基于逆康普顿散射源核废物成像技术的研究进展及仿真模拟

高放射性水平废物具有放射性核素浓度高、毒性大、持续释放衰变热和衰变时间长等特性,使其处置的难度和风险极高。核废物的精准检测和评估对深地质处置的安全有着重要意义。以核共振荧光方法与三维透射成像相结合的核废物检测方法近年来开始逐步发展并被认为是最有潜力的发展方向。紧凑型逆康普顿散射X/γ射线源是核共振荧光技术应用的核心装置,能够满足工程现场应用和精准无损检测的需求。介绍了国内这类先进辐射源的发展应用情况和相关研究现状。基于紧凑型伽马射线源装置,结合蒙特卡洛模拟,揭示了核废物、废物罐及其外围膨润土的响应机制,实现了对交界区域的成像分析。相关表征数据可作为输入参数,提高屏蔽材料多场耦合的数值模拟精度,预测关键放射性核素的迁移规律,评价屏障系统的可靠性和核废物的泄露风险,为核废物深地质处置的核素识别、检测和安全评估提供有效的技术支撑。

全光逆康普顿散射源

逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大,难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度,具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一种基于激光等离子体电子加速器实现的小型化高能辐射源,具有更短脉宽、更高亮度的辐射输出,应用前景十分广阔。首先,总结了全光逆康普顿散射源在提高亮度、能量和单能性等方面的优化研究进展,并分析了设计重点;最后,介绍了全光逆康普顿散射源在基础科学研究、工业和生物医学领域的典型应用。

时间拉伸漂移管模拟技术

通过粒子模拟(PIC)的方法研究了可用于全高半宽度10 ps量级快脉冲光信号脉宽测量的时间拉伸漂移管。分别模拟了光阴极半径、加速管长度、加速电压、漂移区长度、螺线管中心磁场强度、初始光电子能量和初始光电流对时间拉伸漂移管展宽系数的影响。分析了时间拉伸漂移管展宽系数的主要影响因素,同时给出了漂移管展宽系数对初始电子能量和初始光电流的线性关系,证明了所设计的时间拉伸漂移管能够满足逆康普顿散射源的束长测量。研究结果可为逆康普顿散射源电子束长测量提供技术手段。