壁挂炉采暖的初期投资为8500-15000元,其运行成本包括燃气费用9504元,折合采暖费用为47.5元/平米;尽管燃气壁挂炉采暖系统兼具热水供应功能,但如此高的投资成本和运行成本,是普通农户难以接受的。综上所述,对于农户而言,使用秸秆压块采暖装备进行冬季采暖,具有良好的经济性;同时可以降低商品能源的使用,可提高户用供能自给程度到60%以上。2、能源供应商的投资效益本项目推广实施过程中,企业将以能源供应商和服务商角色介入,负责建立辐射半径5-10公里(用户1000家左右,秸秆压块消耗量5000吨/采暖期)的区域中心工作站(投资规模150万元左右),负责采暖装备的生产、销售、日常维护和年度检修,负责秸秆收集、运输以及压块燃料生产、销售和运输,负责区域供热系统的集中监控和运行保障。而农民用户则负责秸秆生产、采暖装备上料(12小时一次)和供热模式切换、以及室内暖气系统日常调节。在这种商业运作模式下,能源价格将主要由秸秆原料价格(150元/吨)、秸秆压块成型成本(150元/吨)、秸秆和压块燃料收集运输成本(50元/吨)、服务成本(50元/吨)和利润(100-150元/吨)等组成。企业每年可通过秸秆压块燃料销售获得利润50-75万。采暖装备的生产与销售也是企业利润的来源之一,单台采暖装备的生产成本可控制在3000元以下,若销售价格为3400-3500元的话,以年销售1000台计算,企业每年可通过采暖装备销售获得利润40-50万。目前各级政府对于大规模利用秸秆燃料进行了补贴,在利用规模高于5000吨/年情况下,国家财政补贴一般为150元/吨,因此,企业每年可获得的财政补贴为75万。值得注意的是,企业只有以能源供应商角色介入,方可达到如此大的销售和利用规模,而以单个农户每年消耗几吨秸秆燃料的模式运作,是无法获得国家补贴的。综上所述,依托本技术建立一个中心服务站每年可获得的利润为90-125万,可获得的国家补贴为75万,一年即可收回投资。因此,对于企业而言,本项目具有良好的经济效益。八、 合作方式专利转让、技术入股均可,面议。九、 项目具体联系人及联系方式(包括电子邮箱)联系人:刘联胜电话:13802036623Email: lane812@163.com
河北工业大学 2021-04-11
流延膜挤压收卷装置及控制系统的合作研发
以企业的生产需要为出发点,以研发新产品、新设备、新工艺为目标,进行光机电一体化成套设备及新技术的研究与开发,解决企业发展过程中的瓶颈问题。围绕创新制造工艺、机电控制及自动化,开展绿色化、系统化智能机电一体化技术及其在生产过程中的应用研究。主要研究方向有:( 1 )绿色新能源生产技术及设备( 2 )特种加工机械( 3 )新型包装机械( 4 )根据企业实际需求定制光机电一体化成套设备(生产线)的研发。 所承担主要项目: 锌空燃料电池极片干嵌法成形过程控制的理论与技术(国家自然基金) ·高速水墨柔性印刷模切机CL1224 (国家科技部) ·机械软起动控制系统的开发(天津市教委) ·柔性传动行星轮差速机构的研究 (河北省教育厅) ·机械液压自动控制软启动系统(石家庄科技局) ·自动分页装订机的开发研究(河北省教委) 横向课题: 纸管机开发(天津巨业衣架制造有限公司) 盘料螺纹钢滚丝机(天津市天鹏建筑器材有限公司) 五金平台自动机械手的研制(庆辉五金制品有限公司) 乒乓胶皮海绵上料系统的研发(天津七二九体育器材开发有限公司) 电池极片卷绕设备(海裕百特锂能设备有限公司) 锂电池极片轧制卷绕线 ; 流延膜挤压收卷装置及控制系统的合作研发; 瓦棱机生产线控制系统的研制; KSQ-500电池极片卷绕设备开发 木工挖船机(威卢克斯有限公司) WS-260卫生巾生产线获奖与专利一种布料机                  发明专利           专利号:200910068754.x一种双向水泥土搅拌桩机      发明专利           专利号:200910069172.3一种双向水泥土搅拌桩机      发明专利           专利号:200910069171.9一种双向水泥土搅拌桩钻杆    发明专利           专利号:200910069170.4一种收获机                  发明专利           专利号:200910069269.4
河北工业大学 2021-04-11
考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法
本发明提供了一种考虑结合部刚度的高速加工机床整机结构动态设计方法,其包括以下步骤:步骤1:高速加工机床三维数字化建模;步骤2:机床平面结合部动态参数计算;步骤3:机床导轨结合部动态参数计算;步骤4:高速加工机床整机结构动态特性分析计算;步骤5:高速加工机床整机结构动态设计。采用本发明提供的考虑结合部刚度的高速加工机床整机动态设计方法,能够大幅提高高速加工机床整机结构动力学建模与动态设计精度,缩短设计周期。不仅便于高速加工机床的正向设计,而且提高一次设计成功率。
东南大学 2021-04-11
一种基于灰点提取的自动白平衡矫正方法
本发明公开一种基于灰点提取的自动白平衡矫正方法,包括以 下步骤:S1 通过黑电平矫正图像传感器采集的 RAW 数据,去除直流 偏移成分;S2 利用灰点选取标准对经 S1 获得的图像数据进行处理, 检测其中是否存在灰点;S3 当识别出灰点时,通过均值计算法计算其 RGB 三通道的增益,然后跳转到步骤 S7;S4 当没有识别出灰点时, 通过图像熵判断颜色复杂度,去除图像中大色块;S5 通过灰度阴影法 求出经 S4 处理后图像 RGB 三通道颜色亮度的闵可夫斯基范数;S6 根 据 S5 得出闵可夫斯基范数计算图像 RGB 三通道的增益;S7 将计算的 RGB 三通道的增益输入白平衡矫正模块完成白平衡矫正,本发明将灰 点选取标准应用于经典白平衡算法中,减少了失效情况。
华中科技大学 2021-04-11
一种基于偏心距优化的正交车铣宽行加工方法
本发明公布了一种正交车铣宽行加工方法,包括:(1)分别初始化刀触轨迹序号和其 u 向坐标;(2)获得刀触轨迹;(3)将刀触轨迹离散成为多个采样点,计算其优化加工行宽,并确定在此行宽下各个采样点对应的偏心距取值,并构建两者的函数关系;(4)将刀触轨迹离散成为多个刀触点,获得各刀触点对应的偏心距,进而获得刀触轨迹对应的加工轨迹;(5)根据该刀触轨迹和对应于该条刀触轨迹的优化加工行宽,确定下条刀触轨迹;(6)重复步骤(2)-(5)即可获得下条刀位轨迹和下一条刀触轨迹,循环执行直至产生的刀位轨迹遍历整张曲面。本发明通过对加工过程中偏心距的优化选择,增大了切削行宽,实现了加工轨迹衔接处残留高度的均匀分布。
华中科技大学 2021-04-11
一种适于在用工业管道的管外漏磁检测装置
本发明公开了一种适于在用工业管道的管外漏磁检测装置,包 括爬行单元、漏磁检测单元、远端信号处理与控制单元以及本地控制 单元,其中爬行单元包括主动模块和从动模块,主动和从动模块通过 磁化模块相连且通过链传动实现动力传动;漏磁检测单元通过调节板与爬行单元连接;远端信号处理与控制单元包括信号预处理模块、第 一无线模块和第二无线模块,并通过把手与爬行模块连接在一起;本 地控制单元包括无线路由器模块和遥控模块,并与远端信号处理与控 制单元构成双路控制。通过本发明,能够很好地适应工业现场情况, 同时具备无需搭架、便于操控、检测效率高等特点,因而尤其适用于 在用工业管道的高精度检测用途。 
华中科技大学 2021-04-11
一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置
本发明公开了一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置, 包括磁悬浮轴承铣削电主轴、变频器、磁悬浮轴承控制器和信号辅助 处理部件;磁悬浮轴承铣削电主轴安置于铣床上,用以加工工件及抑制颤振;变频器与所述磁悬浮轴承铣削电主轴的电机相连,用于驱动 所述电机旋转及控制其启停;所述磁悬浮轴承控制器通过控制主轴内 部的径向磁悬浮轴承以产生抑制主轴振动的磁场力;信号辅助处理部 件用以对上述各器件在铣削加工过程中所传递的信号进行调理。本发 明可以大幅提高主轴-刀具系统的动态刚度和阻尼,从而抑制了颤振的 发生,提高了切削加工的稳定性及效率。 
华中科技大学 2021-04-11
城市气溶胶相态垂直分布的激光雷达遥感技术
大气气溶胶,即大气中的悬浮颗粒物。通常所说的PM10(粒径小于10微米,可吸入颗粒物)或者PM2.5(粒径小于2.5微米,可入肺细粒子)是大气气溶胶的重要组成部分。从生成来源上看,大气气溶胶分为一次气溶胶(Primary Aerosols)和二次气溶胶(Secondary Aerosols)。一次气溶胶指自然界或人类活动直接排放的气溶胶粒子;二次气溶胶指通过大气中的物理、化学过程新生成的气溶胶粒子。在大气污染过程中,汽车尾气以及人类其他燃烧过程中产生的氮氧化物、煤炭等含硫燃料燃烧产生的二氧化硫等气体通过参与这些复杂的过程产生二次气溶胶,即“气-粒”转化过程。二次气溶胶是重度霾过程的气溶胶污染物的重要来源。 大气气溶胶以固态、半固态或者液态几种形式的相态而存在,其相态与上述大气中的化学过程有着紧密的联系。气溶胶粒子可以作为大气化学反应的“容器”,在气溶胶表面或内部进行与二次气溶胶生成有关的化学反应。气相分子在不同相态的颗粒物中的传输速率差别很大,固态气溶胶几乎只有表面能发生气相化学反应,而液态气溶胶在颗粒内部也能发生化学反应。因此化学反应加速与液态气溶胶表面积和体积的增大会形成正反馈过程,在液态气溶胶上发生的异相化学反应生成二次气溶胶,对雾霾过程中颗粒物爆发性增长有重要的贡献。因此,对城市气溶胶在边界层内以什么相态存在的空间分布的探测,是研究二次气溶胶生成、演化和扩散所迫切需要的一项技术,对于理解雾霾形成的机理有着重要的意义。 气溶胶的相态与颗粒物的化学组分和环境的相对湿度有关。目前对于颗粒物相态的测量,通常仅限于地面采样观测,缺少垂直空间方向上颗粒物相态的探测手段。在颗粒物浓度相对较高的大气边界层内,垂直方向上相对湿度往往有很大的变化,气溶胶的相态也一定存在很大差异。 北京大学物理学院大气与海洋科学系李成才副教授研究组与北京大学环境科学与工程学院朱彤教授研究组、吴志军研究员研究组共同合作,提出了一种新的利用偏振激光雷达获得气溶胶粒子相态垂直廓线的方法。气溶胶粒子对入射电磁波的散射过程,会造成散射光偏振特性的改变,如果利用线偏振光照射,散射光的偏振度相对于入射光会减小,这种改变称为气溶胶的退偏振能力。利用激光雷达观测的大气退偏振比可以对气溶胶粒子进行分类,例如非球形的冰晶和沙尘具有较大的退偏振比,而近于球形的城市气溶胶细粒子具有较小的退偏振比,区分沙尘与城市细粒子气溶胶的观测技术在国内外已经比较成熟,通常也是激光雷达业务观测的一项主要内容。但是把类似的观测进一步应用于区分城市气溶胶细粒子的特性,国际上尚没有相应的研究结果。通常来说,固态颗粒物形状不规则,而液态颗粒物更趋近于球型,不同相态的粒子退偏振能力存在差异。结合激光雷达垂直观测以及地面颗粒物相态仪的测量,研究组发现,激光雷达观测的城市气溶胶细粒子后向散射退偏振比与气溶胶粒子的弹跳率(与相态相关)具有很好的关系,从而建立了利用气溶胶粒子后向散射退偏振比反演气溶胶相态的参数化方案,并在国际上首次实现了长时间实时连续的气溶胶相态垂直廓线的探测。偏振激光雷达反演气溶胶粒子相态概念图 该研究成果已在线发表在美国化学学会(ACS)主办的环境与生态领域国际顶级期刊Environmental Science & Technology Letters(2018 IF=6.934)上。大气与海洋科学系博士研究生檀望舒为论文第一作者,通讯作者为李成才副教授。北京大学为唯一通讯作者单位。论文评审人之一对论文成果基于高度评价:“......to my knowledge, it is the first time in field studies. Particle phase states have been a hot topic because they can potentially influence the rates of gas-particle partitioning and multiphase reactions. I think this is a timely paper on this topic. The use of lidar depolarization to detect the particle phase states is novel”。
北京大学 2021-04-11
借助石墨烯实现Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长
北京大学物理学院宽禁带半导体研究中心沈波和杨学林课题组与俞大鹏、刘开辉课题组合作,成功实现了Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长,相关工作于2019年7月23日在Advanced Functional Materials上在线刊登 [doi.org/10.1002/adfm.201905056]。 GaN基宽禁带半导体具有带隙大、击穿电场高、饱和电子漂移速度大等优异,能够满足现代电子技术对高温、高频、高功率等性能的要求,对国家的高技术发展和国防建设具有重要意义。由于缺乏天然的GaN单晶衬底,GaN基半导体材料和器件主要在异质衬底上外延生长。因具有大尺寸、低成本及易于集成等优点,Si衬底上外延GaN成为近年来学术界和产业界高度关注的热点领域。 目前用于GaN外延生长的Si衬底主要是Si(111)衬底,其表面原子结构为三重排列,可为六方结构的GaN外延提供六重对称表面。然而,Si(100)衬底是Si集成电路技术的主流衬底,获得Si(100)衬底上GaN外延薄膜对于实现GaN器件和Si器件的集成至关重要。但Si(100)表面原子为四重对称,外延生长时无法有效匹配;同时Si(100)表面存在二聚重构体,导致GaN面内同时存在两种不同取向的晶畴。迄今国际上还未能实现标准Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长。图 Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长 沈波和杨学林课题组创造性地使用单晶石墨烯作为缓冲层,在Si(100)衬底上实现了单晶GaN薄膜的外延生长,并系统研究了石墨烯上GaN外延的成核机理和外延机制。该突破不仅为GaN器件与Si器件的集成奠定了科学基础,而且对当前国际上关注的非晶衬底上氮化物半导体外延生长和GaN基柔性器件研制具有重要的指导价值。
北京大学 2021-04-11
关于应用神经网络对核裂变产物的研究进展
原子核裂变数据的精确测量是很多核物理应用的先决条件,比如核能、国防、辐射防护、核废料处理、产生稀有同位素等。核裂变物理在超重元素合成、反应堆中微子、中子星融合中的r-process等研究中也不可缺少。特别是走向新一代核能-快中子反应堆,急需锕系核区精确的不同能量中子诱发裂变数据。但是目前实验和理论都无法提供可靠及完整的能量相关裂变数据。 由于涉及中子的实验难度较大,国际上主要的核数据库只有几个能量点的裂变数据。理论上基于微观模型去描述裂变过程非常复杂,是一个涉及多维位能面的大幅度、非绝热的量子动力学过程。目前微观理论对裂变可观测量的描述还有较大误差。 此外基于唯象裂变模型对未知核区和未知能区的外推往往不可靠。 北京大学物理学院裴俊琛研究员课题组首次采用贝叶斯神经网络(Bayesian Neural Network)来评估不完整的裂变产物分布。此前贝叶斯神经网络对原子核质量外推有一些成功的应用,并可以得出推断的误差,但是仍有量子壳效应的疑虑。核裂变过程涉及复杂的位能面,裂变产物分布具有统计特征,比较适合神经网络。 贝叶斯神经网络对不完整核裂变产物的评估 目前核裂变产物的实验测量很难给出完整的产物分布,只能结合模型评估给出完整的裂变产物分布。人们通常基于唯象模型、通过调参数来拟合出产物分布。该工作通过对已有裂变数据库的学习,当实验测量给出不完整的裂变数据时能够推断出完整的裂变产物分布。结果表明,随着中子能量增加,裂变模式逐渐从不对称裂变演化成对称裂变。这说明神经网络能成功抓住部分物理图像。当实验数点很少时,唯象评估模型失效,神经网络仍然可以给出有效的评估和合理的置信区间。贝叶斯神经网络对核裂变产物的评估开辟了一个新的方向,展现了机器学习的一个实际应用范例,将对核数据的定量评估产生重要影响,有望更好地提供应用级的精确核数据。 不同能量的裂变模式演化
北京大学 2021-04-11
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