最新刊期
      2020 年 第 43 卷 第 10 期

        同步辐射技术及应用

      • “在高能同步辐射光源领域，专家通过模拟分析，建立了Nd2Fe14B磁阵列辐照剂量和退磁的关系，为解决退磁问题提供解决方案。”
        刘平成,刘琼瑶,马忠剑,张会杰,阎明洋,王庆斌
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100101
        摘要：Nd2Fe14B永磁体是高能同步辐射光源插入件的核心构件，永磁体在高能电子加速器的混合辐射场中可能产生退磁的现象是高能同步辐射光源的一个重要问题。本文采用蒙特卡罗软件FLUKA模拟分析了Spring-8的电子直射Nd2Fe14B磁阵列的辐照损伤实验，建立了Nd2Fe14B磁阵列辐照剂量和退磁的关系。使用高能同步辐射光源（High Energy Photon Source， HEPS）波荡器插入件模型和恒流注入模式束流损失参数，计算了各个磁极受到的吸收剂量分布，分析了HEPS光束线站波荡器插入件的退磁情况。计算结果表明：插入件永磁体的退磁现象在入口处比较严重；插入件受到辐照剂量和束流损失的方式有很大关系，在52.5 nC电子直射损失在插入件入口、25.5 nC电子均匀损失在极板间隙的情况下，受辐照最严重的磁极运行2.1 a的辐照退磁可以达到5%，如果直射损失部分电子的比例变小，插入件的寿命会有一定程度的提高；在插入件入口处放置一定厚度的屏蔽材料或者增大极板间隙，能有效降低插入件内的吸收剂量。  
        关键词：辐照退磁;永磁体;插入件;高能同步辐射光源;FLUKA   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “中子共振技术在核检测领域取得显著进展，专家总结了国内外研究状况，并展望了发展趋势。”
        庹先国,刘福乐,王琦标,邓超,石睿,穆克亮,牛江
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100201
        摘要：中子在核检测应用中发挥着重要的作用，弥补了X射线检测对原子序数不敏感的缺点。在特定能区内，中子反应截面随中子能量剧烈变化，发生共振现象。核素共振能谱具有唯一性，据此可以进行核素的定性和定量分析。其中，中重核的共振能区在eV~keV能区，是中子共振分析中的重要组成部分。目前在该方面已有较多研究成果，在测温、成像、无损分析、核数据测量等方面有较为广泛的应用。对此，通过查阅中子共振方面的文献和书籍，对中子共振国内外的研究状况进行总结和分析，并展望其发展趋势。  
        关键词：中子共振;中重核;研究现状;无损检测   
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        发布时间：2024-10-25
      • “螺旋γ扫描技术新进展，THGS提高放射性废物桶测量精度，误差控制在50%以内。”
        唐新海,顾卫国,杨桧,王德忠
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100202
        摘要：为了解决螺旋γ扫描技术（Helical Gamma Scanning， HGS）在放射性核素不均匀分布时测量精度差的问题，提出了基于双探测位置测量的螺旋γ扫描技术（Two-measurement Position Helical Gamma Scanning，THGS）。THGS在HGS的基础上，增加了一个偏心位置的螺旋扫描测量，由两个位置的计数率比值，确定放射性废物桶内放射源的等效半径，重建其活度。通过数值计算方法，模拟三种放射性核素在400 L放射性高密度废物桶中的重建过程，验证了THGS重建结果的准确性。结果显示：HGS对高密度400 L废物桶内单线源的最大重建误差超过400%，而THGS的重建误差控制在50%以内。采用双探测器测量，THGS的测量时间与HGS一样。整体而言，THGS适用于高密度400 L放射性废物桶的测量。  
        关键词：螺旋γ扫描;双探测位置;等效环源;放射性废物桶   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在X射线管研究领域，专家利用蒙特卡罗方法模拟微形结构靶对出射光斑的影响，发现微锥形银靶结构可显著减小光斑尺寸，提高成像精度。”
        左卓,何兴,张松,颜瑜成,覃骏
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100401
        摘要：针对半球、锥体、圆柱三种微形结构靶X射线管，利用蒙特卡罗（Monte Carlo）方法模拟研究不同靶材料对微靶型X射线管出射光斑的影响，讨论不同靶材料和微靶结构对透射式微靶型X射线管的出射光斑尺寸的影响。结果表明：在电子入射能量为100 keV时，微锥形结构靶的光斑尺寸最小在150 μm左右，不同靶材料对靶后方出射光斑尺寸有明显影响，随着靶材原子序数增加，出射光斑尺寸开始时逐渐减小，但进一步的增加会使光斑尺寸有一定扩大，呈现抑制趋势；不同微靶结构对光斑尺寸影响与结构有明显关系，圆柱与锥体光斑尺寸差异达到30 μm。与传统的透射X射线管相比，在不需要强力电子聚焦设备的情况下，选择微锥形靶结构与银靶材料比采用圆柱钨靶的出射光斑尺寸减小17.93%，更小的光斑尺寸使得X射线成像的精度与准确性得到提高。  
        关键词：微靶X射线管;靶材料;光斑尺寸;蒙特卡罗模拟   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电安全领域，专家研制了一种新型监测装置，可快速准确监测放射性惰性气体活度浓度，及时发现泄漏，确保核电站安全运行。”
        胡昌立,盖文佳,任才,王巨智,江灏,万新峰,代传波,王东芹,孙光智
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100402
        摘要：随着福岛核事故以后，我国核电主管部门对正在运行核设施的安全管理提出了新要求。核电站事故会产生多种放射性惰性气体，为此研制了一种专门应用于核电站区域厂房惰性气体监测装置，以对核辐射监测与防护系统的安全分析和应急措施提供新的辅助手段。本装置采用流气式差分探测组件和就地处理显示单元相结合，将相关的探测装置、过滤装置、气体传感仪表（流量计、压力计）、取样管路、阀门（截止阀和调节阀）、取样接头及各种组件统一安装在整体固定式设备台架上。在保证设备放射性惰性气体监测装置功能和优化测量指标的基础上，缩小了设备占用空间和整体重量，同时集成式布置便于维护和管理，与同类设备相比，该装置性能指标更加优异、体积更小、重量更轻。采用本研究装置可以更好地快速准确监测环境中放射性惰性气体的活度浓度，及时发现核电站内放射性气体的泄漏事件，确保核电站的安全运行和现场人员的辐射安全。  
        关键词：核设施;惰性气体;流气式差分;集成式;探测装置   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在空间辐射探测领域，专家设计了基于硅微条半导体的多叠层望远镜结构探测器，可实现0.01~100 MeV·cm2·mg-1内LET谱的探测，为载人航天任务提供数据支持。”
        安恒,文轩,李得天,王鹢,李存惠,杨生胜,秦晓刚,王俊,张晨光,曹洲
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100501
        摘要：准确探测空间辐射粒子的线性能量传输（Linear Energy Transfer，LET）谱对长时间的空间任务（如登月计划及空间站运行等）起着重要的作用，通过实时监测空间辐射粒子的LET谱，能够获得剂量当量等有效参数，为载人航天任务的宇航员生命安全以及空间天气变化的准确预判提供有力数据输入。设计基于硅微条半导体的多叠层望远镜结构探测器，以实现LET谱在0.01~100 MeV·cm2·mg-1内的探测。基于重离子在半导体材料中的LET谱，结合仿真分析数据，设计的探测器可为后续空间站以及登月任务中的粒子探测载荷的设计与研制提供技术参考，也可为航天器在轨飞行安全预警提供必需的数据输入。  
        关键词：空间LET谱;探测载荷;空间站;深空探测   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在氢同位素分离领域，石墨烯与SPE电解法结合，显著提升分离系数，为高效分离技术提供新思路。”
        卫飞,唐方东,刘佳煜,忻智炜,曾友石,楚鑫新,刘卫
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100502
        摘要：石墨烯作为一种新型的高选择渗透膜材料，有望提升固体聚合物电解质（Solid Polymer Electrolyte，SPE）电解法对氢同位素的分离效果。本研究将石墨烯与SPE电解法中的质子交换膜结合，探究了石墨烯对氢同位素分离性能的影响。基于B3LYP/6-31G（d）理论，采用Gaussian 09软件计算了石墨烯模型对质子的穿透势垒，同时考虑零点振动能的影响，得到了石墨烯对氢同位素离子的分离系数。计算结果表明：石墨烯模型对H+/D+和H+/T+的分离系数分别为12.4和37.5（293 K）；几何结构的优化、缺陷的存在会降低质子的穿透势垒，并且Stone-Wales缺陷的存在会提升分离效果。因此，石墨烯能够有效提高SPE电解法对氢同位素的分离系数，有望推动建立真正高效的氢同位素分离技术。  
        关键词：石墨烯， 氢同位素分离，;密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）， SPE电解法， 分离系数   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在熔盐空间堆发电系统领域，专家设计了翅片式熔盐通道与多孔式斯特林内部热接收器，通过数值模拟研究，发现增加翅片可显著提升换热能力，为斯特林加热器设计提供参考。”
        赵恒,邹杨,戴叶,徐洪杰,张洁,何帆
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100601
        摘要：熔盐-斯特林加热器用于熔盐空间堆发电系统的热量获取。为提高加热器的换热能力，设计了翅片式熔盐通道与多孔式斯特林内部热接收器，使用计算流体力学软件Fluent对不同结构的翅片与熔盐通道开展了数值模拟研究。结果表明：在熔盐通道内增加翅片可以提高斯特林加热器的换热能力，并且随着翅片高度的增加与翅片间距的减小，换热能力进一步提高，与无翅片结构相比，换热功率最大提升了76.2%。对比径向入口、切向入口与双径向进出口三种通道结构，径向入口通道的热流密度随着高度的增加，最大增幅为73.3%；切向入口通道的热流密度沿高度增幅为35.1%，但其在相同高度下的热流密度差异显著；双径向进出口通道的热流密度随着高度的增大先减小后增大，其增幅为40.5%；在换热能力方面，双径向进出口通道的换热功率与换热系数最高。研究可为熔盐空间堆斯特林加热器的设计提供一定的参考。  
        关键词：斯特林加热器;结构设计;数值模拟;换热能力   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，专家基于MCNP和MOBAT程序分析了熔盐堆中钍含量对钍铀转换及堆中子学特性的影响，为钍资源核能利用提供解决方案。”
        陈鹏,周波,严睿,邹杨
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100602
        摘要：熔盐堆是钍资源核能利用的理想堆型，而燃料的钍（Th）含量会影响堆中子学特性和钍铀转换性能。基于MCNP（Monte Carlo N Particle Transport Code）和MOBAT（burnup code coupled with MCNP and ORIGEN2 using BATch language）程序分析了2 MW（热功率）熔盐实验堆不同Th添加量满功率运行300 d的钍铀转换及堆中子学特性。结果表明：Th消耗率随添加量增加而减小。Th转化率随Th添加量增加而增大，但增长率逐渐减小。233Th浓度达到最大值的速率与Th的质量呈线性关系，233Pa与233Th的变化趋势一致。Th装量越高，生成的233U的浓度也越高，233U的积累量随运行时间不断增加。Th装量越大，需添加的235U越多，135I浓度增加会增加Xe的平衡浓度。Th装量越大，中子能谱越硬，233U产量越高，意味着在快中子能谱下更易实现转换或增殖。80 kg Th运行4 d即可满足放化检测限。基于钍铀转化数据、反应性需求、放化检测限等因素综合考虑，实验堆可开展几十至百公斤级的Th利用与钍铀循环验证实验。  
        关键词：钍消耗率;钍铀链;钍铀转换;中子能谱;增殖   
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        发布时间：2024-10-25
      • “中国聚变工程试验堆诊断窗口电磁载荷研究取得进展，为装置结构稳定性提供解决方案。”
        裴坤,王明,鲁明宣,陆坤
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100603
        摘要：中国聚变工程试验堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）是中国自主设计研发的全超导托卡马克装置，其目的是解决国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）和聚变示范堆（DEMO）之间的物理与工程技术问题。诊断窗口是CFETR装置中一个关键部件，通过其内部安放的诊断系统可实现装置运行参数监测及反馈控制。由于诊断窗口靠近等离子体区域，电磁工况发生时在部件上感应产生的巨大电磁载荷将影响装置的结构稳定性。为了研究不同电磁工况时赤道面中窗口（Equatorial Diagnostic Port Plug，EDPP）上产生的电磁载荷，首先，根据CFETR诊断系统要求，完成了EDPP的概念设计；然后，利用商用有限元分析软件ANSYS，完成了10 MA等离子体在线性和指数两种工况下的电磁载荷评估。此外，还探讨了EDPP整体式和分布式两种方案设计对电磁载荷分布的影响。结果表明：整体式和分布式模型上产生的最大应力均小于10 MPa，满足设计要求。两种方案设计均表现出线性破裂产生的电磁载荷大于指数破裂。  
        关键词：中国聚变工程实验堆;赤道面诊断窗口;多电磁工况;电磁载荷   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能系统领域，专家采用SCALE6.1程序研究钍基气冷快堆燃耗特性，为换料方案提供参考。”
        韩冬,邹春燕,蔡翔舟,陈金根
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100604
        摘要：气冷快堆作为第四代核能系统国际论坛选定的堆型之一，兼具高温气冷堆和快堆的优势，有较高的增殖性能，理论上有高增殖率和短燃料倍增时间等特性。采用SCALE6.1程序中的TRITON模块，使用不同易裂变核素启动钍基气冷快堆并进行燃耗分析，研究燃耗过程中易裂变核素的演化特性。首先分析增殖比和易裂变核素随燃耗变化，并针对气冷快堆特性进行易裂变核素增殖性能的加权分析，获得加权后的增殖增益；然后对比使用增殖比和加权的增殖增益两种不同评价方法时倍增时间的差异；最后使用等效启堆方法对倍增时间进行优化分析。结果表明：分析不同易裂变核素加权后的增殖性能以及等效消除质量差异后的倍增时间，可以更准确描述快堆增殖特性，可以为钍基气冷快堆的换料方案提供参考。  
        关键词：钍基气冷快堆;增殖比;增殖增益;倍增时间   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，专家搭建实验装置，研究了高温含铍熔盐颗粒的粒径分布特征，为监测和去除提供解决方案。”
        刘立志,付海英,刘忠英,马继飞,杜林,唐晓星,钱渊,姚剑,李玉兰
        2020, 43(10) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.100605
        摘要：含铍熔盐有很强的化学毒性，为了实现对高温含铍熔盐颗粒的准确监测和有效去除，了解其粒径分布特征是解决问题的关键。基于熔盐减压蒸馏实验装置和低压冲击采样器，搭建了用于测量高温熔盐颗粒粒径的实验装置，并研究不同实验工况下FLiBe熔盐的粒径分布。实验结果表明：常温下熔盐颗粒粒径分布集中在2.5 μm以上；而高温（930 ℃）下则集中在0.26~2.5 μm。同时研究了高温实验工况下，气体吹扫和采样时间对熔盐颗粒粒径分布的影响。研究结果表明：采样时间并未对粒径分布产生明显影响；而气体吹扫虽然改变了最终熔盐颗粒的排放浓度，但未对粒径分布产生显著影响。样品扫描电镜结果验证了实验装置粒径刻度的准确性，而观测到熔盐颗粒呈规则的球形而非晶体状这一现象，推测是由熔盐颗粒碰撞沉积导致。  
        关键词：钍基熔盐堆;FLiBe;高温熔盐;粒径分布   
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        发布时间：2024-10-25
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