最新刊期
      2022 年 第 45 卷 第 6 期

        同步辐射技术及应用

      • “在同步辐射光束线领域，设计了双驱动四点滚柱压弯机构，通过有限元仿真分析，实现了高精度大尺寸光学镜面的非等力矩椭圆柱面压弯。”
        马天宇,卢启鹏,王大壮,彭忠琦,龚学鹏,宋源
        2022, 45(6): 060101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060101
        摘要：为满足同步辐射光束线对相关光学元件的技术需求，设计了双驱动四点滚柱压弯机构。通过有限元仿真分析实现高精度大尺寸光学镜面的非等力矩椭圆柱面压弯。以外形尺寸为1 200 mm×70 mm×50 mm的反射镜为研究对象，基于物距26.5 m、像距13 m及掠入射角2.8 mrad，根据理论椭圆面形方程与梁变形弯矩方程计算出施加在压弯镜两端的不等力矩。利用有限元软件对双驱动四点压弯机构进行仿真分析，在重力补偿力矩存在情况下，分别对聚焦镜进行单点补偿、双点补偿、三点补偿以及四点补偿的有限元分析，得到与理论计算相对应的仿真补偿面形结果。模拟施加两端的不等力矩将面形误差从单点补偿时的0.81 µrad降低到四点补偿下的0.075 µrad，对应理论面形误差0.013 µrad，最大程度可以降低原误差的95.96%，证实四点式双驱动机构通过多点补偿可以对椭圆压弯面形误差产生有效减小的趋势，且减小趋势不断平缓。证明该机构在多点补偿下对大尺寸椭圆镜压弯精度的提高具有可行性和有效性，对同步辐射光束线压弯技术有重要的理论指导作用与意义。  
        关键词：压弯机构;椭圆柱面;有限元分析;面形误差;同步辐射   
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        发布时间：2024-10-25
      • “上海软X射线自由电子激光升级改造，开发双环PI控制微波低电平系统，实现双束团模式运行，满足设计要求。”
        徐一茗,张俊强,肖诚成,方文程
        2022, 45(6): 060102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060102
        摘要：上海软X射线自由电子激光（Shanghai Soft X-ray Free-electron Laser，SXFEL）升级改造工程中，升级项目之一是使装置在双束团模式下运行，即在一个微波脉冲内加速得到两个相同能量的电子束团。为此设计开发了基于双环比例积分（Proportional Integral，PI）控制的微波低电平（Low Level Radio Frequency，LLRF）控制系统，用于调制微波脉冲能量倍增器的输出波形，使其变为平顶脉冲，以满足双束团模式的要求。该方法使用了两个反馈闭环分别控制输出脉冲整体的幅相稳定性和保持波形的平坦化。通过在微波实验平台上的连续测试，证明了双环PI控制法可以长时间维持能量倍增器输出脉冲的平坦度，并保证整体的幅相稳定性在0.09%和0.1°以内（均方根值），满足了设计要求。当对系统施加较大的外部干扰时，无需人为干预，算法能自动恢复平顶输出。  
        关键词：低电平控制系统;微波脉冲能量倍增器;PI控制;幅度调制   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在多孔材料领域，研究人员利用正电子湮没谱学观察了SBA-15的热稳定性，发现煅烧后SBA-15表现出较好的热稳定性，电子偶素是一种非常灵敏的研究孔隙结构的探针。”
        李重阳,王飞跃,陈志权
        2022, 45(6): 060201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060201
        摘要：多孔材料由于具有高比表面积、高渗透性、吸附性和可组装性等优异的物理化学性能，被广泛应用于气体吸附、电化学、药物输送、催化剂和催化剂载体等领域。多孔材料的应用性取决于其宏观性质，尤其是孔隙结构的多样性、孔径的可调性、热稳定性等对其大规模实际应用非常重要。利用正电子湮没谱学（Positron Annihilation Spectroscopy，PAS）观察了SBA-15的热稳定性。以正硅酸四乙酯为硅源，P123为结构导向剂，合成了原生有序介孔二氧化硅（SBA-15）和550 ℃煅烧后的有序介孔二氧化硅（SBA-15）。将上述两种SBA-15在100~1 000 ℃温度下煅烧处理，观察其孔隙结构的热稳定性变化。采用小角度X射线散射（Small Angle X-ray Scattering，SAXS）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）、高分辨透射电子显微镜（High-resolution Transmission Electron Microscope，HRTEM）、N2吸附/脱附（N2 adsorption-desorption）和正电子湮没谱学（Positron Annihilation Spectroscopy，PAS）等方法研究了两种SBA-15有序孔隙结构的稳定性。正电子寿命测量结果表明：两种SBA-15均存在4种寿命组分，较长寿命τ3和τ4分别对应于o-Ps在材料中微孔和二维六角的较大孔中的湮灭结果。随着热处理温度的升高，这两种SBA-15中较长寿命τ4逐渐降低，其强度I4也逐渐降低，但煅烧后SBA-15较长寿命及其强度在600 ℃后下降更为明显。同时，S参数结果与正电子寿命的结果吻合较好，S-W曲线也表明煅烧后SBA-15孔隙类型在100~900 ℃间几乎未发生变化。结果表明：煅烧后SBA-15表现出较好的热稳定性，同时电子偶素（Ps）是一种非常灵敏的研究孔隙结构的探针。  
        关键词：SBA-15;孔隙结构;电子偶素;热稳定性   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在聚变反应堆中，涂层表面裂纹性能和基底粗糙度是影响涂层服役周期的关键因素。通过Abaqus模拟，分析了基底粗糙度和涂层表面裂纹之间的关系，为解决涂层服役问题提供解决方案。”
        刘泽,唐琳,孙付春,张亚飞,余松科,母雪玲
        2022, 45(6): 060202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060202
        摘要：在聚变反应堆中阻氚涂层服役期间，涂层表面的裂纹性能以及基底粗糙度是制约涂层服役周期的关键因素。基于Abaqus有限元模拟软件，构建了SiC/316L不锈钢阻氚涂层系统模型。通过对基底表面粗糙度的引入，重点分析了基底粗糙度和涂层表面裂纹之间的关系。结果表明：基底粗糙度对涂层表面裂纹的应变能释放率有显著的影响。当裂纹位于波峰时，应变能释放率最大；当裂纹位于波谷正上方时，应变能释放率最小。相比于光滑交界面，沿着粗糙界面的应力受到了一定程度的抑制效果，呈现降低的趋势。  
        关键词：SiC阻氚涂层;表面多重裂纹;应变能释放率;应力   
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        发布时间：2024-10-25
      • “最新研究显示，纳米稀土三氧化二钇/环氧树脂复合材料能有效屏蔽X/γ射线，有望替代传统含铅材料。”
        郑玉龙,潘昕怡,熊厚华,曾正魁,杜纪富,陈志远
        2022, 45(6): 060203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060203
        摘要：传统的屏蔽X/γ射线材料一般为铅或含铅材料，存在有毒、质量重、不易成型、价格较高等缺点，而高分子复合材料被认为是未来能够有效防护核辐射的新型材料。环氧树脂（Epoxy Resin，EP）作为基材具有诸多优点，如耐腐蚀、力学性能好、耐磨性强、绝缘性优良及耐辐照性较强等，稀土材料对20~88 keV能区的X/γ射线有比较好的屏蔽效果，能够弥补铅的弱吸收区，同时可规避铅的毒性。为验证纳米稀土三氧化二钇/环氧树脂（Y2O3/EP）复合材料对X/γ射线的屏蔽性能，首先采用Y2O3填充到环氧树脂中制备了不同氧化钇含量的Y2O3/EP复合材料。然后利用正电子寿命谱、X射线衍射、扫描电镜研究了材料的微观结构，用热重分析仪及差示扫描量热仪测试了材料的热稳定性，用维氏硬度计及万能拉力机测试了材料的机械性能。最后利用蒙特卡罗程序对样品的辐射防护性能进行了模拟计算。研究结果表明：Y2O3填充到环氧树脂中可提升复合材料的热稳定性、硬度及杨氏模量，但明显降低了抗拉强度和断裂伸长率，建议Y2O3含量质量百分数不超过40%。在X/γ射线能量20~1 332 keV范围内，材料相同厚度时，40% Y2O3/EP复合材料的屏蔽效果为纯铅的2%~10%，相同质量时，40% Y2O3/EP复合材料的屏蔽效果为纯铅的15%~66%。虽然Y2O3/EP复合材料屏蔽效果较纯铅的差，但在X/γ射线低能区可满足屏蔽要求，具备替代铅或含铅材料作为辐射屏蔽材料的能力。  
        关键词：辐射防护;复合材料;屏蔽;稀土材料   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在辐射环境监测领域，专家利用峰总比不变性特点，建立了多能核素级联符合相加效应修正体系，为提高样品分析准确性提供解决方案。”
        张磊
        2022, 45(6): 060401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060401
        摘要：在辐射环境质量监测中，多能核素的级联符合相加效应是影响γ能谱活度测量准确性的重要因素之一，为了提高待测样品分析的准确性，对结果进行符合相加修正是十分必要的。以152Eu核素为例，根据峰总比不变性特点，获得探测器峰总比拟合公式，联合符合相加修正公式，全能峰效率公式，计算了152Eu核素的符合相加修正因子，进一步采用Genie 2000符合相加蒙特卡罗程序对液体体源的152Eu核素进行了符合相加修正。点源的修正结果与真值的相对偏差小于6%，体源修正结果与真值的相对偏差在±4%以内。通过点源符合相加修正因子与源到探测器距离的线性关系，可以得到符合相加效应可忽略的最小测量距离；体源样品的符合相加修正结果表明：同一介质的样品，高度越高，符合相加修正因子越小；自吸收效应会在低能端对样品的有效立体角产生较大影响，从而影响样品的符合相加修正因子。峰总比不变性与衰变纲图相结合的数值修正方法，不需要对不同位置处的点源总效率进行测量，与蒙特卡罗程序法相比，该方法无需对探测器进行工厂表征，不用对体源介质、密度和形状等参数进行描述；舍弃级联符合较严重的能量点后，可用于环境应急样品的符合相加修正。  
        关键词：符合相加修正;γ谱仪;峰总比   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在空间辐射防护领域，科学家研发了一种新型能量拓展型长中子计数器，通过嵌入金属铅和铬材料，显著改善了高能响应，为辐射防护提供新方案。”
        李雅男,李桃生,洪兵,郭浩民
        2022, 45(6): 060402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060402
        摘要：高能中子的测量在空间中子所致剂量评估和高能粒子加速器辐射防护等方面越来越重要。介绍了一种能量拓展型长中子计数器的性能研究模拟及测试结果。这种能量拓展型长中子计数器是基于De Pangher的设计，通过在长中子计数器内层慢化体嵌入金属铅和铬材料，利用中子与金属材料的（n，xn）增殖反应，改善了其高能响应。采用蒙特卡罗模拟优化了长中子计数器的结构，获得在1 keV~20 MeV、1 keV~150 MeV能量范围内最大值相对平均值偏差为12.2%响应特性曲线。利用Am-Be中子源和D-T中子源标准辐射场测试了长中子计数器的有效中心和能量响应，验证了长中子计数器在20 MeV内的能量响应。将实验结果与蒙特卡罗模拟计算相比较，结果表明：理论计算与实验在误差范围内一致。  
        关键词：长中子计数器;中子增殖;能量拓展;注量测量   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在辐射环境监测领域，专家通过增加附加过滤，建立了不同能量的参考辐射质，为剂量仪表校准提供解决方案。”
        李梦宇,赵瑞,屈冰冰,鲁平周,宋飞,李云飞,付林,吴金杰
        2022, 45(6): 060403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060403
        摘要：辐射环境监测仪器的校准是评价仪器性能、保证量值准确可靠的重要方式。为了解决剂量仪表在低剂量率条件下的量值溯源问题，在X射线辐射场中通过进一步增加附加过滤的方式，建立了55 kV、70 kV、100 kV、170 kV和240 kV参考辐射质并测量其能谱，运用序蒙特卡罗程序EGS（Electron Gamma Shower）模拟各辐射质的能谱，计算出辐射质半值层及平均能量，模拟能谱与实测能谱的平均能量相对偏差不超过1.6%。利用大体积球形电离室完成参考点处空气比释动能率的测量，并对常用的辐射环境监测仪器进行了校准。结果表明：随着附加过滤的增加，剂量率逐渐减少，所建立的辐射质剂量率范围为606~4 451 nGy·h-1，不确定度为6.0%（k=2）；高气压电离室、6150AD剂量率仪校准测量结果不确定度为7.0%（k=2）。  
        关键词：低剂量率;X射线;能谱模拟;校准因子;不确定度   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在中子源强度测量领域，专家采用模拟方法研究锰浴测量装置参数，建立了测量基准装置，为装置建立提供参考。”
        杨竣凯,张健,王平全,张辉,张亚楠
        2022, 45(6): 060501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060501
        摘要：锰浴法是测量中子源强度普遍采用的方法之一。根据锰浴测量装置参数，采用模拟方法开展锰浴测量装置参数的研究，结果表明：MnSO4溶液浓度在17.3%~38.6%时，溶液总中子吸收份额和锰的热中子俘获份额较高，减少中子逃逸和截面比的不确定度；球形锰池半径在45~60 cm时，可获得较高的溶液体积比活度和较低的中子逃逸份额。同时利用蒙特卡罗模拟程序MCNP（Monte Carlo N–Particle Transport Code System）计算时发现，当粒子数达到10万时，修正因子数值基本稳定，由输入粒子数带来的统计涨落不确定度可以忽略。根据计算结果建立了一套锰浴测量基准装置，并进行中子源国际比对和12枚中子源测量，测量结果与参考值均在不确定度范围内一致，为以后锰浴测量装置的建立提供参考。  
        关键词：锰浴法;蒙特卡罗模拟;溶液浓度;半径;参数   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “中国发布最新核数据库CENDL-3.2，大幅提高数据种类和质量，验证了Be数据可靠性，为熔盐堆设计提供支持。”
        吴军,刘仕倡,陈义学
        2022, 45(6): 060601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060601
        摘要：中国评价核数据库最新版CENDL-3.2 （Chinese Evaluated Nuclear Data Library）已于2020年6月发布，对包括核工程计算中常用的235U、238U、239Pu、56Fe等134个核素的中子反应数据重新进行了评价和计算，与CENDL-3.1相比，CENDL-3.2数据种类和数据质量均有大幅提高。Be由于其散射截面大、吸收截面小，常被用作熔盐堆燃料载体盐成分之一，其反应截面数据的准确性在熔盐堆设计中不容忽视。基于CENDL-3.2评价核数据库，采用NJOY制作了199群中子、42群光子的MATXS格式多群截面库，挑选了35个含Be快临界基准对其进行检验分析，并与基于ENDF/B-7.1和JENDL-4.0的多群截面库计算结果进行对比。分析表明：基于CENDL-3.2多群截面库计算的26个基准题（74.29%）的结果与实验值偏差在0.5%以内，整体上优于ENDF/B-7.1和JENDL-4.0。表明CENDL-3.2中的Be数据和基于CENDL-3.2的多群截面库及其制作方法是可靠的，能够用于熔盐堆相关设计计算。  
        关键词：CENDL-3.2;多群截面库;Be;快临界基准   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆领域，研究人员模拟了锆合金表面污垢形成过程，研究了镍铁对污垢形成及硼析出的影响。结果表明，铁比镍更易沉积，形成的污垢为尖晶石结构，镍铁比升高会造成硼析出。”
        蒙舒祺,胡艺嵩,阮天鸣
        2022, 45(6): 060602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060602
        摘要：压水堆（Pressurized Water Reactor，PWR）腐蚀产物会在锆合金表面形成污垢（Chalk Rivers Unidentified Deposit，CRUD），冷却剂中硼在CRUD中的析出会造成轴向功率分布异常，影响堆芯安全性。镍铁作为CRUD的主要成份，对CRUD形成及硼析出具有较大影响。在高温高压动水循环实验回路中模拟了PWR锆合金表面CRUD的形成过程，采用X射线光电子能谱仪（X-ray Photoelectric Spectroscopy，XPS）和扫描电子显微镜（Scanning Electric Microscope，SEM）等方法研究了镍铁对CRUD形成及硼析出的作用机理。调整镍铁注入顺序和溶解氢（Dissolved Hydrogen，DH）浓度的检测结果显示：DH浓度分别为40 cm3·kg-1和0 cm3·kg-1，对应的CRUD最大厚度为5 μm和15 μm；镍铁比分别为1.06、0.48和0.11时，对应的CRUD中硼摩尔百分数为19.8%、4.5%和0.3%。研究结果表明：铁比镍更容易在干净的锆合金表面沉积，形成的CRUD为尖晶石结构，CRUD中的铁对镍沉积具有促进作用；当镍发生沉积后，CRUD逐渐从尖晶石结构转变为疏松多孔形貌；CRUD中镍铁比升高会造成硼析出，而镍铁比较低的区域几乎没有硼析出。本文研究成果揭示了燃料表面污垢形成过程及其对硼析出的影响机理。  
        关键词：压水堆;锆合金;污垢;硼析出;镍铁比   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在钍基熔盐堆领域，专家开发了基于Qt的熔盐泵试验台架控制系统，实现了3D模型显示和设备控制，为熔盐泵应用提供解决方案。”
        余嘉莉,陈永忠,韩利峰
        2022, 45(6): 060603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060603
        摘要：针对钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor，TMSR）熔盐泵试验台架实时性、跨平台性等要求，由基于C++的Qt图形化界面开发框架开发试验台架控制系统。通过Blender绘制的熔盐泵试验台架3D模型图加载到Qt，控制系统与实验物理与工业控制系统（Experiment Physics and Industrial Control System，EPICS）连接，实现对3D模型的显示、旋转、缩放，控制系统设备并实时显示系统数据。通过测试，TMSR熔盐泵试验台架控制系统表现出良好的稳定性与灵活性，为熔盐泵成功应用到熔盐堆中奠定基础。  
        关键词：熔盐泵试验台架;3D模型;实验物理及工业控制系统;Qt Creator   
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        发布时间：2024-10-25
      • “新型熔盐快堆堆芯优化，提高中子经济性和安全性，实现高效99Mo同位素生产。”
        刘小林,周波,邹杨,严睿,徐洪杰,陈亮
        2022, 45(6): 060604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060604
        摘要：为提高新型熔盐快堆的堆芯中子经济与安全性能，并利用235U的裂变反应进行99Mo同位素生产，应用SCALE6.1程序进行了堆芯几何参数优化，基于优化后的堆芯对99Mo同位素的生产进行相关分析。结果表明：适当增加燃料元件半径、减小燃料栅元半径可提高有效增殖因子，同时降低冷却剂温度系数；当燃料元件容器壁厚为0.1 cm、燃料元件半径为3.5 cm、栅元半径为5 cm、活性区半径和反射层厚度分别为63 cm和100 cm时，堆芯运行寿期满足32个月，此时总反应性温度系数为-1.615×10-5 K-1，保证了堆芯的固有安全性；选最外层燃料元件作为99Mo生产的燃料靶件可提高99Mo的产量，当燃料靶件提取周期为7 d时， 99Mo出堆年产量达到6.25×1016 Bq，比活度为2.77×1015 Bq∙g-1。  
        关键词：新型熔盐快堆;99Mo同位素;反应性温度系数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “氦氙冷却反应堆采用一体化布雷顿循环系统，小型化、轻量化优势明显。专家分析了其严重事故频率，为核电源PSA分析提供参考。”
        伍建辉,周俊,邹春燕,贾国斌,张奥,蔡翔舟,陈金根
        2022, 45(6): 060605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.060605
        摘要：氦氙冷却反应堆可采用一体化布雷顿循环系统，在小型化、轻量化方面具有独特优势而备受关注。但目前鲜有关于小型氦氙冷却反应堆的严重事故分析研究。概率安全评价法（Probabilistic Safety Assessment，PSA）是一种评价反应堆安全性的重要方法，可为反应堆设计改进、故障诊断、运行指导等提供有价值的依据。而始发事件发生频率是PSA分析所必需的输入参数。本文以小型氦氙冷却移动式固体核反应堆电源为分析模型，参考高温气冷堆以及压水堆运行经验及部件失效数据，分析了堆芯排热增减、反应性和功率分布异常、管道破口和设备泄漏异常、未能紧急停堆的预期瞬态（Anticipated Transient Without Scram，ATWS）以及丧失场外电源等事故的发生频率，结果分别为3.90×10-2 RY-1、2.36×10-1 RY-1、2.69×10-2 RY-1、6.50×10-2 RY-1、2.69×10-2 RY-1以及4.60×10-2 RY-1，分析结果为进一步开展核电源PSA分析提供基础参考价值。  
        关键词：小型氦氙冷却反应堆电源;事故概率安全分析;故障树   
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