最新刊期
      2023 年 第 46 卷 第 7 期

        综述

      • “在锂电池研究领域，中子深度剖面分析技术因其高灵敏度和非破坏性特点，为锂离子电池研究提供了重要工具。”
        赵梁,肖才锦,姚永刚,王平生,金象春
        2023, 46(7): 070001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070001
        摘要：中子深度剖面分析（Neutron Depth Profiling，NDP）因其高灵敏度、非破坏性的特点在测量元素深度分布中占有独特的优势。首先对NDP技术原理和数据处理方法进行介绍，随后对世界上几处NDP装置的设备以及相关参数进行比较，介绍了NDP技术升级方向。由于NDP技术对6Li高度敏感以及非破坏性的特点使其可以对锂电池进行原位测量，所以该技术特别适用于锂离子电池的相关研究中。本文对NDP在锂电池研究中的应用进行重点说明，并对其在高温合金、半导体材料及核材料中的应用进行介绍。  
        关键词：中子深度剖面分析;锂电池;核材料;半导体;高温合金   
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        发布时间：2024-10-25

        同步辐射技术及应用

      • “在X射线显微CT领域，上海光源BL16U2线站团队构建了高时空分辨率的单色光动态显微CT系统，为复杂原位研究提供实验平台。”
        仇正杰,李可,谢红兰,杜国浩,邓彪,肖体乔
        2023, 46(7): 070101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070101
        摘要：与白光X射线动态显微CT（Micro Computed Tomography）相比，单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率，但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前，单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz，探测器有效像素尺寸为5 μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统，基于上海光源快速X光成像线站（BL16U2）的高通量密度单色光，将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合，构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验，在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz，探测器有效像素尺寸为2.2 μm。对气泡运动进行相关定量分析，证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率，可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析，为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。  
        关键词：X射线动态显微CT;快速X射线成像;X射线单色光显微CT;同步辐射   
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        发布时间：2024-10-25
      • “上海硬X射线自由激光装置采用白兔协议定时系统，实现远程监测和控制，满足光束线与实验站定时需求。”
        曾孟麒,尹亮,尹聪聪,怀平
        2023, 46(7): 070102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070102
        摘要：上海硬X射线自由激光装置（Shanghai High Repetition rate XFEL and Extreme light facility，SHINE）整体采用基于白兔协议（White Rabbit，WR）技术的定时系统。束线站定时系统接收外部参考信号，并通过定时主节点、WR交换机和从节点等WR设备将定时信号分发到各光束线和实验站。定时设备控制系统基于简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）与实验物理与工业控制系统（Experiment Physics and Industrial Control System，EPICS）开发，可远程监测和控制分布式定时设备。该系统获取定时设备硬件相关参数，通过EPICS IOC（Input/Output Controller）保存至内存数据库。定时系统参数可以通过PyDM（Python Display Manager）编写的用户界面查看，并可在Archiver Appliance中存档与检索。通过测试证明此控制系统能够实时监测设备参数，并能远程控制信号时延及脉宽等，满足SHINE光束线与实验站的定时需求。  
        关键词：SHINE;定时系统;白兔协议;EPICS;SNMP   
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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

      • “据最新研究，锑烯对铀、钍原子具有强吸附能力，解吸温度高达837 K和660 K，有望在海水提铀等领域应用。”
        吴飞宏,汤贤,成国栋,闫隆,张洋
        2023, 46(7): 070301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070301
        摘要：基于密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）研究了锕系元素铀（U）、钍（Th）、钚（Pu）在二维金属材料锑烯表面的吸附特性。采用线性响应法拟合得到描述铀、钚5f轨道电子强格点库仑作用的哈伯德U值分别为2.24 eV和2.84 eV。利用DFT+U计算发现，锑烯难以吸附钚原子（吸附能为负值），而对铀、钍原子具有较强的表面化学吸附以及丰富的稳定吸附位点。铀和钍原子能量上最稳定的吸附位点分别为桥位——孔位之间和孔位，吸附能分别为4.40 eV和3.62 eV。通过电子结构、电荷转移和最高占据态轨道波函数分析发现，铀、钍原子使锑烯的带隙中出现杂质态，并与锑烯之间通过强p-d轨道耦合使其稳定吸附。进一步计算了吸附率随温度的变化，得出铀和钍在锑烯表面的解吸温度分别达到837 K和660 K。结果预示锑烯是一种良好的铀、钍吸附材料，在海水提铀等领域具有潜在应用。  
        关键词：锑烯;锕系元素;密度泛函理论;线性响应;吸附;电子结构   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在丰中子奇异核结构研究领域，新型Veto探测器单元大幅提升了反符合效率，为实验研究提供有效升级方案。”
        王珂,宋海声,方芳,余玉洪,唐述文,刘相满,孙志宇,马朋,杨贺润,王世陶,章学恒,闫铎,张永杰
        2023, 46(7): 070401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070401
        摘要：中高能区中完全运动学测量是研究丰中子奇异核结构与性质的常用实验方法。反符合（Veto）探测器是CSR-RIBLLII（Cooling Storage Ring - Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou）外靶实验终端（External Target Facility，ETF）开展丰中子测量的关键设备之一，其功能是消除带电粒子干扰以提高丰中子的有效事例数。然而，原有的Veto探测器存在探测效率低、均匀性差等缺点，可能导致实验与理论计算结果出现偏差。为了解决原有探测器的问题，设计了一种新的Veto探测器单元构型，即采用在Veto探测器单元中嵌入波长位移转换光纤（Wave Length Shifter Fiber，WLS），并使用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）读出的方案。搭建了专门的测试平台并对新型Veto探测器单元进行细致研究，其关键性能参数反符合效率可大于99.9%，相比于原有的Veto探测器提升了22.74%。这一研究结果为CSR-RIBLLII外靶实验终端提供了有效的升级方案，为下一步丰中子奇异核的实验研究奠定了良好的基础。  
        关键词：外靶实验终端;反符合探测器;波长位移光纤;硅光电倍增管;探测效率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核材料定位成像领域，研究人员设计了一种新型n/γ射线双粒子反应深度探测器，有效提高了成像测量装置的灵敏度和分辨率。”
        赵冬,梁旭文,张荣华,黑大千,贾文宝,单卿,凌永生
        2023, 46(7): 070402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070402
        摘要：n/γ射线双粒子反应深度（Depth of Interaction，DOI）探测器可以实现中子与γ射线甄别并记录粒子在探测器中的反应位置，在对特殊核材料等危险放射性物质的定位成像研究中发挥着重要作用。传统的放射性定位成像装置都依赖具有n/γ射线甄别能力的探测器阵列，从而导致成像测量装置结构复杂、成本高。针对此问题，设计了一种基于EJ276塑料闪烁体（Φ3 cm×15 cm）的双粒子反应深度探测器，采用硅光电倍增管在闪烁体两端进行信号读出，并综合利用两端信号幅度与飞行时间对比进行粒子反应位置确定。利用Am-Be中子源和137Cs γ源对探测器进行参数优化和分辨率刻度，结果显示：该探测器在灵敏区内探测效率均匀性较好，反应位置分辨率约4.4 cm。  
        关键词：反应深度探测器;塑料闪烁体;n/γ甄别;位置分辨率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在反应堆等苛刻环境下，金刚石材料制作的辐照探测器具有优异的耐高温、抗辐照性能。通过MCNP模拟程序，研究了探测器结构参数对性能的影响，为探测器制作和研究提供指导。”
        任欢,张志宏,夏晓彬,蔡军
        2023, 46(7): 070403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070403
        摘要：金刚石材料具有优异的耐高温、抗辐照性能，用其制作的辐照探测器在反应堆等苛刻环境下具有很好的应用前景。在分析金刚石中子探测器的结构和工作原理的基础上，使用MCNP（Monte Carlo N Particle Transport Code）模拟程序构建了金刚石中子探测器的物理模型，考虑探测器用于2 MWt液态燃料钍基熔盐试验堆（Thorium Molten Salt experimental Reactor-Liquid Fueled，TMSR-LF1）辐射场中，计算中子转换层（6LiF、10B）厚度、金刚石厚度、γ甄别阈值对探测器的中子探测效率、γ探测效率以及n/γ抑制比的影响。结果表明：6LiF更适合在中子、γ混合场中用作中子转换层；随着6LiF厚度增加，中子探测效率先增大后减小，6LiF的最优厚度为25 μm；金刚石厚度增大会导致探测器的n/γ甄别性能下降，可以采用设置γ甄别阈值的方法解决金刚石层过厚时带来的γ干扰过大的问题，使探测器达到对γ不灵敏的要求。模拟研究工作获得了探测器结构参数对探测器性能的影响规律，对探测器后续的制作和研究具有指导意义。  
        关键词：金刚石;中子探测效率;中子转化层;MCNP6;n/γ甄别   
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        发布时间：2024-10-25

        核物理、交叉学科研究

      • “在核物质性质研究领域，科学家基于UrQMD模型，探究了费米动量对椭圆流v2演化的影响，为核物质性质研究提供新见解。”
        高波,王永佳,李庆峰,李保春
        2023, 46(7): 070501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070501
        摘要：椭圆流（v2）是利用重离子碰撞探究核物质性质最重要的观测量之一，它的大小除了受到动力学过程的影响外，还与初态核子的费米动量有关。基于极端相对论量子分子动力学（Ultrarelativistic Quantum Molecular Dynamics，UrQMD）模型，通过反向追踪反应末态处在中心快度区（|y0|<0.1）的核子的v2随时间的演化过程。探究初始时无费米动量、有费米动量和有一半费米动量对v2演化的影响。以束流能量为0.4A GeV和0.8A GeV、碰撞参数为6 fm的金与金（Au+Au）碰撞为例，计算结果表明有费米动量时中心快度区的核子数远多于无费米动量的情况，这是由于不考虑费米动量时，核子-核子碰撞数目减少而导致。而v2却表现出相反的效应，不考虑费米动量时的v2更大，因为旁观核子有更强的阻止效应。这表明核子动量的初始化需要在输运模型中细致考虑。  
        关键词：重离子碰撞;费米动量;椭圆流   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在X荧光光谱分析领域，专家采用CNN-LSTM模型，有效校正畸变脉冲幅度损失造成的影子峰，提高特征峰计数率精度。”
        唐琳,李勇,唐羽锋,刘泽,柳炳琦
        2023, 46(7): 070502. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070502
        摘要：在X荧光光谱分析中，为了解决传统谱分析方法中存在的特征峰计数率损失以及影子峰的问题，本文拟采用一种基于深度学习的长短期记忆（Long and Short Term Memory，LSTM）神经网络模型，该模型对核脉冲幅度时间序列具有较好的适用性，通过对样本的学习能够对核脉冲信号的幅度进行准确估计。鉴于核脉冲信号样本较大，模型训练效率低，特引入卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN），利用其特有的卷积核结构逐层提取样本特征，能够有效减少样本数量，降低模型训练复杂度。使用粉末铁矿样品测量得到的一系列离线核脉冲序列产生模型训练所需的数据集，该数据集的64 000个条目中，44 800个用作训练集，12 800个用作验证集，余下6 400个用作测试集。实验结果表明：训练好的CNN-LSTM模型能够极大地节省训练时间，克服传统方法局部收敛的缺陷，也能够对不同程度畸变的输入脉冲进行准确的参数估计，在训练集和验证集上得到的准确率都高于99%。进一步分析计数修复结果，得到三个影子峰校正比例的平均值为91.52%，表明训练的CNN-LSTM模型对畸变脉冲产生的计数损失的校正比例约为91.52%。该模型能够有效校正因畸变脉冲幅度损失造成的影子峰，改善X射线荧光光谱中特征峰计数率精度，在X射线荧光光谱领域具有较高的应用价值。  
        关键词：深度学习;长短期记忆;X荧光光谱;卷积神经网络   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在能源系统领域，热管熔盐堆结合熔盐堆、热管和温差发电优势，为外太空及深海探测任务提供理想能源。针对堆芯熔盐低热导率难题，提出热管-温差发电耦合系统结构，并通过仿真模拟验证了设计可行性。”
        张磊,陈兴伟,戴叶,邹杨
        2023, 46(7): 070601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070601
        摘要：熔盐堆作为第四代先进反应堆的重要堆型之一，以高沸点熔盐为核燃料熔融载体，具有高温输出、常压操作等特点。而基于温差发电的热管熔盐堆，兼具了熔盐堆、热管和温差发电的优势，具有输出温度高、热电转换效率高、结构简单及安全可靠等优点，在能源系统领域具有极大的优势，是外太空及深海探测任务的理想能源。但因堆芯熔盐低热导率而形成的热管密集排布给热管冷凝段的温差发电传热设计带来了难题。针对该堆型设计需求，本文提出适于熔盐堆的热管-温差发电耦合系统结构并进行了传热分析。堆芯热管冷凝段采用塔式温差发电系统结构设计，整体热端座与堆芯热管冷凝端相配合，形成从下至上的第1层至第N层热段套；冷端座套置于热端座外，内设冷端热管通道；热端座的外侧壁与冷端座的内侧壁之间贴有温差发电片，发电片间隙采用保温棉减少漏热。采用Ansys Workbench开展了适于热管熔盐堆的4层塔式温差发电系统传热仿真模拟，分析表明：系统运行的高温热管最高温度为696 ℃时，整体塔座温度分布均匀，热量有效利用率大于96%，系统漏热量小于4%，发电片两侧温差大于490 ℃，利于提高热电转换效率，设计具有可行性，有利于推动温差发电在热管熔盐堆中的应用。  
        关键词：熔盐堆;热管;温差发电;传热模拟;能源   
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        发布时间：2024-10-25
      • “核电金属材料腐蚀释放模型研究取得进展，专家建立了模型并验证，为分析腐蚀产物影响提供基础。”
        李昌莹,金德升,毛玉龙
        2023, 46(7): 070602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070602
        摘要：核电金属材料在高温高压水环境中发生腐蚀，其腐蚀产物将会在堆芯内沉积，并对燃料运行、堆芯反应性及一回路放射性等产生影响。本文基于腐蚀释放动力学理论，结合金属氧化物体积比（Pilling-Bedworth Ratio，PBR）假设，建立了一种核电金属材料腐蚀释放模型，并基于因科镍690的实验数据，对该模型进行了验证。结果表明：该腐蚀释放模型具有科学性及合理性，可定量分析核电金属材料主要的腐蚀释放产物。本文提出的腐蚀释放模型可量化腐蚀产物主要元素，为反应堆腐蚀产物影响分析提供基础要素，对微量元素的量化后续还需做进一步的研究。  
        关键词：核电金属材料;腐蚀释放模型;沉积;验证;PBR   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在铅铋快堆领域，专家利用ANSYS软件和灰色理论，模拟了颗粒物沉积运动，为解决颗粒物沉积问题提供解决方案。”
        周涛,唐剑宇,蒋屹
        2023, 46(7): 070603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070603
        摘要：液态铅铋合金在流动中产生的不溶性颗粒物会在流道内局部聚集，影响铅铋快堆的运行。利用ANSYS软件对小型自然循环铅冷快堆SNCLFR-100棒束通道中颗粒物沉积进行了数值模拟计算，得到颗粒物的沉积运动情况；基于灰色理论，得到颗粒物种类、颗粒物粒径、颗粒物速度对颗粒物沉积的影响。结果表明：通道内颗粒物沉积主要发生在入口阶段，进口段表面为大面积附着沉积，在中段及后段表面为点状沉积；随着轴向距离的加大，湍动能大小是影响颗粒物径向分布的主要因素；颗粒物密度以及粒径的增大会加强颗粒物的沉积；颗粒物速度的增大会降低颗粒物的沉积；对颗粒物沉积的影响程度大小为粒径>种类>速度。  
        关键词：铅铋快堆;棒束通道;颗粒物;沉积;灰色关联度   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电厂严重事故处理领域，专家建立了坩埚式堆芯捕集器冷却体系，为防止事故发展提供解决方案。”
        朱光昱,郭超,刘巧凤,李春,依岩
        2023, 46(7): 070604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070604
        摘要：核电厂发生堆芯熔毁严重事故后，堆芯熔融物可能熔穿反应堆压力容器壁面造成第二道屏障失效，此时可通过堆芯捕集器收集并冷却熔融物以防止事故进一步发展。为了探讨俄罗斯VVER（Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reactor）采用的坩埚式堆芯捕集器中熔融物的冷却过程，本文根据VVER堆芯捕集器设计资料推导参数，采用多物理场耦合软件COMSOL建立相应的计算模型，对堆芯捕集器中熔融池的流场、温度场和结壳情况进行了数值模拟研究。计算结果表明：在分层熔融池结构下，金属层会迅速凝固，含衰变热的氧化物层冷却十分缓慢。为了实现坩埚式堆芯捕集器设计功能，需要相关设备和支持辅助系统在很长时间内保持可运行性。  
        关键词：严重事故;堆芯捕集器;VVER;熔融物;数值模拟   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在液态熔盐堆领域，研究了FLiBe熔盐热中子散射数据对堆芯中子学性能的影响，为熔盐堆物理设计和安全运行提供参考。”
        张志成,胡继峰,陈金根,蔡翔舟
        2023, 46(7): 070605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070605
        摘要：氟锂铍（FLiBe）熔盐作为液态熔盐堆的冷却剂和载体盐，具有一定的慢化性能，其热中子散射数据影响熔盐堆的中子学性能，进而影响熔盐堆物理设计和安全运行。基于通用蒙特卡罗粒子输运程序分析了液态FLiBe熔盐的热中子散射数据对65 MW熔盐堆堆芯中子能谱、不同能谱下有效增殖因数keff、核素反应率、温度反应性系数等中子学性能的影响。研究结果表明：考虑FLiBe熔盐热散射效应，堆芯中子能谱变硬，导致235U裂变反应率和keff变小，燃料的温度反应性系数中多普勒系数减小0.28×10-5 K-1，而密度反应性系数几乎无变化。当堆芯由热谱转变为相对较快的中子能谱时，FLiBe熔盐热散射效应导致235U裂变率减少的变化量降低，keff的下降幅度从9.2×10-4变为2×10-4。因此，熔盐堆堆芯物理计算需开展FLiBe熔盐的热中子散射数据影响的量化。  
        关键词：熔盐堆;氟锂铍熔盐;热中子散射截面;有效增殖因数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在压水堆冷却剂丧失事故中，燃料棒形变导致流道堵塞，影响堆芯换热。研究者改进流道堵塞模型，通过ISAA-FRTMB模拟实验，验证模型正确性，研究包壳形变对事故进程的影响。”
        高鹏程,张斌,杨皓,单建强
        2023, 46(7): 070606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070606
        摘要：在压水堆冷却剂丧失事故（Loss-of Coolant Accident，LOCA）中，处于高温条件下的燃料棒由于棒内压力过高，可能导致包壳发生鼓胀。包壳形变会造成堆芯局部流道堵塞，进而影响失水事故再淹没阶段的堆芯换热。然而，大多数系统分析程序都是基于假设的流道堵塞率来模拟事故进程，导致模拟结果与实际情况不符合。本文将已开发的燃料棒热-力行为分析模块（Fuel Rod Thermal-Mechanical Behavior，FRTMB）集成在自主开发的严重事故分析程序ISAA（Integrated Severe Accident Analysis Code）中，通过改进已有的流道堵塞模型，使其能够模拟由于燃料棒形变导致的冷却剂流量变化。最后，使用ISAA-FRTMB模拟QUENCH-LOCA-0实验，通过对比包壳峰值温度，验证改进的流道堵塞模型的正确性和有效性，并在此基础上研究包壳形变对堆芯换热以及后续事故进程的影响。  
        关键词：流道堵塞;热-力行为;包壳峰值温度;QUENCH-LOCA-0   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核能领域，研究人员引入无损检测设备，实现了燃料棒内氦压的无损测量，验证了其可靠性和稳定性。”
        黄帆,朱浙楠,曹晖,于文昕,蒙笑缘
        2023, 46(7): 070607. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070607
        摘要：为检测燃料棒内的氦气压力值，目前采用的破坏性穿刺法经济性不佳，且无法对每根燃料棒进行检测。为此，引入无损检测设备实现燃料棒内氦压无损测量。为验证无损检测设备的可靠性，进行了以下实验：选择三种不同氦压值的标准棒，先用实验燃料棒分别做传热法与穿刺测压法的结果对比，然后使用控制变量法，分别控制燃料棒自身温度、单次测量的时间间隔、环境温度，确定无损检测方法有无其他影响因素。实验结果表明：无损检测设备测量标准棒时，在24~30 ℃下与穿刺测压法的所得结果基本一致，测量值的偏差不超过0.05 MPa，满足氦压测量的精度要求。同一支标准棒或燃料棒重复测量的时间间隔需≥2 min。燃料棒氦压无损检方法具有可靠性，不同环境下测量结果也具有稳定性。  
        关键词：燃料棒;氦压;无损检测;穿刺测压;可靠性   
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        发布时间：2024-10-25
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