最新刊期
      2022 年 第 45 卷 第 5 期

        同步辐射技术及应用

      • “上海硬X射线自由电子激光装置SHINE采用低温超导高频腔加速电子，实现了8 GeV电子能量。研究者基于Zynq-UltraScale+型片上系统，设计并实现了丝扫描系统数据采集系统，通过实验验证了其同步采集功能，满足SHINE丝扫描截面测量系统的运行要求。”
        万钧,冷用斌,赖龙伟,陈杰,高波,陈方舟,陈健,曹珊珊
        2022, 45(5): 050101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050101
        摘要：上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetition rate XFEL aNd Extreme light facility，SHINE）使用低温超导高频腔加速电子，电子能量可以到达8 GeV。对于SHINE的电子束团横向截面测量将使用丝扫描这种半拦截式的截面测量方法，产生的次级粒子数量较拦截式测量方法（如截面靶小）可以减小超导腔失超的风险，但需要实现束损探测器的信号与电机位置同步采集。本文基于Zynq-UltraScale+型片上系统设计与实现了丝扫描系统数据采集系统，首先对该数据采集系统的实现方式作了详细描述，然后利用实验平台检验了电机位置测量的正确性，并验证了同步采集探测器信号和扫描丝位置的功能。实验结果表明：该数据采集系统可以满足SHINE丝扫描截面测量系统的运行要求。  
        关键词：丝扫描;SHINE;信号同步采集;电子学设计   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在癌症治疗领域，基于7Li(p,n)反应的加速器中子源展现出巨大潜力。专家提出3 MeV质子轰击0.2 mm锂靶的设计方案，并通过模拟优化慢化体结构，获得满足BNCT需求的中子注量率和能谱。”
        郭志琦,刘昌奇,张炜忠,户志鸣,徐大鹏,姚泽恩
        2022, 45(5): 050201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050201
        摘要：硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy，BNCT）作为一种有效的治疗癌症的方法，在全世界范围内已被广泛认可。基于7Li（p，n）反应的加速器中子源具有反应阈值低、中子产额高、平均中子能量低、易慢化等优点，是最具潜力实现BNCT的加速器中子源。首先采用蒙特卡罗程序Geant4（GEometry And Tracking）程序模拟了不同能量的质子轰击不同厚度锂靶的中子源特性，提出用3 MeV的质子轰击0.2 mm厚度锂靶的加速器参数设计方案。随后开展了中子慢化体的模拟和优化设计研究，提出了一种“26 cm MgF2+10 cm TiF3”的组合作为慢化层结构，采用0.08 cm的6Li作为热中子吸收层、1.5 cm的Bi作为γ吸收层。在加速器质子束流15 mA的条件下，模拟获得的慢化体出口超热中子注量率达到1.16×109 n·cm-2·s-1，快中子与超热中子比率（Φepi / Φfast ）为21.64，热中子与超热中子比率（Φepi /Φth ）为125.23，γ成分（Dγ/Φepi）达到1.82×10-13 Gy·cm2·n-1（epi），可以满足BNCT的研究需求。  
        关键词：硼中子俘获治疗;蒙特卡罗模拟;中子源;中子慢化   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在“空间环境地面模拟装置”项目中，专家设计出高品质电子枪，优化了结构参数，引出1 µA~50 mA电子束。”
        张昊炜,王胜利,李德明,黄建鸣
        2022, 45(5): 050202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050202
        摘要：“空间环境地面模拟装置”是“十二五”国家重大科技基础设施项目，针对其子项目“低能电子加速器及束线”中辐照加速器的要求，在原有二极电子枪基础上增加了控制栅极。使用CST Particle Studio仿真研究了电子枪部分结构参数变化对引出束流强度的影响，设计出产生50 mA高品质束流的电子枪，并用PBGUNS（Particle Beam GUN Simulation）软件对设计结果进行验证。最后在电子枪实验平台上检验了电子枪结构参数变化对引出束流强度的影响规律，并对电子枪结构进行了优化。结果表明优化后的电子枪能够以阴极初级加热电压作粗调、栅极电压作细调的方式引出1 µA~50 mA高品质电子束。  
        关键词：栅控电子枪;热阴极;直流;宽范围;高精度   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在碳离子束流调制领域，研究人员模拟了新型多孔结构体PS 2.0，有效展宽布拉格峰，减小后沿半影宽度，保证束流均匀性，并在一定程度上减小等中心束斑大小。”
        董思学,盛尹祥子,夏晓彬
        2022, 45(5): 050203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050203
        摘要：模拟了一种新型的多孔结构体（PS 2.0）用于展宽碳离子束流的布拉格峰。使用蒙特卡罗程序FLUKA建立了第一代波纹滤波器、PS 2.0和PS 1.0的几何模型，并比较了三者对束流的调制效果，包括展宽效果、束流均匀性和等中心束斑大小。结果显示：与PS 1.0相比，经PS 2.0展宽后的碳离子束流后沿半影宽度减少了最多1.11 mm；使用PS 2.0调制后的束流具有良好的均匀性；在相同射程深度下，当PS 2.0与等中心位置之间的距离小于10 cm时，使用PS 2.0后的等中心束斑最多减少了1.72 mm（13.93%）。表明PS 2.0能够在展宽布拉格峰的同时兼顾后沿半影的宽度，保证了调制后束流的均匀性，并在一定程度上减小了等中心束斑的大小。  
        关键词：蒙特卡罗模拟;点扫描碳离子束流;多孔结构;布拉格峰;波纹滤波器   
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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

      • “在环境样品分析90Sr过程中，210Bi是重要干扰核素。通过分段收集淋洗液、测量并绘制淋洗曲线，发现铋、钇完全被吸附在色层柱上且二者无法完全分离，导致90Sr测量结果偏高。对于部分环境样品，210Pb-210Bi的含量远高于90Sr-90Y，必须采取进一步的除铋措施。过柱分离后残留的210Bi可以通过Bi2S3沉淀的方法去除；未进行Bi2S3沉淀除铋或除铋不完全时210Bi仍有残留。因此推荐一种利用衰变规律通过对样品源重复测量、运用公式修正的方法消除210Bi干扰。试验结果表明：210Bi与90Sr活度比≤5时，经修正后的90Sr结果与参考值的相对偏差在23%以内。环境样品通过修正方法计算的90Sr结果与Bi2S3沉淀除铋后的测量结果基本一致。”
        李美丽,李巧勤,邓雨阳,覃连敬,邓飞
        2022, 45(5): 050301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050301
        摘要：210Bi是环境样品分析90Sr过程中最重要的干扰核素之一。在二（2-乙基己基）磷酸酯（Bis（2-ethylhexyl） phosphate，HDEHP）萃取色层法分析90Sr过程中，通过对淋洗液分段收集、测量并绘制淋洗曲线，发现铋、钇完全被吸附在色层柱上且二者无法完全分离，导致90Sr测量结果偏高。对于部分环境样品（如土壤、气溶胶等），210Pb-210Bi的含量远高于90Sr-90Y，必须采取进一步的除铋措施。过柱分离后残留的210Bi可以通过Bi2S3沉淀的方法去除；未进行Bi2S3沉淀除铋或除铋不完全时210Bi仍有残留。因此推荐一种利用衰变规律通过对样品源重复测量、运用公式修正的方法消除210Bi干扰。试验结果表明：210Bi与90Sr活度比≤5时，经修正后的90Sr结果与参考值的相对偏差在23%以内。环境样品通过修正方法计算的90Sr结果与Bi2S3沉淀除铋后的测量结果基本一致。  
        关键词：锶-90;铋-210;除铋;萃取色层法;修正方法   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “可控源替代同位素中子源进行中子孔隙度测井是核测井发展的必然趋势。为提高可控D-D源中子孔隙度测井的可行性及测量精度，分析了D-D源中子孔隙度测井中泥质影响。通过蒙特卡罗模拟，对比分析了三种源中子孔隙度测井过程中泥页岩响应；优选出D-D源的源距组合，分析了通过改变源距的方式弱化泥页岩的影响。研究表明：D-D源和241Am-Be源的泥页岩响应规律比较接近，当D-D源的源距设计相比于241Am-Be源更近即采用25~45 cm的源距组合时，D-D源中子孔隙度测井中泥页岩影响与241Am-Be源接近程度最高。虽然源距组合的改变不能使D-D源与241Am-Be源的泥页岩响应完全一致或者彻底消除泥质影响，但这种较高程度趋近为D-D源中子孔隙度测井中泥页岩校正提供了思路，也为今后测井仪器中放射源的可兼容替代有一定的应用意义。”
        张丽,韩笑,于华伟,贾文宝,耿学森
        2022, 45(5): 050501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050501
        摘要：可控源替代同位素中子源进行中子孔隙度测井是核测井发展的必然趋势。为了提高可控D-D源中子孔隙度测井的可行性及测量精度，本文对D-D源中子孔隙度测井中泥质影响进行分析。首先利用蒙特卡罗模拟，对比分析三种源（241Am-Be源、D-T源、D-D源）中子孔隙度测井过程中泥页岩响应；然后通过改变D-D源中子孔隙度测井中近、远源距位置，优选出D-D源的源距组合，重点分析通过改变源距的方式弱化泥页岩的影响。研究表明：D-D源和241Am-Be源的泥页岩响应规律比较接近，当D-D源的源距设计相比于241Am-Be源更近即采用25~45 cm的源距组合时，D-D源中子孔隙度测井中泥页岩影响与241Am-Be源接近程度最高。虽然源距组合的改变不能使D-D源与241Am-Be源的泥页岩响应完全一致或者彻底消除泥质影响，但这种较高程度趋近为D-D源中子孔隙度测井中泥页岩校正提供了思路，也为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：D-D源;241Am-Be源;中子孔隙度测井;源距组合;泥质影响   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在半导体领域，研究人员探究了背栅偏置对PD SOI MOSFETs电参数的影响，发现背栅偏置能显著增强长沟晶体管的损伤。”
        王海洋,郑齐文,崔江维,李豫东,郭旗
        2022, 45(5): 050502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050502
        摘要：为研究辐照过程中施加背栅偏置对不同沟道长度部分耗尽绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管（Partily Depleted Silicon-On-Insulator Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors，PD SOI MOSFETs）电参数影响规律，及对隐埋氧化层（Buried Oxide，BOX）辐射感生陷阱电荷的调控规律及机理。基于晶体管转移特性曲线，通过提取辐射诱导晶体管阈值电压变化量，对比了不同沟道长度PD SOI在不同背栅偏置条件下的辐射损伤数据，试验结果显示：辐照过程中施加背栅偏置可以显著增强长沟晶体管的损伤。通过提取辐射在BOX层中引入陷阱电荷密度，结合TCAD （Technology Computer Aided Design）器件模拟仿真进行了机理研究，研究结果表明：短沟道晶体管在施加背栅偏置时会受到源漏电压的影响，从而使BOX层中电场分布及强度不同于长沟道晶体管，而长沟道晶体管受源漏电压的影响可以忽略。  
        关键词：绝缘体上硅;隐埋氧化层;背栅调控;总剂量辐照   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在物理学、化学和生物学等领域，分子碎裂动力学研究取得新进展。利用强飞秒激光脉冲诱导CO2分子解离，通过冷靶反冲离子动量谱仪测量获取离子碎片的动量信息。实验观测到CO2q+（q=2~4）4个两体解离通道，揭示动力学准直机理在所有两体碎裂通道中都占主导作用。”
        张帅,江文斌,王新成,江玉海,朱志远
        2022, 45(5): 050503. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050503
        摘要：分子碎裂动力学的研究在物理学、化学和生物学等研究领域受到广泛关注，在实验和理论研究方面已开展了大量的工作。利用强飞秒激光脉冲诱导CO2分子的解离，通过冷靶反冲离子动量谱仪测量获取离子碎片的动量信息。进一步通过光离子-光离子符合（Photoion-Photoion Coincidence，PIPICO）技术和光离子-光离子-光离子符合（Photoion-Photoion-Photoion Coincidence，PIPIPICO）技术精确识别两体和三体解离通道，研究CO2分子碎裂动力学机制。实验观测到了CO2q+（q=2~4）4个两体解离通道，揭示了动力学准直机理在所有两体碎裂通道中都占据主导作用。对于三体解离通道，通过氧离子碎片动量关联图、牛顿图和动能释放谱对CO2q+（q=3、4）的顺序和非顺序碎裂动力学过程的细致研究，结果显示在顺序碎裂过程中，作为中间体的CO2+离子起着重要作用，表明CO2+离子的旋转先于顺序碎裂过程的第二步碎裂发生。  
        关键词：强激光场;碎裂机制;库仑爆炸;反冲离子动量谱仪   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在空间核动力系统领域，专家利用NSGA-II和BP神经网络算法，优化了辐射屏蔽设计，为空间堆屏蔽方案提供智能决策支持。”
        贺灿,邱小平,孙征,邵静,陈珍平,赵鹏程
        2022, 45(5): 050601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050601
        摘要：由于运载重量和成本的限制，空间核动力系统的质量是一个关键参数。辐射屏蔽系统是空间核动力系统自重的主要贡献之一。因此，有必要研究空间核动力系统质量最小化的屏蔽优化问题。为了实现空间堆辐射屏蔽快速设计与智能优化，基于精英策略的快速非支配遗传算法（Non Dominated Sorting Genetic Algorithm-II，NSGA-Ⅱ）与反向传播（Back Propagation，BP）神经网络算法相结合的智能优化方法，对Topaz-II空间堆辐射屏蔽进行优化，将屏蔽层的总质量与剂量率作为优化目标，得到辐射屏蔽方案Pareto最优解集。同时，为了实现屏蔽方案自动化选择，将NSGA-II得到的Pareto解集作为BP神经网络算法的数据库对数据进行分析学习，建立屏蔽方案智能决策支持系统。该系统可根据工程实际需求，设置基础理论模型，获得满足工程需求的空间堆屏蔽方案。最后利用Topaz-II空间堆模型对本文方法开展了数值验证研究，证明了本文方法的正确性与可行性，可为空间堆辐射屏蔽优化提供理论与技术支撑。  
        关键词：智能决策;遗传算法;BP神经网络;屏蔽优化   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在聚变中子学分析领域，专家利用DAG-OpenMC程序，基于CAD模型，显著提高了复杂工程模型的建模与分析效率。”
        仲港其,徐坤,陆玉东,毛世峰,叶民友
        2022, 45(5): 050602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050602
        摘要：聚变装置工程模型极其复杂，使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成DAGMC（Direct Accelerated Geometry Monte Carlo），可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算，该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分析效率。以中国聚变工程试验堆（China Fusion Engineerging Test Reactor，CFETR）为对象，开展OpenMC在聚变中子学分析中的应用研究。基于CFETR一维柱壳模型验证OpenMC与MCNP计数结果的一致性。根据等离子体空间分布特点，基于源扩展接口自定义源类和源函数准确描述复杂聚变中子源。利用DAG-OpenMC的CAD几何功能成功建立了CFETR的三维模型，并计算获得了中子壁负载分布、氚增殖率和核热沉积等物理量。结果表明：DAG-OpenMC与MCNP的计算结果具有极好的一致性。在建立复杂的聚变堆工程模型时，基于CAD几何功能极大地提高了建模效率。DAG-OpenMC在聚变中子学应用中关键问题的验证表明了其处理复杂工程结构条件下聚变中子学问题的可行性。  
        关键词：聚变中子学;DAGMC;OpenMC;中国聚变工程试验堆   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐堆领域，专家采用RELAP5-TMSR程序，针对误提棒ATWS事故，分析了三种停堆策略，为解决堆芯熔盐温度问题提供解决方案。”
        许田贵,邹杨,徐博,朱贵凤,孙强
        2022, 45(5): 050603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050603
        摘要：误提棒未能紧急停堆（Anticipated Transient Without Scram，ATWS）事故是熔盐堆的超设计基准事故之一，以125 MW液态熔盐堆为研究对象，采用RELAP5-TMSR（Reactor Excursion and Leak Analysis Program-Thorium Salt Reactor）程序，针对误提棒ATWS事故，选取三种停堆策略分析反应堆功率和熔盐温度等关键参数的变化。此外对反应性引入价值、提棒速度和温度系数等若干重要因素也开展了相应的敏感性分析。分析结果表明：维持一回路主泵运行、关闭二回路主泵和三回路风机的停堆策略是三种策略中堆芯熔盐温度最低的；在仅维持一回路主泵运行的情况下，温度极值与反应性引入价值、引入速率及温度反应性系数密切相关，温度峰值随反应性引入价值和提棒速度的增加而增大。  
        关键词：熔盐堆;ATWS;安全分析;RELAP-TMSR   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐高温试验领域，专家采用有限元方法对电磁感应加热进行数值模拟，为实验装置优化提供设计参考。”
        王善武,周翀,王纳秀,邹杨,蔡创雄,朱海华
        2022, 45(5): 050604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.050604
        摘要：HTS（Heat Transfer Salt）熔盐高温试验回路中球床传热实验装置旨在研究熔盐与燃料球的传热特性，其中的石墨球床区域采用中频感应加热提供内部热源，模拟燃料球在堆芯内的释热。为了得到更好的加热效果，采用有限元方法对实验装置的电磁感应加热进行了数值模拟，通过分析实验装置不同石墨球数量和线圈参数情况下涡流功率的分布，得到不同设计参数对电磁感应加热性能的影响规律，并与实验结果进行了对比。模拟结果表明，线圈边缘附近的石墨球涡流功率明显偏小，加热器感应线圈导线截面积为40 mm2、绕制匝数为31匝时加热效果可以满足实验需求，当前实验金属密封结构与线圈的距离较近容易产生涡流功率，造成功率损失。与实验数据对比分析表明，在考虑实验中装置漏热的情况下，数值模拟能够较好地预测实验工况内的结果，并对当前实验装置的优化提出了意见。研究结果为使用电磁感应加热相关的实验研究提供了设计参考。  
        关键词：感应加热;有限元;球床;内热源;对流传热实验   
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