快谱小堆堆芯三维瞬态核-热-力耦合计算方法研究

快谱小堆具有紧凑设计、能谱硬、中子泄漏强的特点。不同于热谱反应堆,温度载荷作用下的力学效应导致的几何变形是快谱小堆堆芯反应性反馈的重要来源,因此开展基于核-热-力耦合的瞬态分析对于准确模拟快谱小堆堆芯动态特性具有重要意义。本文基于开源多物理耦合框架MOOSE,开展了三维核-热-力耦合计算研究,采用JFNK方法联立求解热-力耦合方程,热-力耦合方程通过Picard方法与中子时空动力学方程耦合求解,最终实现了基于动网格的三维核-热-力耦合求解。本文将该方法应用于Goidva-Ⅰ快中子脉冲反应堆瞬发超临界瞬态计算,采用三维核-热-力耦合求解方法计算得到了脉冲动态过程中的裂变率、温升、表面位移等物理量随时间变化规律,并与参考结果进行了比较,计算结果表明该方法可准确考虑热膨胀变形引起的反应性反馈效应。

改进型快谱超临界水冷堆增殖特性初步研究

建立改进型快谱超临界水冷堆(SCFR-M)堆芯模型,探讨点火区燃料棒直径和增殖区水棒直径对堆芯转换比的影响,得到合理的燃料组件设计形式。设计计算6种不同堆芯布置下的增殖特性和空泡反应性,分析燃料组分对堆芯转换比和空泡反应性系数的影响。结果表明:减小氢原子数与重金属原子数之比(H/HM),增加堆芯增殖组件数目并采用合理布置可在满足负空泡反应系数的同时提高转换比;降低燃料中PuO2质量分数可以使转换比大幅增加,同时使堆芯的空泡反应性系数有更大负值;当点火组件采用PuO2质量分数为20.8%的MOX燃料,增殖组件采用235U富集度为0.2%的UO2燃料,方案6的设计可以使堆芯的初始转换比达到1.04395,并且空泡反应性系数为负,初步达到快谱超临界水冷堆的增殖要求。

可增殖快谱超临界水冷堆物理初步设计计算

建立改进型快谱超临界水冷堆(SCFR-M)堆芯模型,探讨点火区燃料棒直径和增殖区水棒直径对堆芯转换比的影响,得到合理的燃料组件设计形式。设计并计算6种不同堆芯布置的反应堆增殖特性和空泡反应性,并分析燃料中235U和239Pu成分对堆芯转换比和空泡系数的影响,提高了转换比;研究燃料成分对堆芯转换比的影响。结果表明:减小氢原子数与重金属原子数之比(H/HM),增加堆芯增殖燃料组件数目并采用合理布置可满足堆芯负空泡反应系数,且可以提高堆芯转换比;降低燃料中Pu同位素质量分数可以使堆芯转换比大幅增加,同时使堆芯的空泡反应性系数负值更大;当点火燃料组件采用Pu同位素质量分数为20.8%的MOX燃料,增殖燃料组件采用0.2%富集度235U的贫铀燃料,6号设计方案可以使堆芯的初始转换比达到1.03128,且空泡反应性系数为负,初步达到超临界水冷快堆的增殖要求。进一步对堆芯的缓发中子有效份额、能谱、中子注量率、功率分布进行计算,分析研究增殖堆芯的物理特性。

改进型快谱超临界水冷堆子通道CFD数值模拟

改进型快谱超临界水冷堆(SCFR-M)具有紧凑的堆芯设计,堆芯内采用增殖组件与点火组件混合排布.增殖组件采用内冷式的圆形冷却剂通道,点火组件则采用典型三角形通道.本文基于CFD软件FLUENT采用流固共轭传热方式,分别对SCFR-M两种冷却剂通道内流动状态进行数值模拟计算,研究了稳态工况下SCFR-M堆芯设计的热工水力特性,计算结果表明:两种子通道中包壳表面温度均小于650℃、燃料芯块中心线温度均小于1 900℃,且流致振动程度在可接受范围内,符合安全设计限值.

超临界水混合堆快谱区组件物理-热工性能分析

提出超临界水混合堆快谱区多层燃料组件设计方案。用MCNP与STAFAS程序对多层燃料组件进行初步的中子物理与热工水力性能分析,同时对组件结构参数(栅距与棒径比P/D)进行敏感性研究。结果表明:快谱多层燃料组件设计不仅能够实现核燃料的增殖,且可获得较大的负冷却剂温度反应性系数与燃料温度反应性系数;减小P/D均可提高燃料的转换比,但较小P/D会导致核热点因子增大。适当调整组件裂变区燃料富集度可有效改善组件裂变区轴向功率不均匀性,降低核热点因子。

中红外光谱快检技术在浓香型原酒风味分析中的应用研究

本研究建立了一种快速、高效、无损检测浓香型原酒风味的检测方法。本研究采用中红外光谱快检技术结合偏最小二乘法(PLS)对浓香型原酒7个风味指标建立分析模型,并通过国标GB/T 10345—2007检测结果对模型效果进行评价,以验证中红外光谱快检技术在浓香型原酒风味分析中的应用性。结果表明:酒精度、总酸、总酯、乳酸乙酯、己酸乙酯模型效果较好,手工值和模型值误差范围分别在-0.46%~1.04%、-16.35%~10.16%、0.82%~9.23%、-12.14%~6.65%、-11.68%~19.45%之间,绝对误差小于10%的样本分别占比100%、96.92%、100%、95.38%、92.31%;己酸、乙酸乙酯预测模型结果较差,特别是己酸,手工值、模型值误差范围分别在30.51%~43.07%、-22.56%~17.37%之间,绝对误差小于10%的样本分别占比58.46%、72.30%。误差较大可能与样品整体区间范围较宽,中间缺失值较多,不够连续,且含量较低有关,但整体趋势与手工值一致,后续通过建模样本的增加,模型效果会得到提升。综上所述,中红外构建预测模型能够用于白酒样品的快速分析。

不同固体慢化剂对“花”型快谱超临界水冷堆中子学性能的影响分析

不同于一般采用氢化锆作固体慢化剂的反应堆,快谱超临界水冷堆工作在严酷的高温高压条件下,高氢平衡压以及停开堆造成的热冲击都会导致氢化锆中氢的大量损失,事故工况下甚至会引发氢的无控释放。本文通过分析对比多种材料的有效增殖系数、转换比、慢化剂温度反应性、燃料Doppler反应性、空泡反应性等参数的变化,发现氧化铍、碳化硅是中子学综合性能相对较好的"花"型快谱超临界水冷堆固体慢化剂材料,并且对燃料Doppler反应性系数影响不大。

基于自由电子激光的散射技术及谱学方法进展

自由电子激光(free electron laser,FEL)凭借高相干性、高亮度、覆盖远红外至X射线波段的连续可调性,在基础科学研究、新材料、新能源、生物医学、环境监测等众多领域有着广泛的应用前景.特别是X射线自由电子激光(X-ray free-electron laser,XFEL)以其独特的超高亮度、超短脉冲、极好相干性,强力地推动了超快X射线散射和超快光谱学领域的发展.基于XFEL的超快散射技术不仅实现了对晶格动力学、电荷和自旋序的超快时间和动量分辨研究,还能够测量大动量转移范围的声子色散.将基于XFEL的超快散射与光谱学手段相结合,有望同时测量元激发能态变化及其相关的原子或序结构变化.基于XFEL的光谱学正尝试充分利用自放大自发辐射模式(self amplified spontaneous emission,SASE)的全带宽,以减少脉冲延展,最终实现时间和能量分辨接近傅里叶变换极限的光谱测量.基于XFEL的非线性光学技术为探测元激发开辟了新途径,正在发展的新方法有望为探索表面和界面过程、手性、纳米尺度传输提供独特的机会,并实现多维度芯能级光谱学.

ZnSe纳米晶材料的超快吸收谱

通过改进的溶剂热方法,以KBH4作为还原剂,在三乙胺溶液介质中制备了ZnSe纳米晶材料.与ZnSe体材料相比,其纳米材料的稳态吸收边发生了蓝移,而且纳米颗粒的尺寸越小,蓝移量越大,这是由于随着尺度减少而引起的量子限制效应增强造成的.对在溶液中的ZnSe纳米颗粒的超快吸收谱的研究表明,当纳米颗粒的平均尺寸为75nm时,电子声子散射时间为8.74ps;当平均尺寸为45nm时,散射时间为2.77ps.随着纳米颗粒尺寸的减小,载流子与颗粒表面的非弹性碰撞几率增加,从而使载流子声子耦合的强度增强,导致载流子声子散射时间缩短.

超快多维红外光谱学:分子结构的时空分辨

利用时间分辨的超快二维红外(2DIR)光谱、稳态一维红外光谱等手段,本文探讨了从溶液中的小分子体系到生物大分子体系的超快振动特性及所反映的分子结构动力学过程。研究了五羰基溴化锰在四氯化碳中的时间分辨2DIR光谱,发现了分子对称性增强的13 CO配体的红外吸收信号,并利用2DIR对角峰和非对角峰表征了其与12 CO配体振动态的相互作用和分子内能量传递过程;实现了钌羰基配合物在光敏黄色蛋白突变体M100A上的定点标记,并研究了该外源标记物的羰基配体的结构动力学,发现了探针分子的振动光谱指纹对其所处的空间位置的敏感性,还发现该探针分子的振动扩散过程对水相中的蛋白质结构涨落具有灵敏性。

二氰胺根分子内费米振动耦合能量转移的超快二维红外光谱

二氰胺根离子(N(CN)-2,DCA)的C≡N对称及反对称伸缩振动(νas,C≡N和νss,C≡N)和N—C伸缩振动的和频峰(νas,N—C+νss,N—C)之间由于费米共振作用存在振动耦合。本文研究了二氰胺钠在DMSO溶液中的超快二维红外(2DIR)光谱和超快红外泵浦探测(IR PP)光谱。结合该体系的傅里叶变换红外(FTIR)光谱实验结果,对二氰胺根离子体系中的分子内振动能量转移过程进行了分析。

启明星1#快热交界面能谱变化对外推临界实验结果影响分析

加速器驱动的次临界系统(ADS)基准装置启明星1#在外推临界实验过程中,快热交界面探测器计数率与其他位置探测器计数率存在较大异常。本工作对该实验装置外推临界实验开展数值模拟,并对快热交界面的中子能谱进行详细计算,根据计算结果对探测器在外推临界实验中的计数率异常现象进行分析。结果表明,快热交界面能谱随燃料装载量的变化是引起探测器计数率异常的主要因素,这为今后快热耦合次临界实验装置开展中子学实验研究提供了理论依据。

光学和频技术在超快荧光谱中的应用

本文介绍一种研究超快荧光谱的非线性光学测量技术,并绐出了一些具有代表性的研究结果。

二维材料的超快光谱技术研究

激光与二维材料相互作用的超快机制是近年来国际上一大研究热点。介绍了常见的用于激光与二维材料相互作用的三种超快光谱技术,即瞬态吸收谱、超快红外吸收谱以及时间分辨荧光谱。阐述了这三种瞬态光谱技术各自的原理、结构和特点。最后对超快光谱技术的未来发展趋势进行了展望。

半导体中超快过程的研究

用飞秒脉冲激光技术研究了半导体中的超快过程.通过用超快光生电压谱对激光激发载流子的动量弛豫过程进行检测,得到在半导体硅中载流子的动量弛豫时间约为70飞秒,该过程与载流子与载流子的散射几率有关;对于锗硅量子点,由于载流子的散射几率下降,使动量弛豫时间增加至130飞秒.用超快反射谱法测量了载流子的能量弛豫过程和扩散过程,用高能量激光激发得到载流子的能量弛豫时间约为几个皮秒,这与载流子与声子的散射几率密切相关;而用低能量激光激发可得到光生载流子的扩散时间约为1百皮秒量级.

乙二醇的分子间氢键结构动力学的飞秒非线性红外光谱

利用稳态线性红外光谱和飞秒泵浦-探测红外光谱技术,研究了在乙腈(Me CN)、丙酮(AC)、四氢呋喃(THF)和二甲基亚砜(DMSO)溶剂中乙二醇(EG)的结构和羟基(―OH)伸缩振动动力学.结果表明,乙二醇的―OH伸缩振动的频率位置、峰宽以及振动弛豫动力学都表现出强烈的溶剂依赖性.乙二醇溶液中至少存在两种形式的分子间氢键,一种是溶质-溶剂团簇的分子间氢键,另一种是溶质-溶质团簇的分子间氢键.量子化学计算预测的―OH伸缩振动频率的溶剂依赖性与我们的红外光谱实验观测结果一致.进一步,我们发现在乙腈中参与形成溶质-溶剂团簇氢键的乙二醇―OH伸缩振动具有最慢的弛豫动力学,丙酮和四氢呋喃次之,而最快的弛豫动力学过程发生在二甲基亚砜中.在每一溶剂条件下,乙二醇/乙二醇溶质团簇中―OH伸缩振动弛豫都更快一些.本文结果有助于认识在溶质-溶质、溶质-溶剂分子团簇共存的体系中不同分子间氢键的结构动力学特性.

Development and Application of Ultrafast Circular Dichroism Spectroscopy Techniques

Chirality hold broad applications in life sciences,quantum devices,and various other areas.Traditionally,molecular chirality can be characterized by using steady-state circular dichroism spectroscopy.However,the techniques that can characterize excited state chirality are progressively capturing the public interest as it can provide the dynamic information for chirality generation and transfer.In this review,we focus on the theoretical background and the developmental history of femtosecond time-resolved circular dichroism spectroscopy(TRCD)techniques around the world.Additionally,we provide examples to showcase the utility of these techniques in the analysis of the dynamical molecular chemical structures,the investigation of molecular chirality generation,and the detection of electron spin dynamics in semiconductor quantum dots.

茵陈蒿中芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷的确认及含量测定

目的 确认我国内地产茵陈蒿中存在芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷,并建立测定其含量的高效液相色谱(HPLC)法。方法 采用高效液相色谱-二极管阵列检测器(HPLC-DAD)法鉴定,色谱柱为Symmetry C18柱(250 mm×4.6 mm,5μm),流动相为乙腈-0.1%磷酸水溶液(梯度洗脱),流速为1.0 mL/min,柱温为30℃,检测波长为200~400 nm;采用超快液相色谱-三重四极杆飞行时间串联质谱(UFLC-Triple-Q-TOF-MS/MS)法鉴别,电喷雾电离负离子模式下采集数据,PeakView 1.6软件提取总离子流图;采用对照品比对,比较对照品溶液和供试品溶液色谱图中色谱峰的保留时间、紫外吸收光谱及总离子流图中相同保留时间分子离子峰的一级和二级质谱数据,鉴定茵陈蒿中的芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷;同时,采用HPLC法,于270 nm波长处测定35批茵陈蒿样品中芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷的含量。结果 对照品溶液和供试品溶液色谱图中相同保留时间色谱峰的紫外吸收光谱基本相同,总离子流图中相同保留时间分子离子峰的一级和二级质谱数据基本一致。芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷质量浓度在0.082 3~16.640μg/mL范围内与峰面积线性关系良好(r=0.999 9,n=8);定量限和检测限分别为36.67 ng/mL和20 ng/mL;日内精密度、日间精密度、稳定性和重复性试验的RSD均小于4.10%(n=6);平均加样回收率为96.37%,RSD为1.40%(n=6)。35批茵陈蒿样品中芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷含量在0.037~0.339 mg/g之间,其中产地为河南的平均含量最高(0.144 mg/g)。结论 确认了我国内地产茵陈蒿中存在黄酮二糖碳苷类成分芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷。所建立方法操作简单、重复性好,可用于茵陈蒿中芹菜素6,8-二-C-β-D-葡萄糖苷的含量测定。

LHCb探测器上J/ψ对的强产生

非相对论量子色动力学是研究强相互作用的重要理论,需要大量的实验来检验理论的有效性。对于强子对撞机上J/ψ对的产生,给出了非相对论量子色动力学框架下色单态福克态的完整次领头阶计算。在LHCb探测器的实验条件下,计算结果表明次领头阶的结果和LHCb探测器给出的J/ψ对质量谱分布不太一致,在小质量区域理论和实验结果曲线行为不同,而且实验数据下降得比理论计算更慢。除了质量谱,还预言了J/ψ对的快度差分布,期待未来能有LHCb实验数据来检验此理论结果。

UFLC-ESI-IT-TOF鉴定六味地黄丸中的化学成分和代谢成分

目的:鉴定六味地黄丸中的化学成分和代谢成分。方法:采用超快液相色谱梯度洗脱,飞行时间质谱正负离子同时检测。结果:在六味地黄提取物中鉴定了40种化学成分,在大鼠血中鉴定了6种原型药物和9种代谢产物,并推断了以上产物的代谢途径。结论:UFLC-ESI-IT-TOF方法适合于复杂中成药样品的分析,有助于全面了解六味地黄丸中的化学成分和代谢成分。