最新刊期
      2024 年 第 47 卷 第 2 期

        综述

      • “在安检领域，基于伴随α粒子的中子检测方法具有重要应用前景，大幅提高中子探测信噪比，获得被检测对象特征元素的空间信息。”
        叶龙建,张东东,杨振,陈宇航
        2024, 47(2): 020001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020001
        摘要：基于快中子技术的无损检测方法能够在不对检测物造成影响的情况下，发现其隐藏的危险品。利用D-T反应时伴随中子产生的反冲α粒子对有效中子进行标记，可大幅提高中子探测信噪比，同时通过空间分辨α粒子还可以获得被检测对象特征元素的空间信息，所以基于伴随α粒子的中子检测方法在安检领域具有重要的应用前景。本文简单介绍了基于伴随α粒子中子检测方法的原理和系统组成，并对系统的中子管、α粒子探测器和γ探测器等关键部件进行了介绍，接着介绍了目前世界上正在研究的伴随α粒子中子检测系统及其进展，最后对这种检测方法进行了展望。  
        关键词：安全检测;伴随粒子;中子管;α粒子探测器;γ探测器   
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        发布时间：2024-10-25

        同步辐射技术及应用

      • “上海光源机械团队研究了超导腔在不同温度下的振动特性，为超导直线加速器设计提供重要参考。”
        雷知迪,邓荣兵,邓海啸,甄亭亭,高飞,殷立新,黄亚威,刘以勇
        2024, 47(2): 020101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020101
        摘要：利用高精度磁电式速度传感器可以测量超导腔在低温环境下的振动。定量描述低温环境对超导腔位移振动特性的影响，是实现超导直线加速器亚微米级束流稳定性要求并抑制机械振动导致腔频偏移的基础，这对模组机械和低温系统设计具有重要意义。上海光源机械团队以目前承建的“硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate XFEL and Extreme light facility，SHINE）”1.3 GHz超导加速模组为研究对象，在超导腔常温振动测试基础上，采用频谱分析方法研究了超导腔在300.0 K、125.0 K、2.0 K三种温度下的位移功率谱密度、位移均方根和频响函数。测试结果表明：在上海光源地面本底振动下，2.0 K低温环境引起的超导腔垂向振动影响为本底的9.4%，横向振动影响为本底的4.5%。低温环境下新增振源为冷质流动，流体工质的状态对超导腔垂向和横向振动具有不同的影响。研究成果可用于指导模组测试以及结构设计优化。  
        关键词：超导加速模组;2.0 K低温;振动测量;频响函数;硬X自由电子激光   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能电子加速器储存环领域，上海光源束测组开发了HOTCAP软件包，优化后数据处理时间缩短10倍以上，满足实时监控需求。”
        杨星,冷用斌,周逸媚
        2024, 47(2): 020102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020102
        摘要：为了研究高能电子加速器储存环中的注入瞬态过程及束流不稳定性问题，上海光源束测组开发了可实现逐束团三维位置和电荷量的精确测量的宽带示波器信号处理软件包HOTCAP。但该软件包未特别针对数据处理速度进行算法和代码执行效率的优化，完成单次测量数据的处理分析所需时间达到数十分钟量级，不能完全满足实时测量的需要。为解决这一问题，对HOTCAP软件包各功能模块进行了运行效率测试及算法优化，优化后单次测量数据处理时间缩短10倍以上，可满足高能电子储存环状态的实时监控与数据在线发布需求。  
        关键词：逐束团测量;HOTCAP;数据分析;高速示波器   
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        发布时间：2024-10-25
      • “合肥光源实验站采用飞扫控制系统，大幅提高实验效率和用户体验。”
        张天哲,孔安博,陈凯,陈留国,刘功发
        2024, 47(2): 020103. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020103
        摘要：合肥光源实验站现在的扫描实验全部是基于步进扫描模式的。这种步进模式下由于运动机构存在一定的死区时间，实验耗时长，效率低。为了提高实验效率，设计了一种基于硬件触发的飞扫控制系统，可以实现实验过程的快速连续扫描。该飞扫控制系统包括同步信号采集模块、同步运动控制模块以及软件控制模块，使用EPICS（Experimental Physics and Industrial Control System）架构实现设备控制，并基于Bluesky完成实验流程控制以及数据采集。随后在合肥光源的软X射线磁性圆二色实验站上进行了飞扫控制系统的部署和测试。测试结果表明，在满足采谱性能指标的前提下，该飞扫控制系统可将单次采谱时间从几十分钟量级降低至分钟量级，显著提高了实验效率和用户体验。  
        关键词：飞扫;FPGA;Bluesky;EPICS   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在高能同步辐射光源储存环领域，专家研究了六极铁机械中心引出标定方案，提高了标定精度，对加速器准直测量具有重要意义。”
        韩圆颖,吴亚峰,董岚,王铜,卢尚,闫路平,张露彦,刘晓阳,闫皓月,马娜,何振强,柯志勇,门玲鸰,李波,王小龙,梁静
        2024, 47(2): 020201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020201
        摘要：六极铁作为高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）储存环八铁单元的重要部件之一，其技术工艺较为复杂，对加工精度和中心引出精度要求都很高。本文对HEPS六极铁的机械中心引出标定方案进行了研究，利用极缝偏差角对常规标定坐标系进行旋转，使三个极缝面更接近理论位置，从而减小磁铁主场斜分量；对每块磁铁进行两次机械中心标定，极缝间距的实测值与设计值的标准偏差在0.015 mm，坐标系旋转前后的基准点偏差标准值为0.09 mm，旋转角最大可达0.6 mrad。这种考虑极缝偏差角的建系方法可以提高标定的精度，能为实际工作中同类型、准直精度有相同要求的设备标定提供参考，有利于加速器装置的顺利安装，对加速器准直测量具有十分重要的意义。  
        关键词：六极铁中心标定;机械中心;坐标系旋转;准直精度   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在黄饼材料铀定量领域，专家提出了一种新方法，通过MCNP模拟优化激发源，结合二重计数率修正，将铀定量误差控制在10%左右，为该领域应用推广提供重要参考。”
        张浩然,张焱,胡文兴,瞿金辉,刘世梁,王仁波
        2024, 47(2): 020202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020202
        摘要：黄饼材料中铀的准确定量是后续处理工艺选择的关键，文中在主动式多重性方法的基础上，提出了一种通过记录分析中子源诱发238U裂变信息，进行铀定量的方法。但由于黄饼材料自身存在中子自屏蔽效应以及含水量的差异，导致定量结果存在偏差。为了进一步提高定量准确性，使用MCNP（Monte Carlo N-Particle Transport）结合MATLAB程序优化选择了241Am-Be源作为激发源；另外，通过对不同质量及含水量系列化样品的模拟发现：铀定量误差主要来自于泄漏增殖因子ML与增殖因子M差距的不匹配。通过MCNP模拟获取M随铀质量变化规律的曲线后，根据样品净含量选择合适的增殖因子M，再根据二重计数率D进行定量计算，获得铀定量的相对误差小于5%；含水量的变化带来的中子自屏蔽效应对多重计数率影响较大，通过S0/Si与D0/Di的关系对二重计数率D进行修正后再进行计算，铀定量的相对误差能够控制在10%左右；该研究对中子多重性方法在黄饼生产与测量中的应用推广具有重要的参考价值。  
        关键词：中子多重性;黄饼;238U;中子自屏蔽;模拟仿真   
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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

      • “最新研究发现，瓜氨酸能有效保护电离辐射引起的小鼠肠道损伤，延长生存期，改善肠道屏障功能。”
        丰俊东,刘亮,刘雯倩,李骞,田刘欣,何承宇,薄宏宇,王维泰,杨颖清
        2024, 47(2): 020301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020301
        摘要：电离辐射会导致动物肠道的损伤，瓜氨酸在小肠上皮细胞内合成，同时被证明对肠道具有一定的保护作用。通过构建小鼠急性辐射致肠道损伤模型，设置正常对照组、单纯辐照组以及辐照加瓜氨酸组，研究瓜氨酸的辐射防护作用及机制。实验结果表明：在辐照后连续一周腹腔注射1 g∙kg-1∙d-1的瓜氨酸能够显著延长受照小鼠中位生存期，增加小鼠体重，显著降低小鼠血浆内毒素含量，提高黏着斑激酶（Focal Adhesion Kinase，FAK）和肠道紧密连接（Occludin）蛋白的表达水平，同时降低一氧化氮（Nitric Oxide，NO）和诱导型一氧化氮合酶（inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS）的表达量。本实验证明：瓜氨酸可以通过改善受照小鼠肠道屏障完整性，改善肠道屏障功能，缓解亚硝化应激，对电离辐射小鼠肠道损伤具有保护作用。  
        关键词：电离辐射;肠道损伤;瓜氨酸;一氧化氮   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “中国散裂中子源微小角谱仪研制成功，探测器位置分辨1.2毫米，探测效率61.8%，满足中子衍射测量需求。”
        刘慧银,杨洁,黄畅,唐彬,周诗慧,蔡小杰,王修库,曾莉欣,岳秀萍,陈少佳,许虹,郭大威,陈旭,孙志嘉
        2024, 47(2): 020401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020401
        摘要：微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源（China spallation neutron source，CSNS）工程目前在建的谱仪之一，为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量，要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下，研制了基于6LiF/ZnS（Ag）闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）结构的位置灵敏型闪烁体探测器，以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到，位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能，对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性，并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试，该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm，探测效率为（61.8±0.2）%@0.4 nm，达到了工程设计指标，满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。  
        关键词：闪烁体探测器;硅光电倍增管;波移光纤;位置分辨;探测效率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在辐射测量领域，专家提出了一种双GM计数管量程控制测量方法，实现了在三个测量量程区间内快速自动切换，有效提高了测量线性度。”
        何资星,徐丽赟,韩留军,郭凤丽,杨根,王伟,张玲玲
        2024, 47(2): 020402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020402
        摘要：实现双盖格-米勒（Geiger-Müller，GM）计数管量程扩展测量的关键是双GM计数管量程切换控制技术，该技术可使探测器自动选择合适量程的GM计数管进行测量。但是由于两种不同测量量程的GM计数管存在性能差异，传统的将测量量程分成两个区域的方法会导致双GM计数管在量程交叠区域内线性拟合度较低。为了提高双GM计数管在测量量程交叠区域内的线性度，提出了一种量程控制测量方法。该方法将测量范围划分为低量程、中量程以及高量程三个区间，并且还可在三个测量量程之间进行快速自动切换，其中在中量程测量中，分别将两个GM计数管获得的数据进行加权处理。采用241Am源和60Co源进行双GM计数管探测器电路测试，初步测试结果表明：设计的双GM计数管探测器可实现在三个测量量程区间内快速自动切换。同时，双GM计数管在剂量率交叠区域1 000～10 000 μGy·h-1中的线性拟合度得到改进，使得在251～25 130 μGy·h-1的测试范围内，双GM计数管的测量线性度提高至0.999 1，有效地提高了双GM计数管的整体测量线性度。  
        关键词：双GM计数管;量程切换;交叠区域   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在地球静止轨道空间粒子辐射领域，研究者结合LYSO：Ce晶体与铝层，有效探测电子辐射剂量，为空间辐射探测器设计提供技术参考。”
        孟宗,刘浩,刘京波,王航
        2024, 47(2): 020403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020403
        摘要：针对地球静止轨道（Geostationary Earth Orbit，GEO）空间粒子辐射对卫星在轨运行时产生的电离总剂量效应，将高性能铈掺杂硅酸钇镥（LYSO：Ce）晶体与铝层结合，来屏蔽质子辐照影响，实现电子辐射剂量的有效探测。基于Geant4建立探测器模型，比较不同材料的屏蔽效果，分析探测器响应特性，研究影响探测器输出响应的因素。结果表明：使用0.022 mm厚的铝层作为屏蔽层包裹光纤，可排除质子辐照影响；基于LYSO：Ce晶体的探测器具有较好的线性响应，电子穿越屏蔽层时产生的次级电子、光子可以提高探测器响应灵敏度；物质对电子的电离阻止本领与入射电子速度的平方近似成反比，适当增加电子与探测器之间传输距离，可增强探测器的辐射响应；探测器对能量区间在0.04~1 MeV的电子探测效率最高。通过研究LYSO：Ce晶体与铝层结合的电子辐射剂量探测器特性，为新型闪烁体空间辐射探测器设计提供技术参考和理论支撑。  
        关键词：LYSO：Ce;GEANT4;电子辐射;剂量探测器   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核动力系统领域，专家开发了热管堆和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序，为新型核动力系统概念设计提供参考。”
        张明辉,苟军利,王政,单建强
        2024, 47(2): 020601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020601
        摘要：为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性，使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS（Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System）和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCTRAN/CO2（Super Critical reactors Transient Analysis code/Carbon Dioxide）的耦合程序对其反应性、负荷、冷却水温度和流量等扰动进行了开环动态响应分析，并据此进行了控制系统设计。在此基础上，对线性变负荷、阶梯式变负荷以及甩负荷这三种变负荷运行工况进行了计算分析。结果表明：该核动力系统的转速对扰动的变化较为敏感，需要加以控制；低负荷下旁通会使压缩机流量上升，需对压缩机流量加以控制；系统在控制方案下能以6% FP（Full Power）·min-1的速度实现0%⁓100%的负荷变动，且可以在任意负荷水平下运行；甩负荷下系统的波动时间变长，但是仍可达到新的稳态进行工作，且各参数处于安全范围内。本研究可为新型核动力系统的概念设计提供参考。  
        关键词：兆瓦级高效紧凑新型核动力系统;开环动态响应;控制系统设计;变负荷运行   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在大空间γ辐射场计算领域，研究人员采用全局减方差方法，显著提升了计算效率，为相关研究提供了新思路。”
        刘利,左应红,牛胜利,朱金辉,商鹏,王学栋
        2024, 47(2): 020602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020602
        摘要：为了提高大空间γ辐射场全局计算效率，开展了全局减方差（Global Variance Reduction，GVR）方法在大空间γ辐射场计算中的应用研究。针对计数栅元/网格体积差异造成的过度分裂问题，引入体积修正因子修改全空间权窗参数。体积修正后的基于通量的GVR方法计算的全局品质因子（FOMG）比直接模拟提高约39倍。针对非计数区计算耗时问题，提出了非计数区修正方法，使得FOMG因子进一步提高40%。在引入体积和非计数区修正的基础上，在大空间γ辐射场计算中与基于粒子误差、权重、径迹、数目、能量、碰撞和通量的7种GVR方法进行对比。结果表明：7种GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2~3个量级，基于误差的标准差σ降低2~3个量级；而基于权重的GVR方法计算的FOMG因子比直接模拟提高2 304倍，在所有GVR方法中减方差效果最好。在基于通量的GVR方法中引入光滑因子SI后，模拟计算的权窗下限随SI增加而减小，FOMG因子随SI的增加先增加后减小。当SI=0.8时，该方法计算的FOMG因子最大，比直接模拟提高3 246倍。  
        关键词：全局减方差;全局权窗;体积修正因子;大空间γ辐射场;蒙特卡罗模拟   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在分析化学领域，基于动力学色谱理论，研发出脉冲式进样-赋能动力学色谱柱，实现海水中铀的高效快速分离提取。”
        付裕杰,于涛,叶剑华
        2024, 47(2): 020603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020603
        摘要：作为重要的分离和分析手段，液相色谱法主要应用在分析化学领域，而在核素分离工作中报道十分罕见。本项目基于动力学色谱理论基础，研发出一种脉冲式进样-赋能动力学色谱柱，色谱柱的填料采用粒径为0.2 mm的惰性二氧化硅，柱长为5 m，色谱分离单元约3.06万个。通过改变色谱柱外界条件，分析铀酰离子在色谱柱内的运动情况；通过水浴加热、超声波和外加磁场对色谱柱进行赋能，以提高离子相互分离的效果；在不同进样流速和温度下，研究混合核素的分离情况，得到最佳分离条件及色谱柱的动力学特性。结果表明，样品流速为4.109 mL·min-1，色谱柱加热温度为50 ℃，此时铀酰离子和钠离子的分离因数为1.185 4。以最佳分离条件进行海水提铀，得到铀和钠离子的分离因数为α=1.575，实现海水中铀和钠离子分离理论上需要20级。脉冲式进样-赋能动力学色谱柱能够高效快速地实现海水中铀的分离提取。文中采用的创新性方法，还可应用于其他核素的分离研究。  
        关键词：赋能;脉冲进样;时间控制分流;动力学色谱法;海水提铀   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆领域，研究人员采用隐式重启Arnoldi方法和POD-Galerkin低阶模型，为堆芯中子注量率重构提供了一种可靠且高效的方法。”
        向钊才,陈洽锋,赵鹏程,张庆航
        2024, 47(2): 020604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020604
        摘要：中子扩散方程高阶谐波可用于重构堆芯中子注量率分布，但传统源迭代与源修正迭代法求解时的收敛速度慢，计算耗时长。采用隐式重启Arnoldi方法（Implicitly Restarted Arnoldi Method，IRAM）求解本征值问题的中子扩散方程获得谐波数据，通过本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition，POD）与伽辽金（Galerkin）投影相结合的方法构建POD-Galerkin低阶模型，并重构二维稳态TWIGL基准题中子注量率分布。研究结果表明：IRAM方法在求解中子扩散方程的高阶本征值和谐波问题上具有较高的精度；基于POD-Galerkin低阶模型重构中子注量率分布具有较高的保真性与计算效率，有效增值系数与参考解的误差为8.7×10-5，对角线上快群和热群中子注量率最大相对误差为2.56%，且低阶模型计算用时仅为全阶模型的10.18%。本研究为堆芯中子注量率重构提供了一种可靠且高效的方法，该方法不仅可用于重构稳态时堆芯中子注量率分布，还具有在瞬态情况下预测中子注量率分布的潜力，有望在未来的应用中进一步拓展。  
        关键词：中子扩散方程;隐式重启Arnoldi方法;本征正交分解;伽辽金投影;中子注量率重构   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核燃料领域，研究人员采用放电等离子烧结技术制备U3Si2芯块，研究了烧结温度和压力对其性能的影响，为高性能核燃料制备提供参考。”
        邹金钊,徐士专,王鹏,曹长青,严超,朱智勇,林俊,尤 䶮,卢俊强,朱丽兵
        2024, 47(2): 020605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020605
        摘要：U3Si2是轻水堆中最具前景的事故容错核燃料之一，有望在未来取代UO2核燃料而被广泛使用。目前，采用放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，SPS）技术制备U3Si2芯块的研究已被广泛报道，但SPS参数对芯块性能的影响还尚不明确。本文采用SPS技术制备了U3Si2芯块，并研究了不同烧结温度（1 000~1 300 ℃）和压力（30~90 MPa）对芯块的力学和热学性能的影响。利用激光导热仪测量了芯块的热扩散率，并计算出芯块的热导率。通过纳米压痕仪测量芯块的力学性能，包括硬度、杨氏模量和断裂韧性。研究结果表明：所制得的U3Si2芯块热导率在27~700 ℃范围内均呈现线性增加的趋势，并随着烧结温度和压力的升高而增大；芯块的硬度和杨氏模量随烧结温度升高而增大，且随着压力的升高呈现先增加后平缓的趋势，并在60 MPa趋于平缓；芯块的断裂韧性随烧结温度升高而降低，并随着烧结压力的升高而增大。基于上述结果，提出了优化的SPS参数。本研究将为高性能U3Si2燃料的制备提供参考。  
        关键词：U3Si2;事故容错燃料;放电等离子烧结;热学性能;力学性能   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，研究人员提出了一种新型小型模块化氯盐快堆方案，通过在线添加TRU，实现了超铀核素的有效嬗变，为乏燃料处理提供了新思路。”
        彭民雨,刘亚芬,邹杨,戴叶
        2024, 47(2): 020606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.020606
        摘要：氯盐快堆具有重金属溶解度高和能谱较硬等特性，是嬗变超铀核素（Transuranic elements，TRU）的理想堆型。本文提出了一种50 MW小型模块化氯盐快堆（small-Modular Chlorine salt Fast Reactor，sm-MCFR）方案，对其焚烧TRU特性进行了初步研究。采用了基于SCALE（Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation）和MODEC（MOlten Salt Reactor Specific DEpletion Code）开发的耦合程序TMCBurnup（TRITON MODEC Coupled Burnup Code），计算并分析了sm-MCFR在TRU+232Th和TRU+DU（Depleted Uranium）两种燃料方案下的临界、燃耗、核素演化和嬗变TRU等物理性能。结果表明：在sm-MCFR运行期间，为维持临界状态，需在线添加TRU，以确保有效增殖系数keff＞1；满功率运行40 a时，采用TRU+Th燃料方案下堆芯剩余TRU量为657 kg，而采用TRU+DU燃料方案下剩余TRU量为725 kg，皆大于寿期初；采用TRU+Th和TRU+DU作为燃料盐时，嬗变率分别可达49%和41%，为实现乏燃料最小化提供了可行方案。  
        关键词：氯盐快堆;sm-MCFR;TRU焚烧;嬗变   
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        发布时间：2024-10-25
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