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   核技术

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

主编：马余刚

ISSN:0253-3219

CN:31-1342/TL

主管单位：中国科学院

主办单位：中国科学院上海应用
物理研究所；中国核学会

出版周期：月刊

 

 

 

 

 

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基于断裂力学的GH3535合金蠕变裂纹扩展模拟和寿命评估

在第四代先进反应堆钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）中，高温含缺陷构件的寿命预测是结构完整性评估的重要环节。在该研究中，首先基于随时间变化的蠕变断裂力学，采用有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）软件的围线积分方法计算蠕变断裂参量C*，结合Python语言编写的自动化分析程序，预测了GH3535合金紧凑拉伸试样C（T）的蠕变裂纹扩展（Creep Crack Propagation，CCP）。将FEA数值计算结果和蠕变裂纹扩展试验的结果进行对比验证，分析了数值模拟计算中的不确定性来源。然后按照规范，建立了GH3535合金的时间相关失效评定图（Time-dependent Failure Assessment Diagram，TDFAD），并从FEA计算结果提取并计算裂纹扩展过程中的应力强度因子K和参考应力σref，最后对缺陷试样进行了寿命评估。在蠕变裂纹扩展数值模拟中，蠕变断裂参量C*仅能描述裂纹扩展阶段，而裂纹萌生阶段采用试验数据拟合的裂纹萌生时间进行描述。高温含缺陷结构的寿命跟缺陷的尺寸、载荷、裂纹扩展速率等因素相关，通过数值模拟方法可获取这些因素的影响。该研究结果解释了GH3535合金的蠕变裂纹行为，为TMSR高温含缺陷结构的寿命预测提供了工程指导。

> 第二十二届全国反应堆结构力学会议 专题

王雯, 王晓艳, 李志军

基于断裂力学的GH3535合金蠕变裂纹扩展模拟和寿命评估
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Volume 49 期 3，2026 2026年第49卷第3期

  • 同步辐射技术及应用

    “钙钛矿太阳能电池性能优化研究取得新进展，专家通过原位GIWAXS技术解析了两步顺序沉积法制备的甲脒基钙钛矿薄膜在退火过程中的微观结构动态演变，揭示了不同添加剂对晶体生长模式的差异化调控机制，为工艺优化提供了结构动力学依据。”

    王子杰, 王晨越, 高兴宇

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2026.hjs.49.250094
    摘要：钙钛矿太阳能电池的性能优化高度依赖精准调控来提升活性层晶体质量，而退火工艺是影响晶粒生长动力学和缺陷形成的关键步骤。普通表征手段常难以实时捕捉动态结晶过程，基于同步辐射的掠入射广角X射线散射（Grazing-Incidence Wide-Angle X-ray Scattering，GIWAXS）技术因其高灵敏度和原位监测能力，成为解析薄膜结构演变的有效工具，尤其在添加剂对相变路径的调控机理研究方面具有独特优势。本研究旨在通过原位GIWAXS技术，系统解析两步顺序沉积法制备的甲脒基（FAPbI3）钙钛矿薄膜在退火过程中的微观结构动态演变，重点对比分析氯化铵（NH4Cl）与醋酸甲胺（MAAc）两种添加剂对晶体生长模式的差异化调控机制，为工艺优化提供结构动力学依据。首先采用两步溶液沉积法制备高质量的卤化铅钙钛矿薄膜，即在制备碘化铅（PbI2）前驱体膜后的转化步骤中引入不同的添加剂，得到三种不同的钙钛矿体系：不添加添加剂的标准钙钛矿、掺杂NH4Cl的钙钛矿、掺杂MAAc的钙钛矿。然后在同步辐射光源下进行原位GIWAXS测试，实时采集退火过程中的衍射图谱，结合二维衍射图样的各向异性解析结晶取向演变规律。结果显示，NH4Cl增强了中间相薄膜中δ相的面内取向，为其向α相转化提供结构模板，从而整体提升了钙钛矿光学活性相的转化，并表现出较高的取向度（~0.28）；MAAc则阻碍了薄膜中钙钛矿α相形成，退火稳定后δ相的强度超过α相的30倍，说明其不适用于两步法。这些发现不仅加深了对钙钛矿生长机制的认识，也为优化钙钛矿活性层制备工艺和提高器件性能提供了重要参考。  
    关键词：钙钛矿太阳能电池;同步辐射掠入射广角X射线散射;结晶动力学;原位退火;两步法   
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    更新时间：2026-03-25

  • 加速器技术、射线技术及应用

    “介绍了其在BNCT治疗领域的研究进展，专家提出了一套BNCT - SPECT系统探测器脉冲高度谱的分步接续计算方法，为解决BNCT临床应用中的高本底难题提供了新方案。”

    季一尘, 郑俞, 梁天骄

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2026.hjs.49.250186
    摘要：硼中子俘获疗法（Boron Neutron Capture Therapy，BNCT）作为一种高效的肿瘤靶向治疗技术，其疗效已得到验证。治疗过程中硼剂量分布的实时监测是当前BNCT临床应用亟待突破的关键瓶颈，其测量精度直接关系到治疗效果与安全性。基于10B（n，α）7Li反应释放478 keV瞬发γ射线的特性，采用单光子发射计算机断层成像（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）技术探测该478 keV γ射线，有望解决10B剂量监测难题。然而，BNCT治疗产生的强中子-γ混合辐射场引发的高本底环境，严重制约了BNCT-SPECT系统的临床应用。本研究针对蒙特卡罗方法在BNCT-SPECT系统探测器的脉冲高度谱计算中存在的效率低下、统计性不足的难题，提出了一套甄别信号/不同来源本底的探测器脉冲高度谱（Pulse Height Spectrum，PHS）的分步接续计算方法，即分别计算每个源的PHS，然后将其叠加以获得总频谱，大幅度提升了计算效率与精度，实现了对目标信号及本底来源的定量解析。模拟结果显示：本文设计的BNCT-SPECT系统中，478 keV能道总计数率为6.83 s-1，其中10B（n，α）7Li反应贡献占比为53%（含肿瘤区域29%、正常组织24%）；最大本底来源于1H（n，γ）2D反应产生的2.223 MeV γ射线的康普顿散射，占比达33%；探测器材料吸收中子产生的瞬发γ射线贡献2%；其他杂散γ射线贡献约12%。值得注意的是，2.223 MeV γ射线产生的本底贡献中约71%为穿透准直器孔壁斜入射进入探测器，揭示可通过优化准直器参数进一步抑制该项本底。  
    关键词：BNCT-SPECT;蒙特卡罗;脉冲高度谱;源项   
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    更新时间：2026-03-25
    “上海质子治疗装置取得重要进展，专家通过ANSYS软件分析及激光跟踪仪测量，验证了国产旋转机架的高精度与可靠性，为国产质子治疗设备发展奠定基础。”

    王云靖, 吴军, 方文程, 赵振堂

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2026.hjs.49.250163
    摘要：上海质子治疗装置（Shanghai Advanced Proton Therapy Device，SAPT）是首台国产质子治疗示范装置，旋转机架是质子治疗装置中的重要组成部分，等中心精度达±0.275 mm，优于国际主流设备，要求很高的运动定位精度和可靠性。本研究介绍了位于瑞金质子中心360°旋转机架的研制和等中心精度的研究，并与实测结果进行对比。通过ANSYS有限元分析软件对旋转机架进行有限元分析，使用激光跟踪仪测量实际变形情况，验证了典型工作状况下等中心点处的精度要求，并进行原因分析，验证了国产旋转机架的可靠性。  
    关键词：质子治疗;旋转机架;等中心精度;误差分析   
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    更新时间：2026-03-25
    “合肥光源束流损失监测系统开发成功，专家通过高时间分辨监测系统，验证了束损脉冲波形准确性，为光源运行优化提供数据支持。”

    刘奕鸿, 肖云致, 于令达, 杨星, 马小超, 冷用斌

    DOI：10.3724/j.0253-3219.2026.hjs.49.250122
    摘要：为了监测并分析合肥光源运行过程中的束流损失特性，开发了一套基于闪烁体探测器、条带电极束流位置监测器（Beam Position Monitor，BPM）和高速示波器的高时间分辨束流损失及束团位置同步监测系统。通过仿真与实测波形对比，验证了系统输出束损脉冲波形的准确性。基于非对称高斯函数拟合的方法提取了束损脉冲信号特征参数。基于高速示波器的逐束团三维位置及电荷量精确测量软件包(High-speed Oscilloscope-based Three-dimensional bunch-by-bunch Charge And Position measurement，HOTCAP)从条带电极信号中提取了逐束团电荷量及位置信息。基于合肥光源储存环的特殊填充模式实现束损数据和BPM数据束团编号的关联对齐。利用该系统监测了合肥光源注入瞬态及注入后稳态运行条件下的束损情况。结果表明：稳态运行过程中逐束团束损与电荷量分布呈现显著关联性，与随机束损的理论预期相符；注入瞬态过程中首次观察到补注束团及其之后第14个储存束团同时存在显著束损的现象。  
    关键词：束流损失;逐束团;闪烁体探测器;同步辐射光源   
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    更新时间：2026-03-25
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