最新刊期
      2020 年 第 43 卷 第 1 期

        同步辐射技术及应用

      • “在X射线间接成像领域，专家利用冗余信息重构点扩散函数，为提高图像质量提供新方案。”
        夏慧娟,吴衍青,张磊,孙元鹤,邰仁忠
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010101
        摘要：由于X射线间接成像系统的点扩散函数难以通过实验精确测量，理论构建过程复杂，难以满足实际情况，导致图像质量不高。为了获得X射线间接成像系统的点扩散函数，提出了一种利用冗余信息重构点扩散函数的方法，从而在非相干光照下获得更精确的系统点扩散函数。根据同步辐射成像实验的结果比较，该方法比其他点扩散函数测量方法更能准确地恢复图像。该方法的核心是利用非相干光信息分布的非定域性重建了点扩散函数中央区域。冗余信息法重构的点扩散函数不仅能够精确恢复图像，而且构建过程相对简单，避免了大量复杂的计算。  
        关键词：X射线;闪烁体成像;信息冗余;点扩散函数   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “华中科技大学研发的质子治疗装置Kicker磁铁测磁系统，通过电磁感应法测量磁场均匀度和动态特性，满足设计指标。”
        李冠群,韩文杰,秦斌,刘旭,陈曲珊
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010201
        摘要：华中科技大学在研的质子治疗装置（Huazhong University of Science and Technology Proton Therapy Facility, HUST-PTF）中，一套位于降能器上游的Kicker磁铁被用于点扫描过程及治疗安全的快速束流开启/关断。为测量该Kicker磁铁的积分场均匀度及磁场动态特性，设计并研制了一套基于电磁感应法的 Kicker磁铁测磁系统。测磁系统分别采用长线圈和印制电路板（Printed Circuit Boards, PCB）线圈两种方法获取感应电压，通过模拟/数字积分器对感应电压进行积分处理。经过实验对比，采用几何精度更高的PCB线圈和受零漂影响较小的模拟积分器作为最终方案进行测试；磁场上升/下降时间小于100 μs，积分场大于0.025 2 T·m，均匀度好于1%，均匀度最大标准差0.006%，测磁系统整体误差小于0.1%，表明Kicker磁铁及其测磁系统均满足设计指标。  
        关键词：Kicker磁铁;积分场均匀度;动态特性;RC积分器;PCB线圈   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在医用直线加速器模拟领域，专家利用蒙特卡罗软件包，针对不同型号加速器，模拟计算入射电子打靶能量对剂量分布的影响，为快速确定打靶能量提供方法。”
        韩俊杰,庄永东,刘小伟
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010202
        摘要：寻找一种医用直线加速器模拟时入射电子打靶能量的快速确定方法，从而节省调试所需的时间。利用蒙特卡罗软件包EGSnrc/BEAMnrc针对Varian 600C、Trilogy和Edge无均整模式FFF (Flattening Filter Free)，标称能量均为6 MV的情况，模拟计算射野分别为3 cm×3 cm、10 cm×10 cm、40 cm×40 cm时，不同能量的入射电子打靶产生的X射线在水体模中的剂量分布；通过分析模拟所得到的结果，寻找确定入射电子打靶能量的方法。当入射电子打靶能量在5.5~6.5 MeV范围内时，不同射野的百分深度剂量(Percentage Depth Dose，PDD)对入射电子打靶能量“不敏感”；3 cm×3 cm和10 cm×10 cm的离轴比(Off Axis Ratio，OAR)对入射电子打靶能量“不敏感”；40 cm×40 cm的OAR对入射电子打靶能量十分“敏感”，具体表现为：在离轴距离为14.5~19 cm这一区间内水下5 cm处的OAR平均值，随着打靶能量的上升而下降，即每提高0.1 MeV， Varian 600C、 Trilogy、Edge FFF分别下降0.82%、0.98%、0.47%。通过对在离轴距离为14.5~19 cm这一区间内水下5 cm处的OAR平均值和入射电子打靶能量进行拟合，由拟合结果和OAR测量值反推模拟所需的入射电子打靶能量，利用反推的打靶能量作为输入，模拟产生的X射线在水体模中的PDD、OAR，与测量值相比，差异均在1%之内。  
        关键词：医用直线加速器;入射电子打靶能量;Varian 600C trilogy edge;蒙特卡罗模拟   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在MeV能区γ射线天文研究领域，科学家设计了一种新型双端读出γ射线探测器，采用SiPM匹配CsI(Tl)晶体，能量分辨率达5.9%，位置分辨率约5.7mm，为下一代康普顿望远镜提供关键技术支撑。”
        刘伍丰,刘相满,唐述文,孙志宇,余玉洪,王伟,陈若富,方芳,陈俊岭,闫铎,张永杰,王世陶,章学恒,岳珂,陆建伟,周冰倩,赵亦轩
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010203
        摘要：MeV能区的γ射线天文研究远落后于其它能区，导致该能区的天文物理信息至今还没被充分挖掘，因此，研制下一代高灵敏度的康普顿望远镜对于开展MeV能区的γ射线天文研究具有重要的科学意义。量能器作为康普顿望远镜的重要组成部分，应具有高能量分辨率和高位置分辨率，为此，设计了一种双端读出的γ射线探测器作为量能器的基本探测单元，并对其进行细致的研究。结果表明：通过双端读出信号幅值，可以确定γ射线的总能量以及在晶体中的相互作用位置，采用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）匹配铊激活碘化铯（CsI(Tl)）晶体时，探测单元获得比采用光电二极管(Photodiode,PD)和雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)都更好的性能，对662 keV γ射线的能量分辨率可达5.9%（Full Width at Half Maxima,FWHM），位置分辨率约为5.7 mm (FWHM)。该探测单元能够很好地满足下一代康普顿望远镜对量能器的性能要求。  
        关键词：量能器;双端读出;碘化铯晶体;能量分辨率;位置分辨率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “纳米Al2O3/ZrO2复合陶瓷在高温稳定性和化学稳定性方面表现出色，专家通过XRD、TEM等技术深入研究了其微结构及缺陷，为纳米陶瓷材料发展提供新思路。”
        徐雪慧,石见见,赵文增,郭雪莲,王柱,吴奕初
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010204
        摘要：纳米Al2O3/ZrO2复合陶瓷具有优良的力学性能，良好的高温稳定性和化学稳定性, 并具有良好的抗辐照效应，是目前极具潜力的一种纳米陶瓷材料。采用正电子寿命谱分析同时配合着X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)和透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）对纳米Al2O3、ZrO2和Al2O3/ZrO2复合陶瓷在不同退火温度下（室温-1 000 ℃）的微结构及缺陷进行了研究。XRD研究表明：Al2O3、ZrO2和 Al2O3/ZrO2纳米复合陶瓷三种样品退火温度低于500 ℃时，晶粒尺寸保持不变；随着退火温度的增加，Al2O3晶粒尺寸变化不大，ZrO2和Al2O3/ZrO2有所增加，但由于Al2O3的抑制，Al2O3/ZrO2的晶粒生长更缓慢。正电子寿命分析表明：样品内主要缺陷是空位、空位团和微孔洞，缺陷主要集中在晶界处。对比ZrO2纳米陶瓷内缺陷，Al2O3和Al2O3/ZrO2纳米复合陶瓷内空位团或微孔洞缺陷尺寸更大，而相对数量更少。退火温度低于500 ℃时，三种样品内平均缺陷密度基本不变，高于500 ℃时由于晶粒生长，缺陷开始恢复，ZrO2变化更明显，而Al2O3/ZrO2由于相互抑制对方的晶粒生长，稳定性更高，这与XRD结果一致。纳米Al2O3的TEM图显示出晶粒大小基本不随退火温度变化发生改变，而纳米Al2O3/ZrO2 只有在退火温度高于500 ℃时，晶粒开始慢慢长大，并且发生了团聚，非常直观地证实了XRD和正电子的实验结果。  
        关键词：正电子湮没;微结构;缺陷;退火;纳米陶瓷   
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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

      • “在环境治理领域，研究人员通过H2O2活化活性炭，制备出高效吸附材料15%-AC，显著提升了对U(Ⅵ)的吸附性能。”
        魏青峰,石艳明,李同同,庹先国,王彦惠
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010301
        摘要：利用H2O2对活性炭进行活化，得到了良好的吸附材料（15%-AC），用傅立叶红外(Fourier Transform Infrared spectroscopy, FT-IR)、热重分析(Thermogravimetric Analysis, TGA)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)和Brunauer-Emmett-Teller (BET)孔径分析等方法测定了活化前后样品。结果表明：经过H2O2活化后的活性炭，表面氧化基团增加，形成更多吸附位点，比表面积小幅度减少，但介孔量增加，孔隙率上升。采用静态吸附实验研究了接触时间、pH、固液比、初始浓度、温度、共存阴阳离子等因素对吸附的影响。在最佳条件下（接触时间、pH、固液比、初始浓度、温度分别为90 min、5、8 g·L-1、80 mg·L-1、35°C），吸附性能增加了68%；准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型对吸附行为的拟合效果好，表现为表面均匀且为多基元的吸附行为；15%-AC在共存离子和循环吸附的影响下仍具有良好的吸附性能。实验证明：H2O2的活化过程可以有效地提高活性炭对U(Ⅵ)的吸附性能。  
        关键词：活性炭;H2O2;活化;吸附;U(VI)   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在放射性监测领域，专家利用点源模拟法提高测量下限，为核电单位测量提供新方案。”
        张文利,屈国普,赵越,汪伦,叶芝甫,曾德凯
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010501
        摘要：提出了一种利用符合技术降低本底来提高放射性监测仪器测量下限的方法。当放射源项寿命短且具有级联关系时，存在标准体源难以制备和本底计数过高的问题，针对这两个问题，探讨了一种基于点源模拟法的体源全能峰测量实验方法，该方法使用22Na来代替标准13N源项，测量了直径为290 mm、300 mm、350 mm、400 mm的体源全能峰符合探测效率，并用Geant4软件进行了符合效率模拟计算。结果对比发现，在9.2%的误差范围内，实验测量与模拟计算的结果保持一致，表明用该方法测量符合效率具有可行性、可信性，可应用于核电单位测量符合效率。  
        关键词：点源模拟法;短寿命源项;全能峰;符合效率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “CMOS图像传感器在空间应用中受粒子辐照影响，专家综述了其单粒子效应研究进展，为相关研究提供理论参考。”
        蔡毓龙,李豫东,文林,郭旗
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010502
        摘要：互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)在空间应用时会受到单个粒子辐照影响，这通常会导致CIS采集图像出现异常，严重时会导致器件功能失效。本文从不同粒子的角度：重离子、质子、电子和中子，从CIS容易发生的单粒子效应类型：单粒子瞬态(Single Event Transient，SET)、单粒子翻转(Single Event Upset，SEU)、单粒子闩锁(Single Event Latchup，SEL)、单粒子功能中断(Single Event Functional Interrupt，SEFI)等方面综述了CIS单粒子效应研究进展。简要介绍了CIS单粒子效应加固技术研究进展。分析总结了目前CIS单粒子效应及加固技术中亟待解决的问题，为今后深入开展相关研究提供理论参考。  
        关键词：CMOS图像传感器;单粒子效应;抗辐射加固技术;空间辐射   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在探测技术领域，专家建立了随钻方位γ能谱测井仪探测特性研究体系，为仪器结构优选设计及资料解释提供解决方案。”
        董夺,吴文圣,岳文正,郑健,高辉,黄禄刚,段军亚
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010503
        摘要：研究仪器探测特性对于前期的仪器结构优选设计及后期的资料解释都有重要意义。首先确定随钻方位γ能谱测井仪的仪器结构，建立相应的MCNP模型，然后仿照感应测井中的几何因子，模拟仪器的径向、纵向、方位积分几何因子；最后模拟研究井眼尺寸、泥浆密度、地层密度、天然放射性物质类型对仪器探测特性的影响。模拟计算结果表明：井眼尺寸、地层密度、天然放射性物质类型对探测特性影响较大，而泥浆密度基本无影响。  
        关键词：随钻方位γ能谱测井;几何因子;数值模拟   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “中国聚变工程实验堆增殖包层采用多模块设计，通过增加低场侧极向分块数目，可有效降低等离子体大破裂工况产生的电磁力和力矩，提高结构稳定性。”
        裴坤,鲁明宣
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010601
        摘要：中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor, CFETR)的增殖包层采用多模块的设计方案，即在环向和极向上由多个包层模块组成。当发生等离子体大破裂或垂直位移事件等电磁工况时，增殖包层上感应产生的巨大电磁载荷将共同作用于背板结构上，严重影响增殖系统的结构稳定性。为了研究增殖包层极向分块对背板电磁载荷分布的影响，使用通用有限元软件ANSYS，实现了一个具有36 ms指数电流猝灭的等离子大破裂工况模拟。首先系统评估了采用U型套管方式的氦冷陶瓷增殖（Helium Cooled Ceramic Breeder, HCCB）包层模块上的电磁力和力矩分布。然后详细比较不同极向分块形式对包层扇段电磁载荷分布的影响。研究结果表明：当高场侧包层模块位置和数目不变时，通过增加低场侧包层的极向分块数目，等离子体大破裂工况在低场侧包层上产生的电磁力和力矩均有所减少。对于高场侧包层，当低场侧包层极向分块增加时，径向方向的电磁力有稍微的增加，其他两个方向变化不明显。此外，随着极向分块数目的增加，高/低场侧包层扇段包层的总电磁力均表现出下降的趋势。  
        关键词：中国聚变工程实验堆;HCCB包层;等离子体大破裂;电磁力和力矩   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在反应堆结构动力学领域，研究者基于势流体声学有限元理论，采用ADINA软件和共节点网格技术，对HDR实验堆失水事故进行数值模拟，提供了一种简单高效的分析方法。”
        赵燮霖,马英超,叶献辉,姜乃斌,周进雄
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010602
        摘要：失水事故引起的反应堆堆内结构动响应是反应堆结构动力学的重要问题。现有的分析计算方法主要是基于计算流体动力学（Computation Fluid Dynamics，CFD）的单向/双向流固耦合分析方法，数值预测精度较高但计算成本过高。本文基于以流体和固体位移和流体压力为基本未知量的势流体声学有限元理论,采用商用有限元软件ADINA和流固界面共节点网格技术，对德国HDR（Heiss Dampf Reaktor）实验堆V32破口失水事故进行了数值模拟。声学有限元-结构耦合计算结果与文献中的实验测试结果和基于CFD的双向流固耦合结果吻合良好，但比CFD方法更易于实现且具有较高的计算效率。研究结果为反应堆失水事故下堆内结构动响应提供了一种简单而高效的分析方法。  
        关键词：失水事故;反应堆堆内结构;动响应;流固耦合;声学有限元   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电技术领域，专家采用三维数值模拟研究了稳压器波动管中气液相向流动限制现象，为提高反应堆安全性提供解决方案。”
        赵柏阳,李冬,杨已颢,张永祺
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010603
        摘要：现阶段采用的第三代核电技术广泛引入非能动自动卸压系统，提高了反应堆的安全性，但是破口事故后可能引发的气液相向流动限制现象(Counter-Current Flow Limitation，CCFL)会增加稳压器波动管自身的安全风险，因此对稳压器波动管中CCFL现象的研究非常重要。本文采用自由表面模型结合修正的AIAD(Algebraic Interfacial Area Density）模型对稳压器波动管CCFL现象进行了三维数值模拟。通过与之对应的实验现象比较，结果分析表明：所使用的模型可以正确模拟该现象下汽液两相的相间作用；并通过对气相流速和倾斜角的敏感性分析，可以得到如下结论阻塞的推进主要受初始气相流速和稳压器波动管倾斜角的影响，在靠近管道起始点的位置主要受初始气相流速影响，远离管道起始点的位置主要受倾斜角的影响。  
        关键词：气液相向流动限制现象;稳压器波动管;修正的AIAD模型   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，研究人员基于2500MW氯盐快堆，分析了Th-U与U-Pu循环的性能，发现U-Pu循环增殖性能优于Th-U循环，但Th-U循环安全性能更好。”
        何燎原,夏少鹏,严睿,邹杨,刘桂民
        2020, 43(1) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.010604
        摘要：相比于氟盐快堆，氯盐快堆重金属溶解度更大、中子能谱更硬、增殖性能更好，是实现闭式燃料循环的理想堆型。为了分析对比氯盐快堆的Th-U与U-Pu循环的性能，基于2 500 MW的氯盐快堆，采用熔盐堆过渡态计算程序TMCBurnup与平衡态搜索程序MESA，从核素的演化、增殖性能、安全性能、放射性水平等方面分析了采用低富集铀(Low Enriched Uranium,LEU)启堆在两种不同过渡模式下的Th-U与U-Pu循环的过渡态及平衡态的性能。结果表明：U-Pu循环对应的增殖性能要好于Th-U循环，边增殖边燃烧(Breeding and Burning，B&B)模式下两者平衡增殖比分别为1.56与1.24，相应的倍增时间为13.5 a与16.5 a。预增殖过渡(Pre-Breeding and Burning，PB&B)模式下增殖比分别为1.58与1.08，倍增时间为12.8 a与13 a。而Th-U循环则具有更好的安全性能，更低的超铀核素(Transuranics，TRU)积累量及更小的放射毒性。  
        关键词：氯盐快堆;燃料循环;增殖比;过渡模式   
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        发布时间：2024-10-25
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