最新刊期
      2023 年 第 46 卷 第 12 期

        同步辐射技术及应用

      • “上海光源BL02U2线站新增掠入射衍射仪，完善了实验条件，为材料表面科学研究提供丰富平台。”
        廖可梁,郑旭,李钊,薛志鹏,阴广志,张兴民,李晓龙,顾月良,朱佩平
        2023, 46(12): 120101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120101
        摘要：上海光源BL02U2线站已经安装了两台德国HUBER公司的衍射仪，为了进一步满足用户对掠入射衍射实验方法的需求，在两台衍射仪之间安装了一台新的掠入射衍射仪。本文介绍了该掠入射衍射仪的整体方案，并针对高精度重载大行程位移台、探测器三维调节平台、样品台系统、控制系统等重要模块进行了详细的论述。该衍射仪的X射线能量范围为4.8~28 keV，探测器时间分辨率为50 ms，最大探测角度为52°，实现了与两台衍射仪的兼容运行，并以MoS2样品为例介绍了掠入射衍射仪的典型实验结果。目前，该掠入射衍射仪已经稳定运行超过两年，完善了上海光源的掠入射衍射实验条件，为材料表面科学研究提供了更丰富的实验平台。  
        关键词：X射线衍射;同步辐射;精密仪器   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在月球探测领域，研究人员提出了一种新方法，成功提取了嫦娥二号γ射线谱仪数据中的微弱氢特征γ射线信息，并预测了月球表面可能存在大量结构水的区域。”
        李泳珲,赵剑锟,姜爽,王飞亮,吴和喜,刘义保
        2023, 46(12): 120201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120201
        摘要：为解决嫦娥二号γ射线谱仪（Chang'E-2 gamma-ray spectrometer，CE2-GRS）数据中氢（H）特征γ射线（2H@2.223 MeV）微弱信息提取困难的问题，提出了衰变分支比剥谱与非线性最小二乘拟合高斯函数结合的方法，并基于全月幅铝（Al）丰度的研究结果，构建了剥离Al-H合峰中Al计数的特征函数，实现了对2.1~2.5 MeV能窗内干扰核素（214Bi@2.204 MeV、27Al@2.210 MeV、49Ca@2.371 MeV）的特征γ射线的剥离，最终获取了全月幅氢元素特征γ射线的3 s计数空间分布。对全月14个典型月海地区内氢元素特征γ射线计数进行分析，结果表明：月球背面的艾肯盆地、智海与月球正面的雨海、风暴洋表现出高值特征，其计数达到平均值的2.6倍。将月表氢元素分布特征与月球勘探者（Lunar Prospector，LP）超热中子数据对比发现：二者在月球正面的雨海、风暴洋地区以及月球背面艾肯盆地的分布特征呈高度负相关。月表氢元素分布特征进一步预测了智海、雨海、风暴洋区域可能大量存在结构水，实现了对轨道γ能谱数据的深入挖掘和科学应用。  
        关键词：CE2-GRS;衰变分支比;非线性最小二乘拟合;氢元素分布   
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        发布时间：2024-10-25
      • “俄罗斯NICA项目中桶状抽样型电磁量能器研究取得进展，模拟分析了入射位置、闪烁体层数对探测器性能的影响，为探测器设计提供参考。”
        祝锦,彭肖宇,罗思远,肖万成,何列,刘雨晨,罗凤姣,肖敏,王晓冬
        2023, 46(12): 120202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120202
        摘要：桶状抽样型电磁量能器（Electromagnetic Calorimeter，Ecal）是俄罗斯在建的重离子超导同步加速器（Nuclotron-based Ion Collider faсility，NICA）中多功能探测谱仪（Multi-Purpose Detector，MPD）上的一个重要探测器，主要用于探测10 MeV至几个GeV能域内电子和光子的能量、时间、位置信息。基于Geant4软件，使用单能电子研究了入射位置及闪烁体层数对探测器模块（module）能量分辨率的影响，闪烁体层数和电子能量对探测器单元（tower）时间分辨率和Ecal位置分辨率的影响。模拟结果表明：随着电子入射位置由module边缘向中心移动，闪烁体内能量沉积由718 MeV增加至758 MeV；在tower长度为415.5 mm条件下，随着闪烁体层数增加，module能量分辨率变差，tower时间分辨率变好，Ecal位置分辨率变差。在兼顾量能器的各项性能后，tower中闪烁体最佳层数为211层，Ecal能量分辨率好于4.35%，时间分辨率小于112 ps，位置分辨率好于2 mm；在相同条件下，电子能量越高电磁量能器的时间分辨率和位置分辨率越好。  
        关键词：能量分辨率;时间分辨率;位置分辨率;GEANT4   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在中子照相领域，专家提出了一种改进的图像几何不锐度修正方法，有效提升了图像质量，为高分辨率中子照相提供技术支撑。”
        伍华杰,甘佺,吕永强,汪启宏,伍一凡,宋婧,凤麟核团队
        2023, 46(12): 120203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120203
        摘要：中子照相系统因其特定的成像结构，使得成像后的中子照相图像不可避免地存在几何不锐度。为提升中子照相图像的质量，本文提出一种基于改进Richardson–Lucy算法的中子照相图像几何不锐度修正方法，该方法首先根据几何不锐度的形成原理构建点扩散函数，然后通过拉普拉斯算子和中值滤波方法去除图像中的γ白斑噪声，最后采用Richardson–Lucy算法对图像进行复原。采用线对模板样品进行测试，并与4种现有的中子照相图像几何不锐度修正算法进行对比，验证了本文算法可将衡量中子照相图像几何不锐度修正效果的平均梯度、空间频率指标分别提升60.23%和29.90%，能够实现几何不锐度的修正，同时解决图像复原过程中γ白斑噪声的放大问题，为实现高分辨率的中子照相提供重要技术支撑。  
        关键词：中子照相图像;图像复原;几何不锐度;Richardson–Lucy算法;高分辨率   
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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

      • “最新研究揭示了镍、铁、钨合金在反应堆中抗辐照性能的差异，为核反应堆材料选择提供重要参考。”
        应红,温阿利,周岁茹,海雪,章文峰,任翠兰,施海宁,黄鹤飞
        2023, 46(12): 120301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120301
        摘要：镍、铁和钨基合金常被用来作为反应堆的候选结构材料，在反应堆中面临中子辐照的严苛服役环境。本文采用分子动力学方法研究了金属镍、铁、钨三种金属材料的辐照级联过程，获得材料在不同温度（300⁓500 K）下、不同初级碰撞原子（Primary Knock-on Atom，PKA）能量（<20 keV）沿不同晶格方向（<135>、<122>和<100>）入射的辐照级联损伤过程。结果表明：金属镍和铁的稳态辐照缺陷数相当，当PKA能量较低（<5 keV）时，金属镍的稳态缺陷数比金属铁略少；而当PKA能量较高（>5 keV）时，金属镍的稳态缺陷数逐渐超过铁；在相同辐照条件下，金属钨的稳态辐照缺陷数最少，表现出更为良好的抗辐照性能。通过分析三种金属辐照级联过程中不同阶段的缺陷复合率及缺陷存活率，进一步理解其耐辐照损伤能力的差异。相关计算结果为理解不同金属的辐照性能提供数据支撑，作为金属初级辐照损伤数据集，为更大尺度的速率理论和团簇动力学等模拟材料辐照效应提供微观缺陷结构和参数。  
        关键词：镍;铁;钨;中子辐照;初级辐照损伤;分子动力学   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在地质勘查和放射性污染调查领域，研究人员设计了一种新型双能定向γ辐射取样探头，有效提高了放射性元素含量测量的准确性。”
        刘洪武,葛良全,吴霁桐,杨小峰,邓志鹏,唐传丰,熊茂淋
        2023, 46(12): 120401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120401
        摘要：定向获取放射性待测体中放射性元素含量或放射性活度是地质勘查和放射性污染调查的一项重要工作。在定向γ辐射取样过程中，非待测体区域γ射线对测量结果形成极大干扰。本文基于同一放射性衰变系列中高、低能量γ射线在溴化铈闪烁探测器铅屏蔽层中线性衰减系数的差异，设计了一种溴化铈闪烁探测器双能定向γ辐射取样探头。当以214Bi放出的0.609 MeV、1.764 MeV γ射线为探测对象时，使用蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）数值模拟得出双能定向γ辐射取样探头的最佳铅屏蔽层厚度为6 mm，定向比例系数为a=0.268、A=0.451。经4种干扰辐射体蒙特卡罗数值模拟和两个镭源物理实验验证表明，采用该定向比例系数得到的双能γ辐射探头铅屏蔽张角以内0.609 MeV的γ射线计数值与MC模拟值的平均相对误差为0.63%；经两个镭源物理实验验证表明，张角以内的0.609 MeV γ射线计数值与实测值的相对误差为±2.52%以内。在放射性混合标准模型和三个放射性模型上进行双能定向γ辐射取样结果表明，设计的新型双能定向γ辐射取样探头具有定向γ辐射取样功能，实测模型中铀含量与模型推荐值的相对误差均小于5%。  
        关键词：双能定向γ辐射取样技术;铀矿勘查;定向比例系数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在EAST托卡马克装置上，研究人员设计了一套激光吹气微量杂质注入系统，实现了对等离子体杂质输运的精确控制，为提升等离子体约束性能与保障装置安全提供重要支撑。”
        范玉,赵宇红,张洪明,吕波,林子超,沈永才,尹相辉,王福地,符佳,计华健,曾超,毛立宇,孙波
        2023, 46(12): 120402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120402
        摘要：开展托卡马克等离子体中杂质输运与杂质控制研究对于提升等离子体约束性能与保障装置安全有重要意义。为了在EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）托卡马克装置上开展杂质输运研究，需要发展一套用于注入示踪杂质粒子的激光吹气（Laser Blow-off，LBO）微量杂质注入系统。本文描述了一种用于EAST托卡马克装置上LBO系统的控制系统设计过程与测试结果。该系统采用了全新的自动控制流程，使得系统可以重复、定量地向EAST等离子体注入不同元素的示踪杂质粒子。该设计通过STM32单片机系统实现对聚焦透镜位移、激光器被触发时刻的准确控制，且激光光斑直径可调，以改变杂质注入量。测试结果显示，系统能快速检测到外触发信号并实现精确定时，激光光斑聚焦位置误差小于0.40 mm，达到激光吹气杂质注入实验要求。本研究对在EAST装置上开展等离子体杂质输运研究具有重要意义。  
        关键词：激光吹气杂质注入系统;杂质输运;STM32;控制系统   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在辐射监测领域，大面积塑料闪烁体探测器的阈值电压确定方法，提高了探测效率一致性，降低了最小可探测活度。”
        陈久涛,宋玉收,许蕤,宋润州,陈声强
        2023, 46(12): 120403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120403
        摘要：大面积塑料闪烁体广泛运用于辐射监测领域，采用信号过阈检测的方式用作辐射计数器。过阈检测阈值电压的大小影响探测效率和最小可探测活度。射线入射在大面积塑料闪烁体不同位置时，收集端对光子的收集效率不同，存在探测效率一致性差异。根据大面积塑料闪烁体本底能谱和60Co、137Cs源在大面积塑料闪烁体不同位置的能谱，以60Co源数据为例，结合处理电路信号放大关系，确定了合适的阈值电压。结果表明：上述方法确定的阈值电压，大面积塑料闪烁体探测器探测效率一致性较好，远离收集端有较高的探测效率，同时最小可探测活度较低。  
        关键词：塑料闪烁体;阈值电压;探测效率;最小可探测活度   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在放射性废物测量领域，研究人员提出了基于神经网络的新型活度测量方法，大幅提高了测量精度并缩短了时间，为低、中水平放射性固体废物的测量提供了技术支撑。”
        舒旻翔,单陈瑜,顾卫国,王德忠
        2023, 46(12): 120501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120501
        摘要：针对废物桶活度传统分段γ扫描（Segmented Gamma Scanning，SGS）测量精度低、层析γ扫描（Tomographic Gamma Scanning，TGS）测量时间长的问题，提出了基于神经网络的新型活度测量方法（New Gamma Scanning，NGS）。在该方法中，对介质均匀分布的废物桶进行测量时，将三个不同位置的探测器的计数率输入神经网络，可以直接输出等效环源半径，最终实现废物桶内核素总活度的准确重建。对400 L均匀水泥废物桶进行了多组模拟测量，利用不同方法分别进行了活度重建。结果表明：对于单个源，新方法的平均相对误差为4.26%，远小于SGS的误差（68.15%），与60网格的TGS的误差接近（3.97%）；对于多个源，新方法的平均相对误差为24.27%，而SGS为48.02%，TGS为28.61%。新方法的精度高于SGS，达到了TGS的水平，而测量时间缩短到了TGS的1/20。新方法在保证了高精度的前提下大大缩短了测量时间，为低、中水平放射性固体废物的测量提供了技术支撑。  
        关键词：低中放固废;无损测量;活度重建;神经网络;等效环源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在电解水制氢领域，研究人员开发了新型Ba-Si-Ca体系密封玻璃，有效提高了固体氧化物电解堆的热稳定性和冷热循环性能，为商业化推进提供技术支撑。”
        廖梓豪,程付鹏,雷金勇,潘军,黄旭锐,杨怡萍,于丰源,马成国,关成志,肖国萍,王建强,熊波,陈一凡
        2023, 46(12): 120502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120502
        摘要：清洁高效的电解水制氢是解决大规模氢源问题的有效技术手段，固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cells，SOEC）是电解水制氢的关键构件。玻璃密封材料作为固体氧化物电解堆的关键材料，在SOEC使役环境中存在稳定性差、气体泄漏率高、热循环性能低等问题亟须解决。为解决上述问题，本项目开发新型Ba-Si-Ca体系密封玻璃（glass-P），研究氧化铝掺杂量对glass P密封材料的漏气率的影响规律，评价不同氧化铝添加剂对密封材料的抗热冲击性以及化学稳定性的影响。结果表明：glass P密封玻璃的热膨胀系数为1.12×10-5 K-1，与SOEC单电池具有优异的热匹配性；添加氧化铝在glass P密封玻璃中能有效提高密封件的热稳定性以及冷热循环性能，glass P-10漏气率约5.51×10-3 sccm∙cm-1，1-cell开路电位约为1.169 V（运行时间t=1 053 h）。为固体氧化电解堆向商业化推进提供技术支撑和实验依据。  
        关键词：密封件;固体氧化物电解池;漏气性;化学稳定性   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在同位素电源领域，研究人员设计了一种电加热模拟热源，可有效模拟通用热源性能，为同位素温差电池性能评价提供参考。”
        王宏宇,许志恒,王继宇,刘世超,陆宏波,李欣益,刘云鹏,汤晓斌
        2023, 46(12): 120503. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120503
        摘要：通用热源（General-Purpose Heat Source，GPHS）是同位素温差电池（Radioisotope Thermoelectric Generators，RTG）中应用最成熟的热源模块，在同位素电源的研制与测试过程中，GPHS是电加热模拟热源等效性的关键参考。为满足同位素电源系统非核单元等效性测试与验证的需求，基于GPHS的各项实际性能参数，设计并仿制了一种电加热模拟热源。基于仿真计算与实验测试结果，分析评价了仿GPHS模拟热源的热输出特性、等效替代性及其在不同应用场景下的运行效果。当输入功率为250 W时，仿GPHS模拟热源表面平均温度可达515 K，且温度随功率变化的趋势与仿真结果相吻合。经实验测试，在250 W热源功率下，RTG模块的能量转化效率可提升至6%左右。本文提出并构建的仿GPHS模拟热源等效性良好，且可适用于同位素温差电池，对同位素电源的性能评价提供一种有效的、统一的参考标准。  
        关键词：放射性同位素;模拟热源;COMSOL仿真;通用热源;同位素温差电池   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能粒子辐照损伤领域，专家总结了电子能损效应对靶材料损伤的影响规律，为后续研究提供新方向。”
        徐姜炜,张超,毛飞,张丰收
        2023, 46(12): 120504. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120504
        摘要：高能粒子与靶材料相互作用主要通过核能损和电子能损两种方式损失能量。电子阻止效应和电子-声子耦合效应是体现电子能损的两种不同机制。准确模拟高能粒子的辐照损伤过程，亟须解决电子能损效应对粒子辐照损伤的影响这一关键科学问题。本文综述了几种关键结构材料在考虑电子能损效应下辐照损伤行为的最新研究进展，阐述了电子阻止效应、电子-声子耦合效应和电子热导率等对辐照缺陷的影响规律，总结了目前电子能损效应对靶材料辐照损伤的影响规律，归纳了高能粒子辐照靶材料研究中存在的问题，并对后续的研究方向进行了展望。  
        关键词：电子能损效应;辐照缺陷;双温度模型;电子-声子耦合;级联碰撞   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核聚变装置中，基于闪烁体的快离子损失探针（FILD）通过FILDSIM程序，将诊断图像转化为速度空间分布，为评估和控制离子回旋共振加热下的快离子损失提供解决方案。”
        王书松,黄娟,常加峰,张新军,高伟,付静,孙延旭,史唱,王曦辉,张子欣
        2023, 46(12): 120601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120601
        摘要：基于闪烁体的快离子损失探针（Fast-Ion Loss Detector，FILD）能够测量损失快离子的速度空间分布，是研究核聚变装置中快离子损失控制机理的关键诊断手段。在东方超环（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）上，通过FILDSIM程序在诊断图像与速度空间分布之间建立桥梁，将诊断探测到的信号转化为速度空间分布，获得了离子回旋共振加热（Ion Cyclotron Resonance Heating，ICRH）条件下的快离子损失速度空间分布，为进一步评估和控制离子回旋共振加热下的快离子损失奠定了基础。另外，通过损失快离子反向追踪，探究了探头本体遮挡对诊断探测范围的影响，为损失诊断系统进一步升级提供了依据。  
        关键词：快离子损失诊断;FILDSIM;离子回旋共振加热;速度空间分布   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在不确定性分析领域，专家利用BP神经网络和MCMC抽样，建立了适用于子通道程序的不确定性量化分析方法。”
        何鑫,宋美琪,刘晓晶
        2023, 46(12): 120602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120602
        摘要：假定模型参数的不确定性服从正态分布，根据贝叶斯原理，其最可能的分布是结合先验信息和观测信息得到的最大后验概率，马尔科夫链蒙特卡罗（Markov Chain Monte Carlo，MCMC）抽样适用于此类反问题求解。鉴于随机论方法的巨大计算量，本研究利用BP（Back Propagation）神经网络及相对熵最小化来自适应加密训练数据，从而建立替代复杂正向程序的代理模型，并利用开发的不确定性分析程序对影响空泡份额的模型参数不确定性进行量化分析，选用的子通道程序为COBRA-IV。结果表明：在求得模型参数不确定性后，通过不确定性正向传递得到结果的95%置信区间对实验值的包络性较好，利用不确定性均值对模型进行标定得到的结果较基准值更接近实验值。因此，本研究建立的不确定性量化分析方法能较好适用于子通道程序的不确定性分析。  
        关键词：马尔科夫链蒙特卡罗抽样;代理模型;不确定性分析;空泡份额;反问题求解   
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        发布时间：2024-10-25
      • “钠冷快堆二回路保护系统研究取得进展，建立了大泄漏钠水反应模型，验证了模型准确性，为保护系统设计提供参考。”
        白希,孙培伟,罗罡,曹桦松,魏新宇
        2023, 46(12): 120603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120603
        摘要：钠冷快堆采用钠-钠-水三回路设计，当发生传热管破裂后，引起的大泄漏钠水反应事故将威胁二回路的完整性和安全性，设置的保护系统要能够有效保证二回路的完整性。本文以钠冷快堆二回路和多模块蒸汽发生器保护系统为研究对象，建立了大泄漏钠水反应模型，利用钠水反应实验结果对模型进行了验证。模拟了3根传热管发生双端断裂（3-Double-Ended Guillotine，3-DEG）的大泄漏钠水反应过程，分析了二回路的完整性和保护系统的响应。选取保护系统5种关键参数进行敏感性分析，计算其对二回路最高压力和保护系统的影响，结果表明：较小的液相爆破片爆破压力和爆破片爆破延迟时间、较短的泄放管长度以及液相爆破片放置在下腔室，将更有利于保护系统响应和二回路的完整性。  
        关键词：钠冷快堆;大泄漏钠水反应事故;多模块蒸汽发生器;保护系统;敏感性分析   
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        发布时间：2024-10-25
      • “西安交通大学核工程计算物理实验室开发的NECP-SARAX系统，在快堆堆芯物理特性分析上表现优异。针对TULIP程序在快谱问题计算分析上的精确性，选取了147组临界实验装置进行计算分析，发现对于带有厚反射层的实验装置，TULIP程序计算keff和蒙特卡罗程序计算值的偏差超过10-2。通过优化TULIP程序的共振计算策略和非共振区计算方法，改进后的程序对于快谱系统具有良好的计算分析能力。”
        陈文杰,杜夏楠,王茸,郑友琦,王永平,吴宏春
        2023, 46(12): 120604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.120604
        摘要：NECP-SARAX是西安交通大学核工程计算物理实验室开发的先进反应堆中子学分析系统，近些年基于CEFR、PHENIX、SUPERPHENIX、JOYO MK-I、ZPR和ZPPR等反应堆开展了程序的验证与确认工作，计算结果表明：NECP-SARAX在快堆堆芯物理特性分析具有良好的性能。同时，利用上述反应堆中的燃料组件和控制棒组件，初步展现了截面计算程序TULIP在快谱问题计算分析上的精确性，但是仍然缺乏系统性地验证与确认。为了确认TULIP程序对于不同类型快谱问题的适用性，从国际临界安全基准评估项目中选取了147组临界实验装置进行计算分析，发现对于带有厚反射层的实验装置，TULIP程序计算keff和蒙特卡罗程序计算值的偏差超过10-2。以HMF021-002实验装置构造均匀两核素问题展开研究，中等质量核素在非共振区表现出类似共振波动状的散射截面，对于使用大量结构材料的快谱系统，其非共振区类似共振波动截面的自屏效应变得不可忽略。针对此现象，对TULIP程序的共振计算策略和非共振区计算方法进行优化，采用超细群（Ultra Fine Group，UFG）的共振计算方法，对中等质量核素高装载量情况下非共振区类似共振波动状截面的自屏效应进行处理，改进程序后相应实验装置计算偏差降低到3×10-3内，数值结果表明，改进后的TULIP程序对于快谱系统具有良好的计算分析能力。  
        关键词：TULIP程序;ICSBEP基准题;中等质量核素;非共振区;类似共振状的截面   
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        发布时间：2024-10-25
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