高海拔地区晶闸管宇宙射线失效等效加速试验研究

大气环境中的高能中子、γ射线和电磁脉冲以及空间辐射环境中的高能电子和质子等,都能造成半导体材料性质变化和器件性能蜕变以至失效,而在大气层内宇宙射线引起功率器件失效的主要原因是高能中子导致的单粒子烧毁(single event burnout,SEB)。白鹤滩—江苏±800 kV特高压直流输电工程布拖换流站位于北纬27°,东经102°,海拔2500 m。中子通量是水平面4倍以上,将导致器件的失效率大幅上升。为验证工程中8.5 kV晶闸管在额定条件下的失效率不超过100FIT,该文采用200 MeV质子源进行辐照加速试验,根据当地大气中子通量核算中子总注量,对比研究不同电压、温度对晶闸管失效率的影响规律,试验结果给出晶闸管在高海拔地区宇宙射线SEB平均失效率,为换流阀中晶闸管工作电压设计提供依据。

宇宙射线中子法土壤水分监测在不同生态系统雨季的适用性

宇宙射线中子法是目前测量中尺度土壤水分的一种新兴方法,通过监测近地表附近中子的数量来监测土壤含水率,理论探测深度12~76 cm。为了评估宇宙射线中子法土壤水分监测在草地、农田和林地3种不同生态系统测量深度适用性和对降水的敏感性。本研究分析了中国气象局自动土壤水分站观测数据和遥感土壤水分监测数据与宇宙射线中子法土壤水分监测数据差异性和相关性。结果显示,宇宙射线中子法土壤水分监测草地0~20 cm效果最优,农田和林地0~30 cm最优;在农田和林地生态系统土壤水分监测结果与自动土壤水分站点差异较小,优于遥感监测;但对于草地生态系统,宇宙射线中子法土壤水分监测结果与遥感监测结果差异比单点自动土壤水分站点监测更小,可能与草地土壤的强异质性有关。宇宙射线中子法土壤水分监测在草地、农田和林地生态系统均可以敏感的响应降水事件,较点尺度自动土壤水分站更易捕捉到区域水分的波动性变化。

利用宇宙射线测量土壤中的水分含量

超过25个国家的科学家利用来自太空宇宙射线射入地球的中子测量土壤中的水分,以帮助农民节约用水和适应气候变化。利用宇宙射线中子探测器,科学家们跟踪大气中快速移动的中子,确定土壤中已有多少水分,以及农民何时需要加水,帮助作物在恶劣的气候条件下茁壮生长。宇宙射线中子探测器是一种可以通过检测土壤中和土壤正上方空气中快速移动的中子来测量含水量的装置。它比传统方法检测速度更快、更便于携带,可以更容易捕获一个区域的信息。

宇宙射线缪子成像技术在中国的研究进展

宇宙射线缪子成像是一种新型的绿色核成像技术,近年来发展迅速。该技术利用天然的缪子射线对物体实现无损、高精度的三维成像。国内多所高校和研究机构已开展了一些缪子成像技术的相关研究,包括系统研发、场景应用和少量的成像算法研究。针对两种不同原理的缪子成像在国内的研究进行了综述,通过一些典型案例的介绍,展现该技术在经济、文化和社会方面的巨大价值和潜力。我国幅员辽阔、工业体系完善,缪子成像技术在多个领域具有广泛的应用需求。随着相关研究的深入推进,该技术在未来将取得持续发展并得到广泛应用,在文物保护与挖掘、矿藏勘探、基础设施结构监测、泥石流自然灾害预警等产业端发挥重要作用。

利用宇宙射线测量土壤中的水分含量

超过25个国家的科学家利用来自太空宇宙射线射入地球的中子测量土壤中的水分,以帮助农民节约用水和适应气候变化。利用宇宙射线中子探测器,科学家们跟踪大气中快速移动的中子,确定土壤中已有多少水分,以及农民何时需要加水,帮助作物在恶劣的气候条件下茁壮生长。

宇宙射线土壤水分观测方法在黄土高原草地植被的应用

宇宙射线土壤水分观测系统(COSMOS)是一种测量直径达600 m以上表层土壤平均含水量的新型土壤水分测量仪器。在黄土高原一片草地植被上测试COSMOS仪器测量土壤水分的效果,并与烘干法及Hydra ProbeⅡ土壤湿度传感器测量结果进行比较。结果表明,COSMOS测量结果与烘干法结果一致性好;与Hydra ProbeⅡ点尺度测量结果存在不同时间段的差别,暗示了黄土高原土壤水分空间变异性及其时间变化。COSMOS仪器能够很好地测量黄土高原破碎表面观测范围内表层平均土壤含水量,并为研究土壤含水量的空间变异性提供了潜在工具。

宇宙射线中子法测量土壤水分的原理及应用

宇宙射线中子法是目前测定区域土壤水分较为先进的方法,具有便利、准确、无污染的特性,能够连续、自动地监测半径300 m范围内土壤水分动态变化。目前只有美国Hydroinnova公司进行了宇宙射线中子仪的研发与生产。文章介绍了宇宙射线中子法的工作原理及其在北京郊区的实地安装、使用,并对影响其测量准确性的相关因素进行了分析。试验结果显示,宇宙射线中子法所计算出土壤水分值与土样计算出的水分值之间的均方根误差和R2分别为0.011 kg/kg和0.71,而经气压和水汽修正前,两者的均方根误差和R2分别为0.022 kg/kg和0.313。表明宇宙射线中子法能够准确、灵敏地感应源区内下垫面土壤水分的变化,且在应用过程中,有必要对气压和空气水分的影响做出修正。

用于宇宙射线μ子成像的MLS-EM重建算法加速研究

宇宙射线μ子检测技术具有穿透力强、对高Z材料敏感等特点,特别适合检测特殊核材料,是监控核材料走私的有效方式。图像重建问题是实现该技术的一个关键难点,MLS-EM算法是目前成像质量较好的算法,但其过长的运算时间制约了该算法在实际μ子检测系统中的应用。根据μ子检测系统的特点,本文提出了一种加速方法,在使用POCA重建图像作为迭代初值基础上进一步采用OS方法进行EM加速。模拟实验结果表明该方法能够有效地对MLS-EM重建算法进行加速,这对于宇宙射线μ子成像技术早日投入实际应用具有积极的意义。

反宇宙射线γ谱仪系统测量氙同位素活度

放射性氙同位素是全面禁止核试验条约(CTBT)重要的监测内容。针对CTBT氙同位素样品活度低的特点,建立了一套反宇宙射线γ谱仪系统。相对于原始γ能谱,在20~2 400keV能量范围内,采用反宇宙射线屏蔽后,全谱积分本底降低了约6倍。使用反宇宙射线HPGeγ谱仪系统对氙同位素样品测量3d,^(131) Xe^m、^(133) Xe^m、^(133) Xe和^(135) Xe的最小可探测活度分别为3.2、4.3、2.8、6.1mBq,达到了全面禁止核试验条约对核素实验室核准认证的技术要求。

γ辐射剂量率仪对宇宙射线响应及校准因子的间接校准

通过已测定和未测定宇宙射线响应的γ辐射测量仪在天然环境辐射场中的比对测量,可以确定辐射测量仪的宇宙射线响应及校准因子。选择美国通用电器公司生产的高压电离室RSS-131环境辐射监测仪作为量值传递仪器,对BH3103B便携式X-γ剂量率仪和6150闪烁体探测器γ辐射测量仪进行宇宙射线响应和校准因子的间接校准,与广东省辐射剂量计量检定站所检定的结果比较,校准因子的相对偏差分别为-2%和0;与在万绿湖对宇宙射线空气吸收剂量率的实测值比较,宇宙射线响应的相对偏差分别为-3.6%和3.1%。结果基本一致。

中国大陆地区居民所受宇宙射线剂量估算

文章根据宇宙射线的高度与纬度分布、我国大陆地区居民居住地的地理分布和1986年底全国人口统计资料估算,得出我国大陆地区居民所受宇宙射线外照射人口加权平均年有效剂量当量为278μSv,其中电离成分和中子成分分别为252和26μSv。

宇宙射线μ子探测裂变核材料的模拟研究

平均能量为3-4 GeV的宇宙射线μ子在海平面的通量约为1/（cm2.min）,这些μ子有很强的穿透力,能够穿透目前常用的防护层。μ子与物质作用主要发生小角度库伦散射,散射角与物质的原子序数有关。利用μ子穿过不同物质时所产生的散射角不同来辐射成像,研究μ子的累计通量条件下,辨别低、中、高Z三类物质的可行性。

测量陆地γ辐射剂量率中扣除宇宙射线响应的方法误差估计

在用有能量补偿的闪烁型γ辐射剂量率仪测定陆地γ辐射剂量率D_γ时,需要从读数R中扣除对宇宙射线的响应。一般采用以下两种近似扣除方法:方法Ⅰ:D_(γ.1)=R-R_w(D_c/D_cw)方法Ⅱ:D_(γ.2)=R-(R_w/R_(wd))D_c式中,R_w 和 R_(w0)分别是闪烁型剂量率仪和高压电离室在邻近测点的大水面上的响应值;D_e和D_cw分别是在测点和水面处宇宙射线电离成分产生的空气吸收剂量率。本文从分析 R、R_w 和 R_(w0)所包含的各个分量着手,结合实用中测点和水面海拔高度之差△h 的范围和仪器本底剂量率、水面上方空气中氡、(气土)子体和水中γ核素贡献的剂量率、R_w/R_(w0)等参数的大小及范围,估计这两种扣除方法的方法误差及其随△h、D_o、R_w/R_(w0)等主要参数的变化情况。结果表明,在(?)=6.0×10^(-8)Gy·h^(-1)时,用方法Ⅰ,平均值(在海拔高度为1000—1500 m 范围内均匀布点情况下)的方法误差不超过2%。单点方法误差一般不超过3.5%;用方法Ⅱ,平均值的方法误差不超过1.5%,单点方法误差一般不超过2.5%。文中还讨论了两种方法在适用性上的一些特点。

宇宙射线μ子探测高Z材料的仿真研究

利用Geant4建立宇宙射线μ子探测高Z材料的仿真系统,采用最大似然算法,研究用于μ子探测的位置灵敏探测器漂移管的位置分辨率及系统成像时间对成像结果的影响。当漂移管的位置分辨率优于200μm、成像时间在1～2min内可对相对独立的高Z物质快速识别,本研究也为漂移管的设计加工提供了理论依据。

宇宙射线通量和气候变迁与地球磁场强度变化的关系

通过分析近30000年以来地球磁场强度和大气中^(14)C 含量变化,讨论了^(14)C年龄偏离实际值的原因,提出以地球磁场强度随时间的变化率校正^(14)C 年龄T_c 偏离实际年龄T_t 的公式,即T_t=T_c-b(T_c-T_(?)|_(F(1))ΔF/ΔT。用这一公式校正了^(14)C 测年技术给出的新仙女木事件发生的时限,并获得了与树轮年龄和U-Th 年龄一致的结果。本文还对12000年以来地球磁场强度变化与气候变迁的相关性做了探讨。

低大气层宇宙射线剂量水平及机组人员受照剂量的研究

用高气压电离室在国内３４条航线上调查测量了低大气层中宇宙射线带电粒子成分所致的空气吸收剂量率（以下简称宇宙射线剂量率）。这３４条航线分布在地理经度（７６～１２７）°Ｅ、地理纬度（１８～５０）°Ｎ的范围内。研究了宇宙射线剂量率与海拔高度、地理经度和地磁纬度的关系；对国内航班飞行时间进行了统计，估算了机组人员的受照剂量。

水体X-γ剂量率测量中宇宙射线的影响研究

为确保水体X-γ剂量率测量数据的准确和有效,对自主研发的水体X-γ剂量率探测器进行了水环境影响实验。结果表明:宇宙射线对测量影响随深度的变化而变化,当水深大于1.5 m时,宇宙射线影响可忽略不计;自主研发的探测器具有较好的稳定性和一致性,可用于在线监测海水剂量率的变化。

灰色关联聚类在宇宙射线μ子成像中的应用

该工作为宇宙线μ子探测裂变核材料研究中的一部分。宇宙射线μ子成像目标存在粒子数偏少的客观条件,符合灰色系统理论的"小样本"、"贫信息"的特点,首次探索应用灰色关联聚类分析提高宇宙射线μ子成像中对物质区分效率的方法。

宇宙射线对地表矿物晶格的损伤及其地质作用的研究

文章从理论与实验两个方面论证了宇宙射线对地表矿物晶格造成损伤的可能性。并初步计算了宇宙射线对地表矿物晶格造成损伤的大小及其对土壤形成影响的程度。把宇宙射线发挥地质作用的方式与太阳能和地球外天体的万有引力能的地质作用方式作了比较。

不同类型陨石的宇宙射线暴露年龄及其宇宙化学意义

本文主要依据现有的资料综述陨石分类 ,以及来自小行星带、月球和火星等不同类型陨石的宇宙射线暴露 (CRE)年龄及其宇宙化学意义。目前已确定有 1 3个球粒陨石群 ,至少 7个经受了高温和广泛熔融的无球粒陨石母体 ,以及 1 2个不同化学群的铁陨石母体。此外 ,还发现1 0个独特的球粒陨石、许多未分群的球粒陨石小群、铁陨石和铁陨石小群 ,它们也来自各自不同的母体。到目前为止 ,根据宇宙射线产生的核素 ,已测定了 1 60 0多个陨石的宇宙射线暴露年龄。由许多陨石类型的CRE年龄分布 ,我们可以识别出群集的宇宙射线暴露年龄 ,藉此可解释为母体上的碰撞 ,并释放大量的陨石碎块。小行星陨石、行星陨石及阿波罗月球样品的稀有气体同位素丰度和宇宙射线暴露年龄 ,已广泛应用于探索和了解不同类型陨石母体的宇宙射线暴露历史、冲击碰撞事件、暴露年龄与日心距离的关系、吸积形成母体前硅酸盐球粒的辐照历史、南极和沙漠陨石中成对陨石的判别、行星陨石 (火星及月球陨石 )