最新刊期
      2021 年 第 44 卷 第 6 期

        同步辐射技术及应用

      • “上海光源X射线成像线站采用GPU并行计算，实现X射线动态显微CT快速重构，加速比达200倍。”
        张园,谢红兰,杜国浩,许明伟,薛艳玲,肖体乔
        2021, 44(6): 060101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060101
        摘要：上海光源X射线成像线站的X射线动态显微计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）的用户实验产生了海量投影数据，采用基于CPU串行计算的CT重构方法速度慢，将导致实验数据的大量积压。图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）因其多核架构、可大规模并行化的特点，在高性能计算领域得到广泛应用，将其用于CT重构，有望实现X射线动态显微CT的快速重构。采用CUDA编程标准，将滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）CT重构算法的反投影运算进行并行化设计，并在NVDIA RTX2080的GPU上成功实现了CT重构的并行计算。与基于CPU串行计算的CT重构时间的对比结果表明：基于GPU并行计算的CT重构获得了200倍左右的加速比，一套CT数据所需的重构时间由分钟级降低到了秒级。借助GPU强大的计算能力可以实现X射线动态显微CT的快速重构。  
        关键词：X射线动态显微CT;GPU;并行计算;CT重构;快速X射线成像   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在甲烷氧化催化剂研究领域，科学家采用两步浸渍法制备了铋掺杂的铂基催化剂，并通过XAFS表征揭示了铋与铂之间的强相互作用，为双金属催化剂的制备提供了指导。”
        南兵,黄宇营,李丽娜
        2021, 44(6): 060102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060102
        摘要：甲烷作为一种无污染的清洁能源，具有储量丰富、环境友好的特点，因此，发展高效稳定的甲烷氧化催化剂具有十分重要的意义。通过两步浸渍法成功制备了铋掺杂的铂基铈-锆-镧催化剂，并将其应用在甲烷完全氧化反应。通过X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Structure，XAFS）表征，铋（Bi）和铂（Pt）之间存在较强的相互作用，促进了Pt物种分散到原子簇和单原子级别。然而，Bi的引入会导致Bi/BiOx原子簇覆盖催化剂表面的Pt物种（单原子和原子簇）和载体表面，阻碍了Pt活性物种以及载体与反应物的接触，从而降低了催化剂在甲烷完全氧化中的活性。通过XAFS指认铂与铋之间强相互作用的存在，这对于今后的双金属催化剂的制备具有一定的指导意义。  
        关键词：X射线吸收精细结构;甲烷氧化;强相互作用;铂物种;铋物种   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在水系锌离子电池领域，科研人员采用一步水热法制备出碲化铋纳米结构材料，并首次将其应用于电池正极，通过同步辐射原位X射线衍射技术，实时观察到碲化铋纳米片反应过程中高度可逆的质子插层现象，证实了质子在碲化铋正极材料中的可逆输运特性。”
        彭磊,王娟,何燕,杨科
        2021, 44(6): 060103. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060103
        摘要：可充电水系锌离子电池因具备低成本、高安全性、无毒环保等优点备受关注，具有高比容量和工作电压的新型正极材料则是水系锌离子电池研究的热点之一，而碲化铋正是这样一种新兴材料。本工作采用一步水热法剥离碲化铋（Bi2Te3）粉末获得稳定的碲化铋纳米结构材料，并首次探索将其作为正极材料应用于水系锌离子电池中。扫描电镜和原子力显微镜测试结果均表明合成的碲化铋具有纳米片形貌，厚度仅为3~5 nm。为了进一步深入研究其反应机理，利用同步辐射原位X射线衍射技术，实时表征碲化铋纳米片正极在电池充放电过程中的微观结构变化，并实时观察到碲化铋纳米片反应过程中高度可逆的质子插层现象，证实了质子在碲化铋正极材料中的可逆输运特性。  
        关键词：水系锌离子电池;碲化铋纳米片;原位同步辐射X射线衍射;可逆质子插层   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在自由电子激光领域，上海软X射线装置的高梯度C波段光阴极电子枪升级设计取得突破，显著改善了电子束发射度，满足FEL光源要求。”
        王琳,方文程,赵振堂
        2021, 44(6): 060201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060201
        摘要：自由电子激光（Free Electron Laser，FEL）对电子束的发射度有极高的要求。近年来，可产生短电子束团并且具有高亮度性质的电子枪，是研发高性能FEL的核心部分，也是重要挑战与研究热点。一个很有前景的方向是提高微波电子枪（RF电子枪）内的加速梯度。提高现有电子枪的梯度，需要对电子枪微波场的优化、螺线管的设计和束流初始分布设置有全新的方案。为了解决这个需要多参数协调优化的问题，本文基于上海软X射线自由电子激光装置，率先从空间电荷力、加速电场与发射度补偿的角度，系统地分析和探索了高梯度C波段光阴极电子枪升级的设计与优化的方法。用ASTRA程序，对电子枪内不同电场强度对束流动力学的影响进行了模拟。详细分析了发射度补偿原理，对螺线管的主副螺线圈电流比进行优化，并研究了初始束团分布对发射度的影响。模拟结果表明：采用优化的电场强度、螺线管的主副螺线圈电流比与初始束团分布，电子枪输出束团的发射度有显著改善，满足FEL光源对于电子枪低发射度的要求。  
        关键词：光阴极;电子枪;发射度;空间电荷力   
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        发布时间：2024-10-25
      • “合肥先进光源项目预研中，研制新型非线性冲击磁铁，实际磁场满足设计要求。”
        宋文彬,尚雷,尚风雷,许春宇
        2021, 44(6): 060202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060202
        摘要：合肥先进光源（Hefei Advanced Light Facility，HALF）是第四代衍射极限储存环型光源，其同步辐射光在真空紫外与软X射线波段。合肥先进光源的预研项目正在进行中，目前的注入系统拟采用非线性冲击磁铁的离轴注入方案，并处于重点考虑中。针对合肥先进光源项目，设计并研制了一种新型的适用于低发射度储存环的非线性冲击磁铁，对其进行了磁场的模拟，分析了其磁场对储存束流的影响以及陶瓷管内部镀膜对磁场场型的影响。加工了一套样机，同时对非线性冲击磁铁的磁场进行了实际测量，结果表明：实际磁场场型满足设计要求。  
        关键词：衍射极限储存环;注入;非线性冲击磁铁;镀膜;磁场测量   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在快中子产额测量领域，4H-SiC探测器展现出优异性能，为相关研究提供新方案。实验获得探测器脉冲幅度谱，高能段反应特征峰清晰可辨，12C（n，α0）9Be特征峰的半峰全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）为190 keV，能量分辨率为2.26%，对快中子的注量响应εE=8.89×10^-6 n^-1·cm^-2（±7.7%）。”
        王飞鹏,洪兵,李桃生,沈水法,蒋洁琼,陈思泽
        2021, 44(6): 060203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060203
        摘要：为了验证4H-SiC探测器用于快中子产额测量的可行性，利用强流氘氚聚变中子发生器（High Intensity Deuterium-Tritium Fusion Neutron Generator，HINEG）测试了4H-SiC探测器的主要性能。实验获得了探测器的脉冲幅度谱，高能段反应特征峰清晰可辨，12C（n，α0）9Be特征峰的半峰全宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）为190 keV，能量分辨率为2.26%，对快中子的注量响应εE=8.89×10-6 n-1·cm-2（±7.7%）。实验结果表明4H-SiC探测器可用于快中子产额测量。  
        关键词：4H-SiC;快中子产额测量;注量响应   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在量子干涉器件领域，专家基于RSJ模型建立了DC-SQUID阵列直流关系方程，为深入研究其低温特性提供理论基础。”
        姜稣仆,杨瑾屏,张硕,任翠兰,怀平,伍文涛
        2021, 44(6): 060401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060401
        摘要：为更好地研究直流超导量子干涉器件（Direct Current Superconducting Quantum Interference Device，DC-SQUID）串联阵列的直流特性，我们基于约瑟夫森结RSJ（Resistively Shunted Junction）模型建立了适用于DC-SQUID串联阵列的直流关系方程，并通过求解等效福克-普朗克方程，获得了高斯白噪声影响下DC-SQUID串联阵列直流特性的解析表达式。DC-SQUID串联阵列的实测结果验证了本文所提理论公式的正确性。实验结果表明：DC-SQUID串联阵列在低温下具有超高的Fano因子，亟待进一步深入研究。  
        关键词：超导量子干涉器件;约瑟夫森结;RSJ模型;高斯白噪声   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在铀资源勘查领域，专家通过蒙特卡罗模拟，研究井径与热中子俘获γ能谱的对应关系，为提高铀裂变瞬发中子测井的可靠性奠定基础。”
        赖毅辉,王海涛,陈锐
        2021, 44(6): 060402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060402
        摘要：在铀资源勘查过程中，相比与传统自然γ测井，铀裂变瞬发中子测井以其“直接测铀”的优势节约了勘探成本，提高了探测效率。但该技术受井眼条件对源中子的慢化与吸收影响较大，必须进行现场校正，才能保证其解释结果的有效性。本文通过蒙特卡罗模拟手段，铀裂变瞬发中子测井探管内采用14 MeV的氘-氚（D-T）脉冲中子源，源距为30 cm，中子探测器均为3He气体探测器，γ探测器为LaBr3（Ce）探测器。通过模拟井径为110 mm、130 mm、160 mm的生产孔，研究井径与热中子俘获γ能谱的对应关系，将井眼大小的变化以俘获γ谱的氢峰计数率表征，用拟合函数表示氢峰计数率的变化规律，获得氢峰计数率与井眼大小的对应关系，并以此修正中子测井的解释结果。测试验证结果表明：井径的变化可由氢元素特征峰计数率表征。本文方法可降低因井眼变化对铀裂变瞬发中子测井的解释结果的影响，为提高铀裂变瞬发中子测井的可靠性奠定基础。  
        关键词：铀矿测井;瞬发中子;井径;校正方法   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在核石墨研究领域，科学家利用第一性原理模拟揭示了间隙原子的相互作用、迁移和结合行为，为新石墨片层生成机制提供重要理论依据。”
        徐海婷,吴喜军,刘卫,谭捷,杨果,邓柯,张铭军,钱楠,彭志华
        2021, 44(6): 060501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060501
        摘要：为明确核石墨中间隙原子的存在形态与演化规律，利用第一性原理模拟研究间隙原子间的相互作用及其迁移、结合行为。研究表明：同一石墨片层上的间隙原子间存在引力，间距大于0.5 nm 时其相互作用能可忽略；间隙原子倾向于沿扶手椅形方向迁移、结合，两间隙原子结合后降低的结构能约为6.0 eV；在间隙原子迁移过程中，整个迁移、结合反应的能垒约为0.4 eV；石墨中间隙原子最稳定的团簇结构是链状结构，紧邻的螺旋间隙原子结构次之，当结合的间隙原子数目超过6以后，间隙原子的结构将以包含六元碳环的团簇与底面以AB堆垛的形态存在，这是新石墨片层生成的重要机制。  
        关键词：核石墨;间隙原子;第一性原理;迁移与结合   
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        发布时间：2024-10-25
      • “高能物理实验研究中，海量数据获取处理面临挑战。研究者结合Hadoop框架，实现了流式数据获取框架BigDataDAQ，为处理海量数据提供解决方案。”
        吴冶,章红宇,朱科军,王之滨,陈玛丽,祁辉荣
        2021, 44(6): 060502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060502
        摘要：高能物理实验研究基本粒子及其相互作用，需要获取和分析大量的实验数据以发现新粒子或测量已知粒子的特性。随着高能物理实验规模的不断扩大以及加速器能量和亮度的不断提升，海量数据的获取、处理及分析将更具挑战性。在高能物理实验中，径迹系统探测器的通道数和数据量尤为巨大，为了读出和在线处理径迹系统探测器产生的海量数据，本文结合Hadoop大数据框架，引入主流开源的大数据处理组件，研究实现了一种流式数据获取框架——BigDataDAQ，并应用于时间投影室探测器模型实验中。实验室性能测试结果表明：这一数据获取框架具有良好的数据吞吐和数据处理能力，且易于部署和管理，为未来高能物理径迹系统结合大数据框架研制处理海量数据的流式数据获取系统进行了有益的尝试，并提供了一种可行的解决方案。  
        关键词：高能物理实验;径迹系统探测器;数据获取系统;Hadoop大数据框架;流式数据处理   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在反应堆热工水力数值模拟领域，研究者利用前馈神经网络优化粗网格计算，显著提升了计算精度。”
        靳爽,刘晓晶,程旭
        2021, 44(6): 060601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060601
        摘要：为缓解使用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）程序进行反应堆热工水力数值模拟中计算效率和计算精度之间的突出矛盾，以实现在较高计算效率下得到较高精度的计算结果，研究借助机器学习（Machine Learning，ML）中的前馈神经网络（Feedforward Neural Network，FNN）方法，通过对一定数量物理过程类似但具体参数不同的工况在粗网格、细网格两套网格下数值模拟计算结果差异的对比，得到针对同类工况具有推广适用性的误差函数表达式，对粗网格的数值模拟计算结果进行优化。通过比较优化前后相关物理量的计算结果与细网格下计算结果之间的均方根误差（Root Mean Square Error，RMSE），对优化效果进行评价。结果表明：粗网格计算结果在经由前馈神经网络得到的误差函数优化后，与细网格相关物理量的均方根误差显著降低。因此，研究建立的基于神经网络的粗网格数值模拟优化技术，可以有效提高反应堆粗网格数值模拟的计算精度，为在较高计算效率下实现较高精度的数值模拟提供了方法借鉴。  
        关键词：神经网络;粗网格;数值模拟;优化   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐堆低功率工况反应性引入事故研究中，专家分析了不同参数对事故后果的影响，为事故预防提供参考。”
        焦小伟,王凯,王超群,杨群,何兆忠
        2021, 44(6): 060602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060602
        摘要：熔盐堆低功率工况反应性引入事故中，不同的反应性引入速率将触发不同的停堆信号。同时反应堆初始功率和反应性温度系数等初始条件影响事故的进程，引起事故后果的差异。本文选取了7个反应性引入速率工况、25个初始功率水平和反应性温度系数的参数组合初始工况，分别讨论了这三个参数对事故后果的影响。分析结果表明：熔盐堆低功率工况反应性引入事故的后果对反应性引入速率的变化较敏感，在其他初始条件一定的情况下，存在特定的反应性引入速率会导致最不利的事故后果；事故后果对反应堆初始功率和反应性温度系数的变化不敏感，由初始功率和反应性温度系数差异造成的事故后果差异较小。  
        关键词：熔盐堆;低功率;反应性引入事故;敏感性   
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        发布时间：2024-10-25
      • “液态燃料熔盐堆安全分析取得新进展，基于一维缓发中子先驱核输运模型和二阶Godunov数值方法扩展了RELAP5/Mod4.0点堆模型，为液态燃料熔盐堆安全分析提供解决方案。”
        李锐,程懋松,戴志敏
        2021, 44(6): 060603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.060603
        摘要：液态燃料熔盐堆作为第四代核反应堆概念之一，在安全、经济、防核扩散方面都具有独特的优势。液态燃料熔盐堆特有的中子动力学和热工水力学特性，致使传统固态燃料堆系统分析程序不再适用于液态燃料熔盐堆的瞬态分析和安全评估。为了提高反应堆系统安全分析程序RELAP5/Mod4.0（Reactor Excursion and Leak Analysis Program）在液态燃料熔盐堆安全分析中的适用性和精确度，基于一维缓发中子先驱核输运模型和二阶Godunov数值方法扩展了RELAP5/Mod4.0点堆模型。采用美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）实验数据，对采用新点堆模型的RELAP5/Mod4.0程序进行了验证。结果显示：改进后的RELAP5/Mod4.0程序数值结果与实验结果吻合较好，表明该模型和数值方法能够较好地模拟缓发中子先驱核输运过程，满足液态燃料熔盐堆安全分析要求，能够应用于液态燃料熔盐堆安全分析。  
        关键词：熔盐堆;一维缓发中子先驱核;输运模型;二阶Godunov   
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        发布时间：2024-10-25

        刊误

      • “在人工智能领域，专家建立了深度学习体系，为解决复杂问题提供解决方案。”
        祝宇轩,王于仨,陈勇,崔苇苇,王昊,张子良,王皓迪,侯懂杰,赵晓帆,虞年,赵子健,陈灿
        2021, 44(6): 060701. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.050402
          
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