最新刊期
      2019 年 第 42 卷 第 7 期

        同步辐射技术及应用

      • 铈掺杂诱导U3O8晶型变化 封面论文 AI导读

        “在核反应领域，科学家们通过共沉淀法制备了铈掺杂的U3O8混合氧化物样品，利用XRD和XAFS技术研究了其局域结构，为理解乏燃料性状提供新见解。”
        曹罕杰,鲍洪亮,于海生,黄宇营,王建强
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070101
        摘要：铈是核反应的重要裂变元素，其氧化物CeO2容易与UO2燃料形成U1-xCexO2固溶体。铀铈固溶体会因为U4+发生氧化而生成（U1-xCex）3O8-δ混合氧化物。Ce在U3O8中的存在会改变U3O8母体的局域结构，影响着（U1-xCex）3O8-δ产物的物理化学性质。研究铀铈混合氧化物的局域结构，可以帮助理解处于苛刻环境中乏燃料的性状。使用共沉淀方法制备了铈掺杂的U3O8混合氧化物样品，即（U1-yCey）3O8-δ（y= 0，0.05，0.20），利用粉末X射线衍射（X-ray Diffraction， XRD）获取其物相信息，借助同步辐射X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Structure， XAFS）技术来获取（U1-yCey）3O8-δ中铀和铈的局域结构。结果表明：与掺杂前的U3O8具有C2mm空间群不同，掺入Ce后的（U1-yCey）3O8-δ转变成了与U3O8的P62¯m空间群一样的晶型，Ce的存在还导致铀的平均价态升高，层内最近邻Ce-U（Ce）的原子距离减小。  
        关键词：同步辐射X射线精细结构;铈掺杂;铀氧化物;局域结构   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在材料科学领域，研究者利用慢正电子技术，探究了低活化铁素体/马氏体钢在H+辐照下的损伤机理。研究发现，随着辐照剂量的增加，材料中空位型缺陷浓度上升，且缺陷尺寸增大。”
        张梓晗,宋力刚,靳硕学,曹兴忠,孙建荣,洪志远,李小燕,李锦钰,燕青芝,王宝义
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070201
        摘要：为研究低活化铁素体/马氏体（Reduced Activation Ferritic/Martensitic， RAFM）钢的辐照损伤机理，利用慢正电子技术研究了H+ 辐照RAFM钢时所产生的空位型缺陷及其对于材料微观结构的影响。H+能量和剂量分别为100 keV和1×1015 cm-2、1×1016 cm-2、1×1017cm-2。慢正电子束多普勒展宽测量结果可得，S参数随着剂量的增大而增大，W参数呈现正相反的趋势。样品中主要辐照区域为142~348 nm，此范围内有大量缺陷产生，辐照产生的主要为空位型缺陷，其中多为氢-空位复合体缺陷，辐照缺陷的浓度随着H+剂量的增大而增加。空位型缺陷的尺寸大小也随着辐照剂量的增大而有所变化，辐照剂量达到1017 cm-2时，S-W曲线斜率发生变化，故辐照缺陷类型发生明显变化，有较大尺寸的缺陷产生。  
        关键词：RAFM钢;H+ 辐照;慢正电子束技术;空位型缺陷   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在全面禁止核试验条约放射性核素检测领域，专家提出了基于判断限的γ峰筛选方法，结合二阶导数寻峰法，显著提高了HPGe γ能谱中弱γ峰的准确检出率。”
        张新军,王世联,贾怀茂,李奇,石建芳,樊元庆,赵允刚
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070202
        摘要：天然放射性核素是全面禁止核试验条约（Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty，CTBT）放射性核素台站气溶胶样品的主要放射性成分，CTBT相关放射性核素的弱γ峰处于这些天然放射性核素形成的复杂高本底基线上。针对高环境本底基线上弱γ峰检测难题，提出了一种基于判断限的γ峰筛选方法，结合二阶导数寻峰法，显著提高了HPGe γ能谱中弱γ峰的准确检出率。使用IMS核素台站获取的HPGe γ能谱对该峰筛选方法进行测试，结果显示：峰识别率为97.4%，峰误识别率仅为10.4%。  
        关键词：全面禁止核试验条约;γ峰;判断限;筛选方法   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在CMOS器件抗辐射领域，专家采用蒙特卡罗方法分析了器件吸收剂量与标称辐照剂量的差异，评估了次级电子不平衡对器件敏感区吸收剂量和电离总剂量效应的影响程度，为提高器件抗辐射水平提供解决方案。”
        汪元坤,王倩,王涛,刘静
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070203
        摘要：选择双列直插塑料封装的CMOS （Complementary Metal Oxide Semiconductor）器件CC4069六反相器作为研究对象，采用蒙特卡罗方法分析了器件吸收剂量与标称辐照剂量的差异，结合电离总剂量效应敏感参数阈电压的测量，分析评估了不满足次级电子平衡条件对器件敏感区吸收剂量和电离总剂量效应的影响程度，分析比较了标称辐照剂量和修正吸收剂量的PMOS（Positive channel Metal Oxide Semiconductor)和NMOS（Negative channel Metal Oxide Semiconductor)不同偏置下的阈电压漂移变化规律。结果表明：器件敏感层中的吸收剂量只有标称辐照剂量的83.52%。次级电子不平衡下的辐照试验会影响器件的抗辐射水平考核，器件的抗辐射水平被高估了16.5%。  
        关键词：电离总剂量效应;次级电子平衡;吸收剂量;蒙特卡罗方法   
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        发布时间：2024-10-25

        核化学、放射化学、放射性药物和核医学

      • “最新研究利用阳离子交换技术，成功去除废水中的银胶体，为生态环境保护提供新方案。”
        顾恩熙,付凌霄,王焕
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070301
        摘要：废水中的Ag胶体对生态环境造成了危害，但很少有将其从水中去除的研究。本研究基于Fe3+与树脂D001以静电吸引为驱动的阳离子交换技术，制备负载Fe3+的改性氧化性树脂样品，X射线荧光光谱分析（X-ray Fluorescence， XRF）测试表明D001型树脂中Na+离子被Fe3+完全取代。利用该改性树脂对Ag胶体进行静态吸附试验研究，结果表明：在中性条件下，6.67 mg∙mL-1改性树脂对20×10-6 Ag胶体去除率可达92.5%，吸附过程在6 h后达到动态平衡，且该吸附过程符合Langmuir等温吸附模型以及准二级动力学方程。X射线光电子能谱分析（X-ray Photoelectron Spectroscopy， XPS）分析证明吸附过程是氧化还原反应和离子交换的协同作用，先是改性树脂将Ag胶体氧化成Ag+，同时Fe3+被还原为Fe2+，接着通过离子交换将Ag+吸附，最终实现水溶液中Ag胶体的去除。  
        关键词：Ag胶体;氧化吸附;负载Fe3+;改性树脂   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在中子散射等领域，PTI-204型稻草管探测器展现出巨大潜力，其γ射线甄别率可达约10-8，热中子探测效率约为20%。”
        曾军,向清沛,张迎增,迮仁德,向永春,郝樊华
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070401
        摘要：涂硼稻草管是一种新型的3He替代探测器，能广泛满足中子散衍射、军控核查、无损检测等领域的大面积低能中子测量需求。本文系统研究了PTI-204型稻草管探测器甄别阈对中子和γ计数的影响，优选出最佳甄别阈值。并在此基础上，利用实验室放射源测量了γ射线甄别率和热中子探测效率。结果表明：PTI-204的γ射线的甄别率可达约10-8，热中子的探测效率约为20%，是一种极具潜力的3He替代探测器。  
        关键词：涂硼稻草管;中子探测效率;γ射线甄别   
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        发布时间：2024-10-25
      • “核脉冲信号滤波成形电路研究取得新进展，专家推导了基于数字极零相消、数字Sallen-Key的成形递推函数，分析了滤波性能和幅频响应特性，为核脉冲信号极零相消、滤波成形参数的最优化选取提供解决方案。”
        张怀强,颜苗苗,刘进洋
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070402
        摘要：核脉冲信号的滤波成形电路用于改变脉冲形状、提高核谱仪器系统的信噪比，从而获取更佳的性能指标。从极零相消电路与Sallen-Key电路的工作原理出发，推导了基于数字极零相消、数字Sallen-Key在时域中的成形递推函数，分别获取其在Z域中的传输函数，在频域中对其滤波性能、幅频响应特性进行了分析。对仿真核信号，采用数字极零相消、数字高斯成形递推函数模型，实现不同参数下的极零相消与高斯成形处理。对Si-PIN探测器测量55Fe和NaI探测器测量137Cs的核脉冲信号，实现了数字极零相消、不同参数下的数字高斯成形处理，从时域与频域两个方面对结果进行了分析，研究成果可应用于核脉冲信号极零相消、滤波成形参数的最优化选取。  
        关键词：核脉冲信号;数字Sallen-Key;数字极零相消;幅频响应   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能物理探测领域，研究人员建立了基于μ子径迹直线拟合模型的迭代芯片位置校正算法，为解决硅像素芯片拼接误差问题提供解决方案。”
        王宏凯,徐翀,赵传奇,左嘉旭,韩静茹
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070403
        摘要：硅像素互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）芯片因具有微米级的位置分辨能力和极高的探测效率等特点，对于径迹精确重建具有举足轻重的作用。通过大面积拼接，能够将硅像素芯片用于μ子成像，但芯片拼接产生的机械误差，以及各层之间的相对位置误差，对μ子重建过程中的位置精度具有明显影响。本文利用μ子通过探测层时产生的观测点，建立了基于μ子径迹直线拟合模型的迭代芯片位置校正算法。通过在GEANT4程序中构建μ子成像探测原型装置，其中包含8个物理探测层，每层拼接了4块硅像素芯片，并添加芯片在x、y方向与旋转角θ三个自由度上的偏移量，模拟了真实情况下的机械误差对重建位置精度的影响。结果显示：该算法可用于芯片真实位置的高精度修正，使芯片位置修正精度小于5 μm。  
        关键词：硅像素芯片;位置分辨;径迹重建;位置校正   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “据最新研究，秦山核电基地大气中氚化水、氢、甲烷浓度呈季节性变化，随距离增加而降低。”
        徐庆松,秦来来,夏正海,戴中钦,刘卫,潘太军
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070601
        摘要：氚对环境和生命体的危害不仅与氚活度相关，而且与氚的化学形态有关，秦山核电基地作为中国最大的产氚地之一，本文对不同年份、不同季节秦山基地周围不同形态氚进行监测和测量分析，实验结果表明：秦山核电基地大气中存在三种形态的氚，氚化水（Tritiated water，HTO）平均浓度为78.24~8 324.16 mBq∙m-3；氚化氢（Tritiated hydrogen，HT）和氚化甲烷（Tritiated methane，CH3T）浓度范围分别为15.35~2 763.12 mBq∙m-3和5.68~163.96 mBq∙m-3；大气中HTO浓度随着核电基地的运行逐年增加，随与重水堆距离的增加逐渐减小；HTO、HT浓度呈现明显的夏季高、冬季低的季节性分布特征；CH3T则没有较为明显的季节性分布规律。  
        关键词：氚化水;氚化氢;氚化甲烷;浓度;秦山核电基地   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在第四代核能系统领域，专家对373 MW熔盐堆非能动余热排出系统进行了优化设计研究，提出了初步设计方案，并基于FLUENT仿真结果对核心部件换热元件进行了分析优化。”
        黄婉珏,徐博,周翀,邹杨,徐洪杰
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070602
        摘要：熔盐堆是第四代先进核能系统的候选堆型之一，具有经济性好、安全性高以及燃料循环灵活等诸多优点。排盐罐非能动余热排出系统是熔盐堆非能动安全系统的重要组成部分。本文针对373 MW熔盐堆的非能动余热排出系统进行优化设计研究。通过对比MATLAB程序和CFD分析软件FLUENT对美国橡树岭国家实验室设计的熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment， MSRE）模型的计算结果，完成了二者作为熔盐堆排盐罐非能动余热排出系统设计与分析软件的论证。针对373 MW熔盐堆的排盐罐非能动余热排出系统提出了初步设计方案，并基于FLUENT仿真结果针对核心部件换热元件进行了一系列分析优化。分析结果表明：在保证换热元件壁面最高温度不超过977.4 K最高设计温度的前提下，换热元件采用正方形排布，间距值取95.0 mm可以实现经济最大化；减小气隙层对传热强化作用有限，因此气隙层宽度仍采用4.3 mm。  
        关键词：熔盐堆;排盐罐;非能动余热排出系统;换热元件;气隙层   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐堆领域，专家针对2 MW液态燃料钍基熔盐堆提出多种停堆方式，为熔盐堆停堆方式提供技术储备和理论参考。”
        于世和,刘亚芬,杨璞,冀锐敏,朱贵凤,周波,康旭忠,严睿,邹杨,兰兵
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070603
        摘要：反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。熔盐堆采用熔融的氟化盐混合物作为燃料，由于核燃料的特殊性，熔盐堆在反应堆设计方面与传统固体燃料反应堆有着较大区别。本文鉴于熔盐堆的特殊性，针对2 MW液态燃料钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel， TMSR-LF1），提出多种停堆方式，包括排燃料盐、套管中注中子毒物、改变燃料盐成分、改变堆芯石墨栅元数，并进行了计算分析。分析结果表明：往套管中注入中子毒物是在控制棒失效的情况下很好的替换停堆方式；燃料盐成分可调，是熔盐堆本身具有的特点，因此往燃料盐中添加BF3、LiF-BeF2-ZrF4、LiF-ThF4，是调节堆芯反应性很好的方式；改变石墨栅元数也可以使反应堆停堆。本研究分析可以为熔盐堆停堆方式提供技术储备和理论参考。  
        关键词：熔盐堆;钍基熔盐堆;停堆方式;反应性   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在镍基合金压力容器焊接部位裂纹安全评估领域，专家采用失效评估图方法，考虑焊接残余应力影响，为含缺陷压力容器失效应力计算提供参考。”
        吕刘帅,张小春,苏博,黎超文,王纳秀
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070604
        摘要：根据英国结构完整性评估标准BS7910（2013），考虑焊接残余应力影响，采用失效评估图（Failure Assessment Diagram， FAD）方法对镍基合金压力容器焊接部位内表面裂纹进行安全评估。首先采用有限元分析（Finite Element Analysis， FEA）方法，对压力容器V型、X型坡口环焊缝多层多道对接焊进行数值模拟，获取焊接残余应力分布，并将V型坡口对接焊焊接残余应力曲线与BS7910（2013）标准残余应力分布进行了对比；其次，对BS7910（2013）1级-FAC曲线进行公式化简，在焊接位置考虑残余应力、应力集中、塑性失效因子三因素的影响，对轴向内部半椭圆裂纹进行了失效应力预测。结果表明：残余应力的分布直接影响计算结果，残余拉应力越大，相应失效应力越小；残余应力值和裂纹深度a保持不变，失效应力计算结果随c/a（c为裂纹半长）增大而减小；当c/a比值不变，失效应力值随着a增大而减小。本文焊接残余应力模拟即及失效应力预测方法为以后含缺陷压力容器及管道失效应力计算（寿命预测）提供一定的参考。  
        关键词：环形对接焊;焊接数值模拟;残余应力;BS7910;FAD;失效应力   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐堆热工水力学领域，专家利用Fluent软件对TMSR-LF堆芯流场进行数值模拟，提出了分步式改进方案，有效优化了流量分布，为工程优化设计提供参考。”
        李青远,徐博,周翀,邹杨,徐洪杰
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070605
        摘要：流量分配设计是熔盐堆热工水力学研究的重点内容之一，流量分布直接决定了堆芯局部热点值和位置，制约着反应堆运行的安全性可靠性。以热功率373 MW钍基熔盐堆液态燃料（Thorium Based Molten Salt Reactor - Liquid Fuel， TMSR-LF）为研究对象，使用计算流体力学通用程序Fluent 15.0对堆芯流场进行了数值模拟。基于相应热工水力参数的分析结果，对原堆上下腔室的结构提出了若干分步式改进方案：下腔室设置折流板、增加上腔室高度、调整下腔室流量支撑板的孔径。优化结果表明：下腔室设置圆柱折流板能有效解决由局部涡流遮蔽部分通道引起的质量流量不均匀的问题；增加上腔室高度可以平衡径向方向内外侧通道出入口的压降，改善流量的均匀性；减小流量较高的内侧通道对应的金属支撑板孔道的半径可有效降低该处流量，使总体分布趋势更加平缓。最终确定的优化方案为在下腔室中央位置设置半径240 cm圆柱型折流板，半椭球型上腔室高度调整至45 cm，下腔室流量支撑板2~3排孔径由2.3 cm减至2.1 cm，4~5排由2.3 cm减至2.2 cm。以上结果对TMSR-LF2堆芯上下腔室的工程优化设计具有重要的参考价值。  
        关键词：液态熔盐堆;堆芯流量分配;结构优化;计算流体力学   
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        发布时间：2024-10-25
      • “中国聚变工程实验堆负离子源中性束系统验证样机辐射屏蔽研究，为确保工作人员辐射安全提供解决方案。”
        李梦婷,胡纯栋,谢亚红,陈玉庆,吴斌
        2019, 42(7) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.070606
        摘要：中国聚变工程实验堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）负离子源中性束系统（Negative ion based Neutral Beam Injection system，NNBI）验证样机拟引出负氢离子束。离子束在产生和传输过程中，束粒子与样机结构材料固体靶相互碰撞，将产生韧致辐射（X射线），当CFETR NNBI验证样机运行在设计的参数下（束能量为200 keV，流强20 A），距离离子源真空壁（真空壁厚2 cm）1 m处的壁外剂量率高于一般工作人员辐射剂量率限值（10 μSv∙h-1）。为了降低辐射剂量率，确保工作人员辐射安全，本文通过对样机进行辐射屏蔽理论计算与模拟研究，提出了将样机下沉加铅板的屏蔽设计方案，并开展了辐射模拟分析。结果表明：该方案满足CFETR NNBI验证样机运行的辐射安全要求。  
        关键词：CFETR中性束系统;辐射剂量;辐射屏蔽   
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