人工快速地下渗滤系统处理农村生活污水的实验研究

以河砂、粉煤灰、钢渣和煤渣为渗滤介质,模拟研究了人工快速地下渗滤系统在不同水力负荷条件下对农村生活污水中主要污染组分的处理效果。结果表明,系统对污染物的平均去除率随水力负荷的增加呈现先升高后下降的趋势;在水力负荷为1.6 m/d时,系统对污染物的平均去除效果最佳,对总磷、氨氮和COD的去除率分别为66.73%-90.06%、26.04%-89.32%和11.76%-91.51%。

基于Julia加速的射频大地电磁法正演模拟与位移电流作用研究

射频大地电磁法(Radio-magnetotelluric, RMT)是浅地表电磁勘探的重要手段之一。由于勘探频段为10~300 kHz,其电磁场传播受地下介质介电常数的影响较大。传统准静态条件下的电磁响应严重制约RMT正演模拟精度,并进一步影响反演成像分辨率。针对这一问题,提出了一种基于Julia并行加速的全电流RMT电磁响应数值模拟方法,利用Julia的分布式计算将各频点的计算发送到不同进程进行求解,从而达到加速计算的目的,同时在计算中考虑位移电流的影响,提升正演的模拟精度。通过计算几种典型高阻/高介电模型的RMT响应,分析并总结了位移电流对射频段电磁场视电阻率及相位响应的影响规律。数值模拟结果表明:当浅部存在高阻覆盖层时,基于准静态假设条件计算的RMT视电阻率和相位响应偏高,且频率越高、覆盖层电阻率越大,响应偏差越大;对于煤炭采空区模型,RMT法能有效反映异常体位置,但忽略位移电流会在采空区及其附近引起较大计算误差;起伏地形的算例表明地形会覆盖地下异常体的RMT数值响应,尤其是地形拐角处;2种不同规模的并行算例对比证明了并行算法的高效性,且随着求解问题规模增大,并行算法效率也随之增大。本文研究提高了RMT的正演速度与精度,为后续快速反演算法的实现奠定基础,数值算例表明RMT法在煤田采空区等实际勘探中具有较好的应用前景。

直线成形方法在基于SDD探测器的TXRF仪能谱测量中的应用研究

因全反射X射线荧光仪中入射X射线与全反射X射线形成驻波,导致样品被激发产生的特征X射线成周期变化,且在驻波峰区探测器产生的核脉冲重叠严重,有必要提高后续分析电路的重叠核脉冲幅度准确提取能力,进一步提升全反射X射线荧光仪的性能。由于SDD探测器产生的核脉冲下降沿依衰减系数τrc呈指数规律衰减,依据衰减补偿原则,建立直线成形方法并推导应用于数字化核脉冲的递归公式。实验发现:在ADC转换器的取样周期为T下,当k≥T/τrc时直线成形后的核脉冲顶部才能形成一条直线;在k=T/τrc时上升沿最短,重叠核脉冲分辨能力亦最好。直线成形后的核脉冲上升沿及平顶分布与上升时间参数最小时的梯形成形结果相同但前者的平顶更为光滑;由于直线成形后的核脉冲不存在下降沿,使得其宽度更窄,有利于分离相距更近的重叠核脉冲。通过拟合直线成形后的核脉冲分布规律,确定了直线成形方法可准确提取幅度值的最窄重叠核脉冲间隔;且直线成形方法对不同幅度核脉冲的放大倍数一致,证实直线成形方法不会改变谱仪的能量线性。直线成形方法能可靠应用的前提是准确定位核脉冲的起始位置,为此建立起冲击成形递归公式,验证发现冲击成形后的核脉冲仅在其起始位置出现幅度约等于核脉冲幅度的冲击响应,利用阈值判别就能准确定位所有核脉冲起始位置。最后在FPGA内实现上述算法,并进行10组比对实验,实验结果显示直线成形方法在堆积平台与和峰压制能力、峰背比和能量分辨率三个方面均优于梯形成形与模拟式能谱测量系统,证实直线成形方法能极大地提升全反射X射线荧光仪的性能。

不同热管工质对热管冷却反应堆堆芯物理参数的影响与分析

热管冷却反应堆采用非能动传热技术,热响应速度快,可避免堆芯单点失效,具有功率密度大、寿命长、环境适应性强、工作性能稳定等特点,是目前空间核反应堆研究的热点。基于清华大学开发的反应堆蒙特卡洛中子输运程序RMC(reactor Monte Carlo code),以美国爱荷华国家实验室(Idaho National Laboratory,INL)设计的热管冷却反应堆INL Design A为研究对象,选取3种热管工质开展热管冷却反应堆堆芯物理计算。计算结果表明:锂热管工质不仅拥有很好的热物性参数,并且使用锂热管工质的热管冷却反应堆缓发中子有效份额最大、中子能谱较硬、燃耗反应性损失最小、增殖性能最佳,有利于热管冷却反应堆堆芯小型化与长寿命。因此,推荐锂为热管冷却反应堆的热管工质。

基于FPGA的伽马射线脉冲数字高斯成形算法研究

核能谱测量技术的数字化已成为一大发展趋势,而如何在数字化处理芯片上实现数字滤波成形算法是其关键技术之一。论文以S-K滤波器模型为基础对数字化伽马能谱测量中的数字高斯成形算法进行了推导分析和Matlab仿真,并结合SD编码方法对该算法进行了改进与优化,使其能够在FPGA芯片上予以编程实现,且通过具体的实验验证了该方法的正确性和可行性,效果良好。

基于ERS2S测氡仪的氡析出率准确测量研究

氡析出率的测定是废石堆、尾矿堆监测治理中的重要指标,德国ERS2S氡钍射气析出率测量仪提供了线性拟合和指数拟合两种数据处理方式,在实际工作中往往出现难以确定选择使用何种数据处理方式能得到较为准确的氡析出率。针对该问题本文从线性拟合和指数拟合两种计算方法的理论模型入手,分析两种拟合方法的适用范围。研究表明线性拟合适合短时间测量,随着测量时间的增加,线性拟合计算的氡析出率误差将会不断增大。指数拟合需要测量数据较多,短时间测量时容易产生较大误差,长时间测量拟合度较好。研究成果有利于使用ERS2S测氡仪准确测量氡析出率,同时也为氡析出率的新测量方法的研究提供了理论、实践基础。

基于MSP430F4618混合编程的伽玛能谱采集方法研究

为了缩短手持式伽玛能谱仪的测量死时间,完成低电压工作和低功耗设计,采用超低功耗微处理器MSP430F4618与外围信号调理、反符合电路接口,并与片内采样保持和A/D转换器一起,构成能谱信号采集电路。采用C语言和汇编语言混合编程方法,通过汇编编程完成底层信号的采样保持、A/D转换与能谱采集程序设计,通过C语言编程完成系统监控与任务调度程序设计。采用高效DC-DC电路完成由两节可充电5号电池供电的手持式伽玛能谱仪电源设计。应用上述方法研制的伽玛能谱仪样机进行测试,结果表明能谱采集执行时间缩短了2～3倍,即缩短了测量死时间;并且整机工作电流不超过150 mA,两节2 400 mAh的5号可充电电池可供样机持续工作时间超过10小时,能够满足实际应用需求。

基于局部性原理的小额实时电子支付结算系统设计

借鉴国外已有的支付结算模式,结合我国支付系统的特点及安全要求,提出一种基于计算机局部性原理的小额实时结算及安全支付方案。该方案采用专门结算服务器接收从银行端返回的用户支付数据,当出现某用户支付后不能实时结算时提供自助对账结算系统从银行获取用户支付信息,并对该时间段内的所有支付进行强制结算处理,以便于其他用户实时结算,保证了支付系统中的支付安全性和结算实时性。实践数据表明,该方案在支付及结算业务中具有4A特色。

纳米晶体SiC薄膜制备方法研究进展

纳米晶体Si C凭借其独特的物理、光学及电学特性成为适合在高温、高频、高功率、高辐照环境工作的绝佳半导体材料、核聚变反应堆包层材料和核辐射探测材料。本文对纳米晶体Si C的结构及其特性进行了介绍,综述了目前制备纳米晶体Si C的主要方法,包括磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法、光化学气相沉积法和电子回旋共振化学气相沉积法,并对每种制备方法的工艺条件和材料特性进行了分析和总结。

基于高斯锐化法的重叠峰分解方法研究

在放射性能谱测量中,由于探测器分辨率较低、待测样品中原子能级相近,往往会出现全能峰的重叠现象,对放射性核素的定性或定量检测带来较大的困难;常规的分离算法一般需要复杂的谱变换或大量的标准谱样本,不适用于现场测量中重叠峰的实时分解。因此,提出一种基于高斯锐化法的能谱重叠峰解析方法(GSM),结合峰锐化法的分辨率增强能力和褶积滑动变换法的平滑特性,可快速地识别、定位和解析γ能谱中的重叠峰。该方法首先对高斯函数进行锐化并做归一化处理,并以此作为变换算子,选择合适的高斯参数及窗宽度,通过对原始γ能谱数据进行褶积滑动变换,达到滤波和提高重叠峰分离度的目的;然后求解GSM成形处理后的谱线近似函数作为目标函数,并选取峰位中心附近若干点作为初始参数,最后以非线性拟合的方法进行重叠峰特征峰参数的解析。实验中,首先验证了该方法变换前后峰位、峰面积特征值的不变性,其次分别对重叠峰能谱段以及MCNP模拟的^(131)I,^(137)Cs,^(214)Bi,^(206)Bi和^(26)Al混合放射源γ能谱进行方法验证。实验结果表明,该方法对于分离度大于0.375、信噪比大于40 dB的重叠峰具有较好分解效果,分解前后的峰位和峰面积的相对误差分别在1%和4.5%以内;对于γ能谱进行全谱解析后,重叠峰的峰位分离相对误差在1%以内,单峰的分离相对误差约为0.1%以内,且当变换算子的半宽度接近探测器能量分辨率时,重叠峰的分解结果更准确。该方法具备较好的噪声抑制性能,在全谱解析中无需进行能谱光滑及本底扣除等谱线预处理操作,且计算资源耗费少,分解精确度较高,便于能谱测量系统的嵌入式实时解谱应用,对放射性测量中能谱的现场快速解析具有实用性。

结合态与未结合态氡子体采样装置研究

氡及其子体是对人体造成天然辐射的主要来源,尤其是未结合态氡子体对于人体危害更大。本文根据风扇模型扩散理论对结合态与未结合态氡子体采样器进行改进研究,研制出新型联丝网组可以对结合态和未结合态氡子体同时进行实验测量,为后续研究未结合态氡子体变化规律打下了基础。

基于γ射线的通道式放射性监测仪设计

目前的放射性物质监测技术和设备较为单一,无法满足各行各业的不同需求。为了对放射性物质进行实时监测,设计了一款可以对车辆、行人、包裹等为监测对象的通道式放射性监测仪。监测仪主要由NaI闪烁体探测器、ARM嵌入式系统构成,整机利用AD完成PCB电路板设计、AutoCAD完成整机外壳的设计和用Keil 5软件进行程序编写;利用人机交互软件和蓝牙模块实现远程在线监测,并对监测对象进行实时监测。最后对制备好的监测仪进行实时性能检测,发现其中微量放射性物质,同时发送报警信息,并完成对检测数据的储存。该系统应用对于现代化安检、反恐、维稳、治安防控和管理等工作将会发挥重要的作用,可有效预防灾害事故的发生,对于维护国家安全、社会稳定,保护民众的生命财产安全,具有积极和深远的社会意义。

氡室氡浓度均匀性测试与评价

为确保氡室提供较好的氡浓度计量标准,氡室氡浓度均匀性评价是一个关键问题。基于氡观测数据的统计特征,提出了氡室氡浓度均匀性评价方法。氡浓度参考值根据各观测点结果采用迭代算法获得,用于分析各观测点结果的指标为相对百分比差异D(%)和Zeta分数(ζ)。在HD-6型多功能自控氡室中进行了两次均匀性测试,所得相对百分比差异均在±5%以内,Zeta分数|ζ|值均≤2。通过应用实例,证明了所提评价方法的可行性,为高精度氡室标准的研究奠定了基础。

基于傅里叶变换的数字化脉冲对称高斯成形算法设计

随着高速模数转换器的出现,数字化脉冲滤波成形算法被广泛应用于核仪器。现行的滤波成形算法中梯形成形算法输出脉冲宽度可调,有利于提升核仪器的脉冲通过率;高斯成形算法具有优越的信噪比,使得核仪器的能量分辨率较优。为保留高斯成形算法的优点,提升其对重叠核脉冲的分辨能力,必须使其输出脉冲宽度变窄。该研究在假设输出脉冲形状为高斯函数、幅度与输入脉冲相等的情况下,基于傅里叶变换推导了数字化脉冲对称高斯成形算法的递推公式。该递推公式仅由乘法和加法运算构成,易于在现场可编程门阵列中实现。通过对理想脉冲仿真发现:随着输出脉冲标准差的增加,对称高斯成形算法成形后脉冲越宽,对重叠脉冲的分辨能力也越弱;对称高斯成形算法成形后脉冲宽度比梯形成形后最窄脉冲更小,说明对称高斯成形算法具有更优的重叠脉冲分辨能力。通过对18种信噪比的脉冲各10000次仿真发现:在同一输出脉冲标准差下,随着输入脉冲的信噪比增加,输出脉冲幅度均值先增加,当信噪比大于55 dB后输出脉冲幅度维持稳定;随着输出脉冲标准差增加,输出脉冲更平滑,结合频谱图发现切断频率亦更小,说明其去除噪声的能力更强,有利于提升核仪器的能量分辨率。在全反射X荧光仪硬件平台上现场测试发现:随着输出脉冲标准差增加,谱仪能量分辨率提升了5.42%,进一步证实了增大输出脉冲标准差可提升噪声去除能力、脉冲幅度提取亦更准确;能谱总计数率下降了13.02%,进一步证实了成形后脉冲越宽丢弃的重叠脉冲亦越多。上述结论充分证实本文所设计的对称高斯成形算法提升了高斯成形算法的重叠脉冲分辨能力,并能有效应用于数字化多道脉冲幅度分析器实现脉冲高速实时处理。

鄱阳湖区域地下水有机污染物特征与风险评价

鄱阳湖是我国最大的淡水湖及重要生态经济区,选取鄱阳湖东南部地下水有机物进行检测分析并对其进行风险评价。结果表明:定性共鉴定出4类32种有机物;检出率超过50%的有机物共10种,其中80%的有机物检出率达到了100%;定量出的有机物中邻二甲苯质量浓度平均值最高,为2.33μg·L^(-1),滴滴涕的质量浓度平均值最低,为0.02μg·L^(-1),暗示研究区地下水已受到了有机物的污染。健康风险评价表明,研究区地下水中的有机物不会对人体健康产生致癌与非致癌风险;但有机物具有长期残留性及慢性毒性等特征,探究鄱阳湖区域地下水有机物的污染源及有机物的降解工作仍需进行。

密闭型氡室中放射性平衡变化规律的探讨

针对运用动态稳定技术实现氡室氡浓度稳定的密闭型氡室,推导了氡室氡及其短寿子体浓度的变化规律公式;通过详细分析首次补氡和中途补氡过程中密闭型氡室中放射性平衡变化规律,得出密闭型氡室进入放射性平衡期后,氡箱中的氡及其短寿子体长期处在平衡或近平衡状态,工作在平衡期的氡室可以开展仪器标定、调整结合态份额等实验和工作。该研究方法和成果为进一步开展氡室氡子体潜能浓度控制、放射性气溶胶浓度控制、氡子体动力学行为研究提供了方法和理论基础。

控制黑棒和灰棒对AP1000反应堆K_(eff)值影响的M-C模拟

采用正在三门建造的AP1000核电厂堆芯参数,使用MCNP5程序建立AP1000堆芯数学模型。考虑了燃料棒、黑棒与灰棒7种不同排布方式,分3种情况通过调节黑棒和灰棒在堆芯中的深度来研究有效增值因数Keff值的变化情况。模拟结果表明:随着黑棒和灰棒在反应堆堆芯中的插入,Keff值在1.44—1.22之间变化。为了验证其合理性,并用1 000×10-6(ppm)的硼酸溶液进行了化学补偿模拟试验,计算得Keff值在1.17—1.07之间,基本能够满足降低过剩反应性的要求。

基于GPS/CDMA的核事故应急监测系统的设计

设计实现了核事故应急辐射环境实时移动监测系统,包括三个子系统:车载辐射环境现场数据监测系统、无线数据传输系统和监测中心数据处理系统。通过现场多次测试证明,系统满足核应急监测实时数据采集和传输的要求。

基于Android和蓝牙的便携式多道γ能谱仪的设计

将LaBr3(Ce)探测器、主放电路、多道脉冲幅度分析器及蓝牙模块集成在一起,构成数字化探头。数字化探头中的FPGA芯片实现了多道脉冲幅度分析功能,包括数字脉冲成形、阈值去噪、堆积判弃、基线估计及幅度提取等。通过蓝牙无线技术,数字化探头将数据传输给Android智能手机处理,设计并实现了便携式多道γ能谱仪。

铀矿γ能谱测井多核素定量特征能量选择最优化计算——基于特定尺寸LaBr_3(Ce)单晶的钻孔γ谱探测

采用新型LaBr3(Ce)探测器的铀矿γ能谱测井可实现天然产状下对铀等多核素的直接定量。为了选择探测效果最优的特征能量,选定的Φ1.5×2英寸LaBr3(Ce)单晶对备选特征能量光子的探测能否获得较高的相对计数率是一个重要指标。此外,还要考虑是否存在重峰情况及受康普顿散射谱的影响程度。基于此,建立计算相对计数率的数学模型以及与实际钻孔探测条件一致的峰探测效率数值模拟计算模型,计算备选各特征能量的峰探测效率,进而求出可表征各分支相对计数率的指标,通过比较并结合实测仪器谱,分别选出了在该探测条件下对铀组、镭组和钍系核素定量分析最合适的特征能量。