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2020 年 4 期目录
2020, (4): 1-2.  
摘要(23) HTML(6) PDF (329KB)(6)
摘要:
2020 年总目录
2020, (4): 1-12.  
摘要(17) HTML(2) PDF (608KB)(2)
摘要:
核物理
Investigation of Diffusion Process in Deep Sub-barrier Fusion Reactions
Kaixuan CHENG, Chang XU
2020, 37(4): 809-815.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020039
摘要(15) HTML(3) PDF (2993KB)(4)
摘要:
We introduce a new diffusion factor to describe the hindrance phenomenon in fusion reactions at deep sub-barrier energies based on the Pauli blocking effect after the projectile and target overlap. In this approach, the fusion cross sections are assumed to be the product of two parts: the tunneling factor to overcome the Coulomb barrier and the diffusion factor after two colliding nuclei contact. The former is described by coupled-channels approach and the latter depends on the colliding energies as well as the temperature of system. In total, 21 fusion systems with hindrance phenomenon are analyzed in details and it is found that the diffusion factor plays an important role near the experimental threshold energies of fusion hindrance. In addition, taking negative-Q-value system 64Ni+64Ni and positive-Q-value system 24Mg+30Si as examples, not only fusion cross sections but also two important representations, namely, astrophysical S factor and logarithmic derivative, are found to be in good agreement with experimental data.
25Mg(p, γ)26Al实验研究进展
李志宏, 李云居, 苏俊, 张昊, 谌阳平, 颜胜权, 王友宝, 郭冰, 连钢, 曾晟, 贺国珠, 张奇玮, 张龙, 曹富强, 李鑫悦, 马田丽, 南丁, 崔宝群, 陈立华, 柳卫平
2020, 37(4): 816-824.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020028
摘要(14) HTML(2) PDF (6495KB)(1)
摘要:
长寿命放射性核素26Al是星际介质、$\gamma$射线天文学和太阳系形成研究中最重要的核素之一。最可能合成26Al的三种天体场所都与25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al反应相关,因此精确测量其近阈能级的共振强度和天体物理反应率对人们认识宇宙26Al的来源具有重要意义。本文回顾了25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al反应的实验研究方法和最新研究进展,特别是介绍了我国对该反应的间接测量实验以及直接实验测量计划。当前的间接测量结果提升了25Mg(${\rm p},\,{\rm{\gamma }}$)26Al天体物理反应率的精度,也可以帮助我们估算直接测量的产额,并优化深地直接测量的实验设计。高能点的直接测量结果与国际上其它实验结果在误差范围内符合很好,表明本项目研制的探测装置工作状态良好,能够胜任锦屏深地核天体物理实验研究。
利用深度学习方法研究核物质状态方程
李甫鹏, 王永佳, 李庆峰
2020, 37(4): 825-832.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020017
摘要(33) HTML(2) PDF (10285KB)(13)
摘要:
对核物质状态方程的研究将有助于人们更好地了解原子核的性质以及宇宙和星体的演化过程等基本问题。重离子碰撞能产生高温高密核物质,利用输运模型的模拟结合相关实验数据的比较是研究核物质状态方程最常用方法之一。本文利用深度学习中的卷积神经元网络(CNN)方法对不同核物质状态方程给出的末态质子横动量和快度分布进行学习,使神经元网络具有从末态粒子信息来判断核物质状态方程软硬的能力。利用预测差异分析方法(Prediction Different Analysis),可以找到横动量和快度分布中对状态方程最敏感的区域。此外,还测试了一种基于决策树的梯度提升算法(LightGBM),发现得到的准确度和CNN方法类似。
ϕ4模型真空态间的转换算符
刘晖, 郭恒源, 周遥, JarahEvslin
2020, 37(4): 833-841.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020018
摘要(8) HTML(4) PDF (2934KB)(0)
摘要:
本工作在正则量子化的基础上,对$\phi^4$模型的哈密顿量采取正规序来正规化真空零点能,然后微扰计算了至次领头阶的真空态修正。同时首次得到可以在$\phi^4$模型的两个真空态之间转换的算符,我们相信这个算符也是适当极限条件下产生$\phi^4$扭结(kink)的算符的形式。最后简要说明了真空能的应用。
加速器
基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件开发与验证
马桂梅, 刘杰, 杨建成, 柴伟平, 朱云鹏, 阮爽
2020, 37(4): 842-847.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019057
摘要(8) HTML(1) PDF (4459KB)(1)
摘要:
目前,中国科学院近代物理研究所设计、建造和运维了多台结构指标各异的重离子加速器装置,现有的物理控制系统已无法满足这些装置对于稳定、可靠、高效运行的需求。为了提高调试、运行效率,简化系统操作,达到更高的流强和更好的束流品质,中国科学院近代物理研究所自主设计了一套基于EPICS的面向物理的加速器控制系统PACS。为了验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性,采用Python语言开发了基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件及其界面,并且搭建了HIRFL-CSRe的MySQL测试数据库和EPICS软IOC测试环境,在该虚拟测试环境下对软件的直流模式下工作点调节功能进行了测试;然后在HIRFL-CSR真实环境对该软件在直流/脉冲模式下的工作点调节功能进行测试。结果表明,该软件能够通过PACS提供的接口嵌入系统的物理过程模块,实现与数据库和底层控制系统的交互,从而完成直流/脉冲模式下的工作点调节和光学参数计算,以此验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性。
CiADS束流负载效应前馈补偿的仿真评估
徐呈业, 王志军, 高郑, 黄贵荣, 黄燃, 马瑾颖
2020, 37(4): 848-853.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020023
摘要(6) HTML(2) PDF (3389KB)(1)
摘要:
在高功率超导质子直线加速器中,束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型,开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序,分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响,并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序,评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度,以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下,为满足超导腔中电磁场0.1%与$0.1^{\circ}$的幅相稳定度指标,前馈时序抖动的偏差不能超过0.79 μs,束流流强的直流偏差不能超过0.9%,并且给出了束流纹波的最大抖动幅值与纹波频率之间的关系。这些结果将为CiADS超导直线加速器相关子系统技术指标的确定提供依据。
超导离子源铌三锡六极线圈镜像磁场约束结构的优化设计
朱丽, 吴巍, 俞树荣, 陈玉泉, 梅恩铭, 马鹏, 姚庆高, 孙良亭
2020, 37(4): 854-858.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020034
摘要(10) HTML(2) PDF (13084KB)(1)
摘要:
中国科学院近代物理研究所正在进行国际首台45 GHz全铌三锡超导离子源FECR(Fourth Electron Cyclotron Resonance)磁体的研制,该离子源磁体线圈由六个铌三锡超导六极线圈和四个铌三锡超导螺线管线圈组成。由于单根超导线绕制异形六极线圈(非标准鞍型)技术难度大,且铌三锡超导性能对应力敏感,为了测试单个铌三锡六极线圈性能能否达到设计指标,基于铝合金壳层结构和Bladder-Key精确预紧技术,设计了镜像磁场约束结构。本工作主要阐述了运用ANSYS参数化设计编程对镜像磁场结构进行优化设计的过程和优化后的镜像磁场结构,确定了室温预应力大小,并给出了线圈经过室温预紧、冷却降温和加电励磁后的最大等效应力。进一步结合实际六极线圈制作公差(±0.1 mm),分析和评估了公差对镜像磁场结构中六极线圈预应力施加的影响。
核技术
基于光纤传感的核信号读出方法中的调制驱动模块设计和实现
李博闻, 李超, 曹平, 汪晓虎, 安琪
2020, 37(4): 859-866.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020004
摘要(13) HTML(1) PDF (31077KB)(1)
摘要:
基于光相位调制的核信号读出方法将探测器信号调制进光纤中,并使用光纤作为模拟信号的传输介质。在该读出方案中,调制驱动模块负责载波信号的产生及放大,是该方案读出电子学系统的重要组成部分。为了产生低相位噪声,幅度大且幅度可调的载波信号,本工作提出了基于锁相环的载波产生电路和基于MMIC射频放大器的载波放大电路的设计方案,该方案结构简单,尺寸小,性能优异。对载波产生电路使用了ADIsimPLL仿真软件进行了环路滤波器的设计和仿真,同时也对载波放大电路使用ADS仿真软件进行了设计和仿真,并在实验室条件下进行了测试。测试结果表明,输出26 dBm载波信号相位噪声好于–110 dBc/Hz@100 kHz,能够用于信号解调。
基于粒子滤波和人工势场法的放射源搜寻方法
张秤, 肖宇峰, 刘浩杰, 王明生
2020, 37(4): 867-874.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020030
摘要(10) HTML(2) PDF (4329KB)(0)
摘要:
针对放射源搜寻过程中难度大、定位精度低等问题,提出了一种适用于移动机器人的自主寻源方法。该方法利用移动机器人搭载辐射探测器采集的剂量计数值,根据γ射线的衰减规律建立辐射衰减模型;在机器人前进的过程中利用粒子滤波算法对放射源的参数进行实时估计;采用高斯分布函数对重采样后的粒子进行自适应更新,保证重采样后的粒子具有多样性;根据辐射环境创建机器人路径规划模型,采用人工势场法规划机器人的自主寻源路径。实验在Matlab下进行了仿真验证,结果表明,该方法在有遮挡环境下能够搜寻到未知的单点源,同时自适应更新能够提高算法的稳定性,缩小寻源误差。
交叉学科
核电池概述及展望
李潇祎, 陆景彬, 郑人洲, 许旭, 王宇, 刘玉敏, 何瑞, 梁磊
2020, 37(4): 875-892.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019066
摘要(9) HTML(2) PDF (5185KB)(3)
摘要:
核电池具有能量密度高、工作稳定可靠、无需人工干预等优点,在需要长期稳定供电的场合具有独特优势,其中热转换式核电池(RTG)是技术最为成熟且应用最早的一类,而β辐射伏特效应核电池已有商业化案例。目前,在β辐射伏特效应核电池研究中存在着放射源自吸收效应浪费能量、转化效率低、换能器件辐射损伤严重等问题,而对于一个实际的核电池,由于放射源自身不断衰变的属性,导致源的成分及其活度随着时间而发生变化,最终影响核电池的电学性能,其影响程度需要加以深入研究。本文以时间轴的形式对核电池的发展进行了全面回顾,简要介绍多种主流类型核电池的原理和应用范围;对于β辐射伏特效应核电池,指出放射源的自吸收是其中的关键科学问题。对于使用63Ni和TiT2放射源的核电池,给出了其电学性能随时间变化的规律;指出对于某一特定结构的β辐射伏特效应核电池设计,在前期的模拟优化环节中,精细计算是至关重要的;最后提出了将放射源与换能材料相结合、使用含有较重同位素的换能器件的设想,这些设想有利于解决放射源自吸收问题、提高核电池输出功率和减轻辐射损伤的影响。
100 MeV质子束流品质诊断及剂量测量准确性评估方法研究
王巧娟, 隋丽, 龚毅豪, 孔福全, 刘建成, 张艳文, 韩金华
2020, 37(4): 893-900.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020029
摘要(8) HTML(2) PDF (3900KB)(1)
摘要:
质子辐射生物学效应是太空放射生物学和质子束放疗研究的重要基础,可为空间环境下人员的危险性评估以及质子治疗优化设计提供科学依据。依托加速器建立相应的生物样本辐照技术是开展此类研究的前提条件。中国原子能科学研究院最近建立的100 MeV强流质子回旋加速器提供的中能质子束流为目前国内能量最高,特别适合用于太空放射生物学和质子治疗相关研究。本研究中,利用在束和离线等多种手段建立了中能质子束流诊断和剂量测量方法,对加速器引出的100 MeV质子照射野大小、均匀性等束流品质以及剂量测量系统准确性进行了分析和评估。结果表明,对光子剂量响应好的LiF(Mg, Ti)热释光探测器,对90 MeV质子同样具有良好的剂量响应关系,可作为中能质子剂量准确性评估的手段之一。在5.0 cm×5.0 cm照射野范围内,加速器引出的100 MeV质子束流的均匀性好于90%,在线剂量测量系统准确性好于93%,束流品质和剂量测量条件基本满足辐射生物学的要求,可为质子辐射生物学效应研究的开展提供可靠保障。
碳离子束射程快速验证方法的蒙特卡罗模拟研究
车宇航, 孟乾乾, 张小芳, 刘新国, 戴中颖, 李强
2020, 37(4): 901-907.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2019064
摘要(13) HTML(2) PDF (3551KB)(3)
摘要:
可通过楔形装置把离子束(质子和重离子)纵向上的的深度剂量分布转换成横向上的剂量分布,进行离子束射程的快速测量及验证。本工作通过基于GEANT4内核的GATE蒙特卡罗模拟平台,模拟计算了不同能量碳离子束在用于制作楔形装置的铜、铝、铁和有机玻璃等材料中的深度剂量分布,得到不同能量碳离子束在不同材料中Bragg峰位所处深度与能量之间的关系;模拟计算了不同能量碳离子束穿越单楔板、双楔板和大小组合楔板等楔形装置后横向上的剂量分布,得到了横向剂量峰值出现位置与碳离子束射程之间的关系。本文蒙特卡罗模拟研究为进一步开发重离子治疗当中的射程快速验证方法与设备奠定了坚实的基础。
核能与核数据
TMSR白光中子源关键核数据实验进展
王小鹤, 胡继峰, 韩建龙, 蔡翔舟, 王宏伟, 刘龙祥, 姜炳, 郭子安, 陈金根
2020, 37(4): 908-912.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020082
摘要(17) HTML(1) PDF (3500KB)(2)
摘要:
钍铀燃料循环核数据的精度和可靠性直接关系着钍基熔盐堆的安全性和经济性。目前大多数核数据都是基于铀钚燃料循环进行开发,若直接用在钍基熔盐堆上将会出现核设计不确定度较高的问题。为了提高钍基熔盐堆物理设计所需核数据的适用性,中国科学院上海应用物理研究所自行设计并建造了紧凑型的15 MeV电子加速器驱动的白光中子源(Photoneutron Source,PNS),用于开展钍铀燃料循环核数据的实验测量。该装置已通过技术验收,并进行了一系列关键核素的核数据测量,检验了现用核数据的可靠性,为相关核素的核数据评价与改进提供了基础实验数据。
利用FLUKA研究加速器生产医用放射性同位素的产额
韩瑞, 陈志强, 田国玉, 石福栋, 张鑫, 刘丙岩, 孙慧
2020, 37(4): 913-917.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020025
摘要(20) HTML(2) PDF (3240KB)(6)
摘要:
针对目前核医学广泛关注的医用放射性同位素99Mo/99mTc、64,67Cu、68Ge/68Ga、82Sr/82Rb、211At、225Ac等,本文利用FLUKA程序对加速器生产上述同位素的产额及产物分布进行了研究。研究表明,医用放射性同位素的产额随束流能量增加而增加,增加趋势逐渐降低;产额随辐照时间的增长而增加,随辐照后冷却时间的增长而降低,变化情况主要取决于目标医用同位素的半衰期;入射束流在同位素靶的有效射程内产生医用放射性同位素,选取合适的靶厚可以优化目标医用同位素的比活度值等;此外,束流能量越高产生的杂质核素种类及产额也相应增加,合适的辐照能区和辐照时间等,可以降低后续目标医用同位素分离纯化等工作的复杂程度。本文通过FLUKA的计算初步为加速器生产医用同位素提供了重要的依据。
基于Bayesian神经网络评价核裂变产额分布
王子澳, 强雨, 裴俊琛
2020, 37(4): 918-923.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020027
摘要(19) PDF (5727KB)(6)
摘要:
核裂变碎片的产额是核能和核应用领域中的关键基础数据。在实验和理论上,获得精确且完整的能量依赖的裂变产额到目前为止都是一个挑战。贝叶斯神经网络(Bayesian Neural Networks,BNN)可以描述需要量化不确定性的逆向回归问题。基于BNN学习已有的裂变产额,可以给出未知的裂变产额及其不确定度。特别是当裂变产物产额的实验数据不完整时,BNN可以推断出完整的裂变产额。在裂变产额的质量分布和能量依赖关系上,BNN的评价结果比较合理。研究结果表明BNN在核数据评价领域有广泛的应用前景。
核电厂数字化化学与容积控制系统上充功能的可靠性分析
王媛媛, 徐思敏, 杨婷, 钱虹, 潘晓磊
2020, 37(4): 924-934.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020072
摘要(82) HTML(18) PDF (3803KB)(8)
摘要:
将可控链式核裂变技术用于电力生产是原子能利用的重要形式,其中又以水冷热中子反应堆技术为主。水冷堆核电厂数字化仪控系统是核电厂的神经中枢,提高其可靠性,对核安全具有重要意义。为解决核电厂数字化仪控系统实现的备用自投、启动失效等动态行为的可靠性问题,本文研究了化容系统动态故障树分析方法,根据上充控制涉及的控制系统结构和上充泵冷热备用控制逻辑,建立了上充功能失效的动态故障树模型;采用最小割集法和Markov模型进行可靠性定量分析。可靠度分析结果表明,冗余和备用提高了系统的可靠性;重要度分析结果表明,针对系统优化设计,应优先考虑电气开关柜和接线箱,检测维修应优先考虑电气开关柜、过程控制柜。