静态搅浑装置对核设施送风管气溶胶分布规律影响的数值分析

对气载放射性流出物中的气溶胶监测是核电厂辐射监测的重要内容之一。受通风管道结构的影响,流场尤其湍流对气溶胶在管道中输运分布的均匀性具有较大影响,对辐射监测的取样代表性带来一定困难。通过优化设计实现送风管道中气溶胶的均匀分布对取样代表性具有重要意义。经过改变叶片的扭曲角度及叶片的占比面积,设计了三种结构的静态搅浑装置,并通过数值模拟方法分析了不同搅浑装置产生的空气流场及对气溶胶浓度分布规律的影响。结果表明:静态搅浑装置能形成较强的旋流,从而改善气溶胶浓度分布的均匀性;增大叶片的扭曲角度以及内叶片的占比面积都会加强产生的旋流场,进一步影响气溶胶的扩散;内叶片面积增大的静态搅浑装置有着适中的旋流强度,其搅浑效果较其他两种结构更优,气溶胶浓度的变异系数下降了30.60%。

内辐射带质子和电子被动屏蔽

高能量/高通量的质子和电子环境对穿越地球内辐射带的椭圆轨道卫星造成超高剂量的累积辐射效应。代替传统单质铝屏蔽防护措施,提出一种用于屏蔽空间质子和电子的复合材料屏蔽结构。采用多层屏蔽程序(Multi-Layered Shielding Simulation Software,MULASSIS)对穿越内辐射带的卫星轨道质子和电子与4种屏蔽材料(聚乙烯、聚丙烯、钽、铝)相互作用进行仿真计算,比较分析屏蔽后的总剂量、位移剂量随4种屏蔽材料面密度变化规律。结果表明:相同面密度下4种不同材料轨道粒子综合屏蔽效能从大到小分别是:聚丙烯、聚乙烯、铝、钽,其中聚丙烯和聚乙烯对质子和电子的屏蔽效果几乎相同。综合考虑4种材料的质子和电子屏蔽效果及机械性能,设计采用聚乙烯/铝复合屏蔽结构。为保障穿越内辐射带的卫星在轨可靠运行,要求总剂量和位移剂量屏蔽防护目标分别为:50 krad(Si)、2×10^(10)p·cm^(-2)(等效10 MeV质子)。仿真验证结果表明,实现上述卫星抗辐射防护指标条件下,聚乙烯/铝复合结构比单质铝结构节省了至少约27.8%屏蔽质量。

等效同位素热源设计制备及其性能测试

通用热源(General-Purpose Heat Source,GPHS)是同位素温差电池(Radioisotope Thermoelectric Generators,RTG)中应用最成熟的热源模块,在同位素电源的研制与测试过程中,GPHS是电加热模拟热源等效性的关键参考。为满足同位素电源系统非核单元等效性测试与验证的需求,基于GPHS的各项实际性能参数,设计并仿制了一种电加热模拟热源。基于仿真计算与实验测试结果,分析评价了仿GPHS模拟热源的热输出特性、等效替代性及其在不同应用场景下的运行效果。当输入功率为250 W时,仿GPHS模拟热源表面平均温度可达515 K,且温度随功率变化的趋势与仿真结果相吻合。经实验测试,在250 W热源功率下,RTG模块的能量转化效率可提升至6%左右。本文提出并构建的仿GPHS模拟热源等效性良好,且可适用于同位素温差电池,对同位素电源的性能评价提供一种有效的、统一的参考标准。

基于响应矩阵的RFQ新调谐算法的验证与实现

射频四极场加速器(Radio Frequency Quadrupole,RFQ)广泛应用于质子加速器装置中,高频率、紧凑型RFQ的发展可以推动质子加速器装置的小型化,同时也面临调谐困难的问题。紧凑型RFQ的性能对腔体尺寸的敏感度高,基于理论物理特性的传统调谐算法难以取得良好效果,而基于腔体实际物理特性的调谐算法则可以解决紧凑型RFQ的调谐难点。本文提出了一种基于响应矩阵和最小二乘法的调谐算法,该算法可以限定求解的范围,避免计算结果超出调谐器可调谐范围的问题;为二极场分量赋予权重,可以高效地降低二极场误差,解决二极场分量难以调谐的问题。根据新的调谐算法分别在模拟环境下的RFQ样机上完成了调谐实验,在搭建的测量平台获得的结果显示:初始状态下二、四极场误差分别为24.09%和1.57%,经过5次调谐后两者误差分别降为2.33%和1.39%,验证了调谐算法的有效性。该调谐算法具有普适性,也可以用于其他频率的RFQ,将来还可以促进质子加速器装置的小型化,推动医用质子装置的普及。

EJ299-33A闪烁体光输出及其应用研究

闪烁体探测器的光输出影响其探测效率、探测阈值,决定着其应用范围和前景。EJ299-33A是一款具有脉冲形状甄别(Pulse Shape Discrimination,PSD)功能的塑料闪烁体,可用于核物理与核技术实验中进行中子、γ射线及带电粒子混合场的粒子鉴别和测量。利用^(137)Cs、^(60)Co标准γ射线放射源实验测量了EJ299-33A型探测器光输出谱,并利用蒙特卡罗模拟程序Geant4进行了理论模拟。通过对比实验与模拟光输出谱,可精确地确定康普顿边沿的位置,得到探测器电子能量刻度函数,并进一步研究了探测器有效中子探测阈。在此基础上,用Geant4模拟计算了200 keV~3 MeV区间的15个不同能量点的EJ299-33A探测器γ光输出谱,结合空气吸收剂量理论值获得了能谱-剂量转换函数G(E)。

在线环境氡浓度测量的离子脉冲电离室研制

氡(Rn)及其子体对人体呼吸器官有严重危害,为避免有害辐射,需准确测量环境空气中的氡浓度。氡及其子体衰变放出的α粒子能将空气分子电离,据此研发了一套基于离子脉冲电离室的探测器系统,实现对单个辐射粒子的信息记录和空气中的浓度准确测量。该探测器通过双屏蔽结构来有效抑制噪声,并采用离子脉冲收集方式,通过示波器波形采样来获取数据。探测器的工作电压区间为-400~-1 200 V,对241Am衰变产生的α粒子的能量分辨半峰全宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)达到了17%,并在不同地点对空气中的氡含量进行了测量,得到有效信号和计数。测量结果表明:该地点符合GB/T 50325-2020对室内氡浓度的规定。

CFETR离子回旋加热天线中子学分析

离子回旋加热是用以维持聚变堆实现长脉冲、高功率稳态运行重要的加热手段之一。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的离子回旋加热天线将经由一个上窗口引入,其天线发射前端将占据一个包层的位置。由于天线直接面对等离子体,受高通量中子辐照,因此需要评估天线的辐照损伤;另外,天线内部存在大量空隙,造成中子泄漏,对后部真空室、线圈等部件造成辐照影响,因此需要评估其屏蔽性能,支撑屏蔽设计。基于22.5°扇段的水冷包层CFETR模型,用cosMCNP软件将CAD模型转为中子学模型,使用MCNP5粒子输运程序和FENDL-2.1数据库,通过全局减方差(Global Variance Reduction,GVR)“onthe-fly”减方差方法,开展离子回旋加热天线核分析。计算了天线主要部件辐照损伤和核响应,包括中子通量、平均原子离位(Displacement Per Atom,DPA)、气体产生率和核热密度等,为后续天线冷却系统的设计和寿命评估提供数据;获得引入天线后相应位置的真空室、窗口以及纵场线圈的中子辐照损伤,以评估屏蔽是否满足需求。此外,天线占据包层位置,将导致氚增殖比(Tritium Breeding Ratio,TBR)降低,由原始的1.151降至1.147,降低0.35%。

熔融铅锡合金与冷却剂相互作用热细粒化研究

堆芯熔融物与冷却剂相互作用(Fuel Coolant Interaction,FCI)是核反应堆严重事故下可能发生的严重问题之一。为进一步了解FCI现象及解明热细粒化过程的关键影响因素,本文通过可视化实验方法,采用铅锡合金模拟材料开展实验研究。采用高速摄像系统对反应过程进行图像采集,通过计算熔融物所占像素点的面积得到熔融物的截面积;收集反应碎片,从实验产物形貌、相互作用过程状态及熔融物周围气体分布三个方面对影响热细粒化过程的熔融物初始温度、质量及冷却剂温度展开研究。结果对比分析表明:熔融物温度升高,热细粒化程度先增加后减小;初始水体量一定的情况下,熔融物质量增加,可能导致熔融物细粒化程度降低;冷却剂过冷度增加,热细粒化程度增加。

鼠脑神经网络的同步辐射3D成像研究

探讨同步辐射吸收衬度成像技术在观察高尔基-考克斯染色小鼠脑显微神经网络3D成像中的应用。将12只正常C57小鼠随机分为A、B两组,进行灌注取脑,A组不做染色处理,B组鼠脑进行高尔基-考克斯染色处理,并于梯度乙醇中脱水,标本在上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)X射线成像与生物医学应用光束线站(BL13W1)进行扫描,用Amira等软件处理数据。成像结果显示,X射线吸收衬度成像技术作为一种先进的显微神经网络立体呈现方式,图像精准呈现了小鼠小脑神经网络结构以及单个神经元形态,为小鼠脑神经元的形态学研究提供了三维可视化的新方法、新思路。同步辐射可实现高精度3D神经成像,克服了传统染色2D组织学需要切片对样本造成破坏等劣势,本方法与高尔基-考克斯染色结合,可对局部脑区的显微神经网络构筑进行无损研究且保留了脑部的完整性。

基于新型金属氘化物电极的真空弧离子源性能研究

采用金属氘化物电极的真空弧离子源,可产生强流氘离子束,在中子发生器、强流加速器等领域有着广泛的应用前景。本文针对一种新型金属氘化物材料(Zr0.45Ti0.5Cu0.05Dx),研究了基于该材料制作的电极源片,及其表面状态和晶体结构,并通过磁质谱分析方法研究了采用该电极源片的真空弧离子源放电性能。研究结果表明:这种新型金属氘化物材料吸氘(金属氘原子比约1:(1.6~1.7))前后体涨约18%,表面无宏观裂纹;微观下存在微细裂纹,裂纹宽度均小于100 nm。离子源放电获得的氘离子成分比例较普通氘化钛电极情况稳定性高。另外,随着放电弧流的增加,氘离子比例有所下降,表明大放电弧流下,源片中低熔点的铜元素气化量增大,降低了氘原子的电离效率。本文研究为基于金属氘化物电极的真空弧离子源电极材料选择提供了一种新的选择。

《核技术》投稿要求

《核技术》创刊于1978年,由中国科学院上海应用物理研究所和中国核学会主办,旨在展示最新的核科学技术发展动向,及时反映我国核科学技术的现状和学术水平,介绍最新的核科技成果。本刊是北京大学出版社《中文核心期刊要目总览》(第8版)和“中国科技论文统计源”收录期刊,被美国化学文摘(CA)、日本科学技术文献速报(CBST)、英国INSPEC数据库、荷兰SCOPUS数据库、中国知网(CNKI)、中国科学引文数据库(CSCD)、万方数据库、超星期刊域出版平台、中国生物医学文献服务系统(SinoMed)、中文生物医学期刊文献数据库(CMCC)和中国生物医学期刊引文数据库(CMCI)收录。本刊的主要学术方向为:同步辐射技术及应用,低能加速器技术、射线技术及应用,核化学、放射化学、放射性药物和核医学,核电子学与仪器,核物理、交叉学科研究,核能科学与工程等。

熔盐圆管内湍流对流换热实验研究

本文依托高温熔盐(High Temperature Salt,HTS)热工实验回路开展了硝酸盐(KNO3-53%,NaNO2-40%,NaNO3-7%)熔盐圆管内的强迫对流换热特性研究,通过威尔逊修正法获得了熔盐在圆管内充分发展湍流的对流换热系数,将实验结果与公开文献中的5种熔盐的实验结果合并后拟合,获得10 000<Re<50 000和4<Pr<26范围下适用于高温熔盐工质的管内充分发展湍流的实验关联式。另外,为验证熔盐的换热特性是否仍然符合经典关联式的换热规律,将不同种类熔盐工质与经典关联式Dittus-Boelter关联式、Sieder-Tate关联式、Hausen关联式以及Gnielinski关联式进行比较分析,实验结果与经典关联式符合得较好,偏差在25%以内。

基于非线性迭代的反应堆三维堆芯实时数值模拟

为了提高两群三维中子时空扩散方程的求解精度与速度,基于非线性迭代策略的瞬态求解方法被应用于反应堆堆芯的实时数值模拟过程中。中子通量密度与功率的瞬态空间分布应用粗网有限差分法(Coarse Mesh Finite Difference Method,CMFD)来实时求解;应用节块展开法(Nodal Expansion Method,NEM)来计算耦合修正因子;非线性迭代法(Nonlinear Iteration Method,NIM)利用耦合修正因子来实时校正CMFD的耦合系数;采用动态群参数校正方法来降低控制棒尖端效应。开发了反应堆三维堆芯实时数值模拟程序,利用典型基准算例进行了实时仿真验证。结果表明:NIM融合了NEM精度高与CMFD速度快的优点,可以有效地解决核电站全范围仿真机开发过程中,反应堆三维堆芯瞬态仿真模型的高精度与实时性兼顾的问题;动态群参数校正方法可以有效降低控制棒尖端效应,验证过程中对不同的网格划分、不同的迭代收敛准则进行了性能测试与敏感性分析,对其合理选择提出了建议。

中子屏蔽测试系统中子响应影响因素仿真分析

目前屏蔽材料的中子屏蔽性能测试还没有统一的标准,为了研究中子屏蔽测试系统中子响应可靠性和稳定性的影响因素,采用超级蒙特卡罗SuperMC程序模拟中子屏蔽测试系统建模,对探测器远近位置、探测器偏离位置、辐射源偏离位置及测试样品规格等影响因素进行了仿真分析,结合中子探测仪器的中子响应曲线对中子通量、平均能量及中子能谱等仿真数据进行比较和分析,提供了较为合理可靠的测试参数,为减少屏蔽测试系统测试误差提供理论依据。

基于大数据平台的EPICS历史数据归档系统

实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)用于大装置所产生的数据累积量,按照关系型数据库中所占字节计算可接近TB量级,目前采用的RDB Channel Archiver归档系统在这个量级上的查询性能已达到瓶颈状态,为了满足钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)实验装置SF0(Solid Fuel)的运行数据保存和查询需要,本文对新一代归档系统Archiver Appliance进行了深层次的研究,并将其应用在SF0仪控系统上。该系统在功能上相比原归档系统具有更加快速的检索性能、丰富的系统状态查看界面,并具有直观的图表查看功能等。经过对其结构进行深入分析,发现了提高其查询速率的因素并进行了测试验证;同时针对系统的功能缺陷开发了实时监控工具,进行了页面的并发性能、查询性能等测试。经过测试比较,该系统的综合性能要明显优于RDB Channel Archiver,目前已在SF0仪控项目中稳定运行。

第六届全国同步辐射学术年会

为了推动国内同步辐射的学科交流和发展，中国物理学会同步辐射专业委员会将于2018年12月5～8日在海南省海口市召开第六届全国同步辐射学术年会。现将会议有关事项通知如下：一、会议主题1．光源技术和光束线站技术2．同步辐射实验方法3．同步辐射应用（包括自由电子激光、相干T-ray等）4．国内同步辐射装置进展及未来发展设想5．同步辐射专业委员会换届选举，“青年之光”优秀论文评选。

ThorCon堆氚产额分析研究

ThorCon堆是一种以熔融氟盐(Na F-Be F2-Th F4-UF4)作为燃料及冷却剂、石墨为慢化剂的小型模块化熔盐反应堆。在热中子的照射下熔盐中的Be、F以及屏蔽层和石墨中的B会发生核反应产生氚。氚在高温下具有很强的渗透能力,能够影响金属构件的力学性能,减少其使用寿命。进入环境的氚在高温下易氧化为氚化水。氚化水进入人体后会形成内照射,对操作人员健康造成影响。根据产氚反应的性质及中间产物个数可将产氚反应分为三类:直接产氚反应、有中间产物的产氚反应、三裂变产氚反应。并对这三类反应分别建立相应的计算方程。计算结果表明,ThorCon堆年产氚约为5.444 g。其中Be反应产氚是最主要的氚来源,88.5%的氚来源于Be。如能降低Be含量,将大幅降低氚的产额。

基于延迟块读出的多丝正比室探测器的研制

为了验证延迟块读出法(Delay-line Readout Method)在大面积中子探测器位置测量中的可行性,研制了一整套应用于中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程的二维位置灵敏多丝正比室(Multi-wire Proportional Chamber,MWPC)探测器原型样机。入射粒子在探测器中的位置信号首先通过一组5 ns延迟块在相反两端输出,再进入高精度时数转换器(Time to Digital Converter,TDC)电子学系统,转换为时间差数字信号的方式记录下来,最后运用root软件进行数据分析。分析结果表明:从绘制的二维图中能看到α源3个不同位置坐标,与α源的摆放位置一致且位置分辨均好于2 mm,说明研制出的MWPC探测器与延迟块读出法能完美匹配起来,达到高精度的位置测量需求。

PB-FHR的控制棒布局设计及物理效应

反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。氟盐冷却高温球床堆(Pebble Bed-Fluoride salt-cooled High temperature Reactor,PB-FHR)用B4C吸收体的控制棒作为反应性控制的主要手段。所有控制棒分布于石墨反射层的孔道中,其空间布局、几何结构、中子吸收体的特性参数等是影响控制棒反应性控制的关键因素。本文基于SCALE6程序,以10 MW固态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF1)(属于PB-FHR)设计模型为参考,系统研究了石墨反射层中控制棒径向位置、有效行程、棒体结构、吸收体长度、吸收体密度等因素对控制棒价值的影响。结果表明,控制棒的径向位置对控制棒价值影响较大;控制棒吸收体长度需综合考虑上下限位及极限下插限位对价值变化的影响;^(10)B的原子密度变化对控制棒价值影响较小。本研究为PB-FHR的反应性控制系统的设计及控制棒的制造加工提供理论参考。

Pt(110)表面催化CO氧化反应原位研究

CO氧化作为最重要的原型反应之一始终受到广泛关注,而Pt系金属表面催化CO氧化反应的机理目前仍存争议。为了研究Pt表面催化CO氧化反应的机理,借助近常压光电子能谱(AmbientPressureX-ray PhotoelectronSpectroscopy,APXPS)结合在线质谱(MassSpectra,MS),原位分析了Pt(110)表面催化CO氧化反应过程中表面物种以及反应产物的变化。实验结果表明:Pt(110)表面催化CO氧化反应过程可以分为三个状态:1)低反应活性状态,Pt(110)表面CO中毒,CO2的产生速率很低;2)高反应活性状态,Pt(110)表面发生点火反应并伴随大量反应热的释放;3)传质速率限制的反应状态,Pt(110)表面O过量,反应速率受到CO扩散速率的限制。保持反应气体总压强为100 Pa,通过改变不同的CO和O2比例,发现Pt(110)表面催化CO氧化反应的点火温度随着CO含量的增加而升高。本工作对于理解Pt(110)表面催化CO氧化反应机理具有重要帮助,同时为进一步弄清催化反应的活性物种提供了基础。