最新刊期
      2019 年 第 42 卷 第 5 期

        同步辐射技术及应用

      • “扫描相干衍射成像技术在生物和材料领域取得成功，多切片三维成像方法为高效低剂量成像开辟新路。”
        聂巍,许子健,陶旭磊,邰仁忠,朱志远
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050101
        摘要：扫描相干衍射成像（Ptychography）技术目前已得到大范围的应用，获得了巨大成功。基于Ptychography的三维成像技术也得到了快速发展，在生物和材料领域的研究中得到了成功应用。常规的Ptychography三维成像技术仍是基于多角度投影的计算机断层成像技术，具有成像效率低、辐照剂量大的缺点。最近出现的多切片三维Ptychography成像方法，为高效低剂量的三维成像技术开辟了新的道路。为了进一步改善多切片方法的重建效率和图像质量，本文在优化迭代算法中驰豫系数的基础上，通过模拟计算系统地研究了入射X射线的发散度对多切片方法重建效果的影响。结果表明：入射X射线的发散度越高（数值孔径越高），多切片方法图像迭代重建的收敛越快，图像的重建质量也更好；而选择较小的入射X光发散度则不利于三维成像的高质量重建。该结论对于相关成像实验中聚焦光学的选择和设置具有重要的指导意义，如选择聚焦尺寸更小的波带片或较低的入射X射线能量，将更有希望获得好的多切片成像质量。  
        关键词：X射线扫描相干衍射成像;多切片三维成像方法;入射X射线发散度;波带片聚焦   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在X射线层叠衍射成像技术领域，专家引入“动量”概念，开发了动量加速层叠衍射迭代引擎算法，有效解决了传统算法收敛停滞问题，显著提升了图像重建质量。”
        陶旭磊,许子健,王春鹏,邰仁忠
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050102
        摘要：X 射线层叠衍射成像技术（Ptychography）所采用的图像重建迭代算法是一种传统的梯度下降算法。该算法从一组猜测函数开始，实验中探测到的正确信息被不断代入循环迭代中来修正猜测函数，最终达到收敛。这种算法存在一个问题就是容易出现收敛停滞的现象，也就是所谓的陷入局域最小值。造成这种现象出现的原因是局域最小值附近的梯度极小导致梯度下降的幅度极小。为了解决这一问题，最近“动量”这一概念被引入Ptychography算法中，产生了动量加速层叠衍射迭代引擎（momentum Ptychographical Iterative Engine，mPIE）算法。加入“动量”相当于给迭代重建过程赋予了“惯性”性质，当前梯度下降的幅度不仅由当前梯度决定，还会受到之前变化的幅度影响。所以即便是在梯度极小的局域最小值附近，目标函数仍然可以跳出停滞，继续变小。为了验证“动量”的引入对图像重建的提升效果，详细比较了动量mPIE算法和传统的拓展层叠衍射迭代引擎（extending Ptychographical Iterative Engine，ePIE）算法对同一套扫描相干衍射成像实验数据的重建图像质量。重建结果表明：相对于传统重建算法，动量加速算法可以获得更好的图像重建质量。  
        关键词：X射线扫描相干衍射成像;动量;X射线显微;相位恢复迭代算法   
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        发布时间：2024-10-25
      • “上海同步辐射光源采用机械夹持密封水冷晶体，有效避免晶体剥离脱落，保障光束线稳定运行。”
        宋丽,樊奕辰,金利民,徐中民
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050103
        摘要：目前，上海同步辐射光源的水冷晶体基本上都是采用胶体粘结方式进行真空密封。在高能同步辐射环境下，胶体易发生失效而带来晶体剥离脱落的风险。为避免这一现象的发生，提出了利用机械夹持机构进行水冷晶体密封的方法。对因机械负载所引起的晶体子午方向的面形误差进行表面面形检测，结果均方根为3.55 μrad，可满足实验要求。通过摇摆曲线测试，机械密封结构水冷晶体的半高宽值（Full Width at Half Maximum，FWHM）为11.86″，与原粘结方式下水冷晶体的FWHM值12.24″相比，两者相差约为3%，结果基本一致。此外，还对该机械密封水冷晶体进行了耐水压与检漏等测试，结果表明晶体装配结构的密封性能良好。利用机械夹持进行密封的水冷晶体，既可满足上海同步辐射光源对水冷晶体的性能要求，又可有效避免晶体在工作中剥离脱落事件的发生，从而为光束线的稳定运行提供了必要的保障。  
        关键词：同步辐射;水冷晶体;密封设计;面形误差;摇摆曲线   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “中国散裂中子源加速器高能段采用先进Quadrupole-D磁铁，加工精度高，运行稳定，为加速器研究提供新方向。”
        李波,刘华昌,巩克云,陈强,王云,吴小磊,李阿红
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050201
        摘要：中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source， CSNS）漂移管直线加速器（Drift Tube Linac， DTL）高能段由9 m长的腔和27台Quadrupole-D型漂移管构成，负责把H-由60 MeV加速到80 MeV。漂移管Quadrupole-D磁铁采用国际先进的SAKAE结构，结构紧凑，孔径小，最大励磁电流396 A，漂移管外壳采用全无氧铜电子束焊接，加工和磁测精度要求高。按物理要求仿真设计了Quadrupole-D四极磁铁，给出了磁铁基本参数模拟数值。对磁铁进行霍尔测量，计算了Quadrupole-D磁铁的有效长度为71.8 mm，测量值偏差2.6%，积分场0.966 T，测量值偏差2.2%，中心位置横向磁场梯度测量值偏差0.4%，平整度优于0.003，满足物理要求。在漂移管机械加工过程中，利用自主研制的高精度旋转测量系统测量，27台Quadrupole-D磁铁的高次谐波均小于3.5×10-3，24台漂移管磁中心加工偏差达到小于0.03 mm，三台磁中心加工偏差在0.03~0.05 mm，满足要求。对一台磁铁进行额定电流运行测试，线圈表面温升约12 ℃，9 h运行稳定。  
        关键词：漂移管;四极磁铁;霍尔测量;旋转测量;积分场;高次谐波   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在核物理实验中，为解决传感器网络能量不均衡问题，提出了一种电源系统改造方案，可降低节点能耗78%，延长系统寿命5倍。”
        刘雪松,武杰
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050401
        摘要：在某核物理实验中的传感器网络数据采集系统中，由于采集节点能量消耗不均衡，系统能量利用不充分，不能满足长时间可靠采集数据的需求。为解决该问题，研究了较为普遍的无线传感器网络能量不均衡问题，提出了一种对无线传感器网络电源系统的改造方案。该方案在保留了传感器无线通信的基础上，通过在传感器节点之间增布电源线，实现了两方面的改善：首先，增加了节点之间的能量转移通道，解决了节点之间能量消耗不均衡的问题；其次，在能量均衡的基础上传感器节点可以按照能量最优方案进行通信，避免了传统无线传感器网络中因分簇通信而导致的能量浪费问题。仿真数据表明：与一般分簇协议相比，该方案可使节点平均能耗降低78%，使系统寿命延长约5倍。  
        关键词：无线传感器网络;能量均衡;电源线连接;能量最优通信路径   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高压充电电源领域，专家研制了基于平面绝缘芯变压器结构的电源，并验证了二极管功率损耗，为选择二极管提供原则。”
        黄毛毛,李瑞,李德明,魏居魁,武万锋,朱燕燕
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050402
        摘要：依据脉冲调制器高压电源的需要，研制基于平面绝缘芯变压器结构的高压充电电源。高压充电电源输出结构由多组输出线圈串联，所以电源输出整流二极管数量多，而二极管的功率损耗对电源密封输出结构的温升有直接的影响，所以分别对普通二极管、快恢复二极管和碳化硅肖特基二极管的工作特性进行仿真分析，分析了二极管的关断电流斜率和反向恢复峰值电流的关系，比较了三种二极管在电路中的功率损耗，并依此确定了应用于高压低电流电源上选择二极管的原则。选择C4D05120E（1200V9A）作为高压电源的整流二极管，设计了高压整流电路，并在实验中验证了二极管功率损耗，整体的功率损耗符合二极管功率特性的分析。  
        关键词：平面变压器;LLC谐振;碳化硅二极管;高压电源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核探测器前端电子学领域，新型低压差电压稳压器结构提升电源效率，负载瞬态恢复时间小于400纳秒，为北京谱议CGEM探测器和LHC第三代像素探测器提供电源供电。”
        柴军营,江晓山,张永杰,董永伟,石峰,李陆,成伟帅,冷重阳,王铮,吴伯冰
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050403
        摘要：根据核探测器前端电子学的特点，改进传统的低压差电压稳压器（Low Drop-Out regulator， LDO）结构，得到对外部电容容值和等效串联电阻（Equivalent Series Resistance， ESR）鲁棒的新型LDO，特别适合于核探测器的前端电子学领域。这一新型LDO结构对负载电容的鲁棒性比较强，而且电压净空低于200 mV，可以提升电源的效率。此外，这一结构电源的负载瞬态恢复时间比较小，小于400 ns，适用于模拟电路和模拟数字混合电路。本设计采用美国IBM公司的130 nm制程互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor， CMOS）工艺，为北京谱议（BESIII）的CGEM （Cylindrical Gas Electron Multipliers）探测器的前端电子学设计做电源供电；并为LHC（Large Hadron Collider）的第三代像素探测器的电源供电做技术储备。  
        关键词：低压差电源稳压器;前端电子学;专用集成电路   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在半导体材料领域，专家利用60Co源γ射线辐照4H-SiC肖特基二极管探测器，观察辐照对其电学特性及α粒子响应能量分辨率的影响。”
        韩冲,崔兴柱,梁晓华,梁红伟,夏晓川,杨存,叶鑫,唐吉龙,王登魁,魏志鹏
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050501
        摘要：碳化硅材料因其禁带宽度大、晶体原子离位能高等物理特性，被视为制作耐高温、抗辐射器件极具代表性的宽带隙半导体材料。为观察辐照对4H-SiC肖特基二极管带电粒子探测器的电学特性及对α粒子响应的能量分辨率的影响。利用60Co源的γ射线对4H-SiC肖特基二极管探测器进行辐照实验。经过总剂量为1 000 kGy的γ射线辐照后，探测器的正向电流相较于辐照前减小了三个数量级；反向电流值在0~120 V偏压下没有明显变化，当反向偏压高于120 V时，反向电流值变化明显。同时，辐照前后对α粒子的能量分辨率没有明显变化。  
        关键词：4H-SiC;肖特基二极管;γ射线;探测器;电学特性;能量分辨率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在中枢神经系统诊疗领域，核酸分子递送技术取得新进展，为开发高效安全载体提供新思路。”
        周海斌,李江,胡霁,王丽华
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050502
        摘要：近年来，基于核酸分子的探针与药物在针对中枢系统的诊疗应用中展现出强大的潜力。但是，复杂的中枢神经系统以及生理屏障使得核酸分子的递送成为一大难题。因此，开发更加高效而安全的中枢神经递送载体仍是一项迫切需求。本文综述了目前针对中枢神经系统的多种核酸递送方式，包括利用病毒载体、非病毒载体以及无载体递送等方法。这些方法在一定程度上提高了核酸药物递送的效率以及在机体内的稳定性，获得了较好的诊断与治疗效果。本文讨论了这些递送方式的优势和局限性，并对新型核酸递送载体的发展进行了展望。  
        关键词：病毒载体;非病毒载体;中枢神经系统;基因治疗   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核电安全领域，专家利用MELCOR2.2程序对安全壳内氢气点燃浓度限值进行敏感性分析，为消除可燃气体潜在威胁提供解决方案。”
        石兴伟,史强,马国强,宋维,贾斌,左嘉旭,刘福东
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050601
        摘要：严重事故工况下，堆芯燃料包壳和其他金属构件的蒸汽氧化以及熔融堆芯-混凝土相互作用是最重要的氢气释放源项。为避免安全壳内氢气爆燃和爆炸现象，有必要对氢气点火浓度的敏感性进行研究。研究使用最新版MELCOR2.2程序对大功率非能动压水堆安全壳进行系统建模，对安全壳内氢气点燃浓度限值进行了敏感性分析。分析结果表明：1）氢气可燃浓度限值设置越高，单次燃烧产生的压力峰值越明显，超过设定的可燃浓度限值，可能引起氢气爆燃和爆炸；2）氢气点燃一定程度上受其他不凝气体浓度影响，其中一氧化碳会加速氢气点燃，而二氧化碳和蒸汽的摩尔浓度增加则会稀释可燃气体。因此，氢气点燃受氢气点燃浓度限值影响较大，但安全壳内其他不凝气体组分的影响也不可忽略，应该及时做好安全壳内可燃气体的复合和稀释，有效消除可燃气体的潜在威胁。  
        关键词：MELCOR2.2;氢气;点燃浓度限值;严重事故;敏感性分析   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高温熔盐泵轴承研究领域，专家采用有限体积法分析了不同织构对轴承承载能力的影响，优化出最佳十字形织构，为设计提供理论指导。”
        陈俊,蒋鑫越,林良程,傅远
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050602
        摘要：高温熔盐泵是使用熔盐冷却剂热工回路的“心脏”，为回路中的熔盐强迫循环提供动力。目前熔盐堆使用的高温熔盐泵采用悬臂式结构，其较长的液下主轴需要采用滑动轴承支撑。在轴承表面加工出具有一定尺寸和规则排列的几何形状，是改善轴承表面摩擦学特性提高承载能力一种有效手段。本文采用有限体积法对高温熔盐泵轴承进行研究，以光滑轴承作为对比项，分析了长条织构、圆形织构、正方形织构和十字形织构对轴承承载能力的影响，通过优化织构的形状、密度、深度等参数，得到长度8 mm、宽度3 mm、深度20 μm的十字形织构，这种织构形式的轴承承压能力最好，可以为高温熔盐泵轴承设计提供有效的理论指导。  
        关键词：高温熔盐泵;滑动轴承;表面织构;熔盐堆   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在工程领域，研究了竖直矩形窄流道在过冷沸腾条件下的换热特性，为提高换热效率提供参考。”
        程宁,郭赟,彭常宏,张勇
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050603
        摘要：竖直矩形窄流道由于具有良好的换热效果和紧凑的结构而被广泛应用于工程领域。针对两个间隙分别为1.8 mm和2.8 mm的竖直矩形流道，以可视化的方法研究了过冷沸腾条件下进口温度、质量流速和流道高度对泡核沸腾起始点（Onset of Nucleate Boiling，ONB）的气泡成长和壁面过热度的影响。以去离子水作为工质，使用高速照相机拍摄气泡的成长过程并使用热电偶记录背板温度。发现两个流道中进口温度和质量流速对ONB点的气泡成长以及ONB点壁面过热度的影响一致；质量流速一定时，流道高度对ONB点的气泡成长无明显影响；流道高度对ONB点壁面过热度与面热流密度的关系无明显影响；ONB点壁面过热度与面热流密度的关系可以由文献中的经验关系式预测。  
        关键词：竖直矩形流道;可视化实验;泡核沸腾起始点;气泡成长;壁面过热度   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在聚变实验装置领域，专家利用EAST装置对金属材料进行活化实验，分析了放射性核素，为确保人员剂量安全提供解决方案。”
        韩良文,李凯,钟国强,肖敏,徐宇,胡立群
        2019, 42(5) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.050604
        摘要：聚变实验装置停机后辐射剂量主要来源于各种金属材料的活化，分析活化材料产生的放射性核素，获得材料活化的原因及规律有助于确保装置维护期间人员剂量安全。利用先进实验超导托卡马克（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）聚变实验装置对常用金属材料进行活化实验，结合总峰面积法、Wasson峰面积法和曲线拟合法对高纯锗γ谱仪所测能谱进行分析。结果表明：受照金属样品存在人工放射性核素，且这些核素的探测器计数率与样品辐照位置密切相关，通过比较发现Wasson峰面积法对弱峰峰面积具有较高的计算精度。若不考虑生物屏蔽墙的活化，EAST装置在当前运行参数条件下，停机后大厅内的辐射剂量主要由56Mn、99Mo、76As、64Cu、51Cr、58Co、59Fe、54Mn、60Co等放射性核素贡献。  
        关键词：托卡马克;材料活化;放射性核素   
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