最新刊期
      2017 年 第 40 卷 7 期

        核能科学与工程

      • 刘舒婷,苏涛,张鹏,刘洪涛
        2017, 40(7): 070604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070604
        摘要：钍基熔盐堆是第四代核能系统的候选堆型之一，熔盐由于优异的传热性能与中子特性，被作为冷却剂和燃料盐载体在堆内运行，其微观结构对其物理化学性质有重大影响，因此，研究熔盐结构对熔盐制备净化、腐蚀控制以及熔盐堆的设计、建造和安全运行都有重要的指导作用。红外吸收光谱（Infrared Absorption Spectroscopy, IR）是研究熔盐结构的有力工具之一，但标准仪器无法实现高温（500℃）熔盐的测量。本研究在解决了样品加热、环境气氛控制以及腐蚀等难题后，研制了一套适用于高温氟化熔盐实验的高温原位红外吸收光谱装置。该装置中，加热炉为左右两开式，可以直接放进标准红外光谱仪样品仓内；样品池为组装式，主体是能够耐氟化熔盐腐蚀的镍基哈氏合金，窗片为单晶SiC或金刚石；样品池整体呈倒“T”型，上端密封盖带有进气口和出气口，可实现抽真空或通惰性气体的操作。该装置可以实现25-600℃温度范围测量，波段范围覆盖近红外和中红外（14700-400 cm-1）。通过使用常温水和高温亚硝酸钠的红外光谱实验对该装置的可靠性进行了验证。利用该装置，我们成功地获得了高温氟锂铍（FLiBe）熔盐的红外吸收光谱。  
        关键词：钍基熔盐堆;氟化熔盐;高温原位红外吸收光谱;结构研究   
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        发布时间：2021-05-19
      • 乔延凯,曹云,程懋松,戴志敏
        2017, 40(7): 070605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070605
        摘要：非能动停堆系统是事故工况下核能系统的重要安全保障。为保证和增强钍基熔盐堆核能系统的安全性，通过对比分析现有的非能动停堆装置，本文提出了钍基熔盐堆高温剪断式触发吸收球非能动停堆装置。利用Inconel 625合金在650-700 ℃力学特性发生陡降的特点，对高温剪断式触发结构——薄壁挡板进行设计，并通过Abaqus软件对其二维结构在事故工况下不同温度时的响应状态进行稳态、瞬态断裂模拟。模拟结果表明，当设定温度超过650 ℃且持续升高时，薄壁挡板会在4-10 s内发生断裂；在非事故工况下，若温度异常升高到670 ℃后随即降低时，薄壁挡板不会发生断裂。因此，在紧急事故工况时，设计的高温剪断式触发结构能够可靠剪断，确保第二停堆系统非能动触发，进一步提高钍基熔盐堆的安全性。  
        关键词：非能动停堆;高温剪断式;Inconel 625合金;Abaqus;断裂模拟   
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        发布时间：2021-05-19
      • 杨雄,曾广礼,顾晨光,钟阳,丁冬
        2017, 40(7): 070601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070601
        摘要：本文利用了一个根据球床模块堆（Pebble Bed Modular Reactor, PBMR）用核石墨材料辐照性能数据编写的用户自定义材料模型（User defined Material model, UMAT），按照美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）的液态燃料熔盐试验堆（Molten Salt Reactor Experiment, MSRE）用核石墨构件尺寸，为钍基熔盐堆（Thorium-based Molten Salt Reactor, TMSR）设计了一款方型核石墨构件。利用新编UMAT对该核石墨构件进行了初步的应力分析。分析结果表明，在没有预制裂纹的情况下辐照梯度越大核石墨构件中心区域最大主应力值越大，构件的断裂位置可能出现在构件中心位置处；对于有V型凹口预制裂纹的情况，应力集中部位均出现在预制裂纹尖端附近，这将可能导致裂纹尖端附近出现裂纹扩展，从而引起构件断裂失效。  
        关键词：核石墨;用户自定义材料模型;液态熔盐堆;中子辐照;V型裂纹   
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        发布时间：2021-05-19
      • 王德君,何淼,秦芝,黄庆,都时禹
        2017, 40(7): 070606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070606
        摘要：与传统的氧化型核燃料相比，碳化铀因其有潜力用于第四代反应堆而受到广泛关注。为了安全有效地利用这种先进核燃料，有必要对它的结构、体性质和缺陷形成机制充分认识，从而了解随着裂变反应的进行裂变产物对核燃料性能的影响规律。本文对铀碳系列化合物（UC、UC2和U2C3）实验和理论研究进行了综述，重点分析其缺陷结构下的化学和力学性能，同时对进一步的研究提出了展望。目的在于帮助核能领域的研究者厘清碳化铀的服役行为，同时为燃料设计者提供有价值的线索。  
        关键词：碳化铀;核燃料;点缺陷;综述   
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        发布时间：2021-05-19
      • 樊奇伟,朱海华,陈玉爽,王纳秀,朱志远
        2017, 40(7): 070602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070602
        摘要：高温熔盐在熔盐堆和太阳能等能源领域有广泛的应用前景。为研究熔盐在强化换热管中的强化传热效果，本文基于三元硝酸盐KNO3-NaNO2-NaNO3（摩尔分数比为53%-40%-7%）与导热油的对流传热实验装置，根据相似理论使用导热油代替熔盐，对翅片换热管湍流区的对流传热特性开展了测量，流体雷诺数（Re）变化范围10000-60000。通过威尔逊分离法获得翅片管中湍流区的对流传热系数（ho）和努赛尔数（Nu），基于实验数据与Dittus-Boelter公式，拟合翅片管湍流区的对流传热关联式，实验数据与拟合公式的误差在-7.1%-7.5%之间。与传统对流传热关联式Dittus-Boelter公式对比进行强化传热效果评估，结果表明，翅片管的强化传热效果为光滑管的2.32-3.63倍。  
        关键词：对流传热;湍流;翅片管   
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        发布时间：2021-05-19
      • 鄂彦志,邹杨,郭威,彭玉,徐洪杰
        2017, 40(7): 070603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070603
        摘要：球床式氟盐冷却高温堆（Pebble Bed Fluoride-salt Cooled High Temperature Reactor, PB-FHR）是一种先进的第四代反应堆。三维堆芯热工水力程序能够模拟具有复杂空间效应的工况，但计算耗时较高。图形处理器（Graphics Processing Unit, GPU）具有大量计算单元，可有效提高程序的计算速度。本文研发了GPU加速的PB-FHR堆芯热工水力程序（GPU-accelerated Thermal Hydraulic Code, GATH），采用非热平衡多孔介质模型建立堆芯物理模型，研究并实现了GPU高速求解算法。对PB-FHR的堆芯模型进行了热工水力分析，与商用计算流体力学软件ANSYS CFX的计算结果进行了对比，验证了程序的正确性。GPU加速性能分析的结果表明，程序整体的加速比率可达8.39倍，证明所研发的GPU求解算法能有效提升堆芯热工水力分析的计算效率。  
        关键词：球床式氟盐冷却高温堆;GPU加速;热工水力;非热平衡多孔介质   
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        发布时间：2021-05-19

        核物理、交叉学科研究

      • 孟贝蒂,曹振,石翠燕,崔海平
        2017, 40(7): 070501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070501
        摘要：使用点核积分方法计算6711型 125I籽粒源参数，根据美国医学物理学家协会（American Association of Physicists in Medicine, AAPM）TG-43U1号报告推荐的剂量参数计算公式，可以获得6711型125I籽粒源各参数。与AAPM TG-43U1推荐值比较，剂量常数相差6.76%，径向剂量函数值（不包括0.1 cm、0.15 cm、0.25 cm）最大相差2.27%，最小相差0.02%；与MCNP5（A General N-Particle Transport Code, Version 5）方法计算结果比较，剂量常数相差6.19%，径向剂量函数值（不包括0.1 cm、0.15 cm、0.25 cm）最大相差6.65%，最小相差0.06%。结果与推荐值符合较好，证明点核积分能够应用于籽粒源剂量参数计算。  
        关键词：点核积分方法;剂量学参数;125I籽粒源   
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        发布时间：2021-05-19
      • 安恒,杨生胜,苗育君,薛玉雄,曹洲,王俊,张晨光
        2017, 40(7): 070502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070502
        摘要：卫星在轨飞行期间，星载电子器件将不可避免地遭受空间带电粒子的辐射，随着半导体技术的不断进步，电子器件的单粒子效应敏感性越来越高，已经成为一个影响其可靠性的重要因素。互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor Active Pixel Sensor, CMOS APS）光电器件因其低功耗、小体积和微重量的优点已成为遥感卫星成像的重要发展方向。为获取CMOS APS光电器件在遭受带电粒子辐射后性能变化的特征，在分析SOI MOSFET（Silicon on Insulator Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）结构和特性的基础上，通过理论分析和数值模拟，分析了重离子在CMOS APS光电器件中引起的辐射损伤，分析晶体管和光电二极管的电荷收集机理。通过TCAD（Technology Computer Aided Design）模拟了电荷收集过程，分析了影响漏电流变化的直接因素，获得了重离子LET（Linear Energy Transition）值、入射位置以及器件偏置电压与漏电流的相互关系，为后续CMOS APS的重离子模拟试验以及抗辐射加固设计提供了理论支撑。  
        关键词：互补金属氧化物半导体;单粒子效应;电荷收集;TCAD仿真   
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        发布时间：2021-05-19

        核电子学与仪器

      • 张亚兵,刘智民,蒋才超,刘胜,陈世勇,潘军军,胡纯栋
        2017, 40(7): 070402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070402
        摘要：中性束注入器（Neutral Beam Injector, NBI）是东方超环（Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST）核聚变实验装置辅助加热的重要组成部分。目前NBI离子源引出系统采用四电极结构，即加速电极、梯度电极、抑制电极和地电极。抑制极电源是为其中的抑制电极提供负电位的高压直流电源。根据抑制极电源输出特性的要求，输出端采用串联绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）作为调制开关。为研究IGBT串联技术对均压效果和抑制极电源输出特性的影响，采用PSpice软件对IGBT开关进行了建模，并进行了不同电路参数下的仿真。仿真表明：一定条件下，电阻电容二极管（Resistance Capacitance Diode, RCD）缓冲电路中电容参数对动态均压效果和电源关断特性具有决定性影响，缓冲电阻影响电容的放电时间及放电电流峰值。最后给出了相应的实验测试结果。该研究结果可以明确缓冲电路参数与均压效果以及抑制极电源开关特性之间的定量关系，为抑制极电源开关特性的进一步优化及其与加速极电源的特性匹配提供数据指导，对于NBI离子源的安全稳定运行具有重要意义。  
        关键词：抑制极电源;绝缘栅双极型晶体管串联;Pspice;电阻电容二极管;均压   
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        发布时间：2021-05-19
      • 刘斌,胡华四,吕焕文,李兰
        2017, 40(7): 070401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070401
        摘要：遗传算法调用GEANT4优化设计方法应用于气体切伦科夫探测器GRH（Gamma Reaction History）系统设计过程可有效提高探测器指标，然而GEANT4程序计算耗时。本文研究了GEANT4程序的接续计算方法，采用函数拟合方式和文件读入的方式进行了接续计算源描述，采用文件读入的方式接续计算结果与直接计算结果吻合良好，效率相差1.4%，时间谱半高宽相差2.1%。采用接续计算方法使得整体优化时间下降50%以上，提高了计算效率。该接续计算方法也可应用于其他采用GEANT4直接模拟收敛困难的计算问题。  
        关键词：GEANT4模拟;接续计算;氘氚聚变;气体切伦科夫探测系统   
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        发布时间：2021-05-19

        同步辐射技术及应用

      • 王建军,张伟,周巧根
        2017, 40(7): 070102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070102
        摘要：X射线自由电子激光（Free-electron Laser, FEL）达到饱和功率输出时所需要的波荡器总长度为数十米甚至上百米，目前国内外研制的波荡器只能分段加工，且每段长度一般在5m以内。为了保证两相邻波荡器间辐射光的相位相互匹配，通用的设计是在相邻波荡器之间增加移相器。移相器的加入不应对电子束流产生影响，其产生的磁场沿束流方向的一二次积分必须达到技术要求。由于移相器较短，二次积分较小，可不予考虑。在不考虑永磁块非线性的基础上，导出了纯永磁移相器的磁场一次积分以及调整移相器中某些磁化块的高度和倾斜角度产生的磁场一次积分变化量的解析表达式。利用这种方法对上海软X射线自由电子激光装置中的5台移相器做积分场垫补，使得每台移相器的磁场一次积分在好场区内都小于20Gs·cm，满足工程设计要求。  
        关键词：移相器;磁矩;积分场   
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        发布时间：2021-05-19
      • 刘莉军,王淑华,王健,李明,刘以勇,王莉
        2017, 40(7): 070101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070101
        摘要：低温永磁波荡器（Cryogenic Permanent Magnet Undulator, CPMU）是目前插入件技术发展的主要方向之一，其利用一些永磁材料，如钕铁硼（NdFeB）或镨铁棚（PrFeB）的磁场性能在低温下明显高于室温的特性来提高波荡器性能和光源束流品质，工作温区为50-150 K，需要冷却系统的冷却。CPMU冷却系统主要包括过冷液氮冷却系统和磁体阵列冷却回路。本文介绍了上海光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF）CPMU过冷液氮冷却系统的设计方案和设计参数，进行了系统主要热负载的分析；对冷却系统中关键设备之一的过冷换热器进行了设计，并计算分析了过冷氮流经CPMU冷却系统的全程阻力损失，为系统另一关键设备液氮泵的选型提供依据。对CPMU过冷液氮冷却系统进行的在线测试表明，该设计满足CPMU样机的冷却需求。  
        关键词：低温永磁波荡器;过冷液氮冷却系统;过冷换热器;流动阻力   
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        发布时间：2021-05-19

        低能加速器技术、射线技术及应用

      • 孙琦,罗小兵,李宛琼,汪超,李子越
        2017, 40(7): 070201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070201
        摘要：裂变产物产额作为裂变过程的一个重要参数，其准确测量对有关裂变的很多方面都有重要意义。为了准确测量中子诱发 238U裂变产物产额，利用中国工程物理研究院PD-300加速器上的T（d，n）4He反应，产生14.8MeV的中子，诱发 238U裂变。辐照过程中，通过金硅面垒半导体探测器监测中子通量的变化。使用Al片作为监测片计算整个照射过程中样品的平均中子通量。辐照结束后，利用高纯锗（High-Purity Germanium, HPGe）探测器测得裂变产物特征γ射线计数，计算得到裂变产物的产额，使用MCNPX软件对中子的多次散射和自屏蔽效应进行修正，并通过计算得到样品和监测片的自吸收修正、中子通量波动因子。得到了95Zr、127Sb、140Ba、147Nd、131I、103Ru等长半衰期产物的累积产额值，并将结果与以前的文献值做了比对，研究结果有助于 238U裂变产物产额的分析和评价。  
        关键词：238U;裂变产额;DT加速器中子源;活化法;蒙特卡罗   
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        发布时间：2021-05-19

        核化学、放射化学、放射性药物和核医学

      • 王元,於国兵,顾先宝,谭华艳,闻德运,王金龙,陈志,徐榭
        2017, 40(7): 070301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070301
        摘要：运用α能谱法分别测量了烟丝、烟灰、滤嘴中 210Po的含量，研究了吸烟过程中 210Po在香烟不同部分的分布情况。通过湿法消解方式分别消解了7种品牌香烟烟丝、烟灰以及滤嘴。测量结果表明，7种品牌香烟烟丝中 210Po的比活度范围是（28.13±1.75）-（47.78±2.83） mBq·g-1，均值为36.60mBq·g-1；7种品牌香烟每支烟丝中 210Po的比活度范围是（14.39±0.90）-（27.91±1.65） mBq，均值为20.77 mBq。在吸烟过程中，平均13.24%的 210Po会滞留在烟灰中，平均14.39%的 210Po会滞留在滤嘴中，平均72.37%的 210Po会转移到燃烧烟雾中。  
        关键词：α能谱法;210Po分布情况   
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