最新刊期
      2022 年 第 45 卷 第 7 期

        综述

      • “在聚变能源领域，产氚包层技术是关键难题之一。国际热核聚变实验堆ITER将验证该技术，参与其实验包层项目是掌握该技术的唯一途径。项目成功实施将为未来聚变能发展奠定科学和工程基础。”
        盛倩,吴姝琴,王晓宇,赵奉超,罗晓芳,钱小勇,罗德隆
        2022, 45(7): 070001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070001
        摘要：产氚包层技术是未来发展聚变能源所必须解决的关键技术，且是三大难题之一，国内外对此均开展了大量的研究工作。国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）将是世界上第一座核聚变实验堆，可为验证产氚包层技术提供真实的聚变环境，参与ITER实验包层（Test Blanket Module，TBM）项目是当前各参与方获得和掌握产氚包层技术唯一途径。本文简要介绍了ITER TBM项目的内容、必要性、运行策略及组织实施情况，概述了TBM项目的发展及ITER窗口重大变更后的最新状态，梳理了ITER TBM项目各参与方当前的研究进展，并就后续重点研究工作进行了展望。ITER TBM项目的成功实施将为未来聚变能发展奠定坚实的科学和工程基础，希望本文能为中国聚变工程试验堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）包层的设计与研发提供有价值的参考。  
        关键词：ITER计划;TBM项目;氚增殖;实验包层   
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        发布时间：2024-10-25

        同步辐射技术及应用

      • “在同步辐射硬X射线纳米聚焦领域，专家设计了一种基于直圆型一维线性运动的平行连杆柔性铰链机构，实现了0.2毫米运动行程，位置稳定性达到±1.1纳米，为自主研发调节机构提供解决方案。”
        曾超,毛成文,何燕,李爱国
        2022, 45(7): 070101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070101
        摘要：先进同步辐射硬X射线纳米探针的聚焦光斑尺寸可达到10 nm级，如上海光源硬X射线纳米探针线站，其对于聚焦光学元件调节机构的运动精度、稳定性、行程和荷载等都有严格的要求。针对同步辐射硬X射线Kirkpatrick-Baez（K-B）镜纳米聚焦系统超高稳定性的要求，设计并初步验证了一种基于直圆型一维线性运动的平行连杆柔性铰链机构。利用传统的弹性力学方法对柔性铰链结构进行力学分析，获得铰链结构的受力输入与位移输出的对应关系，采用有限元模拟对其进行验证。理论分析与有限元模拟结果一致，误差约2%。进一步通过有限元模拟分析了该柔性铰链机构在载荷情况下的稳定性。并对3D打印的柔性铰链机构样机进行了测试，该样机实现了0.2 mm运动行程，位置稳定性达到±1.1 nm（均方根误差）。分析和测试结果表明：本文设计的柔性铰链机构具备合适的行程、良好的动态特性和非常高的稳定性，将有助于在国内自主研发同步辐射纳米聚焦光学元件调节机构。  
        关键词：X射线纳米探针;精密定位;柔性铰链;有限元分析;3D打印   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在衍射极限环领域，专家设计新型磁路提升四极磁铁磁场梯度，为环发展提供关键元件。”
        朱亚,张庆磊,周巧根
        2022, 45(7): 070102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070102
        摘要：随着第四代光源衍射极限环的发展，束流发射度越来越小，四极磁铁的磁场梯度要求越来越高。高梯度四极磁铁的研制已成为衍射极限环发展的关键元件之一。四极磁铁的磁场梯度取决于磁铁孔径、安匝数和磁效率。对于高饱和的高梯度四极磁铁，提高磁效率成为一种提高磁场梯度的可靠方案。本文设计了一种新型磁路来提高磁效率，从而提升四极磁铁的磁场梯度。应用该新型磁路设计了一台梯度大于100 T·m-1的高梯度四极磁铁，并通过Poisson程序和Opera软件进行二维和三维模拟计算，验证其可行性和有效性。  
        关键词：四极磁铁;高磁场梯度;永磁铁;磁场质量   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在材料科学等领域，上海光源BL14W1光束线站搭建了新型数据采集系统，实现了多样品XAFS的自动筛选及高信噪比自动采集，大幅提高了数据采集效率。”
        刘泓舟,李季,顾颂琦,苏晓智,梅丙宝,姜政,刘志
        2022, 45(7): 070103. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070103
        摘要：X射线吸收光谱（X-ray Absorption Spectroscopy，XAS）在材料科学、生物学、化学等领域有着广泛的应用。为了提高上海光源BL14W1光束线站同步辐射X射线吸收精细结构谱（X-ray Absorption Fine Structure spectroscopy，XAFS）的透射数据采集的效率，搭建了基于分布式数据采集节点和XAFS测试多样品架的数据采集系统。分布式数据采集节点采用了集成式设计，开放了底层系统，能够直接获取电压信号和编码器信号，并具有体积小、噪音小、成本低、易于维护等优点；XAFS测试多样品架提供了12个样品孔位，并可以远程控制其孔位切换。将两个硬件设备相结合搭建出新型数据采集系统，并提供了多样品自动筛选采谱的功能。采用LabVIEW编写的新数据采集系统与自动筛选采谱程序实现了多样品XAFS的自动筛选及高信噪比自动采集，大大提高了数据采集的效率，为整个线站的运行带来采谱效率大幅提高、成本降低、维护难度降低、占用空间减小等多方面的提升。  
        关键词：同步辐射;数据采集;X射线吸收精细结构谱;LabVIEW   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在高功率中性束注入系统领域，专家针对强流离子源长脉冲稳定运行挑战，开展了基于打火再起的自调整技术研究，实现了兆瓦级离子束27秒长脉冲稳定运行，为高功率离子源长脉冲运行提供支持。”
        谢亚红,刘胜,蒋才超,潘军军,许永建,赵远哲,崔庆龙,谢远来,胡纯栋
        2022, 45(7): 070201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070201
        摘要：强流离子源是高功率中性束注入系统的关键部件，其长脉冲稳定运行是目前的挑战之一。针对热阴极离子源的工作原理，分析了强流离子源的运行特性。针对强流离子源的打火问题，开展了基于打火再起的自调整技术研究，即在离子源发生异常（如打火）时及时终止离子源的束引出从而保护离子源的安全，在随后百毫秒下重新进行离子束的引出，从而获得强流离子源的长脉冲运行。在兆瓦级强流离子源上开展了基于打火再起技术的运行测试，获得了兆瓦级离子束27 s长脉冲稳定运行，为高功率的离子源长脉冲运行提供支持。  
        关键词：中性束注入;强流离子源;自调整运行;热阴极   
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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

      • “18F-FMM PET/CT脑显像可直观反映中老年人认知水平，对MCI和AD诊断具有应用价值。”
        雷哲,吴寒,欧颖晖,赵倩华,单凤玲,王子,周美红,张琼琼,刘学源,丁晶,尹又,王修哲,楼菁菁,刘兴党
        2022, 45(7): 070301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070301
        摘要：本文通过18F-flutemetamol（18F-FMM）在轻度认知功能障碍（Mild Cognitive Impairment，MCI）及阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）患者各脑区的分布情况，探讨影响18F-FMM结合的因素，初步评估18F-FMM正电子发射断层扫描结合计算机断层成像术（Positron Emission Tomography/Computed Tomography，PET/CT）诊断MCI、AD患者的应用价值。自2020年7月至2021年4月在上海地区招募24名MCI患者［男12名，女12名，年龄（70.54±9.27）岁］，25名AD患者［男11名，女14名，年龄（70.56±7.30）岁］及9名健康对照（Normal Control，NC）［男2名，女7名，年龄（57.67±9.00）岁］。所有受试者行18F-FMM PET/CT脑显像，采用视觉评估法及标准化摄取值比值（Standardized Uptake Value Ratio，SUVR）测量法对脑显像结果进行定性及半定量分析。采用独立样本t检验、单因素方差分析、秩和检验分析定量资料组间差异；采用Pearson卡方检验及Fisher确切概率法进行定性资料组间差异比较。通过受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲线分析18F-FMM PET/CT脑显像对MCI、AD的诊断效能，并采用多元线性回归分析可能影响18F-FMM结合的因素。结果表明：NC、MCI及AD组视觉评估阳性率存在统计学差异（χ2=26.85，p＜0.001），三组间各脑区SUVR均存在统计学差异（H值：11.54~19.34，F值：7.43、11.48，p均＜0.01），三组全脑SUVR平均值均存在统计学差异（Z值：-3.87、-2.79、-2.45，p均＜0.0167）；MCI与AD组在枕叶、颞叶、顶叶与后扣带回的视觉评估阳性率有统计学意义（χ2=7.53~10.89，p均＜0.01），NC组各脑区SUVR均低于AD组，颞叶、额叶及楔前叶SUVR低于MCI组；MCI组枕叶、颞叶、额叶、顶叶SUVR低于AD组。ROC曲线表明，颞叶SUVR值和全脑SUVR平均值可用于鉴别NC、MCI、AD。多元线性回归分析结果表明认知水平与各脑区18F-FMM SUVR呈显著负相关性关系。18F-FMM PET/CT脑显像可较直观反映中老年人认知水平，可用于对MCI和AD的诊断。  
        关键词：阿尔茨海默病;轻度认知功能障碍;淀粉样蛋白;正电子发射断层显像术   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在核工业领域，新型γ相机探测器展现出优异性能，为核电站大修和核退役设施源项定位提供重要应用价值。”
        李岩,王川,刘立业,石伯轩,曹勤剑,赵原,夏三强,董佳杰
        2022, 45(7): 070401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070401
        摘要：γ相机可用于放射性物质的准确定位，因此在核电站大修以及核退役设施的源项定位等核工业领域具有重要应用价值。针对高能量分辨率、高计数率、小型化γ相机探测器的设计要求，提出了采用8×8根6.4 mm×6.4 mm×20 mm的LaBr3（Ce）晶体阵列通过硅脂耦合8×8的硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier Tube，SiPM）阵列的方式构成γ相机的位置灵敏探测器，并根据脉冲信号特征设计了相应的读出电路。通过测试发现，该探测器模块在662 keV的γ射线照射下，64根晶体条的平均能量分辨率为4.96%，最佳的能量分辨率为3.92%，最差为5.91%。后续进行了各个晶体条像素的峰位一致性和灵敏度一致性的测试和校正，取得了较好的效果。测试结果表明：该探测器在能量分辨率、峰位一致性以及灵敏度一致性等性能方面均能够满足预先设定的γ相机成像的设计要求，具备了核工业领域的应用前景。  
        关键词：LaBr3（Ce）晶体;位置灵敏探测器;γ相机;灵敏度一致性校正;峰位一致性校正   
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        发布时间：2024-10-25
      • “纳米比亚湖山铀矿采用新型γ能谱测井仪，有效区分钍、铀、钾核素，实现铀含量定量测量，提高矿石铀品位测量准确性。”
        郝金龙,董文明,陈宁,邓洪泽
        2022, 45(7): 070402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070402
        摘要：地处南部非洲纳米比亚的湖山铀矿的主要含矿岩石为白岗岩，其矿石中放射性元素钍含量较高，对γ测井结果影响较大。为了解决钍元素对γ测井结果的影响，采用了高分辨率LaBr3（Ce）闪烁探测器、交叉谱段法以及分离射线谱技术，研制了新型γ能谱测井仪，极大地提高了钍、铀、钾核素的计数率、仪器的量程以及测井速度，并能有效区分钍、铀、钾核素，实现了铀含量的定量测量，该测井仪器的实验和校准测试是在控制孔、爆破孔、国家标准铀模型中进行的，验证了其测量精度、范围、速度适用性、稳定性、重复性等。新型γ能谱测井仪在测量范围及测井速度方面，达到γ测井规范要求，即铀含量测量上限达到5.0% eU，测井速度达到0.067 m·s-1。能够直接解释出钍、铀、钾含量，提高了矿石铀品位测量的准确性。使用该γ能谱测井仪成功实现了湖山矿爆破孔矿石铀品位的快速定量测量，并可精确估算铀矿量。  
        关键词：γ能谱测井;LaBr3（Ce）闪烁探测器;交叉谱段法;分离射线谱技术;铀品位   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高计数率环境下，核脉冲信号冲激成形算法取得新进展。专家构建了数字冲激成形算法，推导出信号冲激响应数字递推解，为核脉冲信号冲激成形提供解决方案。”
        汪雪元,周建斌,何剑锋,王明,汤彬,洪旭,刘易
        2022, 45(7): 070403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070403
        摘要：为满足高计数率环境下的核脉冲信号冲激成形，构建了一种核脉冲信号数字冲激成形算法。首先，给出核辐射探测系统输出信号模型。然后，基于导数运算，推导出核脉冲信号冲激响应数字递推解。最后，基于RC积分成形电路原理，给出核脉冲信号冲激响应数字递推解中时间常数的求解方法。对模拟信号和硅漂移探测器实际采样信号进行冲激成形。实验结果显示，在高计数率场合，基于导数运算的冲激成形算法比基于Z变换的传统冲激成形算法具有更好的计数率特性。基于导数运算的冲激成形算法适合不同精度要求和成形速度要求的应用场合，尤其适合高计数率环境下核脉冲信号的冲激成形。  
        关键词：核脉冲信号;冲激成形;导数运算;Z变换   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在核电站中子屏蔽领域，B4C/Al基复合材料具有广泛应用前景。通过脉冲电流热处理，可提高材料的抗拉强度和延伸率，增强B4C颗粒的载荷传递作用。”
        巩鹏飞,陈洪胜,王文先,柴菲,刘瑞峰,汪卓然,杨涛
        2022, 45(7): 070501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070501
        摘要：碳化硼（B4C）中B的同位素10B具有大的热中子吸收截面，将B4C颗粒添加到铝合金中，制备成的B4C/Al基复合材料在核电站中子屏蔽领域具有广泛的应用前景。采用真空热压后多道次轧制方法制备了颗粒含量为30wt.% B4C/6061 Al中子吸收材料板材，通过脉冲电流热处理方法对制备的板材进行热处理，研究电流效应对材料内部微观组织和力学性能的响应机理。研究结果表明：脉冲电流的施加可以促进基体合金的再结晶程度，愈合颗粒/基体异质界面处的微缺陷，提高界面的结合强度，同时抑制基体合金晶粒的增长，降低界面残余应力；随着施加脉冲电流时间的延长，复合材料的抗拉强度和延伸率呈现升高的趋势，最高可达245.2 MPa和9.02%，使B4C颗粒的载荷传递作用增强，电流的“非热效应”起到了主导的作用。  
        关键词：B4C/6061复合材料;中子吸收;脉冲电流;电流效应   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在聚变反应堆第一壁材料研究中，通过Ansys Workbench建模分析，发现引入Cu中间层可有效降低W/316L不锈钢系统热应力，缓解热失配现象。”
        刘泽,唐琳,张亚飞,余松科,母雪玲,孙付春
        2022, 45(7): 070601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070601
        摘要：在聚变反应堆第一壁材料服役期间，材料中热应力的大小是影响聚变堆能否稳定运行的关键因素之一。本文通过有限元软件Ansys Workbench，构建了W/316L不锈钢第一壁系统模型。重点分析了温度、涂层厚度、基底厚度与系统热应力之间的关系。结果表明：W/316L不锈钢系统中的最大热应力随着温度、基底厚度而增加。随着W涂层厚度的增加，系统中最大热应力表现出了降低的趋势。最后，在系统中通过引入Cu中间层的方法，系统中最大热应力由1 676.3 MPa降低到1 507.7 MPa，进而缓解了W与316L不锈钢基底热失配的现象。  
        关键词：W/316L;不锈钢第一壁系统;热应力;温度   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在第四代核能系统领域，研究人员开发了适用于熔盐冷却快堆多尺度热工流体耦合程序，为自然循环熔盐冷却堆的系统设计、优化和安全分析提供有效工具。”
        宋诗阳,程懋松,林铭,戴志敏
        2022, 45(7): 070602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070602
        摘要：自然循环氯盐冷却快堆具有结构简单、固有安全性高和经济性好等特点，是一种非常具有发展潜力的第四代先进核能系统。采用全自然循环驱动的45 MWth小型自然循环氯盐冷却快堆（Small Natural Circulation Chloride Cooled Fast Reactor，SN3CFR）一回路设计，由于系统分析程序堆芯热工模型较为简化，无法模拟堆芯内部详细的紊流交混和横流混合等三维热工流体现象。为了更加精确和高效地开展一回路自然循环热工安全特性研究，基于熔盐冷却快堆子通道分析程序ThorSUBTH和系统分析程序RELAP5-TMSR，开发了适用于熔盐冷却快堆多尺度热工流体耦合程序。通过水平圆管算例和简单闭合循环回路算例开展了耦合程序验证；为进一步评估其适用性，针对SN3CFR自然循环一回路主冷却系统，建立了多尺度模型，计算了反应堆稳态运行参数，分析了反应性引入事故瞬态。结果表明：多尺度热工耦合程序算例计算值与参考结果吻合良好，验证了程序正确性；SN3CFR在额定功率工况下计算值与设计值符合良好，在反应性引入事故工况下各关键热工参数均满足设计限值，验证了耦合程序的适应性。多尺度热工流体耦合程序能够为自然循环熔盐冷却堆的系统设计、优化和安全分析提供有效的计算和分析工具，具有重要的工程意义。  
        关键词：自然循环氯盐冷却快堆;多尺度;耦合程序;子通道;系统程序   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核事故应急处置领域，专家基于AN-EOS模型，模拟了氚泄漏行为，验证了模型正确性，并分析了通风对氚气扩散的影响。”
        李昌均,蔡幸福,肖明清,王飞,曹晓岩
        2022, 45(7): 070603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070603
        摘要：氚泄漏是典型的核事故场景，会对人员和环境造成放射性危害，开展氚泄漏数值模拟研究对核事故应急处置具有重要意义。针对高压储氚容器氚泄漏问题，提出了基于AN-EOS模型的数值模拟方法，描述了氚泄漏瞬态行为，通过与真实气体泄漏数据比对，验证了模型的正确性；利用自定义函数耦合AN-EOS模型与Fluent求解器，开展了密闭和通风环境下氚泄漏的数值模拟，得到了氚气泄漏流动情况及氚气浓度的时空分布规律。结果表明：发生泄漏时，氚气浓度迅速增加，停止泄漏后，密闭环境下氚气浓度先增加后稳定，通风环境下逐渐减小，说明通风对氚气扩散有显著影响，能达到除氚的目的。  
        关键词：氚泄漏;AN-EOS;瞬态行为;数值模拟   
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        发布时间：2024-10-25
      • “钍基熔盐堆缩比仿真装置研究取得新进展，分析了环形通道加热器的流动与传热特性，为提高能量利用率提供解决方案。”
        杨洋,邹杨,陈金根,周翀
        2022, 45(7): 070604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.070604
        摘要：钍基熔盐堆缩比仿真装置是10 MW钍基熔盐固态试验堆的1/3缩比仿真装置，其设计功率为370 kW。19支加热管外缠绕螺旋线圈的环形通道加热器已用于仿真装置堆芯的加热。为了进一步理解加热管外径及环形通道的宽度对环形通道加热器性能的影响，采用Fluent软件分析了环形通道加热器在不同加热管外径及环形通道宽度下的流动与传热特性。利用熵产原理分析了环形通道加热器的整体性能。结果表明：由于螺旋线圈的存在，环形通道内的FLiNaK盐产生了轴向速度、径向速度及切向速度，同时环形通道内纵截面上出现逆流。加热管的外径对环形通道内FLiNaK盐的流动及传热特性无影响，加热管外径越大，环形通道加热器的能量利用率越高。环形通道宽度越大，环形通道内FLiNaK盐的压损越小，对流换热系数越小，环形通道加热器的能量利用率越低。  
        关键词：螺旋线圈;环形通道加热器;FLiNaK盐;流动及传热特性;能量利用率   
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        发布时间：2024-10-25
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