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2022年  第39卷  第2期

2022 年 2 期目录
2022, 39(2): 1-2.
摘要(106) HTML (45) PDF (331KB)(291)
摘要:
核物理
Investigation on the Hyperonic Star in Relativistic Mean-field Model
Kaixuan HUANG, Jinniu HU, Ying ZHANG, Hong SHEN
2022, 39(2): 135-153. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2022013
摘要(425) HTML (56) PDF (4509KB)(204)
摘要:
The neutron star as a supernova remnant is attracting high attention recently due to the gravitation wave detection and precise measurements about its mass and radius. In the inner core region of the neutron star, the strangeness degrees of freedom, such as the hyperons, can be present, which is also named as a hyperonic star. In this work, the neutron star consisting of nucleons and leptons, and the hyperonic star including the hyperons will be studied in the framework of the relativistic mean-field(RMF) model. Some popular non-linear and density-dependent RMF parametrizations will be adopted to investigate the role of hyperons in a hyperonic star on its mass, radius, tidal deformability, and other properties. Finally, the coupling strengths between mesons and hyperons are also discussed, which can generate the massive hyperonic star with present RMF parameter sets, when the vector coupling constants are strong.
铀同位素链α衰变的研究
叶小云, 王子淳, 张双双, 王宇婷, 王永佳, 李庆峰
2022, 39(2): 154-159. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021083
摘要(178) HTML (32) PDF (3601KB)(157)
摘要:
利用传输矩阵方法计算了铀同位素链\begin{document}$\alpha$\end{document}衰变的穿透几率,并且与常用于计算势垒穿透几率的Wenzel Kramers Brillouin(WKB)近似方法进行了比较,发现由WKB近似方法得到的穿透几率比精确值小40%左右,而且WKB方法带来的误差与\begin{document}$\alpha$\end{document}衰变的衰变能有很好的抛物线关系。基于结团模型,利用传输矩阵方法得到\begin{document}$\alpha$\end{document}粒子穿透势垒的精确几率,计算了铀同位素链\begin{document}$\alpha$\end{document}衰变的半衰期。还研究了势阱深度\begin{document}$V_0$\end{document}、弥散宽度\begin{document}$a$\end{document}和主量子数\begin{document}$G$\end{document}对半衰期的影响。结果表明,考虑一组同位旋依赖的势阱深度和弥散宽度参数,结团模型能够较好地再现铀同位素链\begin{document}$\alpha$\end{document}衰变的半衰期。
The Effective β Value in a Simple Harmonic Oscillator Wave Function
Chaohui WANG, Long TANG, Tingyan LI, Gongping ZHENG, Jingfu HU, Chengqun PANG
2022, 39(2): 160-171. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2022012
摘要:
When a Simple Harmonic Oscillator (SHO) wave function is used as an effective wave function, a very important parameter in the SHO wave function is the effective \begin{document}$\, \beta$\end{document} value (\begin{document}$\, \beta_{\rm effective}$\end{document}). We obtain the analytical expression of \begin{document}$\, \beta_{\rm eff}$\end{document}(\begin{document}$\, \beta_{\rm effective}$\end{document}) of the SHO wave function in coordinate space and momentum space. The expression is applied to the light meson system \begin{document}$(u\bar{u}, ~u\bar{s})$\end{document} to compare the behavior of \begin{document}$\, \beta_{\rm eff}$\end{document}. The results show that \begin{document}$\, \beta_ {{\rm eff}, \, \boldsymbol{r}}$\end{document} in coordinate space and \begin{document}$\, \beta_ {{\rm eff}, \, \boldsymbol{p}}$\end{document} in momentum space are significantly different in the ground state, however, similar in the highly excited states with Cornell potential.
激光电子散射中的最大可能增益
尹珊珊, 高春媛
2022, 39(2): 172-178. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021046
摘要:
借鉴自由电子激光(FEL)发展之初Madey对自由电子激光器中受激辐射引起的增益的讨论,通过在激光场中的量子电动力学(QED)的模型中引入激光电子系统初态态密度以及由不确定的系统初态到确定光子末态的跃迁速率,推导了激光电子正碰过程中受激辐射至单一电磁模式产生的最大可能增益。采用成功得到X射线或\begin{document}$\gamma $\end{document}射线光子的三个激光电子Compton背散射实验的实验参数计算了激光电子散射过程中的最大可能增益,与第一台X射线自由电子激光(XFEL)中的最大可能增益作比较,进而对激光电子散射作为激光光源的可行性进行评估。计算结果表明,现有的能够得到X射线光子或\begin{document}$\gamma $\end{document}射线光子的激光电子散射实验中的最大可能增益远低于第一台XFEL中的。本工作未能找到合适的激光电子参数以获得比第一台XFEL中更高的最大可能增益,但是在入射电磁波位于射频波段范围内找到了能够实现较高增益的参数组合。
加速器
HIAF随机冷却系统slot-ring型pickup/kicker及相应合路器/功分器的设计与仿真
张兆龙, 武军霞, 张鑫, 李志学, 胡雪静, 朱光宇
2022, 39(2): 179-187. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021070
摘要:
为降低束流发射度,提高束流强度,得到高品质的束流,强流重离子加速器装置(HIAF)高精度环形谱仪(SRing)将建造随机冷却系统。随机冷却系统的关键硬件pickup/kicker在一定程度上决定了其冷却效率。本工作讨论了随机冷却系统pickup/kicker的具体作用及设计指标,介绍了分路阻抗概念。SRing随机冷却系统采用周期性单元结构slot-ring模型,利用高频结构仿真(HFSS)软件对其进行建模并仿真优化。通过对不同结构参数进行扫参,确认了slot-ring结构各参数对pickup/kicker分路阻抗值的影响。仿真结果表明,slot-ring结构有较高的分路阻抗,适用于SRing随机冷却系统。同时,考虑到pickup/kicker工作带宽内分路阻抗的平坦度,提出了采用不同尺寸slot-ring结构进行组合的方式来优化其平坦度。最后设计并加工实测了该slot-ring结构相匹配的十六路功率分配器/功率合成器,实测结果表明:该功分器/合路器具有各端口输出幅度平坦度较好、隔离度大、插入损耗低、电压驻波比小等特点,满足SRing随机冷却系统的要求。
2K超导低温垂测控制系统关键技术
沈国强, 郑海, 曹虎, 张榕峰, 沈文文, 陈又新
2022, 39(2): 188-194. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021047
摘要:
根据加速器驱动次临界系统质子超导直线加速器样机(CAFe)对于低温垂测系统的要求,设计了2K超导低温垂测控制系统。该系统的主要难点之一是用简单可靠的方式实现2K过程控制,二是对回温过程中杜瓦内压强的控制。为了解决这两点,本工作使用实验物理与工业控制系统中的集成包Sequencer实现了对气体置换、腔体降温等顺序过程的控制,能够方便实现多种流程控制。对于回温过程,使用可编程逻辑控制器等部件作为硬件控制部分,使用模糊PID控制加热器来稳定杜瓦内压强,相较于传统的PID能够实现更小的响应时间和超调量,最终为实现2K超导低温垂测控制系统提供了可行高效的解决方法。
核技术
氧化镁中子过滤器研究
苏晓斌, 侯龙, 刘世龙, 杨毅, 王琦
2022, 39(2): 195-200. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021080
摘要:
核电厂反应堆乏燃料水池格架材料在生产和使用过程中需要对其中子吸收性能进行监测和检测,针对这两方面需求,研制了乏燃料水池格架B4C_Al材料的中子吸收性能检测设备。为了降低检测过程中超热中子本底的影响,考虑采用氧化镁超热中子过滤器滤除超热中子。对10 和5 cm氧化镁单晶的中子透射率与宏观总截面进行了理论计算,对慢化体表面中子成分进行蒙特卡罗模拟计算并开展实验测量。实验结果表明,10 cm氧化镁对采用8 cm聚乙烯慢化后的252Cf中子源的中子透射率为60.16%,相对镉比值比未加10 cm氧化镁时提高了93.85%,证明常温下采用氧化镁单晶做B4C_Al检测装置的超热中子过滤器是可行的。
BRISOL铝同位素放射性核束的产生
马燮, 崔保群, 唐兵, 马瑞刚, 陈立华, 马鹰俊, 黄青华, 张一帆, 王云峰, 燕冲, 于荣凯
2022, 39(2): 201-205. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021061
摘要:
北京放射性核束装置在线同位素分离器(BRISOL)采用100 MeV回旋加速器提供的最大200 μA的质子束打靶在线产生放射性核束。在BRISOL上已经使用氧化钙靶、氧化镁靶产生了Na+、K+等放射性核束。为了产生铝同位素放射性核束,研发了碳化硅靶材,开展了碳化硅靶产生铝放射性核束的实验研究。在BRISOL装置上首次产生了铝同位素放射性核束,其中26gAl+的束流强度为8.7×107 pps,23Al+的束流强度为2.2×102 pps,同时将BRISOL靶能承受的质子束流强提升至15 。
用于像素探测器的高事例率高精度TDC ASIC原型电路的设计与仿真
郎子健, 高超嵩, 秦家军, 赵雷, 孙向明, 安琪
2022, 39(2): 206-214. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021027
摘要(235) HTML (127) PDF (4288KB)(39)
摘要:
像素探测器因其优异的位置分辨能力在高能粒子物理实验的内径探测器中有着广泛应用,随着应用场景的发展,许多物理实验要求探测器及其读出电子学也具备高精度时间测量的能力。针对像素探测器时间测量的需求,设计完成了一款具备高事例率处理能力、高精度特点的TDC(Time-to-Digital Conversion) ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 原型电路,将来可以作为核心组成部分集成到像素探测器前端读出ASIC中。采用粗细结合的方案完成TDC的设计,其中粗时间测量基于计数器实现,细时间测量采用TAC(Time-to-Amplitude Converter)结合ADC(Time-to-Amplitude Converter)的结构实现,基于130 nm工艺完成了原型电路的设计。对TDC进行仿真,仿真结果表明,该电路可以最多处理连续11个事例,相邻事例的最短时间间隔为500 ps,bin size达到了2 ps,DNL(Differential Non-Linearity)小于2.8 ps,时间测量精度好于5 ps RMS。
便携式食品放射性检测仪的研制及测试
周英杰, 张海薇, 杨月, 侯琼, 李君, 卢位, 王磊
2022, 39(2): 215-223. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021050
摘要:
设计了一种便携式食品放射性检测仪,主要包括测量结构、核信号处理单元和能谱分析程序。核信号处理单元主要包括抗混叠低通滤波器、程控增益放大器、高速A/D采样、数字低通滤波、梯形成形、脉冲幅度甄别和能谱获取等。能谱分析程序主要包括能谱光滑、能谱寻峰、能量刻度、本底扣除以及活度计算等。最后,以测量131I核素为例,研究了仪器对不同体积样品的探测效率、刻度系数和最低可探测活度,并根据刻度系数对300 mL食品样品的放射性测量结果进行校正。结果表明,仪器对常见食品中131I的放射性活度检测结果误差小于10%,满足食品放射性测量需求。
交叉学科
用于CSRe上16O5+离子精密激光谱学实验的极紫外光子探测系统的研制
陈冬阳, 汪寒冰, 黄忠魁, 赵冬梅, 刘鑫, 周晓鹏, 刘建龙, 李长春, 杨金晶, 张大成, 汶伟强, 马新文
2022, 39(2): 224-231. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021042
摘要:
高电荷态离子的精密谱学研究不仅为强场QED效应、相对论效应、电子关联效应等基础前沿理论模型的精确检验提供了良好的条件,而且对同位素移动、高电荷态离子光钟等诸多前沿物理研究具有重要意义。为了在兰州重离子加速器冷却储存环的CSRe上开展相对论能量类锂16O5+离子2s1/2→2p1/2和2s1/2→2p3/2光学跃迁精密测量的激光谱学实验研究,研制了一套适用于前向发射荧光收集测量的新型非拦截式极紫外光子探测系统。该探测系统主要由抛物面型SiC反射镜、镀有CsI的微通道板(MCP)探测器以及高速步进电机等部分组成。在CSRe的高温烘烤环境和超高真空实验环境下,该探测系统能够在不影响储存环内离子束正常运转的同时实现对极紫外波段(50~200 nm)前向发射光子的高效探测,其探测效率较CSRe上现有光子通道倍增管荧光探测器提升约50倍。该探测系统不仅能够为CSRe上高电荷态离子的精密激光谱学实验提供高效实时的探测工具,亦为将来在大科学装置HIAF上开展更高能量、更高电荷态重离子的精密激光谱学实验研究奠定了坚实的基础。
质子轰击钨靶表面时的电子发射产额与靶温度的相关性研究
曾利霞, 周贤明, 梅策香, 程锐, 张小安, 徐忠锋
2022, 39(2): 232-237. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2022004
摘要:
在中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器国家实验室测量了能量为50~250 keV 的质子入射不同温度下钨靶表面的电子发射产额。实验结果发现,不同能量的质子引起的电子发射产额均随着靶温度的升高而降低;利用功函数对温度的依赖性定性地解释了该结果。在不同靶温度下,总电子发射产额与电子能损的比值随着质子能量的增加而逐渐变小;利用靶原子不同壳层中电子之间的电离竞争机制来解释实验结果。
Determining the Concentration of Trace Vanadium in Natural Saline Lake Brines
Jian CHU, Qinggang HUANG, Ruiqin GAO, Weiping WANG, Xiaojie YIN, Xiaolei WU, Wei TIAN, Sha LI, Zhi QIN, Jing BAI
2022, 39(2): 238-244. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021054
摘要:
To determine the concentration of trace vanadium in saline lake brines, a vanadium pre-purification process is established to reduce the matrix effect of the huge coexisting ions. Two steps, extraction and stripping, are included in the process. The factors affecting the vanadium purification efficiencies are investigated in detail and the optimum conditions are determined to be: vanadium in the solutions was extracted by the organic phase containing 30% D2EHPA (v/v), 20% TBP (v/v) in n-hexane for 30 min at pH 3.0, and then stripped with 3 mol/L H2SO4 for 10 min. Trace vanadium in two natural brine samples are pre-purified using this process and their concentrations are determined by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) with sensitivity and limit of detection (LOD) for 51V are 53 171 cps/(µg/L) and 1.88 ng/L, respectively. The standard addition recoveries of the brine samples are ~100% but with small relative standard deviations (RSD<0.6%), indicating that the method can be used to measure the concentration of trace vanadium in natural complicated waters, such as seawater and saline lake brines.
Foreseeing Two Dimensional Distribution of Swift Heavy Ions at Micro-scale
Binbo LI, Kejing HUANG, Wentao WANG, Jiaming ZHANG, Haizhou XUE, Dan MO, Jinglai DUAN
2022, 39(2): 245-251. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021037
摘要:
For Swift Heavy Ion(SHI) irradiation, at micro-scale, the incident ions are randomly distributed regardless of beam scanning or defocusing. Recently, this nonuniformity of ion irradiation is becoming critical for the cutting-edge applications of SHIs, i.e., fabrication of high-density microporous membranes, and evaluation of single event effect for the aerospace electronics. In this study, a Monte Carlo(MC) code is developed for simulating the planar distribution of incident ions. Statistically, the predicted distributions of latent tracks and micropores show good coincidence with the direct observations of microporous membranes. According to the simulations, the porosities of membranes are predicted as functions of ion fluences and pore sizes. An empirical formula is proposed for the estimation of effective porosity prior to ion irradiation and chemical etching. Moreover, to evaluate the selectivity of microporous membranes, the probability of multi-pores formation is estimated. A balance between the porosity and selectivity of the membranes is suggested. By employing the MC simulations, uniformity issues of ion irradiation at micro-scale are investigated, whose results may serve as important references for single event effect etc.
碳离子治疗计划中的RBE加权剂量鲁棒优化方法
王文宇, 刘新国, 张晖, 杨静芬, 马圆圆, 李强
2022, 39(2): 252-257. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021038
摘要:
提出基于混合束模型的相对生物学效应(RBE)加权剂量鲁棒优化方法,用于减少碳离子束射程和摆位偏差对生物剂量分布的影响。建立概率组合鲁棒优化模型,利用二次型目标函数表达式,分别制定针对物理吸收剂量和RBE加权剂量的碳离子束治疗计划,并基于共轭梯度优化算法求解出各自最优的权重解,使得靶区和危及器官(OAR)实际剂量分布在射程和摆位偏差组合情况下尽量满足剂量要求。采用C型靶模型测试鲁棒优化方法的有效性。与基于计划靶区(PTV)的常规优化方法相比,针对物理吸收剂量的鲁棒优化计划临床靶区(CTV)的\begin{document}$ \Delta {D}_{95{\text{%}} } $\end{document}减少10.00 cGy,OAR的\begin{document}$ \Delta {D}_{5{\text{%}} } $\end{document}\begin{document}$ \Delta {D}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $\end{document}分别减少21.50和35.97 cGy,计划的鲁棒性得到了很好的提升。针对RBE加权剂量的鲁棒优化计划CTV的\begin{document}$ \Delta {D}_{95{\text{%}} } $\end{document}降低14.00 cGy(RBE),OAR的\begin{document}$ \Delta {D}_{5{\text{%}} } $\end{document}\begin{document}$ \Delta {D}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $\end{document}分别减少19.00和26.28 cGy(RBE),说明该方法不仅减少了CTV的生物剂量变化,也减少了OAR的生物剂量热点。该结果证明了基于混合束模型的RBE加权剂量鲁棒优化方法在有效提高碳离子放疗计划鲁棒性的同时使OAR也得到了很好的保护。
核能与核数据
CiADS带绕丝燃料棒束通道横流特性
何明翰, 范大军, 李荣杰, 李显文, 范旭凯, 姚存峰, 顾龙
2022, 39(2): 258-265. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021072
摘要:
CiADS次临界反应堆采用铅铋作为冷却剂,使用绕丝定位的闭式燃料组件。螺旋绕丝能够使流动工质发生横向交混,增强不同子通道间的动量交换。本工作使用ANSYS ICEM和STAR-CCM+软件划分了结构化网格和多面体网格,对CiADS燃料棒束通道横流特性进行研究,分析了结构化网格与非结构化网格对流动特性的影响。结果显示:相比于非结构化网格,结构化网格的子通道间横流量计算结果更接近LES的结果;结构化网格得到的摩擦因子系数与UCTD公式预测值最为接近,多面体网格的结果比经验公式的预测值小。同时,本研究对现有横流特性经验公式进行了改进,可更准确地预测带绕丝燃料棒束横流特性。上述研究成果提供了子通道程序优化的新思路,同时可为CiADS燃料组件热工水力设计与分析提供参考。
压水堆核电厂余热排出系统的可靠性建模与分析
张栋良, 尤文昊, 潘晓磊, 周佳磊
2022, 39(2): 266-271. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021084
摘要:
为提高压水堆余热排出系统(RHRS)可靠性,对RHRS的定期检修与维护提供指导与参考,本研究采用故障树对RHRS进行可靠性建模,对系统部件进行重要度指标评价。基于重要度指标评价结果提出了含公用备件的冷备系统的改进方案,引入动态故障树冷备门描述其失效模式,利用Markov模型进行定量分析。研究结果表明,优化后的RHRS可靠度有明显提升。