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。

磁共振质子密度脂肪分数(MRI-PDFF)评估慢性HBV感染者肝脂肪变性及分布特点

目的利用磁共振质子密度脂肪分数(MRI-PDFF)评估慢性HBV感染者的肝脂肪变性的程度。方法选择北京清华长庚医院2018年1月—2022年12月门诊或者住院,明确诊断为慢性HBV感染,年龄>16岁的患者。所有患者均在本院行肝脏磁共振检查。依据是否合并肝硬化进行分组,比较患者的各个肝段PDFF值的一致性。使用Kappa一致性检验、组内相关系数(ICC)进行一致性分析。结果纳入76例核苷(酸)类似物经治患者,其中30.26%(23例)合并肝硬化,所有患者的MRI-PDFF算术均值波动在1.49%~30.93%,依据MRI-PDFF≥5%诊断为脂肪肝,38.16%(29例)患者合并脂肪肝。76例患者的全肝PDFF算术均值低于全肝PDFF加权均值,全肝PDFF加权均值、全肝PDFF算术均值、左半肝及右半肝的PDFF算术均值比较,差异无统计学意义(F=0.39,P=0.76)。各个肝段、左/右半肝PDFF算术均值与全肝PDFF加权均值、全肝PDFF算术均值的一致性较强(ICC均>0.75),但右半肝PDFF算术均值与全肝PDFF加权均值的一致性高于左半肝。合并肝硬化组患者在区分脂肪肝诊断的一致性检验方面,Ⅶ段PDFF算术均值与全肝PDFF加权均值一致性差(Kappa=0.39),左半肝、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ为中等一致。合并肝硬化的患者Ⅶ段PDFF算术均值与全肝PDFF加权均值一致性最低,Ⅳ段一致性最高。未合并肝硬化的患者Ⅱ段PDFF算术均值与全肝PDFF加权均值一致性最低,Ⅴ段的一致性最高。结论MRI-PDFF评估慢性HBV感染者的肝脂肪变性更全面,合并肝硬化的患者各肝段PDFF算术均值与全肝PDFF加权均值的一致性差异大。

超吸水聚合物对碱激发泡沫混凝土性能的影响

【目的】研究超吸水聚合物(super‐absorbent polymer,SAP)对提升以矿渣和再生微粉为主要材料的碱激发泡沫混凝土性能的影响。【方法】调节SAP预吸NaOH溶液的质量分数和SAP掺量(质量分数,下同),考察其对碱激发泡沫混凝土的流动性、吸水率、凝结时间、导热系数、孔隙结构及强度的影响;借助扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱分析,从微观角度揭示SAP对泡沫混凝土性能影响机制。【结果】随着SAP掺量的增加,碱激发泡沫混凝土的流动度、凝结时间和导热系数呈下降趋势,但吸水率增大。SAP的掺入会导致碱激发泡沫混凝土孔隙率增大和孔隙分布的改变,掺入预吸水和预吸质量分数为0.4%的NaOH溶液的SAP后,增大了碱激发泡沫混凝土中孔隙直径大于550μm的孔隙比例;掺入预吸质量分数为0.9%的NaOH溶液的SAP后,则增大了碱激发泡沫混凝土中孔隙直径小于250μm的孔隙比例。适量的掺入SAP可以显著改善碱激发泡沫混凝土的抗压、抗折强度,当SAP预吸质量分数为0.4%的NaOH溶液且掺量为0.10%时,碱激发泡沫混凝土的抗压、抗折强度最高。【结论】SAP预吸NaOH溶液处理后,可以明显改善碱激发泡沫混凝土的工作性能、孔隙结构和力学性能。

SSI效应对结构地震响应的影响规律研究

SSI效应是影响土体线性、非线性性能以及地震响应的重要因素之一,当土体进入非线性或变形较大时,会引起土体附近结构动力特性发生变化。该文从数值模拟、振动台试验2个方面对国内外现有SSI理论、研究成果等进行总结阐述。对比分析刚性地基和SSI效应作用下不同类别结构的地震响应。结果表明,考虑SSI效应更符合结构实际的震害情况。不同类别的场地对结构动力特性的影响不同,SSI效应对结构抗震性能的影响存在两面性。

基于微型反应堆的高可靠测控设备架构设计研究

维持岛屿城市运行需要长期可靠的能源供应,微型反应堆(简称“微堆”)成为能源供应的重要选项之一。由于岛屿微型反应堆测控设备定期维护和更换具有较大难度,对测控设备可靠性提出了较高的要求。为了解决上述问题,本文对测控设备需求进行了分析,提出了一种基于微型反应堆的高可靠测控设备架构设计方案,从功能视角、信息流视角、硬件视角、软件视角、可靠性视角分别进行架构设计,全面描述了设备架构设计过程,作为微堆测控设备设计的一种切实可行的方案。

考虑支座转角的地基不均匀沉降基础隔震结构地震响应分析

地基不均匀沉降可能会引起沉降范围内部分隔震支座发生转动,造成隔震层刚度发生变化,进而导致上部结构地震损伤和失效风险增大。针对地基不均匀沉降条件下基础隔震结构地震响应研究,现有成果大都通过施加平动位移进行模拟,并未考虑隔震支座转角的不利影响。为了研究地基不均匀沉降条件下基础隔震结构支座可能出现的转动及其对整体结构地震响应特征影响规律,首先以隔震支座为对象,研究了支座转动变形与叠层橡胶隔震支座水平刚度变化关系,建立了叠层橡胶隔震支座转角与水平刚度变化关系函数;在此基础上系统研究了地基不均匀沉降条件下整体基础隔震结构响应特征,以及基础结构的减震系数变化规律,以期揭示地基不均匀沉降对基础隔震结构地震响应影响机理。结果表明:隔震支座转角变形会引起隔震结构体系地震响应发生显著变化,随着隔震支座转角增大,隔震层水平刚度增大的同时隔震结构体系变形能力减弱,进而造成上部结构加速度响应增大,位移响应减小,导致基础隔震结构水平减震系数增大,减震效果低于预期;当转角接近π/2时,隔震支座将丧失降低上部结构地震响应的作用,原隔震结构将退化为抗震结构;对于存在地基不均匀沉降的基础隔震结构,应及时采取必要措施控制地震响应,以防范上部结构发生倾覆。

“华龙一号”核仪表系统设备自主设计研究

“华龙一号”是我国自主设计的第三代核电技术。其核仪表系统设备中的二次仪表主要使用进口产品。为替代进口产品,以“华龙一号”为对象,开展了自主数字化核仪表系统设备设计。在设备设计中,围绕核仪表系统设备微弱信号测量的特点,运用电压频率转换、电流频率转换等测量技术,实现全光隔离的硬件架构,提高了数字化核仪表自身的抗电磁干扰能力。吸取国内外同类设备在设计和使用中的经验,集成了核电厂常用的反应性计算和反应堆失水事故计算功能,并研发了具备自动测试功能的移动服务单元。通过核安全级设备要求的基准试验、电磁兼容性试验、环境试验和地震试验,证明了该设备满足“华龙一号”核仪表系统设备的要求。该设备的研制可支撑我国核仪表系统设备的自主供货。

既有框架结构隔震改造后体系稳定性与动力响应分析

针对隔震改造后叠层橡胶隔震支座与地下室下支柱组成的串联隔震体系的地震稳定性问题,采用理论推导与数值模拟方法开展系统研究。将叠层橡胶支座简化为一种具有水平刚度和抗弯刚度的特殊铰支座,RC柱简化为弯曲型竖杆,建立橡胶支座和RC柱串联隔震体系的理论模型,推导地下室下支柱的临界承载力方程;通过实际案例求解出该串联隔震体系的临界承载力具体表达式,并对典型参数的影响进行分析;采用数值模拟方法建立下支柱截面尺寸不同的6种柱顶隔震模型,对下支柱柱顶、隔震支座、下支柱与隔震支座串联后整体位移响应以及上部结构层间位移角响应进行对比分析。结果表明:所推导的临界承载力表达式变化规律与柱顶隔震设计模型数值模拟相一致;下支柱截面增大对上部结构和隔震支座的动力响应影响并不明显,但是可以明显减小下支柱的位移;在既有建筑隔震改造实际工程中,增加下支柱的截面尺寸是保证下部结构的抗震能力高于上部结构既简单且行之有效的方法,但实际工程中截面增量普遍较大且偏于保守,造成了一定的浪费。

反应堆中子注量率对数测量技术研究

反应堆核仪表系统通过一系列布置在堆外的中子探测器进行反应堆中子注量率测量,为反应堆启动、运行和安全提供初始测量信号。中间量程中子注量率测量范围超过6个量级,同时探测器输出的电流十分微弱,最小达到10 pA,对测量技术要求较高。线性电流测量方法会产生由量程切换带来的测量跳变,影响反应堆周期测量稳定性,从而影响反应堆安全。本文详细分析了对数测量原理,利用对数放大电路具有宽动态范围的特点,实现了很宽的动态范围的中子注量率快速测量,避免了量程切换带来的测量数值跳变,提高了中子注量率测量和周期计算的精度。模拟探测器信号输入10 pA~100μA的微电流进行测量,结果表明,对于范围达7个数量级的输入电流,测量的相对误差低于0.5%,该方案适用于反应堆中子注量率的中间量程测量。

高温环境下数字反应性仪微电流测控技术可靠性研究

数字反应性仪是核电厂用于测量反应性的专用设备,能够实现宽范围的微电流测量,采用高精度驱动电路控制电磁继电器实现电流范围自动量程切换是本设备的关键技术之一。在高温环境下,继电器会出现线圈阻值变化而导致驱动电压需求增大的现象,进而导致继电器可靠性降低。为提高高温环境下微电流测控技术可靠性,重点开展不同继电器驱动方式对高温环境下数字反应性仪微电流测控技术可靠性研究。研究发现,相对于低电平驱动模式,高电平驱动模式能够有效提高高温环境下反应性仪微电流测控电路可靠性。通过高温步进试验验证,该数字反应性仪在65℃环境下,达到热平衡后的30 min内,微电流测量稳定有效。

基于蒙特卡罗模拟的BGO探测器探测效率研究

基于蒙特卡罗模拟方法,对比分析了圆柱型闪烁体探测器NaI(Tl)、LaBr3(Ce)及锗酸铋(BGO)对γ射线的探测效率,研究了晶体尺寸、入射γ射线能量、放射源与探测器间距离、包壳材料厚度对探测效率的影响。在相同条件下,BGO的绝对探测效率、全能峰探测效率及本征探测效率均大于LaBr3(Ce)及NaI(Tl)。对于BGO探测器,探测效率与晶体尺寸呈正相关关系;绝对探测效率及全能峰探测效率随γ射线能量的增加呈现先上升后下降趋势,本征探测效率与γ射线能量呈负相关关系;绝对探测效率及全能峰探测效率与放射源与探测器间距离呈负相关关系;包壳材料厚度对本征探测效率几乎无影响,越薄的铝制外壳可达到越好的绝对探测效率及全能峰探测效率。该研究结果能够为闪烁体探测器几何设计、产品研发和无源效率刻度提供一定参考。

多维地震作用下地基不均匀沉降结构响应研究

为了研究在多维地震与地基不均匀沉降共同作用下RC框架结构地震损伤特征,采用数值模拟方法对比分析了在不同沉降区和沉降量条件下结构变形特征、能量耗散规律及破坏模式。结果表明:对于地基不均匀沉降的RC框架结构,多维地震作用与单向地震作用所引起的结构最大层间位移响应较为接近,但二者所引起的结构扭转效应差异显著,且不均匀沉降区域距离结构平面中心越远,扭转效应就越显著。地基不均匀沉降造成框架结构刚度退化,引起结构自振周期延长,对结构能量耗散模式产生显著影响,且不均匀沉降量越大,阻尼耗能占总耗能比例越小,累计滞回耗能占总耗能比例越大。地基不均匀沉降导致沉降区框架柱出现地震破坏相对滞后,破坏程度也有所减弱,但会造成与沉降区域相连的梁柱构件更早发生破坏,且破坏程度更为严重。

结构抗震鲁棒性分析方法研究

结合侧向增量连续倒塌过程中框架结构受力特征来研究结构抗震鲁棒性,提出其定量计算方法,通过对钢筋混凝土框架结构有限元模型的对比分析进行验证。研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,虽然无法设计和建造出绝对鲁棒的结构,但可以通过定量分析结构鲁棒性进行建筑选型和结构布置方案优化;降低重要构件的易损性系数能够增强结构抗震鲁棒性,合理增加构件数量,同时加强其相互联系的有效性并保证备用荷载路径的可靠性,能够提高整体结构的鲁棒性;在同样荷载作用下,随着所承担荷载的不同,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而由于备用荷载路径分布和传递荷载的机制不同,框架柱重要性按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性;提高结构冗余度,增强构件相互联系,可以降低结构中初始失效所造成的不利影响。

MIMU/GPS组合导航系统小型化设计

为满足小型无人机、手持制导设备及无人探测车等对低成本轻重量导航系统需求,应用MEMS惯性测量单元和GPS接收机模块,完成MIMU/GPS组合导航系统小型化设计。组合导航计算模块基于DSP+FPGA+FLASH设计完成,实现多传感器通信、串并行数据转换及与上位机人机交互等功能。将计算模块、电源模块、MIMU及GPS接收机集成到嵌入式MIMU/GPS组合导航系统中,完成的系统直径80 mm,高度80 mm,质量不超过600 g。对集成后系统进行定点动姿态实验,结果表明:该组合导航系统定点位置测量精度在1 m以内,动姿态测量精度姿态角在0.1°以内,航向角在0.5°以内。

不规则性对基础隔震结构抗连续倒塌性能影响研究

为研究基础隔震结构抗连续倒塌性能,以备用荷载路径法为基础,采用静力非线性Pushdown方法和静力线性方法对一栋典型的收进式竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构进行分析,从备用荷载路径的抗连续倒塌机制和需求能力比两个角度研究竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构的抗连续倒塌性能,为基础隔震结构抗连续倒塌设计提供参考;为进一步研究结构布置形式不规则性以及裙楼和塔楼层数变化对竖向不规则基础隔震抗连续倒塌性能的影响,分别建立塔楼布置不同、裙楼与塔楼层数变化的模型进行对比研究。研究表明:除角柱失效工况自身无法产生悬链线机制外,其余底层框架柱失效工况中备用荷载路径在整个推覆倒塌过程中均表现出明显的悬链线机制;当隔震支座失效时,由于隔震层水平刚度小,相邻支座无法提供足够的侧向约束作用而难以形成明显的悬链线机制;增加结构冗余度和备用荷载路径中参与荷载传递的构件数量可以有效提高剩余结构抗连续倒塌能力;除角柱和角支座外,隔震支座失效工况DCR值普遍大于对应位置底层框架柱失效工况,备用荷载路径中某些构件的失效风险相对较大。

基于地震响应的结构鲁棒性定量分析方法

为了研究结构抗连续倒塌鲁棒性,基于地震作用下框架结构受力特征,结合备用荷载路径法与动力时程分析法,提出了结构鲁棒性定量分析方法,并根据震级-震中距条带地震动记录选取方法选取随机地震动记录进行算例分析和验证。研究表明,结构的鲁棒性优劣是一个相对概念,与外部作用强度呈反相关关系;通过定量分析结构鲁棒性,可以在多个结构方案筛选时提供一定的参考;降低重要构件的损伤风险,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置提供可靠保护,加强构件之间相互联系,提高备用荷载路径的可靠性,能够增强结构的鲁棒性。

竖向不规则基础隔震结构抗连续倒塌机制研究

为了研究竖向不规则基础隔震结构抗连续倒塌性能,文章建立典型的收进式竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构有限元模型,以备用荷载路径法为基础,采用竖向静力非线性Pushdown方法进行了分析,通过对备用荷载路径内力变化分析,研究了剩余结构抗连续倒塌性能。研究表明:除了角柱和角支座外,其他底层框架柱和隔震支座失效后其备用荷载路径均会经历梁机制、机制转换及悬链线机制3个阶段;隔震层较小的侧向约束,导致隔震支座失效后其备用荷载路径的悬链线机制难以充分发挥抗倒塌作用;初始失效位置的不同也会导致剩余结构抗连续倒塌性能的差异,对于结构中位置较为特殊的构件应予以专门设计和分析。

基础隔震结构抗连续倒塌动力非线性分析关键问题研究

为了研究隔震结构连续倒塌动力灾变行为特点,并对隔震结构动力非线性连续倒塌分析方法的关键参数取值提供参考,本文以基础隔震结构为模型,对比分析了底层框架柱和隔震支座失效时剩余结构动力响应特点,探讨了隔震结构连续倒塌分析方法中的关键参数取值问题与解决方法。结果表明:对于基础隔震结构,并非失效时长越小剩余结构响应就越大;对于计算精度要求较高的结构,在分析之前应进行失效时长的对比分析,以便选出计算成本低而精度高的最优失效时长;合理准确的荷载施加是保证计算精度的重要前提,减少外部荷载作用可以有效减轻剩余结构损伤程度;隔震层的特殊构造要求有利于增强支座意外失效时隔震结构抗连续倒塌能力。

土-结构相互作用对层间隔震结构的影响分析

基于集总参数SR(Sway-Rocking)模型,建立层间隔震结构考虑土-结构相互作用的简化分析模型,推导得到简化模型动力特性参数表达式,进而通过对结构反应传递函数和方差进行分析,讨论波速参数和结构高宽比对体系反应的影响。结果表明,考虑SSI效应的层间隔震结构,延长了体系周期,同时,也放大了各子结构位移反应,而对上、下部子结构的加速度反应影响不同,其影响程度主要与场地剪切波速和体系高宽比有关。

竖向不规则RC框架结构连续倒塌动力放大系数研究

为研究竖向不规则钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构连续倒塌过程中的动力响应特征,以一系列不同布置形式的竖向不规则RC框架为对象,基于变换路径法,采用静力非线性和动力非线性分析方法,研究底层柱失效时建筑形式与动力放大系数之间的关系,并针对特定建筑形式提出塔群层数比和塔群跨数比。研究表明:GSA2003在静力非线性方法中所建议的动力放大系数2.0偏于保守;减小结构的塔裙层数比,降低结构不规则程度能够有效地提高剩余结构承受动力荷载的能力;在下部裙楼跨数一定的情况下,增大结构塔群跨数比能够降低结构连续倒塌的风险。