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喜马拉雅山两个高海拔地区季节性积雪的能量和质量平衡动态
雪动力学在喜马拉雅山脉高山流域的水文中起着至关重要的作用。然而，基于现场观测来阐明该地区高海拔积雪的能量和质量平衡的研究却很少。在本研究中，我们使用尼泊尔喜马拉雅山脉两个高海拔地点的气象和雪观测来量化季节性积雪的质量和能量平衡。使用数据驱动的实验装置，我们旨在了解融雪的主要气象驱动因素，说明考虑积雪冷含量动态的重要性，并深入了解融雪水重新冻结在积雪能量和质量平衡中的作用。我们的研究结果显示，融化和重新冻结对反照率的敏感性、融水重新冻结的重要性以及用于克服积雪冷含量的正净能量之间存在复杂的关系。两个地点的净能量主要由净短波辐射驱动，因此对雪反照率测量极为敏感。我们得出结论，根据观察到的积雪温度，21% 的净正能量用于克服夜间积累的冷量。我们还表明，在这两个地点，至少有 32-34% 的融雪水会再次冻结。即使考虑到冷量和冻结，仍然有超过融化积雪所需的过剩能量。我们假设，这种过剩能量可能是由于短波辐射测量的不确定性、由于基底冰层而低估的冻结、由于新雪和地面热通量而导致的冷量增加所致。我们的研究表明，为了准确模拟喜马拉雅流域季节性积雪的质量平衡，简单的温度指数模型是不够的，需要考虑冻结和冷量。
利用螺旋等离子体开发直流加速器离子源
由于连续功率 (cw)、大电流加速器在各种应用中都是必需的，例如散裂中子源和加速器驱动的嬗变技术[1]，因此稳定、高密度等离子体源作为离子源变得越来越重要。开发能够以大电流、低发射率束流连续工作的离子源对这些高强度加速器来说是一个巨大的挑战。最近，通过满足这些要求，已经为大电流加速器开发了使用电子回旋共振 (ECR) 的微波离子源[2]。然而，这种源需要相对较强的磁场，这可能会增加发射率、尺寸和成本，以便为未来的应用开发更高电流密度和更大束流的源。螺旋模式产生了稳定的高密度等离子体，主要用于微电子等离子体处理[3]。注意到螺旋波可以在低频、低场、高密度范围内传播，螺旋等离子体源被提议作为连续波大电流、低发射率加速器的离子源[4]。为了证实螺旋等离子体的这些优良特性，构建了一个紧凑的高密度螺旋等离子体源，并研究了其特性。第二部分描述了螺旋等离子体源的实验装置和等离子体的特性。第三部分研究了螺旋等离子体的束流提取特性。通过实验和模拟，研究了在低于 5 kV 的低提取电压下，采用简单提取几何结构的束流特性。最后一节给出了结论。还提出了一种使用螺旋波的新型强流离子源设计。
通过活细胞成像分析 TCR T 细胞与癌细胞相互作用的细胞行为
T 细胞疗法，例如嵌合抗原受体 (CAR) T 细胞和 T 细胞受体 (TCR) T 细胞，是一类日益增长的抗癌疗法。然而，扩展到新适应症和最后一线治疗之外需要设计细胞的动态群体行为。在这里，我们开发了从活细胞成像中分析 T 细胞细胞行为的工具，这是一种用于评估工程化 T 细胞的常见且廉价的实验装置。我们首先开发了一种基于人机深度学习的最先进的分割和跟踪管道 Caliban。然后，我们构建了 Occident 管道来收集表征修饰的 T 细胞和抗原呈递肿瘤细胞共培养中的细胞群体、形态、运动和相互作用的表型目录。我们使用 Caliban 和 Occident 来探究当将 RASA2 和 CUL5 的有益敲除引入 TCR T 细胞时，T 细胞和癌细胞之间的相互作用有何不同。我们应用时空模型来量化与癌细胞相互作用后的 T 细胞募集和增殖。我们发现，与安全港敲除对照相比，RASA2 敲除 T 细胞与癌细胞的相互作用时间更长，从而导致更高的 T 细胞活化和杀伤效力，而 CUL5 敲除 T 细胞的增殖率更高，从而导致更多的 T 细胞可供狩猎。Caliban 的分割和追踪以及 Occident 的表型量化相结合，使细胞行为分析能够更好地设计 T 细胞疗法，从而改善癌症治疗。
考虑接触电阻的箱式太阳能灶的数学建模
太阳能灶是一种利用太阳能加热食物以进行烹饪的设备。太阳能烹饪可用于减少传统燃料的使用并提高食物质量。太阳能灶必须处理通过吸收板金属部件和食物容器接触的高浓度热流。对于热传递，接触热阻起着重要作用，降低接触点的热阻是主要关注点。在目前的研究中，通过结合接触电阻对轻质、节能的箱式太阳能灶进行了数学建模。开发了一种实验装置来找出接触热阻，并评估了铝材料表面粗糙度为 0.2 Ra 和 0.8 Ra 时的接触热阻。对灶具进行了性能测试以获得性能系数 F 1 和 F 2 。此外，还对表面粗糙度为 0.8 和 0.2 Ra 的测得的热接触阻进行了负载测试。对于 0.2 Ra 的表面粗糙度，考虑接头处热阻时观察到的 % 误差分别为 19.77%、13.69%、13.68%，不考虑接头处热阻时观察到的 % 误差分别为 −42.89%、18.95% 和 16.37%。对于 0.8 Ra 的表面粗糙度，考虑接头处热阻时观察到的偏差分别为 23.09%、17.52%、13.5%，不考虑接头处热阻时观察到的偏差分别为 −42.89%、18.95% 和 16.37%。计算得出的品质因数 F 1 为 0.12，而商用炊具的品质因数为 0.11，这表明新设计的炊具具有更高的光学效率。计算得出的品质因数 F 2 为 0.42，而商用炊具的品质因数为 0.38。因此，结果强调了热接触阻非常重要，在建模时应予以考虑。
人工智能智能算法能够自动表征所应用频率的正负介电泳范围
摘要：本研究描述了一种现象学方法，用于自动确定正负介电泳 (DEP) 的频率范围——一种可用于大规模并行微纳米组装的电动力。实验装置由带有金微电极阵列的微加工芯片组成，该芯片连接到一个函数发生器，该函数发生器能够数字控制 1 V（峰峰值）的交流信号和 10 kHz 至 1 MHz 范围内的各种频率。乳胶微珠（直径 3 µ m）的悬浮液在 DEP 力的影响下被吸引或排斥在微电极上，这是施加频率的函数。珠子运动的视频通过连接到显微镜的数码相机捕捉。OpenCV 软件包用于对图像进行数字分析并识别珠子。通过人工智能 (AI) 算法比较已识别珠子的连续帧位置，该算法确定微珠的云行为，并通过算法确定珠子是否受到电极的吸引或排斥。根据确定的珠子行为，算法将增加或减少应用的频率并执行由计算机控制的函数发生器的数字命令。因此，研究平台的运行完全自动化。AI 引导平台已确定正 DEP (pDEP) 在 500 kHz 频率以下活跃，负 DEP (nDEP) 在 1 MHz 频率以上有证据，交叉频率在 500 kHz 和 1 MHz 之间。这些结果与之前发表的通过实验确定的乳胶微珠的频率相关 DEP 行为一致。本研究描述的由实时 AI 引导反馈回路辅助的现象学方法将有助于主动操纵系统以实现期望的现象学结果，例如在电极处收集粒子，即使由于相互作用力的复杂性和多样性，无法进行基于模型的预测。
新型大平面离子晶体的量子相关性...
存储在射频阱中的线性离子库仑晶体已导致量子信息科学领域的最先进实验，对单个粒子及其之间的相互作用具有出色的控制。这使得线性离子晶体成为量子计算、模拟、计量和传感领域实验的主要平台之一。然而，将这些系统扩展到超过 50 个粒子同时保持对它们的精确实验控制已被证明具有挑战性，但对于执行超出传统计算能力的计算或模拟而言是必需的，这是实验量子信息科学的主要目标。本论文报告了一种新的实验装置的设置，该装置通过摆脱传统的线性离子晶体配置并改为捕获平面离子晶体，实现对射频阱中比以前更大的离子库仑晶体的量子控制。利用第二空间维度的方法开辟了缓解线性离子晶体中遇到的一些与缩放相关的技术限制的方法。另一个好处是可以自然地实现二维粒子的相互作用，特别是用于扩展可在量子模拟中直接研究的模型范围。虽然之前在射频阱中对平面离子库仑晶体的量子控制方面的努力仅限于小系统，但我们的工作标志着首次将这种控制扩展到 100 个离子之外。这篇论文提供了证据，表明可以克服平面离子库仑晶体中出现的已知挑战，例如射频加热、微运动和结构相变，从而为量子模拟应用构建一个强大的实验装置。该装置的功能在表征测量和利用量子关联（尤其是纠缠）的实验中得到证明。
“观察共振荧光中过去和未来量子态之间的干扰”的补充信息
完整的实验装置如图 S1 所示。超导量子比特遵循文献 [1] 中描述的“3D transmon”设计。单个铝制约瑟夫森结与蓝宝石衬底上的两个 0.4 x 1 毫米天线相连，嵌入空的铝块腔中，固定在稀释制冷机的 20 mK 基温下。transmon 芯片采用电子束光刻、双角蒸发和氧化工艺制成隧道结。光谱测量得出量子比特频率 ν q = 5 . 19 GHz，与下一个跃迁相差非谐性 α/ 2 π = 160 MHz。测得的弛豫时间为 T 1 = 16 µ s，拉姆齐时间为 T 2 = 10 . 5 µ s。读出和驱动脉冲由微波发生器产生的两个连续微波音调的单边带调制产生，微波发生器分别设置在 ν c 0 + 62 . 5 MHz 和 ν q + 62 . 5 MHz，其中 ν c 0 = 7 . 74 GHz 是高功率下的腔体频率（图 S3.a）。调制是通过将这些连续波与 62.5 MHz 的脉冲正弦信号混合来完成的，后者由 4 通道泰克任意波形发生器的两个不同通道合成。所有源均由原子钟同步。两个脉冲合并并通过输入线发送到腔体的弱耦合输入端口，输入线在稀释制冷机的各个阶段用低温衰减器进行滤波和衰减，确保进入设备的热激发可以忽略不计。在静止阶段 (850 mK) 使用商用 (来自 K&L) 低通净化滤波器，截止频率为 12 GHz，而在基准温度下插入自制低通滤波器，该滤波器由封闭在装有 Eccosorb 的红外密封盒中的微带线组成。请注意，图 S1 中表示为“反射探针”的类似线已用于现场估计腔体输入和输出耦合率 Γ a,b = γ a,b
低成本、干梳状 EEG 电极与 ... 的集成
本文介绍了一种便捷快速的低成本、弹簧式干式脑电图 (EEG) 电极与研究级传感器盖的集成，以确保电极根据 5% 系统定位。在心理学和神经科学以外的领域，如工程学，对大脑活动的测量越来越感兴趣。人为错误通常是由于注意力不集中、无法完全理解后果或界面设计不足而发生的。需要有效的设计解决方案来结合和识别人类行为和各种类型的反应，以减轻人为错误。生理传感器可用于更好地评估哪种设计以最佳方式满足用户需求。几十年来，脑活动传感器已在脑机接口 (BCI) 社区中得到应用。EEG 是一种非常流行的模式，因为它具有非侵入性和高时间分辨率。先前的研究表明，在预测和分类任务中使用多模态测量比单模态测量具有更高的实验结果性能。因此，我们希望将 EEG 与现有的实验装置相结合，其中包括功能性近红外光谱 (fNIRS)。通过快速原型在设计-构建-测试的循环中开发了一种集成。与目前可用的低成本设备相比，所提出的设置增加了可用的电极位置，并构成了一种实用的低成本方法，用于将 EEG 测量与其他大脑活动传感器（如 fNIRS）相结合。通过两个任务对信号质量进行了概念验证测试，这两个任务显示 EEG 信号中容易检测到的变化：闭眼和眨眼。闭眼会增加 alpha 范围内的峰值幅度，一旦睁开眼睛，这种效果就会逆转。故意在特定间隔内眨眼会在信号中产生特征性眼电图 (EOG) 伪影。两种反应都与文献一致。所提出的解决方案旨在降低将 EEG 作为现有实验设置中的附加模式的障碍，从而提高实验结果的性能。关键词：EEG、fNIRS、原型设计、以人为本的设计、实验
PH19141 – 材料物理学
目标 • 增强物理学基础知识及其与机械工程流相关的应用。 • 让学生熟悉用于研究/确定材料各种性质的各种实验装置和仪器。 单元 I - 物质的力学和性质 9 基本定义 - 牛顿定律 - 力 - 解牛顿方程 - 约束和摩擦 - 圆柱和球坐标 - 势能函数 - 保守力和非保守力 - 中心力 - 角动量守恒 - 非惯性参考系 - 旋转坐标系 - 向心加速度和科里奥利加速度 - 弹性 - 应力-应变图 - 梁弯曲 - 悬臂凹陷 - 杨氏模量测定 - I 型梁。第二单元 - 晶体物理学 9 基础 – 晶格 - 对称操作和晶体系统 - 布拉维晶格 - 原子半径和填充率 - SC、BCC、FCC、HCP 晶格 - 米勒指数 - 晶体衍射 - 倒易晶格 - 解释衍射图案 - 晶体生长技术-切克劳斯基和布里奇曼，晶体缺陷。 第三单元 - 材料物理学 9 固溶体 - 休谟-罗瑟里规则 – 吉布斯相规则 - 二元相图 - 等温体系 - 连接线和杠杆规则 - 共晶、共析、包晶、包析、偏晶和同晶体系 - 微观结构的形成 - 均匀和非均匀冷却 – 成核 - 铁碳相图 - 共析钢 - 亚共析钢和过共析钢 – 扩散 - 菲克定律 – TTT 图。单元 IV - 工程材料与测试 9 金属玻璃 - 制备和性能 - 陶瓷 - 类型、制造方法和性能 - 复合材料 - 类型和性能 - 形状记忆合金 - 性能和应用 - 纳米材料 - 自上而下和自下而上的方法 - 性能 - 抗拉强度 - 硬度 - 疲劳 - 冲击强度 - 蠕变 - 断裂 - 断裂类型。 单元 V - 量子物理 9 黑体问题 - 普朗克辐射定律 - 光的二象性 - 德布罗意假设 - 物质波的性质 - 波包 - 薛定谔方程（时间相关和时间无关） - 玻恩解释（波函数的物理意义） - 概率流 - 算子形式（定性） - 期望值 - 不确定性原理 - 盒子中的粒子 - 特征函数和特征值 - 狄拉克符号（定性）。
博士论文
本论文中介绍的工作是在欧洲核子研究中心 LHCb-RICH 子探测器 Ia 阶段升级计划的背景下完成的。在第二次大型强子对撞机 (LHC) 长期关闭期间（预计在 2019 年至 2020 年），LHCb 探测器将升级为以更高的速度执行数据读出，与 LHC 束流穿越率 40 MHz 同步。这涉及完全重新设计 LHCb 读出架构及其子探测器电子设备。LHCb-RICH 探测器上的电子设备将嵌入新的传感器、多阳极光电倍增管 (MaPMT) 和带有辐射硬 ASIC 的新前端电子设备 - CLARO 集成电路。CLARO 读取并转换为数字触发器的 MaPMT 模拟信号将输入到基于 SRAM 的商用级现场可编程门阵列 (FPGA) 中。后者具有反熔丝 FPGA 技术作为备用解决方案。由于这些类型的 FPGA 容易受到辐射引起的故障影响，因此在将这些设备用于目标应用之前，必须在等效辐射环境中测试这些设备。因此，组织了一场激烈的活动，以便在辐射环境中使用不同粒子种类的光束测试和鉴定这些设备：混合场（高中子和强子通量）、质子、离子和 X 射线。在辐射环境中使用时，FPGA 可能会以各种方式发生故障。一些故障是纯软件故障，要么在配置内存中，要么在用户设计电路中，它们表现为位翻转，可能会影响设备的整体功能。纯硬件故障更难缓解，它们表现为 FPGA 中的高电流状态，有时通过电离辐射增加电流消耗。为每个测试的 FPGA 设计了专用的实验装置，以确保正确测试并充分评估辐射响应。为了帮助降低错误率，采用了几种缓解技术并测量了它们的效率。本论文详尽介绍了辐射测试的整个准备过程、结果以及将结果外推到 LHCb-RICH 案例。