最新刊期
      2022 年 第 45 卷 第 11 期

        综述

      • “在空间科学与应用领域，忆阻器作为新型非易失性存储器和人工神经突触器件的有力候选者，其抗辐照性能至关重要。本文综述了忆阻器辐照效应的研究现状和趋势，为忆阻器抗辐照加固与空间应用提供思路。”
        王宇翔,汤戈,肖尧,赵欣雨,冯鹏,胡伟
        2022, 45(11): 110001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110001
        摘要：记忆电阻器（简称忆阻器）作为新型非易失性存储器和人工神经突触器件的有力候选者，在航空航天、火星探测等空间科学与应用领域有着巨大的发展前景。忆阻器的大规模应用，对于其抗辐照性能有异常严苛的要求。为了提高忆阻器的抗辐照能力，需要探究其辐照效应机理，发展一套有效的抗辐照工艺技术。本文在深入调研国内外研究现状的基础上，综述了忆阻器辐照效应的研究现状和趋势，重点针对过渡金属氧化物材料体系的忆阻器辐照效应，提出了现在亟须研究的科学问题和关键技术，从而为忆阻器抗辐照加固与空间应用提供一定的思路。  
        关键词：忆阻器;辐照效应;位移损伤;电离损伤;抗辐照加固   
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        发布时间：2024-10-25

        同步辐射技术及应用

      • “在上海硬X射线自由电子装置中，研究人员成功研制出超导波荡器样机，通过低温氦气冷却电流引线，验证了该方案的可行性。”
        汤启升,周巧根,吴腾马,张继东,樊凯,丁祎,文雍梅
        2022, 45(11): 110101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110101
        摘要：在上海硬X射线自由电子装置（Shanghai High Repetition rate XFEL and Extreme light facility，SHINE）中正在研制的超导波荡器样机磁隙小至5 mm、磁体长至4 m、磁场强至1.58 T。电流引线的冷却是样机正常工作的一个关键问题。因为该样机恒温器内没有制冷机冷头，利用外部独立的制冷系统输送进样机内部的低温氦气来冷却电流引线；利用冷屏中部的导冷组件来传递常导铜引线产生的热量；通过仿真优化了常导铜引线的热负载；在恒温器测试中设计了超导辅助带材以电连通高温超导引线（High Temperature Superconducting Current Lead，HTS）的冷端。从测试中得到HTS热端与低温氦气之间温差小于20 K，且所有电流引线在满负载下正常工作。结果表明：在该样机中利用低温氦气冷却管通过导冷方式来冷却电流引线的方案可行。  
        关键词：超导波荡器;低温氦气;恒温器;二元电流引线;冷却   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在稀有事例实验领域，专家通过高温高真空冶炼技术，成功去除放射性核素，为探测器创造低本底环境。”
        张涛,韩柯,刘江来,孟月,姚玉坤,王思广,李渤渤,刘茵琪,裴腾
        2022, 45(11): 110201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110201
        摘要：以暗物质、无中微子双β衰变探测为代表的稀有事例实验所期望的信号极其稀少与微弱，从而对探测器所用材料的放射性本底要求十分苛刻。低本底控制是此类实验的核心工作之一。238U、232Th衰变链前端的226Ra和228Ra具有低沸点高蒸气压的特点，去除226Ra与228Ra就可以截断238U衰变链，或者在一定时间内控制232Th衰变链后端活度，从而降低对稀有事例实验有明显负面影响的核素含量，为探测器运行创造低本底环境。比较不同的冶炼设备，发现高温、高真空环境有助于K、Cs、Ra、Pb、Po、Rn等低沸点高蒸气压放射性杂质的挥发，冶炼试验结果说明，高温高真空冶炼有去除放射性核素的迹象。在真空电子束炉中冶炼的纯钛，232Th-228Ac可小于1.26 mBq∙kg-1，238U-222Rn可小于0.55 mBq∙kg-1，性能较为稳定，可用于下一代PandaX探测器。  
        关键词：低本底;稀有事例实验;暗物质;无中微子双β衰变;真空冶炼   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在空间辐射环境下，850 nm VCSEL的退化规律与机理被深入研究，为理解其辐射损伤机制提供重要参考。”
        陈加伟,李豫东,玛丽娅·黑尼,郭旗,刘希言
        2022, 45(11): 110202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110202
        摘要：为了探究850 nm垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）在空间辐射环境中的退化规律与机理，开展了3 MeV和10 MeV质子辐照实验，获得了光输出功率和阈值电流等参数随质子注量的退化规律，同时发现光输出功率和阈值电流在相同位移损伤剂量（Displacement Damage Dose，DDD）下的退化程度基本一致。在实验的基础上使用Silvaco软件进行建模与仿真计算，结果与实验结果具有较高一致性，在仿真模型中提取了陷阱密度、施主与受主电离密度、镜面损失、辐射复合速率和光子数等微观参数，在实验规律基础上深入探究了参数退化规律与辐射损伤机制。仿真结果发现这些微观参数随质子注量增加均有不同程度的变化。该结果对于进一步深入理解VCSEL退化机制具有重要意义的参考价值。  
        关键词：垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）;辐射效应;位移损伤效应;Silvaco   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在小型电子感应加速器领域，专家设计了新型灯丝电源，通过DSP调节灯丝发射电流，使加速器输出剂量率保持最佳状态，稳定度优于11.3%/10 min。”
        刘琦,王海涛,陈海生,王仁波
        2022, 45(11): 110401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110401
        摘要：根据小型电子感应加速器的工作特点，设计了由灯丝占空比调节电路和注入电流反馈电路组成的灯丝电源。通过数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）输出两路脉冲宽度调制（Pulse-Width Modulation，PWM）信号驱动半桥电路，半桥电路输出正负交替电压脉冲至隔离变压器初级，变压器次级电压加载在灯丝上，供灯丝加热。通过收集加速管管壁电流和靶电流作为注入电流反馈信号，DSP根据反馈信号调节灯丝电压脉冲占空比，实现灯丝发射电流的调整，使灯丝注入到加速管内的电流处在最佳值。实验测试结果表明：灯丝电源可以使加速器输出剂量率保持在最佳状态，输出剂量率稳定度优于11.3%/10 min，灯丝电源满足小型电子感应加速器的需求。  
        关键词：电子感应加速器;灯丝电源;半桥电路;管壁电流;靶电流   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能物理实验领域，研究人员设计了一款差分结构TDC芯片，实现高速粒子高分辨率时间测量，为实验提供高精度时间数据。”
        马毅超,王亮懿,滕海云,蒋俊国
        2022, 45(11): 110402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110402
        摘要：为适应高能物理实验中飞行时间探测器对高速飞行粒子高分辨率的时间测量需求，本文提出了一种差分结构的时间数字转换器（Time to Digital Convertor，TDC），其主要测量部分采用差分延迟环实现，并基于该结构设计了一款TDC芯片。差分延迟环TDC主要由时间测量核心模块、时间测量数据传输模块、延迟环校准模块以及时钟产生模块组成。对于时间测量核心模块，又将其细化为延迟环模块、温度计码生成模块以及粗计数与细计数生成模块三个部分。该TDC芯片采用中芯国际（Semiconductor Manufacturing International Corporation，SMIC）0.18 μm工艺，版图面积为1.35 mm×1.35 mm，分辨率达到17 ps，精度达到8.5 ps（Root Mean Square，RMS），动态范围为0~210 μs，可以满足通常情况下高能物理实验的高精度时间测量需求。  
        关键词：差分延迟环TDC;高分辨率;0.18 μm工艺;SMIC   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在辐射测量领域，研究人员设计了一款便携式多功能辐射检测仪，实现了X、γ和中子辐射场的同步测量，并通过USB接口将数据上传至PC端。”
        杨松,张晓泉,邓长明,张艳婷,许非,关玲玲,段少强
        2022, 45(11): 110403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110403
        摘要：为了满足便携式辐射测量仪同时测量X、γ和中子辐射场的需求，设计基于LaBr3（Ce）晶体、硅酸锂铝（Lithium Aluminum Silicate Oxygen，LASO）型中子探测器、高量程盖革-米勒（Geiger-Muller，GM）计数管的便携式多功能辐射检测仪。对LaBr3晶体输出的光信号经光电倍增管光电转换后，采用一体化数字多道进行数据采集处理及运算，对中子探测器和GM管计数器分别设计前置信号处理电路，并对其进行放大、甄别、整形等处理。最后将LaBr3探测器处理的数字信号以TTL（Transistor-Transistor Logic）串口形式传输给ARM（Advanced RISC Machine）处理器，将中子探测器和GM计数管成形后的脉冲信号接入到ARM外部计数端口。ARM对LaBr3探测器采集的γ数据进行能谱显示、低剂量率测量，对中子探测器、高量程GM管计数器分别进行定时计数，通过计数率换算成剂量率进行显示。该便携式多功能辐射检测仪可实现宽量程γ、低能X射线和中子剂量率的同时测量以及LaBr3能谱仪的核素识别，并通过USB接口将数据上传到PC端。  
        关键词：低能X射线测量;宽量程γ测量;γ核素识别;中子测量   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在微处理器总剂量效应测试领域，研究者开发了一种可扩展式在线测试系统，为失效模式分析提供直接数据。”
        陈法国,于伟跃,梁润成,郑智睿,郭荣
        2022, 45(11): 110404. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110404
        摘要：针对功能丰富、大规模集成微处理器总剂量效应的测试需要，研制了一种可扩展式的在线测试系统。测试系统由主控制电路、可扩展信号采集电路、被测样品接口、上位机及配套软件组成，提供了功耗电流、片内存储、通信、时钟、模数/数模转换、直接存储访问等多种参数测量或功能校验方法。利用测试系统对16个特征尺寸40 nm的微处理器开展了60Co源辐照实验，所有样品在吸收剂量达到（377.44±20.34） Gy（Si）后出现了数字通信中断、功耗电流突然下降、模数/数模输出异常等现象。综合所有12项测量或校验结果，推断该微处理器的总剂量失效模式很可能是部分内核指令无法执行而导致的功能失效，同时也说明在线原位测试系统能够为总剂量失效模式分析提供更多、更直接的数据信息。  
        关键词：总剂量效应;在线测试;微处理器;参数退化;功能失效   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在辐射事故应急演习领域，专家建立了评估模型，为提升演习质量提供解决方案。”
        孟凡兴,杨明,王浩,孙禄建,房江奇,杨金政
        2022, 45(11): 110501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110501
        摘要：为提升辐射事故应急演习质量、实时评估演习效果，在构建辐射事故应急演习评估指标体系的基础上，将层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）与模糊综合评价法（Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE）有机结合，建立辐射事故应急演习评估模型。该模型根据辐射事故应急演习流程，综合演习准备、演习实施、演习总结阶段，形成了以辐射事故应急演习效果为总目标，下设5个一级指标和15个二级指标的辐射事故应急演习评估体系；通过AHP进行指标权重分配，采用FCE进行计算排序，实现对辐射事故应急演习的综合评估。通过实例验证表明，AHP-FCE模型具有良好的适应性与合理性，对辐射事故应急演习评估有很好的应用价值。  
        关键词：层次分析法;模糊综合评价法;辐射事故应急演习;综合评估   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “液态燃料熔盐堆堆芯流量分配设计取得新进展，专家建立1/12堆芯模型，优化水力结构，实现流量与功率匹配，为工程优化设计提供参考。”
        胡思勤,田健,周翀,邹杨,余笑寒
        2022, 45(11): 110601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110601
        摘要：液态燃料熔盐堆的堆芯流量分配设计是其热工水力设计中的重要一环，目的是实现堆芯流量分布与功率分布的匹配，消除堆芯内的热点，而堆芯的水力结构设计对堆芯流量分配起着决定性作用。本研究建立了液态燃料熔盐堆的1/12堆芯模型，使用ANSYS FLUENT16.0软件进行了三维流场数值模拟，通过调节上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室结构和流量分配装置进行优化，最终实现堆芯流量分布与功率分布的匹配。结果表明：增加上腔室高度可以平衡内外通道的流量分布差异，改善流量分布均匀性；增加下降环腔宽度可以减缓环腔出口处的下腔室涡流，同时展平流量分布，使流量与功率更好的匹配；增设导流围筒的圆柱型下腔室结构可以更好的抑制下腔室涡流，同时使流量分布更趋于平缓。基于上述分析，最终确定了最优的半椭球型上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室几何结构与尺寸等参数，并设置倾斜非均匀孔径分布的导流围筒。以上结果对液态燃料熔盐堆的工程优化设计具有参考价值。  
        关键词：液态燃料熔盐堆;流量分配;结构优化;下腔室结构;计算流体力学   
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        发布时间：2024-10-25
      • “核电站二回路腐蚀问题研究取得新进展，专家建立温度相关平衡关系，为解决腐蚀问题提供参考。”
        肖发亮,钟婷婷,付威伶,康晓言,邓水全
        2022, 45(11): 110602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110602
        摘要：核电站二回路的腐蚀问题一直是影响其安全和效率的重要原因之一。实际运行中通过加入碱化剂调控二回路水的pH可以有效减缓管道腐蚀。然而，二回路实际工况的复杂性使pH的分布存在显著的非均匀性而难于获得。目前，对于一些关键部位的pH大多采用外部实验或用国外的商用软件进行模拟，但这些模拟很难考虑实际的工况条件。本文首先建立含有碱化剂的二回路水中重要离子之间温度相关的平衡关系，并进一步通过有限元方法研究了二回路模型系统中水的温度场分布，据此计算了相应的pH分布，研究了不同总浓度条件下，复合碱化剂摩尔浓度比、支撑板等对pH分布的影响；研究了乙醇胺（Ethanolamine，ETA）对pH更好的提升效应并发现了有关的饱和效应。这些结果对解决核电站二回路的腐蚀问题及降低其运行成本提供了有价值的参考。  
        关键词：pH;碱化剂;有限元模拟;腐蚀;二回路   
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      • “在核动力技术领域，专家基于NSGA-Ⅲ算法，开展三维屏蔽结构设计的高维多目标优化研究，为辐射屏蔽设计优化提供新思路。”
        张华健,陈珍平,刘程伟,杨超,谭波,甘斌,陈富财,于涛
        2022, 45(11): 110603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110603
        摘要：辐射屏蔽设计是反应堆设计的重要组成，面向陆海空天全域的新型核动力技术的发展对辐射屏蔽优化设计方法提出了新需求。采用传统屏蔽结构多目标优化方法处理三维屏蔽结构优化问题时，存在寻优速度慢、难以收敛、全局性差等缺陷，基于第三代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅲ，NSGA-Ⅲ），开展面向三维屏蔽结构设计的高维多目标优化方法研究。基于核反应堆三维屏蔽结构模型，以屏蔽层重量、体积和特定区域辐射剂量率为优化目标，开展NSGA-III优化方法的性能对比分析研究。数值结果表明：本文建立的高维多目标优化方法可更高效、稳定地搜寻Pareto前沿解，可为辐射屏蔽设计优化提供新思路。  
        关键词：辐射屏蔽;NSGA-Ⅲ;高维多目标问题;屏蔽结构优化;核反应堆   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，专家基于FLUENT软件研究新型兆瓦级热管堆核热性能，评估了堆芯安全性能，验证了其良好固有安全性。”
        汪镇澜,苟军利,徐世浩,王政,单建强,郭斯茂,唐彬
        2022, 45(11): 110604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.110604
        摘要：热管堆具有良好的固有安全性，在堆芯概念设计初期，热管失效事故通常是需要被考虑的设计基准事故之一。本文基于FLUENT软件研究了一种新型兆瓦级热管堆堆芯的核热性能，建立了点堆中子动力学模型、堆芯及热管传热模型和堆芯内腔辐射换热模型，完成了三维堆芯额定工况和热管失效事故工况下的核热计算。通过将堆芯各组件的峰值温度与对应的材料熔点进行比较，对堆芯安全性能进行评估。结果表明：额定工况和单根热管失效事故下该堆具有良好的安全性；较严重的高功率区三根热管串级失效事故下内腔辐射换热不可忽略；同时，该堆不能承受高功率区的四根热管串级失效；通过将多根热管失效后的峰值温度与单根热管失效后的峰值温度比较，反映了该堆的良好固有安全性。  
        关键词：热管堆;热管失效事故;核热计算;串级失效;固有安全性   
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