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      2019 年 第 42 卷 第 4 期

        同步辐射技术及应用

      • “上海光源优化top-up模式，采用双腔探头精确测定注入束团电荷量，测量精度达0.03%。”
        曹珊珊,冷用斌,袁任贤,赖龙伟
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040101
        摘要：上海同步辐射光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF，简称上海光源）作为中国第三代同步辐射装置，在为用户提供研究平台的同时，也在不断优化top-up运行模式，包括研究多束团注入以及注入效率优化等。而注入效率的优化需要精确测定注入束团的电荷量。由于ICT （Integrating Current Transformer）信号易受噪声干扰，分辨率不足1%，尤其在低电荷量注入时，分辨率将进一步降低， 因此本文提出利用腔式探头分辨率高的特性，使用双腔探头检测注入流强的方案，并着重研究探头信号的采集处理方法。在上海光源高能输运线上完成的初步束流实验结果表明：注入流强的相对测量精度最好可以达到0.03%，满足储存环注入效率精确测量的要求。  
        关键词：上海同步辐射光源;双腔流强探头;精确电荷量测量;信号采集处理   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在自由电子激光装置领域，上海软X射线自由电子激光装置实现了精确定时系统，满足加速器设备需求。”
        于春蕾,赵欢,胡守明,丁建国
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040102
        摘要：为满足自由电子激光装置的正常运行需求，需要向加速器设备提供精确的定时触发信号。依据上海软X射线自由电子激光装置（Soft X-ray Free-Electron Laser Facility，SXFEL）的物理需求和系统分配，基于高精度脉冲发生器，结合具有联锁接口的光电转换器，实现了SXFEL定时系统的硬件设计。系统的软件部分使用实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control Systems，EPICS）完成基于网络的分布式远程控制。通过在线测试，该系统运行稳定可靠，抖动时间小于150 ps，满足加速器对定时系统的要求。  
        关键词：定时;脉冲发生器;实验物理与工业控制系统;光电转换   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在凝聚态物质动力学研究领域，上海同步辐射光源BL08U线站采用X射线光子关联谱技术，设计了基于软X射线的光子关联谱装置，为分析材料动力学信息提供技术途径。”
        屈斯诗,郭智,邰仁忠,张祥志,刘海岗,于怀娜
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040103
        摘要：X射线光子关联谱技术（X-ray Photon Correlation Spectroscopy，XPCS）是一种利用相干X光散射的二次相干，研究凝聚态物质在小尺度范围弛豫动力学的新技术，对入射光的相干性有较高要求。上海同步辐射光源BL08U干涉光刻分支线站（X-ray Interference Lithograph，XIL）采用椭圆偏振波荡器作为光源，具有很好的相干性，光子通量高，适合铁电体、磁性材料中介观尺度电极性或磁性微区的动力学研究。由此设计一套基于软X射线的光子关联谱装置，采用软X射线为入射相干光，对二次相干光采集、转换、放大处理之后进行自相关运算。该装置测量的样品周期尺度范围为10~60 nm。该装置的研制设计为更好地分析材料动力学信息提供了一种技术途径，是硬X射线的有效补充。  
        关键词：软X射线;光子关联谱;强度关联;动力学   
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        发布时间：2024-10-25
      • “上海光源硬X射线微聚焦光束线站的控制及数据采集系统均是在EPICS环境下开发的，但基于EPICS软件的荧光扫描系统无法满足荧光面扫描实验的一些特定要求。对此，采用了Bluesky与EPICS软件相结合的方法，基于Python语法结构设计了控制和数据采集系统，集成了运动控制、光强探测和荧光信号采集功能，实现了数据表格的实时显示、荧光图谱的绘制、自适应步长扫描和峰值数据自动计算、多个任意位置样品连续扫描和二维方形螺旋扫描等荧光面扫描相关技术。该系统使用户简单操作即可完成复杂的荧光面扫描，提高了实验灵活性和实验效率。”
        兰旭颖,李爱国,王劼
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040104
        摘要：上海光源硬X射线微聚焦光束线站的控制及数据采集系统均是在EPICS（Experiment Physics and Industrial Control System）环境下开发的，但基于EPICS软件的荧光扫描系统无法满足荧光面扫描实验的一些特定要求，包括扫描数据实时显示、变步长扫描、多个任意位置样品连续扫描等。对此，采用了Bluesky与 EPICS 软件相结合的方法，基于Python语法结构设计了控制和数据采集系统，集成了运动控制、光强探测和荧光信号采集功能，实现了数据表格的实时显示、荧光图谱的绘制、自适应步长扫描和峰值数据自动计算、多个任意位置样品连续扫描和二维方形螺旋扫描等荧光面扫描相关技术。该系统使用户简单操作即可完成复杂的荧光面扫描，提高了实验灵活性和实验效率。  
        关键词：荧光扫描;数据采集   
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        发布时间：2024-10-25
      • “上海同步辐射光源主信号源研究取得进展，采用锁相环和直接模拟合成技术，实现了500 MHz单频信号源，相位噪声达到-125 dBc/Hz@1 kHz和-132 dBc/Hz@1 kHz，满足高频系统性能要求。”
        袁慧,赵玉彬,郑湘,宫鹏鹏,黄雪芳,夏洋洋,赵申杰,张志刚,徐凯,常强,刘建飞
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040105
        摘要：主信号源是高频数字化低电平控制系统（Low Level Radio Frequency，LLRF）的重要组成部分，它不仅用于产生高稳定度的参考信号，还用于产生控制系统所需的高精度工作时钟，其性能是高频系统性能的重要保障。本文以上海同步辐射光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）的主信号源作为研究对象，通过采用锁相环技术和直接模拟合成技术实现了500 MHz的单频信号源。实验测试结果显示：两种技术分别实现了-125 dBc/Hz@1 kHz和-132 dBc/Hz@1 kHz的相位噪声，均满足上海光源高频系统对信号源的性能要求。  
        关键词：低电平控制系统;锁相环;直接模拟合成;上海同步辐射光源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “钍基熔盐堆核石墨损伤机制研究取得新进展，揭示了熔盐浸渗对核石墨微结构的影响，为高性能核石墨制备和TMSR安全可靠运行分析提供理论依据。”
        王佳敏,冯尚蕾,杨迎国,王勇,刘向东,周兴泰
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040106
        摘要：钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）是第四代核反应堆的代表之一，其特点是以熔融氟盐作为冷却剂和燃料的载体。在熔盐堆中，熔盐容易浸渗到核石墨内部，引发核石墨局部高温，造成核石墨损伤程度增加，严重破坏核石墨的结构，从而影响核石墨材料的宏观性能和使用寿命。然而，熔盐浸渗对核石墨力学性能的微观机制以及熔盐浸渗引起的微结构损伤或破坏机制目前仍不清晰，因此有待进一步研究原位环境下（如力学加载、高温等）熔盐浸渗对核石墨微结构的影响，并揭示微结构演化的相关机制。本文基于同步辐射原位拉伸X射线衍射技术（Two Dimensional X-ray Diffraction， 2D-XRD），开展了外部载荷为0 N、15 N、21 N、27 N和32 N时熔盐浸渗后的核石墨IG-110在拉伸断裂过程中的微观结构演化研究，以揭示外部载荷条件下的核石墨IG-110与熔盐之间的原位实时相互作用及材料断裂的微观机制。实验结果表明：在拉伸断裂过程中外部载荷使熔盐浸渗后的核石墨IG-110的结晶性变差、层间距变大，同时FLiNaK盐的结晶性也明显变差。这一发现将有助于解释熔盐浸渗后核石墨IG-110力学性能的变化，理解核石墨IG-110与FLiNaK熔盐间的相互作用机理，有利于高性能核石墨的制备和TMSR的安全可靠运行分析。  
        关键词：钍基熔盐堆;核石墨IG-110;熔盐浸渗;同步辐射原位拉伸X射线衍射   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在无损检测领域，利用快中子层析成像技术，成功获取了模拟样件的三维结构分布，具备内部轻材料孔洞缺陷检出能力。”
        尹伟,王胜,李航,娄本超,吴洋,霍合勇,曹超,孙勇,刘斌,朱世雷,李彦,胡永宏,李燕,伍春雷,唐彬
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040201
        摘要：利用快中子穿透能力强的特点实现层析成像，对于大尺寸的无损检测具有重要意义。但快中子探测效率低，非期望信号引起图像噪声大，原始投影图像信噪比相对较低，实现快中子层析成像难度较大。本文利用中国工程物理研究院核物理与化学研究所研制的小型中子成像检测仪，获取了轻重材料混杂件不同角度下的快中子成像投影图像，通过对投影图像进行预处理提高图像信噪比，并采用迭代重建算法对投影图像进行重建，成功获取了模拟样件的三维结构分布，具备了内部轻材料孔洞缺陷的检出能力，表明采用小型加速器中子源可以实现快中子计算机断层扫描 （Computed Tomography， CT）成像。  
        关键词：快中子;层析;降噪;代数迭代重建   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在核反应堆运行和核应急情况下，准确测量放射性惰性气体活度至关重要。研究人员设计了4π双叠层闪烁体探测器，通过β-γ符合测量实现不同核素的分辨及活度测量，为核反应堆运行状况监测和核应急预警提供重要参考。”
        李一秋,杨翠萍,张保国,张明,文万信,王仁生
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040401
        摘要：核反应堆在运行过程中或核应急情况下会产生85Kr、133Xe、135Xe和 41Ar等放射性惰性气体，准确测量不同惰性气体的放射性活度对了解反应堆的运行状况和核应急预警均有重要意义。根据各种核素衰变发射的β、γ射线，设计并优化了可用于放射性惰性气体活度实时测量的4π双叠层闪烁体探测器。探测器的内层塑料闪烁体用于测量β射线，外层碘化铯闪烁体（CsI）用于测量γ射线，并通过β-γ的符合测量实现不同放射性核素的分辨及活度测量。针对核电放出的4种主要放射性惰性气体，基于GEANT4 （GEometry ANd Tracking 4）模拟库包，研究了塑料闪烁体、CsI厚度及气体采样腔尺寸对不同核素发射的β、γ探测效率的影响；并给出该4π型双叠层闪烁体探测器的优化几何尺寸和相应探测器性能，为后续探测器的制作与测试提供参考。  
        关键词：放射性惰性气体;活度测量;4π叠层闪烁体探测器;β-γ符合;GEANT4   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在材料表面分析领域，中国先进研究堆冷中子束建立的中子深度剖面分析系统，真空度和中子注量率优于其他设备，可同时测量6个样品，性能得到验证。”
        唐婵娟,肖才锦,姚永刚,石丛,运威旭,刘旭东,杨竣凯,倪邦发
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040402
        摘要：中子深度剖面分析（Neutron Depth Profiling，NDP）是一种高灵敏、高分辨测量材料近表面深度分布信息的无损检测技术，利用中国先进研究堆（China Advanced Research Reactor，CARR）冷中子束建立了一套中子深度剖面分析系统，该系统真空度优于其他NDP设备，可达到3.4×10-5 Pa。冷中子注量率高是其另一大优势，CARR在15 MW功率下运行时，用金活化法测得中子导管末端的中子注量率约为4.8×108 cm-2∙s-1。此外，该系统一次性可以测量6个样品，简单易行。通过测试美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）标准物质SRM-2137评价CARR-NDP系统的性能，测量结果与参考值具有较好的一致性，验证了CARR-NDP系统的可行性。  
        关键词：中子深度剖面分析;中国先进研究堆;近表面分析   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在数字信号处理领域，研究者提出了平均值阈值法，有效计算随机波形信号数字化基线，具有占用内存小、计算速度快、稳定性好等优点。”
        陈伟,万文杰,喻杰,周建斌,赵祥
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040403
        摘要：由于CR微分电路引起的下冲经数字模拟转换器（Analog-to-digital Converter， ADC）转换后的信号基线漂移现象一直存在，增加了数字基线估计算法的复杂度，影响了在线基线的实时性与准确性。通过对平均值法实时提取随机波形信号数字化基线算法的研究，提出了一种在现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array， FPGA）可实现的核脉冲数字基线改进算法——平均值阈值法。采用实测的一个带下冲信号进行拆解拼接后得到一条基线值固定的新信号，经平均值阈值法求得的基线与该拼接信号的基线值一致，并且当基线值发生变化时，该算法实时跟随效果好。平均值阈值法实时提取随机波形信号数字化基线算法能有效的计算出基线，并且占用内存小，计算速度快，经该算法处理后的基线值稳定性好，具有较强的跟随效果。  
        关键词：带下冲的核信号;数字基线;平均值阈值法   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在生物技术领域，科学家利用DNA折纸技术，成功实现了链霉亲和素分子的高分辨成像，为研究生物分子形貌和功能提供了新思路。”
        孙彤,刘文静,张萍,李琳,李宾
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040501
        摘要：链霉亲和素（Streptavidin，STV）和生物素（Biotin）之间的非共价相互作用很强，已被运用到包括分子生物学、免疫学以及生物技术领域。STV与Biotin间优异的结合能力与其结构密切相关，晶体解析结果证明STV是一个四聚体蛋白。原子力显微镜技术（Atomic Force Microscopy，AFM）可以在液体环境下获得生物单分子的形貌信息，对结构和功能的研究具有非常重要的作用。然而，由于STV分子小而柔软，获得高分辨的AFM图像极其困难。本研究利用DNA折纸可寻址的特点，将Biotin定位修饰在折纸上，选择性地将STV固定在折纸设定的位置上，实现了对单个STV分子的高分辨成像，观察到了单个STV呈“沙漏形”结构，与其晶体结构符合性较好。同时，我们注意到STV形貌易受成像力的影响， 可能与STV分子的柔性相关。这种基于DNA折纸的高分辨成像方法，简单、方便，为研究生物分子形貌和功能提供了新思路。  
        关键词：原子力显微术;单分子;高分辨成像;链霉亲和素;DNA折纸   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在C-ADS超导强流质子加速器研究中，专家基于实验平台，采用PLC、嵌入式Linux系统和EPICS，完成了超导腔失效补偿实验研究，为实际应用奠定基础。”
        吴荣俊,邵勇,戴建枰,聂凌霄,贾靖轩,许静静
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040502
        摘要：超导腔失效补偿问题是中国加速器驱动次临界系统（China Accelerator Driven Sub-critical system，C-ADS）超导强流质子加速器研究的重点，直接影响质子束流的稳定性。本文针对此问题，基于C-ADS注入器Ⅰ实验平台，采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， PLC）、嵌入式Linux系统和实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System， EPICS）进行了实验研究。完成了PLC内部的数据查找、PLC与注入器I控制系统之间的通讯以及失效补偿各阶段时间长度的计算和验证。本实验实现了对超导腔失效问题的快速探知以及对其它腔的自动补偿操作，为今后的实际应用奠定了基础。  
        关键词：注入器Ⅰ;超导腔;质子加速器;实验研究;EPICS   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在高温熔盐热工实验中，研究者探究了硝酸盐熔盐在圆管内的换热特性，建立了适用于高温熔盐的换热关联式，验证了其与经典关联式的符合性。”
        陈玉爽,田健,朱海华,傅远,王纳秀
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040601
        摘要：本文依托高温熔盐（High Temperature Salt， HTS）热工实验回路开展了硝酸盐（KNO3-53%，NaNO2-40%，NaNO3-7%）熔盐圆管内的强迫对流换热特性研究，通过威尔逊修正法获得了熔盐在圆管内充分发展湍流的对流换热系数，将实验结果与公开文献中的5种熔盐的实验结果合并后拟合，获得10 000<Re<50 000和4<Pr<26范围下适用于高温熔盐工质的管内充分发展湍流的实验关联式。另外，为验证熔盐的换热特性是否仍然符合经典关联式的换热规律，将不同种类熔盐工质与经典关联式Dittus-Boelter关联式、Sieder-Tate关联式、Hausen关联式以及Gnielinski关联式进行比较分析，实验结果与经典关联式符合得较好，偏差在25%以内。  
        关键词：熔盐;湍流;强迫对流;对流换热;关联式   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐环境中，高剂量辐照导致镍基合金表面孔洞和Cr元素流失，硬度降低。”
        雷冠虹,杨斯达,刘仁多,李健健,黄庆,李诚,黄鹤飞,闫隆
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040602
        摘要：为了明确辐照对熔盐环境中合金腐蚀性能的影响，采用1.2 MeV的He离子对镍基UNS N10003合金进行了剂量为5×1015 ions∙cm-2和5×1016 ions∙cm-2的辐照实验，并将未辐照和辐照后的合金置于650 ℃的FLiNaK熔盐中进行200 h的腐蚀实验。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对合金的表面形貌、元素分布及微观结构进行了分析。结果表明：低剂量下辐照未发现对合金腐蚀有明显的影响；高剂量下辐照后，合金中产生了He泡；在熔盐中腐蚀后，合金表面出现孔洞且Cr元素大量流失。利用纳米压痕技术对高剂量下辐照的合金在熔盐环境中的硬度演化行为进行了研究。结果显示：辐照后的合金硬度为4.12 GPa，腐蚀后的合金硬度为2.65 GPa，辐照腐蚀后的合金硬度为3.16 GPa，是辐照和腐蚀综合作用的结果。  
        关键词：镍基合金;离子辐照;熔盐腐蚀;He泡   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在液态重金属反应堆领域，专家基于有限元方法，分析了地震响应，为结构安全设计提供依据。”
        吴学民,张勇,何梅生,蒋洁琼
        2019, 42(4) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.040603
        摘要：铅基堆采用液态重金属冷却剂并具有池式布局的特点，与传统压水堆中冷却剂密度低、回路式布局相比，地震载荷作用下重金属冷却剂晃动对反应堆容器和堆内结构产生的冲击和振动模式显著不同。本文基于双向流固耦合的有限元方法，开展液态重金属反应堆的载液堆本体的地震响应分析，研究冷却剂类型、支撑形式和高径比等因素对堆容器内冷却剂晃动效应的影响。计算结果表明：液态重金属相对轻质冷却剂，其地震响应非等比增加，流体动力粘度对大尺寸反应堆的流固耦合作用不显著；不同支撑方式在支撑处有应力集中，整体表现为梁式振型对支撑方式不敏感；不同充液比激发的振动模态类似，充液比越小，最大应力强度点越往底封头集中。这些结果可为液态重金属反应堆的结构安全设计提供参数化依据。  
        关键词：液态重金属反应堆;冷却剂晃动;池式结构;地震响应;流固耦合   
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        发布时间：2024-10-25
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