最新刊期
      2021 年 第 44 卷 第 8 期

        同步辐射技术及应用

      • “在上海同步辐射光源，利用共聚焦μ-SRXRF技术，成功对生物样品体内化学元素进行原位分析，为生命和环境研究提供新方法。”
        林晓胜,张丽丽,何燕,郑怡,闫帅,李爱国
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080101
        摘要：同步辐射共聚焦X射线荧光微探针技术（Synchrotron Radiation confocal micro X-ray Fluorescence，confocal μ-SRXRF）是一种具有深度分辨的三维元素分析方法，可以原位获得样品不同深度的化学元素信息，广泛应用于生命和环境原位研究领域。在上海同步辐射光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）硬X射线微聚焦及应用光束线站（BL15U1）搭建了共聚焦μ-SRXRF的实验装置和低温原位装置，并应用于生物样品体内化学元素分析。利用该装置对拟南芥种子和保持在低温环境中的大型蚤进行了原位荧光成像分析，无需切片及干燥过程直接获得了化学元素在样品体内的空间分布特征，并与常规μ-SRXRF获得的结果进行对比。实验结果表明：共聚焦μ-SRXRF可直接对生物样品体内的化学元素进行有效测量，同时联合低温原位装置可以扩展对热敏感的生物样品的化学元素分析，为生命和环境等研究领域提供强有力的原位表征技术。  
        关键词：同步辐射;共聚焦X射线荧光微探针技术;低温原位装置   
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        发布时间：2024-10-25
      • “最新研究报道，钒掺杂钴-氮-碳催化剂在氧还原电催化领域取得突破，为替代铂基材料提供新思路。”
        杨予琪,张光颖,孙凡飞,梅丙宝,杨帅,姜政,朱志远
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080102
        摘要：过渡金属氮掺杂的碳材料极有希望替代贵金属铂基材料成为重要的氧还原电催化剂，在储能材料和能量转换器件研究领域受到广泛关注。利用两步热解法和浸渍法设计了钒掺杂的钴-氮-碳催化剂，研究催化剂中钒对氧还原催化性能的影响。高价态钒的引入提高了钴基碳材料的催化活性。进一步通过X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Structure，XAFS）探讨催化剂的局域原子结构和电子结构，结果表明：Co与V的电子转移改变了金属Co的原子、电子结构，形成了Co‒N4活性位点，揭示了V掺杂CoNC材料的活性来源，为研究Co‒N‒C氧还原反应机理提供了理论基础。  
        关键词：氧还原反应;非贵金属催化剂;同步辐射X射线吸收精细结构;金属掺杂   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “俄罗斯NICA-MPD电磁量能器研究取得新进展，模拟分析了影响其性能的多个参数，为探测器设计提供参考。”
        曾德凯,彭肖宇,魏鑫,程凯,季选韬,朱坤,屈国普,胡创业,王晓冬
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080201
        摘要：俄罗斯重离子超导同步加速器的多功能探测器（Nuclotron-based Ion Collider Facility's MultiPurpose Detector，NICA-MPD）采用Shashlik取样型电磁量能器（Electromagnetic Calorimeter，ECAL），设计为由32个扇区组成的圆柱形桶共包含有43 008个构层（tower），每个tower由220层吸收体铅片与塑料闪烁体片交替组成。本文对影响其性能的多个参数进行了模拟研究，利用GEANT4软件模拟了影响电磁量能器的能量沉积、能量泄漏、能量分辨率等多种参数。模拟结果表明：不同物质作为吸收体时，高原子序数（Z）物质有利于能量沉积，并且能量主要沉积在吸收体中，占比为65%左右；在兼顾能量分辨率与位置分辨率需求后，电磁量能器的每个tower横截面边长设置为4 cm为最优；由于单个tower中横向泄漏大于30%，是能量泄漏的主要原因，因此在实验中可考虑在侧面加涂具有反射作用的涂料层；对于3×3 tower多个组合情况，当吸收体与闪烁体总厚度为1.8 mm时，且吸收体铅为0.3 mm时，能量分辨率能达到满足实验需求的5%@3 GeV；在不同入射能量下，量能器的能量沉积具有良好的线性关系，多个tower组合能提高能量分辨率与能量沉积，且能量越高时，能量分辨率越好。另外通过模拟计算表明，当辐射长度达到13X0时，能量沉积达到最大值，同时得到最佳的能量分辨率，因此NICA-MPD的电磁量能器设计长度约为415 mm，等效于电子经过约12.8个辐射长度。Tower侧面增加反射层能够使移波光纤中的光子数提高10%~19%，光纤端面增加反射层能使到达探测器的光子数提高约50%，验证了增加反射层的重要性和必要性。  
        关键词：电磁量能器;GEAN4模拟;能量沉积;能量分辨率;能量泄漏   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在海关生物安全检测领域，专家研制了基于相位衬度成像的X射线生物特征识别仪，为解决生物样本检测问题提供新手段。”
        许明伟,薛艳玲,陈荣昌,李可,杜国浩,邓彪,谢红兰,肖体乔
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080202
        摘要：海关生物安全检测对维护生态平衡和保护珍稀野生动植物具有重要意义。针对传统海关生物安全检测基于吸收衬度对生物样品成像衬度受限的问题，研制了一种基于相位衬度成像的X射线生物特征识别仪。通过采用光子利用效率高的同轴相衬成像方法进行成像，满足海关检测数据采集效率高和成像快的需求。为保证检测的辐射安全和样品调整方便，采用辐射防护棚屋、安全联锁与样品台自动控制的设计。针对生物特征识别的需求，建立了显微计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）及其三维定量分析方法，通过相衬CT三维显微结构定量分析，识别生物样本的特征信息。对分辨率靶和实际样品的测试结果表明：该系统的空间分辨率为3 μm，可实现弱吸收样品的高衬度成像和定量分析，适用于大部分生物样品的检测。该仪器的研制为海关生物安全检测提供了一个新的手段，其相衬成像特性也适用于中药材显微鉴定、结构药剂学、聚合物材料等领域的研究。  
        关键词：X射线相衬成像;显微计算机断层扫描;微焦点X光管;生物安全检测   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在金属材料微观结构研究领域，专家利用透射电子显微镜分析氩离子辐照对纯镍薄膜的影响，发现辐照剂量不同，缺陷类型和尺寸变化明显，为理解辐照损伤效应提供新见解。”
        邹阳,王晓彤,吕鹏,田娜娜,关庆丰
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080203
        摘要：为研究离子辐照对金属材料微观结构状态的影响，以透射电子显微镜为分析手段，探讨氩离子辐照对纯镍薄膜辐照缺陷及变形结构的影响规律。研究结果显示：氩离子辐照纯镍薄膜样品可诱发明显的辐照损伤效应；较低辐照剂量下，辐照缺陷团簇以黑点缺陷为主，其中包含大量的层错四面体；辐照剂量较高时，产生孔洞缺陷，其数密度随着辐照剂量而增大，其尺寸呈先上升后下降的趋势。与块体镍材料不同，较高剂量氩离子辐照可在纯镍薄膜中诱发位错扩展和孪生变形，其原因是：材料维度的降低可降低其对称性并抑制位错滑移系统的开动。  
        关键词：氩离子;纯镍薄膜;微观结构;缺陷团簇;变形孪晶   
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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

      • “在神经内分泌肿瘤显像领域，研究人员设计合成了新型生长抑素类似物Gluc-Lys（［Al18F］NOTA）-KE108探针，为SSTR阳性肿瘤显像提供新方法。”
        高菲,董瑞林,宋志浩,张蕴瀚,陈孟毅,邱珊珊,王成龙,许林,成伟华
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080301
        摘要：放射性核素标记的生长抑素类似物可与神经内分泌肿瘤（Neuroendocrine Tumors，NETs）细胞表面的生长抑素受体（Somatostatin Receptor，SSTR）特异性结合，对NETs进行显像或治疗。本研究设计合成了一种新型生长抑素类似物Gluc-Lys（［Al18F］NOTA）-KE108探针——活性分子片段KE108多肽，通过偶联双功能螯合剂（1,4,7-Triazacyclononane-1,4,7-Triacetic Acid，NOTA）螯合Al18F进行放射性核素标记以靶向SSTR阳性肿瘤。经测定，总合成时间约为20 min，探针标记率为（30±5）%（n=6）（未校正），放射化产率为（20±5）%（n=6）（未校正），Sep-pak C-18 light柱纯化之后放化纯可达95%以上，比活度大于1.37 GBq∙μmol-1。Gluc-Lys（［Al18F］NOTA）-KE108呈水溶性（logP=-2.172±0.03（n=5）），在体外具有良好的稳定性，在生理盐水及小牛血清中2 h之内，放化纯大于95%。在细胞实验中，该探针在SSTR阳性AR42J和BON1肿瘤细胞中表现出纳摩尔级别的结合亲和力（Kd值分别为（152.3±49.1） nmol∙L-1和（45.5±13.6） nmol∙L-1），并且能够被特异性抑制，展现出较高的SSTR靶向能力。Gluc-Lys（［Al18F］NOTA）-KE108在AR42J荷瘤鼠正电子发射断层显像（Positron Emission Tomography，PET）显像中肿瘤部位具有较高的放射性摄取，具有高的肿瘤与肌肉摄取比值。研究表明，Al18F标记的生长抑素类似物Gluc-Lys（［Al18F］NOTA）-KE108可作为SSTR阳性肿瘤的潜在显像剂。  
        关键词：生长抑素受体;Al18F复合物;神经内分泌肿瘤;KE108多肽   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在电子学领域，专家提出迭代法解决电路模型初值问题，为电路分析提供新思路。”
        李乐赛,周建斌,洪旭,马英杰,刘易
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080401
        摘要：针对从时域推导电路模型、递推法只有在取恰当输出电压初值时才得到正确输出波形的问题，提出迭代的方法。根据基尔霍夫电流定律和节点电压法建立电路电流等式，通过等效替代将抗性器件转换为非抗性器件，利用迭代法得出其迭代解。对常用核电子学电路C-R微分电路、R-C积分电路数值递归解和迭代解间的误差进行分析，并对递归法初值问题进行了讨论，验证迭代法能够解决初值问题。在此基础上，建立S-K低通滤波电路等效模型，比较不同迭代精度下的迭代解。结果表明：迭代精度影响迭代解和迭代次数。迭代法与解析解的误差小，设定数据采样率越高得到的误差越小；迭代解与递推解几乎一致，精度可调，并且解决递推法存在的初值问题。  
        关键词：核信号;迭代法;R-C积分电路;C-R微分电路;S-K低通滤波电路   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在铀浓缩离心级联卸料系统研究中，专家分析了阀门泄漏对分离功率的影响，为核安全监管提供参考。”
        杨震,连茜雯,沈钢,张树丛
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080501
        摘要：在铀浓缩过程中，分离功率是其关键评价指标，但阀门的泄漏将会对其造成影响。通过对铀浓缩离心级联卸料系统的正常工况和异常工况的分析，比较分离功率的变化，并提出对应的措施和建议，能够为铀浓缩行业及核与辐射安全监管部门提供参考。本研究采用级联模拟计算方法，通过计算机编程迭代开展分析。研究结果表明：铀浓缩离心级联卸料系统阀门通道发生泄漏时，很难通过工艺运行参数来判断。该过程对铀浓缩分离功率的影响随着阀门通道泄漏位置的不同而发生变化，对铀浓缩的经济性和安全性影响较大。当漏率存在时，0.1%的物料损失会导致3.8%的分离功率损失。因而及时准确判断卸料系统阀门通道的泄漏点是有必要的。  
        关键词：卸料系统;阀门通道;级联模拟计算   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在X射线自由电子激光光束线领域，Cr/B4C多层膜结构优化设计取得新进展，为中能X射线反射性能研究提供新思路。”
        王月,李宾
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080502
        摘要：反射光学元件是X射线自由电子激光（Free Electron Laser， FEL）光束线上非常重要的器件，而FEL通常通过自放大自发辐射模式（Self-Amplified Spontaneous Emission， SASE）出光。多层膜结构，尤其是Cr/B4C多层膜结构，在中能X射线范围内具有优越的光学性能。利用GENESIS软件中输出的SASE FEL脉冲数据，结合Parratt严格迭代算法和傅里叶分析的方法，优化了Cr/B4C多层膜结构设计，并对其在中能X射线范围内的SASE脉冲反射性能进行了探究，特别考虑了多层膜制备过程中Cr和B4C两种材料之间的扩散结构。研究结果表明：具有0.2 nm厚扩散结构的Cr/B4C多层膜结构不仅可以为中能X射线提供高反射率，而且能很好地保留超快SASE FEL入射脉冲在时域和频域上的特性。  
        关键词：Cr/B4C多层膜结构;自放大自发辐射;自由电子激光;中能X射线   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “重水慢化熔盐堆堆芯设计优化，降低出口温差，提高中子经济性，为堆芯设计提供参考。”
        伍建辉,余呈刚,邹春燕,马玉雯,贾国斌,蔡翔舟,陈金根
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080601
        摘要：采用液态燃料及重水慢化剂的重水慢化熔盐堆（Heavy Water moderated Molten Salt Reactor，HWMSR）具有高中子经济性，但堆芯出口温差较大，将会导致堆芯顶部管道构件热疲劳。本文旨在优化HWMSR堆芯设计，降低堆芯出口温差。采用中子学-热工耦合程序以及堆芯临界搜索程序，深入分析了具有不同熔盐通道半径堆芯的功率分布、熔盐出口温度分布、初始易裂变核素233U装载量及钍铀增殖等性能。结果表明：增大堆芯内区熔盐通道尺寸将降低燃料熔盐功率密度峰值及最大出口温度，而对钍铀增殖比及233U初始装载量影响非常有限。本研究为优化重水慢化熔盐堆堆芯设计提供参考。  
        关键词：重水慢化熔盐堆;热工水力;中子学;钍铀燃料循环   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能辐射屏蔽领域，研究人员开发出耐高温中子屏蔽复合材料，具有优异的耐热性能，有望实现工程应用。”
        刘晓强,邓志华,毛飞,石秀强
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080602
        摘要：针对第三代核电厂反应堆堆腔耐高温中子屏蔽需求，由于当前国内外的材料均无法满足设计要求，急需开发一种耐高温的中子屏蔽材料。本文以耐高温的苯基硅树脂及苯基含氢硅油为基体材料，以碳化硼粉末为中子吸收体，制备出一种耐高温中子屏蔽复合材料并着重探讨了复合材料的耐热性能及不同苯基含量的影响。热重分析（Thermal Gravimetric Analysis，TGA）研究表明：随着苯基含量的升高，复合材料的热失重逐渐减小，5%失重率时的温度高达487 ℃；利用热老化烘箱经300 ℃条件下500 h的耐热试验，材料失重率低于10%，说明该材料具有较好的耐高温性能，为核能等辐射屏蔽领域提供了一种耐热性能优异的中子屏蔽材料，有望得到进一步的工程应用。  
        关键词：中子屏蔽材料;耐高温;反应堆堆腔;苯基硅树脂   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在中性束注入系统领域，射频离子源驱动器等效阻抗计算模型的建立，为阻抗匹配网络设计提供参考。”
        阳璞琼,刘波,蒋才超,韦江龙,谢亚红,谢远来,潘军军,胡纯栋
        2021, 44(8) DOI: 10.11889/j.0253-3219.2021.hjs.44.080603
        摘要：离子源是中性束注入系统的核心部件之一，射频离子源具备稳态运行的能力，成为未来中性束用离子源的主要备选源。在射频离子源中，阻抗匹配的合理设计和有效调谐是实现高功率稳定等离子体放电的核心，而驱动器的等效阻抗决定了阻抗匹配网络的设计，故对其特性的分析是必不可少的。基于射频等离子体变压器模型建立了射频离子源驱动器等效阻抗计算的解析模型，通过计算获得了驱动器等效阻抗随等离子体电子密度的变化特性，为阻抗匹配网络的合理设计及阻抗匹配调谐提供了参考。该模型能够较为快速准确地计算得出不同气压下驱动器内的电子温度，得出的不同气压和电子密度下的等效阻抗变化特性也与同类射频离子源的计算结果相符合。  
        关键词：中性束注入系统;感性耦合等离子体;变压器模型;射频离子源等效模型   
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