最新刊期
      2018 年 第 41 卷 5 期

        核化学、放射化学、放射性药物和核医学

      • 王鹏辉,孙普男
        2018, 41(5): 050301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050301
        摘要：252Cf近距离放射治疗主要用于宫颈癌的腔内放射治疗，在放射治疗的同时势必对附近器官产生辐射危害，因此评价宫颈癌患者在放疗过程中其他器官的辐射损伤是必要的。本文以某医院252Cf宫颈癌的放射治疗为参考，通过252Cf在空气、水中剂量场分布理论计算和实际检测，对比子宫、直肠、膀胱、卵巢等器官的耐受剂量限值，给出了在宫颈癌治疗过程中，除靶器官子宫会受大剂量照射出现损伤外，直肠、膀胱、卵巢等器官也受较大辐射危害。为了减少宫颈癌患者的辐射损伤，经计算给出了不同源活度情况下的最佳照射时间。  
        关键词：252Cf;宫颈癌;辐射剂量场;器官辐射评价   
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        发布时间：2021-05-19

        核电子学与仪器

      • 陈伟,周建斌,方方,洪旭,赵祥,周伟,马英杰
        2018, 41(5): 050401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050401
        摘要：不同放射性强度的测量应用中，探测器输出核脉冲信号的基线将发生漂移，进而造成多道能谱仪的谱线漂移和能量分辨率损失。尽管采用数字基线估计方法可以对核脉冲信号的基线进行正确估计，但纯数字基线恢复算法无法有效处理核脉冲信号基线漂移对前端电路的影响。采用最小平均值基线估计方法，先在现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）中进行数字基线估计；然后通过SPI总线将基线估计值传入微控制器（Micro-Controller Unit，MCU），MCU根据基线值判断是否进行基线调节，将基线估计值传入数模转换器（Digital-to-analog Converter，DAC）；最后在前端电路中实现核脉冲信号的基线恢复。基于LaBr3（Ce）探测器的测试结果表明：采用该基线自动恢复技术的数字化多道能谱仪能够实现核脉冲信号的基线自动恢复。在高放射性测量条件下，测量系统能够解决因基线漂移引起的谱线漂移问题，使系统能量分辨率保持稳定。  
        关键词：基线恢复;多道能谱仪;谱线漂移;能量分辨率   
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        发布时间：2021-05-19
      • 王海涛,汤彬,王仁波,瞿金辉,张雄杰,陈锐,刘志锋
        2018, 41(5): 050402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050402
        摘要：在γ能谱测量系统中，基线的估计与扣除一直是脉冲幅度测量处理过程中的一个重要环节。随着γ能谱测量系统的数字化，基线的估计与扣除方法也需要作相应的改进。目前相对复杂的算法只能是先对输入射线脉冲经数字化采样后，再在计算机上编程实现，不适用于以现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）等为核心的数字化系统。部分可以在FPGA上实现的算法，在估计基线时没有充分考虑正常核脉冲信号对基线的影响，精度和实时性相对不足。为解决这一问题，本文提出了一种可在FPGA上实现的脉冲基线估计与扣除方法。该方法通过对采样得到的原始脉冲信号进行去异常滑动平均滤波法，进而求得原始输入脉冲的直流基线，并对该基线进行扣除。而脉冲基线的扣除，必将降低仪器后续处理的复杂度。经实验验证：此方法算法简单、精度好、灵敏度高、可在FPGA上编程实现、可以抑制低频干扰和温度漂移等因素对基线的影响，能够在一定程度上提高能量分辨率，抑制谱线漂移。该方法不仅可以用于数字化γ能谱测量系统，也可以应用于测量其他类型射线（如X射线）的数字化谱仪。  
        关键词：基线估计与扣除;现场可编程门阵列;滑动平均滤波   
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        发布时间：2021-05-19
      • 薛涛,朱劲夫,龚光华,韦亮军,罗洋,李荐民
        2018, 41(5): 050403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050403
        摘要：ZYNQ是集成了现场可编程阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）和高性能双核ARM Cortex-A9处理器的全新架构的SoC（System On Chip）。核电子学领域的数据读出方式，从传统的“处理器+FPGA”的双芯片解决方案到目前的ZYNQ单芯片解决方案，不仅有效地减小读出电子学硬件的尺寸和功耗，而且极大地提高FPGA和处理器之间的有效带宽，为整个读出电子学带来了新的发展。介绍了基于ZYNQ XC7Z010单芯片读出模块的研制细节，包括新架构和传统架构的对比，新架构硬件设计细节、难点及性能，其中涉及DDR3（Double Data Rate 3）SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）布线的关键问题、千兆以太网接口以及嵌入式Linux的移植等。最后，介绍ZYNQBee在中国暗物质实验（China Dark matter EXperiment，CDEX）高纯锗探测器数据采集板卡上的应用，测试表明：以太网口的数据读出平均带宽超过了700Mb·s-1。  
        关键词：ZYNQ XC7Z010;千兆以太网;嵌入式LINUX;ZYNQBee;中国暗物质实验   
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        发布时间：2021-05-19

        同步辐射技术及应用

      • 钟长游,汪启胜,刘科,张坤浩,何建华
        2018, 41(5): 050102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050102
        摘要：蛋白质数据库中超过80%的蛋白质都是用X射线衍射解出的结构，其中最常用的波长是0.0972 nm。有研究表明短波长X射线可以减少晶体的辐射损伤，提高X射线衍射数据的质量，为了在上海同步辐射光源生物大分子线站BL17U上进一步研究短波长X射线测定蛋白质结构，需要先对其能区进行拓展。基于复合折射透镜（Compound Refractive Lens，CRL）聚焦X射线的原理，讨论了在BL17U上用其聚焦短波长X射线的可行性。通过引入接受率R这一物理量计算了单一结构不同曲率半径的CRL聚焦光子后的通量和通量密度，同时也计算了级联式紧密接触型CRL和级联式相间型CRL两种方式的聚焦的效果。在充分考虑聚焦效果、实验站布局等因素，提出在BL17U聚焦短波长X射线的最佳方案，用31片半径50 μm的透镜理论上可以将25keV的光子聚焦，得到的通量密度3.2018×1014 s-1·mm-2。通过这些理论计算可以为BL17U研究短波长X射线测定蛋白质结构做前期准备。  
        关键词：复合折射透镜;同步辐射;光通量密度;短波长X射线   
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        发布时间：2021-05-19
      • 张丹,汪冰,梁姗姗,郑雷,丰伟悦
        2018, 41(5): 050101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050101
        摘要：超细颗粒物为大气中痕量气态污染物转化提供了广泛的反应界面，在其表面发生多相界面反应是大气二次颗粒物形成的主要途径。含铁超细颗粒是大气气溶胶的主要成分之一。本研究采用同步辐射X射线近边吸收谱（X-ray Absorption Near Edge Structure，XANES）技术开展了Fe3O4超细颗粒表面的多相反应研究，分析了反应时间、紫外照射及臭氧存在条件对二次颗粒物形成的影响。研究发现：SO2在Fe3O4超细颗粒表面能被快速氧化形成硫酸根（SO42-），其中紫外光照（Ultra-Violet，UV）和O3可以促进硫酸根的生成。从反应时间上看，SO2在Fe3O4超细颗粒表面可快速反应生成高价态硫酸根，30 min时，约99%的硫化物转化成硫酸根。通过对S的XANES谱进行一阶导数处理，发现产物中还存在亚硫酸根（SO32-）的峰，提示SO2在Fe3O4颗粒物表面可先生成亚硫酸根，进而被快速氧化成硫酸根。  
        关键词：SO2;超细Fe3O4颗粒;非均相反应;X射线近边吸收谱   
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        发布时间：2021-05-19
      • 张晓楠,郑官豪杰,苏圳煌,韩玉洁,杨迎国,高兴宇
        2018, 41(5): 050103. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050103
        摘要：钙钛矿太阳能电池中有机-无机杂化钙钛矿薄膜的品质很大程度上决定了其器件效率。作为简单有效的制备方法，近几年一步溶液旋涂法不断改进工艺，迅速广泛应用于高质量钙钛矿薄膜的制备，其中在前驱体溶液中添加二甲基亚砜（Dimethyl sulfoxide，DMSO）以及旋涂过程中滴加反溶剂被普遍认为是行之有效的手段，可以大幅提升钙钛矿的结晶质量，获得均匀致密的薄膜。本文通过控制钙钛矿薄膜制备过程中前驱体溶液DMSO和旋涂过程中反溶剂乙醚的添加与否，在大气环境制备了4种不同的薄膜样品，结合扫描电子显微镜、同步辐射掠入射X射线衍射以及器件效率测试等研究了薄膜的表面形貌、结晶性与基于它们制备的器件性能的差异，探究了DMSO和乙醚两种添加剂对钙钛矿成膜的影响、机制及其构效关系。同时，进一步采用同步辐射掠入射X射线衍射研究4种薄膜样品在空气环境下原位加热过程中钙钛矿结晶、退化以及期间晶格结构的演变，发现前驱体溶液中加入DMSO对于钙钛矿结构形成具有延迟作用，而反溶剂乙醚的滴加则对薄膜形貌、结晶、晶面取向乃至器件光电转换效率具有显著的提升，并且其钙钛矿结构具有较好热稳定性。本文的发现将为改善钙钛矿薄膜制备工艺以进一步提升其器件光电转换效率与稳定性提供一定的实验依据。  
        关键词：钙钛矿太阳能电池;溶剂工程;同步辐射掠入射X射线衍射;原位加热   
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        发布时间：2021-05-19

        核能科学与工程

      • 朱贵凤,严睿,于世和,康旭忠,冀锐敏,周波,邹杨
        2018, 41(5): 050603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050603
        摘要：中子动态参数的准确分析与反应堆的安全特性紧密相关。固态燃料钍基熔盐实验堆（Thorium-based Molten Salt experiment Reactor with Solid Fuel，TMSR-SF1）作为第四代新堆型，采用蒙特卡罗输运程序计算其动态参数更有利于核安全评审。本文基于较通用的蒙特卡罗多粒子输运（Monte Carlo N Particle Transport Code，MCNP）程序，植入了动态参数直接统计方法，用于计算TMSR-SF1中的有效缓发中子份额和有效中子代时间。通过多个ICSBEP（International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project）基准题的检验，计算结果与基准题实验误差在±5%以内，证明了该方法的准确性。运用该方法计算得到TMSR-SF1中6组有效缓发中子份额和有效中子代时间随燃耗深度的变化，其计算结果与采用MCNP共轭通量方法所得的数据误差在±3%以内，证明该方法用于TMSR-SF1的动态参数分析是合理可靠的。  
        关键词：蒙特卡罗;动态参数;有效缓发中子份额;有效中子代时间;固态燃料钍基熔盐实验堆   
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        发布时间：2021-05-19
      • 缪洪康,陈玉爽,吕刘帅,王晓,许光第,王纳秀
        2018, 41(5): 050602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050602
        摘要：为研究管壳式熔盐空气换热器U型管弯管段受空气冲击诱导振动响应特性，依托中国科学院战略性先导科技专项——钍基熔盐堆核能系统（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）综合仿真实验平台，采用单管双向流固耦合方法进行仿真。计算加速度值与实验值较为吻合，误差范围为-12%~15%，证明了单管双向流固耦合方法分析换热管流致振动问题的可行性。数值模拟还表明：流致振动具有在初始0.06 s时间内空气流动和传热管位移趋于稳定和外扩-回弹的周期性变化等特征，最终将在一微小区间内做“8”字往复运动。  
        关键词：管壳式换热器;U型管;流致振动;双向流固耦合   
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        发布时间：2021-05-19
      • 何龙,余呈刚,郭威,戴叶,沈佳杰,王海玲,蔡翔舟
        2018, 41(5): 050601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050601
        摘要：出于冷却结构材料上的考虑，石墨慢化通道型熔盐堆通常在石墨反射层与反应堆容器间设置了外围熔盐层。针对2 MW液态燃料熔盐堆的概念设计，利用三维稳态热工水力学模型分析了外围熔盐层在不同堵塞情况下对反射层和合金温升造成的影响。熔盐堆内石墨慢化材料等固体区域的温度计算采用三维热传导模型，各个通道内熔盐采用一维单相流体模型描述。外围熔盐层在不同堵塞情况下分别采用一维单相流体模型和三维层流模型。计算结果表明：在外围熔盐层内总流量降低的堵塞情况下，外围熔盐层对反射层的冷却效果受到显著影响，在外围熔盐层的流量降低至堆芯额定流量0.365%时，反应堆容器的最高温度接近730℃，临近合金材料温度上的安全限值；当外围熔盐层内存在直径为4 cm的圆形局部堵塞（接近下熔盐通道半径）区域时，堵塞没有显著改变堆内的温度分布，堵塞区域的最高温度为621.74℃，未超过合金材料的安全限值。  
        关键词：熔盐堆;热工水力学;外围熔盐层;堵塞   
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        发布时间：2021-05-19
      • 陈畅其,夏晓彬,蔡军,张志宏,李长园
        2018, 41(5): 050604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050604
        摘要：覆盖气净化系统失效事件是2 MW液态燃料钍基熔盐实验堆（Thorium Molten Salt experimental Reactor-Liquid Fueled，TMSR-LF1）可能导致放射性释放的典型假想事件之一。本文根据事件的释放模式和源项，在保守假设的情况下，使用ARCON96计算事件发生后厂房各边界处的大气弥散因子，估算事件发生后假设的烟囱下风向各厂房边界处的工作人员的个人有效剂量，然后分析事件发生后反应堆厂房内的可居留性。经过计算可以得出，覆盖气净化系统失效事件发生后，产生的有效剂量主要来源于浸没外照射途径。厂房边界处最大24 h全身累积剂量为3.04 mSv，低于国家核安全导则规定的场区应急行动水平，事件发生后TMSR-LF1将进入厂房应急状态，无需场外应急。  
        关键词：液态燃料钍基熔盐实验堆;覆盖气净化系统失效;有效剂量;应急行动水平   
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        发布时间：2021-05-19

        核物理、交叉学科研究

      • 饶开源,顾卫国,唐新海,王德忠,马元巍
        2018, 41(5): 050501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050501
        摘要：半层析γ扫描技术（Semi-tomographic Gamma Scanning，STGS）在综合分段γ扫描技术（Segmented Gamma Scanning，SGS）和层析γ扫描技术（Tomographic Gamma Scanning，TGS）的基础上，对其测量方法和重建算法进行了改进。用STGS方法测量核电厂废物桶活度是在SGS基础上，将废物桶轴向分段的每层进一步划分为数个环状体素，然后采用拓扑层析方法进行活度重建。针对包含三种放射性核素的400L超压废物桶，蒙特卡罗方法被用于验证STGS方法的正确性。结果显示：SGS对高密度400L废物桶的最大测量误差超过100%，而STGS的重建误差和统计偏差可控制在50%以内，且往往是SGS方法的二分之一或更低。而测量时间显著短于TGS。从整体上讲，STGS是一种平衡了精度和测量时间，测量高密度400L废物桶的有效方法。  
        关键词：半层析γ扫描技术;无损检测方法;低中放废物   
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        发布时间：2021-05-19
      • 邓珂,马玉华,秦来来,刘佳煜,张钦,马兆伟,杨果,卫飞,吴喜军,王广华,刘卫
        2018, 41(5): 050502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050502
        摘要：世界现阶段有大量的退役核石墨需要处理，3H和14C为其中含量最多、需重点去污核素。对于14C来说，低温（不高于700℃）低氧环境下的热处理能比较有选择性地去除核石墨中的14C。基于氚是氢的同位素、与氢具有相同的物理化学特性，本研究通过对三种不同产地的核石墨中氢在350℃的吸附以及400~700℃的解吸行为，探究核石墨中氚的去污工艺。实验发现：三种核石墨的氢吸附量不同，解吸规律大致相同，解吸量随时间的变化上有差异。国产核石墨NG-CT-10、日本核石墨IG-110以及德国核石墨NBG-18的氢总吸附量分别为6.7×10-3 mL·g-1、9.30×10-3 mL·g-1以及9.12×10-3 mL·g-1，其中化学吸附量分别为3.2×10-3 mL·g-1、3.0×10-3 mL·g-1和0.92×10-3 mL·g-1。石墨对氢吸附量上的差异可能来源于三种核石墨的不同制备工艺和物理性质上的一些差异，这些差异主要来自于平均孔径、比表面积、成型工艺以及焦粒粒径上的区别；NG-CT-10有效吸附量所占比最高，表明NG-CT-10有较大量的氚吸附量。400~700℃的核石墨氢解吸实验表明：三种石墨中的氢主要是从700℃开始有效解吸，但各自相对于总吸附量的解吸量有明显区别，NG-CT-10、IG-110和NBG-18在700℃时的解吸量分别为7%、13.5%和70%。由此可得，NBG-18中的氚最易被解吸出来。根据氢在石墨中的吸附模型，700℃解吸出来的氢应该位于石墨晶粒边缘。为了解吸剩余氚，同时不影响14C的有效去除，不提高热处理温度，可能需要改变解吸时的载气组分。  
        关键词：核石墨去污;吸附;解吸;氢;氚   
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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

      • 陈涛,李秀芳,虢梦雅,孔海云,陈志凌,赵明华
        2018, 41(5): 050201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2018.hjs.41.050201
        摘要：束斑的位置及其特性的快速测量，是质子笔型束扫描系统调试与质检中的关键问题。本文主要介绍了比利时IBA公司商用Lynx-2D在国内首台质子放疗示范装置点扫描系统中的使用情况。在点扫描照射系统调试中，Lynx-2D最主要的功能就是获得束斑信息，相比胶片其在线测量的优势极大提高测量效率。由于Lynx-2D自身软件无法对测量所得数据分析和获取照射束斑的位置信息，我们基于MATLAB开发了相应的分析工具，分别采用高斯分布拟合法和灰度重心法定义照射图像束斑的位置点，并测试了两种方法的有效性。  
        关键词：质子放疗;笔束扫描;Lynx-2D;测量分析   
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