2019年 第36卷 第2期
兰州大学110周年校庆核科学与技术专刊
2019, 36(2): 125-134.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.125
摘要:
目前，奇异轴矢介子的性质并没有被很好地理解，而这类介子是可以在D介子衰变中得到更多的研究。将窄宽近似下的等式关系和强衰变中CP守恒应用到四体衰变D0 → K+K-π+π-中的D0 → K±K1∓（1270）（→ρK or K*π）的实验数据中，可以发现实验数据与理论存在矛盾，然而，当考虑更多K1（1270）的衰变过程后，可以发现，B（D0 → K-K1+（1270）（→ K*0π+））的实验数据很可能被高估了一个量级。考虑共振态K1（1400）的贡献，利用因子化方法计算相应的衰变过程的分支比，可以发现，B（D0 → K-K1+（1400）（→ K*0π+））的分支比与使用等式关系得到的B（D0 → K-K1+（1270）（→ K*0π+））的分支比在量级上是相同的。另外，对于含有奇异轴矢介子的D介子衰变实验数据的合理性，实验可以通过测量K1（1270）→ ρK和K*π分支比的比值来检验，或者通过验证D介子衰变中的等式关系来检验。
目前，奇异轴矢介子的性质并没有被很好地理解，而这类介子是可以在D介子衰变中得到更多的研究。将窄宽近似下的等式关系和强衰变中CP守恒应用到四体衰变D0 → K+K-π+π-中的D0 → K±K1∓（1270）（→ρK or K*π）的实验数据中，可以发现实验数据与理论存在矛盾，然而，当考虑更多K1（1270）的衰变过程后，可以发现，B（D0 → K-K1+（1270）（→ K*0π+））的实验数据很可能被高估了一个量级。考虑共振态K1（1400）的贡献，利用因子化方法计算相应的衰变过程的分支比，可以发现，B（D0 → K-K1+（1400）（→ K*0π+））的分支比与使用等式关系得到的B（D0 → K-K1+（1270）（→ K*0π+））的分支比在量级上是相同的。另外，对于含有奇异轴矢介子的D介子衰变实验数据的合理性，实验可以通过测量K1（1270）→ ρK和K*π分支比的比值来检验，或者通过验证D介子衰变中的等式关系来检验。
2019, 36(2): 135-143.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.135
摘要:
质子滴线核8B的最后一个质子的分离能只有0.137 5 MeV，被认为是最有可能具有质子晕结构的候选核之一，对其反应机制和奇特结构的研究吸引了人们的关注。针对8B的奇特结构和反应机制研究是一个非常有趣的课题，研究人员在包括反应截面、碎裂产物动量分布宽度、电四极矩、熔合截面及弹性散射等方面开展了大量的工作。但是8B的研究至今仍不够充分，需要从理论和实验上对其进行更深入的研究。
质子滴线核8B的最后一个质子的分离能只有0.137 5 MeV，被认为是最有可能具有质子晕结构的候选核之一，对其反应机制和奇特结构的研究吸引了人们的关注。针对8B的奇特结构和反应机制研究是一个非常有趣的课题，研究人员在包括反应截面、碎裂产物动量分布宽度、电四极矩、熔合截面及弹性散射等方面开展了大量的工作。但是8B的研究至今仍不够充分，需要从理论和实验上对其进行更深入的研究。
2019, 36(2): 144-150.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.144
摘要:
本文采用超越平均场模型研究了缺中子Ba同位素链114-124Ba的八极形变及其演化规律。计算了Ba链的位能曲面、低能激发谱、电四极跃迁几率、电八极跃迁几率及集体波函数的几率密度分布，并与实验相比较。理论计算较好地再现了Ba核的低能激发结构。位能曲面、低能的负宇称带、较大的B（E3；31- → 01+）和展宽的几率密度分布表明，114Ba中存在较强的八极关联。116，118Ba具有过渡核特征，而120-124Ba则为典型的四极形变原子核。
本文采用超越平均场模型研究了缺中子Ba同位素链114-124Ba的八极形变及其演化规律。计算了Ba链的位能曲面、低能激发谱、电四极跃迁几率、电八极跃迁几率及集体波函数的几率密度分布，并与实验相比较。理论计算较好地再现了Ba核的低能激发结构。位能曲面、低能的负宇称带、较大的B（E3；31- → 01+）和展宽的几率密度分布表明，114Ba中存在较强的八极关联。116，118Ba具有过渡核特征，而120-124Ba则为典型的四极形变原子核。
2019, 36(2): 151-160.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.151
摘要:
利用极化的氦三气体靶可以显著地拓展传统的核物理实验研究，观察初态自旋自由度对核反应过程动力学的影响。本文通过列举极化三体核力实验以及极化的重离子电荷交换反应实验，介绍了极化氦三靶在核物理实验研究中的独特优势。在质子散射实验中，通过测量不同极化方向下的多种末态产物角分布，可以进一步检验手征有效场理论对于三体核力的描述；而在与重离子的电荷交换反应中，通过控制靶极化方向可以分离π介子交换与ρ介子交换对于核子自旋同位旋激发的贡献，从而为研究核子在不同核环境中的动力学演化提供独一无二的契机。结合我国新一代大科学装置的建设背景，尤其是以加速器驱动嬗变系统（ADS）和强流重离子加速器装置（HIAF）和中国散裂中子源（CNS）为代表的先进实验平台为原子核物理实验研究提供了理想的机遇。新的实验技术手段将明显拓展在这些大型核科学装置上开展实验研究的深度与广度。极化氦三靶做为其中具有独特优势的研究手段，必将具有广阔的应用前景。
利用极化的氦三气体靶可以显著地拓展传统的核物理实验研究，观察初态自旋自由度对核反应过程动力学的影响。本文通过列举极化三体核力实验以及极化的重离子电荷交换反应实验，介绍了极化氦三靶在核物理实验研究中的独特优势。在质子散射实验中，通过测量不同极化方向下的多种末态产物角分布，可以进一步检验手征有效场理论对于三体核力的描述；而在与重离子的电荷交换反应中，通过控制靶极化方向可以分离π介子交换与ρ介子交换对于核子自旋同位旋激发的贡献，从而为研究核子在不同核环境中的动力学演化提供独一无二的契机。结合我国新一代大科学装置的建设背景，尤其是以加速器驱动嬗变系统（ADS）和强流重离子加速器装置（HIAF）和中国散裂中子源（CNS）为代表的先进实验平台为原子核物理实验研究提供了理想的机遇。新的实验技术手段将明显拓展在这些大型核科学装置上开展实验研究的深度与广度。极化氦三靶做为其中具有独特优势的研究手段，必将具有广阔的应用前景。
2019, 36(2): 161-169.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.161
摘要:
原子核基本性质（自旋、质量、寿命、磁矩、电四极矩和电荷半径等）与原子核的内在结构密切相关，是检验和发展原子核理论模型的重要依据。实验上可以通过多学科交叉的精密激光谱技术测量原子核外电子的超精细结构和同位素移位，来模型独立地提取原子核的自旋、磁矩、电四极矩和电荷均方根半径等多个核物理参量。这些基本性质的系统测量可以用于探索不稳定原子核中展现出来的新奇的物理现象与规律。近年来，为了测量产额更低的丰中子核的基本性质，激光谱技术不断更新和发展，以实现高分辨、高效率测量。本文详细介绍了激光谱测量的基本原理以及由此发展起来的用于不稳定原子核结构研究的各类互补的激光谱学技术，如共线激光谱（高分辨率低灵敏度）、在源激光谱（高灵敏度低分辨率）、共线共振电离谱（高分辨率高灵敏度）等激光谱技术，以及在不同核区的测量优势和局限。最后结合我国正在发展和规划中的新一代放射性核束装置，讨论精密激光谱技术在国内的发展以及在核物理研究中的应用。
原子核基本性质（自旋、质量、寿命、磁矩、电四极矩和电荷半径等）与原子核的内在结构密切相关，是检验和发展原子核理论模型的重要依据。实验上可以通过多学科交叉的精密激光谱技术测量原子核外电子的超精细结构和同位素移位，来模型独立地提取原子核的自旋、磁矩、电四极矩和电荷均方根半径等多个核物理参量。这些基本性质的系统测量可以用于探索不稳定原子核中展现出来的新奇的物理现象与规律。近年来，为了测量产额更低的丰中子核的基本性质，激光谱技术不断更新和发展，以实现高分辨、高效率测量。本文详细介绍了激光谱测量的基本原理以及由此发展起来的用于不稳定原子核结构研究的各类互补的激光谱学技术，如共线激光谱（高分辨率低灵敏度）、在源激光谱（高灵敏度低分辨率）、共线共振电离谱（高分辨率高灵敏度）等激光谱技术，以及在不同核区的测量优势和局限。最后结合我国正在发展和规划中的新一代放射性核束装置，讨论精密激光谱技术在国内的发展以及在核物理研究中的应用。
2019, 36(2): 170-183.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.170
摘要:
99mTc是目前临床诊断应用最为广泛的医用放射性同位素。现有医用99mTc主要通过在实验堆中辐照高浓缩235U生成的99Mo衰变得到，存在工艺复杂、成本高、长距离运输损失等弊端以及核扩散风险。此外，全球实验反应堆为数不多且面临老化、退役问题，也多次因计划内的维修或意外停产事件而使99mTc供应面临困难。本文从99Mo/99mTc的供求现状入手，分析了目前供应链中存在的主要问题，重点介绍了六种传统及新型99Mo/99mTc生产技术的原理、研究进展及其经济性效益。详细评述了三种99Mo/99mTc分离纯化工艺，提出了99Mo/99mTc生产的发展趋势和展望。其中，以加速器驱动裂变低浓缩铀盐溶液的生产方式具有无反应堆、无高浓缩铀、放射性废物少等优势，是未来的重点研究方向。同时，为减少99Mo/99mTc损失，提高产品质量，开发和优化与生产体系相适应的分离纯化工艺也势在必行。中国科学院核能安全技术研究所FDS中科凤麟核能团队设计开发的一种氘氚聚变中子源驱动的99Mo次临界生产系统方案，可获得27Ci/d的99Mo产量，能满足国内一个中等省份的医疗诊断需求。
99mTc是目前临床诊断应用最为广泛的医用放射性同位素。现有医用99mTc主要通过在实验堆中辐照高浓缩235U生成的99Mo衰变得到，存在工艺复杂、成本高、长距离运输损失等弊端以及核扩散风险。此外，全球实验反应堆为数不多且面临老化、退役问题，也多次因计划内的维修或意外停产事件而使99mTc供应面临困难。本文从99Mo/99mTc的供求现状入手，分析了目前供应链中存在的主要问题，重点介绍了六种传统及新型99Mo/99mTc生产技术的原理、研究进展及其经济性效益。详细评述了三种99Mo/99mTc分离纯化工艺，提出了99Mo/99mTc生产的发展趋势和展望。其中，以加速器驱动裂变低浓缩铀盐溶液的生产方式具有无反应堆、无高浓缩铀、放射性废物少等优势，是未来的重点研究方向。同时，为减少99Mo/99mTc损失，提高产品质量，开发和优化与生产体系相适应的分离纯化工艺也势在必行。中国科学院核能安全技术研究所FDS中科凤麟核能团队设计开发的一种氘氚聚变中子源驱动的99Mo次临界生产系统方案，可获得27Ci/d的99Mo产量，能满足国内一个中等省份的医疗诊断需求。
2019, 36(2): 184-189.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.184
摘要:
直充式核电池具有工作寿命长、结构简单、开路电压高、易微型化等优点，具有广泛的应用前景。目前，国内外对直充式核电池同位素源的选择多集中在同位素β源，尚未对不同同位素β源进行系统的分析对比。针对此问题，通过理论计算及SuperMC建模处理，研究了3H（Ti3H2）、14C，35S，45Ca，63Ni及147Pm六种固态同位素β源对直充式核电池的能量转换效率及理论输出功率的影响。结果显示，能量转换效率随源衰变粒子平均能量的升高而增大；理论输出功率及功率密度与源半衰期成反比。综合工作寿命、输出功率及能量转换效率，建议选用147Pm同位素源。
直充式核电池具有工作寿命长、结构简单、开路电压高、易微型化等优点，具有广泛的应用前景。目前，国内外对直充式核电池同位素源的选择多集中在同位素β源，尚未对不同同位素β源进行系统的分析对比。针对此问题，通过理论计算及SuperMC建模处理，研究了3H（Ti3H2）、14C，35S，45Ca，63Ni及147Pm六种固态同位素β源对直充式核电池的能量转换效率及理论输出功率的影响。结果显示，能量转换效率随源衰变粒子平均能量的升高而增大；理论输出功率及功率密度与源半衰期成反比。综合工作寿命、输出功率及能量转换效率，建议选用147Pm同位素源。
2019, 36(2): 190-196.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.190
摘要:
中国散裂中子源（Chinese Spallation Neutron Source，CSNS）的建成为中子散射技术的发展和应用奠定了基础。通用粉末衍射谱仪（general purpose powder diffractometer，GPPD）是CSNS一期建设的三条谱仪之一。研制了用于GPPD的大面积闪烁体探测器阵列，在CSNS的BL20中子束线上开展了探测器关键性能参数的实验测试。测试结果显示，对波长为1.4 Å和2.8 Å的中子，其探测效率分别为（38.5±1.7）%和（56.1±1.1）%，模拟与实验相结合，给出对2 Å的中子，其探测效率约为（46.1±2.0）%，有效面积内的探测效率不均匀度约为19.6%，经优化后可以降低到14.9%；探测器位置分辨可以达到4.0 mm×4.0 mm，最高计数率约79 kHz。探测器单元的整体性能指标能满足GPPD的物理需求。
中国散裂中子源（Chinese Spallation Neutron Source，CSNS）的建成为中子散射技术的发展和应用奠定了基础。通用粉末衍射谱仪（general purpose powder diffractometer，GPPD）是CSNS一期建设的三条谱仪之一。研制了用于GPPD的大面积闪烁体探测器阵列，在CSNS的BL20中子束线上开展了探测器关键性能参数的实验测试。测试结果显示，对波长为1.4 Å和2.8 Å的中子，其探测效率分别为（38.5±1.7）%和（56.1±1.1）%，模拟与实验相结合，给出对2 Å的中子，其探测效率约为（46.1±2.0）%，有效面积内的探测效率不均匀度约为19.6%，经优化后可以降低到14.9%；探测器位置分辨可以达到4.0 mm×4.0 mm，最高计数率约79 kHz。探测器单元的整体性能指标能满足GPPD的物理需求。
2019, 36(2): 197-203.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.197
摘要:
基于GEM工艺的裂变时间投影室兼具GEM工艺的高计数率、高空间分辨本领等优点，我们拟通过裂变时间投影室在单次测量中准确获取裂变产物的核电荷数、质量数以及能量等多种信息。本文主要讨论了基于GEM工艺的裂变时间投影室中工作气体的种类、气压以及裂变碎片在气室中的能量损失和有效电荷问题，发现对于轻重两种裂变碎片的能量损失而言，重裂变碎片的分布宽度更窄。并针对裂变碎片在气室中的能量损失，提出了一种通过裂变碎片的有效电荷获取核电荷数的方法。这对于裂变时间投影室的研制工作以及实现裂变产物的多参量测量具有重要意义。
基于GEM工艺的裂变时间投影室兼具GEM工艺的高计数率、高空间分辨本领等优点，我们拟通过裂变时间投影室在单次测量中准确获取裂变产物的核电荷数、质量数以及能量等多种信息。本文主要讨论了基于GEM工艺的裂变时间投影室中工作气体的种类、气压以及裂变碎片在气室中的能量损失和有效电荷问题，发现对于轻重两种裂变碎片的能量损失而言，重裂变碎片的分布宽度更窄。并针对裂变碎片在气室中的能量损失，提出了一种通过裂变碎片的有效电荷获取核电荷数的方法。这对于裂变时间投影室的研制工作以及实现裂变产物的多参量测量具有重要意义。
2019, 36(2): 204-210.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.204
摘要:
中子小角散射探测器是小角散射（SANS）谱仪的关键设备之一，探测器要求有足够大的探测面积、较高的探测效率及较好的空间分辨率，能够在真空腔中稳定地工作并可在腔体内前后移动。综合考虑，SANS探测器采用120只8 mm直径位置灵敏3He管，组成有效面积1 000 mm（X）×1 020 mm（Y）的二维探测器阵列。探测器阵列分为10个模块，每一个模块功能完全独立，包括12只3He管及其对应的读出电子学和数据获取系统。读出电子学位于探测器背面的回字形密闭腔体内，由CSNS电子学组自主研发。SANS探测器从设计、选型、样机、调试到安装历时三年，中子束流实验结果显示探测器探测效率大于50%（@2Å），空间分辨率好于10 mm（FWHM），完全达到设计要求，目前正在中国散裂中子源小角散射谱仪运行使用。
中子小角散射探测器是小角散射（SANS）谱仪的关键设备之一，探测器要求有足够大的探测面积、较高的探测效率及较好的空间分辨率，能够在真空腔中稳定地工作并可在腔体内前后移动。综合考虑，SANS探测器采用120只8 mm直径位置灵敏3He管，组成有效面积1 000 mm（X）×1 020 mm（Y）的二维探测器阵列。探测器阵列分为10个模块，每一个模块功能完全独立，包括12只3He管及其对应的读出电子学和数据获取系统。读出电子学位于探测器背面的回字形密闭腔体内，由CSNS电子学组自主研发。SANS探测器从设计、选型、样机、调试到安装历时三年，中子束流实验结果显示探测器探测效率大于50%（@2Å），空间分辨率好于10 mm（FWHM），完全达到设计要求，目前正在中国散裂中子源小角散射谱仪运行使用。
2019, 36(2): 211-217.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.211
摘要:
CT成像质量受诸多因素影响，有必要系统地研究各因素带来的影响以得到更好的成像效果。基于兰州大学核科学与技术学院研制的锥束CT系统，在近探测器几何条件下，采用一铝制标准件，通过对比实验研究了投影采集范围及步长、管电压及管电流、焦点尺寸、样品在转台位置、硬化校正和图像优化等因素对CT系统成像质量的影响。结果表明，当投影采集完备时，投影采集范围对成像质量影响较小，减小扫描步长能提高成像质量；适当提高管电压能降低硬化伪影，提高管电流能减小图像噪声；较小的焦点尺寸能提高图像空间分辨率，但在近探测器几何条件下不明显；样品在转台位置不影响CT系统还原样品结构；硬化校正能明显消除硬化伪影；最后，对于单一材质样品通过阈值去噪能优化图像质量。以上研究为CT系统的研制和应用提供了参考。
CT成像质量受诸多因素影响，有必要系统地研究各因素带来的影响以得到更好的成像效果。基于兰州大学核科学与技术学院研制的锥束CT系统，在近探测器几何条件下，采用一铝制标准件，通过对比实验研究了投影采集范围及步长、管电压及管电流、焦点尺寸、样品在转台位置、硬化校正和图像优化等因素对CT系统成像质量的影响。结果表明，当投影采集完备时，投影采集范围对成像质量影响较小，减小扫描步长能提高成像质量；适当提高管电压能降低硬化伪影，提高管电流能减小图像噪声；较小的焦点尺寸能提高图像空间分辨率，但在近探测器几何条件下不明显；样品在转台位置不影响CT系统还原样品结构；硬化校正能明显消除硬化伪影；最后，对于单一材质样品通过阈值去噪能优化图像质量。以上研究为CT系统的研制和应用提供了参考。
2019, 36(2): 218-223.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.218
摘要:
研制了一套基于微通道板的二维位置灵敏像探测器，开展了X射线成像实验研究。对游标卡尺构建的狭缝成像显示，狭缝图像清晰可见，图像的边缘分辨率能达到约500 μm。对组合样品进行了成像测试，在X射线机靶流为1 mA的条件下，像探测器系统在1 ms内即可实现成像，且成像结果清晰。采用中值滤波与锐化、盲反卷积、维纳滤波等方法，对游标卡尺的成像结果进行了初步的图像处理。结果显示，三种方法都能改善图像的质量，其中维纳滤波法效果最优，相比原图边缘分辨率提高了约7%。
研制了一套基于微通道板的二维位置灵敏像探测器，开展了X射线成像实验研究。对游标卡尺构建的狭缝成像显示，狭缝图像清晰可见，图像的边缘分辨率能达到约500 μm。对组合样品进行了成像测试，在X射线机靶流为1 mA的条件下，像探测器系统在1 ms内即可实现成像，且成像结果清晰。采用中值滤波与锐化、盲反卷积、维纳滤波等方法，对游标卡尺的成像结果进行了初步的图像处理。结果显示，三种方法都能改善图像的质量，其中维纳滤波法效果最优，相比原图边缘分辨率提高了约7%。
2019, 36(2): 224-229.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.224
摘要:
采用传统固相烧结法成功制备出磷灰石结构材料Ca8LnNa（PO4）6F2（Ln=La，Nd和Sm），并通过常规X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）进行表征确定三种样品都为单一相。在室温条件下用800 keVKr2+对三种样品进行辐照实验，辐照后的样品利用掠入射X射线衍射（grazing incidence X-ray diffraction，GIXRD）进行表征获取其表面辐照损伤层的结构信息。发现在实验辐照剂量范围内（1.0×1014~7.0×1014cm-2）三种样品都发生了从晶体结构到非晶结构的转变，不过三种样品的抗辐照非晶性能却有差异，抗辐照非晶能力大小关系是Ca8LaNa（PO4）6F2 > Ca8NdNa（PO4）6F2 > Ca8SmNa（PO4）6F2。这是由于在Ca8LnNa（PO4）6F2中，当镧系核素半径越小时，将有更大概率占据Ca（2）位置与F形成比Ca-F更弱的离子键。因此，镧系核素半径越小，辐照下将有更多的点缺陷保留下来，更容易发生非晶相变。
采用传统固相烧结法成功制备出磷灰石结构材料Ca8LnNa（PO4）6F2（Ln=La，Nd和Sm），并通过常规X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）进行表征确定三种样品都为单一相。在室温条件下用800 keVKr2+对三种样品进行辐照实验，辐照后的样品利用掠入射X射线衍射（grazing incidence X-ray diffraction，GIXRD）进行表征获取其表面辐照损伤层的结构信息。发现在实验辐照剂量范围内（1.0×1014~7.0×1014cm-2）三种样品都发生了从晶体结构到非晶结构的转变，不过三种样品的抗辐照非晶性能却有差异，抗辐照非晶能力大小关系是Ca8LaNa（PO4）6F2 > Ca8NdNa（PO4）6F2 > Ca8SmNa（PO4）6F2。这是由于在Ca8LnNa（PO4）6F2中，当镧系核素半径越小时，将有更大概率占据Ca（2）位置与F形成比Ca-F更弱的离子键。因此，镧系核素半径越小，辐照下将有更多的点缺陷保留下来，更容易发生非晶相变。
2019, 36(2): 230-234.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.230
摘要:
钛酸盐因其优异的物理化学性能，可作为高放射性核废物（HLW）和锕系元素（钚）的重要候选固化材料之一。采用传统的陶瓷烧结工艺制备了多晶的Lu2Ti2O7和Lu2TiO5陶瓷材料。在室温下，用800 keVKr2+对两种材料进行辐照，辐照后的样品采用GIXRD进行表征，观察到两种样品都经历了先肿胀、然后再发生非晶相变的过程。不同的是Lu2Ti2O7的晶格肿胀程度大于Lu2TiO5。另外，Lu2TiO5样品的辐照到2×1014 ions/cm2时非晶含量达95.54%，而Lu2Ti2O7样品在此剂量下非晶含量只有74.66%。通过第一性原理计算了Lu2Ti2O7晶体的晶格肿胀随反位浓度的变化关系，结果表明，Lu2Ti2O7出现非晶前的晶格肿胀主要由阳离子反位导致，而Lu2TiO5是无序的萤石结构，其辐照所导致的晶格肿胀不含阳离子反位的贡献，晶格肿胀程度较低。
钛酸盐因其优异的物理化学性能，可作为高放射性核废物（HLW）和锕系元素（钚）的重要候选固化材料之一。采用传统的陶瓷烧结工艺制备了多晶的Lu2Ti2O7和Lu2TiO5陶瓷材料。在室温下，用800 keVKr2+对两种材料进行辐照，辐照后的样品采用GIXRD进行表征，观察到两种样品都经历了先肿胀、然后再发生非晶相变的过程。不同的是Lu2Ti2O7的晶格肿胀程度大于Lu2TiO5。另外，Lu2TiO5样品的辐照到2×1014 ions/cm2时非晶含量达95.54%，而Lu2Ti2O7样品在此剂量下非晶含量只有74.66%。通过第一性原理计算了Lu2Ti2O7晶体的晶格肿胀随反位浓度的变化关系，结果表明，Lu2Ti2O7出现非晶前的晶格肿胀主要由阳离子反位导致，而Lu2TiO5是无序的萤石结构，其辐照所导致的晶格肿胀不含阳离子反位的贡献，晶格肿胀程度较低。
2019, 36(2): 235-241.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.235
摘要:
利用分子动力学模拟方法对Cu13团簇在Fe（001）表面上沉积薄膜进行了研究，分析了不同沉积条件对薄膜生长模式的影响，对比分析了不同沉积条件下表面粗糙度、缺陷分布和外延度等薄膜性质的差异。Cu13团簇的初始沉积能量范围为0.1~10.0 eV/atom，沉积率为1.0 clusters/ps，衬底温度分别为300，700和1 000 K。模拟结果表明：团簇初始沉积能量主要影响薄膜生长模式，当初始沉积能量为7.5 eV/atom的Cu13团簇沉积到温度为300 K的Fe（001）表面时，可形成表面光滑、内部缺陷少和较好外延度的高质量Cu薄膜。
利用分子动力学模拟方法对Cu13团簇在Fe（001）表面上沉积薄膜进行了研究，分析了不同沉积条件对薄膜生长模式的影响，对比分析了不同沉积条件下表面粗糙度、缺陷分布和外延度等薄膜性质的差异。Cu13团簇的初始沉积能量范围为0.1~10.0 eV/atom，沉积率为1.0 clusters/ps，衬底温度分别为300，700和1 000 K。模拟结果表明：团簇初始沉积能量主要影响薄膜生长模式，当初始沉积能量为7.5 eV/atom的Cu13团簇沉积到温度为300 K的Fe（001）表面时，可形成表面光滑、内部缺陷少和较好外延度的高质量Cu薄膜。
2019, 36(2): 242-247.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.242
摘要:
单粒子效应是航天电子器件失效的重要原因，研究其物理过程对航天电子器件寿命预测、器件抗辐照加固有着重要的意义。现有的模型多从线性能量沉积的角度来解释单粒子翻转，因此无法解释单粒子效应地面实验模拟过程中的温度效应。建立了一个新模型，从高能带电离子与材料相互作用的物理过程出发，通过解三维的热扩散方程，计算出能量在材料中沉积、交换、扩散，得到电子和晶格温度的空间分布以及时间演化过程。推断出离子辐照过程中导致的自由电子浓度和收集电荷随LET的变化关系。此模型解释了单粒子效应中随着器件温度升高，单粒子效应截面增加的现象。
单粒子效应是航天电子器件失效的重要原因，研究其物理过程对航天电子器件寿命预测、器件抗辐照加固有着重要的意义。现有的模型多从线性能量沉积的角度来解释单粒子翻转，因此无法解释单粒子效应地面实验模拟过程中的温度效应。建立了一个新模型，从高能带电离子与材料相互作用的物理过程出发，通过解三维的热扩散方程，计算出能量在材料中沉积、交换、扩散，得到电子和晶格温度的空间分布以及时间演化过程。推断出离子辐照过程中导致的自由电子浓度和收集电荷随LET的变化关系。此模型解释了单粒子效应中随着器件温度升高，单粒子效应截面增加的现象。
2019, 36(2): 248-255.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.248
摘要:
本文利用第一性原理和准谐近似的方法研究了一系列钛酸盐烧绿石，即RE2Ti2O7（RE=Gd，Y，Ho，Er）的结构、机械性能及热学性质。研究结果表明，在基态下RE2Ti2O7具有良好的抗压、抗剪切能力。并且，由于这些化合物的齐纳指数接近于1，可近似地看作各向同性材料。此外，计算得到的热膨胀系数在高温区与实验值符合得较好。在500~1 500 K温度区间内，平均热膨胀系数为（10.4~13.1）×10-6 K-1。基于Slack模型，我们还计算了这些材料的晶格热导率，当温度等于1 000 K时，这四种物质的热导率在区间（1.5~4.9）W·m-1·K-1内。
本文利用第一性原理和准谐近似的方法研究了一系列钛酸盐烧绿石，即RE2Ti2O7（RE=Gd，Y，Ho，Er）的结构、机械性能及热学性质。研究结果表明，在基态下RE2Ti2O7具有良好的抗压、抗剪切能力。并且，由于这些化合物的齐纳指数接近于1，可近似地看作各向同性材料。此外，计算得到的热膨胀系数在高温区与实验值符合得较好。在500~1 500 K温度区间内，平均热膨胀系数为（10.4~13.1）×10-6 K-1。基于Slack模型，我们还计算了这些材料的晶格热导率，当温度等于1 000 K时，这四种物质的热导率在区间（1.5~4.9）W·m-1·K-1内。
2019, 36(2): 256-260.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.256
摘要:
首先采用分子动力学方法研究了在钨中预存氦-空位团簇（HenV22）后氦原子结合能与氦-空位比的关系。研究发现：当氦-空位比小于4.5时，氦原子结合能随氦-空位比呈线性减小趋势；当氦-空位比大于4.5时，氦原子的结合能随氦-空位比出现剧烈振荡的现象，这种现象是由于钨中预存氦-空位团簇随机挤出位错环使体系能量骤降所导致的。与此同时，氦-空位团簇周围出现了一些处于亚稳态的fcc结构和hcp结构的钨。为了研究氦团簇周围压强对钨基体相变的影响，本文利用第一性原理对钨的三种结构进行了高压相变计算，发现静水压力不能使钨的三种结构互相转变。另外，通过对bcc钨和fcc钨中四面体间隙氦原子和八面体间隙氦原子电荷密度差的计算，发现bcc钨中四面体间隙氦原子的稳定性高于八面体间隙氦原子的稳定性，而在fcc钨中四面体间隙氦原子的稳定性弱于八面体间隙氦原子的稳定性。
首先采用分子动力学方法研究了在钨中预存氦-空位团簇（HenV22）后氦原子结合能与氦-空位比的关系。研究发现：当氦-空位比小于4.5时，氦原子结合能随氦-空位比呈线性减小趋势；当氦-空位比大于4.5时，氦原子的结合能随氦-空位比出现剧烈振荡的现象，这种现象是由于钨中预存氦-空位团簇随机挤出位错环使体系能量骤降所导致的。与此同时，氦-空位团簇周围出现了一些处于亚稳态的fcc结构和hcp结构的钨。为了研究氦团簇周围压强对钨基体相变的影响，本文利用第一性原理对钨的三种结构进行了高压相变计算，发现静水压力不能使钨的三种结构互相转变。另外，通过对bcc钨和fcc钨中四面体间隙氦原子和八面体间隙氦原子电荷密度差的计算，发现bcc钨中四面体间隙氦原子的稳定性高于八面体间隙氦原子的稳定性，而在fcc钨中四面体间隙氦原子的稳定性弱于八面体间隙氦原子的稳定性。
2019, 36(2): 261-265.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.261
摘要:
本文采用分子动力学方法研究了沿<100>及<111>晶向的单轴应变对钨中单个氦原子扩散的影响。结果表明，应变会使得金属钨材料发生相变，且引起相变的临界应变随温度升高而减小。相变起始的应变在达到抗拉强度的应变附近。计算结果表明，拉应变使得单个氦原子在钨中的扩散系数发生骤降，在不同应变下扩散系数变化平缓。沿<100>晶向氦扩散系数随应变的增大而线性减小，而<111>晶向则出现了震荡变化趋势。研究结果表明，沿<100>晶向应变达到+0.15%时阿纽列斯方程不再适用，而沿<111>晶向应变大+5%阿纽列斯方程仍然适用；沿<111>晶向随应变增加氦扩散激活能减小，说明应变使得单个氦原子在钨中迁移性增强。
本文采用分子动力学方法研究了沿<100>及<111>晶向的单轴应变对钨中单个氦原子扩散的影响。结果表明，应变会使得金属钨材料发生相变，且引起相变的临界应变随温度升高而减小。相变起始的应变在达到抗拉强度的应变附近。计算结果表明，拉应变使得单个氦原子在钨中的扩散系数发生骤降，在不同应变下扩散系数变化平缓。沿<100>晶向氦扩散系数随应变的增大而线性减小，而<111>晶向则出现了震荡变化趋势。研究结果表明，沿<100>晶向应变达到+0.15%时阿纽列斯方程不再适用，而沿<111>晶向应变大+5%阿纽列斯方程仍然适用；沿<111>晶向随应变增加氦扩散激活能减小，说明应变使得单个氦原子在钨中迁移性增强。
2019, 36(2): 266-271.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.02.266
摘要:
中子多重性技术常用于测量和核查核材料，尤其针对具有较厚屏蔽的对象具有不可替代的优势。钚的自发裂变率较高，可以采用被动测量方法，目前已有多款不同的测量装置。然而铀材料的自发裂变率较低只能采用主动测量方法。现有的主动井型符合计数器（AWCC）能够进行主动中子多重性测量铀材料质量，但依然存在探测效率较低，Am-Li中子源产生偶然符合大等缺点。为提高铀材料测量的效率和精度，对主动中子多重性测量方法开展深入研究非常必要。本文参考AWCC模型，利用Geant4软件对探测器和粒子的输运过程进行建模。研究了多重性移位寄存器的不同符合门宽、不同延迟时间对铀测量结果相对偏差的影响规律。计数器的最佳门宽为44 μs，门宽取值范围在计数器衰减时间的1.5倍左右合适；延迟时间大于3倍计数器衰减时间后，相对偏差显著减少。最后讨论了235U富集度变化对主动中子多重性测量结果的影响。为后续主动中子多重性铀质量测量仪器的设计提供了参考。
中子多重性技术常用于测量和核查核材料，尤其针对具有较厚屏蔽的对象具有不可替代的优势。钚的自发裂变率较高，可以采用被动测量方法，目前已有多款不同的测量装置。然而铀材料的自发裂变率较低只能采用主动测量方法。现有的主动井型符合计数器（AWCC）能够进行主动中子多重性测量铀材料质量，但依然存在探测效率较低，Am-Li中子源产生偶然符合大等缺点。为提高铀材料测量的效率和精度，对主动中子多重性测量方法开展深入研究非常必要。本文参考AWCC模型，利用Geant4软件对探测器和粒子的输运过程进行建模。研究了多重性移位寄存器的不同符合门宽、不同延迟时间对铀测量结果相对偏差的影响规律。计数器的最佳门宽为44 μs，门宽取值范围在计数器衰减时间的1.5倍左右合适；延迟时间大于3倍计数器衰减时间后，相对偏差显著减少。最后讨论了235U富集度变化对主动中子多重性测量结果的影响。为后续主动中子多重性铀质量测量仪器的设计提供了参考。
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