最新刊期
      2017 年 第 40 卷 10 期

        同步辐射技术及应用

      • 魏旭,张兵兵,孙大睿,陶冶,余灿,汪皓
        2017, 40(10): 100101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100101
        摘要：基于北京同步辐射装置（Beijing Synchrotron Radiation Facility，BSRF）发展了具有皮秒分辨率的高重复频率超快X射线衍射（Ultrafast X-ray Diffraction，UXRD）技术。在重复频率310 kHz下开展了SrRuO3（SRO）/SrTiO3（STO）薄膜样品的超快X射线衍射实验，获得了高质量实验数据，与重复频率为1 kHz的实验相比，信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）有了明显的提高。但是，高重复频率泵浦激光也导致了静态加热问题更加明显，对此进行了分析，给出了实验设计指导意见。  
        关键词：超快X射线衍射;高重复频率;SRO/STO;结构动力学   
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        发布时间：2021-05-19
      • 戚威,夏汇浩,张灿,宋金亮,怀平,周兴泰
        2017, 40(10): 100103. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100103
        摘要：X射线小角散射（Small Angle X-ray Scattering，SAXS）是研究纳米尺度微观结构的重要手段。本文利用同步辐射SAXS技术测量了25℃、100℃、200℃、300℃和400℃时，IG-110和NBG-18核石墨在纳米尺度范围内孔隙的数量分布及其分形特征的变化。实验结果表明，IG-110和NBG-18核石墨的微观结构中存在微小尺寸上的不均匀区域，且核石墨孔隙的固气结构具有明锐的界面。但随着温度的升高，固气界面的变化并没有呈现出明显的规律性。此外，在纳米尺度上，IG-110和NBG-18核石墨的孔隙数量随温度呈现增加的趋势，且IG-110核石墨孔隙数量的增加幅度大于NBG-18核石墨，其平均孔隙尺寸的减小幅度大于NBG-18核石墨。在核石墨的微孔结构内，其固气界面的分形维数随温度升高逐渐减小，且NBG-18核石墨分形维数的变化幅度小于IG-110核石墨。这表明核石墨的分形结构随温度的升高逐渐光滑。  
        关键词：核石墨;微孔结构;X射线小角散射   
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        发布时间：2021-05-19
      • 顾颂琦,段佩权,张硕,姜政,黄宇营,李炯
        2017, 40(10): 100102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100102
        摘要：在上海光源BL14W1线站，成功搭建一套基于LabVIEW的高能量分辨谱仪运动控制和数据采集系统，该光谱仪系统可以实现高能量分辨荧光探测X射线吸收谱（High Energy Resolution Fluorescence Detected X-ray Absorption Spectroscopy，HERFD-XAS）、X射线发射谱（X-ray Emission Spectroscopy，XES）和共振X射线发射谱（Resonant X-ray Emission Spectroscopy，RXES）等主要实验功能，分辨率达到亚电子伏。硬件系统采用上海光源统一的VME运动控制硬件系统和硅漂移固体探测器；软件系统采用LabVIEW编写用户操作界面，利用DSC（Data logging and Supervisory Control Module）模块实现与运动控制使用的实验与物理工业控制系统（Experimental and Physics Industrial Control System，EPICS）系统的数据交换。利用基于该运动控制和数据采集系统的光谱仪，开展了Mn化合物和ThO2锕系化合物的实验。结果表明，该系统可以满足高能量分辨率实验的需求。  
        关键词：同步辐射;高能量分辨谱仪;LabVIEW;运动控制;数据采集   
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        发布时间：2021-05-19

        核化学、放射化学、放射性药物和核医学

      • 蔡畅,陈琪,苗晶,陈永辉,江志彬,莫丹,刘杰
        2017, 40(10): 100301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100301
        摘要：聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）和聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethylene Terephthalate，PET）薄膜因其可被碱性溶液有效刻蚀而被用于核孔膜材料。采用11.4 MeV·u-1的Au离子和20 MeV·u-1的Kr离子分别辐照PC及PET薄膜，然后经NaOH溶液蚀刻，制得膜孔径分别为20-400 nm和100-700 nm的PC和PET核孔膜。扫描电子显微镜（Scan Electron Microscope，SEM）和气-液排除法等表征和测试结果显示孔密度与辐照剂量有关；蚀刻时间越长，膜孔径越大，实验制备的核孔膜孔分布越均匀。被辐照后的PET膜亲水性比PC膜高。在0.15 MPa和室温下，水溶液中的牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin，BSA）可被不同孔径的PET核孔膜有效截留；膜孔径越小，截留率越高，过滤所需压力越大，膜越易被污染。  
        关键词：核孔膜;孔径;牛血清蛋白;截留效果   
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        发布时间：2021-05-19

        核能科学与工程

      • 袁显宝,曹良志,吴宏春
        2017, 40(10): 100603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100603
        摘要：国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）认为小型模块化反应堆具有很好提高核能安全性、经济性和防止核扩散的能力，是未来核能最具发展前景的堆型之一。为适应未来核能发展的需求，提出了一种铅铋冷却氮化物燃料小型模块化反应堆（Small Modular Pb-Bi Cooled Reactor with Nitride Nuclear Fuel，SMPBN）设计方案，并利用PIJ组件计算程序和CITATION堆芯计算程序对SMPBN的物理特性和安全特性，包括反应性系数及其随燃耗变化、卸料燃耗、功率峰因子、燃料转换比和停堆余量等进行了深入分析。通过分析，认为SMPBN在20年寿期内，具有很好的燃料转换能力，不需要换料，反应性波动很小，反应性系数均为负值，具有固有安全性，符合国际上第四代反应堆的要求。  
        关键词：铅铋冷却氮化物燃料小型模块化反应堆;铅铋冷却;氮化物燃料;物理特性   
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        发布时间：2021-05-19
      • 冀锐敏,严睿,李晓晓,戴叶,刘桂民,邹杨
        2017, 40(10): 100604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100604
        摘要：在球形燃料元件中，包覆颗粒的填充因子低于10%，分布具有很大的随机性。本文利用MATLAB程序实现了4种填充的建模方式，即体积等效规则填充、扰动的规则填充、随机的规则填充和完全随机填充模拟燃料球中包覆颗粒的分布。基于固态燃料钍基熔盐堆（Thorium-based Molten Salt Reactor with Solid Fuel，TMSR-SF1）设计中选用的包覆颗粒燃料参数，使用蒙特卡罗程序MCNP6 1.0和ENDF/B Ⅶ.0数据库进行了全反射边界条件下的单燃料球临界计算，精确量化了不同的建模方式引起的中子物理特性参数的差异。计算表明，这4种建模方式形成了不同的包覆颗粒聚集程度。包覆颗粒的聚集会导致丹可夫效应的增强，从而增大了中子被燃料吸收的概率，无限增殖因数随之增大，燃料温度系数随之减小。  
        关键词：包覆颗粒燃料;无限增殖因数;温度系数   
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        发布时间：2021-05-19
      • 魏泉,郭威,王海玲,陈金根,蔡翔舟
        2017, 40(10): 100605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100605
        摘要：熔盐堆（Molten Salt Reactor，MSR）是第四代反应堆6种堆型中唯一的液态燃料反应堆，与固态燃料-液体冷却剂反应堆相比，原理上有较大不同。在熔盐堆中，流动的熔盐既是燃料又是冷却剂与慢化剂，中子物理学与热工水力学相互耦合；由于熔盐的流动性，缓发中子先驱核会随燃料流至堆芯外衰变，造成缓发中子的丢失，导致堆芯反应性降低。正是由于熔盐堆的这些新特性，造成熔盐堆内缓发中子先驱核、温度等参数变化与固态燃料反应堆有所不同，需要研究熔盐堆在各种工况下的相关物理参数变化。本文主要工作是考虑缓发中子先驱核的流动性对熔盐堆的影响，研究适用于熔盐堆的二维圆柱几何时空中子动力学程序及与之耦合的热工水力学程序；利用该程序对熔盐堆中子物理学和热工水力学进行耦合计算，验证熔盐堆相关实验数据；并且计算了熔盐堆无保护启停泵及堆芯入口温度过冷过热工况，用于分析熔盐堆的安全特性。计算结果表明，程序能够对熔盐反应堆实验（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）的相关实验数据进行较好的模拟计算，并且验证了熔盐堆的固有安全性。  
        关键词：熔盐堆;缓发中子先驱核;反应性;固有安全性   
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        发布时间：2021-05-19
      • 林大富,刘峰瑞,陈兴伟,严睿,梅牡丹,张洁,邹杨
        2017, 40(10): 100606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100606
        摘要：固态钍基熔盐堆（Thorium-based Molten Salt Reactor with Solid Fuel，TMSR-SF）是第四代核反应堆堆型之一，它融合了高温气冷堆的石墨基质包覆颗粒燃料球技术和熔盐堆的高温熔盐冷却剂技术。堆芯的物理设计和几何设计依赖于燃料球在堆芯中的堆积因子，为研究球床堆堆芯模型内燃料球的堆积三维结构，本文提出基于折射率匹配的方法对球床进行三维重构的方案，并通过初步的模拟实验对程序进行验证，旨在探索该方法在球床三维重构中的可行性。针对三维重构中的一系列关键问题进行阐释，并提出相应的解决方案；同时给出了三维重构方案的完整流程，并计算出了衡量三维重构精确度的度量值：直径重叠量。最后，搭建了一个小型规则排布的球床实验装置，通过折射率匹配技术开展球床可视化实验以探索该方案在球床三维重构中的精确度，并说明该方法的可行性。试验结果表明，颗粒间平均重叠量为1.43 mm，重构精度有待提高，重构方法有待改进。  
        关键词：折射率匹配;图像处理;可视化液体球床;三维重构;规则球床   
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        发布时间：2021-05-19
      • 徐博,邹杨,孙强,余笑寒
        2017, 40(10): 100601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100601
        摘要：钍基熔盐堆-固态燃料二号堆（Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel 2，TMSR-SF2）是基于球床熔盐堆SF1（Solid Fuel 1）的小型模块化升级堆型，这种新概念堆结合了两者的诸多优点，目前已经完成了预概念设计，对其进行典型事故的分析与安全特性的评估成为当前重要研究内容。本文基于Relap5/MOD4.0程序，建立了反应堆事故模型，进行了全厂断电事故的模拟，分析了反应性、反应堆功率、冷却剂温度和燃料温度等关键参数的变化规律。结果表明，SF2在全厂断电事故中具备高度安全性，其中固有安全性发挥了重要作用。此外还进行了全厂断电事故伴生不同事件的后果比对以及不同温度反应性系数的敏感性分析，证明了直接反应堆辅助冷却系统（Direct Reactor Auxiliary Cooling System，DRACS）在事故前期余热排出能力的局限性，而依靠主泵可以最大限度利用熔盐堆的热惰性从而显著缓解熔盐堆堆芯过热。  
        关键词：钍基熔盐堆;小型模块化堆;全厂断电;安全事故分析;RELAP5   
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        发布时间：2021-05-19
      • 张盼,许超,温丽晶,胡文超,刘宇生,李聪新
        2017, 40(10): 100602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100602
        摘要：非能动余热排除系统（Passive Residual Heat Removal system，PRHR）是非能动核电厂的重要安全设施，在全厂断电事故下，大部分的堆芯衰变热是通过PRHR热交换器传递至内置换料水箱（In-containment Refueling Water Storage Tank，IRWST）。但PRHR热交换器属于大型非稳态换热器，其传热机理十分复杂。基于PRHR系统的重要性和复杂性，有必要研究PRHR系统的流动和传热特性。利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）软件针对非能动堆芯冷却系统试验装置中的PRHR系统进行建模计算，分析了PRHR热交换器及IRWST的流动和传热特性，发现IRWST内部沿垂直高度上呈现明显的温度分层现象，温度沿水平方向的分布趋于均匀；IRWST内部的流动主要是沿着C型传热管竖直段向上流动，流速逐渐增大，但在两相阶段，水箱上部区域流动明显增强；C型传热管上部水平段和竖直段上部区域的换热系数要明显高于其它区域，且在上部水平段与竖直段连接弯管处换热系数最大，在两相阶段，上部区域的换热系数明显增大。  
        关键词：非能动余热排除系统;内置换料水箱;热交换器;数值模拟   
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        发布时间：2021-05-19

        核电子学与仪器

      • 张振朝,左国平,谭军文,周扬,张帆
        2017, 40(10): 100402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100402
        摘要：为了快速定位并寻回丢失的放射源，设计了一种由NaI、CsI、锗酸铋（Bi4Ge3O12，BGO）三种晶体与铅耦合组成的γ射线方向探测器，并采用基于蒙特卡罗方法的通用软件包MCNP（Monte Carlo N Particle Transport Code）研究了铅晶比例、射线能量、剂量率等因素对探测器角度分辨率的影响。结果表明，对于137Cs源，在空气吸收剂量率≥ 0.331μGy·h-1处，定位角度偏差≤ 0.99°；对于60Co源，在空气吸收剂量率0.586 μGy·h-1处，测量的平均角度偏差为0.46°；对于水平距离7 m、高度4 m的3.7×107 Bq 137Cs源，相对定位偏差约为5%。  
        关键词：γ射线;三晶体耦合;MCNP5;放射源定位   
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        发布时间：2021-05-19
      • 何俊,麻惠州,王之琢,叶强,于令达,随艳峰,岳军会,曹建社
        2017, 40(10): 100401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100401
        摘要：束流位置探测器是最重要的束流测量部件之一，在北京正负电子对撞机二期（Beijing Electron Positron Collider Ⅱ，BEPCⅡ）的直线段、传输段和储存环上分布着包括纽扣型、条带型在内的多个束流位置探测器（Beam Position Monitor，BPM）。本文利用CST（Computer Simulation Technology）软件的微波工作室和粒子工作室对BEPCⅡ上的BPM相关参数进行了计算，其中包括BPM的信号强度、水平方向和垂直方向的灵敏度、纵向转移阻抗以及电极间的耦合参数等，比较了理论计算结果与实验测量结果之间的差别，计算了直线段条带型BPM的信号与频谱。这些工作是对现有BPM性质的深入了解，而相关计算方法对新机器如高能光源和环形正负电子对撞机上BPM的设计具有重要指导意义，为分析新建加速器的BPM相关问题提供了理论依据。  
        关键词：位置探测器;纽扣型;条带型;转移阻抗;粒子工作室   
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        发布时间：2021-05-19

        低能加速器技术、射线技术及应用

      • 李萌,范红玉,崔荷敬,范宏裕,韦理山
        2017, 40(10): 100201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100201
        摘要：在温度为923 K、氦离子流强为7×1021 m-2·s-1的条件下，考察了低能氦离子辐照对钨材料表面结构的影响。采用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、导电原子力显微镜（Conductive Atomic Force Microscope，CAFM）、称重法、X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）以及电子背散射衍射（Electron Back-Scattered Diffraction，EBSD）对辐照后钨材料的结构演化规律进行了分析。SEM和CAFM的研究表明，在辐照初期样品表面形成了纳米尺寸的氦泡，随着辐照剂量的增加，氦泡的尺寸和密度逐渐增加，最终引起钨表层的剥落。质量损失和溅射产额的分析结果表明，钨材料表层的剥落是钨损伤的主要形式。SEM、XRD和EBSD的分析证实了辐照后钨样品的表面形貌变化与晶体取向之间具有很强的关联性。研究结果表明，相对于（101），氦原子更容易在（111）和（001）等晶面上吸附、扩散和聚集，这些研究结果将为面向等离子体材料的优化设计提供有用的参考。  
        关键词：低能氦离子;钨;表面形貌;氦泡   
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        发布时间：2021-05-19

        核物理、交叉学科研究

      • 苏适,谢芹,陈珍平,谢金森,曾文杰,刘紫静,赵鹏程,何丽华,于涛
        2017, 40(10): 100501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.100501
        摘要：开源蒙特卡罗程序OpenMC（Open Monte Carlo code）只提供源代码而没有执行码，在编译OpenMC的过程中发现不同版本的辅助程序与之存在兼容性问题。本文通过分析OpenMPI、Mpich及HDF5各版本辅助程序，对0.6.2版本OpenMC源代码的支持情况进行研究，为正确编译OpenMC执行码给出了直接参考。为进一步验证OpenMC执行码计算临界问题的正确性，选择国际临界安全基准评价实验手册（The International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project，ICSBEP）中的96道代表性例题进行基准校验，与通用蒙特卡罗程序的计算结果进行对比并以实验值作为参考。结果表明，OpenMC计算值与实验值及其他程序计算值吻合较好，验证了OpenMC临界计算的可行性和正确性，上述结论将为程序以后的实际应用及完善奠定基础。  
        关键词：OpenMC;OpenMPI;Mpich;HDF5;国际临界安全基准评价实验手册   
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