最新刊期
      2022 年 第 45 卷 第 3 期

        综述

      • “日本福岛核事故后，Cr涂层包壳技术成为耐事故燃料研发主要方向。法国和美国在Cr涂层研发方面取得实质性突破，为我国研究提供参考。”
        段振刚,陈平,周毅,高士鑫,焦拥军,尹春雨,何梁
        2022, 45(3): 030001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030001
        摘要：2011年日本福岛核事故后，燃料包壳表面涂层技术成为耐事故燃料研发的主要方向之一。国内外对此开展了大量的研究工作。经过10年多的技术探索，Cr涂层包壳从众多涂层方案中脱颖而出，已成为涂层包壳研发主要技术路线。目前国际上Cr涂层包壳技术已完成了制备工艺、性能评价及设计准则等研究工作，进入了由技术研发到工程应用的重要转型阶段。梳理国外的研发经验可为我国的Cr涂层研究提供参考。法国和美国在Cr涂层包壳研发中开展了大量的堆内外试验，在工程应用上取得了实质性的突破。因此，本文系统梳理了到目前为止法国和美国在Cr涂层研发方面主要研究内容、研究方法及其未来规划。  
        关键词：Cr涂层;燃料包壳;耐事故燃料;核燃料   
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        发布时间：2024-10-25

        同步辐射技术及应用

      • “在腐蚀性气体参与的气固反应研究中，科研人员研发了两种原位XRD表征装置，解决了特定气固反应原位XRD表征的需求，推动了同步辐射技术在化学反应原位表征中的应用。”
        周靖添,陶亚军,罗震林
        2022, 45(3): 030101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030101
        摘要：腐蚀性气体参与的气固反应，其同步辐射原位X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）表征需要使用防腐蚀和泄露的装置。为此研发了两种用于气固反应XRD表征的原位装置，分别通过液体挥发和固体热处理来产生反应气体，具有装置结构紧凑、可拆卸和重复利用等优点，解决了特定气固反应原位XRD表征的需求。其中，基于液体挥发产生反应气体的原位装置适用于室温近常压气固反应，气体与固态样品发生反应可以通过精确控制液体的注入来控制反应的起始时间；基于固体热处理的原位反应装置主体采用石英材料制作，包括石英反应池和石英X窗等，适用于光子能量在18 keV以上的原位X射线衍射表征，工作温度可达450 ℃。这些实验装置有助于推动同步辐射技术在化学反应原位表征中的应用。  
        关键词：同步辐射;X射线衍射;原位装置;气固反应   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在月球演化研究领域，专家通过中子活化分析，确保了嫦娥五号月壤样品元素含量测定的准确性和可靠性，为月球演化研究提供了重要数据支撑。”
        金象春,肖才锦,姚永刚,张俊新,吴鹏,王平生,倪邦发
        2022, 45(3): 030201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030201
        摘要：精准测定嫦娥五号月壤样品的元素含量，对于探讨月壤的成因及其形成的物理化学条件、研究月球演化历史具有重要意义。为了确保利用中子活化分析测定嫦娥五号月壤样品元素含量结果的准确性和可靠性，需要做好分析过程的质量保证和分析结果的质量控制。基于中子活化分析原理和误差来源，讨论了月壤样品中子活化分析中的质量保证措施，并采用标准物质监控、重复测试、自我验证、方法比对等内部质量控制方法对月壤样品中子活化分析结果进行评价和验证。内部质控样品的分析结果满足实验室的接收标准，重复测试等内部质量控制方法显示元素定值结果具有一致性。通过分析测量数据，验证了检测结果的可靠性，证明质量保证过程和质量控制方法有效。  
        关键词：月壤样品;中子活化分析;质量保证;质量控制   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在硼中子俘获治疗领域，专家利用Geant4软件优化设计加速器装置，成功获得超热中子占比高达95.6%的中子源终端，为技术验证提供基础。”
        卢宇,李文艺,徐照,李桃生
        2022, 45(3): 030202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030202
        摘要：随着加速器技术的发展，基于加速器的硼中子俘获治疗装置越来越受到国内外关注。为了研究基于能量为14 MeV、流强为80 μA的回旋质子加速器获得硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy，BNCT）中子源的可能性，利用Geant4软件对中子产生靶以及束流整形组件进行了优化设计，旨在获得理想的超热中子束实验终端。由于加速器的流强较低，增设了天然铀作为中子倍增器以提高中子注量。经过对铍靶、天然铀增殖层、AlF3 和TiF3复合慢化体、热中子吸收层和γ屏蔽层等进行优化设计，在束流出口处能够获得超热中子占比高达95.6%，注量率可达6.26×107 n·cm-2·s-1的中子源终端。该方案可初步用于加速器BNCT中子源实验终端的技术验证。  
        关键词：硼中子俘获治疗;GEANT4;9Be（p，n）反应;束流整形组件;超热中子场   
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        发布时间：2024-10-25

        核化学、放射化学、放射性药物和核医学

      • “在放射化学纯度分析领域，专家建立了一种快速简便的氯化铜［64Cu］溶液分析方法，满足欧洲药典技术要求，可实现快速、可靠的产品检验。”
        王晓明,陈孟毅,吴福海,温凯,赵海龙,周佳骏,李洪玉
        2022, 45(3): 030301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030301
        摘要：通过对固定相和流动相等测试条件的筛选，建立一种快速简便的氯化铜［64Cu］溶液放射化学纯度分析方法。该方法以含钾盐玻璃微纤维浸渍硅胶色谱纸（iTLC-SG）为固定相，二氯甲烷、乙腈、甲醇和0.05 mol∙L-1 HCl的混合溶液为流动相，氯化铜［64Cu］溶液供试品主峰Rf值大于0.9，放射化学纯度大于95%，参比溶液主峰Rf值小于0.1，与供试品主峰分离度大于1.0，满足薄层色谱法（Thin-layer Chromatography，TLC）的系统适用性要求。建立的放射化学纯度分析方法满足欧洲药典对医用放射性核素溶液质量检验的技术要求，可实现快速、可靠的产品检验。  
        关键词：氯化铜［64Cu］溶液;放射化学纯度;TLC;质量控制   
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        发布时间：2024-10-25
      • “环烯烃共聚物COC在医疗器械领域应用广泛，但辐照灭菌会导致性能变化。研究发现，辐照产生的自由基浓度随剂量增大而增加，导致COC分子链断裂和氧化降解，表面亲水性增强。”
        张帆,季珎琰,沈蓉芳,邢哲,吴国忠
        2022, 45(3): 030302. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030302
        摘要：由乙烯和降冰片烯共聚合成的环烯烃共聚物（Cyclic Olefin Copolymer，COC）具有良好的透光性、水蒸气阻隔性，以及生物相容性，适用于医疗器械和药物包装领域。这类COC医疗用品通常采用辐照灭菌来确保生物安全性，然而辐射过程会使分子链断裂产生自由基，不可避免地会发生辐射裂解、氧化、变色等现象。因此，探究电离辐射引发的自由基反应导致的COC性能变化对COC医疗用品的辐照灭菌应用具有重要意义。为了研究辐照灭菌剂量下COC的辐射效应，考察了剂量范围内γ射线对COC的化学结构、自由基信号、玻璃化转变温度、热稳定性、分子量分布、表面性质以及熔融指数的影响。结果显示：在空气中COC经辐照产生的自由基浓度随着吸收剂量增大线性增加；随着吸收剂量的增大，包括羰基、羟基类化合物等辐射氧化产物的平均分子量减小，辐射降解占优势；同时COC表面亲水性增强，熔融指数增加。辐射导致的分子链断裂以及自由基的氧化反应是COC降解的主要原因。  
        关键词：γ射线辐照;环烯烃共聚物;辐射降解   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在放射性表面去污领域，研究人员采用预乳液聚合法制备了两种表面去污剂，实现了90%以上的去污率，为去污剂技术发展提供新方向。”
        何智宇,蒋欢,陈亮,邱天,卢彦志,李银涛,周元林
        2022, 45(3): 030303. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030303
        摘要：目前使用较多的可剥离和自脆性放射性表面去污剂，基本能够满足去污剂对技术及环境的要求，但在实际使用过程中，存在可剥离型去污剂力学性能、环境适应性较差而自脆性去污剂去污过程及机理研究有待深入等问题。通过选择不同单体，采用预乳液聚合的方式，制备了两种不同固化形貌的表面去污剂，对表面去污剂功能进行研究。对丙烯酸丁酯（Butyl Ac，BA）、甲基丙烯酸甲酯（Methyl Methacrylate，MMA）、丙烯酸（Acrylic Acid，AA）3种去污剂的性能测试结果表明，当mBA:mMMA:mAA=1:0.9:0.1时，去污剂具有较好的力学性能，其拉伸强度可达9.16 MPa，断裂伸长率可达671%，是一种很好的可剥离去污剂基材。对MMA和甲基丙烯酸（Methacrylic Acid，MAA）的测试结果显示，当mMMA:mMAA=1:0.9时具有较好的脆化形貌，这两种去污剂均能在不同表面和形貌的情况下实现完整剥离和脆化，对模拟核素的去污率达到90%以上。  
        关键词：表面去污剂;可剥离;自脆   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “东方超环装置通过充入适量氖气或氩气实现辐射偏滤器运行模式，有效降低靶板热负荷，缓解高能粒子流损伤。专家建立了不同杂质浓度估算方法，为优化辐射偏滤器运行参数提供重要参考。”
        计华健,张洪明,杨秀达,尹相辉,李克栋,何梁,符佳,王福地,沈永才,万顺宽,吕波,龚学余,龚先祖,臧庆,王嵎民,林新,王守信
        2022, 45(3): 030501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030501
        摘要：通过在偏滤器区域充入适量氖气（Ne）或氩气（Ar），东方超环（Experimental Advanced Super-conducting Tokamak，EAST）托卡马克装置实现了辐射偏滤器运行模式。在辐射偏滤器运行模式下，靶板热负荷显著降低，有效缓解了高能粒子流对偏滤器靶板的损伤。但是在偏滤器区域充入过量杂质气体时，杂质粒子会沿着磁力线进入主等离子体，影响主等离子体的约束性能，甚至导致等离子体破裂。因此，有必要研究偏滤器区域等离子体杂质浓度的估算方法，分析充入杂质气体时该区域杂质的定量变化，以此来评估充入的杂质气体对芯部等离子体约束性能的影响。本文针对不同的杂质种类，建立了不同的杂质浓度估算方法。对于钨杂质，通过极紫外光谱（Extreme Ultraviolet Spectroscopy，EUV）诊断系统测量偏滤器区域钨杂质的辐射强度，再根据碰撞-辐射模型对该区域的钨杂质浓度进行了估算。对于Ne杂质，则通过等离子体有效电荷数（Zeff）的变化进行了Ne杂质浓度估算。基于估算结果，对辐射偏滤器条件下的芯部杂质行为进行了讨论。上述杂质浓度评估方法对开展辐射偏滤器条件下等离子体约束性能研究，优化辐射偏滤器运行参数有重要意义。  
        关键词：杂质浓度;杂质输运;脱靶运行;极紫外光谱仪;有效电荷数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在合成生物学领域，研究人员通过基因电路调控细菌蛋白表达，将生物膜改造成活体材料。但生物膜机械性能较弱，限制了其应用。本研究通过融合蛋白表达和碳酸钙矿化，增强了生物膜的机械性能，为活体功能材料设计提供新思路。”
        秦思民,刘苏莹,诸颖,吕敏
        2022, 45(3): 030502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030502
        摘要：细菌生物膜是细菌为了抵御恶劣环境，聚集生长并分泌多糖、蛋白质和胞外脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）等大分子形成胞外基质包裹自身形成的结构。在合成生物学领域，通过不同基因电路调控细菌特定蛋白的表达，可将生物膜改造成多种不同功能的活体材料。然而，生物膜具有粘弹性，机械性能较弱，限制其在可穿戴设备、涂层及建筑材料方面的应用。本研究选取枯草芽孢杆菌为模式生物，通过融合蛋白TasA-n16N的表达和传统碳酸钙矿化方法相结合，将固相培养的工程生物膜制备为块状凝胶。流变学测试显示，表达了融合蛋白的生物膜形成块状凝胶后，其机械性能增强；同步辐射X射线透射显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜的表征观察发现，生物膜内部细菌结构完整且保持活性。该方法为生物膜的仿生矿化及活体功能材料的设计和制备研究提供了新思路。  
        关键词：生物膜;同步辐射X射线透射显微成像;融合蛋白;机械性能;TasA-n16N   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在铅基快堆领域，专家构建了100 MWt堆芯模型，研究冷却剂选型，发现208Pb-Bi冷却剂能实现堆芯小型化、长寿命和固有安全性。”
        余清远,肖豪,刘紫静,赵鹏程,于涛
        2022, 45(3): 030601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030601
        摘要：以小型化、长寿命、自然循环为铅基快堆的设计目标，构建100 MWt铅基快堆堆芯模型并开展冷却剂选型研究，选取Pb同位素/混合物及Pb-Bi混合物，分析比较了采用不同冷却剂堆芯的物理特性与自然循环特性。结果表明：得益于208Pb在高能区小的非弹性散射截面与中低能区极小的中子俘获截面，加之Bi较小的中子俘获截面，采用208Pb-Bi冷却的铅基快堆堆芯在30满功率年运行周期内的燃耗反应性损失最小，增殖性能最佳，且具备负值较大的空泡系数、冷却剂温度系数和较大的有效缓发中子份额，可装载较低富集度或较少量燃料，有利于堆芯小型化、长寿命和固有安全性；208Pb-Bi相比Pb冷却的铅基快堆具备更强的自然循环能力、更弱的材料腐蚀、更宽的运行温度区间，有利于反应堆安全运行与维护。高208Pb丰度的铅可以从钍矿石及钍铀矿石中提取，极大降低了208Pb的分离提取难度。  
        关键词：铅基快堆;冷却剂;物理特性;自然循环   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在钠冷快堆钠泄漏事故研究领域，专家改进了Tsai钠雾火模型，有效预测了钠喷雾燃烧现象，为钠泄漏事故分析提供新方法。”
        俞之桐,曹学武
        2022, 45(3): 030602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030602
        摘要：钠冷快堆钠泄漏事故中，泄漏的钠以液滴形式在抛射过程中与空气剧烈反应，发生钠雾火现象。通过桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories，SNL）的T3钠雾火实验结果，以及原子国际（Atomics International，AI）的J1~J4钠雾火实验结果，对改进的Tsai钠雾火模型适用性进行了评估。针对Tsai模型高估实际工况钠喷雾燃烧速率的问题，将Tsai模型中钠液滴下落模型改为单一速度模型，同时将喷雾燃烧对空间的影响改为瞬发。在T3实验中分析了钠雾火阶段对改进模型适用性的影响，在J1~J4实验中分析了初始氧气浓度对改进模型适用性的影响。结果表明：改进的钠雾火模型能够很好地预测空气中钠喷雾燃烧的升温升压现象以及钠消耗量，可以应用于预测钠工艺间内钠泄漏事故后发生在空气中的钠雾火行为。  
        关键词：钠雾火模型;适用性分析;钠冷快堆   
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        发布时间：2024-10-25
      • “液态燃料熔盐堆动力学模型研究取得进展，开发了三维动力学程序ThorCORE3D，为堆稳态设计与瞬态分析提供解决方案。”
        左献迪,程懋松,戴志敏
        2022, 45(3): 030603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030603
        摘要：液态燃料熔盐堆的燃料熔盐在一回路中循环流动，一回路高温熔盐既是燃料，又是冷却剂，大部分核裂变能直接释放在燃料熔盐之中。随着燃料熔盐流动，一部分缓发中子先驱核（Delayed Neutron Precursors，DNP）在堆芯外一回路中衰变引起反应性损失。液态燃料熔盐堆中子物理与热工流体紧密耦合，传统固态燃料反应堆堆芯核热耦合程序不再适用于液态燃料熔盐堆。针对液态燃料熔盐堆特点，建立了包含带对流项的DNP输运方程和带热内热源热工流体方程的液态燃料熔盐堆动力学模型，并基于节块展开法，开发了堆芯三维动力学程序ThorCORE3D。使用美国橡树岭国家实验室建造运行的熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）稳态和瞬态实验基准题，对ThorCORE3D程序进行了初步验证。结果表明：ThorCORE3D程序计算值与MSRE实验值吻合良好，适用于液态燃料熔盐堆稳态设计与瞬态分析。  
        关键词：熔盐堆;多物理耦合;缓发中子先驱核   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在低普朗特数流体传热特性预测领域，研究者采用SST k-ω湍流模型，分析了不同湍流普朗特数模型的适用性，为铅铋传热特性预测提供解决方案。”
        刘书勇,余大利,梅华平,汪振,张世超,李桃生
        2022, 45(3): 030604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.030604
        摘要：为准确预测低普朗特数流体在燃料组件棒束子通道内的传热特性，需选取合适的湍流普朗特数模型。针对5种不同的湍流普朗特数模型，基于三角形棒束换热关联式，研究采用剪切应力传输（Shear Stress Transfer，SST）k-ω湍流模型，分析不同的棒束子通道结构，并与液态铅铋实验验证的换热关联式计算结果进行对比，分析不同棒径与节径比条件下各种湍流普朗特数模型的适用性。分析研究结果表明，整体湍流普朗特数模型不仅与雷诺数Re、贝克莱数Pe有关，还与节径比P/D有关；在节径比1.3~1.7范围内Kays学者提出的局部湍流普朗特数模型模拟结果与Mikityuk关系式计算值较为吻合；各种湍流普朗特数模型均有最佳的节径比适用范围。因此，相关模型能够用于不同节径比条件下三角形棒束子通道内铅铋传热特性的预测。  
        关键词：铅冷快堆;三角形棒束;低普朗特数流体;湍流普朗特数模型;CFD数值模拟   
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        发布时间：2024-10-25
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