中子成像技术在元素分析中的应用

中子成像作为一种快速、直观的无损检测技术,在核工业、航空航天、新能源、地质、考古、先进制造等多个领域得到广泛应用。中子成像利用中子不带电、穿透能力强、对轻元素敏感、可区分同位素和近邻元素等特性,非常适合开展含氢元素、近邻元素和同位素等材料的无损检测。通过概述中子成像技术的基本原理及特点,并结合中国先进研究堆(CARR)中子成像装置上的应用案例,重点综述了国内外中子成像技术在储氢材料、燃料电池、岩石、核燃料元件、古代文物等领域的典型应用。随着中子成像技术的不断发展和广泛应用,有望为我国更多领域研究提供更强有力的技术支撑。

能量选择中子成像技术及其应用

能量选择中子成像技术是利用特定范围波长(能量)的中子进行成像。在热/冷中子范围内(<25 meV),能量选择中子成像技术主要基于布拉格边效应和衍射机制,相比常规中子成像技术不但可以显著提高图像对比度,而且能分析应变、应力、织构。在超热中子范围内(>1 eV),能量选择中子成像技术主要基于中子共振吸收,中子截面随能量变化是同位素特有的,存在明显的共振吸收峰,因此可以进行同位素的“指纹”识别。概述了能量选择中子成像技术的基本原理及特点、单色化技术及其应用现状,重点探讨了能量选择中子成像技术的应用前景和科学价值。未来,能量选择中子成像技术将在工程、材料、化学、物理、生物、考古等众多科研领域发挥重要作用。

基于ST7538的电力载波通信系统设计与应用

电力载波通信是一种简便,有效的数据传输方式。全面介绍了电力载波调制解调芯片ST7538的功能、特点及工作原理。设计了以ST7538为调制解调芯片与AT89C2051为核心控制器的电力载波控制系统的硬件连接和软件控制,并着重设计了ST7538与单片机的接口电路和电力线接口电路。对该电力载波控制系统的应用做了相应的介绍。

中子成像的氢散射校正方法

中子成像可无损地探测样品内部的成份和结构等信息,已应用于诸多领域中材料的定量分析。中子成像对样品中的含氢物质进行定量分析时,由于氢的总散射截面大于吸收截面,散射中子会降低图像质量,严重干扰定量分析。已有的散射校正方法各自存在一定的局限性,或不适用所有样品、或增加曝光时间或数据处理复杂等。因此,本文提出了一种新的散射校正方法—双探测器法,并对水层样品进行实验验证。结果表明,校正后的水层厚度与实际厚度基本一致,验证了双探测器法是一种可行的散射校正方法。

中国先进研究堆高分辨中子成像技术研究

中国先进研究堆热中子成像装置近年已完成建设并投入使用,探测器空间分辨率已达到亚毫米级,在航空航天、文物考古、氢含量表征等领域已有广泛的应用,但当前探测器分辨率仍无法满足一些高精度的测试需求。根据锆合金氢含量、文物制作工艺等领域的相关测试需求,本文搭建了一套基于中国先进研究堆热中子成像装置的高空间分辨中子成像探测器,介绍了搭建过程中光路系统设计、转换屏选择和相机的选择。通过相关模拟计算,搭建探测器光路系统,并对探测器整体进行调试。在中国先进研究堆热中子成像装置上完成了探测器系统的相关带束调试,并对注射器针管样品进行了测试。测试结果表明,探测器空间分辨率达到11.3μm,实际可利用的视场大小达到23.6 mm×28 mm,实现了10μm级空间分辨率。

基于三维中子成像的锆合金包壳氢分布量化方法研究

锆合金吸氢会导致包壳脆化,影响核燃料元件服役安全。掌握氢含量及分布的无损检测方法有助于预测和评估锆合金包壳服役性能,保障核反应堆的运行安全。本文基于三维中子成像对锆合金包壳样品中的氢分布进行定量无损表征。制备系列预设不同氢含量的Zr-Sn-Nb合金校准样品,开展三维中子成像无损测量,建立氢含量与中子图像灰度值之间的对应关系,实现未知锆合金包壳样品中氢含量和分布的精确测定。此外,利用金相法和惰气脉冲红外吸收法测氢验证了基于三维中子成像的锆合金氢分布量化方法的可行性。结果表明,三维中子成像测定的氢含量和分布与另外两种方法的结果一致。本文结果为锆合金包壳氢分布和含量研究提供了一种三维、无损检测方法,可为优化包壳材料工艺、提高服役性能提供技术支撑。

关于二维材料带隙调控方法的综述

自从石墨烯从石墨中成功剥离出来,二维材料的相关研究达到了高潮。因为二维材料的优异性能,它在各个领域都有很多潜在的应用。但是有些二维材料在应用中无法达到所需要的带隙范围,比如:石墨烯的零带隙限制了它在光电子器件方面的应用。为了更好地实现二维材料的应用,研究人员找到了很多方法,对二维材料的带隙进行调控,比如:施加应力、电场、原子掺杂、构建异质结构等。本文综述了对二维材料的带隙调控的几种方法,着重分析了他们的调控机理以及相关的研究,并对二维材料的带隙调控方法的应用进行总结性展望。

High pressure and high temperature induced polymerization of C60 quantum dots

We synthesized C60 quantum dots(QDs) with a uniform size by a modified ultrasonic process and studied its polymerization under high pressure and high temperature(HPHT).Raman spectra showed that a phase assemblage of a dimer(D) phase(62 vol%) and a one-dimensional chain orthorhombic(O) phase(38 vol%) was obtained at 1.5 GPa and 300℃.At 2.0 GPa and 430℃,the proportion of the O phase increased to 46 vol%,while the corresponding D phase decreased to 54 vol%.Compared with bulk and nanosized C60,C60 QDs cannot easily form a high-dimensional polymeric structure.This fact is probably caused by the small particle size,orientation of the disordered structure of C60 QDs,and the barrier of oxide function groups between C60 molecules.Our studies enhance the understanding of the polymerization behavior of low-dimension C60 nanomaterials under HPHT conditions.

BNCT治疗计划系统剂量分布模拟与验证

硼中子俘获治疗(BNCT)的治疗计划系统(TPS)根据患者的医疗影像信息,模拟中子束照射的剂量分布,为医生提供个性化的肿瘤治疗方案,是BNCT系统不可缺少的组成部分。本文针对TPS的应用需求,利用Python语言编制软件,实现了医疗数据处理、组织结构划分、三维重建等主要功能。利用该软件对3D打印及真实人体头部的医疗影像数据进行处理,并结合MCNP程序,对人头内部剂量分布进行了模拟。模拟结果表明,中子源的能谱对治疗效果的影响至关重要。中子源中的快中子会和H元素发生相互作用,在人体的皮肤处产生较高的剂量,损伤人体的正常组织。中子源中较高的超热中子含量,有利于在肿瘤部位形成较高的热中子注量,从而提高含硼药物与热中子发生相互作用的概率,增强治疗效果。本文的研究结果为BNCT-TPS的自主研发提供了重要依据。