最新刊期
      2021 年 第 44 卷 第 5 期

        同步辐射技术及应用

      • “在宇宙射线响应测量领域，专家利用辐射检验场测量计算辐射测量仪的宇宙射线响应和校准系数，为确定辐射测量仪的宇宙射线响应值和校准系数提供解决方案。”
        张华,陈志东,徐润龙,林炜伟,梁明浩
        2021, 44(5): 050101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050101
        摘要：介绍了宇宙射线响应测量的必要性及现状，提出利用辐射检验场测量计算辐射测量仪的宇宙射线响应和校准系数，并使用RSS-131、6150AD两种型号的辐射测量仪，在不同时间和不同剂量率水平进行测试。实验结果表明：在辐射检验场剂量率最大不超过500 nGy·h-1的低剂量率情况下，同型号辐射测量仪的宇宙射线响应传递结果最佳。进一步使用RSS-131、6150AD、BH3103和RED-100型号共14台γ辐射测量仪进行测量，发现由实验确定的测算方法得到的宇宙射线响应值与该设备在万绿湖中的实测值基本一致。同时发现，此方法确定的校准系数与该设备有效校准系数的相对偏差在10%以内。证明陆地测算方法可以替代实际测量以确定辐射测量仪的宇宙射线响应值和校准系数。  
        关键词：辐射检验场;辐射测量仪;宇宙射线;校准系数   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “中国散裂中子源研制费米斩波器样机，模拟验证了三种狭缝包设计方案的可行性，为非弹性散射谱仪费米斩波器中子狭缝包设计提供参考。”
        郭娟,蔡伟亮,耿艳胜,王平,张鸿
        2021, 44(5): 050201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050201
        摘要：费米斩波器是中子非弹性散射谱仪上对中子束流进行单色化的关键设备，其性能影响谱仪的分辨率和计数率。费米斩波器的核心部件是由中子吸收材料和透明材料层叠而成的中子狭缝包，通过狭缝包的高速旋转选出多个单一波长的脉冲中子。中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source，CSNS）正在研制费米斩波器样机，基于样机研制要求设计了三种典型的狭缝包，通过使用McStas软件，模拟验证了设计方案的可行性。模拟结果表明：1）在0.02~0.50 nm的波长范围调整三种狭缝包的转速能够实现2%~10%的分辨率，中子衰减率和狭缝包透射率均能满足要求；2）三种狭缝包在600 Hz工作频率下的最佳入射波长各为0.165 nm、0.040 nm、0.023 nm，分别用于不同的工作波长范围；3）在分辨率较好的长波段，狭缝包可降速使用以提高中子通过率。该研究为CSNS费米斩波器的样机研制提供了物理参数，为下一步的样机狭缝包性能测试，以及非弹性散射谱仪费米斩波器中子狭缝包的设计提供了参考依据。  
        关键词：费米斩波器;中子狭缝包;单色中子;分辨率;中子通过率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “CiADS加速器装置核物理实验终端提出单束团需求，通过计算与模拟，在低能传输段筛选出6.15 ns单束团，实现整体传输效率43.9%。”
        马志国,陈伟龙,王志军,秦元帅
        2021, 44(5): 050202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050202
        摘要：CiADS加速器装置核物理实验终端提出了单束团的需求，为此在CiADS超导直线加速器原型样机II的低能传输段上展开了单束团筛选的计算与模拟。原型样机II 的射频四极场（Radio-Frequency Quadrupole，RFQ）加速器采用的频率是162.5 MHz，对应单束团脉宽6.15 ns。加载常规常电压的斩波器下降沿接近20 ns，无法做到6.15 ns的稳定无场区域，因此采用在斩波器的偏转板上加载正负交替变化的线性电压设计方法来筛选单束团。计算结果表明：当电压变化斜率为201.8 V·ns-1时，对于20 keV的质子束，可以筛选出6.15 ns的单束团进入RFQ加速器进行下级传输。多粒子模拟结果表明：实现了低能段传输效率为80.7%，RFQ传输效率为54.4%，整体传输效率为43.9%。  
        关键词：单束团;束流斩波器;传输效率;射频四极场加速器   
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        发布时间：2024-10-25
      • “上海硬X射线自由电子激光装置的超导射频腔需高精度射频低电平系统稳定腔场幅度和相位。为解决腔体失谐问题，引入自激励控制系统，开发数字模拟腔验证设计算法，确保腔场幅度稳定，减少反射电压。”
        刘奎,顾强,张俊强,赵明华
        2021, 44(5): 050203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050203
        摘要：上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置的超导射频（Radio Frequency，RF）腔需要高精度射频低电平（Low Level Radio Frequency，LLRF）系统，以稳定腔场的幅度和相位。但是，由于1.3 GHz连续波超导射频腔的高负载品质因数，腔体在电磁频域中的带宽较小。在加速器老练或重启过程中，超导腔相对较小的失谐就会有较大的反射电压，触发联锁保护系统，导致腔体难以馈入功率。为此将自激励（Self-Excited Loop，SEL）控制系统被引入到低电平控制系统中，以防止这种情况的发生；同时把发生器驱动系统（Generator Driven Resonator，GDR）低电平控制系统加载到加速器正常工作状态。此外，开发了数字模拟腔用来验证LLRF系统的设计算法，减少了在真实腔体中测试损害腔体的风险，节省机器时间和调试成本。研究结果表明：即使腔体失谐，SEL控制系统依然可以使腔场幅度稳定到设定值，且反射电压较小。经过比较和验证，数字模拟腔被证明是测试新的低电平算法的可靠平台。  
        关键词：射频数字模拟腔;高重复频率硬X射线自由电子激光;低电平系统;自激励控制;系统生成器   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “中国实验快堆放射性钠气溶胶监测仪校准方法研究，为监测仪量值溯源提供解决方案。”
        李明,徐利军,戎永华,林敏,叶宏生,张卫东,罗瑞,陈克胜
        2021, 44(5): 050401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050401
        摘要：中国实验快堆（China Experimental Fast Reactor，CEFR）采用液态金属钠为冷却剂，一回路冷阱工艺间的放射性钠气溶胶对工作人员的健康和安全有危害，需要对其进行监测以便及时采取相应的防护措施。为保证监测结果的准确性，需要对放射性钠气溶胶监测仪进行定期校准。通过采用特制的放射性气溶胶滤膜源，对放射性钠气溶胶监测仪进行校准方法研究，分别对监测仪计数率对标准源活度响应、相对误差、重复性等主要校准不确定度来源进行分析及不确定度评定。研究结果表明：放射性钠气溶胶监测仪计数率对活度响应因子的不确定度为5%（k=2），该校准方法适用于放射性钠气溶胶监测仪的校准，满足该监测仪量值溯源的要求。  
        关键词：钠气溶胶;标准γ体源;监测仪校准技术   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在X射线天文望远镜领域，中国科学院高能物理研究所设计了一种X射线二次多靶源装置，为软X射线探测器的前期电子学联调和测试提供解决方案。”
        祝宇轩,王于仨,陈勇,崔苇苇,王昊,张子良,王皓迪,侯懂杰,赵晓帆,虞年,赵子健,陈灿
        2021, 44(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050402
        摘要：爱因斯坦探针（Einstein Probe，EP）和增强型X射线时变与偏振探测天文台（enhanced X-ray Timing and Polarimetry，eXTP）是近期提出的两种聚焦型X射线天文望远镜。EP卫星搭载的深度后随X射线望远镜（Follow-up X-ray Telescope，FXT）和eXTP卫星搭载的能谱测量X射线聚焦望远镜阵列（Spectroscopy Focusing Array，SFA）分别使用了pnCCD和SDD探测器。pnCCD和SDD前期电子学联调和标定在中国科学院高能物理研究所标定大厅进行，所用的X射线靶源是标定装置的重要部件。本文介绍了一种X射线二次多靶源装置的设计，该装置可以为联调和标定工作提供软X射线光源。装置利用X光机电子打靶所产生的韧致辐射光子二次打靶放出二次靶材的荧光线，生成能谱成分简单、信噪比高的X射线光源。通过Geant4模拟对该装置的准直管口径、X光机管高压和装置内壁材料等参数进行了分析，然后对SDD和pnCCD进行了能谱测量，同时利用pnCCD的成像功能对光源的光斑大小进行了测试。结果显示：该装置可以满足联调需求，能够广泛应用于软X射线探测器的前期电子学联调和测试。  
        关键词：爱因斯坦探针;增强型X射线时变与偏振探测天文台;电子学联调;探测器标定;X射线二次多靶源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “康普顿相机技术在天文观测、医学成像等领域取得新进展，为相关研究提供新方向。”
        武传鹏,李亮
        2021, 44(5): 050403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050403
        摘要：康普顿相机是一种新型的γ射线成像模式，由于没有机械准直结构，它在探测效率等方面有着其它γ射线成像模式所不具备的独特优势。由于这些优势，康普顿相机系统在天文观测、医学成像、环境辐射监测、质子治疗等多个领域得到很好的应用。随着探测器技术和电子学技术的发展，从闪烁体探测器到性能更佳的半导体探测器，康普顿相机系统不断被优化。此外，除了传统的双层探测器结构康普顿相机，各种新型的结构如“分离式”结构、“一体式结构”也不断被提出。本文从康普顿相机的成像原理、重建算法和影响其性能指标的关键因素等方面进行了调研和综述，并总结了康普顿相机技术的最新进展和最高水平的性能指标。  
        关键词：康普顿相机;医学成像;角分辨率   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在材料科学领域，研究人员采用多种表征技术，分析了低能氢离子辐照对多晶钨材料表面损伤的影响，为理解其表面刻蚀机制提供了重要参考。”
        谢俊,范红玉,罗一语,杨秀园,覃纪英,李园园,牛金海
        2021, 44(5): 050501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050501
        摘要：采用扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、导电原子力显微镜（Conductive Atomic Force Microscope，CAFM）、能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）和纳米压痕等表征技术和方法，综合分析了130 eV氢（H）离子辐照诱导的多晶钨（W）材料的辐照损伤行为。研究表明：H离子辐照剂量从1.0×1024 ions∙m-2增加到 1.5×1025 ions∙m-2时，W材料表面经历了H聚集成泡、在晶界处长大，并逐渐扩散至晶粒表面，直至H泡破裂导致的W表面层脱落的周期性演变过程，一个周期的演变过程所需的H离子辐照剂量约为（6.0~8.0）×1024 ions∙m-2。纳米压痕的分析表明辐照后W材料的表面硬度降低，EDS也未检测到W材料表面含有C、O等杂质，这进一步验证了低能H离子辐照后W表面不稳定损伤层的演变是导致W材料刻蚀的主要原因。该工作对于进一步理解在低于溅射阈值能条件下H离子辐照诱导W材料表面刻蚀机制上具有重要参考价值。  
        关键词：等离子体;钨;氢离子辐照;氢泡;刻蚀   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在辐射效应领域，研究了双极运算放大器电离总剂量与单粒子瞬态的协同效应，为提高其抗辐射性能提供解决方案。”
        蔡娇,姚帅,陆妩,于新,王信,李小龙,刘默寒,孙静,郭旗
        2021, 44(5): 050502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050502
        摘要：为研究双极运算放大器电离总剂量与单粒子瞬态的协同效应，选取双极运算放大器LM158分别在高剂量率0.1 Gy·s-1（Si）和低剂量率1×10-4 Gy·s-1（Si）条件下进行60Co γ射线辐照试验，累积电离总剂量至1 000 Gy（Si）后，再进行重离子类型为钽（Ta）离子的协同辐照试验。试验结果表明：电离总剂量会导致运算放大器LM158的单粒子瞬态脉冲幅值减小和脉冲展宽，同时，相比于高剂量率辐照条件，低剂量率辐照条件下双极运算放大器LM158的瞬态脉冲宽度展宽50%。研究发现，电离总剂量在双极晶体管中累积的界面陷阱电荷是产生电离总剂量与单粒子瞬态协同效应的根本原因。  
        关键词：双极运算放大器;电离总剂量;单粒子瞬态;协同效应   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核能领域，研究人员开发了ARES-MACXS模块，用于精确计算多群截面，为聚变和裂变装置屏蔽提供可靠数据。”
        胡家驹,张斌,刘聪,陈义学
        2021, 44(5): 050601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050601
        摘要：在聚变和裂变装置的屏蔽计算中确定论方法应用广泛，多群截面数据的精度对计算结果具有至关重要的影响。为得到适用于各类屏蔽问题的多群截面，自主开发了基于邦达连科共振处理方法的截面处理模块ARES-MACXS。模块具备共振处理、温度插值、输运修正、上散射处理、中子-光子截面耦合处理、并群等功能。使用指数插值方法，以得到更加精确的多群截面。分别处理KASHIL_E70库、FENDLL-3.1d库进行单核素计算，并与连续能量蒙特卡罗结果对比；对ill-Fe、OKTAVIAN-Al等基准题进行了计算，并与实验测量值进行对比。输运计算结果与蒙特卡罗计算值误差小于1%，与实验测量值吻合良好，误差小于20%。计算结果表明产生的多群截面具有可靠精度，可以应用于基准题验证，具有应用于工程问题计算的潜力。  
        关键词：屏蔽计算;多群截面;MATXS;共振自屏   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，专家通过实验研究了矩形通道局部变形堵塞下的对流传热现象，修正齐德-泰特公式，提高了传热计算精度。”
        郭玖元,邓永皓,许巍,刘晓晶,何晓强
        2021, 44(5): 050602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050602
        摘要：板状燃料元件因表面鼓泡而引发了矩形通道局部变形堵塞事故，为研究矩形通道在局部变形堵塞事故下的对流传热现象，在低雷诺数470~3 300内，分别对无鼓泡、单鼓泡、纵向三鼓泡、横向三鼓泡工况开展对流传热实验。研究表明：对比计算结果与实验结果的平均努塞尔数，无鼓泡工况下齐德-泰特公式的计算误差较小，而鼓泡的局部堵塞工况下的计算存在较大误差。对齐德-泰特公式进行修正后，单鼓泡工况对流传热计算最大误差从35.4%降为19.8%，纵向三鼓泡工况的对流传热计算最大误差从38.5%降为21.3%，横向三鼓泡工况的传热计算最大误差从47.8%降为8.7%。修正后的公式可以更准确计算矩形通道局部变形堵塞下对流传热。  
        关键词：矩形通道;堵塞事故;鼓泡;对流传热;修正   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在后处理厂乏燃料贮存水池，采用吊篮储存和转运乏燃料组件，提升转运能力，具有较好的安全性和经济性。针对国内商业核电站服役使用的典型乏燃料组件结构参数，设计了可一次性装载8盒乏燃料组件的储运吊篮。利用SuperMC软件对满载乏燃料组件的储运吊篮进行了临界安全分析，再利用ANSYS有限元软件对其进行抗震分析。临界安全分析结果表明：即使满载乏燃料组件的吊篮在无限大乏燃料贮存水池内紧密排列，贮存水池keff最高仅0.906；抗震分析结果表明：在0.3 g设计地震震动加速度下，吊篮最大结构应力为7.92 MPa，最大形变量为0.32 mm，不影响其功能。因此储运吊篮设计合理，可满足后处理厂乏燃料水池储运吊篮的基本安全要求。”
        梅华平,杨国威,段成君,刘书勇
        2021, 44(5): 050603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050603
        摘要：在后处理厂乏燃料贮存水池，采用吊篮储存和转运乏燃料组件可以提升转运能力，同时具有较好的安全性和经济性。本文针对国内商业核电站服役使用的典型乏燃料组件结构参数，设计了可一次性装载8盒乏燃料组件的储运吊篮，利用SuperMC软件对满载乏燃料组件的储运吊篮进行了临界安全分析，再利用ANSYS有限元软件对其进行抗震分析。临界安全分析结果表明：即使满载乏燃料组件的吊篮在无限大乏燃料贮存水池内紧密排列，贮存水池keff最高仅0.906；抗震分析结果表明：在0.3 g设计地震震动加速度下，吊篮最大结构应力为7.92 MPa，最大形变量为0.32 mm，不影响其功能。因此储运吊篮设计合理，可满足后处理厂乏燃料水池储运吊篮的基本安全要求。  
        关键词：后处理;乏燃料;吊篮;燃料组件   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在空间堆结构优化设计领域，专家提出了自适应差分进化算法，优化Kilopower空间堆模型，降低堆芯质量38.2%。”
        方力,陈春花,周文,杨子辉,汪建业
        2021, 44(5): 050604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050604
        摘要：空间堆具有广阔的应用前景，对其结构的优化设计有着极高的经济和技术应用价值。但空间堆结构优化设计中变量耦合度高、设计复杂，人工求解过程低效耗时，且往往得不到最优解。以经典差分进化（Differential Evolution，DE）算法为基础，提出了一种自适应的DE算法。通过对控制参数采取动态调整的策略，平衡全局和局部搜索能力，达到加强算法寻优能力的目的。最后对热功率为4.3 kW的Kilopower空间堆模型进行优化，以结构参数为变量，以堆芯质量为目标函数，同时结合中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC进行中子输运计算。在满足设计要求的前提下，优化后Kilopower空间堆堆芯质量可降低38.2%，证明了自适应DE算法的正确性和有效性。  
        关键词：差分进化算法;自适应;堆芯优化;Kilopower   
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