最新刊期
      2021 年 第 44 卷 第 2 期

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在受控核聚变领域，专家使用ORBIT代码，针对波纹扰动和NTM对托卡马克氘离子输运的影响进行了详细研究，为核聚变反应的维持提供了重要参考。”
        刘锦,陈嘉盈,常悦悦,詹研,虞立敏
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020201
        摘要：托卡马克是一种可能的受控核聚变实施方案，粒子输运在维持核聚变反应的进程中起着重要作用。使用导心运动代码ORBIT，针对波纹扰动和2/1新经典撕裂模（Neoclassical Tearing Mode，NTM）对圆截面托卡马克氘离子输运的影响开展了详细的数值模拟研究，同时计算了损失粒子的相空间分布。结果表明：粒子的损失随其初始位置和投射角（v// / v）变化而改变，远离磁轴、接近最外层磁面的粒子损失率高；NTM主要造成通行粒子损失，波纹场主要造成捕获粒子损失，而同时具有这两种扰动情况下的粒子损失接近于其单独作用造成损失之和；波纹场会显著增加捕获粒子的环向角动量扩散而不影响通行粒子，NTM主要对通行粒子的环向角动量扩散有影响。粒子损失基本不受NTM频率改变而变化，而其环向角动量扩散则随NTM频率变化而变化。  
        关键词：波纹;新经典撕裂模;ORBIT;数值模拟   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在β辐射伏特效应核电池仿真领域，专家基于Geant4框架建立了模拟β粒子能量沉积的通用模型，与Casino结果比较，验证了模型准确性。”
        张明旭,秦李鑫,赵嫚,赵江涛
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020202
        摘要：β粒子在换能材料中的能量沉积行为是β辐射伏特效应核电池仿真中的一项重要研究内容，通常使用蒙特卡罗软件Casino和MCNP（Monte Carlo N Particle Transport Code）来实现。其中，Casino难以模拟连续能量β粒子在换能材料中的能量沉积过程，而MCNP作为一款商业软件，其使用不仅受到版权限制，而且不易扩展。因此，基于通用的开源蒙特卡罗程序框架Geant4（GEometry ANd Tracking，version 4），在充分考虑β衰变连续能谱、放射源的自吸收以及电子在换能材料界面的反散射过程后，建立了模拟放射源衰变产生的β粒子在换能器件中的能量沉积行为的通用模型，并与Casino的部分计算结果进行了比较。模拟结果表明：基于Geant4的计算模型可以准确地模拟β粒子在核电池换能器件中的能量沉积行为，并具有应用方便、软件开放、易拓展等优点。  
        关键词：GEANT4;63Ni;β辐射伏特效应;能量沉积行为   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在质子治疗机房屏蔽设计中，铁板嵌入深度对次级中子反射分布有显著影响。主屏蔽墙对次级中子反射贡献超95%，铁板嵌入深度增加可降低反射中子有效剂量率。”
        李想,高宇楠,高韩,闫聪冲,汤薇,孙亮
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020203
        摘要：100~250 MeV的质子治疗机房的复杂次级辐射中，中子是屏蔽设计的重点。目前多采用混凝土内嵌入铁板以降低中子透射，但这样会造成显著的中子反射（即朝向患者方向）。使用蒙特卡罗方法探究245 MeV质子治疗机房中铁板的不同嵌入深度对次级中子反射分布的影响，并使用ICRP（International Commission on Radiological Protection）116号报告给出的中子外照射剂量转换系数评估患者受到的有效剂量。结果显示：主屏蔽墙对机房内次级中子的反射贡献大于95%，铁板嵌入深度为0（裸露在机房内）时机房外辐射剂量水平最低，但患者在AP（Antero-posterior）、PA（Posterior-anterior）、LAT（Lateral）三种照射方式下由反射中子造成的有效剂量率最高，分别为1.99 μSv‧s-1、1.37 μSv‧s-1和1.00 μSv‧s-1；随着铁板嵌入深度增加，反射中子造成的有效剂量率逐渐降低，但趋势越来越缓慢。在机房屏蔽设计时需要考虑这一特征。  
        关键词：质子加速器;中子防护;蒙特卡罗   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在飞行时间型中子散射谱仪领域，中国散裂中子源专家对带宽限制中子斩波器性能进行了系统研究，验证了其满足工程需求，为相关设计提供参考。”
        王闪闪,蔡伟亮,王平,张鸿,左太森,王松林
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020204
        摘要：带宽限制中子斩波器是飞行时间型中子散射谱仪上的重要设备之一，其性能的优劣影响着谱仪的测试效率。依靠周期性转动的转盘，带宽限制中子斩波器可用于中子波长范围的选择和脉冲周期重叠背底的滤除，提高信噪比。基于安装在中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source，CSNS）通用粉末衍射仪上的带宽限制中子斩波器系统，结合理论计算、McStas软件模拟及中子束流实验方法，对带宽限制中子斩波器的性能进行了系统的研究。结果表明：带宽限制中子斩波器实际选择的波长带宽约为0.478 nm，与目标带宽0.48 nm的相对误差在0.5%以内，具有显著滤除长波背底的效果；验证了安装在CSNS散射谱仪上的带宽限制中子斩波器的性能满足工程需求，也可为即将建设的中子散射谱仪上带宽限制中子斩波器的设计与改进提供参考。  
        关键词：带宽限制中子斩波器;转盘;McStas;中子束流实验   
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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

      • “科研人员成功制备64Cu标记单链DNA，为PET分子探针制备提供关键技术，体内分布实验为研究提供重要信息。”
        段晓燕,都义日,翁兆平,王相成,王春梅,王涛,李剑波
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020301
        摘要：本文探索64Cu标记单链脱氧核糖核酸（DeoxyriboNucleic Acid，DNA）方法及小鼠体内分布情况。将单链DNA（ssDNA）与螯合剂p-SCN-Bn-NOTA偶联，得到NOTA-ssDNA，加入64Cu孵育一定时间，利用薄层色谱监测反应，NAP-5脱盐柱纯化，得到64Cu-ssDNA。静脉注射进入昆明鼠体内后，研究不同时间点感兴趣器官或脏器的放射性摄取量。NOTA-ssDNA与64Cu反应1 h后，放化标记率为（66.4±2.85）%；纯化后，放化纯度大于95%。体外稳定实验显示，64Cu-ssDNA在PBS（Phosphate Buffer Saline）或小鼠血清中至少能稳定存在6 h。64Cu-ssDNA通过静脉注射到小鼠体内后，在胃肠道有一定的摄取，而肾脏和膀胱出现高放射性摄取量。注射180 min后，膀胱中的放射性摄取量达到了（63.84±5.86） %ID∙g-1。结果表明：64Cu-ssDNA主要通过泌尿系统代谢排出体外。64Cu-ssDNA的成功制备，为基于DNA多面体的PET分子探针的制备解决了关键一步；其体内分布实验为研究64Cu标记DNA多面体的体内生物分布提供了实验对照信息。  
        关键词：单链DNA;64Cu标记;体内分布   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在核仪控系统领域，基于Zynq-7000 SoC设计实现了基于UDP的千兆以太网传输系统，传输速度最高可达870 Mbps，满足实际传输需求。”
        杨振雷,刘承敏,青先国,朱宏亮,包超,蒋天植,喻恒,李进,罗庭芳,袁航,单伟
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020401
        摘要：随着核仪控系统的复杂性、集成度和数据量的不断增加，传统的控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）或外围设备互连（Peripheral Component Interconnect，PCI）等数据总线在一定程度上已难以满足数据快速传输需求。本文基于美国Xilinx公司Zynq-7000型片上系统（System on Chip，SoC）设计和实现了基于用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）的千兆以太网传输系统。首先，对UDP千兆以太网传输系统的实现方式进行了详细描述；然后，采用仿真工具ModelSim对系统方案可行性进行了仿真验证；最后，基于Xilinx的开发板ZC706对系统方案进行了具体实现和功能性能验证。验证结果表明：UDP传输速度最高可以达870 Mbps，能够满足绝大多数核仪控系统的实际传输需求。  
        关键词：Zynq-7000;用户数据报协议;以太网;传输系统   
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        发布时间：2024-10-25
      • “报道：中国散裂中子源大气中子谱仪采用GEM探测器，通过蒙特卡罗仿真优化设计，实现2.9毫米位置分辨率。”
        魏阳东,周健荣,周晓娟,朱林,周建晋,许虹,杨桂安,王小胡,孙志嘉,陈元柏
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020402
        摘要：采用聚乙烯转换层的气体电子倍增器（Gas Electron Multiplier，GEM）探测器具有快中子探测、较高时间分辨及位置分辨等性能，能很好地满足中国散裂中子源（Chinese Spallation Neutron Source，CSNS）大气中子谱仪束流监测的需求。采用蒙特卡罗仿真软件Geant4（GEometry ANd Tracking，version 4）对探测器的物理过程进行模拟，研究7 MeV、10 MeV、14 MeV三种不同能量中子的探测效率与聚乙烯转换层厚度的关系；并研究不同厚度阻止层对反冲质子出射能量、角度以及探测器探测效率的影响。此外模拟计算了反冲质子在不同厚度气体中的能量沉积以及探测器的γ射线灵敏度。最后根据模拟参数制作探测器样机并进行了初步的中子束流实验。实验结果表明：探测器采用2 mm聚乙烯转换层、200 µm铝阻止层以及4 mm工作气体时，探测器具有良好的二维成像能力，位置分辨率可达2.9 mm。  
        关键词：GEM;快中子;位置分辨;束流监测   
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        发布时间：2024-10-25
      • “兰州重离子加速器电源系统研究取得新进展，专家建立了高精度数字化电源脉冲标定体系，为提高电源输出电流精度提供解决方案。”
        于俊英,闫怀海,张帅,周忠祖,原振栋
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020403
        摘要：电源系统是兰州重离子加速器（Heavy Ion Research Facility in Lanzhou，HIRFL）装置中的重要系统组成之一，成千上百台电源输出电流的稳定性与精确性直接影响束流的品质。为了保证HIRFL束流的准确性和一致性，需要对分布在主环、实验环上100余台高精度数字化脉冲电源进行标定校准。本文主要介绍了一种高精度数字化电源脉冲标定系统的硬件组成、软件架构、标定算法以及数据处理方法，给出了标定结果。实际标定结果显示，标定之后的标准输出电流值精度提高了一个数量级，回读值精度提高了两个数量级以上，表明该方法能够有效地提高HIRFL高精度数字化脉冲电源的输出电流精度和回读精度。  
        关键词：标定系统;高精度数字化电源;给定系数;回读系数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在γ谱仪测量领域，专家提出了天然放射性核素特征峰稳谱法，有效识别并矫正峰漂现象，为实验室工艺系统样品γ核素测量提供解决方案。”
        莫念,王鑫,王宇宙
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020404
        摘要：“峰漂”是影响γ谱仪测量准确度的重要因素。文中详细介绍了“天然放射性核素特征峰稳谱法”，采用天然放射性核素K-40的特征峰识别“峰漂”，并使用该峰对谱仪进行矫正。该方法具有操作简单、识峰快捷、实时准确矫正等优点，适合于实验室工艺系统样品γ核素测量。  
        关键词：高纯锗γ谱仪;峰漂;稳谱   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在伴生放射性固体废物处理领域，研究了铀在广东红壤中的吸附迁移规律，发现提高废物pH可降低铀的浸出与迁移。”
        朱志如,陈柏迪,陈志东,邓飞,王家玥
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020501
        摘要：对几种典型伴生放射性固体废物中的铀在广东红壤中的吸附迁移规律进行了研究，并考察了广东红壤对硝酸铀酰的吸附作用。实验结果表明：在实验柱的天然雨水淋滤实验中，离子型酸溶渣、独居石铀钍渣和钽铌矿酸溶渣中的铀淋出率分别为41.1%、0.015%、97.8%；废物中的铀在红壤中迁移与铀的存在形态有关，易溶于水的形态（如磷铀矿）更易在红壤中迁移，溶解性越大，迁移性越强；硝酸铀酰在红壤中的吸附等温线符合线性方程，吸附机理以分配作用为主，但分配系数Kd较低，红壤对硝酸铀酰的吸附能力较弱。为了降低铀的浸出与迁移，应将伴生放射性固体废物的pH提高，将铀转化为难溶形态。  
        关键词：伴生放射性固体废物;铀;红壤;吸附迁移   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在稀有衰变实验中，铜表面放射性本底抑制取得新进展。研究人员采用5%柠檬酸加8%双氧水酸洗配方，有效去除铜表面210Po，去除效率高达99.93%。”
        付孟婷,王思广,程晨,孟月,钱志成,宁旭阳,司琳,武蒙蒙,姚玉坤
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020502
        摘要：由于铜本身的放射性极低，因此铜是稀有衰变实验中经常使用的材料之一。在实验探测器的组装过程中，铜暴露在含有氡气的空气中，氡的衰变子体（210Pb、210Bi和210Po）沉积在铜表面，其α、β和γ衰变导致实验本底增加。为了抑制该类放射性本底，需要对铜表面进行清洁。采用8种酸洗配方对铜表面进行处理，在酸洗前后利用α探测器测量铜表面210Po的计数，进而得到每种配方对210Po的去除效率，其中5%柠檬酸加8%双氧水酸洗配方对铜表面210Po的去除效率最高，可达到（99.93±2.31）%。针对该配方，利用电感耦合等离子质谱仪测量铜表面放射性232Th和238U，证明表面钝化层的232Th和238U含量低于ng·g-1量级。  
        关键词：铜;氡子体;α探测器;酸洗钝化;电感耦合等离子质谱仪   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在放射性核素分析领域，专家提出了一种基于约束非线性最优化的重峰解析方法，有效降低了高统计涨落能谱重峰的峰面积相对误差，为复杂能谱解析提供解决方案。”
        陈晔,肖无云,李京伦,张羽中,赵辉,法锋
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020503
        摘要：γ能谱测量分析是放射性核素定性识别和定量分析的重要手段。复杂能谱重峰解析一直是γ能谱分析的难点。为此，提出了一种基于约束非线性最优化的重峰解析方法，对常规重峰解析的非线性最小二乘拟合问题增加系统刻度约束，使结果更符合物理实际；设计了一种简单的迭代方法，实现了约束最优化问题的快速求解。采用仿真数据研究了不同统计涨落、峰间距和峰面积差别时的重峰解析性能，并采用实测数据进行了验证。结果表明：相比于无约束方法，该方法解析高统计涨落能谱重峰的峰面积相对误差可降低50%以上，适于在复杂能谱解析中使用。  
        关键词：γ能谱分析;重峰解析;非线性拟合;约束最优化   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核能领域，研究人员开发了基于EPICS平台的S7plc驱动程序，实现了钍基熔盐固态仿真堆控制系统与保护系统的整合，满足核电人因工程要求，为核反应堆安全运行提供保障。”
        朱晨晨,韩立欣,后接
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020601
        摘要：钍基熔盐固态仿真堆（Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel，TMSR-SF0）的运行控制和安全保护功能分别由基于实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System，EPICS）的分布式控制系统和基于现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的保护系统独立实现。由于保护系统是为保障反应堆最终安全而设置的系统，是反应堆控制系统中最重要的组成部分，对于堆的安全运行非常重要。因此，如何将这两个系统整合起来并满足核电人因工程的规范要求是反应堆安全运行的必要条件。本文采用基于EPICS平台的S7plc驱动程序，通过对输入输出控制器（Input/Output Controller，IOC）的搭建、S7plc驱动配置、IOC实时数据库设计、人机界面开发及系统测试，实现控制系统与保护系统的整合并使之满足核电人因工程的要求；同时TMSR-SF0控制系统需要与保护系统串口设备实时通讯，准确、实时、稳定地读取并处理串口设备发送的数据，最终实现对保护系统数据的实时监控。经过运行测试表明，基于EPICS平台的S7plc驱动程序与保护系统自定义的通讯协议的通讯方案可作为TMSR-SF0控制系统和保护系统之间通讯的实施方案，能够满足TMSR-SF0控制系统要求的所有技术指标，并可为仪控行业中类似的通讯设计提供参考和借鉴。  
        关键词：钍基熔盐堆;实验物理与工业控制系统;控制系统;S7plc驱动程序;串口设备   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核设施放射性物质控制领域，专家重新计算了氚的导出空气浓度和水中活度浓度控制限制值，为辐射防护管理提供参考。”
        吴友朋,温伟伟,程金星,王庆波,于艾,高鑫,耿志强
        2021, 44(2) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.020602
        摘要：氚是核设施运行过程中释放的放射性物质之一，对人体的内照射危害不仅与其活度有关，而且与氚的化学形态、摄入途径密切相关。针对目前国内涉及氚的控制标准较多，氚化水（HTO）与元素氚（HT）的控制限值均存在不一致的问题，梳理分析了氚浓度控制限值的发展及相关标准的制定依据。根据我国现行辐射防护有关标准，结合国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）和国际放射防护委员会（International Commission on Radiological Protection，ICRP）出版物中最新的核素氚生物剂量学参数，重新计算了氚的导出空气浓度（Derived Air Concentration，DAC）与水中活度浓度的控制限制值，以期为辐射防护管理标准制定提供参考，并对控制限值的适用对象进行了明确的区分，控制限值的适用对象是人而非设施设备。  
        关键词：氚化水（HTO）;元素氚（HT）;导出空气浓度;控制限值;内照射   
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