最新刊期
      2022 年 第 45 卷 第 4 期

        同步辐射技术及应用

      • “最新研究发现，人类头发中的黑素体赋予头发颜色，具有复杂生物学功能。利用光热诱导共振技术，研究了头发切片中的黑素体分布和化学性质，为理解黑素体在头发颜色和生物功能中的参与提供实验基础。”
        鲁瑶,彭蔚蔚,吉特,朱化春,王杰,赵红卫,廖泽坤,薛艳玲,陈敏
        2022, 45(4): 040101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040101
        摘要：人类头发中的黑素体产生的黑色素赋予了头发颜色，同时具有许多复杂的生物学功能，研究黑素体在头发中的分布及化学性质有着重要的意义。利用光热诱导共振技术（Photothermal Induced Resonance，PTIR，也称Atomic Force Microscopy Infrared，AFM-IR）研究了头发切片中的黑素体，对黑素体在皮质中的分布进行了原位的表征，测量了黑素体的红外特征光谱，并在纳米尺度的空间分辨率下进行了红外化学成像。实验结果表明：黑素体存在于黑头发的皮质层中，观测到的黑素体为椭球形，长轴与短轴平均尺寸为423 nm和337 nm，长短轴比平均为1.26，黑素体在皮质层中的分布由中心到外层逐渐增多。探索黑素体在头发中的形貌分布和化学信息，可为更好地理解黑素体在头发颜色和生物功能中的参与提供了实验基础。  
        关键词：红外纳米光谱;化学成像;黑素体;头发   
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        发布时间：2024-10-25
      • “全无机钙钛矿太阳能电池研究取得新进展，专家在CsPbI2Br衬底上真空蒸镀Spiro-OMeTAD分子，测定了界面电子结构，为提高器件性能提供新思路。”
        张柳江,王晨越,苏圳煌,高兴宇
        2022, 45(4): 040102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040102
        摘要：全无机钙钛矿太阳能电池因其出色的相稳定性和热稳定性而日益成为研究热点。在钙钛矿太阳能电池中，空穴传输层和钙钛矿界面电子结构对器件的性能起着决定性的作用。合适的界面电子结构才能促进光生空穴从钙钛矿层到空穴传输层的高效率注入，同时有效阻挡光生电子的注入，以减少空穴与电子的复合。鉴于全无机钙钛矿太阳能电池中空穴传输层和钙钛矿界面电子结构的重要性，本文在全无机钙钛矿CsPbI2Br衬底上真空蒸镀Spiro-OMeTAD分子，然后进行原位X射线和紫外光电子能谱表征，测定了CsPbI2Br与Spiro-OMeTAD的界面电子结构。结果表明：虽然Spiro-OMeTAD与钙钛矿基底的相互作用不明显，但仍会形成界面态导致界面处电子的积累，在CsPbI2Br基底侧和Spiro-OMeTAD侧分别发现了0.13 eV和0.27 eV向上的能带弯曲，并形成了0.18 eV的界面电偶极子。由此，界面处空穴注入势垒Spiro-OMeTAD最高占据分子轨道和CsPbI2Br价带顶的能级差为0.23 eV，有利于空穴的注入和提取；同时，电子阻挡势垒Spiro-OMeTAD最低未占分子轨道和CsPbI2Br导带底的能级差为1.25 eV，可有效阻止CsPbI2Br到Spiro-OMeTAD的电子转移，减少空穴与电子的复合。研究结果表明：Spiro-OMeTAD在基于CsPbI2Br的全无机钙钛矿太阳能电池中是同样也很优秀的空穴传输层材料。  
        关键词：全无机钙钛矿太阳能电池;光电子能谱;界面电子结构;能级排列   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在人脑组织染色领域，研究者通过模拟人脑PMD状态，验证了同步辐射X射线成像技术在研究PMD对小鼠脑组织高尔基染色影响中的应用，为建立人脑组织高尔基染色方法奠定了基础。”
        燕鑫,蔡小青,汤乔伟,周峰,诸颖,王丽华,胡钧
        2022, 45(4): 040103. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040103
        摘要：用于科学研究的人脑组织通常由遗体捐赠来获取，然而死亡延迟时间（Post-mortem Delay，PMD）是影响人脑组织染色的重要因素之一，目前对于PMD如何影响人脑组织的染色尚缺乏研究。本工作利用取脑后放置不同时间的小鼠脑组织来模拟人脑PMD的状态，采用高尔基染色、尼氏染色对其大脑皮层区域染色并进行光学显微镜成像，重点运用同步辐射X射线微米CT成像技术研究PMD对小鼠脑组织高尔基染色的影响。结果表明：随着PMD的增长，神经元的完整性和复杂性呈现明显的降低趋势，神经元的树突棘的数目明显减少，同步辐射X射线微米CT成像的结果也证实了锥体神经元纤维结构随放置时间的延长逐渐变短直至消失。研究结果将为人脑组织高尔基染色方法的建立和同步辐射X射线成像奠定基础。  
        关键词：皮层锥体神经元;神经元结构;高尔基染色;同步辐射X射线微米CT技术   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在畜牧业养殖领域，科学家利用能量色散X射线荧光光谱仪，建立了一种新的饲料添加剂氯化钠中钠元素的检测分析方案。”
        荆薇,邓玉福,孟德川,李继,李玉,于桂英
        2022, 45(4): 040201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040201
        摘要：钠元素是动物体内代谢所必需的矿物质元素，在畜牧业养殖中主要以饲料添加剂的形式提供，适当的钠元素含量对畜牧业养殖安全和效益产值都具有重要意义，但是目前缺乏简便快捷的有效分析方法。利用能量色散X射线荧光光谱仪（Energy Dispersive X-ray Fluorescence，EDXRF）开展饲料盐中的钠元素含量测定研究。首先通过化学反应将样品中的钠元素完全转化为氟铁铵钠沉淀，利用EDXRF分析测定沉淀中铁元素的含量，再根据氟铁铵钠化学式中铁和钠的关系，计算出钠的含量。最后通过铁元素特征峰峰背比与激发条件的关系曲线，确定铁元素的最佳激发条件，获得最佳光管电压为25 kV，最佳光管电流为11 µA。测量结果的钠含量为39.02%，相对平均偏差0.27%，相对标准偏差0.32%。该方法具有重复性好、可操作性强等特点，提供了一种全新的饲料添加剂氯化钠中钠元素的检测分析方案。  
        关键词：饲料添加剂;钠元素;能量色散X射线荧光分析   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在低能X射线放射治疗领域，专家通过蒙特卡罗模拟和电离室校准测量，揭示了辐射野变化对剂量测量的影响，为提高剂量准确性提供了重要参考。”
        鲁平周,吴金杰,李梦宇,屈冰冰,宋飞,樊松,周建斌,赵瑞
        2022, 45(4): 040202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040202
        摘要：低能X射线常应用于浅层放射治疗，其空气比释动能或水吸收剂量通常采用平板电离室进行测量。为了更好地了解平板电离室在低能X射线校准过程中的响应情况，以及随辐射野变化所引起的散射情况，在低能X射线标准辐射场中，对4个参考辐射质（30 kV、25 kV、50 kV（b）和50 kV（a））进行了蒙特卡罗模拟，同时对两种常用的PTW23344和PTW23342电离室分别在空气中和模体中进行了校准测量，并改变辐射野大小。结果表明：两种电离室的读数随着辐射野直径增大而增加，但总体趋势逐渐平缓。两种电离室空气读数和模体读数之比随着辐射野直径减小而减少，总体趋势也逐渐平缓。PTW23344电离室在辐射野4.5~9 cm范围的水吸收剂量刻度因子平均增幅是辐射野9~13.5 cm范围的水吸收剂量刻度因子平均增幅的2.85倍；PTW23342电离室在辐射野2.03~4.05 cm范围的水吸收剂量刻度因子平均增幅是辐射野4.05~6.08 cm范围的水吸收剂量刻度因子的平均增幅的1.50倍。低能X射线水吸收剂量测量，要使辐射野完全覆盖电离室灵敏体积，以达到电子平衡测量条件，又不能过大导致过多散射造成伤害。  
        关键词：X射线;平板电离室;水吸收剂量;散射辐射   
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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

      • “在肿瘤骨转移治疗领域，研究人员发现静脉注射EDTA可有效促进223RaCl2在胃肠道的清除，降低辐射损伤。”
        李丹妮,李潇,杨剑,贾国荣,彭烨,左长京
        2022, 45(4): 040301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040301
        摘要：223RaCl2作为针对肿瘤骨转移的α内照射药物，在肿瘤骨转移病灶沉积的同时会有较大比例的肠道富集，引起一定的毒副作用。本研究利用对Ra2+离子具有络合作用的乙二胺四乙酸（Ethylenediaminetetraacetic Acid，EDTA）进行体内结合的方式，促进胃肠道沉积的223Ra排出体外。相较于EDTA灌胃导致的223Ra在胃肠道二次富集，经静脉注射的EDTA更有助于223Ra的胃肠道清除。在223RaCl2给药后2 h经尾静脉按1 mg∙kg-1注射EDTA后，肠道在6 h的223Ra清除率由（21.3±5.6）%提高到（46.9±4.4）%，同时骨特异性摄取未受明显影响。上述结果提示：静脉注射EDTA络合的方式有助于降低223RaCl2给药后的胃肠道辐射损伤。  
        关键词：223RaCl2;EDTA;骨转移;胃肠道;体内络合   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在熔盐堆核能系统领域，专家利用自主研发装置，研究了熔盐中含氧杂质离子的去除，为实现熔盐高效纯化提供新方案。”
        郑小强,窦强,程明,李晴暖,付海英,李文新,严六明
        2022, 45(4): 040302. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040302
        摘要：在熔盐堆核能系统中，为避免载体盐中含氧类杂质离子的腐蚀性及其与UF4燃料反应生成UO2沉淀而造成安全隐患，需严格控制熔盐中的含氧类杂质离子含量。利用自行研制的熔盐减压蒸馏装置，研究了载体盐中主要含氧杂质离子（O2-、NO3-、SO42-、PO43-）在高温低压下的蒸发分离行为，以及温度、压力、熔盐起始氧含量等工艺参数对载体盐中O2-去除的影响规律。研究结果表明：减压蒸馏法对含氧杂质去除能力由强到弱依次为NO3-、PO43-、SO42-、O2-；随着温度升高，氧的去除效果增强，1 050 ℃时获得了总氧含量约2.40×10-4 g·g-1盐的回收盐；随着压力降低，熔盐蒸发过程中O2-的夹带现象加剧，压力高于40 Pa时可获得总氧含量为2.50×10-4 g·g-1盐的回收盐；随起始含量降低，回收盐中氧含量持续降低，证实了二次或多次蒸馏熔盐除氧的技术可行性。本研究表明减压蒸馏法可有效去除载体盐中的含氧类杂质离子，实现载体盐的快速、高效纯化。  
        关键词：熔盐堆;载体盐;减压蒸馏;氧去除   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在核电厂放射性废物桶测量领域，专家提出了基于深度神经网络的γ能谱解析方法，解决了核素误识别和峰面积计算精度较差的问题，为放射性废物桶的能谱解析提供解决方案。”
        王江玮,顾卫国,杨桧,王德忠
        2022, 45(4): 040501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040501
        摘要：在核电厂放射性废物桶测量中，为了解决传统γ能谱解析方法存在的核素误识别和峰面积计算精度较差的问题，提出了基于深度神经网络的γ能谱解析方法。深度神经网络以γ能谱全谱数据作为分析对象，无需传统方法的谱线平滑、寻峰等工作。利用蒙特卡罗模拟得到的γ谱线作为神经网络的数据集，在秦山核电一期200 L钢桶的三种不同介质内置5种γ源，实验测量获得的γ谱线用于验证。结果发现：神经网络方法能快速识别核素并计算峰面积，精度达到96.47%；对于多核素混合的复杂能谱不会产生核素误识别，对于能谱中弱峰的峰面积计算误差也控制在10%以内。整体而言，基于深度神经网络的γ能谱解析方法适用于放射性废物桶的能谱解析，且解谱精度优于传统方法。  
        关键词：深度神经网络;蒙特卡罗;γ能谱;核素识别   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所设计的中国双功能锂铅包层，通过一系列中子学实验，验证了聚变反应堆氚增殖包层设计中核数据库和仿真软件的准确性。”
        曾正魁,陈思泽,章勇,王海霞,熊厚华
        2022, 45(4): 040601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040601
        摘要：中国双功能锂铅包层（Dual Functional Lithium-Lead， DFLL）是由中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所设计的用于聚变反应堆的液态包层。由于聚变反应堆氚增殖包层的设计高度依赖于中子计算，为验证DFLL包层设计中所使用的核数据库和仿真软件，建立了DFLL包层实验模块，并基于D-T聚变中子源开展一系列中子学实验。然后选用Nb活化箔和238U裂变电离室分别进行中子产额测量和相对中子源强度监测，并用Li2CO3活化片和多活化箔分别测量了DFLL包层实验模块不同深度处的产氚率（Tritium Production Rates， TPR）和多活化箔反应率；最后采用SuperMC程序结合JEFF3.2核数据库进行蒙特卡罗模拟计算，并将模拟结果与实验测量的TPR和反应率进行比较。结果表明：中子源强测量不确定度控制在4.2%以内，产氚率的计算结果与实验结果比（Calculation results to Experimental data，C/E）在 1.0~1.07区间吻合，多活化箔反应速率在0.77~1.1区间吻合，验证了包层中子学设计中氚增殖率计算的准确性。  
        关键词：聚变包层;中子学实验;产氚率;氘氚聚变中子源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆领域，专家设计了锆合金包壳管二次氢脆模拟装置，成功模拟了包壳管内外壁氧化和氢化物生成过程，为解决二次氢脆问题提供解决方案。”
        马雁,张智鑫,陈嘉威
        2022, 45(4): 040602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040602
        摘要：压水堆燃料锆包壳管一旦出现破口，流入包壳内的水会在内外壁压差的作用下闪蒸为水蒸汽，在包壳管内壁引发锆水反应，使包壳管内壁由于大量吸氢而产生破损，称为二次氢脆。为了模拟压水堆一回路运行工况与锆包壳管的二次氢脆发生过程，通过理论强度计算与热工验证，自主设计锆合金包壳管二次氢脆实验堆外模拟装置，并针对ZIRLO合金包壳管开展双热源模拟实验。该装置实现了在一回路工况水平下的长期稳定运行，模拟结果显示ZIRLO合金管内外壁氧化并生成沿轴向自下而上浓度增加的氢化物。表明该装置解决了窄缝空间热分层现象带来的影响，可模拟包壳管二次氢脆过程中的一次破口失水、冷却水闪蒸及间隙蒸汽腐蚀行为，验证了该装置技术手段可行性。  
        关键词：锆包壳;二次氢脆;堆外模拟装置;氧化;氢化物   
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        发布时间：2024-10-25
      • “离子回旋共振加热天线系统研究取得新进展，优化设计铁氧体长度及天线与单铁氧体调谐器之间的机械长度，结合频率反馈控制，可有效降低反射系数，增强阻抗匹配效果。”
        杨开建,杜丹,谭清懿,周华,潘光祖,乔冠瑾,龚学余
        2022, 45(4): 040603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040603
        摘要：采用传输线理论分析了离子回旋共振加热（Ion Cyclotron Resonance Heating，ICRH）天线耦合阻抗变化时（2~8 Ω），频率反馈控制对ICRH天线系统单铁氧体调谐器阻抗匹配效果的影响。模拟结果表明：在一定条件下，优化设计铁氧体长度及天线与单铁氧体调谐器之间的机械长度（归一化长度约0.540），结合频率反馈控制，单铁氧体调谐器可将ICRH天线系统的反射系数降低在0~8.4%以内，频率反馈相对频移范围为0.146%~0.134%，系统阻抗匹配响应时间（小于1 ms）满足天线耦合阻抗的快速变化。频率反馈控制的单铁氧体调谐器，不仅有效地缩小了匹配网络的空间尺寸，而且还能增强阻抗匹配效果。相关研究结果为离子回旋共振加热天线系统的设计提供了一定理论参考。  
        关键词：离子回旋共振加热;耦合阻抗;阻抗匹配;单铁氧体调谐器;频率反馈   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在提高燃料热导率领域，研究人员采用放电等离子烧结工艺制备出高密度大晶粒UO2-SiC复合燃料芯块，有效避免了UO2-SiC界面反应，显著提高了热导率。”
        严超,于小河,黄鹤,侯可可,曹长青,林俊,朱智勇
        2022, 45(4): 040604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040604
        摘要：通过在UO2基体中添加第二相来提高燃料热导率是耐事故燃料的一个重要研究方向。该研究以大晶粒UO2颗粒为原料，采用放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，SPS）工艺在较低烧结温度下获得高密度的大晶粒UO2-SiC复合燃料芯块，对复合燃料芯块的性能进行了表征，并研究了其在空气环境中的抗高温氧化性能。结果显示：SPS低温烧结可有效避免高温下发生的UO2-SiC界面反应，制备出的芯块密度>95% TD（理论密度）。与传统UO2燃料芯块及常规UO2粉末SPS烧结的UO2-SiC芯块相比，大晶粒复合燃料芯块热导率明显提高。复合燃料芯块在高温氧化初期的氧化增重相较传统芯块明显减弱，但当氧化温度达到350 ℃时，SiC无法进一步阻止UO2氧化。  
        关键词：耐事故燃料;二氧化铀;复合燃料芯块   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆安全分析领域，专家采用无需形成雅克比矩阵的牛顿-Krylov迭代法，提高了数值算法的稳定性，为两相流模型计算提供了解决方案。”
        樊杰,吴和鑫,苟军利,单建强
        2022, 45(4): 040605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.040605
        摘要：目前以两流体三流场两相流模型为数学模型的核反应堆安全分析程序大都采用半隐数值算法，数值稳定性受声速库伦特值的影响。少数以两流体三流场模型和全隐数值算法为基础的程序，采用经典牛顿迭代法求解，雅克比矩阵形成具有一定的难度。为了改善数值算法的稳定性且避免书写雅克比矩阵，一种无需形成雅克比矩阵的牛顿-Krylov迭代法（Jacobian-free Newton-Krylov，JFNK）被用于两相流全隐数值算法。两流体三流场两相流模型分别对汽相、液相和液滴相建立守恒方程，使用基于交错网格和有限体积差分全隐式离散守恒方程，线性方程组使用JFNK算法求解，当相缺失时，给缺失相一个很小的份额，以解决使用三流场模型计算单相、两相两流场时遇到的数值问题。程序模拟了Ransom水龙头数值基准题、过冷沸腾实验和Dryout传热实验，以验证了数值处理的可行性、数值算法的精度以及程序计算单相、单相到两相过渡以及两相流型之间过渡的可行性和模型计算精度。结果表明：数值算法精度较高，在从单相水、泡状流、弹状流、环雾流、弥散流等流型过渡时都表现得很好。  
        关键词：两流体三流场模型;全隐算法;JFNK算法;半隐预处理   
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        发布时间：2024-10-25
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