最新刊期
      2018 年 第 41 卷 4 期

        核物理、交叉学科研究

      • 刘佳煜,李华,秦来来,邓珂,马玉华,张钦,杨果,马兆伟,卫飞,申淼,钱渊,刘卫
        2018, 41(4): 040502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040502
        摘要：固体聚合物氚电解浓缩法是目前浓缩环境低氚水的主流方法，其性能评价的关键是能否获得较高的氚回收率。在电解体积浓缩倍数为常数时，氚分离系数决定了氚回收率的高低。为了提高氚电解浓缩系统的回收率，研究以分离系数为评价指标，从阴阳极材料、电解电流、电解水温度上优化固体聚合物氚电解浓缩系统。结果表明：在电解初始体积≥400 mL、电解装置电流15 A、电解水温度5℃、电解剩余体积≤25 mL的优化条件下，成功研制氚分离系数6.5以上、回收率≥65%的固体聚合物氚电解浓缩系统。  
        关键词：固体聚合物氚电解浓缩;氚回收率;分离系数;电极催化剂;膜电极   
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        发布时间：2021-05-19
      • 崔甜甜,张书源,王一迪,李占鹏,孙亮
        2018, 41(4): 040501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040501
        摘要：分析GEANT4应用发射断层（GEANT4 Application for Tomographic Emission，GATE）在模拟人体体素模型剂量转换系数的应用，为计算基于体素模型的光子辐射场中的剂量提供一种新路径。GATE是基于GEANT4开发并广泛应用于模拟正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography，PET）、单光子发射计算机断层成像（Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT）等成像系统以及放射治疗的蒙特卡罗模拟软件。用自编的MATLAB程序将人体体素模型KTMAN-2的体素数据逆转为断层影像（Computed Tomography，CT），再由VV软件将CT转换为GATE体素模型文件，在GATE和MCNPX（Monte Carlo N-Particle eXtended）中模拟6种标准照射方式下、0.01~10 MeV能量范围内23种单能光子在人体内的输运，得到一系列的光子器官剂量转换系数，将两者的计算结果进行对比，并将结果和ICRP 74、ICRP 116号出版物的推荐值进行比较。GATE和MCNPX的计算结果具有很好的一致性，除质量很小的器官（垂体、扁桃体、甲状腺等），其它器官的差异都在3%以内；对于某些器官在某些照射条件下，所得结果和ICRP 74、ICRP 116号出版物的推荐值一致，但在某些照射条件本文结果与ICRP 74、ICRP 116出版物的推荐值存在较大差异。GATE为基于体素模型的剂量计算提供了一种新方法；本文计算的剂量转换系数对于分析亚洲人个体与ICRP参考人之间光子剂量转换系数的差异具有重要意义。  
        关键词：人体体素模型;剂量转换系数;GEANT4应用发射断层;KTMAN-2   
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        发布时间：2021-05-19

        核能科学与工程

      • 周波,严睿,邹杨,杨璞,于世和,刘亚芬
        2018, 41(4): 040602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040602
        摘要：基于Mathematica 7.0建立了熔盐堆（Molten Salt Reactor，MSR）主回路系统衰变热流动模型，并与参考程序ORIGENS在静态燃耗下的计算结果以及熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）衰变热结果进行了初步验证，相对偏差分别在±4%和±2.76%的范围内符合较好。对2 MW液态燃料钍基熔盐实验堆（Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel 1，TMSR-LF1）正常运行工况下主回路系统管道及设备内的衰变热分布进行了定量分析。结果表明：启堆达到满功率和设定流量后约20 s各区域衰变热快速积累，随后便开始平缓上升并趋平衡。平衡时堆芯活性区衰变热占总衰变热的46.7%，上腔室、热管段#1、主泵、热管段#2、换热器、冷管段及下腔室区域分别占比31.8%、1.21%、14.6%、0.89%、2.21%、1.67%和0.94%。所建立的分析方法及结论可为熔盐堆主回路系统的热工水力安全分析、余热排出系统设计、反应堆功率调节与安全控制提供重要参考。  
        关键词：熔盐堆;主回路系统;衰变热;流动模型   
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        发布时间：2021-05-19
      • 石兴伟,兰兵,毕金生,靖剑平,李朝君,张春明
        2018, 41(4): 040603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040603
        摘要：堆芯熔融物-混凝土相互作用（Molten Corium-Concrete Interaction，MCCI）是安全壳晚期失效的重要影响因素之一，可能引起安全壳功能丧失并导致大量放射性物质向环境释放。因此有必要研究和分析混凝土类型对MCCI现象的影响，以评估MCCI过程中安全壳潜在的失效风险。应用严重事故一体化分析程序MELCOR 2.1，建立了大功率非能动反应堆安全壳整体模型和堆坑模型，分别研究了熔融物与典型玄武岩混凝土和石灰石-沙混凝土的相互作用，评价了该作用对安全壳完整性带来的风险。分析结果表明：在MCCI过程中，两种典型类型的混凝土的消融速度明显不同，玄武岩混凝土具有更高的侧壁消融速度；但是石灰石-沙混凝土具有更高的不凝气体产气量。研究表明：安全壳底板失效时间远超过24h，与混凝土类型无关；计算得到的安全壳压力均低于C级承载压力，满足保护安全壳裂变产物边界24h的目标。  
        关键词：MELCOR 2.1;安全壳;熔融物-混凝土相互作用;不凝气体;严重事故   
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        发布时间：2021-05-19
      • 赵翠兰,杨群,周雪梅,何绥霞
        2018, 41(4): 040605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040605
        摘要：高温光纤耐温和耐腐蚀主要取决于表面的涂覆层，为了测试可以耐受高温氟盐腐蚀的光纤，采用镀金光纤进行实验。将镀金光纤分别置于600℃及650℃熔融状态的氟盐中进行实验检测，经过在扫描电镜下观察分析，光纤镀金层完整，未见明显腐蚀迹象，可以考虑将其应用在熔盐堆上进行短时温度测量。  
        关键词：高温光纤;光纤测温;熔盐   
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        发布时间：2021-05-19
      • 刘斌,李兰,吕焕文,肖峰,景福庭,应栋川,魏述平,唐松乾,杨俊云
        2018, 41(4): 040604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040604
        摘要：在核反应堆一回路系统中，裂变中子产生的反冲质子通过电离、多次散射以及韧致辐射后，与冷却剂中的16O、18O和11B反应生成具有β+放射性的13N、18F和11C等核素，采用符合测量方法可以探测这些核素从而推断一回路水的泄漏情况。采用GEANT4程序对秦山二期压水堆全堆芯进行建模及源抽样描述，编制C++工具自动生成GEANT4计算所需的中子源分布，实现了G4-NONU功能以及GEANT4程序中中子固定源的输运计算。充分考虑反冲质子电离、多次散射以及韧致辐射等因素，计算了压水堆一回路水中由质子反应产生的13N、18F以及11C等核素的产生率、浓度以及活度，拓展了反应堆源项计算工具。  
        关键词：GEANT4模拟;压水反应堆;带电粒子;一回路源项   
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        发布时间：2021-05-19
      • 郭超,宋云涛,雷明准,刘素梅,裴坤,徐坤
        2018, 41(4): 040601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040601
        摘要：基于中国聚变工程实验堆（Chinese Fusion Engineering Testing Reactor，CFETR）提出了一种新型氦冷固态氚增殖包层设计方案。以托卡马克中平面上一块外包层模块为例，系统介绍了该包层概念设计。基于工程流体力学理论，对包层模块内冷却剂的流动特性进行了理论求解。同时采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）软件CFX，对包层模块流体域和固体域进行耦合传热分析，求解得到冷却剂的流动特性和理论计算难以求解的固体域温度场分布。计算结果表明：理论计算与模拟结果吻合程度良好，冷却剂在包层内总压降为243kPa，总温升为194.6℃，运行在合理区间；包层各结构材料在正常运行工况下的温度可以满足材料的最高温度限制要求，为该包层方案的进一步结构优化和安全分析提供参考。  
        关键词：中国聚变工程实验堆;固态包层;结构设计;热工水力学   
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        发布时间：2021-05-19

        综述论文

      • 付海英,耿俊霞,杨洋,罗艳,窦强,李文新,李晴暖
        2018, 41(4): 040001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040001
        摘要：本文扼要介绍了熔盐减压蒸馏技术在美国橡树岭国家实验室用于熔盐反应堆氟化物熔盐回收，以及近年来美、韩、日和法等国用于水堆/快堆乏燃料中熔盐电解阴极产物纯化的概况，分析减压蒸馏技术在这两个领域应用中面临的挑战，提出可能的发展策略。进一步强调指出，蒸馏分离技术需要与放射化学相结合，形成化学反应-蒸馏/减压蒸馏的新模式，以应对钍基熔盐反应堆乏燃料干法后处理的严峻挑战。  
        关键词：乏燃料;干法后处理;熔盐;减压蒸馏   
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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

      • 徐宇,徐国盛,钟国强,胡立群,李凯,肖敏,韩良文
        2018, 41(4): 040202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040202
        摘要：实验型先进超导托卡马克（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）运行时存在一定的电离辐射。依据电离辐射防护与辐射源安全标准和放射性工作人员职业健康管理办法，结合实验监测数据对EAST装置周边环境及工作人员的电离辐射影响状况进行了评估。采用光释光和固体核径迹法，对EAST装置大厅人员通道入口、屏蔽门内外、周边诊断室以及主控制室等场所的中子、γ辐射剂量进行累积监测。共布置了13个监测点，全年连续测量，以90 d为一周期进行剂量片更替与读数。统计分析了2010-2017年EAST装置上从事核辐射相关工作关键岗位人员的个人辐射剂量165人次，并利用Access软件建立了场所与人员的辐射剂量数据库。结果显示：扣除天然本底辐射后，装置大厅外的监测点以及职业人员年有效剂量均低于0.5mSv，满足电离辐射防护国家标准的要求。  
        关键词：托卡马克;中子γ累积剂量;场所与人员剂量   
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        发布时间：2021-05-19
      • 苗春晖,刘鸣,舒航,殷重先,赵振堂
        2018, 41(4): 040201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040201
        摘要：上海质子治疗装置的束配系统采用点扫描的治疗模式。为了满足照射率与照射剂量分布精度的要求，需要设计一套精确的点扫描照射位置控制系统。点扫描照射位置控制系统通过二次多项式以及薄板样条曲线拟合得到了扫描磁场强度与位置电离室读出、扫描磁场强度与等中心束流位置之间的映射关系。在实际治疗时，通过治疗计划系统要求的等中心束流位置计算出目标扫描磁场强度，采用前馈算法控制扫描磁场到达目标磁场，同时通过比较位置电离室读出与目标位置之间的偏差来校正下一个点的照射位置。带束测试结果显示：在等中心处测得的质子束流在X方向和Y方向的照射位置偏差的最大值分别为0.8 mm和0.6 mm，均方值均为0.2 mm。该照射位置控制系统能够实现精确的点扫描照射。  
        关键词：质子治疗;点扫描;照射位置控制;系统设计   
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        发布时间：2021-05-19

        核电子学与仪器

      • 田堂胜,李陆,文星,董永伟,张永杰,张来宇,师昊礼,刘江涛,张力,吴伯冰
        2018, 41(4): 040402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040402
        摘要：γ射线监视器（Gamma Ray Monitor，GRM）是计划于2021年发射运行的中法合作太空望远镜项目——天基多波段空间变源监视器（Space Variable Objects Monitor，SVOM）的4个载荷之一。GRM的数据管理模块采用基于AT7910芯片的SpaceWire总线对数据进行收发，数据率为100 Mbit·s-1。通过构建组路由（Group Adaptive Routing，GAR）判断主备机状态并选择数据发送通道，进而完成载荷和平台之间的信息传输。测试结果表明：利用SpaceWire总线可以实现数据管理模块与卫星平台之间数据的交互。  
        关键词：γ射线监视器;数据管理;SpaceWire总线   
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        发布时间：2021-05-19
      • 征云飞,李兰君,邝忠华,王晓辉,杨茜,桑子儒,任宁,吴三,付鑫,杨永峰
        2018, 41(4): 040403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040403
        摘要：正电子发射计算机断层显像（Positron Emission Tomography，PET）是一种高灵敏和具有定量测量能力的分子影像方法，PET探测器通常由高探测效率的晶体阵列和位置灵敏或阵列光探测器组成，PET探测器的位置分辨率主要由晶体单元的大小和晶体分辨图的质量决定。使用现有小动物PET探测器常用的硅酸钇镥（Lutetium-yttrium Oyorthosilicate，LYSO）晶体阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultipliers，SiPM）阵列，系统地研究了晶体阵列和SiPM阵列之间光导的厚度对探测器晶体分辨图和能谱的影响。所使用的晶体阵列为12×12，单个晶体尺寸为0.89 mm×0.89 mm×10 mm，SiPM为日本滨松的4×4阵列，单元大小为3 mm×3 mm，间距为3.2 mm，光导使用厚度为0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm和2.5 mm的有机玻璃。实验结果表明：晶体分辨图的均匀性和对边缘晶体的分辨能力随着光导厚度的增加而改善，但随着光导厚度的增加，晶体分辨图中每个晶体单元的斑点大小增加，整个晶体分辨图的动态范围缩小。光导的使用几乎不改变晶体能谱的全能峰峰位和能量分辨率。综合以上因素，确定最佳的光导厚度为1.5mm，本结果可对使用晶体截面约为1 mm×1 mm的晶体阵列和单元大小为3mm×3mm的SiPM阵列研发小动物PET探测器提供重要参考作用。  
        关键词：PET探测器;位置分辨率;光导;晶体分辨图;能谱图   
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      • 葛达,梁福田,王鑫喆,冯博,朱宇龙,朱晨曦,陈炼,李锋,尚爱国,金革
        2018, 41(4): 040401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040401
        摘要：针对高能物理实验中飞行时间探测器的时间测量高精度需求，基于0.13μm互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）工艺设计了一种可应用在时间内插法中作为细计数模块的单周期时间数字转换器（Time to Digital Convertor，TDC），并为测试设计了一个闭环测试系统。通过实测数据分析，在相同的条件下设计对比试验，寻找TDC刻度非均匀性的来源，并给出相应的校准方法。测试结果表明：校准后TDC的分辨率达到57ps，精度好于40 ps，达到了预期的设计目标。  
        关键词：专用集成电路;时间数字转换器;闭环测试系统;对比实验   
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        发布时间：2021-05-19

        同步辐射技术及应用

      • 赵晓亮,赵屹东,唐坤,郑雷,刘树虎,赵亚帅,李凡,崔明启
        2018, 41(4): 040101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.040101
        摘要：介绍了在北京同步辐射（Beijing Synchrotron Radiation Facility，BSRF）标定源的4B7B实验站上建立的一套软X光低温辐射计系统，用于测量从30nW~1μW范围的软X光功率。经多次实验发现：热沉和吸收体的温度稳定性以及热辐射背底涨落的控制是降低X光功率测量不确定度的关键。热沉的温度稳定是吸收体温度稳定的前提；吸收体上电加热功率根据待测X光功率调节，通过温度控制系统实现；低功率下X光功率测量不确定度受热辐射背底涨落的影响较大，通过优化热沉和吸收体的温度控制系统以及改进热链接的设计及工艺，使热沉的温度标准差控制在10 μK以下，吸收体的在15 μK以下。通过改善吸收体和热沉的受热环境，以及对通光管做特殊设计，控制热辐射背底的涨落在0.06 nW以内。对30 nW光功率的测试结果显示测量不确定度小于1%（k=1）。  
        关键词：低温辐射计;温度控制;热辐射背底;不确定度   
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