基于钚铍中子源的硼表辐射屏蔽分析

压水堆核电站一回路水中硼浓度的连续监测装置称为硼表,在硼表正常工作过程中,需要使用活度满足硼浓度在线监测要求的中子源。为了确保操作人员在调试、使用硼表过程中,人员受照剂量不超限值,并掌握硼表周围的中子、伽马剂量分布情况,使用MCNP软件对基于钚铍中子源的硼表进行了辐射屏蔽计算,测量了硼表探测装置外部六个方位的辐射剂量分布,并将计算结果与测量结果进行了对比。研究结果表明,探测装置外部的中子、伽马剂量率计算值与测量值符合较好,硼表探测装置周围剂量率分布测量结果表明剂量率随距离下降趋势明显,只要控制操作时间及操作距离,可确保人员辐射安全。

能量选择中子成像谱仪Timepix3相机数据获取系统的研制

中子数据获取系统作为中子散射实验的核心组成部分,通过收集与物体相互作用的中子信息数据,为科学研究和工程应用提供重要的数据支持,帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)能量分辨中子成像谱仪(EnergyResolution Neutron Imaging Spectrometer,ERNI)上的工程应用,设计并研制了一套数据获取系统(Data Acquisition System,DAQ),该系统能够实现相机的自动控制,并依据40 ms的时间周期对数据进行高效的预处理。在系统硬件方面,采用多服务器集群来应对探测器的高数据带宽需求;在控制层面,采用了实验物理和工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的软件框架提高了相机的自动化程度和谱仪接口的联动;在数据流处理上,采用了Kafka分布式流处理平台来使读出和分析解耦合,提高灵活性,并通过对数据流按照T_(0)(40 ms为中子打靶的脉冲周期)打包来对中子数据进行预处理。通过在ERNI谱仪上进行的样品透射成像实验,验证了整套数据获取系统在束流条件下运行正常,能够成功获取到中子数据并进行了分析,测试结果符合预期,满足了ERNI谱仪的工程需求。

内漏测量技术中浓度衰减法应用模拟研究

核电厂主控室作为核电厂运行的关键位置,在正常和应急情况下保证工作人员在主控室可居留性尤为重要。对核电厂主控室进行可居留性内漏评价能够判断主控室环境是否处于正常安全运行状态,并根据评价结果发现主控室存在的问题进而提出解决方案,是保障主控室正常安全运行的一种评价技术手段。主控室可居留性内漏评价采用示踪气体试验方法,通过浓度衰减法在简单区域进行内漏测量技术模拟研究,结果表明:示踪气体浓度在40 min内能够达到混合均匀,各采样点示踪气体浓度相对标准偏差为3.71%,示踪气体浓度随着时间推移混合均匀性不断提高,房间空气交换次数为0.3/h,内漏量为45 m^(3)/h,空气交换次数的不确定度为0.3/h。采用浓度衰减法进行内漏测量模拟研究,通过对示踪气体注入、采样点布置,气体搅拌装置分布及示踪气体取样分析等过程进行控制,能够实现示踪气体在简单区域内快速混合均匀达到平衡状态。

集成芯片硅微条探测器电子读出系统设计

设计了基于VATA460.3专用集成芯片(ASIC)的多通道、低功耗带触发硅微条探测器读出系统,该系统实现了共32路粒子入射信息读出。测试结果表明:该系统各通道基线稳定,等效噪声水平均低于0.17 fC,动态范围可达90 fC。

数字集成电路电离总剂量辐射效应原位测试系统的研究与实现

电离总剂量效应将会导致数字集成电路电参数超差,甚至功能失效。目前数字集成电路的电离总剂量效应试验主要采用移位测试,移位测试需要一定时间将器件移动到测试机上进行测试,移动耗费的时间将导致器件有不同程度的退火,同时只有在移位测试过程中才能获得辐射效应数据,相较于在线原位测试数据量较少。数字集成电路测试系统采用PXI系统,系统内装配数字向量测试模块和电源量测模块,同时编写了测试软件和制作了测试板。通过对一款NAND Flash存储器进行在线原位辐照测试,测试结果满足对数字集成电路在X射线辐照过程中的DC、AC及功能测试要求。系统的装备应用为未来应用到各种加速器或其他辐射源的数字集成电路的在线测试奠定了基础。

GECAM卫星溴化镧晶体性能研究

GECAM卫星伽马射线探测器(GRD)设计使用3 in(1 in=25.4 mm)直径的溴化镧晶体(LaBr3晶体)作为伽马射线探测灵敏材料,后端耦合硅光电倍增管(SiPM)进行读出。对引力波最高能电磁对应体全天监测器(GECAM)卫星所用的LaBr_(3)晶体进行了本底测试,并根据晶体的掺杂类型进行了分类,使用放射源对所有晶体的性能进行了测试。为了研究LaBr_(3)晶体的辐照损伤情况,使用^(60)Co放射源对晶体进行了辐照损伤性能测试。测试结果表明,LaBr_(3)晶体的本底可分为单掺杂和双掺杂两个类型。GECAM卫星的LaBr_(3)晶体的能量分辨<18%@59.5 keV,满足设计使用要求。在1.65 kGy剂量的累积辐照后,经过较长时间的退激发,LaBr_(3)晶体试验前后662 keV的峰值变化小于15%,满足空间环境条件下(GECAM卫星在轨3年)的使用要求。

非电离室型探测器在深度剂量扫描中的应用研究

为研究非电离室型探测器在深度剂量分布扫描中的响应特性,通过采用平板电离室、半导体和宝石探测器对医用光子束和电子束深度剂量分布进行扫描,并以平板电离室作为参考,分析比较半导体和宝石探测器在最大剂量深度、射线质等参数来探究其在深度剂量上的性能。结果表明:医用光子束下除两支探测器外,其余探测器获得的射线质与参考值的最大相对偏差为-0.67%,符合TRS-398报告高能光子束允许的不确定度1.0%,电子束<10 MeV时,各能量下非电离室型探测器获得的射线质与参考值的平均相对偏差最小为1.91%,能量≥10 MeV时,平均相对偏差最大为1.01%,除两支探测器外,其余探测器的相对偏差最大为-1.15%,符合TRS-398报告高能电子束允许的不确定度1.2%。P型半导体探测器获得的射线质与参考值的相对偏差在±0.85%内,比E型半导体探测器的相对偏差范围±0.67%大。结论:非电离室型探测器在高能光子束下影响较小,电子束<10 MeV时影响较大,能量≥10 MeV时影响较小,且尽量选择E型半导体探测器,并考虑探测器外壳材质。

基于PXI标准的功率器件总剂量效应测试系统研制

设计了一款针对功率器件的总剂量效应测试系统。该系统基于外围组件互连(PXI)扩展主机系统,设计了测试板卡,并通过设计不同工艺的半导体功率器件测试工装,实现功率器件的批量自动化测试。结果表明,氮化镓工艺的功率器件的耐总剂量效应优于硅和碳化硅工艺的功率器件的。

^(134)Cs 796 keV符合修正因子与源半径和高度关系研究

为准确测量源^(134)Cs活度浓度,研究源^(134)Cs特征γ射线符合修正因子与源半径和高度关系。针对其796 keVγ射线,依据衰变纲图分解^(134)Cs衰变为三个过程,采用蒙特卡罗仿真30种不同半径和高度源^(134)Cs衰变过程,记录每个过程无符合计数和符合计数,开展源^(134)Csγ能谱特征峰和符合修正分析。研究表明:^(134)Csγ能谱796 keV特征峰由三个不同衰变过程决定,并且每个均有发生符合相加概率,源^(134)Cs 796 keVγ射线符合修正因子与源半径和高度为二元五次多项式关系,源高度对符合修正因子影响较大,源半径对符合修正因子影响相对较小。

核磁共振测井对致密砂岩储层进行有效性表征及分级预测

以鄂尔多斯盆地安塞地区三叠系致密砂岩油层为例,利用两个截止值将岩石孔隙空间划分为小尺寸孔隙、中等尺寸孔隙和大尺寸孔隙3部分,分别计算了小尺寸中等尺寸和大尺寸孔隙占整个岩石孔隙尺寸的百分比。结合核磁孔隙度、核磁共振T_(2)几何均值,构建了反映致密砂岩储层孔隙结构差异的有效性指数,利用其直观定量表征目标储层的有效性。分析了储层有效性指数与米采液指数之间的对应关系,利用其将目标储层划分为3类。

2022年IAEA国际比对γ谱分析结果及思考

对2022年国际原子能机构(IAEA)国际比对测试中的γ谱分析进行总结,为以后的检测和比对组织工作提供参考。使用高纯锗γ谱仪,采用相对比较法,对3种不同水样中的^(60)Co、^(134)Cs、^(137)Cs、^(210)Pb、^(241)Am的活度浓度进行了检测。各核素检测结果与目标值的相对偏差范围为-15.25%~8.95%,可接受率100%,对于传统上采用放化方法测量的^(210)Pb,本次使用γ谱测量,与目标值的相对偏差为8.95%。对于质控样中给出的核素,采用相对比较法得到的结果相对偏差较小,由比对组织者提供统一的质控样可有效减小比对结果中由标准品溯源带来的误差。

基于合肥光源数据库的束流寿命分析与诊断

高质量的电子束流寿命数据可以直接反映装置的健康状态,为了获得高质量的束流寿命数据,提出一种束流寿命数据清洗方法,并开展了影响束流寿命的关键因素研究。基于合肥光源历史数据库对2022年以来累积的束流寿命原始数据进行分析,采用Python开发了自动化数据清洗程序,用于获取和处理合肥光源的原始束流寿命数据,以获得长时间跨度的束流寿命变化趋势。通过使用Pearson相关系数对束流寿命异常原因进行分析,发现合肥光源束流寿命受储存环真空压强和高频腔压的影响较大。该束流寿命清洗程序处理快捷,获取的高质量束流寿命数据可以为合肥光源的健康状态检测诊断和预警提供重要依据。

嵌套帕累托图及鱼骨图分析测氡仪检定中不合格项及原因

测氡仪检定合格率相对其他放射性测量仪器来说,偏低一些。为探索各类测氡仪共性的不合格项及影响因素,进而为仪器生产厂家改进和用户使用保养提供建议,最终提高测氡仪检定的合格率,本文从计量机构的优势出发,对近5年的检定数据进行统计,采用统计分析中的嵌套帕累托图,分析影响测氡仪检定合格率的主要项目,针对主要项目深入剖析,分析主要项目中的关键因素,结合上述分析结果及鱼骨图,指出造成测氡仪检定合格率低的关键因素及对策措施。从分析结果可以得出,瞬时测氡仪检定的最主要不合格项是外观和标识,其主要影响因素是土壤采样罐漏气,而连续测氡仪检定的主要不合格项是体积活度响应,主要影响因素是体积活度响应年偏离量偏大,对于测氡仪检定不合格项可从加强人员培训、技术改进及提高零部件质量3个方面进行改善。通过本次统计分析,找出测氡仪检定中不合格项的主要因素并给出合理改进建议,有助于仪器生产厂家、计量技术机构及仪器用户三方协作,从而提高测氡仪检定的合格率,对测氡仪的改进与发展起到积极促进作用。

CRAFT-ICRF低电平控制系统的设计和实现

在聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)的实验中,为了稳定控制射频功率和满足复杂的物理实验需求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)芯片的低电平控制系统。通过上位机输入射频信号功率参数,采用对数检波器AD8307、直接数字频率合成器(DDS)、高精度的模数转换器(ADC)以及模拟衰减器等芯片,完成了射频功率测量与稳定输出、射频功率的反馈控制以及多阶功率调制等功能设计与实现。搭建了一套能够高效开展低电平控制系统的测试平台,通过实验验证该系统的功率反馈控制与多阶调制的有效性的同时,实现±0.3%的幅度稳定度和±0.3°的相位稳定度,且达到长时间稳定运行的要求。

一种基于标准样品浓度稀释的在线氚监测仪校准装置

为解决在线氚监测仪的现场校准问题,开展了在线氚监测仪现场校准方法研究,主要包括现场校准装置的机械构造、工作原理、校准装置量值的确定,以及需要开展的校准项目。利用该现场校准装置和氚活度浓度标准装置,对同一台在线氚监测仪进行了校准比较,结果表明两者的校准因子分别为1.07和1.05,相对偏差约为2%,该现场校准装置具备量值传递的能力,可满足现场校准要求。此外,该校准装置具有便携性、可操作性和可拆分的特点,可保证现场校准不受场所作业空间的限制,适合在现场进行校准实验,可解决国内在线氚监测仪设备无法溯源的问题。

核电厂回热机组热力系统[火用]分析

基于热力学定律对核电厂二回路回热系统进行[火用]分析。对回热系统进行控制体的划分,以[火用]平衡方程为基础,建立控制体[火用]效率矩阵方程和[火用]损失方程。对4种不同运行工况进行[火用]分析计算,将变工况与正常运行工况进行对比分析,结果表明:正常运行工况下,4号、8号控制体[火用]效率较低;2号、4号、8号控制体[火用])损失较高,可以对2号、4号、8号加热器进行改进;8号控制体的[火用]效率、[火用]损失等指标都比较大,因此可对8号加热器进行优化改进,以提高回热系统的经济性。

类蜂窝结构高灵敏度裂变室探测器模拟仿真研究

目前的反应堆功率监测系统要求使用单一裂变电离室在适应反应堆堆芯的高γ辐射场下的中子注量率测量的同时可以以高灵敏度的脉冲工作模式适应反应堆启动阶段的低中子注量率情况下的测量。然而,由于裂变碎片在易裂变物质涂层中的射程较短,具有较强的自吸收效应,因此无法通过增大裂变材料涂层厚度提升探测器的灵敏度。本文提出了一种类蜂窝结构的圆柱栅格裂变室探测器,将探测器比表面积提高为普通圆柱电离室的3倍,从而在不增加裂变物质涂层厚度的情况下,大幅度增加了裂变物质的有效质量,实现了高的中子灵敏度。基于Geant4的蒙特卡罗模拟表明21片栅格板和2.5mg/cm^(2)的^(235)U涂层的裂变电离室可以实现3cps/nv的热中子探测灵敏度。使用Garfield++对探测器内电离电子的迁移和扩散的仿真结果表明,使用Ar/CO_(2)(96/4)作为工作气体可以平衡电离电子的漂移速度和横向扩散,并实现极间电压为725V时96.5%的电子迁移效率。本文的模拟和仿真结果表明,该类蜂窝结构裂变电离室在脉冲模式下具有高的热中子灵敏度,有希望适应反应堆从启动到满功率运行的宽量程的功率监测。

基于D-D中子源的乏燃料组件钚含量测量装置设计

为了满足国际社会上对于乏燃料组件内特种可裂变材料钚的保障监督需求,以持续提供核材料信息,研究乏燃料组件内钚含量测量的非破坏性分析技术显得尤为重要。本文采用主动法,以压水堆乏燃料组件作为测量对象,D-D中子作为质询中子源,开展了乏燃料组件钚含量测量装置的设计研究。采用MCNPX软件,基于最大化探测器计数率和使各探测器计数率尽量一致的目的,对测量装置中的中子管与探测器组件距离、中子管慢化材料及其厚度、探测器组件与中子管高度差、探测器组件中慢化体厚度等关键参数进行了模拟计算。此研究为中子质询乏燃料组件钚含量测量技术研究及实验验证打下了基础。

缪子库伦散射成像技术中能量与靶几何结构关系的Geant4模拟研究

基于Moliere多重散射理论的缪子散射成像技术,可用于分析材料内部元素分布并确定原子序数。相对于高能量的宇宙射线缪子,加速器打靶产生的缪子束流能量偏低(约为45~450 MeV/c),Moliere多重散射理论的适用性有待探讨。本文利用Geant4软件模拟研究了中、低能量区(<800 MeV)缪子的库仑散射过程,分析了散射角的均方根分布,并通过散射成像算法对模拟结果进行了图像重建。结果表明,中、低能量缪子的散射与成像物体的几何结构密切相关,能量为400 MeV的缪子束流散射成像仅可用于厚度分别小于9.78 mm、56.9 mm、140.7 mm的W、Si、Na材料内部元素的分布信息。研究结果可为Moliere多重散射理论在该能区缪子散射成像技术的应用提供理论指导,推动缪子在核材料检测、文物鉴定、海关安检等领域小尺寸物品的成像分析与应用研究。

用于小型AMS的类布拉格探测器研制

为了解决小型AMS系统中,使用现有的气体电离室探测低能量重粒子时,脉冲信号高度与探测器本底噪声重合较多、难以有效区分的问题,研制了一种新型的类布拉格气体电离室。在一定的约化场强下,这种电离室能够使电子在阳极附近区域发生电子倍增,从而使脉冲信号高度上升,以达到与探测器本底噪声分开的目的。利用5.8 MeV的α粒子进行实验,通过调节α粒子进入探测器的能量,并在不同气体压力、阳极电压(约化场强E/P)的条件下对探测器性能进行系统调试。经过模拟计算和系统调试,得出以下结论:该探测器可用于测量粒子的能谱,能量分辨率可达到2.98%。当阳极前1 mm处的约化场强E/P为5 V·mm^(-1)·hPa^(-1)时,脉冲信号的增益大约为7倍。