最新刊期
      2023 年 第 46 卷 第 3 期

        同步辐射技术及应用

      • “X射线串行晶体学发展迅速，但数据筛选效率低。研究者基于卷积神经网络，构建了准确率高且运行速率快的数据筛选工具MobileNets，为串行晶体学实验提供有效便捷的数据筛选。”
        惠子,余立,周欢,唐琳,何建华
        2023, 46(3): 030101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030101
        摘要：X射线串行晶体学作为一种解析蛋白质晶体结构的新方法，因为拥有室温采集、辐射损伤低、时间分辨等优势而得到迅速的发展。利用串行晶体学方法解析蛋白质结构需要在整合大量晶体衍射图的基础上筛选出有效的衍射数据，然而常规的数据筛选方法在处理衍射图时存在准确度不高且效率低的问题。基于卷积神经网络的数据筛选方法具有流程自动化的优势，并且已经被证明相对于传统的“找点法”具有更高的分类准确度。因此在比较5种不同卷积神经网络筛选晶体学衍射图的准确度和效率的基础上，选择并构建一个准确率高且运行速率快的卷积神经网络数据筛选工具，用于不同蛋白质晶体样品衍射图的筛选。结果显示：MobileNets不仅具有ResNet、GoogleNet-Inception等大型网络相似的准确度，而且运行速率更快，为串行晶体学实验提供了一个有效便捷的数据筛选工具。  
        关键词：串行晶体学;卷积神经网络;机器学习;MobileNets   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在无损检测领域，快中子成像技术取得新进展。研究人员设计出一套裂变中子成像系统，直接视场达400mm×400mm，分辨率优于0.5mm，可检测尺寸不超过600mm的大型样品。”
        王胜,李航,罗昕,吴洋,霍合勇,刘斌,尹伟,曹超,孙勇,杨鑫,李润东,唐彬
        2023, 46(3): 030201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030201
        摘要：中子成像是一种重要的无损检测方法，快中子（MeV级能量）成像技术，能够在中大型样品的轻材料缺陷检测发挥其独特优势。经过理论分析和蒙特卡罗模拟设计，采用过滤结构将绵阳研究堆热中子束线的裂变中子份额大大提高，在等效准直比约260情况下，成像位置的裂变中子注量率可以达到3×105 cm-2·s-1。采用快中子荧光屏作为探测器，通过研发的大视场成像装置，形成了一套直接视场可达400 mm×400 mm，分辨率优于0.5 mm的裂变中子成像系统。利用超视场成像技术，该系统还能够检测横向尺寸不超过600 mm的大型样品。  
        关键词：研究堆;中子成像;裂变中子;超视场层析   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核科学与核技术领域，专家设计了新型离子源，以提高同位素分离效率，满足市场需求。”
        武启,刘玉国,刘建立,孙良亭,赵红卫
        2023, 46(3): 030202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030202
        摘要：随着我国核科学与核技术的发展，高丰度同位素的产量无法满足市场需求，极大地限制了相关领域的发展。因此，迫切需要发展高产额、高效率的电磁同位素分离装置。离子源作为电磁同位素分离器中的关键部分，其性能直接影响目标同位素的分离与产额。设计了一台2.45 GHz微波驱动的离子源用于稳定同位素电磁分离器的注入，目标是在引出能量40 keV下产生20 emA Xe+及5 emA Mo+。为了获得高密度等离子体，设计了双线包螺线管产生放电磁场，并通过仿真软件CST微波模块计算优化了高耦合效率的磁场位型和匹配波导。为了产生强流金属离子束，设计了内置放电室坩埚熔化金属氧化物。模拟结果表明：当加热丝电流为70 A时，坩埚温度最高为917 ℃，可以高效地产生金属钼蒸气，进入放电室进行离化。  
        关键词：电磁分离器;同位素;强流重离子束流;2.45 GHz微波离子源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “先进天基太阳天文台卫星的硬X射线成像仪量能器，采用IDE3381 ASIC，成功验证了其在空间辐射环境下的抗辐照性能。”
        万强,郭建华,张岩,张永强,胡一鸣
        2023, 46(3): 030203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030203
        摘要：先进天基太阳天文台卫星（Advanced Space-based Solar Observatory，ASO-S）是我国科学家提出的专用于观测太阳的科学卫星。硬X射线成像仪（Hard X-ray Imager，HXI）是ASO-S的三个科学载荷之一，HXI的量能器由99个溴化镧晶体-光电倍增管探测单元构成。量能器的前端电子学采用了一种型号为IDE3381的高集成度电荷测量ASIC（Application-specific Integrated Circuit），利用它在空间和功率受限的卫星平台上实现了对99路探测单元信号的处理。为了评估IDE3381在空间辐射环境中的抗辐照性能，设计了一套自动化测试系统，用重离子束流和60Co γ源分别进行了单粒子效应（包括单粒子翻转和单粒子闩锁）和总剂量辐照效应试验。测试结果表明：ASIC IDE3381的抗辐照性能满足HXI飞行件的要求。  
        关键词：空间电子学;辐照效应;高集成度电荷测量ASIC   
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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

      • “在纳米医学领域，研究人员成功制备了131I-BEV-PTX-SPIONs，并通过实验验证了其在肺癌诊疗中的潜力，为肿瘤靶向治疗提供了新思路。”
        季发权,吉安平,张杰,柏凌,焦庆嵩,戚宁,张东生,杜明华
        2023, 46(3): 030301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030301
        摘要：为了研究131I标记贝伐单抗偶联载紫杉醇超顺磁性氧化铁纳米粒（131I - Bevacizumab - Paclitaxel -Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles，131I-BEV-PTX-SPIONs）的制备和生物学分布。将30只成瘤裸鼠分为单靶向组及双靶向组，再按时间点2 h、6 h、12 h、24 h及48 h分为5个亚组，每亚组各3只，尾静脉注射131I-BEV-PTX-SPIONs后，进行生物学分布及单光子发射计算机断层成像术（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）显像。131I-BEV-PTX-SPIONs的粒径约220 nm，分散性尚可；131I标记率为81.4%；放射性化学纯度（Radiochemical Purity，RCP）＞99%；在PB缓冲液中稳定性良好；在体外PTX（Paclitaxel）缓释性能良好；与A549细胞有较好的亲和力。体内生物学分布结果：随着时间的延长，肿瘤组织的放射性计数相对增高，12 h达高峰；T/NT（Target to Nontarget）比值逐渐升高，48 h达7.80±0.50。6 h、12 h、24 h、48 h时，双靶向组的肿瘤组织放射性计数及T/NT比值均高于单靶向组，差异均具有统计学意义（P<0.05），且差异性随着时间延长越来越显著。SPECT显像结果：2 h肿瘤部位即有放射性聚集，且随着时间的延长，放射性聚集增加并持续稳定，T/NT比值持续上升。初步研究结果显示，131I-BEV-PTX-SPIONs具有用于肺癌诊疗的潜质，值得进一步研究。  
        关键词：超顺磁性氧化铁纳米粒;紫杉醇;核素131I;贝伐抗体;荷瘤裸鼠;肺癌   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “康普顿成像技术在核设施热点定位领域取得新进展，研制出双层分离式康普顿相机，实现了远场三维成像功能测试。该系统结构可调，成本低，成像视野宽，能量分辨率约为3%，能确定5米外137Cs点源三维位置信息，优化后的系统前锥角θ和侧向方位角φ的角分辨率约为10°。”
        王薇,李兴隆,吴建华,庞洪超,骆志平
        2023, 46(3): 030401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030401
        摘要：康普顿成像技术是近年新兴的一种辐射热点定位技术，其无需准直，视野广，效率高，应用前景广阔。针对核设施热点定位需求，采用两块像素型碲锌镉（Cadmium Zinc Telluride，CZT）探测器，基于专用读出芯片（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）的读出电子学系统，结合列表模式期望最大化极大似然（List-mode Maximum Likelihood Expectation Maximization，LM-MLEM）图像重建算法研制了一套双层分离式康普顿相机。采用137Cs点源对该系统的成像性能开展了实验测试，并对探测器层间距、吸收层面积等成像性能影响参数展开了优化研究，最后通过移动探测器的测量位置实现了对放射源的远场三维成像功能测试。该系统优势在于其结构可调性，探测器成本低，读出电子学相对简单，成像视野范围宽于传统γ相机，测试结果表明：系统的能量分辨率约为3%（FWHM@662 keV），能确定5 m外的137Cs点源三维位置信息，优化后的系统前锥角θ和侧向方位角φ的角分辨率约为10°。  
        关键词：康普顿相机;热点成像;碲锌镉探测器   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电安全领域，国内研发的移动式微型裂变电离室中子探测器，其核特性与国外产品相当，有望实现国产替代。”
        言杰,温中伟,何遥,刘百力,胡永宏,王玫,韩子杰,钱达志
        2023, 46(3): 030402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030402
        摘要：微型裂变电离室是一种反应堆上广泛使用的堆芯中子探测器。国内CPR1000核电机组的堆芯中子注量率测量系统采用移动式微型裂变电离室作为中子探头，在反应堆运行过程中测量反应堆中子通量，提供堆芯中子通量分布图，是核电站重要的安全仪控设备。对标现役国外产品的服役条件和技术指标要求，研制了一款移动式微型裂变电离室中子探测器，并参照国家标准GB/T 7164-2022和行业标准NB/T 20215-2013，对探测器的核特性进行了测试。测试结果表明：其核特性与国外产品相当，有望实现该反应堆安全产品的“国产替代”。  
        关键词：CPR1000;移动式堆芯探测系统;微型裂变电离室;中子注量率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在中子探测领域，自研塑料闪烁体取得重要进展。通过搭建探测系统，实现准确的γ射线能量标定，对比自研塑料闪烁体与商用塑料闪烁体EJ-299-33A的探测效率，为中子探测提供新选择。”
        宋云,左晶鑫,梁勇飞,韩冰,白立新,杨朝文
        2023, 46(3): 030403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030403
        摘要：塑料闪烁体在中子探测领域具有重要应用前景。对于自研两种尺寸（ø2.54 cm×2.54 cm、ø5.08 cm×5.08 cm）的塑料闪烁体进行了测试。采用光电倍增管（Photomultiplier Tube，PMT）搭建了探测系统，利用高速示波器采集功能对自研塑料闪烁体进行能量刻度，通过测量137Cs γ放射源的脉冲幅度谱并与MCNP5模拟谱对比，以获取康普顿边缘位置信息，实现准确的γ射线能量标定。利用电荷积分法对从241Am-Be中子源上获取的数据进行分析，采用品质因子（Figure Of Merit，FOM）、中子峰谷比、中子漏计数率等参数量化不同能区的n-γ甄别效果，对比自研塑料闪烁体相对于EJ-299-33A的探测效率。结果表明：ø2.54 cm×2.54 cm自研塑料闪烁体相比于ø5.08 cm×5.08 cm自研塑料闪烁体具有较高的FOM值；两种自研塑料闪烁体相对于EJ-299-33A的探测效率分别约为0.49和1.0，可见自研的ø5.08 cm×5.08 cm塑料闪烁体与同尺寸的商用塑料闪烁体EJ-299-33A性能相当。  
        关键词：塑料闪烁体;能量标定;中子/γ甄别;甄别能力量化   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在多核子转移反应领域，专家借助双核模型，系统研究了前平衡结团发射机制，为相关研究提供新思路。”
        徐思宇,冯兆庆
        2023, 46(3): 030501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030501
        摘要：本文借助双核模型，进行了对多核子转移反应中前平衡结团发射机制进行了系统研究。以反应系统12C+209Bi、40Ca+208Pb和48Ca+238U为例，重点分析了库仑位垒附近重离子碰撞产生前平衡轻粒子，如中子、质子、氘核、氚核、3He、4He、6Li、7Li、8Be和9Be时间演化、动能分布和角分布。研究结果表明：结团发射呈现出一定核结构效应，4He发射概率与质子相当并远大于3He。前平衡结团主要分布在“类弹”和“类靶”角度区域发射，其动能分布呈现出玻尔兹曼分布形式。考虑结团预形成因子后该方法可以拓展用于不稳定原子核引起的结团发射机制研究。  
        关键词：结团发射;前平衡过程;转移反应;双核模型   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在核反应堆模拟领域，研究人员开发了非结构网格核-热耦合程序MORPHY，通过TWIGL等基准题验证了其准确性和描述能力，为堆芯核热耦合分析提供新工具。”
        杨鸣睿,孙启政,罗池旭,何东豪,刘晓晶,张滕飞
        2023, 46(3): 030601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030601
        摘要：反应堆内存在着中子物理、流动传热等多种物理场的紧密耦合和相互反馈。为了能准确地模拟反应堆内的真实情况，本研究针对先进复杂反应堆开发了非结构网格核-热耦合程序MORPHY。中子物理求解采用三角形变分节块法方法结合刚性限制法求解时空中子输运方程；热工水力求解基于一维的并联通道模型和圆柱导热模型。采用TWIGL基准题验证了中子动力学的准确性，堆芯相对功率与参考结果的偏差小于0.5%。与Dodds基准题结果对比，验证了程序对于非结构网格的描述能力。基于NEACRP压水堆基准题对程序的核热耦合计算能力进行验证，并分析对比了不同耦合方法、角度离散阶数对结果的影响。结果表明：MORPHY程序计算值与TWIGL、Dodds以及NEACRP基准题参考值吻合良好，能够用于堆芯稳态和瞬态核热耦合分析模拟。  
        关键词：中子动力学;刚性限制法;核热耦合计算;瞬态;输运程序   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在中子活化计算领域，专家研发了一种高精度分析核素存量敏感性和不确定性的方法，为核设施辐射防护和源项分析提供工具和数据支持。”
        肖懿鑫,张竞宇,于虓,赵晓泽,谭琳,倪王慕鸿,王娟娟
        2023, 46(3): 030602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030602
        摘要：在中子活化计算中，由于输入核数据存在一定的固有不确定性，这将对计算结果产生一定的影响。而计算结果的不确定度对核设施源项分析、辐射屏蔽设计发挥着重要的作用。首先研究了用于不确定性分析的直接求导方法和Gear算法，随后进行了活化系数矩阵以及敏感性系数矩阵的构造，最后利用Gear算法同步求解活化方程组和敏感性方程组，得到核素存量对于核数据的敏感性系数，并结合核数据的相对不确定度得出核素存量的相对不确定度。将本工作研发的方法集成到中子活化程序ABURN中，并选取典型例题进行了测试验证。结果表明：ABURN程序对于核素存量及其敏感性系数与相对不确定度的计算结果，与解析解和欧洲活化程序FISPACT数值解的计算偏差很小，绝大部分偏差不超过0.2%，最大偏差不超过1%，说明此方法和程序具备了高精度分析核素存量的敏感性和不确定性的能力，能够为核设施辐射防护以及源项分析工作提供工具和数据支持。  
        关键词：活化计算;不确定性分析;直接求导方法;Gear算法;敏感性系数矩阵   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电站高温高压水环境中，注锌能有效抑制燃料包壳表面污垢沉积。随着锌浓度增加，污垢沉积厚度减小，内部镍铁比降低，硼析出量减少。当锌浓度达100μg⋅L^-1时，污垢内部有少量含锌物相析出。”
        廖家鹏,毛玉龙,阮天鸣,胡友森,金德升,厉井钢,陈忠村
        2023, 46(3): 030603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030603
        摘要：反应堆一回路腐蚀产物在燃料包壳表面过冷泡核沸腾的作用下沉积于包壳表面，形成燃料污垢。一回路注锌被认为是抑制燃料包壳表面污垢沉积的重要途径之一。本文通过开展国产锆合金燃料包壳在不同锌浓度下的污垢沉积试验，研究在模拟核电站高温高压水环境中注锌对污垢沉积行为的影响，得到污垢沉积的锌浓度敏感性结果。冷却剂中的锌浓度越高，燃料包壳表面的烟囱状结构越不明显，污垢表面越平整，污垢沉积厚度越小，污垢内部镍铁比降低，硼析出量越少。当锌浓度增加至100 μg‧L-1，污垢内部有少量含锌物相析出。结果表明：当锌浓度在0~100 μg‧L-1范围内时，一回路注锌能够显著抑制燃料包壳表面的污垢沉积。  
        关键词：压水堆;燃料包壳;污垢沉积;硼析出;注锌   
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        发布时间：2024-10-25
      • “据最新报道，美国橡树岭实验室的熔盐实验堆堆芯应急排盐系统失效概率为5.62×10-4，通过改进设计可降低失效概率，为液态熔盐堆安全运行提供参考。”
        梁荣健,孙亮洁,焦小伟,王超群,杨群,余笑寒
        2023, 46(3): 030604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030604
        摘要：堆芯应急排盐系统作为熔盐堆特有的安全系统，具有排盐和余热排出功能，为熔盐堆提供了一种紧急停堆方式。为定量化分析堆芯应急排盐系统的可靠性，以美国橡树岭实验室的熔盐实验堆（Molten Salt Reactor Experiment，MSRE）为研究对象，使用概率安全分析软件RiskSpectrum建立和计算MSRE堆芯应急排盐系统故障树，得到系统失效概率为5.62×10-4，并进行最小割集分析和重要度分析，识别出影响系统失效的关键因素是外套管泄漏失效、控制冷冻阀冷却气的电磁阀共因失效和气动阀共因失效。通过套管换热元件中减少使用焊缝连接，以及采用不同类型部件控制冷冻阀冷却气，可明显降低系统失效概率。分析结果为液态熔盐堆应急排盐系统工程应用研究提供参考。  
        关键词：系统可靠性;熔盐实验堆;堆芯应急排盐系统;故障树;系统优化   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能和太阳能领域，熔盐传热储热性能研究取得新进展。专家设计了新型密封NMR样品池，可满足700℃熔盐体系检测需求，为熔盐微观结构研究提供新工具。”
        吴慧妍,应苏俊恒,刘一阳,黄海龙,葛敏,钱渊,付晓彬,刘洪涛
        2023, 46(3): 030605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030605
        摘要：熔盐具有优异的传热和储热性能，被广泛应用于核能和太阳能等领域。核磁共振技术（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是研究熔盐微观结构的有力工具。由于商业化标准核磁样品池顶端设计有排气孔的存在，不适用于一些具有挥发性、毒性或放射性的熔盐体系的研究。针对该难点，以AlN、BN和Al2O3陶瓷材料为内管，ZrO2陶瓷材料为外管，设计了一种新型密封性NMR样品池，以满足不同类型熔盐体系的测试要求。此外，利用KBr样品的79Br化学位移与温度的关系，对新设计的多种样品池进行了温度标定。经测试，自主设计的样品池适用于熔盐体系的最高温度为700 ℃，可满足大多数熔盐系统检测的要求。使用该样品池进行了高温熔盐NMR信号测试，验证了其适用于熔盐体系的可靠性。  
        关键词：高温核磁共振;熔盐离子结构;核磁样品池设计   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在材料科学领域，专家通过粉末包埋渗铝工艺试验，分析了渗铝温度和保温时间对基体表面Fe-Al渗层的影响，并建立了动力学模型。”
        王军,刘超男,梁超飞,张东勋,王振卫,张静,王韡,姜金耀
        2023, 46(3): 030606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.030606
        摘要：包埋渗铝技术是制备阻氚涂层常用工艺，其中形成的Fe-Al渗层微观组织对最终形成Al2O3涂层的阻氚性能有重要影响。选取AlCl3（1 wt%）为催化剂，在316L不锈钢基体表面上开展了粉末包埋渗铝工艺试验，采用扫描电镜、X射线能谱分析、X射线衍射等测试手段，分析了渗铝温度和保温时间对基体表面Fe-Al渗层的相结构、微观结构、成分组成的影响，并建立了渗铝过程的动力学模型。试验结果表明：渗铝层由铁铝相组成，存在一定量的铁铝铬、铁铝镍析出物；高的渗铝温度有利于渗铝层的生长，1 023 K以上渗铝层出现明显分层现象；延长渗铝时间能够提高Fe-Al渗层的厚度，但对其物相组成没有影响。根据以上结果，对Fe-Al渗层形成过程进行动力学分析，发现渗铝温度对渗层生长速率的影响符合Arrhenius关系，获得了316L不锈钢包埋渗铝的Arrhenius活化能约为79.23 kJ·mol-1。同时，拟合出了渗铝时间与涂层厚度的关系式为h=14.585t1/2+19.514。  
        关键词：阻氚涂层;包埋渗铝;Fe-Al渗层;催化;扩散动力学   
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