最新刊期
      2021 年 第 44 卷 第 7 期

        同步辐射技术及应用

      • “上海软X射线自由电子激光用户装置提出全相干飞秒X射线脉冲产生原理，为相关领域研究提供新方向。”
        高张峰,颜佳伟,邓海啸,刘波,王东
        2021, 44(7): 070101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070101
        摘要：X射线自由电子激光（Free-Electron Laser，FEL），尤其是全相干飞秒FEL脉冲，在众多领域都有应用。依托上海软X射线自由电子激光用户装置（Shanghai Soft X-ray Free-Electron Laser User Facility，SXFEL-UF），提出了一种基于fresh-slice技术产生全相干飞秒X射线脉冲的原理。通过对电子束施加横向踢力使其产生时间关联的横向倾斜，再利用种子激光调制的时空同步获得亚十飞秒尺度的群聚。对于SXFEL-UF的级联高增益谐波产生（High-Gain Harmonic Generation，HGHG）模式，三维模拟结果表明得到种子激光45次谐波的峰值功率为3 GW，脉冲长度为3.3 fs，X射线脉冲长度随束团横向倾斜程度的变化关系与理论预期吻合；单级回声型谐波产生（Echo-Enabled Harmonic Generation，EEHG）模式的三维模拟结果与之接近。通过进一步分析电子束团的横向发射度、能量啁啾、横向位置抖动和中心能量抖动对该方案结果的影响，探索了利用椭圆极化波荡器Afterburner同时获得6 nm的飞秒线偏光和3 nm的飞秒圆偏光的方案。  
        关键词：X射线;飞秒脉冲;能量啁啾;Fresh-Slice;圆偏振   
        413
        |
        48
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588507 false
        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在材料科学领域，研究者通过透射电子显微镜和纳米压痕仪，对比分析了选区激光熔化成形和传统工艺轧制的304L不锈钢在Xe离子辐照后的微观结构和硬度变化。研究发现，SLM 304L不锈钢的位错环和Xe泡数密度低于TM 304L不锈钢，但其Xe泡尺寸约为TM 304L不锈钢的3倍。辐照后，两种材料均出现硬化现象，其中SLM 304L不锈钢的辐照硬化程度低于TM 304L不锈钢。通过弥散强化模型计算，证实位错环和Xe泡是导致材料硬化的主要因素。”
        李莹,李健健,付崇龙,白菊菊,侯娟,林俊,戴志敏
        2021, 44(7): 070201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070201
        摘要：采用5 MeV的Xe离子在550 ℃对选区激光熔化成形（Selective Laser Melted，SLM）的304L不锈钢进行辐照，通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）和纳米压痕仪分别研究了该材料辐照前后的微观结构和纳米硬度的变化，并在相同实验条件下与传统工艺轧制的（Traditionally Manufactured，TM）304L不锈钢进行对比。结果表明：SLM 304L和TM 304L不锈钢的位错环平均尺寸分别为（2.13±0.53） nm和（1.94±0.46） nm，对应的位错环数密度分别为1.48×1022 m-3和6.94×1022 m-3；其Xe泡的平均尺寸分别为（3.71±1.40） nm和（1.37±0.46） nm，对应的Xe泡数密度分别为3.50×1022 m-3和1.73×1023 m-3。SLM 304L不锈钢位错环和Xe泡的数密度均低于TM 304L不锈钢，其Xe泡的平均尺寸约为TM 304L不锈钢的3倍。辐照后样品均出现了硬化现象，SLM 304L和TM 304L不锈钢的辐照硬化程度分别为14%和32%。通过弥散强化模型（Dispersed Barrier Hardening，DBH）计算辐照缺陷对材料硬化的影响，结果表明：位错环和Xe泡是导致材料硬化的主要因素。  
        关键词：SLM 304L不锈钢;Xe离子辐照;微观结构;辐照硬化   
        375
        |
        149
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588268 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在2020年生态环境部辐射环境监测质量考核中，专家利用高纯锗γ谱仪，通过核素识别和定量测量，间接估算出气溶胶滤膜中总α和总β放射性活度，为气溶胶总放射性分析提供有益参考。”
        陈诚,罗茂丹,王亮,王玉兰,王茜,徐僳,舒奕嘉,李广
        2021, 44(7): 070202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070202
        摘要：在2020年生态环境部辐射环境监测质量考核中，针对气溶胶滤膜中总放射性考核样品，使用无源效率刻度的高纯锗（HPGe）γ谱仪，通过核素识别和定量测量，间接估算出考核样品中总α和总β放射性活度，并利用气溶胶滤膜γ多核素标准样品和自制气溶胶滤膜薄参考样品，验证了分析方法的可行性。考核分析结果显示：总α活度考核样的测量值为61.2 Bq，总β活度考核样的测量值为73.2 Bq，其不确定度分别为Uα=6.6%（k=2）和Uβ=3.6%（k=2），通过Z比分数方法评价，考核分析结果均合格。此外，还对实验室无源效率刻度软件LabSOCS （Laboratory Sourceless Calibration Software）中的参数设置、γ谱本底扣除及核素γ谱能量选择和γ级联辐射校正等三方面内容进行了讨论，为该方法应用于气溶胶总放射性分析提供有益的参考。  
        关键词：HPGe谱仪;无源效率刻度;核素分析;总α和β考核样   
        402
        |
        47
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588531 false
        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “冷中子照相装置关键部件荧光屏研究取得新进展，新型荧光屏具有高分辨率、工艺简单及成本低等特点，为冷中子成像技术发展提供新思路。”
        李达,谭西早,张继龙,薛云飞,骆无瑕,靳柯,杨丽芳,武朝辉
        2021, 44(7): 070401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070401
        摘要：冷中子照相是一种优异的无损检测技术，中子转换屏是冷中子照相装置的关键部件。基于填充有闪烁/荧光粉末毛细玻璃管阵列的荧光屏是一种新型的冷中子照相转换屏，具有本征分辨率高、工艺简单及成本低等特点。基于毛细玻璃管阵列填充荧光粉末（Gd2O2S：Tb）制备了一种新型荧光屏。具体制作步骤包括：荧光粉研磨、粒径筛选和抽滤法填充。实验结果显示：对于10 μm孔径的毛细玻璃管阵列，荧光粉在毛细玻璃管阵列中的填充效率可达70%。利用该工艺流程加工得到的荧光屏对西门子星型冷中子空间分辨测试靶进行了冷中子成像实验，测量结果显示其空间分辨率约达300 μm@CTF=3%。  
        关键词：冷中子成像;中子荧光屏;毛细玻璃管阵列   
        368
        |
        26
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588361 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在强流重离子加速器装置注入引出Kicker电源系统中，研制了基于FPGA的通信系统，提高了数据通信效率和稳定性。”
        刘艳,高大庆,张华剑,李继强,高杰,上官靖斌,李明睿,金雪剑
        2021, 44(7): 070402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070402
        摘要：在强流重离子加速器装置（High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility，HIAF）注入引出Kicker电源系统中，控制事件的传输效率和稳定性是影响电源工作性能的重要因素。为实现HIAF-Kicker电源双极性固态PFN-Marx发生器中百路绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）开关的精确控制，并为HIAF-Kicker电源高速波形采集数据提供千兆级别的回读通路，研制了Kicker电源通信系统。该系统基于美国Xilinx Kintex-7 现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）为核心器件的数字控制器，采用HDL硬件语言描述的用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）栈作为数据通信核心，采用截取包含波形脉冲及其前后部分进行传输的方案，提高了通信效率，节约了系统资源。通过连接多模块光纤扇出子板，输出多路电源所需的光控制信号，并外加屏蔽壳以降低电磁干扰，保证数据传输的稳定性。根据HIAF-Kicker需求对通信系统进行测试，测试结果显示该系统满足HIAF-Kicker电源数据通信的需求。  
        关键词：HIAF-Kicker;通信;硬件UDP核;FPGA   
        400
        |
        29
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588111 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在信号处理领域，专家基于拉式变换和Z变换分析C-R系统，提出了改进的离散解和C-R逆算子算法，实现了数字极零相消功能，为解决数字基线漂移问题提供解决方案。”
        金幼贤,周建斌,马英杰,岳爱忠,洪旭,刘易,王敏
        2021, 44(7): 070403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070403
        摘要：本文首先基于拉式变换以及Z变换，对C-R系统进行分析，得到了相应的时域连续解与离散解，考虑到指数运算在现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）中难以实现，结合泰勒级数展开了指数项，得到了改进的离散解，然后结合数值解对这三个离散解进行了仿真对比；结合Z变换解，对其做相应的处理得到C-R逆系统的时域数字解，并且给出了基于FPGA的C-R逆算子的电路系统结构实现框图。在构建的C-R逆算子算法基础上，针对单指数脉冲信号通过C-R系统后产生的反冲拖尾现象进行了初步应用研究，得到了无反冲的更窄的脉冲信号，实现了数字极零相消的功能。最后通过模拟实验发现了数字基线漂移的问题，分析了原因，并提出了改进方法，得到改进的C-R逆算子算法，并通过模拟实验验证了可行性。  
        关键词：Z变换;C-R逆算子;时域数值分析;基线恢复   
        368
        |
        26
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588063 false
        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “氟锆酸盐玻璃研究取得新进展，揭示了氟锆酸根离子结构演变过程，为提高光纤品质提供理论参考。”
        蓝荣山,刘一阳,付晓彬,刘洪涛,钱渊
        2021, 44(7): 070501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070501
        摘要：氟锆酸盐玻璃（Fluorozirconate glass，ZBLAN）是制作中红外氟化物光纤的主要基质材料。本研究以ZrF4-FLiNaK作为模型体系，利用核磁共振技术分析了19F、23Na和7Li谱的化学位移随不同ZrF4浓度的变化趋势，揭示了该复合熔盐体系固化过程中氟锆酸根离子的结构随着ZrF4配比增加逐渐向［ZrF7］3-、［Zr6F31］7-和［ZrF6］2-的演变过程。当ZrF4浓度达到25.0 mol%时，发生了共晶盐相到玻璃结构的相变过程，体系中形成了Zr-F-Zr桥键的玻璃态网络结构，而当ZrF4浓度超过56.0 mol%时，可能会导致玻璃态稳定性的降低。另外研究发现体系中的碱金属K+、Na+和Li+离子在玻璃态结构中主要作为修饰剂，起到填充作用，用于提高网络结构的稳定性。这些结果指出了玻璃态网络结构的形成过程和碱金属阳离子的作用，为研究含ZrF4玻璃结构及提高光纤品质提供理论参考。  
        关键词：ZrF4-FLiNaK玻璃模型;固体核磁共振;玻璃态网络结构   
        363
        |
        27
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588194 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在核酸分析等领域，科学家通过精确调控DNA四面体尺寸，实现了对荧光染料各向异性的调控，有望开发新型优异探针。”
        黄秋灵,陈静,李江,诸颖,王丽华
        2021, 44(7): 070502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070502
        摘要：嵌入式染料的荧光各向异性在核酸分析、荧光探针构建和生物传感等领域具有重要的应用意义，而目前基于框架核酸的嵌入式染料的荧光各向异性的研究很少。本工作通过DNA序列设计精确调控DNA四面体（DNA Tetrahedrons，TDN）框架核酸的尺寸，利用同步辐射X射线小角散射表征DNA纳米结构，结合嵌入式染料SYBR Green I、DAPI和DiYO-1，构建了一系列TDN荧光各向异性探针，研究了TDN尺寸对探针荧光各向异性的影响。实验结果表明：对于单嵌入式SYBR Green I和DAPI，随着TDN尺寸增加，探针的荧光各向异性增加。对于双嵌入式DiYO-1，探针的荧光各向异性随着四面体棱长的增加先降低后增加。该研究表明通过精确调控TDN尺寸可以实现对荧光染料各向异性的调控，以框架核酸为载体的荧光各向异性探针有望成为一种新型的优异探针。  
        关键词：荧光各向异性;DNA四面体（TDN）;嵌入式染料;X射线小角散射   
        368
        |
        28
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11587923 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在中子成像领域，专家采用残差网络模型，实现了中子照相图像的无参考质量评价，为系统参数优化提供辅助手段。”
        乔双,李俊辉,赵辰一,张天
        2021, 44(7): 070503. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070503
        摘要：目前中子照相图像的质量主要通过人类视觉系统（Human Visual System， HVS）来评估，而HVS无法作为中子成像系统优化参数的实时辅助。为了能够客观评价中子照相图像质量，以对中子成像系统参数优化提供辅助手段，采用残差网络（Residual Network，ResNet）模型，对中子照相图像进行无参考质量评价（No-reference Image Quality Assessment，NR-IQA）。首先对清晰的自然图像添加不同失真等级和失真类型的噪声，再利用梯度幅度相似性偏差（Gradient Magnitude Similarity Deviation，GMSD）方法对添加了噪声的图像进行质量分数标定来建立实验数据集。最后，通过训练ResNet以实现对中子照相图像的特征提取和质量评价。实验结果表明：模型在实验数据集的测试集和两组真实中子照相图像的质量预测上均有较好的表现，证明了该方法在中子照相图像质量评价上的应用潜力。  
        关键词：中子照相图像;无参考图像质量评价;残差网络;梯度幅度相似性偏差   
        382
        |
        23
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588163 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在中子成像领域，新提出的自适应对比度增强算法通过粒子群优化算法自动寻优增强图像对比度，有效改善成像质量，具有推广应用价值。”
        曹旭宁,陈思泽,俞杰,张连鑫,张早娣,李桃生
        2021, 44(7): 070504. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070504
        摘要：由于成像机理和中子源的限制，中子照相成像图像易出现对比度不足的缺陷，利用对比度增强算法改善图像质量成为解决问题的常用方法。新提出的自适应对比度增强算法利用粒子群优化算法对中子图像全局像素进行迭代分析，确定自适应处理过程中的关键增益因子系数，可实现图像对比度自动寻优增强。利用该算法对多幅中子图像进行处理并与传统优化算法处理结果进行对比分析。结果显示：新算法对于不同中子照相的图像均具有明显的对比度增强效果，且该算法优化图像的信息熵、灰度平均梯度和对比度等参数相比传统优化算法均有提高，具备推广应用价值。  
        关键词：中子照相;图像增强算法;自适应对比度增强;粒子群优化算法   
        391
        |
        24
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588308 false
        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “报道：小型熔盐堆堆芯设计，无需添料可运行1250天，放射性活度达7.36×10^18 Bq。”
        周炜龙,严睿,周波
        2021, 44(7): 070601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070601
        摘要：为满足小区域供电需求，提出了一种热功率为100 MWt的小型熔盐堆的堆芯概念设计。该设计通过调整堆芯燃料初始装载量，使得反应堆在不添料的条件下可满功率运行1 250 d，然后在寿期末进行燃料批处理。针对这种长换料周期的燃耗特性和燃料盐的特点，对该堆在运行期间主回路的放射性核素产量及其来源进行了分析。通过三维蒙特卡罗运输程序的计算软件KENOVI和燃耗分析模块Origen-S，对主回路放射性产物的积存量以及中子能谱等中子学参数进行了分析。结果表明：寿期末该反应堆中放射性活度约为7.36×1018 Bq，其中锕系核素的总活度约为1.47×1018 Bq，裂变产物的总活度为5.89×1018 Bq。裂变产物中惰性气体、碘的同位素及易挥发裂变金属分别为7.35×1017 Bq、9.56×1017 Bq、8.17×1017 Bq；锕系核素239Np同位素占绝大多数，约占锕系核素放射性总量的98%，也是堆运行过程中放射性最大的核素。本文结果可以为小型熔盐堆的反应堆放射性安全管理、燃料后处理以及辐射防护设计提供参考。  
        关键词：熔盐堆;放射性活度;主回路;锕系核素   
        376
        |
        33
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11587966 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆抗震分析领域，专家采用ANSYS软件建立了三维有限元模型，计算了土壤-结构相互作用下的楼层反应谱，为TMSR-LF1地震安全评估奠定了基础。”
        刘艺诚,王晓,王晓艳,樊辉青,张小春
        2021, 44(7): 070602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070602
        摘要：核反应堆厂房的楼层反应谱对整个反应堆系统的抗震分析与设计具有重要意义。本文旨在得到2 MW液态燃料钍基熔盐实验堆（Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel 1， TMSR-LF1）的准确楼层反应谱。采用ANSYS有限元分析软件建立梁、板壳、实体三种单元混合的三维有限元模型，通过直接法计算得到了土壤-结构相互作用（Soil-Structure Interaction，SSI）下的楼层反应谱。结果表明：地上部分的楼层反应谱谱值远大于地下部分，且因结构、荷载等因素差异较大；地面各楼层反应谱在竖直方向上的谱值均大于其水平方向的谱值。在开展核设施抗震设计时，建议增加地上楼层的垂向刚度。研究结果为TMSR-LF1的地震安全评估奠定了基础。  
        关键词：楼层反应谱;土壤-结构相互作用;核反应堆厂房结构;液态燃料钍基熔盐实验堆   
        401
        |
        31
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588037 false
        发布时间：2024-10-25
      • “在核电厂废油处理领域，专家通过超临界水氧化技术，实现了废油高效处理，为解决放射性废油处理难题奠定基础。”
        李世斌,夏晓彬,秦强,王帅,马洪军
        2021, 44(7): 070603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.070603
        摘要：放射性废油主要来自核电厂主泵、汽轮机等设备的运行维护，是一种典型的放射性有机废液。由于没有适宜的处理技术，只能进行贮存，长期贮存具有泄漏和着火的安全隐患。为解决放射性废油的处理难题，开展了超临界水氧化处理核电厂润滑油的实验研究。考察了不同反应温度、反应时间、过氧系数对VG 32润滑油COD（Chemical Oxygen Demand)去除率的影响。实验结果表明：最佳的反应温度为550 ℃、反应时间为80 s、过氧系数为250%；在该条件下，有机物的去除率达96%以上。此外，还研究了420~580 ℃下超临界水氧化处理核电厂润滑油的反应动力学。结果表明：反应活化能Ea为43.10 kJ·mol-1，指前因子A为8.861 s-1，动力学模型计算值与实验值之间的偏差小于3%，表明该模型具有可信性。本研究为超临界水氧化处理放射性废油奠定了实验基础。  
        关键词：超临界水氧化;VG 32润滑油;COD去除率;反应动力学   
        369
        |
        22
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 11588428 false
        发布时间：2024-10-25
      0