中国原子能科学研究院紧凑型强流质子回旋加速器的发展和应用

中国原子能科学研究院(简称原子能院)自1958年建成我国第1台回旋加速器以来,已经研发出了一系列强流回旋加速器装置,为我国核学科和核技术应用等发展发挥了极其重要的作用。原子能院在1996年建成了我国第一台专用于医用同位素生产的30 MeV/350μA强流质子回旋加速器,在2014年建成了国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器大科学装置(100 MeV/520μA)。在2021年,原子能院自主研发出了国内首台引出流强1 mA以上的14 MeV强流质子回旋加速器。该加速器的建成,为我国基于小型化强流质子回旋加速器的中子源应用奠定了基础。基于14 MeV强流质子回旋加速装置,先后建成了国内首台用于硼中子俘获治疗(BNCT)的治疗装置样机和用于中子成像无损检测的实验验证样机,并开展了相关实验研究。目前,原子能院正在研制用于BNCT临床等应用的18 MeV/1 mA强流质子回旋加速器,并且正在开展流强达到3~5 mA的基于H_(2)^(+)的新型强流回旋加速器的研发。原子能院的强流回旋加速器,在基于加速器中子源的BNCT和中子成像、加速器生产医用放射性同位素等应用方面将发挥重要的作用。

基于100 MeV强流质子回旋加速器生产放射性同位素的束流筛选装置

在进行放射性同位素生产实验时,有时需要100 MeV强流质子回旋加速器引出单圈束流来满足实验要求。目前100 MeV强流质子回旋加速器束流引出时存在严重圈重叠问题,因此需要设计一款束流筛选装置对引出束流品质进行改善以满足实验要求。该束流筛选装置具有基于100 MeV强流质子回旋加速器的框架结构与狭缝运动系统,以及基于PLC设计的控制系统控制步进电机并利用电子尺和按偏差的比例P、积分I和积分D(PID)控制的算法实现闭环控制。经过多次运行调试,机械装置的运动精度在±0.2 mm,且在加速器运行过程中可以实现对束流的筛选。

纳米粉煤灰夹心砌块的研制

利用纳米材料、水泥、粉煤灰等主要原材料,加入适量外加剂,中间填入废弃聚苯乙烯泡沫,通过自然养护方法研制出纳米粉煤灰夹心砌块这一新型墙体材料。依据粉煤灰混凝土空心砌块的设计要求,设计砌块块型。根据正交实验方法,以砌块抗压强度为主要指标,优化砌块配合比参数,研制出了具有承重、保温隔热等多重功能的新型砌块。

小型医用回旋加速器工程化、标准化技术研究

目前,中国原子能科学研究院已研发出适用于PET的小型回旋加速器CYCIAE-14,为适应医院单独使用及即时药物配送中心的需求,本文对CYCIAE-14加速器开展了工程化、标准化研究:将离子源和注入线由安装于加速器上方改为下方,使加速器实现自屏蔽结构;主励磁线圈由原来几十路水电接头改为两路,提高可靠性;所有电源采用工程化设计,减小电源体积,实现紧凑、使用便捷、信号控制快速传输的功能;主真空统一采用冷泵,保证真空室的洁净度;所有线缆布置规范化、工程化;水路管道标准化、接头快捷、统一;生产靶采用大体积、高效率结构,实现国产化。并在上述工程化、标准化技术研究与实践的基础上,制定、颁布了国标GB/T34127—2017,为我国核医学“一县一科”的普及发展起助推作用。

构建高职工程造价专业“模块化”课程体系的探索

近年来,随着我国经济与技术的快速发展,建筑市场的逐步开放和规范,一系列相关政策相继出台,给工程造价从业人员带来更高、更新的要求,也给工程造价专业教学提出了新的挑战。另外,近几年毕业生就业形势严峻,学生急于外出找工作等现状也给工程造价专业很多教学环节带来了新的问题。为改善这一状况,本文结合我院工程造价专业课程体系改革的实践,探讨以职业能力需要和现实岗位要求为线索(1),设计高职工程造价专业的课程体系,达到为企业培养高素质技能型专门人才的目的。

武广客运专线连江口大桥高性能混凝土试配研究

结合武广客运专线连江口大桥现浇梁工程实际情况,选用了符合要求的原材料,应用正交试验,研究了各组分最佳配合比并按该配合比试制试块,检验强度及耐久性,以供类似工程参考。

纳米粉煤灰夹心砌块配合比研究及回归分析

利用纳米材料、水泥、粉煤灰等主要原材料,中间填入废弃聚苯乙烯泡沫,研制纳米粉煤灰夹心砌块。依据粉煤灰混凝土空心砌块的设计要求,设计砌块块型。根据正交实验方法,以砌块抗压强度为主要指标,优化砌块配合比参数,研究了纳米粉煤灰夹心砌块的最佳配合比。利用多元线性回归分析理论,建立了线性回归方程,并对砌块抗压强度进行了验证。

纳米粉煤灰夹心砌块配合比试验研究

利用纳米材料、水泥、粉煤灰等主要原材料,加入适量外加剂,研制了纳米粉煤灰立方体试块,通过级差分析,发现纳米材料对试块抗压强度影响最大。依据粉煤灰混凝土空心砌块的设计要求,设计粉煤灰夹心砌块块型。根据立方体试块试验结果,修正纳米材料掺入量,砌块中间填入废弃聚苯乙烯泡沫,根据正交试验方法,以砌块抗压强度为主要指标,优化砌块配合比参数,研究出了纳米粉煤灰夹心砌块的最佳配合比。

多排孔纳米粉煤灰夹芯砌块的研制

在前期研究的基础上,优化孔洞排列方式,设计出阻断热桥的孔洞。经自然养护生产纳米粉煤灰多孔砌块,将聚苯乙烯保温层置于孔洞中;砌块配合比的优化应用正交实验,检测砌块的抗压强度,研制出了具有自保温功能的多排孔纳米粉煤灰夹芯砌块。

100 MeV强流质子回旋加速器主真空室结构设计

中国原子能科学研究院建成了100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器,其引出能量为75~100 MeV,流强为200~500μA。为了减小粒子加速时束流损失并满足加速器粒子对真空的要求,文中设计了一个内径为4040 mm、高度为1270 mm的主真空室来保证加速器的真空。介绍了主真空室结构设计的难点,并对应力分析情况、放射性防护方面设计进行了介绍。

SiC颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损机制研究

SiC颗粒增强铝基复合材料是一种性能优异的高速摩擦材料,作为刹车材料必将在陆上运输领域得到广泛应用。但SiC颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损性能强烈地依赖于实验条件和制备工艺。综述了各种因素对SiC颗粒增强铝基复合材料摩擦磨损性能的影响,总结了SiC颗粒增强铝基复合材料摩擦磨损机制,并指出了SiC颗粒增强铝基复合材料需进一步深入研究的问题及新的研究方向。

掺纳米二氧化硅粉煤灰夹芯砌块干缩性研究

依据粉煤灰混凝土空心砌块的设计要求,设计粉煤灰夹芯砌块块型。利用纳米材料、水泥、粉煤灰等主要原材料,加入适量外加剂,中间填入废弃聚苯乙烯泡沫,研制了纳米粉煤灰夹芯砌块。根据正交实验方法,研究了砌块的干缩性,发现砌块干缩性较好,值得推广应用。

纳米粉煤灰夹心砌块制作及保温性能研究

利用纳米材料、水泥、粉煤灰等主要原材料,加入适量外加剂,中间填入废弃聚苯乙烯泡沫,研制了纳米粉煤灰夹心砌块,研究了不同类型砌块的传热系数并进行了统计分析,发现纳米粉煤灰夹心砌块传热系数较低,保温性能较好。

装配式屋面的渗漏原因分析及对策

根据装配式屋面的特点,分析了其渗漏的原因,从提高结构层的整体性、基层细部处理、防水材料的选用等方面介绍了其渗漏的防治措施,以保证层面结构的安全性。

100MeV强流质子回旋加速器束流调试靶系统

中国原子能科学研究院正在建造一台100MeV,200μA的强流质子回旋加速器,需要使用束流调试靶来调试加速器,为此设计了一套束流功率为20kW的质子束调试系统。对该系统的束流输运线、靶材料的选取、靶结构、水冷计算、屏蔽结构等作了介绍。给出了整条束流输运线的匹配计算结果;通过对质子打靶后的中子产额、角通量、靶的活化等方面的比较,最终选用铝作为靶材料;根据加速器引出束流能量和功率,设计了分层式靶结构,同时对靶进行了水冷计算;打靶产生的出射粒子平均能量较高,导致产生的辐射剂量很大,考虑到对环境与工作人员的影响及费用,需要对其进行局部屏蔽,给出了屏蔽计算结果及屏蔽结构的设计。

100MeV回旋加速器中心区结构设计

中国原子能科学研究院建成了100 MeV紧凑型强流质子回旋加速器,其引出能量为75~100 MeV,流强为200μA。安装在回旋加速器狭小磁极气隙的中心区与螺旋静电偏转板是关键部件,其结构设计涉及磁场、高频电场、高压静电场、真空、传热等方面。本文介绍了中心区与螺旋静电偏转板的结构设计及使用情况。在设计过程中,采取加大绝缘距离、优化高频连接结构、增加杂散束流阻拦装置等措施,解决了中心区与螺旋静电偏转板在强流注入时可靠工作的问题。本文对螺旋偏转板进行了传热分析,得出了该螺旋偏转板在强流束注入时的温度分布。设计的中心区和螺旋偏转板已安装在加速器上,20μA/100 MeV的引出束流通过了12h稳定性测试,在加速器测试过程中,中心区工作稳定可靠。

100 MeV强流质子回旋加速器剥离靶驱动控制系统研制

100MeV强流质子回旋加速器(CYCIAE-100)加速负氢离子,引出系统为电荷交换方式的双向剥离引出系统,剥离靶是引出系统的核心装置。剥离靶系统四维联动定位精度要求高。为满足剥离靶驱动控制系统要求,采用了PLC控制驱动电路,读取位置反馈信号,对运动控制形成负反馈闭环的控制方法,实现了引出系统的各项运动控制要求并达到了设计指标。经调试,该加速器于2014年7月首次成功引出75～100MeV质子束流,引出效率达99%以上。剥离靶驱动控制系统经加工调试,满足引出系统的各项技术要求,目前已投入运行2a,可靠性得到了验证。

100MeV强流回旋加速器径向靶的研制

在100MeV强流回旋加速器调试过程中,需对束流在加速器内的轴向和径向参数进行测量。径向靶系统是束流诊断系统中用于获取上述参数的主要部件,本文研制了3套阻挡式径向靶系统,并安装到加速器主体,获得了束流在连续加速过程中的轴向和径向分布,为加速器运行提供了相应束流参数,并为后续加速器升级工作提供了必要的条件。

100 MeV强流质子回旋加速器超高真空系统研制

中国原子能科学研究院建成了一台强流质子回旋加速器,其引出能量为100 MeV,流强为200μA。为减小粒子加速时束流损失的目的,其粒子加速腔内工作真空度要求为6.7×10^(-6) Pa。由于是紧凑型加速器结构,该加速器能提供给真空系统利用的通路有限,为此主真空系统设计为内置式低温冷板结合商业低温泵的排气方案以增加系统整体的抽气能力。设计、加工完成的真空系统已成功应用于100 MeV强流质子回旋加速器上,为加速器的束流调试和正常供束提供了有利的保障。