最新刊期
      2021 年 第 44 卷 第 10 期

        加速器技术、射线技术及应用

      • “中国原子能科学研究院研制的可移动式X射线照射装置，通过蒙特卡罗软件建模，成功验证了现场校准环境散射辐射计算模型，为X射线散射辐射修正系统研究提供数据支持。”
        徐阳,高飞,韦凯迪,王菲菲,林敏,倪宁
        2021, 44(10): 100201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100201
        摘要：基于中国原子能科学研究院研制的一款可移动式X射线照射装置，开展现场校准环境散射辐射计算模型的搭建与实验验证工作。利用蒙特卡罗软件建立照射装置及周围环境同尺寸概化模型，确定环境散射辐射的计算方法；开展基本场景条件下的模型验证工作，分析可能影响结果的主要因素并据此调整模型尺寸，然后对改进后的模型进行了实验验证。限束光阑模型半张角最终确定为5°、8°30′、10°20′；在N100~N200范围内，采用改进模型计算得到的环境散射辐射份额与实验结果的相对偏差为-11.6%~9.3%。研究结果证明：利用验证后的模型，可以为基于机器学习的现场X射线散射辐射修正系统的研究提供大量训练数据。  
        关键词：可移动式X射线照射装置;散射辐射;现场校准;蒙特卡罗   
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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

      • “铁基材料Cl吸附腐蚀行为研究取得新进展，揭示了辐射-含氯地下水耦合环境中铁基材料腐蚀的微观机理，为高放废物包装容器选材提供指导。”
        张洁茹,杨波,潘海映,郝鹏飞,魏强林,刘义保
        2021, 44(10): 100301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100301
        摘要：铁基材料的Cl吸附腐蚀行为研究对高放废物包装容器选材具有指导意义。基于密度泛函第一性原理，构建了Fe（100）表面对Cl的单独吸附和共吸附模型，通过对吸附过程中的吸附能、Fe-Cl键长和电子结构等参数的研究，重点分析了水辐射分解产物（O、H和OH自由基）对Cl吸附的稳定性影响。结果表明：表面缺陷和自由基均会引起Fe-Cl键长的缩短，4种共吸附体系Fe/（Cl-H2O）、Fe/（Cl-H）、Fe/（Cl-OH）、Fe/（Cl-O）的吸附能依次减小，Bader电荷转移数依次增大。表明辐射环境中的缺陷Fe表面对Cl的吸附更稳定，H2O的辐射分解产物促进了缺陷Fe（100）表面对Cl的吸附，揭示了辐射-含氯地下水耦合环境中铁基材料腐蚀的微观机理。  
        关键词：高放废物包装容器;辐射分解;缺陷铁表面;氯吸附;第一性原理   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在细胞电穿孔技术领域，专家提出了新型脉冲发生器结构，可实现双极性脉冲电压输出，为细胞电穿孔实验提供解决方案。”
        吴忠航,石浩志,姜松,饶俊峰
        2021, 44(10): 100401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100401
        摘要：脉冲电场下细胞电穿孔技术可应用于水处理、食品杀菌、组织消融等，而不同的电穿孔应用对脉冲的波形有不同的需求。本文提出了一种由一个特殊的全桥模块和多个半桥模块组成的新型脉冲发生器结构，除了能够产生双极性的方波脉冲电压之外，还可以通过仅改变开关时序实现阶梯波和窄脉冲与宽脉冲组合波。本文详细阐述了此新型电路的结构和工作原理，搭建了由12个开关构成的1个全桥模块和4个半桥模块组成的主电路；当每级电容充电220 V时，实现了±2 kV、脉宽1~10 µs可调的双极性脉冲电压输出。此外，通过控制开关时序，可实现单极性9级阶梯电压以及宽窄脉冲组合波的输出。最后在马铃薯块茎处理实验中验证了该电源用于细胞电穿孔实验的可行性。  
        关键词：脉冲发生器;双极性;阶梯波;电穿孔   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在地层元素测井领域，研究人员利用MCNP软件研究了影响溴化镧探测器效率的因素，并进行了无源全能峰效率刻度，为实验室效率刻度提供参考。”
        杨体波,王敏,代光明,曹彧,廖光辉,范新洋
        2021, 44(10): 100402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100402
        摘要：有源效率刻度需要使用多种能量不同的源，并且要求样品源与标准源的测量条件一致，对于一般的实验室，由于实验条件的限制，并不能有效地对探测器进行效率刻度。为了解决此类问题，针对地层元素测井中使用的溴化镧探测器（LaBr3:Ce晶体，ø3.18 cm×10.16 cm），首先用蒙特卡罗软件MCNP（Monte Carlo N Particle Transport Code）研究了影响探测效率的因素，主要包括探测器Al壳厚度、MgO反射层厚度、晶体尺寸大小；其次，进行了无源全能峰效率刻度，并与理论计算结果和实测结果进行了对比。结果表明：端面Al壳和MgO反射层厚度的增加都会降低全能峰探测效率，侧面Al壳厚度变化对全能峰探测效率的影响较小；晶体长度、半径的增加会提高全能峰探测效率，且半径的变化对全能峰效率的影响较大。全能峰效率的模拟结果与理论计算结果和实测结果之间的误差分别在7%和6%以内，这表明模拟结果是准确的，为实验室进行无源效率刻度提供了一定的参考。  
        关键词：MCNP模拟;影响因素;全能峰效率;效率刻度   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在放射性气溶胶监测领域，研究者对不同滤膜的吸附性能进行了实验，发现MCEM滤膜探测效率最高，疏水性PTFE滤膜对α能谱测量拖尾影响最小，为取样滤膜的最优选取提供参考。”
        张俊新,谷懿,万前银,刘秋实,林文钊
        2021, 44(10): 100501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100501
        摘要：取样滤膜是放射性气溶胶连续监测系统中的重要组成部分，其过滤性能会直接影响系统的探测效率；此外，α能谱拖尾会增大核素识别难度，降低气溶胶核素的测量精度和升高最小可探测活度。针对现在最常用的混合纤维素（Mixed Cellulose Ester Membrane，MCEM）滤膜、疏水性聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）滤膜和聚丙烯（Polypropylene，PP）滤膜，以探测效率和α能谱拖尾为指标，开展了不同浓度和多种孔径下滤膜吸附性能实验，完成了在不同滤膜孔径、氡浓度下滤膜吸附性能的综合评价。结果表明：在天然放射性气溶胶测量时，选用MCEM滤膜作为取样滤膜时探测效率最高，选用疏水性PTFE滤膜作为取样滤膜对α能谱测量拖尾影响最小。不同氡浓度下，同种滤膜（MCEM滤膜和疏水性PTFE滤膜）孔径选用和天然放射性气溶胶最大值粒径接近的0.45 µm时探测效率最高，滤膜孔径大小对α能谱拖尾的影响不明显。另外，同种滤膜相同孔径下，探测效率随着气溶胶浓度的升高而降低。本研究为不同条件下天然放射性气溶胶监测中取样滤膜的最优选取提供参考。  
        关键词：放射性气溶胶;α能谱拖尾;滤膜;探测效率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在微电子器件辐射效应研究领域，中国原子能科学研究院专家建立了中能质子辐照试验装置，通过蒙特卡罗仿真模拟，验证了该装置适合开展质子单粒子效应实验研究。”
        陈启明,郭刚,韩金华,张付强,张艳文,刘建成,赵树勇
        2021, 44(10): 100502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100502
        摘要：基于中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器，国内建成了用于微电子器件辐射效应研究的中能质子辐照试验装置。质子从加速器产生到入射器件样品期间，不可避免地会与束流传输线上的设备发生碰撞并产生大量次级中子，同时也使得质子束流参数发生改变。在开展微电子器件质子单粒子效应实验研究中，质子束流品质会直接影响单粒子效应截面测量的有效性和准确性。为评价质子束流品质，对中能质子辐照试验装置中质子束流传输线进行几何建模，并采用蒙特卡罗方法进行仿真模拟。选取质子入射能量100 MeV，通过降能片实现质子30~90 MeV能量调节，并将结果归一到单个质子入射情况，模拟得到样品辐照平面上质子的能量和注量分布、次级中子的能量和注量分布，以及中子质子比。模拟结果表明：次级中子对质子单粒子效应实验截面的影响很小，可以忽略。质子束的注量率范围、分布均匀性等参数均能够满足质子单粒子效应实验要求，表明该试验装置适合用于开展质子单粒子实验研究。  
        关键词：单粒子效应;质子辐照试验;次级中子   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核电站耐事故燃料领域，专家利用COMSOL软件，通过Java算法模拟孔隙特征，为提高碳化硅复合包壳力学性能提供新思路。”
        李懿,张爱民
        2021, 44(10): 100601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100601
        摘要：碳化硅复合材料具有良好的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性，因此成为一种重要的核电站耐事故燃料候选包壳材料。现有工艺制备碳化硅复合材料会产生一定量的孔隙，这些孔隙对碳化硅复合包壳的力学性能产生不利影响。为探究孔隙特征对碳化硅复合包壳等效杨氏模量的影响，使用有限元分析软件COMSOL中APP开发模块，采用Java编写孔隙的随机生成算法，通过设定碳化硅复合材料的孔隙率、孔隙分布和孔隙尺寸等参数，生成不同孔隙特征的碳化硅复合包壳模型，定量地计算相应碳化硅复合包壳的等效杨氏模量并研究不同孔隙特征对等效杨氏模量的影响。研究结果显示：使用COMSOL计算软件可以较为准确地计算碳化硅复合包壳的等效杨氏模量，当孔隙分布和尺寸不变时，随着孔隙率的增加，等效杨氏模量基本呈线性降低。当孔隙率不变时，孔隙分布与孔隙尺寸对等效杨氏模量的影响不大。  
        关键词：碳化硅复合包壳;孔隙;孔隙特征;COMSOL;等效杨氏模量   
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        发布时间：2024-10-25
      • “液态熔盐堆后处理效率对燃料循环性能影响显著，裂变产物分离效率提高可节省低富集铀添加量，降低重金属摩尔比，提高燃耗深度。”
        邹春燕,伍建辉,余呈刚,朱贵凤,蔡翔舟,邹杨,陈金根
        2021, 44(10): 100602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100602
        摘要：化学后处理是液态熔盐堆的重要特征之一，其后处理效率将会影响堆芯燃料循环的中子学性能，因此，有必要研究不同后处理方案对熔盐堆燃料循环性能的影响。本文基于65 MW熔盐堆堆芯结构，重点研究后处理模式对熔盐堆中子学性能的影响。采用批处理方式，选取不同的后处理方案及效率，借助熔盐堆后处理耦合程序，对剩余反应性、低富集铀添加量、重金属摩尔比和燃耗深度等中子学性能进行研究。研究结果表明：裂变产物的分离效率对燃料循环性能的影响最为明显，当裂变产物分离效率从0%增加到100%，该熔盐堆运行40年时低富集铀的添加量节省约520 kg，重金属摩尔比降低约9.6%，燃耗深度提高约10%。相对于裂变产物，超铀核素由于具有裂变特性且累积量小等特点，其去除效率对中子学特性的影响较小。本研究的理论模拟计算可为核素去除及其效率的选择提供参考依据。  
        关键词：化学后处理;熔盐堆;分离效率;燃料循环   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐反应堆安全领域，专家基于CFD模型，研究了氟盐泄漏扩散和凝固现象，提出了收集与隔热方案，为解决泄漏问题提供解决方案。”
        王允,田健,周翀,王纳秀
        2021, 44(10): 100603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100603
        摘要：熔盐反应堆（Molten Salt Reactor，MSR）一般采用高温熔融氟盐或氯盐作为流体传热介质，熔盐泄漏事故是影响熔盐堆安全运行的重要因素之一。本文基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）模型，使用ANSYS FLUENT模拟软件，研究了氟盐泄漏到石英砂层后的扩散渗透和凝固熔化现象。研究发现：熔盐泄漏至砂层后在砂层表面和内部扩散渗透，由于环境冷却和砂层温度分布，泄漏熔盐底部区域将逐渐凝固，使得熔盐在砂层内轴向的渗透深度逐渐稳定，泄漏的熔盐只在砂层表面附近径向扩散。对于确定时间的熔盐泄漏，熔盐随着出口温度和泄漏流量的升高，其径向上扩散半径和轴向的渗透深度也随之增加。基于上述结果，本文提出了一种熔盐堆氟盐泄漏事故下熔盐的收集与隔热方案，并通过分析证实了方案的有效性。  
        关键词：熔盐堆;氟盐;泄漏;凝固   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在铅铋反应堆领域，专家开发了环形燃料热工水力分析程序，探索了最佳排列方式，为实现反应堆小型化和经济性提高提供解决方案。”
        王婷,赵鹏程,刘紫静,朱恩平,于涛
        2021, 44(10): 100604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100604
        摘要：采用环形燃料可显著提高铅铋反应堆的堆芯功率密度，对实现反应堆小型化设计和经济性提高具有重要意义。本文基于闭式并联多通道模型和量子遗传算法，通过流量分配和热量分配的解耦计算，开发了铅铋快堆环形燃料热工水力分析程序；然后以燃料芯块最高温度、燃料包壳最高温度、内外出口温差、压降、堆芯功率为评价指标，采用多目标综合评价法开展了环形燃料组件最佳排列方式研究。结果表明：开发的铅铋快堆环形燃料热工水力分析程序与新加坡南洋理工大学开发的同类程序计算对比，结果误差在3%以内，流量分配和热量分配的解耦计算可在确保计算精度的基础上，显著提高程序计算效率；对于环形燃料组件最佳排列方式，从安全的角度考虑，18×18排列是较好的选择；从经济性的角度考虑，16×16排列是最佳的选择；综合安全和经济性统筹考虑，19×19排列具有较佳的安全性能和经济性。  
        关键词：铅铋反应堆;环形燃料;多目标优化;最佳排列方式   
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      • “在反应堆保护系统可靠性评估领域，专家建立了动态故障树模型，采用动态二叉树法和拉丁超立方抽样，为提高系统可靠性提供解决方案。”
        李学礼,戈道川,林志贤,王韶轩,汪建业
        2021, 44(10): 100605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100605
        摘要：开展动态故障树（Dynamic Fault Tree，DFT）在反应堆保护系统（Reactor Protection System，RPS）可靠性评估中的应用研究，建立RPS动态故障树模型，采用动态二叉树法对RPS失效概率进行定量分析，使用拉丁超立方抽样对RPS失效概率的不确定性进行数值仿真，获得RPS置信度为95%的失效概率区间及各部件的敏感度，并在相同条件下与传统静态故障树方法进行对比。案例分析结果表明：1）DFT方法能够更精确地对RPS进行可靠性建模评估，更加客观地反映RPS实际运行状态和真实失效场景；2）拉丁超立方抽样能够有效获取设备的全面失效信息，充分模拟RPS的极限失效情况；3）用DFT方法的评估结果更加真实有效，有益于未来RPS的可靠性优化设计。  
        关键词：动态故障树;动态二叉树;可靠性;拉丁超立方抽样;核电厂   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能供热领域，泳池式低温供热堆堆芯设计取得新进展，采用69盒组件方案，满足核设计准则，具有良好经济性和安全性。”
        胡彬和,刘兴民,孙征,柯国土
        2021, 44(10): 100606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100606
        摘要：泳池式低温供热堆堆芯在深水池内，利用了深水静压力来提高堆芯出口温度，以满足供热系统需求。400 MW泳池式低温供热堆堆芯采用69盒组件堆芯核设计方案，该方案的特点是：采用截短型压水堆燃料组件、低功率密度堆芯、长周期循环长度、无硼控反应性补偿机制、由载钆燃料棒提供部分后备反应性。给出了堆芯核设计准则，对装载方案进行了优化设计，对各循环进行了提棒顺序搜索和燃耗计算，对各循环的重要物理参数进行了分析。研究结果表明：69盒组件堆芯方案满足相关的核设计准则，具有良好的经济性和安全性。  
        关键词：池式低温供热堆;核设计;提棒顺序   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，专家建立了铅冷快堆环形燃料元件热工模型，分析了关键因素，为提高堆芯功率密度提供解决方案。”
        王宇轩,麻龙辉,赵鹏程,刘紫静,朱恩平,于涛
        2021, 44(10): 100607. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.100607
        摘要：研究影响铅冷快堆环形燃料元件热工性能的关键因素，对提高铅冷快堆堆芯的功率密度具有重要意义。本文首先对典型铅冷快堆环形燃料元件建立热工模型并进行热阻分析，评估影响其热工性能的关键因素；然后，以内外流道冷却剂的出口温差、环形燃料元件芯块最高温度、绝热面位置以及内外包壳温差四项指标作为评判标准，分析各因素对环形燃料元件热工性能的影响特性。热阻分析结果显示：影响铅冷快堆环形燃料元件热工性能的关键因素为气隙宽度、包壳厚度和流量分配比。评判分析结果表明：增大流量分配比可以显著降低内外流道冷却剂的温差和环形燃料元件芯块最高温度；适当增加外气隙宽度，减小内气隙宽度，可以降低内外流道冷却剂的出口温差和内外包壳的平均温差；改变包壳厚度对环形燃料元件热工性能不造成显著影响。  
        关键词：铅冷快堆;环形燃料;热工性能;关键影响因素   
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