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2021 年 2 期目录
2021, (2): 1-2.  
摘要(1) HTML(1) PDF (334KB)(2)
摘要:
核物理
近质子滴线核28S的${\beta }$延迟${\gamma }$衰变研究
高祺锐, 徐新星, 周小红, 孙立杰, 梁鹏飞, 刘嘉健, 林承键, 李晓菁, 李智焕, 吴鸿毅, 杨彦云, 王建松, 王东玺, 蓝乙华, 马朋, 段芳芳, 高志浩, 胡强, 白真, 马军兵, 王建国, 钟福鹏, 武晨光, 罗迪雯, 蒋颖, 刘洋, 侯东升, 李忍, 马南茹, 马维虎, 石国柱, 余功明, D.Patel, 金树亚, 王煜峰, 余悦超, 周清武, 王鹏, 胡力元, 王翔, 臧宏亮, 李朋杰, 朱浩钒, 林喆阳, 赵青青, 杨磊, 温培威, 杨峰, 贾会明, 张高龙, 潘敏, 汪小雨, 孙浩瀚, 胡正国, 陈若富, 柳敏良, 杨维青
2021, 38(2): 117-122.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020084
摘要(20) HTML(0) PDF (6286KB)(7)
摘要:
在兰州重离子研究装置上,依托兰州放射性束流线,产生、分离和鉴别了同位旋第三分量$ T_{Z}=-2 $的近质子滴线核28S,并通过使用包括双面硅条探测器和高纯锗探测器在内的探测阵列,开展了28S的$\beta$延迟$\gamma$衰变测量。实验准确测量了28S衰变中的5条$\beta$延迟$\gamma$射线,得到了子核28P相应能级的能量。首次提取出了$\beta$衰变布居到28P低激发态的衰变分支比,并构筑了28S的全新部分衰变纲图。本工作为将来进一步比较28S和28Mg间的镜像不对称性提供了精确的实验数据。
中子星可观测量与不同密度段核物质状态方程的关联
张靖, 文德华
2021, 38(2): 123-128.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021019
摘要(6) HTML(3) PDF (3153KB)(1)
摘要:
中子星物质主要是由高密度非对称核物质组成。目前通过地面重离子碰撞等实验来认识高密度非对称核物质的物态还存在很大的不确定性。随着对中子星天文观测精度的提高以及可观测量的增多,基于对中子星的天文观测来反向约束高密度非对称核物质物态成为了可能。从理论上去探讨中子星的可观测量与不同密度段物态方程的关联程度,将有助于上述反向对中子星物质物态的研究。本文利用分段式多方物态方程,通过对中子星的半径(R)、潮汐形变参数($\varLambda$)、转动惯量(I)等可观测量的计算分析,给出了这些观测量与物态方程各密度段的关联度。结果表明,质量为1.4$ M_{\odot}$的典型中子星潮汐形变参数($\varLambda$)和f-模频率($\nu$)主要与$ 0.5\rho_{\rm{sat}} \sim 1.5\rho_{\rm{sat}}$$ 2.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$$3.5\rho_{\rm{sat}} \sim $$ 4.5\rho_{\rm{sat}}$ 三个密度段物态方程有较强关联;中子星半径(R)主要与$ 1.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$及壳层物态有较强关联;转动惯量(I)与$ 4.5\rho_{\rm{sat}}$以下各密度段均有一定关联。
格点QCD组态产生研究
李哲, 刘柳明
2021, 38(2): 129-135.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021022
摘要(6) HTML(1) PDF (4993KB)(1)
摘要:
组态是格点QCD计算的基础,本文利用开源软件Chroma产生了一组格点QCD组态,格距为0.105 fm,体积为$32^3\times 64$,π介子质量为220 MeV,格点上的夸克作用量采用Wilson clover作用量。这组组态可用于格点QCD中研究核子结构和强子谱等物理问题。
格点QCD中有限体积下形状因子的内插计算
张文昊
2021, 38(2): 136-146.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021010
摘要(10) HTML(1) PDF (3775KB)(0)
摘要:
在格点QCD的框架下,讨论了计算强子的形状因子的过程中,有限体积效应对所得结果的影响,并且给出了计算连续动量空间上形状因子数值的内插算法。本文以π介子的形状因子为例,介绍了从格点QCD中得到的三点关联函数出发计算π介子的形状因子的方法,并说明有限体积效应使得计算结果只能在分立动量上给出。本文探讨了一种保持旋转对称性的内插算法和一种对于傅立叶变换进行连续化的内插算法,基于分立的形状因子取值给出了连续动量空间上的形状因子,并且提供了模型模拟的结果与真实格点系统上的数值结果。本文提出的内插算法及数值模拟的结论不依赖于特定的格点系综,具有一定程度的普适性,能够推广到对于其他格点系统的有限体积效应的处理,同时为格点系统尺度的选取提供了有价值的参考。
加速器
不同薄膜材料对α束流性能影响的模拟研究
陈伟, 万鑫淼, 李智慧
2021, 38(2): 147-152.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021001
摘要(3) HTML(0) PDF (3361KB)(1)
摘要:
由于回旋加速器引出的束流能量固定,为了满足不同实验对束流能量的不同需求,需要对束流的能量进行调节。为此,研究了利用薄膜材料对束流能量进行改变的可行性。用SRIM程序分析计算了30 MeV α束流(回旋加速器引出能量)穿过金刚石、铝和铜材料后的射程,确定了材料厚度与所需能量之间的关系。利用G4Beamline程序计算了束流经过薄膜后的相空间分布,分析了束流经过不同材料、降低到相同能量(9 MeV)后的横向、纵向发射度的变化,结果显示:束流在经过薄膜材料后,束斑大小几乎不发生改变,束流横向发射度的增长主要由散角的增加引起,其中金刚石薄膜引起的束流发射度增长最小,散角的均方根值约为16 mrad左右,且与初始束流的散角大小没有明显的依赖关系(初始散角均方根值小于1 mrad);不同材料引起的纵向能散均约为1 MeV(半高宽),与材料无关,只与束流的最终能量有关,降能越多,能散越大。此外,对于30 MeV的初始α束流,与金刚石、铜、铝等材料作用后,均会产生约109/μA的中子及γ粒子,在实际应用中应考虑相关的辐射防护问题。
重离子治癌引出BUMP电源控制器设计
吕书宁, 赵江, 周忠祖, 高大庆
2021, 38(2): 153-158.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020080
摘要(7) HTML(1) PDF (3216KB)(2)
摘要:
引出凸轨(BUMP)电源是负责医用重离子加速器束流引出的关键设备,其电流上升的同步性影响束流的引出效率,而电流波形的多样性与治疗模式和治疗精度密切相关。要在凸轨磁铁(0.2~0.4 mH)上产生1~5 ms上升且精确同步的励磁电流,并确保电流的跟踪性和波形的多样性,采用了实时调整强励电压及基于特征参数的电流波形控制方法。本文介绍了基于Inter公司SoC(System-on-a-Chip)技术的引出BUMP电源数字控制器软硬件设计,并首次应用到医用重离子加速器装置,经过现场验证,在不同的凸轨磁铁上产生了1~5 ms同步变化的电流,同时保证了电流上升时期的跟踪精度(>5 s),达到了设计要求。
医用加速器二极磁铁的非单一工作模式电源控制器设计
黄玉珍, 李雨航, 姚玉玺, 高大庆, 张华剑, 谭玉莲
2021, 38(2): 159-165.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020074
摘要(1) HTML(0) PDF (6573KB)(0)
摘要:
近年来,离子治疗技术在国内外发展迅速。为满足加速器调试和不同治疗方案对医用回旋加速器装置的不同束流能量要求,二极磁铁电源要求工作在可相互切换的直流、有序触发和周期脉冲三种模式。使用中国科学院近代物理研究所自主研发的集成盒装式控制器,实现了对电源的控制和保护功能。为了适应调试和治疗两种不同场合的需求,控制器还支持本地和远程控制两种不同的网络协议,可通过触摸屏的控制按钮完成两者的切换。电源主回路和控制器设计并装配完成后,对各项指标进行了测试。测试结果表明,电源可正常工作在不同模式下,额定电流下长期稳定度达到了21×10–6,电流纹波小于万分之四,超出了设计指标。
基于CSAPF的磁铁电源纹波抑制研究
王永强, 杨新华, 李继强, 黄玉珍, 高大庆, 罗伟
2021, 38(2): 166-174.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020064
摘要(1) HTML(0) PDF (4430KB)(0)
摘要:
加速器系统中由于大量非线性器件的存在产生了大量纹波,严重影响加速器磁场对粒子运动轨迹的控制。为实现对加速器直流电源纹波的抑制,相关研究主要集中在用电压型有源电力滤波器降低直流电源纹波,但该方法存在抑制精度不足、响应延时、开关设备损耗较大等问题。针对以上问题,本文比较了电流型和电压型有源电力滤波器的主电路拓扑结构,研究了电流型和电压型有源电力滤波器的脉冲宽度调制技术和控制策略,分析了在加速器系统中不同的有源电力滤波器对磁铁电源输出电流纹波的抑制性能。通过仿真分析与实验验证,发现电流型有源电力滤波器对磁铁电源输出电流纹波具有显著的抑制效果,并且电流型有源电力滤波器能够直接控制输出的纹波电流,纹波精度抑制更高,CSAPF投入后,负载电流纹波显著减小,电流纹波系数达到1.6×10–5
核技术
氮气低温除氡技术与极低水平氡测量方法研究
安广朋
2021, 38(2): 175-181.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020063
摘要(7) HTML(0) PDF (3838KB)(2)
摘要:
高纯低本底氮气在低本底实验中有重要作用,对氮气的放射性氡本底纯化技术和低本底氡测量方法进行研究非常重要。利用低温物理吸附技术,对氮气中的氡进行纯化,同时建立了静电收集结合低温富集法的氡测量装置, 能够测量氮气中10 μBq/m3的氡本底。利用氡测量装置测量了普通氮气中和纯化氮气中的氡,结果表明,纯化系统可以将氡本底为20 mBq/m3的氮气降低至(25.2±5) μBq/m3,即可将氡本底降低到纯化前的0.125%。研究还发现,纯化能力与氮气中氡本底相关,在氮气中氡本底为几十mBq/m3到几十μBq/m3范围内,随着氡本底的下降,纯化能力也随之下降。主要原因是,随着氮气中氡的分压降低,吸附能力下降。另外,在极低本底下由系统本底及泄露引入的氡污染影响显著增大。
中国散裂中子源反角白光中子源T0信号的精确扇出方法
吉旭阳, 曹平, 余滔, 解立坤, 唐新懿, 姜智杰, 李嘉雯, 安琪
2021, 38(2): 182-189.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020062
摘要(3) HTML(0) PDF (8245KB)(2)
摘要:
反角白光中子源位于中国散裂中子源(CSNS),是以不同中子能量下的核数据测量为目标的大型物理实验装置,中子的能量是通过中子飞行时间(TOF)来获取的。实验中,将质子束流轰击钨靶的时刻作为TOF的起始时刻(T0),相应的电子学信号被用于触发整个电子学系统的运行。为了保证TOF测量的准确性和电子学系统各通道采集的同步性,需要对T0信号进行精确扇出。提出应用于反角白光中子源的T0信号两级精确扇出方法,将来自CSNS质子加速器的T0信号由T0扇出模块通过长电缆扇出到两个地下实验厅,扇出模块利用信号预加重技术来改善T0信号经过超过100 m长电缆的信号传输质量,从而使得扇出后的T0信号也拥有极快的信号上升前沿,以保证时间定时的精确性。电子学系统则对T0信号进行数字化编码,并利用PXIe读出机箱的高性能背板资源,从而完成T0信号的精准的全局同步扇出能力。实验结果表明,该扇出模块分发的T0信号的前沿抖动达到25 ps,机箱多通道的精度达到45 ps,TOF测量精度可达到248 ps,满足反角白光中子源对TOF测量的精度需求。
镀膜型nMCP探测效率和位置分辨优化的蒙特卡罗模拟研究
张连军, 周健荣, 杨建清, 谭金昊, 宋玉收, 孙志嘉
2021, 38(2): 190-195.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020058
摘要(4) HTML(0) PDF (10365KB)(0)
摘要:
中子敏感微通道板(Neutron sensitive microchannel plate,nMCP)因其具有高探测效率和位置分辨,配合先进的读出电子学可作为能量分辨中子成像探测器的优先选择。相比于基体掺杂型的nMCP,基于原子层沉积技术(Atomic Layer Deposition,ALD)的nMCP具有原材料消耗少、通道内壁具有高的二次电子发射系数等优势。首先,通过实验对掺杂natGd型nMCP的典型中子和伽马信号进行研究。然后,采用Geant4模拟和理论计算对镀膜10B2O3nMCP的孔径、壁厚、倾角和镀膜厚度进行优化。计算结果表明,当nMCP的几何参数选择为镀膜厚度1 μm、孔径10 μm、壁厚1 μm以及倾角3°时,nMCP性能达到约56%的热中子探测效率和约22 μm的位置分辨。计算结果对CSNS能量选择中子成像探测器nMCP的几何参数设计具有重要意义。
利用MCNPX模拟研究不同中子源对有源符合中子法的影响
刘枫飞, 卢佳颖, 伍华彬, 于震
2021, 38(2): 196-202.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021003
摘要(19) HTML(2) PDF (3746KB)(3)
摘要:
利用MCNPX软件建立了有源井型符合计数器(简称AWCC)测量模型,模拟了诱发中子源分别为Am-Li源和Am-Be源时AWCC测量贫化铀的中子符合计数率,研究了两种诱发中子源下AWCC测量贫化铀质量的精度。研究表明,Am-Be源引起的诱发中子符合计数率低于Am-Li源引起的诱发中子符合计数率,Am-Be源下的质量刻度曲线拟合度高于Am-Li源下的,相应的质量测量误差也小于Am-Li源下的,Am-Li源下的检验点铀质量相对误差区间为0.3%~13%,Am-Be源下的为0.1%~4.5%。使用AWCC装置测量贫化铀质量时,选取Am-Be源作为诱发中子源时相对误差更小。
交叉学科
16Cr-ODS铁素体钢的初始氧化物弥散相结构对抗辐照硬化和Ne离子脆化性能的作用研究
陈宇光, 张崇宏, 丁兆楠, 杨义涛, 宋银
2021, 38(2): 203-209.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020052
摘要(14) HTML(1) PDF (8583KB)(0)
摘要:
依托兰州重离子研究装置(HIRFL),开展了3 种不同氧化物弥散强化的16Cr-ODS铁素体钢的重离子辐照损伤研究,旨在探究氧化物颗粒结构参数(尺寸和密度)对材料辐照硬化和Ne离子辐照脆化效应的影响。采用6.17 MeV/u的Ni离子辐照和Ne离子,借助辐照终端的梯度减能装置在材料样品中产生了均匀的辐照损伤坪区。借助纳米压痕和小冲杆测试技术分别获得了辐照前后材料的纳米硬度和延伸率数据。探究了氧化物纳米颗粒的界面对于缺陷的的吸收尾闾(sink strength)和材料的辐照硬化/脆化的关系。结果表明,吸收尾闾越大,ODS钢的抗辐照硬化和脆化能力越强。
Classical Electron Capture in Collisions of Ions with H, He Atoms at Low and Intermediate Velocities
Tao GUO, Xinfei HUI, Baowei DING
2021, 38(2): 210-214.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021007
摘要(2) HTML(0) PDF (2906KB)(0)
摘要:
The Bohr-Lindhard (B-L) model is used to describe the classical electron-capture process. The impact-parameter dependence of the capture probability is derived by considering the impact-parameter dependence of the collision time between ion and atom. This model limits the impact parameter to be less than the capture radius. In the framework of the B-L model, although the contribution from all impact parameters may be studied through the spatial distribution function of electrons, the multiple numerical integral has to be carried out. In this work, it is proposed that the impact-parameter dependence of the electron-capture probability can be given by a simple exponential decay function based on the (B-L) model. Electron-capture cross sections for Aq+(q=2~6)-H collisions, and double-electron-capture cross sections for Aq+(q=3~6)-He collisions are calculated at low and intermediate velocities. The calculated results are in good agreement with the existing experimental data. The energy and charge-state dependences of the electron-capture process are well described. This work can also be used to calculate the cross sections of electron capture from He and H targets by other ions with different charge states.
Effects of Doppler Broadening on Image Resolution for Compton Camera
Zhangyong SONG, Bingzhang ZHANG, Deyang YU
2021, 38(2): 215-220.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020066
摘要(1) HTML(0) PDF (3772KB)(0)
摘要:
In heavy-ion cancer therapy, Compton camera is a promising tool for online monitoring of the range of ions. Compton camera uses crystal detectors to determine the positions and deposited energies of the $\gamma$-rays. This will further introduce the errors and affect the actual imaging resolution of the Compton camera, due to the involved Doppler broadening effects influencing the image resolution. This work simulates the angular resolution measure originating from the Doppler broadening effects with Geant4 toolkit for 150 and 511 keV gamma, respectively, in different crystal materials. After optimizing the back-projection algorithm and improving the voxel in imaging interspace, the image resolution can be achieved better than 1.0 mm. An approximate formula is also being proposed to evaluate the image resolution based on the angular resolution measure.
核能与核数据
56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究
霍东英, 刘昌奇, 韩超, 吴康, 胡志杰, 户志鸣, 于筱雪, 姚泽恩, 韦峥
2021, 38(2): 221-228.   doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
摘要(13) HTML(0) PDF (3616KB)(3)
摘要:
基于中子与Fe发生反应产生“氢泡”,及“氦泡”对新型核能利用系统壁材料的影响,开展了中子诱发56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算研究工作。本工作根据现有的56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应实验数据、评价数据,对TALYS程序调用的物理模型(包括能级密度、对修正、核温度、光学势参数等)进行参数调校,得到了一组普适性强的模型参数。基于调校的参数,本工作采用核反应程序TALYS理论计算56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的截面、能量微分截面以及双微分截面,全部数据都能与实验数据、评价数据符合较好,且适用于较宽的中子能量区间0~175 MeV。本工作提出了56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的普适性模型参数,促进了核反应理论的发展,为核数据的评价奠定了基础。