最新刊期
      2022 年 第 45 卷 第 12 期

        同步辐射技术及应用

      • “上海光源研制的被动式超导三次谐波腔通过束流测试，采用数字化低电平控制系统，实现腔压幅值稳定度控制及运行状态监测，束流寿命提高超过一倍。”
        张志刚,赵玉彬,徐凯,郑湘,常强,赵申杰,马震宇,蒋鸿儒,杨文峰,黄雪芳,王岩,是晶,侯洪涛
        2022, 45(12): 120101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120101
        摘要：上海光源自主研制的被动式超导三次谐波腔已通过束流测试，在正常运行时需要对感应腔压进行精确控制，以实现束团拉伸和提高束流寿命的目标。根据这一特定需求研制了一套数字化低电平控制系统，此系统基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）板卡和上下变频板卡，采用I/Q（In-phase/Quadrature）解调技术，设计了慢速步进电机和快速压电陶瓷驱动协同控制算法以及被动超导腔失超探测算法，用于实现腔压幅值稳定度控制及三次谐波腔运行状态监测等功能。在加速器工作在超过120 mA的top-up模式下，三次谐波腔感应腔压幅值的稳定度由开环的±5%提高到闭环的±1%以内，满足设计指标；压电陶瓷驱动电压波动在120 V范围内变化，达到输出电压平滑稳定的效果，束流寿命提高超过一倍。  
        关键词：数字化低电平;三次谐波腔;腔压控制;腔压稳定度   
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        发布时间：2024-10-25
      • “合肥先进光源HALF的定时系统设计，采用事件定时技术，满足装置设备触发信号抖动小于30ps的要求，为同步辐射光源研究提供新方向。”
        翟港佳,孙晓康,宣科,陈留国,李川,刘功发
        2022, 45(12): 120102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120102
        摘要：合肥先进光源（Hefei Advanced Light Facility，HALF）是基于衍射极限储存环的第四代同步辐射光源。定时系统采用事件定时技术方案，主要向HALF装置的注入器、储存环和光束线等提供触发信号，协调注入和束流测量工作，实现对储存环任意束团的填充。装置中设备的触发信号抖动要求小于30 ps，同时要降低由光纤长度变化引起的信号漂移。针对以上设计要求，基于芬兰Micro-Research Finland Oy（MRF）公司的MTCA.4总线硬件完成了定时系统的设计，并在此基础上完成了软件控制程序的开发以及原型系统的性能测试。测试结果表明，触发信号的抖动小于24 ps，经延迟补偿后的信号漂移控制在3 ps左右，达到了HALF定时系统的设计要求。  
        关键词：HALF;定时系统;任意束团填充;MTCA.4   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在核聚变研究领域，科学家基于OMFIT平台，结合HL-2M装置参数，研究了杂质浓度变化对ECW沉积位置和电流驱动效率的影响。”
        杨光,钟翊君,龚学余,黄千红,郑平卫,王占辉
        2022, 45(12): 120201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120201
        摘要：本文基于OMFIT（One Modeling Framework for Integrated Tasks）平台，结合中国环流器二号M（HL-2M）托卡马克装置参数，自洽耦合等离子体平衡、外部辅助加热和电流驱动、输运等物理过程，考虑杂质浓度变化引起的等离子体密度、温度等输运量变化，以及引起的等离子体磁面中心Shafranov位移变化，从理论上进行杂质浓度变化对电子回旋波（Electron Cyclotron Wave，ECW）沉积位置和驱动电流效率的影响研究。研究结果表明，考虑杂质对等离子体的影响时，随着杂质浓度的增加，ECW沉积径向位置先向等离子体芯部移动然后向边缘移动，电流驱动效率先增加后减小。不考虑杂质对等离子体影响时，ECW沉积位置基本不变，电流驱动效率降低。  
        关键词：杂质输运;电子回旋波;HL-2M;OMFIT   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在X射线成像领域，卤化铅钙钛矿闪烁体研究取得新进展。通过模拟实验，发现增大复合闪烁体厚度和钙钛矿量子点占比可提高探测效率，降低厚度和增加量子点占比可提高空间分辨率。20 keV X射线激发下，钙钛矿闪烁体空间分辨率可与商用CsI闪烁体相媲美，为低能X射线医疗成像提供新选择。”
        张育育,杨智,盛亮,段宝军,严维鹏,宋岩,汪敏强
        2022, 45(12): 120202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120202
        摘要：近年来，卤化铅钙钛矿闪烁体在X射线成像领域受到广泛关注。20~120 keV硬X射线医学成像使用闪烁体探测器，其灵敏度和成像空间分辨率是重要指标。利用Geant4模拟卤化铅钙钛矿量子点/聚合物复合闪烁体的X射线相对探测效率和成像空间分辨率，并利用次级电子运动解释能量与钙钛矿量子点占比对分辨率的影响。结果表明：增大复合闪烁体厚度和钙钛矿量子点占比可提高相对探测效率；降低厚度和增加钙钛矿量子点占比都可以提高空间分辨率；当吸收效率达到99.5%时计算得到20 keV X射线激发下钙钛矿闪烁体空间分辨率可与商用CsI闪烁体相媲美，而50 keV X射线激发下空间分辨率则有所下降。表明卤化铅钙钛矿在20 keV低能X射线医疗成像中具有一定应用潜力。  
        关键词：钙钛矿;X射线闪烁体;GEANT4;相对探测效率;空间分辨率   
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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

      • “新疆某铀矿砂岩地浸采铀过程中，孔隙堵塞主要由硫酸钙和硅酸镁引起，黏土矿物影响较小。”
        曾晟,李浩,李春光,宋佳音
        2022, 45(12): 120301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120301
        摘要：为了研究地浸采铀过程中矿物组成变化对孔隙堵塞的影响，以新疆某铀矿砂岩为例，借助灰色关联度理论分析了酸法浸出采铀过程中矿物组分变化对孔隙度与浸出铀浓度的影响。研究表明：1）浸出过程中孔隙堵塞的原因主要是由于多种矿物在物理化学作用下的结果，它会影响铀矿砂岩中其他矿物的溶质运移过程，从而对矿物组成与铀浸出产生影响；2）通过灰色关联分析发现孔隙堵塞对铀浸出的影响较大，硫酸钙与硅酸镁是对孔隙堵塞的主要原因，黏土矿物的物理吸附作用多表现在微孔方面，对大孔隙通道堵塞的影响要小于硅酸镁与硫酸钙。根据浸出过程中矿物组成变化规律与孔隙堵塞之间的关系，对地浸采铀工艺进行改进以解决孔隙堵塞问题，从而实现铀资源的高效开采。  
        关键词：酸法地浸采铀;矿物组成;孔隙堵塞;灰色关联分析   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在国土安全领域，我国专家研制出高灵敏度编码孔径γ成像系统，可快速精准定位远距离低活度放射源。”
        刘鑫垚,魏清阳,许天鹏,张朝晖
        2022, 45(12): 120401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120401
        摘要：远距离、大范围、快速检测放射源对国土安全具有重要意义，γ相机可以远距离提取放射性物质位置、强度以及类别等信息，是一种有效的检测工具。由于探测器面积小，且编码孔径的视场（Field of View，FOV）有限，当前编码孔径γ相机的探测效率普遍低。本研究提出一种基于国产的滨松BHP6601型临床单光子发射计算机断层成像（Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT）探头的大面积高灵敏度编码孔径γ成像系统研制方案。该探头的固有分辨率为3.55 mm，有效探测面积为510 mm×390 mm，可用于提高辐射成像系统的空间角度分辨率和灵敏度。本研究根据此探测器规格，设计采用修正均匀冗余阵列（Modified Uniformly Redundant Arrays，MURA）编码嵌套模式的编码板，其中心基本单元阵列大小23×23，每个单位孔径大小为22.1 mm×17 mm。成像系统无伪影视场在X方向上和Y方向上分别为57.32°和47.3°；空间角度分辨率在X和Y方向上分别为2.94°和2.28°。采用该方案的γ成像系统对18 m处3.7×107 Bq 137Cs单点源进行测试，采集时间1 s即可精准定位；若对于4 m处的1.11×106 Bq 137Cs定位，采集时间仅需要2 s。仿真测试结果表明：该系统对于远距离或低活度的放射源能快速清晰定位。  
        关键词：编码孔径γ相机;高灵敏度;高角度分辨率;高效率   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在电力电子等领域，Cu-W复合材料研究取得新进展。利用电子束技术，提高Cu-W合金固溶度，改善材料性能。”
        田爽,田娜娜,张从林,关锦彤,吕鹏,关庆丰
        2022, 45(12): 120501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120501
        摘要：Cu-W复合材料由于兼具铜的导热性与导电性以及钨的高强度与高温性能而被广泛应用于电力、电子、塑性成形等众多领域。本研究利用电子束快速凝固的特点，提高Cu-W互不相溶合金体系的固溶度，以改善材料性能。采用粉末冶金法制备Cu-W复合材料，并利用强流脉冲电子束（High Current Pulsed Electron Beam，HCPEB）技术对其进行表面改性，研究不同处理工艺参数对样品固溶度和表面硬度的影响。结果表明：在球磨过程中形成了Cu（W）固溶体，球磨5 h时粉末固溶度的提升最为明显。差示扫描量热分析仪（Differential Scanning Calorimeter，DSC）表明，固溶体在烧结的加热过程中会发生脱溶反应。利用强流脉冲电子束对烧结试样表面进行辐照处理，结果表明：HCPEB辐照可有效提高Cu-W互不固溶合金体系的固溶度，致使辐照表面形成Cu（W）过饱和固溶体合金化层。W在Cu基体中的固溶度随辐照次数而增加，10次辐照后Cu（W）固溶体中溶质元素（W）的重量百分比达到了1.63%；辐照表面的硬度随着固溶度的增加而显著增加，固溶强化和弥散强化效应是辐照表面性能改善的根本原因。  
        关键词：强流脉冲电子束;Cu-W;球磨;微观组织;固溶度   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在先进耐事故燃料元件领域，专家基于实验结果，建立了UN-U3Si2复合燃料蠕变率模型，为元件安全性提供解决方案。”
        杨青峰,谢哲骁,陈平,张静,高士鑫,丁国琛,周毅,尹春雨,丁淑蓉,何梁,孙丹
        2022, 45(12): 120601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120601
        摘要：UN-U3Si2复合燃料在未来先进耐事故燃料元件中具有良好的发展前景，其堆内运行所产生的辐照蠕变及热蠕变对元件的辐照热力耦合行为及安全性会产生重要影响。基于文献中的宏观蠕变实验结果，分别针对UN和U3Si2多晶燃料主控的蠕变机制进行分析，通过拟合得到考虑空位扩散和位错运动机制的蠕变率模型，该模型的预测结果与实验结果吻合很好，证明了模型的合理性；基于均匀化理论建立了去除辐照肿胀效应后UN-U3Si2复合燃料宏观蠕变与各组分贡献的关联模型。基于文献上的复合燃料金相结构图，发展了随机建模方法， 对UN-U3Si2复合燃料（20% U3Si2）辐照条件下单轴拉伸蠕变实验进行了数值模拟，获得了组分材料对复合燃料宏观等效蠕变所产生的贡献，并分析了蠕变机制。分析结果表明：UN和U3Si2存在的辐照肿胀差异，导致复合燃料内部产生了强烈的力学相互作用；在裂变密度达到4.32×1027 fissions·m-3时，颗粒与基体相界面处的最大von Mises应力约为外部施加的均布拉力的6倍，但由于存在低应力区，两种材料的辐照肿胀对复合燃料宏观等效蠕变应变的影响可以忽略不计。  
        关键词：UN-U3Si2;蠕变机制;辐照肿胀;均匀化理论;宏观等效蠕变   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电厂运行事件分析领域，专家建立了ARIMA和LSTM组合模型，有效提高了预测精度3%，为核安全研究提供新方向。”
        侯秦脉,朱伟,邹象,刘时贤,吴彦农
        2022, 45(12): 120602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120602
        摘要：探讨Mann-Kendall检验法、差分自回归移动平均模型（Autoregressive Mobile Average Model，ARIMA）与长短期记忆神经网络（Long and Short-Term Memory，LSTM）的组合模型在《中国的核安全》、《核安全年报》中核电厂运行事件数量的应用，对运行事件数量进行趋势分析、突变分析和预测并证明模型的适用性。利用1991⁓2018年核电厂运行事件数量，使用R软件建立ARIMA（2，1，2）模型，得到运行事件数量的线性部分；建立LSTM模型，对偏差序列进行预测，得到运行事件数量的非线性部分；最后建立ARIMA和LSTM组合模型，利用组合模型对运行事件数量进行预测，并根据实测数据对预测结果进行对比验证。实验结果表明：ARIMA和LSTM组合模型可较好地拟合运行事件数量时间序列，并修正单一模型的误差，有效提高预测精度3%，且得到的2019⁓2020年核电厂运行事件数量预测值与《核安全年报》相近。  
        关键词：Mann-Kendall检验法;ARIMA模型;LSTM模型;时间序列;运行事件   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆设计领域，专家开发了环形燃料热工水力分析程序THCAFS，为实现反应堆小型化和经济性提高提供重要参考。”
        陈钊,肖英杰,赵鹏程,彭梁兴
        2022, 45(12): 120603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120603
        摘要：环形燃料可显著提高压水堆堆芯功率密度，对实现反应堆小型化设计和经济性提高具有重要意义。本研究为获得环形燃料栅元的有效温度计算方法，以西屋公司设计的环形燃料栅元为计算对象，开发了环形燃料单通道热工水力分析程序THCAFS（Thermal-Hydraulic Code of Annular Fuel with Single channel），建立了环形燃料栅元的有效温度的计算模型。基于THCAFS分析了西屋公司四环路压水堆所设计的环形燃料栅元的热工水力性能，并与VIPRE-01、TAFIX和NACAF的计算结果进行Code-to-Code对比验证。同时，利用蒙特卡罗程序SERPENT模拟燃料棒中径向功率分布和燃耗过程，通过自主开发程序THCAFS模拟燃料棒中的热力学行为，获得不同燃耗下的径向功率分布、核素密度变化和栅元温度场。结果表明：THCAFS可初步应用于环形燃料设计以及热工水力分析，且有效温度计算方法也可为相关环形燃料共振有效温度的机理性研究提供重要的参考性价值。  
        关键词：环形燃料;径向功率分布;燃耗过程;栅元温度场;有效温度   
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      • “在核电厂冷冗余系统故障机理研究领域，专家提出了基于蒙特卡罗数值模拟的可靠性分析方法，为冗余系统优化设计提供理论指导。”
        王韶轩,林志贤,戈道川,吴洁,郁杰
        2022, 45(12): 120604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120604
        摘要：开展考虑设备启动时间和启动失效的核电厂冷冗余系统故障机理研究，提出一种基于蒙特卡罗数值模拟的可靠性分析方法，建立冷冗余系统失效概率的统计量表达式。以核电厂应急柴油发电机组为例，开展案例分析，获得应急柴油发电机组的失效概率分布曲线及各设备参数的敏感度曲线，并将结果与静态故障树（Static Fault Tree，SFT）、传统动态故障树（Dynamic Fault Tree，DFT）方法进行对比。案例结果分析表明：1）所提方法可以对冷冗余设备的启动时间与启动失效进行建模分析，反映冷冗余系统的真实失效场景与实际运行状态；2）所提方法精确评价系统失效概率、识别不同时间段的高敏感性设备参数、以及分析启动时间对系统失效概率的影响，对冗余系统的优化设计有一定的理论指导意义。  
        关键词：启动失效;动态故障树;核电厂;冷冗余;可靠性   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在铅铋冷却快堆领域，专家基于VOF模型，研究了蒸汽发生器传热管破裂后汽泡动力学行为，为快堆安全运行提供解决方案。”
        董伟健,丛腾龙,朱俊志,肖瑶,邹旭毛,顾汉洋
        2022, 45(12): 120605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.120605
        摘要：铅铋冷却快堆（Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor）蒸汽发生器传热管发生破口（Steam Generator Tube Rupture，SGTR）事故时，高压水蒸汽进入一次侧高温液态金属。根据破口位置和尺寸不同，破口泄漏行为可能涉及破前泄漏（Leak-Before-Break，LBB）、单相临界流或两相临界流，不同形态的水在高温液态金属作用下发生不同形式的热质传输行为，对铅铋冷却快堆的安全运行具有重要影响。针对SGTR不同阶段，开展了系列研究，重点关注管内干涸阶段SGTR，传热管微裂纹低流量单相蒸汽渗入螺旋管束间液态铅铋合金（Lead- Bismuth Alloy，LBE）下降流场中汽泡动力学行为。基于VOF（Volume of Fluid）模型建立蒸汽-LBE两相流动及相界面捕捉数值模拟模型，研究高温LBE向下运动的流场中的单根传热管和3×3管束表面蒸汽泡生长与脱离行为。研究结果表明：汽泡在下降流场中的动力学行为与静止或向上流动的液体中的行为存在较大区别，蒸汽泡受LBE下降流场和浮力的作用脱离裂纹处后可能会沿着传热管表面滑动，在部分工况下蒸汽泡可能形成覆盖传热管表面的蒸汽膜或在管束区域内大量堆积，给LBE流动稳定性和蒸汽发生器换热带来不利影响。  
        关键词：铅铋冷却快堆;SGTR;下降流场;LBB;汽泡动力学   
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