最新刊期
      2020 年 第 43 卷 第 11 期

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在核材料定量分析领域，专家利用LIBS技术对氧化铈进行研究，验证了等离子体满足局部热动力学平衡条件，为核材料分析提供新方法。”
        王祥丽,高智星,程毅梅
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110201
        摘要：为探索利用激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术对核材料进行定量分析的可行性，以氧化铈代替氧化钚进行了单脉冲激光诱导击穿光谱（Single Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，SP-LIBS）技术的相关研究。利用Boltzmann曲线拟合、Stark展宽与电子密度计算等分析技术，研究了在固体形态下氧化铈的SP-LIBS等离子体的基本性质。研究结果表明：当激光能量为20 mJ时，对氧化铈固体中铈元素分析的最佳延迟时间为0.4 μs。延迟时间为0.4 μs时，采用Ce II和Si II特征谱线数据进行Boltzmann曲线拟合得出的等离子体温度分别为（6 710±805） K和（12 898±1 522） K；采用硅元素Stark展宽多峰拟合结果计算得到的电子密度为（2.88±0.57）×1018 cm-3。这些研究结果表明：在该实验条件下等离子体满足局部热动力学平衡条件。  
        关键词：氧化铈;激光诱导击穿光谱;等离子体;局部热动力学平衡   
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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核查领域，专家改进了β-γ符合能谱解谱算法，显著降低了氙同位素误识别率，提高了活度计算准确性。”
        张新军,王世联,贾怀茂,李奇,石建芳,樊元庆,赵允刚
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110202
        摘要：β-γ符合测量是全面禁止核试验条约（Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty， CTBT）放射性核素核查惰性气体氙活度检测的一种重要技术手段。为消除“记忆效应”对样品测量的干扰，β-γ符合能谱的解谱算法——符合净计数计算法（Net Count Calculation Method，NCC）系统性扣除由“记忆效应”产生的气体本底计数，但对于残留氙同位素少的气体本底，由于统计涨落，计算得到的气体本底净计数可能出现负值，从而导致氙同位素活度计算错误，甚至出现误识别。针对符合净计数计算法中系统性扣除气体本底存在的问题，提出了扣除气体本底的判断条件并对符合净计数计算法进行了改进，能够将131Xem、133Xem、133Xe和135Xe等4种氙同位素的误识别数目分别减少63%、68%、72%和26%，并提高放射性活度浓度计算的准确性。  
        关键词：放射性氙同位素;β-γ符合能谱;符合净计数计算法;记忆效应   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在放射源检查领域，专家研究了屏蔽下多特征能量点状γ射线源的活度估算方法，为处理“孤儿源”提供解决方案。”
        熊茂淋,张庆贤,张建,杨津,葛良全,孙坤
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110203
        摘要：在同位素放射源检查或“孤儿源”处理中，为了能够及时、准确地处理放射源，需要现场快速估计放射源活度。但当屏蔽体厚度未知时，快速确定放射源活度存在困难。基于γ射线在物质中衰减系数与能量之间的关系，研究屏蔽下多特征能量点状γ射线源的活度估算方法，分别对测量目标特征γ射线能量选取原则，探测器位置偏差和统计涨落对活度定量结果的影响进行了讨论，总结了常见多特征能量γ射线源的可选射线能量与可分析的屏蔽厚度。实验验证结果表明：估算的屏蔽厚度与实际厚度的相对误差小于4%，估算活度与实际活度的相对误差小于5%。本文所提方法能够应用于放射源检查或者“孤儿源”处理。  
        关键词：辐射探测;活度估算;误差分析;蒙特卡罗模拟   
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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

      • “在熔盐堆氟盐冷却剂净化领域，专家基于固体氧化物膜电解法，有效去除有害杂质，提高冷却剂服役周期和反应堆安全性。”
        左勇,申淼,谢雷东,谢宏伟,翟玉春
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110301
        摘要：熔盐堆氟盐冷却剂在服役周期内应保持较高的纯度以维持其对堆结构材料良好的相容性。氟盐中的O2-以及Cr3+、Fe2+、Ni2+等过渡金属离子可能增强熔盐腐蚀性，并导致液态核燃料形成难溶氧化物进而影响堆的安全性。通过在线净化的方式去除这些有害杂质可提高氟盐冷却剂的服役周期和增强反应堆的安全性。基于固体氧化物膜（Solid Oxide Membrane，SOM）电解法的在线净化方法可有效去除上述有害杂质，从热力学和动力学的角度分析了各种影响SOM电解脱氧净化的因素。600 °C下的SOM电解脱氧试验结果表明：通过SOM（Zn）阳极和石墨阴极电解，可将氟盐中的O2-降低至100 μg·g-1以下，将Cr3+、Fe2+、Ni2+等过渡金属离子降低至10 μg·g-1以下，显示了SOM电解法在氟盐冷却剂在线净化方面具有很好的应用前景。  
        关键词：熔盐堆;氟盐;在线净化;固体氧化物膜;钇稳定氧化锆   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在乏燃料镧锕分离领域，固相萃取法具有成本低、操作简便等优势。研究人员以SiO2和树脂为基体，合成含N固相吸附材料，综述了其制备方法、吸附条件及分离效果，为乏燃料处理提供新思路。”
        俎建华,付凌霄,潘晓晗,王焕
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110302
        摘要：乏燃料中镧锕分离的主要方法是溶剂萃取法和固相萃取法，与溶剂萃取技术相比，固相萃取法具有相分离容易且不产生第三相，操作设备小型且简单，有机溶剂用量少和二次废物产生量少的优点。在分离乏燃料镧系元素和锕系元素的固相材料中，选取了以SiO2和树脂为基体合成的含N固相吸附材料作为研究对象，其合成方法主要包括物理灌装和化学改性，物理灌装法即将含N萃取剂负载到SiO2/树脂的微孔中获得的固相吸附材料，灌装后萃取剂含量高达30%~40%，而化学改性法是将配体官能团通过化学反应接枝到基体上得到固相吸附材料。本文综述了这两类吸附材料的制备方法、分离镧系和锕系元素的吸附条件，以及相应的分离效果和吸附机理。与液液萃取法分离镧系和锕系元素相比，采用树脂和SiO2为载体的含N固相吸附材料具有成本低、几乎不产生有机废液、适用于稀溶液等优点。  
        关键词：镧锕分离;固相萃取方法;含N固相吸附材料;SiO2;树脂   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在高能物理实验电子学领域，专家提出了一种利用SiTCP协议远程更新FPGA固件的新方法，无需额外芯片，内建安全机制，适合网络远程操作，可同时更新多块FPGA固件。”
        陈长,王铮,胡俊
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110401
        摘要：针对高能物理实验的电子学系统中采用传统方式更新现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）固件，存在所处环境复杂不便现场操作和设备数量众多的限制问题，提出了一种利用SiTCP（Silicon Transmission Control Protocol）通信协议向远端电路板发送固件信息、并由板上的FPGA对Flash进行编程以更新固件的方法。该方法无需额外芯片，内建安全机制保证FPGA正常工作，适合通过网络远程操作，具备同时更新多块FPGA固件的能力。  
        关键词：现场可编程门阵列;远程更新;SiTCP;回滚   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在模数转换器领域，专家分析了电源噪声对ADC性能的影响，设计了低噪声ADC测试电路，验证了电源噪声与ADC输入信号的互调效应，为提高ADC性能提供解决方案。”
        王力,武杰
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110402
        摘要：供电质量是影响模数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）性能的重要因素。为了研究电源噪声对ADC的影响，先从理论上分析了电源噪声对ADC性能的影响，然后设计了一个32 bit的低噪声ADC测试电路，利用电源分析仪给ADC电源加入已知频率和振幅的正弦波作为噪声，测试了该电源噪声对ADC性能的影响。测试结果表明：电源噪声会和ADC的输入信号相互调制，产生互调噪声，其中二阶互调噪声为主要成分。ADC供电电源的低频电源噪声更容易进入信号的频率范围内。测试结果还显示：对于具有高电源抑制比的ADC来说，开关电源的纹波和噪声对ADC的性能影响有限，而带有数字滤波器的ADC可以进一步降低电源噪声对ADC性能的影响。因此在追求电源使用效率的场景下，可以直接使用开关电源给ADC供电，而不必使用低压差线形稳压器（Low-Dropout linear regulator，LDO）供电方式。  
        关键词：ADC;电源噪声;调制   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在先进核能系统中，采用Cu/Cu2O参比电极的LBE氧传感器可有效测量225~500°C温区下的氧浓度，为抑制结构材料腐蚀提供解决方案。”
        朱卉平,张瑜,赵云淦,刘旭东,常宝琛,李小波,牛风雷,马雁,赵平
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110403
        摘要：在采用液态铅铋合金（Lead Bismuth Eutectic，LBE）冷却的未来先进核能系统中，合理控制LBE中的溶解氧浓度可以有效抑制结构材料的腐蚀，用于测量氧浓度的传感器尤为重要。目前已有的Bi/Bi2O3型、Pt/air型等铅铋合金氧传感器受参比电极限制，或测量温区有限、或结构稳定性较差，需要通过筛选新的参比电极以解决这些问题。本文以采用Cu/Cu2O参比电极的LBE氧传感器为研究对象，针对该类参比电极的适用温区、测量稳定性、响应特性及准确性进行了评价。结果表明：采用Cu/Cu2O参比电极的LBE氧传感器可实现在225~500 °C温区下的氧浓度测量，信号稳定，响应速度较慢，装有不同Cu：Cu2O成分配比参比电极的氧传感器测量信号校正后误差均小于3.2%。  
        关键词：铅铋共晶合金;氧浓度;氧传感器;参比电极   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在光中子反应领域，专家设计了一种4π平坦效率3He中子探测器阵列，模拟显示其在1 keV~6 MeV能区的平均效率为40%~46%，为区分单中子、双中子和三中子事件提供解决方案。”
        郝子锐,范功涛,刘龙祥,王宏伟,张岳,胡新荣,李鑫祥,王俊文,匡攀,戈松雨
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110501
        摘要：平坦效率对于实现光中子反应的单中子、双中子和三中子事件的区分和截面的计算非常关键。介绍了一种用于逆康普顿散射γ源（Shanghai Laser Electron Gamma Source，SLEGS）光中子（γ，n）截面测量的4π平坦效率3He中子探测器阵列的设计与模拟。采用Geant4程序对平坦效率3He探测器的优化布局和效率进行了模拟，针对设计的由20只⌀50 mm×500 mm 5 cm 3He正比计数管和6只⌀25 mm×500 mm 3He正比计数管组成的4π平坦效率中子探测器，模拟给出探测器平均效率曲线在1 keV~6 MeV的效率为34.4%~45.9%。模拟中以209Bi靶为例，靶尺寸为⌀20 mm×4 mm，通过对产生中子的角分布，能谱的模拟计算，发现中子出射角度在90°对称，探测器的4π布局能够完全覆盖入射到聚乙烯慢化体的中子，出射中子能量随着中子分离能呈现出规律的变化关系；随着γ能量增加，出射道开放增多，出射中子的能量总是分布在1 keV~4 MeV之间，探测器阵列在这一能区的平均效率为40%~46%。  
        关键词：4π平坦效率3He中子探测器阵列;探测器效率;蒙特卡罗   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核能领域，研究人员基于2500MWth氯盐快堆，研究了Th-U循环和U-Pu循环的中子学特性，发现TRU+Th循环具有较优的自持增殖性能和较高的嬗变性能。”
        李晓晓,余呈刚,马玉雯,蔡翔舟,陈金根,陈兴伟
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110601
        摘要：氯盐快堆具有核燃料溶解度高和快中子能谱的优势，为实现高增殖性能和高嬗变性能提供了可能。基于2 500 MWth的氯盐快堆，研究了Th-U循环和U-Pu循环的中子学特性，包括临界参数、燃耗演化、增殖性能和嬗变性能。钍铀循环（U3+Th）和铀钚循环（Pu9+DU）的点火燃料分别为233U和239Pu，它们的可转换材料分别为232Th和贫铀（Depleted Uranium，DU）。同时，也分析了TRU作为点火燃料的过渡模式，即TRU+Th和TRU+DU。结果表明：对于大型氯盐快堆：1）考虑堆内锕系核素的中子吸收率、堆内平均裂变中子数（ν）和转换比，U3+Th需要不定期添料才能维持临界，Pu9+DU、TRU+DU和TRU+Th不需要添料即可连续运行的时间分别为46 a、50 a和29 a；2）相比其他三种核燃料循环模式，TRU+Th具有较优的自持增殖性能和较高的嬗变性能。  
        关键词：氯盐快堆;钍铀循环;铀钚循环;增殖;嬗变   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在聚变堆偏滤器水冷却回路材料研究领域，专家构建了CuCrZr合金腐蚀模型，为放射性源项计算提供科学依据。模型计算值与实验值相对误差最大12.1%。”
        朱卉平,刘旭东,陈嘉威,杨鹏威,黄柏锟,马雁
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110602
        摘要：铜铬锆（CuCrZr）合金是聚变堆偏滤器水冷却回路中的重要结构材料，也是聚变堆活化腐蚀产物的重要贡献者。因此，在聚变堆放射性源项计算程序中急需开发CuCrZr合金的腐蚀模型。通过对CuCrZr合金在国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）相同的水环境下的动态水腐蚀和连续水腐蚀实验，研究其腐蚀机理，发现CuCrZr合金的腐蚀是由流体冲刷腐蚀与水氧化腐蚀两部分共同作用的结果，由此构建了CuCrZr合金腐蚀模型。通过实验验证，模型计算值与实验值之间的相对误差最大点12.1%，表明该腐蚀模型比较科学合理。  
        关键词：CuCrZr合金;ITER工况;溶氧;腐蚀模型   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在聚变堆离子回旋加热领域，中国聚变工程试验堆天线的辐照损伤和屏蔽性能评估取得进展，为天线冷却系统设计和寿命评估提供数据，同时评估了屏蔽是否满足需求。”
        伍秋染,卢棚,郑俞,杜华,徐坤,王永胜,童云华,陈根,刘松林
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110603
        摘要：离子回旋加热是用以维持聚变堆实现长脉冲、高功率稳态运行重要的加热手段之一。中国聚变工程试验堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）的离子回旋加热天线将经由一个上窗口引入，其天线发射前端将占据一个包层的位置。由于天线直接面对等离子体，受高通量中子辐照，因此需要评估天线的辐照损伤；另外，天线内部存在大量空隙，造成中子泄漏，对后部真空室、线圈等部件造成辐照影响，因此需要评估其屏蔽性能，支撑屏蔽设计。基于22.5°扇段的水冷包层CFETR模型，用cosMCNP软件将CAD模型转为中子学模型，使用MCNP5粒子输运程序和FENDL-2.1数据库，通过全局减方差（Global Variance Reduction，GVR）“on-the-fly”减方差方法，开展离子回旋加热天线核分析。计算了天线主要部件辐照损伤和核响应，包括中子通量、平均原子离位（Displacement Per Atom，DPA）、气体产生率和核热密度等，为后续天线冷却系统的设计和寿命评估提供数据；获得引入天线后相应位置的真空室、窗口以及纵场线圈的中子辐照损伤，以评估屏蔽是否满足需求。此外，天线占据包层位置，将导致氚增殖比（Tritium Breeding Ratio，TBR）降低，由原始的1.151降至1.147，降低0.35%。  
        关键词：中国聚变工程试验堆;离子回旋加热天线;中子学计算   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核燃料闭式循环领域，专家通过烧结实验，发现烧结气氛中水含量对MOX燃料芯块性能有重要影响，为快堆MOX燃料芯块制造提供解决方案。”
        朱桐宇,杨廷贵,王军平,屠振华,张万德
        2020, 43(11) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2020.hjs.43.110604
        摘要：铀钚混合氧化物（Mixed Oxide，MOX）燃料主要应用于快堆（Fast Reactor，FBR）和压水堆（Pressurized Water Reactor，PWR），也有少量应用于沸水堆（Boiling Water Reactor，BWR），MOX燃料元件制造是“核燃料闭式循环”的重要环节。将混合均匀的铀钚氧化物粉末烧结成满足性能要求的燃料芯块是MOX燃料制造的关键工艺环节，烧结温度、保温时间及烧结气氛是影响烧结芯块致密性、氧金属比和微观结构等芯块性能指标的关键因素。针对采用机械混合法处理的二氧化铀和二氧化钚混合粉末经压制成型后得到的生坯开展烧结实验，实验中将同一处理工艺得到的同一批生坯在1 700 ℃高温烧结炉中烧制6 h，然后缓慢还原至室温，用金相显微镜对MOX烧结芯块样品的微观结构进行分析，结果表明：在烧结温度和保温时间保持不变的基础上，随着烧结气氛中水含量的增高，芯块的致密性和氧金属比（O/M）比值增加。当烧结气氛中水含量增大到一定比例时，芯块的微观组织中的微裂纹和相分离现象逐渐消失；当烧结气氛中水含量大于1 600 ppm时，得到的烧结芯块组织均匀，没有微裂纹，芯块性能指标符合快堆MOX燃料芯块技术要求。  
        关键词：MOX燃料;燃料芯块;烧结气氛;芯块性能   
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        发布时间：2024-10-25
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