最新刊期
      2016 年 第 39 卷 6 期

        同步辐射技术及应用

      • 尚明丰,赵天天,鲍洪亮,段佩权,林瑞,黄宇营,王建强
        2016, 39(6): 060101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060101
        摘要：用两步还原法制备的PtCo/C (10 wt% Pt)纳米催化剂具有与商业催化剂Pt/C (20 wt% Pt)接近的催化反应活性,使贵金属Pt的用量减少了50%。利用上海光源BL14W1线站的质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)原位X射线吸收精细结构谱(X-ray absorption fine structure,XAFS)实验装置,在以该PtCo/C作为燃料电池的阴极催化剂,以Pd/C作为阳极催化剂的条件下,原位表征PtCo/C在工作状态下的结构变化,PtCo/C的非原位XAFS数据没有观察到Pt-Co合金成分,发现存在显著的Co-O键和Co-O-Co键贡献,且与Pt/C相比,Pt的氧化程度更高且具有更短的Pt-Pt金属键长,说明PtCo/C中的Co主要以氧化物种形式存在,且Co的存在影响着活性成分Pt的结构。原位XAFS数据表明随着电压的逐渐降低,PtCo/C中Pt和Co的氧化程度降低,揭示了在催化反应过程中Pt的d电子向过渡金属Co的转移过程。  
        关键词：质子交换膜燃料电池;原位;X射线吸收精细结构谱;结构变化   
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        发布时间：2021-05-24
      • 郭鹏飞,关勇,刘刚,田扬超
        2016, 39(6): 060102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060102
        摘要：固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)阳极不仅提供了电化学反应的三相界面(Three-phase boundary,TPB)区域,而且在物质传输、扩散和燃料电池反应中不同物质之间的隔离起到积极作用。在运行期间,电极微结构发生变化。对SOFC阳极微结构演变的研究能够帮助我们理解长期运行的SOFC性能损失的原因。近年来不断发展的X射线纳米CT (Computed Tomography)技术使得可以无损地获得测试前后的阳极三维微结构。本文利用硬X射线纳米CT技术对Ni-YSZ复合阳极进行了三维重建,并采用自主开发的一些定量分析方法来获得阳极微结构的关键参数,如颗粒尺寸、每种相的体积分数和连通率等。发现在电池测试后,Ni颗粒尺寸增大,与之相对是由于Ni颗粒的聚集导致Ni相的连通性和三相界面长度明显下降。结果表明,在电池测试过程,Ni颗粒发生了团聚,电极微结构发生了改变,进而导致SOFC性能损失。阳极结构的数据表明,X射线纳米CT技术能够作为一个强力工具研究能源材料的微结构,为阳极结构优化提供重要参考数据。  
        关键词：X射线成像;复合阳极;三维结构;连通性   
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        发布时间：2021-05-24
      • 谢新华,王岩,马震宇,是晶,罗琛,李正,毛冬青,封自强,侯洪涛,刘建飞
        2016, 39(6): 060103. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060103
        摘要：本实验室设计的1.5 GHz 5-cell超导腔设计工作加速梯度为15-20 MV&#183;m-1,至少需要使用两支输入耦合器才能满足高流强运行要求。借助三维电磁仿真模拟软件CST (Computer Simulation Technology),完成了相应的输入耦合器的电磁仿真,驻波比小于1.05的频带宽度达到18 MHz。从理论上计算加速腔双端口功率馈入,并通过铜腔双输入实验进行验证。结果表明,当两端均为欠耦合时,双输入对每个端口耦合度起到增强的作用;但当两者均为过耦合且差异较大时,耦合度小的一端则被减弱,甚至出现欠耦合的情况。对横向力场的计算显示,即使插入深度相差1 mm,使用双输入耦合器所引起的横向作用力仍比使用单耦合器情况小一个量级。  
        关键词：双输入耦合器;耦合度;耦合器踢束效应   
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        发布时间：2021-05-24
      • 刘华秋,朱大明,刘星,季庚午,杨迎国,文闻,高兴宇
        2016, 39(6): 060104. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060104
        摘要：通过调控薄膜生长衬底温度,提出了一种改良的蒸汽辅助沉积法制备有机-无机混合钙钛矿薄膜,可以更为可控优化薄膜生长条件。用同步辐射掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction, GIXRD)结合扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、紫外可见吸收谱(UV-Visible Absorption Spectrum)等表征方法证明衬底温度对制备的钙钛矿薄膜质量具有重要的作用:较低的衬底温度(约70℃)有助于钙钛矿晶粒的形成,其结晶性、晶面择优生长取向均较好,同时具有较高的光吸收性能;当衬底温度升高时(100℃、125℃),所制备的钙钛矿薄膜结晶性变弱,晶体择优生长取向明显变差,光吸收性能随之下降。研究结果有助于进一步优化蒸汽辅助沉积法制备钙钛矿薄膜工艺。  
        关键词：同步辐射掠入射X射线衍射;钙钛矿薄膜;改良的蒸汽辅助沉积法;衬底温度   
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        发布时间：2021-05-24

        低能加速器技术、射线技术及应用

      • 荀明珠,何承发,陆妩,郭旗,孙静,刘默寒,曾骏哲,王信
        2016, 39(6): 060201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060201
        摘要：空间辐射环境下的高能重离子入射屏蔽材料会产生大量次级粒子,为研究屏蔽材料产生的次级粒子对太空舱内辐射环境的影响,本文使用基于蒙特卡罗方法的Geant4软件模拟空间高能56Fe离子入射铝、碳、聚乙烯、水4种屏蔽材料,分析透射屏蔽体的初级粒子及由屏蔽材料产生的次级电子、次级中子、次级质子和次级γ的能谱以及水吸收体中的能量沉积和深度剂量分布。分析产生的次级重粒子类型和能量,比较4种屏蔽材料对高能Fe离子的屏蔽性能。结果表明,聚乙烯材料对高能重离子的屏蔽性能最好,但同时产生的次级重粒子的能量最大,约为铝材料产生次级重粒子能量的4倍。屏蔽体产生所有次级粒子中,次级质子和原子序数为22-26的次级重粒子贡献最大。  
        关键词：GEANT4;次级粒子;屏蔽材料;高能重离子   
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      • 项安,梁鲁,陈瑞焘
        2016, 39(6): 060202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060202
        摘要：X射线管的足跟效应是影响其性能的重要因素。为研究足跟效应对X射线能谱分布的影响,利用MCNP5软件构建了X射线管仿真模型,并设置了不同空间位置分布的探测器组,通过改变靶角、管电压和靶材料等参数研究X射线管的性能。仿真得到了靶角对X射线能谱的影响,以及在不同空间方位上X射线强度的分布,最后综合仿真结果得到了靶角、管电压以及靶材料对足跟效应的影响规律。仿真的方法和结果对X射线管的设计和使用提供了一定的理论指导。  
        关键词：阳极足跟效应;X射线球管;能谱分布;蒙特卡罗模拟   
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      • 廖浪,宋瑞英,程鹏
        2016, 39(6): 060203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060203
        摘要：区别于大型加速器上对于束斑的定义与计算,医用电子直线加速器的束斑会影响剂量的X辐射分布(Profile)的半影区,从而影响放疗设备的治疗精度,对它的研究侧重点也不同于其它类型的加速器。基于这个原因,针对目前医用电子直线加速器尤其是国内医用电子直线加速器对电子束束斑计算与测量数据不够的问题,从束斑的理论计算出发,归纳了两种方法,并进行了对比研究。在理论研究的基础上,对上海联影医疗有限公司的6MeV医用电子直线加速器的束斑进行了实验测量,采用两种高斯分布叠加拟合实验数据以得到较好的精度,对实验中的系统误差进行了分析,与理论计算较为吻合。  
        关键词：束斑;高斯拟合;医用电子直线加速器   
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        发布时间：2021-05-24

        核电子学与仪器

      • 丁洪利,赵明华,肖诚成,钟少鹏
        2016, 39(6): 060401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060401
        摘要：固态功率源代替真空管功率源设备是目前射频功率源系统的发展趋势。本文介绍了一台工作在250MHz的固态功率放大器模块的设计过程。放大器模块使用荷兰恩智浦半导体公司生产的BLF578XR型号晶体管,并且采用传输线匹配和集总元件匹配相结合的方式进行设计。通过理论计算得到匹配网络的初始值,并利用ADS (Advanced Design System)软件对匹配电路进行仿真和优化。测试结果表明,该功率放大器模块输出功率达到了850 W,功率增益达到了26 dB,功率附加效率达到60%。结果表明,该设计完全达到了系统设计要求的性能指标,并具有较强的实用性。  
        关键词：功率放大器;固态功率源;匹配网络   
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        发布时间：2021-05-24
      • 李洋,夏晓彬,曹振,王光宏,徐秀清,赵宇航
        2016, 39(6): 060402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060402
        摘要：CR-39化学蚀刻的主要影响因素有蚀刻温度、蚀刻液种类和浓度以及蚀刻时间等。本研究选用英国Track Analysis Systems公司的CR-39,采用正交法对蚀刻温度、蚀刻液浓度、蚀刻时间进行试验研究,并与公司推荐化学蚀刻条件下的径迹图像、径迹密度进行对比,得出的优化蚀刻条件是:蚀刻温度为85℃、NaOH蚀刻液浓度为7 mol&#183;L-1,蚀刻时间为90 min。实验同时发现蚀刻温度是这三个因素中对化学蚀刻后净径迹密度影响最大的因素,而蚀刻时间的影响最小。该研究为CR-39应用于中子探测提供了更好的蚀刻条件,节省了实验时间。  
        关键词：CR-39;固体核径迹探测器;中子探测;化学蚀刻;正交法   
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        发布时间：2021-05-24
      • 邓文迪,黄光明
        2016, 39(6): 060403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060403
        摘要：针对CBM-TOF (Compression Baryon Material experiment-Time of flight detector)探测器采用的无触发数据获取系统所产生的数据流,本文提出一套完整的数据压缩算法,该算法通过提取数据流中与粒子信息相关的数据,并将数据配对成脉冲信号做进一步的数据筛选来完成。算法通过三个步骤完成对数据的压缩处理,分别是有效性验证、排序及脉宽筛选。有效性验证将初步筛选数据,保留粒子到来的时刻信息(绝对时间/相对时间),再通过后面两个步骤将符合行为的脉冲提取出来。通过压缩来自COSY的束流测试的数据,算法的正确性和有效性得到了验证,数据的压缩率达到94.5%以上,并且完整地保留了有用的数据信息。本算法减轻了无触发数据获取系统链路上数据流的压力,高效快速地将原始数据中有价值的信息提取出来,基本完成了针对CBM-TOF数据预处理的工作要求,对TOF探测器的数据重组有重要的意义。  
        关键词：飞行时间探测器;无触发数据获取系统;数据压缩   
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        发布时间：2021-05-24

        核物理、交叉学科研究

      • 甘佺,吴斌,宋婧,程梦云,胡丽琴
        2016, 39(6): 060501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060501
        摘要：蒙特卡罗程序已经广泛应用在裂变反应堆设计和验证过程中,快速获得高效的计算模型可以有效缩短反应堆的设计周期。本研究提出并实现了一种裂变堆芯快速蒙特卡罗建模的方法,该方法基于参数可视化和层次化两种建模思想快速构建出精细裂变堆芯计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)模型且将其快速转换成蒙特卡罗计算模型,同时采用一种新的堆芯分段管理方法实现了大规模裂变堆模型流畅交互。基于此方法快速构建了加速器驱动次临界反应堆(Accelerator Driven Sub-critical System, ADS)的精细堆芯模型,通过与蒙特卡罗程序计算的参考结果进行对比,证明了此建模方法的高效性和可靠性。  
        关键词：蒙特卡罗;裂变堆;参数可视化;计算机辅助设计;计算模型;堆芯分段管理   
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        发布时间：2021-05-24
      • 虞丽菊,孟祥雨,李俊琴,曹杰峰,王勇,敬超,吴衍青,邰仁忠
        2016, 39(6): 060502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060502
        摘要：近年来,人工自旋冰(Artificial spin ice, ASI)因具有潜在的应用价值以及理论研究价值而倍受关注,成为磁学领域的研究热点之一。以往的研究集中在Square和Kagome两种晶格结构,由于能量势垒和阻挫的大量存在,实验上难以通过退磁等方法达到其内部相互作用决定的能量基态。本文基于Kagome晶格结构提出了一种新的人工自旋冰结构,并基于蒙特卡罗模拟了三种不同的退磁方法对体系能量的影响。结果表明,退磁过程中旋转磁场方向可更有效地降低体系能量,并诱导多种磁结构的出现。  
        关键词：人工自旋冰;蒙特卡罗模拟;退磁   
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        发布时间：2021-05-24
      • 马佳文,巩文斌,张伟,许子健,王呈斌,任翠兰,怀平,朱志远
        2016, 39(6): 060503. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060503
        摘要：辐射损伤性能是制约核电池效能和使用寿命的重要因素。美国研究者Popa-Simil提出基于碳纳米管、金属复合结构材料的概念核电池,可实现核能到电能的高效转换,其设计中利用了碳纳米管的抗辐射损伤特性。本文通过建立包覆金属铜的多壁碳纳米管模型,采用分子动力学方法,对内嵌金属的多壁碳纳米管体系进行了辐射损伤的模拟研究。从配位缺陷数、溅射原子数、完美结构缺陷(Perfect structure defect,PST)原子数以及总的辐射损伤量等方面,与无内嵌金属的碳纳米管体系进行了分析对比。发现在有金属铜内嵌的情况下,溅射原子产额与无金属内嵌情况差别不大,但配位数缺陷和PST缺陷减小。表明内嵌金属起到支撑的效果,降低多壁碳纳米管在辐照下的形变,增强了其自修复能力,从而使得辐照耐受性能有所增强。  
        关键词：辐射损伤;碳纳米管;分子动力学;核电池   
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        发布时间：2021-05-24

        核能科学与工程

      • 杨昆,陈金根,蔡翔舟
        2016, 39(6): 060601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060601
        摘要：寿期内中子通量、核素浓度和功率分布的轴向形状均保持恒定(Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities and power shape During Life of Energy produced, CANDLE)是实现原位增殖-焚烧(Breed-and-Burn, B&#38;B)模式的一种燃耗策略。CANDLE堆经易裂变燃料或外中子源进行点火,启动后由增殖燃料的燃烧实现自稳运行。若要CANDLE堆自稳运行于keff=1,必须对堆芯几何及燃料体积分数进行配置优化。最优配置方案可通过蒙特卡罗方法模拟CANDLE堆芯,根据有效增殖因子筛选得出。但该方法需耗费大量的计算时间,若采用1D模型近似模拟,并结合中子平衡方法进行分析,便可大幅节约计算时间,获得具有指导性意义的结果。本文将论证该方法的可行性,并应用该方法估算钠冷贫铀CANDLE堆半径在100-400 cm、燃料体积分数在35%-60%变化时的最优配置。  
        关键词：CANDLE堆;中子平衡方法;最优配置;蒙特卡罗方法   
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        发布时间：2021-05-24
      • 郑海伟,鄂彦志,唐延泽,傅瑶,王纳秀
        2016, 39(6): 060602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.060602
        摘要：系统仿真软件可以模拟运行工况变化对系统整体运行带来的影响,在系统瞬态分析和安全研究中起着重要的作用。Aspen HYSYS软件是世界知名的油气过程仿真和优化的系统软件,具有强大的二次开发功能,可以用于反应堆系统仿真。在植入熔盐物性、修改熔盐换热模型的基础上,建立并调用点堆模型的动态链接库,尝试将HYSYS与点堆耦合起来,弥补HYSYS无法对熔盐堆等反应堆进行仿真的缺憾。在此基础上,对中国科学院上海应用物理研究所的熔盐堆设计进行了系统仿真,给出了熔盐堆在不同的运行工况下的系统响应分析结果,并与RELAP5仿真结果进行比较。结果表明,耦合程序有较高的可用性,能够达到预期的效果。  
        关键词：熔盐堆;HYSYS;耦合;系统仿真   
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