最新刊期
      2021 年 第 44 卷 第 4 期

        同步辐射技术及应用

      • “在粒子束流领域，上海软X射线自由电子激光装置通过加入电荷量反馈环路，实现了束团电荷量的精确控制。研究采用腔式探头作为信息拾取探头，提出了双腔混频方案，简化了系统。实验结果显示，两种方案均满足装置要求。”
        曹珊珊,冷用斌,袁任贤,赖龙伟,陈健
        2021, 44(4): 040101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040101
        摘要：束团电荷量是粒子束流最基本的特征参数，精确的电荷量测量和控制对于装置的运行以及束损的监测和安全联锁具有非常重要的作用。上海软X射线自由电子激光装置（Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Device，SXFEL）中加入了电荷量反馈环路，以期实现束团电荷量的精确控制并满足单束团实时电荷测量分辨率好于0.5%的要求，为此开展了高分辨率束团电荷量测量研究。由于腔式探头具有灵敏度高、原始信号信噪比高、近轴情况下位置无关等特点，因此被用作本研究中的束团电荷量信息拾取探头。传统的腔式探头通常采用单腔外本振的信号处理方案，要求额外提供特定频率的本振信号。为进一步简化系统，在此基础上提出一种新的双腔混频方案，该方案具有独立于本振频综及同步定时信号工作的特点。为了对比两种方案的性能优劣，对两种方案的实施效果进行了定性和定量分析。基于SXFEL装置的束流实验结果表明：单腔外本振混频方案电荷测量分辨率好于0.07%，双腔混频方案分辨率好于0.2%，前者的分辨率好于后者但二者均满足SXFEL用户装置要求。  
        关键词：SXFEL;腔式探头;束团电荷;双腔混频;高分辨率   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在微型X射线管领域，采用蒙特卡罗方法模拟研究了金刚石光学窗口的最优厚度。结果表明，在最优厚度为2.0 mm的条件下，金刚石窗口可替代传统铍作为微型X射线管的光学窗口。”
        邢义强,赵剑锟,李蔚成,刘义保,刘薇,姜爽
        2021, 44(4): 040201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040201
        摘要：以侧窗式微型X射线管为例，采用蒙特卡罗（Monte Carlo）方法，对金刚石光学窗口的最优厚度进行了模拟研究。以管压为50 kV、管电流为1.0 mA的X射线管工况为例的模拟结果表明：增加金刚石窗口厚度，可使银靶的Kα特征X射线有效透射比和峰总比不断提高；在最优厚度为2.0 mm的条件下，高能X射线有效透射比为154.5%，K系特征X射线的透射比为74.5%，峰总比为27.9%。与铍光学窗口相比，在保证特征X射线透射比T相等的前提下，金刚石光学窗口有更高的有效透射比和峰总比，可以替代传统铍作为微型X射线管的光学窗口。  
        关键词：X射线管;蒙特卡罗方法;金刚石;光学窗口   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在医学放射治疗领域，专家建立了X射线束流虚拟单点源模型，为精确剂量分布重建提供新方案。”
        李惠娟,焦胜修,陈仲本,刘小伟
        2021, 44(4): 040202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040202
        摘要：给出一种医用直线加速器X射线束流的虚拟单点源模型，并通过对实际测量的剂量分布进行拟合建模，探讨了模型的可用性。模型将X射线的束流分为原射线和散射线，原射线建模为各向异性点源，散射线建模为强度与射野相关的点源，而模型的参数通过对实测水体模中的吸收剂量分布进行拟合得到。结果显示：对于Varian Trilogy 6 MV直线加速器，模型给出的剂量分布与实测的剂量分布很好地符合，总散射因子（SCP）的测量值与拟合值差异小于1.5%。对于3 cm×3 cm、10 cm×10 cm、40 cm×40 cm射野，从水下深度1.4 cm（最大剂量深度）到水下深度20 cm，深度剂量分布的拟合值与测量值的平均差异分别为1.3%、1.3%和1.1%。在水下深度10 cm处，离轴剂量比（Off Axis dose Ratio，OAR）大于90%的离轴剂量的拟合值与测量值的平均差异分别为2.35%、0.75%和0.53%。这些结果表明X射线束流虚拟点源模型可很好地重建体模内的吸收剂量。  
        关键词：医用直线加速器;束流模型;点源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在重离子治癌领域，基于Zynq-7000 SoCx平台，设计了点扫描动态电流实时反馈系统，有效提高了位置电流精度控制。”
        姜浩宇,赵江,周忠祖,王德志,高大庆
        2021, 44(4): 040203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040203
        摘要：重离子治癌中的点扫描治疗是一种精确的放疗方法，点扫描治疗的过程就是扫描电源快速实时改变电流的过程。点扫描束流位置控制的精度取决于扫描电源的重复性和模型参数的稳定性，但点扫描中位置电流的变化快、幅值小，且容易被噪声淹没，使得治疗终端远程精确获取这种扫描动态电流存在一定的难度。为快速分析和优化点扫描位置电流的精度和重复性，基于Xilinx公司的新一代可扩展处理系统Zynq-7000 SoCx平台，结合高速光纤通信与PCI-E（Peripheral Component Interface Express）串行总线技术设计并实现了一种点扫描动态电流的实时反馈系统。经过兰州重离子治疗装置现场测试，该系统能实时获取点扫描的位置电流点阵并进行偏差计算，实测位置电流偏差为0.106 8 A，满足小于0.17 A的设计要求。为点扫描位置电流的精度控制及优化提供了一种有效的技术手段。  
        关键词：点扫描;SoC;光纤传输;PCIE   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核素分析领域，改进型灰狼算法显著提升了γ能谱解析速度和精度，为核素检测提供新方法。”
        刘薇,赵剑锟,刘义保,李蔚成,邢义强
        2021, 44(4): 040204. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040204
        摘要：针对传统γ能谱解析存在时间长、步骤多、精度低等缺点，在定性分析的基础上提出了一种改进型灰狼算法的γ能谱解析方法。采用基于倒S型曲线的收敛因子，保持算法全局搜索与局部搜索之间的平衡，解决了灰狼算法易陷入局部最优的问题；引入逐维更新策略，提高了寻优的精度和效率。对土壤标准源和马林杯标准源进行测量实验，结果证明：改进后的灰狼算法对多核素混合γ能谱解析效果较好，解析速度相较原始灰狼算法提升了近59%，土壤标准源中所有核素解析误差均可控制在±10%，8种核素平均绝对误差在4%以内；马林杯标准源中除226Ra和235U外，其他核素误差均小于10%，8种核素平均绝对误差在7%以内。  
        关键词：γ能谱;定量分析;灰狼算法;倒S型曲线;逐维更新   
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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

      • “最新研究报道，nZVI@CA/ZIF-8复合物对铀的吸附性能优异，吸附量随pH、铀浓度和温度升高而增大，平衡吸附量达110.0 mg∙g-1，为铀污染治理提供新思路。”
        何江,高飞,张峰,冯峰,石仕泷,刘军
        2021, 44(4): 040301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040301
        摘要：合成了一种ZIF-8负载柠檬酸包覆的纳米零价铁复合物（nZVI@CA/ZIF-8），并研究了其对U（VI）的吸附性能和机理。研究表明：nZVI@CA/ZIF-8对U（VI）的吸附量随着初始pH、U（VI）初始浓度和温度的升高而增大，在较高钠离子浓度 （0.5 mol∙L-1）条件下依然保持较好的吸附U（VI）性能。在铀初始浓度为50.00 mg∙L-1、pH为4.0、反应温度为25 ℃的条件下，复合物对U（VI）的平衡吸附量约达到（110.0±5.0） mg∙g-1。该吸附过程表现为自发吸热的单层表面化学吸附，可用准二级动力学和Langmuir等温模型加以描述。比表面积（Brunauer-Emmett-Teller，BET）测试结果表明：nZVI@CA/ZIF-8具有多孔结构和较大比表面积（1 271 m²∙g-1）。X射线衍射（X-ray Diffraction Spectra，XRD）、扫描电镜和能谱仪（Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy，SEM/EDS）证实了nZVI@CA/ZIF-8兼具ZIF-8和nZVI的晶体结构及显微形貌。X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）和红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectra，FTIR）分析结果表明：U（VI）能被nZVI颗粒还原为U（IV），并以UO2形式赋存于复合物表面，nZVI@CA/ZIF-8亦可通过形成Zn-O-U配位键络合水溶液中的U（VI）。  
        关键词：nZVI@CA/ZIF-8;U（VI）;吸附;表征;机理   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在γ能谱分析领域，科学家们开发了一种基于LaBr3（Ce）探测器的便携式γ谱仪稳谱技术，有效抑制了探测器因环境变化而形成的“谱线漂移”。该技术利用探测器自身本底谱中的36 keV与天然本底谱中40K的1460 keV特征峰作为稳谱参考峰，采用自定义的能谱关联度公式对实测能谱与标准本底谱的关联性进行度量，提出一种将参考峰与能谱关联度结合进行稳谱的方法。实验结果表明，在-30~50℃温度范围内，该稳谱方法无需事先标定参考峰与温度的关系曲线，也可有效防止在有干扰核素存在的条件下发生错误稳谱的情形，并且在温变速率超过50℃⋅h-1的突变情况下确保参考峰的峰漂稳定在±1道以内。”
        陈宸,吴桓
        2021, 44(4): 040401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040401
        摘要：稳谱作为γ能谱分析领域的重要任务之一，其主要作用是抑制探测器因环境变化而形成的“谱线漂移”。实验探讨了一种基于LaBr3（Ce）探测器的便携式γ谱仪稳谱技术。该技术利用LaBr3（Ce）探测器自身本底谱中的36 keV与天然本底谱中40K的1 460 keV特征峰作为稳谱使用的参考峰，采用自定义的能谱关联度公式对实测能谱与标准本底谱的关联性进行度量，提出一种将参考峰与能谱关联度结合进行稳谱的方法。实验结果表明：在-30~50 ℃温度范围内，该稳谱方法无需事先标定参考峰与温度的关系曲线，也可有效防止在有干扰核素存在的条件下发生错误稳谱的情形，并且在温变速率超过50 ℃∙h-1的突变情况下确保参考峰的峰漂稳定在±1道以内。  
        关键词：LaBr3（Ce）;γ谱仪;稳谱   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电站事故工况下，研发了一种超高量程γ辐射剂量率在线监测仪，适用于安全壳内高温高压环境，为事故工况下的γ辐照监测提供解决方案。”
        孙光智,邱顺利,肖伟,曾乐,刘海峰,裴煜,葛孟团,周宇琳,程辉
        2021, 44(4): 040402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040402
        摘要：在核电站事故工况下，需要对高温、高湿、高气压的安全壳内环境进行辐射监测。研制了一种可用于反应堆安全壳内高温高压环境下的超高量程γ辐射剂量率在线监测仪，包括该监测仪整体布局设计、电离室探测器的结构设计与耐压性能的计算验证、以及基于电流-电压-频率变换的宽量程弱电流测量电路的设计。该监测仪适用于安全壳内的电离室探测器可承受200 ℃高温、0.7 MPa高压的冷却剂丧失事故（Lose of Coolant Accident，LOCA）环境。利用标准辐射场和大型辐照装置对监测仪进行了标定校准试验，并利用LOCA试验舱进行了高温高压蒸汽模拟试验。测试结果表明：监测仪在1 mGy·h-1~50 000 Gy·h-1量程范围内灵敏度线性良好，在LOCA事故环境下输出信号稳定，适用于事故工况下的γ辐照监测。  
        关键词：核电站;事故后;LOCA;电离室探测器;超高量程   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在环境监测领域，专家研发了基于离子脉冲电离室的探测器系统，准确测量空气中氡浓度，符合室内氡浓度规定。”
        邱天力,李蒙,魏向伦,杨贺润,马朋,鲁辰桂,段利敏,胡荣江,何周波,梁珺成,张明
        2021, 44(4): 040403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040403
        摘要：氡（Rn）及其子体对人体呼吸器官有严重危害，为避免有害辐射，需准确测量环境空气中的氡浓度。氡及其子体衰变放出的α粒子能将空气分子电离，据此研发了一套基于离子脉冲电离室的探测器系统，实现对单个辐射粒子的信息记录和空气中的浓度准确测量。该探测器通过双屏蔽结构来有效抑制噪声，并采用离子脉冲收集方式，通过示波器波形采样来获取数据。探测器的工作电压区间为 -400 ~ -1 200 V，对241Am衰变产生的α粒子的能量分辨半峰全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）达到了17%，并在不同地点对空气中的氡含量进行了测量，得到有效信号和计数。测量结果表明：该地点符合GB/T 50325‒2020对室内氡浓度的规定。  
        关键词：氡;在线测量;离子脉冲电离室;计数;α粒子   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在硅漂移探测器领域，专家利用脉冲幅度比测量技术，成功测量了电荷包漂移时间，为提高探测器时间分辨率提供新方法。”
        虞年,徐玉朋,蔡严克,祝宇轩,赵晓帆,陈灿
        2021, 44(4): 040404. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040404
        摘要：硅漂移探测器（Silicon Drift Detector，SDD）中电荷包的漂移时间（μs·cm-1）与粒子入射位置到读出电极距离有关，而且通常不能直接测量，其不确定性是影响探测器时间分辨的主要原因。漂移时间和电荷灵敏放大器（Charge Sensitive Amplifier，CSA）输出信号上升时间之间有明显的对应关系，利用三角成形和梯形成形信号的脉冲幅度比可测量上升时间，从而得到漂移时间。对脉冲幅度比测量网络进行了建模仿真，研究了脉冲幅度比与CSA输出信号间的关系，以及SDD和CSA电子学噪声对脉冲幅度比的影响。结果显示：脉冲幅度比只与上升时间有关，可通过幅度比测量漂移时间。通过优化成形网络的成形参数可以控制电子学噪声的影响，使修正后的到达时间测量精度提高一个数量级左右。  
        关键词：硅漂移探测器;时间分辨;漂移时间;梯形成形;三角成形;脉冲幅度比   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在石油测井领域，新型Cs2LiYCl6：Ce探测器替代3He中子探测器，为地层孔隙度获取提供新思路。”
        周悦,于华伟,王猛,杜本强,刘志杰
        2021, 44(4): 040501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040501
        摘要：利用Cs2LiYCl6：Ce（CLYC）探测器替代中子孔隙度测井中的3He中子探测器，已成为石油测井仪器发展的新思路。为探究在中子孔隙度测井中使用新型探测器的可行性，通过蒙特卡罗模拟，研究了CLYC探测器在不同6Li纯度和探测器尺寸下的热中子计数通量，同时与不同内部气压下的3He探测器热中子计数结果进行对比；另外根据仪器使用不同探测器时获取的中子孔隙度响应，验证了CLYC探测器的可替换性。研究表明：新型CLYC探测器在6Li纯度高、探测器尺寸大时热中子计数效率高；相比于3He中子探测器，热中子探测效率较低的CLYC探测器经过源距组合分析优化后，得到的中子近远比响应结果与3He中子探测器近似，能够有效应用于地层孔隙度获取。  
        关键词：CLYC探测器;3He中子探测器;热中子;中子孔隙度测井;蒙特卡罗模拟   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核能领域，专家建立了熔融池仿真计算模型，模拟了湍流场和传热相变过程，为核能安全研究提供新方向。”
        朱光昱,闵金坤,张丽,元一单
        2021, 44(4): 040601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040601
        摘要：基于COMSOL Multiphysics软件的非等温流动模块建立了一种适用于熔融池的仿真计算模型。采用相变材料模型模拟实验中的非共晶摩尔比例20%NaNO3-80%KNO3熔融物，通过将实验台架顶端封闭腔的辐射换热转化为表面对外界环境辐射边界条件，对COPRA（COrium Pool Research Apparatus）实验的湍流场和传热相变过程进行了仿真模拟。仿真结果表明：熔融池内除了存在明显的自然对流外还存在大量的涡流，且在稳态下熔融池内会出现明显的热分层结构。受自然对流和重力影响，冷却壁面附近熔融物结壳的厚度沿冷却壁面随熔融池圆弧壁面径向角度增加而减小。  
        关键词：熔融池;自然对流;热分层;COMSOL   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐堆控制棒套管制备领域，采用碳纤维布缠绕工艺和先驱体浸渍裂解法，有效提升石墨管的强度和韧性。”
        黄波,江鸿,贺周同,刘方刚,唐辉,周兴泰
        2021, 44(4): 040602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040602
        摘要：在熔盐堆中需要设置控制棒套管，以实现控制棒在反应堆中的自由升降。石墨是理想的控制棒套管材料，但石墨强度与韧性不足，是其作为熔盐堆控制棒套管需要解决的主要问题。首先，在真空环境下用先驱体溶液预浸渍碳纤维布，并将其以一定的张力缠绕在石墨管上。其次，通过先驱体浸渍裂解工艺多次循环压力浸渍、固化、碳化制备不同增密次数和缠绕层数的样品。然后，对碳纤维布增强石墨管材样品和参照样品进行力学性能测试。最后，对测试损伤样品进行微观结构、失效方式分析，进而优化制备工艺以提升材料性能。结果表明：采用碳纤维布缠绕工艺以及先驱体浸渍裂解法可以很大程度上克服石墨管的强度及韧性不足的缺点，有望用于熔盐堆控制套管的制备。  
        关键词：熔盐堆;控制棒套管;碳纤维布增强;先驱体浸渍裂解法;弯曲强度   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐堆燃料管理领域，专家开发了ThorNEMFM程序，实现了在线添料和裂变产物处理等功能，为液态燃料熔盐堆的燃耗计算分析提供解决方案。”
        虞凯程,程懋松,戴志敏
        2021, 44(4): 040603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.040603
        摘要：由于熔盐堆液态燃料的流动、在线添料和后处理特性，现有的固态堆燃料管理程序不再适用于熔盐堆的燃耗计算分析。在自主开发的确定论节块法程序ThorCORE3D的基础上，耦合截面加工模块以及燃耗计算模块，开发了适用于液态燃料熔盐堆的燃料管理分析程序ThorNEMFM，以实现熔盐堆在线添料和裂变产物在线处理等功能。基于熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）、熔盐增殖堆（Molten Salt Breeder Reactor，MSBR）和熔盐快堆（Molten Salt Fast Reactor，MSFR）算例对ThorNEMFM燃耗程序进行了验证。结果表明：ThorNEMFM计算结果与算例结果符合较好，ThorNEMFM适用于液态燃料熔盐堆的燃料管理计算分析。  
        关键词：熔盐堆;确定论;燃料管理;在线添料和在线处理   
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        发布时间：2024-10-25
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