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      2020 年 第 43 卷 第 4 期

        前言

      • “在第四代核能系统研究中，专家通过SCALE程序模拟分析了氟盐和氯盐快堆的燃料增殖比，为熔盐快堆基盐选择和尺寸设计提供理论依据。”
        周雪梅,李冬国,何燎原,刘桂民
        2020, 43(4): 040001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040001
        摘要：熔盐快堆具有燃料增殖、核废料嬗变和固有安全性等方面的突出优点，是目前备受关注的第四代先进核能系统唯一使用液态燃料的核反应堆。熔盐快堆通常选用液态氟盐或氯盐作为燃料载体盐和冷却剂，高增殖特性是其主要特征参数之一。基于双流体熔盐堆堆芯结构，采用基于反应堆安全分析和设计的综合性模拟程序SCALE（Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation）对两种氟盐快堆和一种氯盐快堆在同一重金属溶解度下的U-Pu燃料增殖比进行模拟计算，对不同增殖层和反射层下的增殖比进行了模拟分析，并分析了氯盐快堆在增殖层和反射层变化时，裂变区和增殖区中子能谱的变化情况。结果表明：在相同温度、相同摩尔比下，氯盐快堆比氟盐快堆具有更高的U-Pu燃料增殖比；氯盐快堆的增殖比随着增殖层和反射层厚度的增加而增加，但是增殖比的增长速率有所减弱；氟盐快堆的增殖层在厚度尺寸较小时，其变化对增殖比有较小影响，当厚度増至60 cm时，增殖层厚度尺寸的变化几乎对增殖比没有影响；氟盐快堆的反射层尺寸的变化对增殖比没有影响；增殖层和反射层厚度的改变不影响堆芯临界状态和裂变区中子能谱。这为三种熔盐快堆的基盐选择及尺寸设计从增殖方面提供了理论依据。  
        关键词：氯盐快堆;氟盐快堆;增殖比;中子能谱   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在研究堆领域，中国先进研究堆CARR的板状燃料元件表现出良好辐照性能。通过热工水力模拟计算，发现当反应堆功率提升时，堵塞流道内燃料组件温度上升，冷却剂沸腾，功率波动，有助于及早探知和预防堵流事故。”
        丁丽,骆贝贝,花晓,宁波,乔雅馨
        2020, 43(4): 040002. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040002
        摘要：板状燃料元件用于研究堆中表现出良好的辐照性能。通过对国内外一些使用板状燃料元件研究堆堵流事故实例的调研，发现板状燃料元件板间的栅距通常很小，堆芯冷却剂流道狭窄，堵流事故的发生大都由异物进入流道或燃料肿胀引起。选取中国先进研究堆（China Advanced Research Reactor，CARR)作为特征研究对象，采用RELAP5/MOD3.2热工计算程序，对CARR堆芯、堆本体、单盒组件、堆外冷却回路等进行了热工水力模拟计算，结果表明：当反应堆功率提升时，堵塞的流道内燃料组件温度上升，冷却剂开始发生沸腾，功率会发生明显波动。通过中子注量率与功率的监控以及燃料温度的分析 ，有助于及早探知和预防堵流事故的进一步发展扩大。  
        关键词：板状燃料元件;堵流事故;中国先进研究堆   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电领域，专家利用Co-SPND探测器的相对热中子灵敏度比，为在线监测热中子灵敏度提供解决方案。”
        张恒凯,赵云涛,刘翱,刘吉光,郑军伟
        2020, 43(4): 040003. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040003
        摘要：某欧洲压水堆(European Pressurized Reactor,EPR)核电机组中钴自给能中子探测器（Co-Self Powered Neutron Detector，Co-SPND）的热中子灵敏度性能存在在低功率平台（25%NP功率前）无法被校验和正常运行期间无法被实时在线校验两个问题。基于Co-SPND探测器的工作原理以及其在反应堆堆芯中径向对称布置的特点，采用对称位Co-SPND探测器输出电流相互比较得出的相对热中子灵敏度比Cij作为其热中子灵敏度的在线监测参数，并在某EPR核电机组启动和运行过程中对此方法进行了实际应用和验证。这一相对热中子灵敏度比的方法同样适用于在线监测堆内对称布置的其他类型SPND探测器的热中子灵敏度。  
        关键词：Co-SPND探测器;热中子灵敏度;在线监测;径向对称位;相对热中子灵敏度比   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，专家采用MCBMPI程序验证VERA燃耗基准题，分析不同燃耗截面库对计算的影响，为核反应堆设计提供参考。”
        杨万奎,袁宝新,黄欢,王冠博,张松宝
        2020, 43(4): 040004. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040004
        摘要：基于蒙特卡罗中子输运程序和ORIGEN2点燃耗程序的蒙特卡罗输运燃耗耦合计算方法应用广泛。但现有评价库中子连续截面的核素个数远小于燃耗计算涉及到的核素数量，即通过输运计算得到的燃耗截面不足以完全替代燃耗计算的基本库。采用经过栅元验证的蒙特卡罗燃耗程序MCBMPI，对最新的VERA燃耗计算基准题进行验证计算，对比分析不同的燃耗截面基本库对输运燃耗计算的影响。分析结果表明：1)在实际应用中尽量不要采用典型热中子截面库，会带来较大偏差；2)在燃耗计算核素替换较多的情况下，对该基准题而言，选取典型压水堆基本库还是典型快堆基本库，对结果影响不大，二者keff偏差在8‰以内，燃耗末期235U偏差在4‰以内，135Xe偏差在5‰左右；3)建议选取与研究对象能谱相近的基本库。  
        关键词：燃耗截面;蒙特卡罗燃耗;MCBMPI;VERA基准题   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电站辐射源分析领域，专家建立了活化产物源项计算模型，开发了CPAP程序，为核电站设计运行提供解决方案。”
        吕炜枫,陈明亮,黄倩倩,宋誉,洪浩
        2020, 43(4): 040005. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040005
        摘要：活化产物为压水堆核电站中主要辐射源，有必要对其建立分析手段。分析了压水堆核电站堆芯外材料中活化产物源项的产生途径，建立了压水堆核电站堆芯外材料中活化产物源项的计算模型，并分别基于矩阵指数法和切比雪夫有理近似法求解所建立的计算模型。开发了具有良好人机界面的计算程序CPAP，并采用典型材料活化例题与国外同类软件进行了对比测试。测试结果表明：CPAP程序对于测试算例的计算结果与国外同类软件的计算结果之间的偏差在工程可接受的范围内。CPAP程序具有人机界面友好以及求解器可选的优点，可广泛应用于压水堆核电站的设计、运行和退役阶段。  
        关键词：活化产物;源项;压水堆核电站   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高温气冷堆领域，专家分析了冷却剂杂质对高温合金性能的影响，为合金腐蚀研究提供新思路。”
        王秋豪,李昊翔,郑伟,银华强,李胜强,何学东,马涛
        2020, 43(4): 040006. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040006
        摘要：高温气冷堆一回路冷却剂中含有的少量CO、H2、H2O、CH4等杂质，这些杂质对高温堆蒸汽发生器用高温合金的高温性能有重要影响。国外在超高温运行工况下冷却剂杂质对高温合金材料性能的影响方面开展了大量研究，由于研究过程中对试验氦气中痕量的杂质含量控制十分困难，致使相关的研究成果分布比较分散，需要对相关的研究模型进行归纳和分析。高温镍铬合金中的铬是被氧化的主要合金元素，而保护性Cr2O3层的形成是合金是否被腐蚀的主要决定因素；铬的稳定相图模型和气体组成三元相图模型是两种被广泛应用的理论模型。本文对铬的这两种理论模型研究方法及其应用情况进行比较和分析。  
        关键词：高温气冷堆;高温合金;冷却剂;杂质相图模型   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在三代核电厂设计中，先导式安全阀的超压保护功能至关重要。专家通过RELAP5程序验证了排放载荷分析方法的合理性，并研究了关键因素，为载荷优化提供建议。”
        吴丹,王杰,杜思佳,方红宇,喻娜
        2020, 43(4): 040007. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040007
        摘要：在自主化三代核电厂的设计中，为了满足超压保护功能，一般会使用较为先进的先导式安全阀。先导式安全阀较以前M310电厂的阀门，具有开启时间更短等特点。三代核电厂的稳压器安全阀如果在某些情况下开启，其上游水封将会对下游排放管道造成非常大的冲击力。因此，排放载荷分析是先进的三代电厂的稳压器排放管线设计中的一个关键性技术，只有掌握了排放载荷分析方法，才能为应力计算提供可靠参考，进而对管线设计、管道支撑布置的合理性进行论证。使用RELAP5程序进行热工水力计算，对输出信息进行合理的处理可获得载荷计算结果。本文将对该分析方法的合理性进行验证，并且在此基础上，选取对载荷影响非常关键的因素，包括：阀门开启时间、水封温度、水封体积等进行研究，为载荷优化提供合理性建议。  
        关键词：排放载荷;阀门开启时间;水封温度;水封体积   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆模拟领域，美国阿贡国家实验室和密歇根大学合作开发了PROTEUS-MOC程序，通过TREAT试验堆验证了其高精度和高效率，为核反应堆设计提供新工具。”
        张广春,刘杰,YANG Won Sik
        2020, 43(4): 040008. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040008
        摘要：TREAT（Transient Reactor Test Facility）是一种用于测试反应堆燃料和结构材料性能的实验堆。该堆结构复杂，采用气冷设计和石墨慢化，在径向和轴向上均具有很强的中子泄漏和非均匀性，对三维中子学的模拟提出了较大的挑战。PROTEUS-MOC由美国阿贡国家实验室和密歇根大学合作开发，采用二维特征线方法和一维间断伽辽金有限元方法分别处理角通量的径向和轴向分布。为测试PROTEUS-MOC的精度和效率，利用该程序对TREAT试验堆进行了稳态中子学计算。计算结果表明：PROTEUS-MOC程序的精度较高，能准确描述TREAT的轴向和径向的强中子泄漏。与Monte Carlo程序Serpent相比，特征值相对误差仅为0.12%。另外，PROTEUS-MOC所采用的加速方法TLPCMFD（Two-Level pCMFD）可以将计算速度提高26倍。  
        关键词：瞬态反应堆实验装置;中子学计算;特征线方法;间断有限元方法   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电厂事故后果评价领域，专家采用贝叶斯MCMC方法对大气扩散模型进行不确定性分析，提高了模型预测的可信度，为应急响应提供可靠参考数据。”
        崔威杰,曹博,陈义学
        2020, 43(4): 040009. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040009
        摘要：适当的大气扩散模型对于核电厂假想事故的后果评价是必要的，对其进行参数不确定性分析对于提高模型预测的可信度具有重要的意义。相比于传统的不确定性分析方法，贝叶斯方法充分考虑了已有的观测数据，马尔科夫链蒙特卡罗方法(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)可以方便地将贝叶斯方法和高斯烟羽模型相结合。首先使用一次改变一个变量值的方法分析模型对几个重要参数的敏感性，然后选择敏感性最大的两个参数使用贝叶斯MCMC方法进行了不确定性分析。通过分析MCMC样本序列，得到了观测值的最优拟合及模拟结果的置信区间。贝叶斯方法能获得更可靠的置信区间，从而为事故后应急响应提供更好的参考数据。  
        关键词：高斯烟羽模型;不确定性分析;贝叶斯MCMC方法;置信区间   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “脉冲激光在集成电路单粒子效应研究中取得新进展，为SEE研究提供新方法。”
        张晨光,安恒,王鷁,李存惠,曹洲,文轩,薛玉雄
        2020, 43(4): 040201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040201
        摘要：脉冲激光在集成电路和器件单粒子效应（Single Event Effect，SEE）研究中有着广泛的应用。与重离子源相比，通过脉冲激光诱发SEE更容易获得空间信息和时间信息。本文介绍激光诱发SEE的产生机理、模拟试验设置以及线性能量传输（Linear Energy Transfer，LET）算法，通过皮秒激光诱发单光子与飞秒激光诱发双光子的模拟试验，对SEE现象发生时电压响应与能量的关系进行分析，验证了脉冲激光在 SEE 研究中的有效性和可行性。  
        关键词：单粒子效应;飞秒脉冲激光;单光子;双光子;等效LET值   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在辐射成像领域，专家基于蒙特卡罗方法建立仿真模型，分析了不同参数对散射的影响，为双投影系统硬件改良提供参考。”
        倪民子,王振涛,丛鹏,李立涛
        2020, 43(4): 040202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040202
        摘要：60Co双投影辐射成像系统，采用两个射线源，分别底置和侧置，通过一次扫描即可获得仰视和侧视两个方向的投影图像。但由于散射的存在，两个投影平面的成像会相互干扰。为降低两投影平面间的散射影响，提高该系统辐射图像的质量，首先基于蒙特卡罗方法建立仿真模型，并对空载时散射分布的模拟值与实验值进行对比，验证了模型的可靠性，然后模拟分析了不同投影平面间距、探测器周围布置不同屏蔽材料（钨、铅、钢和铝）以及屏蔽层位置和厚度对散射的影响。结果表明:当投影平面间距为40 cm并且屏蔽层厚度相同时，使用铅并将其布置在支撑架和侧视电离室之间时，对散射的屏蔽效果最好；投影平面间距分别为40 cm和80 cm时，散射可以分别降低至间距为10 cm时的55%和40%以下，安装2.5 cm的铅片可以将散射进一步降低80%。此研究为双投影系统针对散射校正的硬件改良和升级提供参考与指导。  
        关键词：60Co双投影辐射成像系统;蒙特卡罗;散射分布;硬件校正   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在静态CT系统领域，研究人员设计了新型X射线管结构，采用超顺排碳纳米管技术，研制出冷阴极X射线管，为脉冲X射线源及静态CT安检系统建设奠定基础。”
        唐利华,张国光,周段亮,柳鹏,姜开利
        2020, 43(4): 040401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040401
        摘要：冷阴极X射线管是静态CT系统的关键部件。自从超顺排碳纳米管阵列被发现后，其被用于X射线管中的研究就逐渐展开。通过设计一款新的X射线管结构并采用一套新的X射线管制备工艺开展了冷阴极X射线管研制工作。采用乙炔为碳源气，用化学气相沉积法，制备出超顺排碳纳米管阵列;然后将其作为电子源，研制了一种基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管，并对其进行了性能测试。从绘制的I-V特性曲线分析，当栅极电压为2 373 V时，得到最大发射电流为5.0 mA；使用小孔成像法测得的X射线焦点尺寸为0.6 mm×1.6 mm。在阳极高压130 kV以下，研制的X射线管工作稳定。本研究为研制脉冲X射线源以及静态CT安检系统奠定了基础。  
        关键词：X射线管;冷阴极;超顺排阵列;碳纳米管   
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        发布时间：2024-10-25
      • “高海拔宇宙线观测站LHAASO的地面簇射粒子阵列KM2A，采用软件触发与数据处理，实现实时分布式算法调度，为高能宇宙线研究提供解决方案。”
        卢晓旭,顾旻皓,朱科军,李飞
        2020, 43(4): 040402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040402
        摘要：高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)是“十二五”批复立项的国家重大科技基础设施，是我国海拔最高的大科学基础设施之一，核心目标是探索高能宇宙线。作为LHAASO的重要组成，地面簇射粒子阵列（square KiloMeter detector Array,KM2A）建成探测阵列面积高达1 km2。不同于大多高能物理实验，KM2A共约6 500路通道，总输入约546 MB∙s-1，没有硬件触发功能，因此，需要软件完成触发与数据处理。采用基于标准以太网和TCP/IP协议的数据传输方案，接收包括所有探测器单元同一时间的全部组包数据，利用配置的触发算法对数据包进行在线处理与计算，将具有物理意义的数据提取、打包，组成不同的有物理标签的事例，并按照配置的输出规则将这些事例送出至不同的接收方，实现了实时分布式算法调度与数据处理。软件可以实时触发筛选，降低数据量，减轻传输与存储的负担。软件已在4 410 m海拔实验现场的数据中心投入使用，至今为止一直运行良好。  
        关键词：分布式软件;数据获取系统;在线实时数据处理;软件触发   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在石墨去污领域，研究者利用热等离子体技术，通过改变去污时间和电流，有效提高了去污率，为重金属污染治理提供了新思路。”
        司明强,张晶晶,任金秋,陆春海
        2020, 43(4): 040501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040501
        摘要：利用搭建的热等离子体实验装置，对重金属镉表面沾污的石墨样片进行去污处理，并采用X射线荧光分析去污前后的沾污程度。通过改变样片沾污方式、去污时间和输出电流，对热等离子体的干法去污能力进行了探讨。研究结果表明，热等离子体的去污率与其剥离厚度息息相关，且两者都随着输出电流和去污时间的增大而增大。当输出电流为60 A、去污时间为100 s时，滴加式和浸泡式样片的去污率分别为92%和65%，剥离厚度均达到了几十微米。在同样的实验条件下对热等离子体湿法去污进行了探索，发现在相同输出电流时，随着去污时间的增加湿法去污比干法去污具有更高的去污率，为不同去污场合提供了更多的选择。  
        关键词：热等离子体;石墨;表面去污;剥离   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在中子孔隙度测井领域，专家验证了可控源测井方法的有效性，为测井仪器放射源替代提供应用意义。”
        杨宁宁
        2020, 43(4): 040502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.040502
        摘要：采用氘-氚(D-T)可控源进行中子孔隙度测井时，其响应结果与化学源中子孔隙度测井的响应结果存在差异，使得传统化学源中子孔隙度测井的实验数据和解释模型难以适用。为了验证已有的密度校正方法是否能够用于中子孔隙度测井的结果校正，使D-T源与化学源的响应结果相接近，本文通过模拟获取不同孔隙灰岩含水地层和泥岩中的响应结果，将模拟结果与研制的实验装置测量结果进行基准检测，然后分析D-T源中子孔隙度测井校正前后与化学源中子孔隙度测井对比的响应差异，并利用实际测井数据验证可控源孔隙度测井方法的有效性。结果表明：经过密度校正后，可控源与化学源中子孔隙度的测量结果有较好的相似性，在实际测井曲线上两者也存在较好的对应关系。因此，本研究对于验证可控源中子孔隙度测井方法的有效性和今后测井仪器中放射源的可兼容替代有一定的应用意义。  
        关键词：中子孔隙度测井;氘-氚源;密度校正;蒙特卡罗模拟;测井曲线   
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        发布时间：2024-10-25
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