最新刊期
      2023 年 第 46 卷 2 期

        综述

      • 李成勋,霍志鹏,钟国强,胡立群
        2023, 46(2): 20001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020001
        摘要：采用氘、氚燃料的核聚变反应会产生大量的中子、γ射线及活化产物等，对人员和环境的辐射安全产生影响。为了减小电离辐射带来的影响，需要准确掌握聚变装置核辐射场强度的时间与空间分布信息。世界上已建设的磁约束聚变装置，均根据其自身运行工况特点，建立了完整的核辐射监测系统来应对电离辐射带来的潜在影响。通过对磁约束聚变装置运行及维护期间辐射剂量的监测，获得实验场所与外围环境的电离辐射和放射性核素数据，为辐射安全防护管理提供数据支撑。基于对国内外磁约束聚变装置辐射监测系统的调研，本文归纳了此类装置主要的电离辐射源项及监测系统架构，进而介绍了磁约束聚变中子与γ辐射剂量的测量方法及常用探测器。最后综述了国内外核聚变装置辐射监测系统的研究状况，展望了未来核辐射监测系统的发展趋势与目标。  
        关键词：磁约束聚变;电离辐射;中子;γ射线;辐射监测   
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        发布时间：2024-04-09

        同步辐射技术及应用

      • 李海涛,赵波,张祥志,郭智,王勇,朱大明,姚泽颖,崔晨辉,焦禹晨,刘海岗,许子健,马立梅,邰仁忠
        2023, 46(2): 20101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020101
        摘要：同步辐射实验方法在研究材料的结构和物性上具有独特的优势，然而，要实现同步辐射原位高温条件，尤其温度高于2 000 K以上，对很多实验方法来说还是一个挑战。激光加热方法可以实现快速、微区的极端高温条件，已经成为高温物性研究的重要工具。上海同步辐射光源在极端高温研究领域，例如高熵合金、涡轮叶片、航空材料等还欠缺相关的原位高温条件，因此，研制了一种便携式连续激光加热装置，利用光谱仪获得样品的热辐射谱，并通过黑体辐射方法拟合出样品的温度梯度和温度稳定性。利用该装置成功实现真空环境中钨片的快速熔化（熔点约3 695 K），并在上海同步辐射光源表面衍射线站获得了1 608 K原位条件下的MoS2和CTAB-MoS2材料X射线衍射图谱。本工作所研制的激光加热方法拓展了上海光源在极端条件下的实验能力，为极端高温条件下的材料物性研究提供了重要手段。  
        关键词：激光加热;同步辐射;原位实验;X射线衍射   
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        发布时间：2024-04-09

        加速器技术、射线技术及应用

      • 朱军高,卢海洋,赵媛,赖美福,古永力,徐世祥,温猛,周沧涛
        2023, 46(2): 20201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020201
        摘要：激光等离子体加速输出的电子束具有fs量级脉冲长度的优异品质。由于强激光场的存在，直接应用存在一定困难，更多应用场景需要把电子束传输到应用端。能散导致电子束在传输中产生能量啁啾，需要通过束流光学设计抑制脉冲长度的增长。通过对电子束在消色差束线中传输的研究，探索了消色差和非消色差传输中脉冲长度压缩的差异，以及消色差束线中偏转角度、偏转半径对不同能量电子束脉冲长度压缩的影响。针对消色差传输中仅有某个能量电子束得到最优压缩的局限，利用四极透镜磁场梯度的调节使电子束的传输适度偏离消色差，改变对能量啁啾的影响，实现在固定尺寸束线中不同能量电子束的压缩。  
        关键词：激光加速;电子束传输;电子束应用;超快   
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        发布时间：2024-04-09
      • 邢宇博,邹志平,杨蕊竹,马伟,邹丽平,卢亮,杨振
        2023, 46(2): 20202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020202
        摘要：激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术是对材料中元素的组成成分和含量进行测试和分析的一种新技术。针对储氢材料中氢同位素的含量及分布问题，开展了LIBS定量分析技术应用研究。采用体材钛片材料，分别制得不同氢氘原子浓度的氢氘化钛样品，利用LIBS对氢氘化钛样品中氢原子和氘原子含量进行了定量分析。钛元素的发射光谱谱线结合玻尔兹曼图计算得到了等离子体温度为（16 000±1 000） K。利用内定标法，对分别绘制的氢、氘的定标曲线进行积分强度修正，成功地把线性度提高了4%，氢同位素定量分析误差降低了2.8%；同时，根据定标曲线，计算出了相同条件下的氢氘浓度，并与样品制备过程通过压降法得到的浓度值进行了对比。结果显示：采用内定标法的LIBS定量分析技术能够较准确地测量含氢同位素样品的氢氘浓度，氢平均测量误差为3.19%，氘测量平均误差为1.94%，其信号增强效果和数据精确度能够满足定量分析的要求。  
        关键词：储氢材料;氢同位素;激光诱导击穿光谱;定量分析   
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        发布时间：2024-04-09
      • 刘翠翠,李治明,韩金华,郭刚,殷倩,张艳文,刘建成
        2023, 46(2): 20203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020203
        摘要：碳化硅功率器件凭借优异性能被抗辐照应用领域寄予厚望。为探究碳化硅功率器件抗中能质子辐照损伤能力，明确其辐射效应退化机制，对标低地球轨道累积十年等效质子位移损伤注量，针对高性能国产碳化硅结势垒肖特基二极管开展了10 MeV质子室温、无偏压辐照实验。测试了器件辐照前后的正向伏安特性、反向伏安特性、电容特性等电学特性，并通过深能级瞬态谱仪分析了辐照缺陷引入特点。结果显示：器件辐照后正向电性能稳定，较低反向安全电压下漏电流减小，注量增加后击穿电压严重退化；分析认为质子辐照导致势垒高度增加、辐照缺陷增加、载流子浓度降低。碳化硅肖特基功率器件的辐射损伤过程及机理研究，为其中能质子环境应用的评估验证提供了数据支撑。  
        关键词：碳化硅结势垒肖特基二极管;中能质子;辐射效应;电学性能;深能级缺陷   
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        发布时间：2024-04-09

        核电子学与仪器

      • 马树良,刘华军,刘方,张舒庆,李童,施毅,郭亮
        2023, 46(2): 20401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020401
        摘要：聚变堆主机关键系统的综合研究设施的磁体性能研究平台（Magnet Performance Research Platform，MPRP）是为先进超导磁体实验建立的大型实验平台，其历史数据在海量存储情况下存在检索速度慢的问题。因此，对系统检索速度进行研究并开发了MPRP数据归档系统（MPRP Data Archiving System，MPDAS）。MPDAS设计了EPICS（Experimental Physics and Industrial Control System）数据归档插件并采用MongoDB分片和副本集机制搭建高扩展性数据存储架构。为提高数据检索速度，MPDAS借鉴最近最少使用（Least Recently Used，LRU）、使用频率最低（Least Frequently Used，LFU）、先进先出（First In First Out，FIFO）三种传统缓存替换算法核心思想，基于牛顿冷却定律建立数据温度模型并提出一种综合访问时间、访问频率以及存储顺序的多维度特征数据划分算法。根据数据划分算法标识冷热历史数据实现数据分层存储。MPDAS在查询历史数据时优先访问Redis，根据命中结果和数据完整性选择不同的检索策略。系统测试结果表明：MPDAS功能特征满足设计要求，其搭载的冷热数据划分算法相比FIFO、LRU、LFU在热数据库保存1%历史数据量时的Redis命中率分别提升了38.05%、26.91%和11.06%。通过提高热数据命中率能够直接减少数据检索平均响应时间，MPDAS通过量化历史数据热度并进行冷热划分，有效地提升了系统检索响应速度。  
        关键词：历史数据;MongoDB;热数据;PV;分布式集群   
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        发布时间：2024-04-09

        核物理、交叉学科研究

      • 蔡毓龙,崔帅,刘洋,张冬冬,陆宇历,张勇
        2023, 46(2): 20501. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020501
        摘要：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）、2×1010 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。  
        关键词：质子;电子;聚合物;辐射防护   
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        发布时间：2024-04-09

        核能科学与工程

      • 兰兵,潘昕怿,于世和,依岩
        2023, 46(2): 20601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020601
        摘要：相对于传统堆型，大型非能动先进压水堆堆芯设计具有重大改变，这些改变对弹棒事故分析具有重要影响，进而影响反应堆的安全性。通过选取典型的四类工况（寿期初满功率、寿期初零功率、寿期末满功率和寿期末零功率），利用中子动力学软件和燃料性能分析程序开展大型先进压水堆CAP1400的弹棒事故模拟计算，验证大型先进压水堆弹棒事故工况下的安全性，并针对弹棒事故分析关键输入参数开展敏感性分析。计算分析结果表明：大型先进压水堆发生弹棒事故时，其结果能够满足验收准则的要求，反应堆处于安全可控状态；弹棒事故分析中功率峰值对弹棒价值最敏感，事故分析结果对停堆反应性敏感性较小。  
        关键词：压水堆;弹棒事故;安全性;敏感性;功率峰值   
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        发布时间：2024-04-09
      • 宗智伟,程懋松
        2023, 46(2): 20602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020602
        摘要：精细化几何建模是高保真中子输运计算的重要基础，而非结构网格对复杂几何模型具有较强的适应性，能弥补结构网格建模能力的不足。为了提高屏蔽计算程序对复杂模型的建模能力，从一阶中子输运方程出发，建立了二维离散纵标-伽辽金有限元求解模型，对比分析了连续有限元和间断有限元方法的计算性能，进一步采用质量矩阵集总技术以提高求解模型的可靠性，并开发了相应的计算程序ThorSNIPE。选用BWR cell临界基准题、阿贡实验室5-A1固定源基准题和Dog leg duct基准题，验证ThorSNIPE程序的正确性。数值计算结果表明：ThorSNIPE程序的计算结果与基准值吻合较好，初步验证了程序的正确性，ThorSNIPE程序适用于复杂屏蔽计算分析；质量矩阵集总技术在不影响计算精度的情况下，能够有效抑制非物理振荡问题。  
        关键词：屏蔽计算;离散纵标法;有限元;非结构网格;质量矩阵集总技术   
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        发布时间：2024-04-09
      • 胡瑞荣,王纳秀,徐博,张宏新,李玲,曹云,朱世峰
        2023, 46(2): 20603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020603
        摘要：钍基熔盐堆10 MW固态实验堆设计采用活化法测量反应堆内部中子能谱分布，中子活化样品在堆外装载后通过传输装置将其快速输送到堆内测量位置进行辐照，辐照完后将其输出到能谱样品间进行解谱分析，进而获取堆内能谱分布情况。为实现中子能谱样品快速进出反应堆，设计了一种堆内双层套管中子活化样品气力输送系统，采用Fluent仿真方法研究样品在不同管道间隙下的运动规律。采用气力输送理论对原理样机的流量、两相流压损等工作参数进行设计并对原理样机的结果进行对比验证试验。试验结果表明：样品运动速度、气体流量和压损等测量参数与理论设计值符合较好，设计方法可行，双层套管的结构设计可以实现样品顺畅进出堆芯的功能。  
        关键词：活化法;中子能谱样品;气力输送;双层套管;气固两相流   
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        发布时间：2024-04-09
      • 叶滨,费小丹,姬彦玲,熊思嘉,李波,王小胡
        2023, 46(2): 20604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020604
        摘要：为提高次锕系核素（Minor Actinides，MA）在压水堆中的嬗变效率，同时利用MA核素展平堆芯轴向功率分布，以华龙一号（HPR1000)177压水堆 堆芯结构作为参考，研究利用热-快中子转换材料6LiD设计的涂层式轴向非均匀MA/6LiD嬗变棒性能。嬗变棒内部为UO2，外部为MA核素与6LiD混合组成的嬗变涂层材料，该涂层材料在嬗变棒上的布局为轴向三、五、七段式结构，涂层厚度由中间向两端依次减小。计算研究嬗变棒在堆芯内照射540 d的嬗变性能发现，当嬗变涂层材料中6LiD与MA的质量之比为2∶8时，嬗变率达到23.25%的最好效果；涂层式轴向三、五、七段式非均匀嬗变棒中七段式嬗变棒的嬗变率最高，为25.43%，三段式非均匀嬗变棒的裂变效果最好，MA核素裂变率为4.48%；同时该轴向非均匀结构的嬗变棒可将堆芯轴向功率峰因子由1.778降低至1.375。研究结果表明：相较于轴向均匀的嬗变棒，轴向非均匀嬗变棒不仅具有较高的嬗变效率，而且具有良好的轴向功率展平效果。  
        关键词：压水堆;MA;嬗变棒;嬗变率;展平轴向功率   
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      • 姜京华,曹学武
        2023, 46(2): 20605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020605
        摘要：聚变反应堆发生失真空事故的情况下氚会泄漏到环境中，氚大气扩散模拟是聚变堆事故后果评价的重要内容。基于高斯烟团模型以及Pasquill稳定度分类方法，考虑重力沉降、烟气抬升、风速等因素的影响，建立了适用于事故下瞬态分析的大气扩散模型，在高斯烟团模型中加入修正了像源贡献的地面反射系数，提高了模型对于地面边界处干沉降的计算效果。选取加拿大氚气释放实验和美国萨凡那河工厂氚释放事故验证了所建立模型的准确性，模型的计算结果与HotSpot 3.0和UFOTRI软件的精度相当。选取国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）的失真空事故作为研究对象，分析了氚的分阶段释放、风速以及释放高度对氚扩散分布的影响。结果表明：氚的分阶段释放会导致沿下风向出现两个高放射性区域；释放高度和风速的增加会强化氚在大气中的扩散行为，从而减弱放射性在近场的积聚。  
        关键词：聚变堆;氚;大气扩散;放射性后果   
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        发布时间：2024-04-09
      • 王永平,陶昱姗,吴云钦,郑友琦,杜夏楠
        2023, 46(2): 20606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.020606
        摘要：无人潜航器需要高可靠、高功率、长寿命的电源，为此西安交通大学提出了兆瓦级热管核反应堆（Silent Unmanned Portable Reactor，UPR-s）设计方案。为保证舱体辐射安全，对UPR-s开展了屏蔽方案设计研究工作。首先，对整个系统及屏蔽体的布局进行初步设计，并分别计算了反应堆满功率运行和停堆情况下的源项参数；其次，给出几种备选屏蔽材料；接着，利用确定论中子-光子屏蔽计算软件NECP-Hydra分别针对初始模型布置选型、复合式屏蔽布置选型及阴影屏蔽布置方案等进行计算分析，主要对安全平面处的累计快中子注量、光子剂量，以及停堆后的源强进行了分析；最终，基于数值分析结果，提出了满足要求的屏蔽优化方案，其安全平面处的累积快中子注量、光子剂量、屏蔽重量等关键参数均满足设计限值。  
        关键词：无人潜航器;热管核反应堆;屏蔽;快中子注量;光子剂量   
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