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2021年 第38卷  第3期

2021 年 3 期目录
2021, (3): 1-2.
摘要:
核物理
氘核削裂反应理论研究及其进展
许祎萍, 庞丹阳, 楼建玲
2021, 38(3): 229-243. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021046
摘要:
氘核削裂反应作为单核子转移反应的一种,在原子核的单粒子结构研究中一直起着重要的作用。同时,作为典型的三体核反应,它也是直接核反应理论研究的一个重要研究对象。本文简述了氘核削裂反应的研究历史,侧重介绍其反应理论的演进,以及平面波玻恩近似(Plane Wave Born Approximation,PWBA)、扭曲波玻恩近似(Distorted Wave Born Approximation,DWBA)、连续态离散化耦合道理论(Continuum Discretized Coupled Channels,CDCC)、绝热波近似理论(Adiabatic Wave Approximation,ADWA)和法捷耶夫方程组(Faddeev equations)方法之间的差别与联系。本文讨论了当前及未来氘核削裂反应理论研究的若干热点问题,包括中高能条件下的氘核削裂反应、转移到剩余核连续态的理论、色散光学势以及非定域光学势在氘核削裂反应中的应用等。本文展示了我们对中高能条件下的氘核削裂反应理论计算的一些初步成果。
利用反应时间分析多核子转移反应中丰中子核的产生机制
李成, 郜嘉薇, 张静雯, 赵凯雯, 田俊龙
2021, 38(3): 244-249. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020045
摘要:
在改进的量子分子动力学(ImQMD)模型框架下,研究了\begin{document}$^{136}{\rm{Xe}}$\end{document}+\begin{document}$^{198}{\rm{Pt}}$\end{document}体系的多核子转移反应过程。给出了不同弹靶接触时间下二分裂碎片的总动能-质量分布,发现准弹性碰撞、深度非弹性碰撞和准裂变反应事件可以采用弹靶接触时间进行粗略的划分。分析了不同弹靶接触时间下类靶碎片的双微分截面分布以及Ba同位素的产生截面分布,结果表明丰中子核素产生于深度非弹性碰撞。另外研究发现,对于\begin{document}$^{136}{\rm{Xe}}$\end{document}+\begin{document}$^{198}{\rm{Pt}}$\end{document}体系,出射角在0°附近的类靶碎片产生于中心碰撞。
Level Densities and Entropy of Sn Isotopes
Qiya ZHOU, Wenjun GUO
2021, 38(3): 250-255. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021044
摘要:
Energy level density plays an important role in the study of kinetic and thermodynamic properties of nuclear physics. In this paper, shell model and the truncation algorithm are used to calculate the lowest 10 000 states of Sn isotopes. The number of holes and the number of particles in the \begin{document}$^{116}{\rm{Sn}}$\end{document} isotope of Sn is 8, and the energy level is the most complex. According to the \begin{document}$^{116}{\rm{Sn}}$\end{document} energy level density, the relationship between energy level density and angular momentum and the microcanonical entropy of the system are studied. It is found that the lowest average energy level under even parity has an obvious odd-even effect of angular momentum, which can be reasonably explained by Pauli exclusion principle. Furthermore, the properties of different Sn isotopes are studied and a similiar conclusion is obtained. The microcanonical entropy of \begin{document}$^{116}{\rm{Sn}}$\end{document} is fluctuated by odd parity in the low energy band, which is related to the fracture of neutron pairs.
π0介子寿命的实验研究
马玲玲, 杨翠
2021, 38(3): 256-264. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021028
摘要:
QCD(Quantum Chromo Dynamics)手征反常理论主导了π0介子到两个\begin{document}$\gamma $\end{document}光子的衰变。基于手征反常理论和手征微扰论的修正,对π0介子寿命的理论预测精度高达1%。高精度实验测量π0介子的寿命可以严格检验低能区的QCD理论和手征微扰论。本工作重点介绍了三种测量π0介子寿命的实验方法:直接测量法、双光子反应法和Primakoff测量法。2018版的PDG收录了测量π0介子寿命精度最高的5个实验,并以此给出π0介子寿命的平均值。回顾了这5个实验,其中2004年在美国JLab实验室进行的PrimEx-I实验的测量精度最高,为2.8%。虽然这些实验结果在误差范围内与理论预测相符合,但实验精度还不足以严格检验精度为1%的理论预测。为了进一步提高实验精度,美国JLab实验室于2010年进行了第二次实验PrimEx-II,测量精度为1.57%。将PrimEx实验系列的结果取加权平均,得到总的实验不确定度为1.50%。这是迄今为止对π0寿命最精确的实验测量,在实验误差范围内可以验证QCD手征反常理论的预测。此外,还对PrimEx-II的设备布局和数据分析方法做了简单介绍。
加速器
基于PID算法的磁场闭环控制技术研究
王宝嘉, 郭玉辉, 冯文天, 王睿, 陈广全
2021, 38(3): 265-269. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021002
摘要:
已有的束流磁场控制方法大多采用开环的方式,即根据磁场需求直接设置磁铁电源输出的电流或电压值。但开环状态的磁场在现场噪声以及磁铁自身涡流效应的影响下,极容易发生偏移。针对此问题,设计了基于PID算法的磁场闭环控制系统。该系统以偏转磁铁为控制对象,使用霍尔传感器获取磁场值作为反馈,磁铁电源励磁电流的输出作为控制系统的输入量。控制器使用PID算法对磁铁电源输出进行自动调整,从而实现对磁场的闭环控制。最终结果表明,在PID参数调试得当的情况下,使用磁场在线测量值作为反馈信号,去实时调节磁铁电源的励磁电流大小的闭环控制方法,可以有效地降低磁场偏移。
Characteristics of Laser Ablation Plasma in the Diverging Magnetic Field of a Solenoid
Guicai WANG, Huanyu ZHAO, Qianyu JIN, Junjie ZHANG, Liangting SUN, Hongwei ZHAO
2021, 38(3): 270-276. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021017
摘要:
Laser ablation plasma(LAP) can be used as an ion source for particle accelerators and for ion implantation. Although the too intensive current intensity of laser ion sources give them advantages over other ion sources, yet the minute duration of laser produced ion pulses limits their applications in accelerators. By introducing a solenoid into the plasma expansion region, the modulation of the plasma temporal structure had been achieved[1-3]. In order to study the effect of solenoid magnetic field on LAP, we used different laser energies (1~8 J) to produce LAP at different initial conditions and applied various magnetic field strengths to confine the plasma. The transverse distribution of the laser produced ions were measured with a movable faraday cup (FC) at the edge of the fringe field of the solenoid. The main parameters of the ion pulses, the total charge, the peak current, and the pulse duration, enhanced at first and then got saturated with the increasing magnetic field, no matter what the initial plasma conditions were. Unlike the nearly uniform transverse distribution of the plasma without magnetic confinement, the plasma got concentrated when the magnetic field was applied. The experimental results presented and discussed in the present work are of great significance for further understanding the characteristics of magnetically confined LAP.
核技术
宇生核素 10Be、 7Be、 22Na大气示踪概述
董克君
2021, 38(3): 277-282. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020073
摘要:
大气宇宙成因核素 10Be、 7Be、 22Na作为平流层、对流层之间物质交换(STE)动力学过程的敏感示踪剂,对于全球气候变化、大气环境治理等研究具有非常重要的意义。介绍了这几种核素应用于STE的国际研究现状以及面临的困难,概述了加速器质谱法(AMS)在此方面具备的优势和研究基础,基于天津大学的小型低能量AMS系统和已建立的 10Be测量方法,对AMS测量 7Be、 22Na所面临的关键技术做了可行性分析与探索。
B4C_Al材料中子吸收性能检测设备研制
苏晓斌, 侯龙, 刘世龙, 杨毅, 王琦
2021, 38(3): 283-292. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020071
摘要:
当前基于燃耗信任制的乏燃料密集贮存方式,对乏燃料水池格架中子吸收材料的可靠性和有效性,都提出了更高的要求。在格架材料生产和使用过程中需要对其中子吸收性能(硼含量)进行无损检测和监测,针对这两个方面的需求,我们研制了核电厂乏燃料水池格架B4C_Al中子吸收材料检测设备。该检测设备主要由中子源(3枚252Cf放射源)、中子探测器(10个锂玻璃组成的探测阵列)、中子屏蔽准直和慢化系统等组成,通过测量中子透射率来推算待测样板上各个测量点的10B面密度,从而达到对于乏燃料水池贮存格架材料B4C_Al合金硼含量的无损检测。使用该套设备进行了两种B4C_Al合金20 cm×30 cm悬挂样片的检测,结果可靠。该B4C_Al材料中子吸收性能检测设备为国内首创,推动了我国含硼中子吸收材料的无损检测研究,能为核电厂乏燃料水池的临界安全监测提供有力保障。
HIRFL人身安全联锁系统的设计与实现
严维伟, 苏有武, 杨博, 杨尧, 李武元, 李宗强, 毛旺, 李阳, 王丽军, 马富鸿
2021, 38(3): 293-300. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020060
摘要:
兰州重离子加速器(简称HIRFL),是我国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,可提供单核子能量达GeV量级的重离子束。HIRFL运行时,束流会在加速器隧道内产生辐射,需要建立一套人身安全联锁系统来保障人员的辐射安全。HIRFL人身安全联锁系统遵循分区联锁、硬件最可靠、失效保护、冗余及独立性、自锁等设计原则,选用了可靠性高的冗余PLC作为核心控制器,并使用了安全性高的联锁部件。本工作的完成保障了HIRFL工作人员的辐射安全,也为同类型加速器装置的人身安全联锁系统设计提供了参考。
CEE实验中TOF探测器数据获取系统的设计
刘若琳, 杨俊峰, 王天星, 赵弘炜, 张雷
2021, 38(3): 301-310. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020070
摘要:
正在研制的低温高密度核物质测量谱仪(CSR External-target Experiment,CEE)系统经过触发后平均数据率可达2 GB/s。针对整个谱仪的设计需求,本文提出了通用的流处理数据获取架构Data-Matrix (D-Matrix),并设计了D-Matrix在飞行时间探测器(Time-of-Flight,TOF)子系统应用的具体方案。TOF系统的数据获取(Data Acquisition,DAQ)系统中使用光纤、PCIe总线等高速串行通信方式完成从前端电子学(Front End Electronic, FEE)到服务器阵列的数据传输,并通过具有统一接口的流处理节点的部署和级联来完成事例组装、命令路由、状态实时监测和数据显示与存储等任务。除此之外,TOF系统的数据获取系统在硬件和逻辑设计上具有良好的通用性,可以兼容其他子探测器系统,并应用于CEE实验的全局系统中。
基于差分曲率的各项异性扩散小波图像降噪算法研究
李浩炫, 王磊, 张婷, 卢位
2021, 38(3): 311-318. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020067
摘要:
\begin{document}$\gamma $\end{document}放射性内污染修正均匀冗余阵列编码成像中,为了进一步减少使用最大似然估计(Maximum Likelihood Expectation Maximisation,MLEM)算法进行编码图像重建的伪影,并且提高重建的效率,本文提出了基于差分曲率的各项异性扩散小波图像降噪(Anisotropic Diffusion Wavelet Image Denoising based on Differential Curvature, 简称ADWIDDC)算法, 结合MLEM算法得到了改进的应用于编码成像的MLEM-ADWIDDC算法。该算法首先采用MLEM算法对探测器得到的投影数据进行图像重建,再利用互补成像方法消减近场伪影,最后采用ADWIDDC算法进一步降低图像伪影。模拟结果表明,对于131I源呈圆环分布的编码图像,以重建算法运行时间为195 s为截止条件,MLEM-ADWIDDC算法能够更好地去除伪影,重建的\begin{document}$\gamma $\end{document}放射源图像纹理也更加清晰;对于131I源呈“CDUT”分布的编码图像,以重建图像信噪比达到5.10 dB为截止条件,本文的MLEM-ADWIDDC算法运行时间为98.36 s,比仅采用MLEM算法消耗的时间缩短了49%。
交叉学科
冷轧和退火对V-5Cr-5Ti合金组织结构和抗辐照硬化性能的影响
牛孟珂, 杨义涛, 张崇宏, 韩旭孝, 李增德
2021, 38(3): 319-326. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021006
摘要:
钒合金(V-5Cr-5Ti)是聚变堆第一壁以及包层的重要候选结构材料。不同加工工艺会对钒合金在聚变堆中的服役性能产生影响。本文利用兰州重离子研究装置(HIRFL)提供的337 MeV的高能Fe离子对不同程度冷轧(冷变形量分别为40%、60%和80%)以及冷轧后退火(1 273 K退火1 h)的V-5Cr-5Ti合金样品进行了辐照,研究了不同的冷轧和退火处理过程对材料抗辐照硬化性能的影响。电子背散射衍射技术(EBSD)测试结果显示,随着冷变形量的增加,样品中细小破碎晶粒比例增大,晶粒平均尺寸减小。退火处理后,细小破碎晶粒出现一定程度的长大,大晶粒几乎全部消失,晶粒尺寸分布更加均匀。维氏硬度结果表明随着冷变形量的增加,硬度随之增加,退火后硬度降低。辐照之后,材料硬度升高,出现了辐照硬化效应。在冷轧样品和退火样品中都观察到了辐照硬化效应随冷变形量的增加显著减弱的现象,这表明冷变形可以显著提高材料的抗辐照硬化能力。结合EBSD和硬度数据,对冷变形和退火处理引起钒合金抗辐照硬化性能变化的机理进行了讨论。讨论结果显示,冷轧使材料总的吸收尾闾增大,引起辐照硬化程度降低,退火处理使材料中晶界密度和位错密度降低,材料的总吸收尾闾降低,辐照硬化效应增加。
Single-event Upsets (SEUs) Induced by Heavy Ions in 14-nm FinFET SRAM
Lihua MO, Bing YE, Jie LIU, Zhangang ZHANG, Teng TONG, Youmei SUN, Jie LUO
2021, 38(3): 327-331. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021015
摘要:
The characteristic of single-event upset(SEU) in a 14-nm bulk fin field-effect transistor (FinFET) static random access memory(SRAM) is investigated by heavy-ion experiments. The linear energy transfer(LET) threshold 0.1 MeV/(mg/cm2) is obtained by fitting the SEU cross-section using the Weibull function. The contribution of multiple-bit upset(MBU) is investigated. The results show that when the LET is equal to 40.3 MeV/(mg/cm2), greater than 95% of SEU comes from the MBU. Additionally, the SEU cross-section of the FinFET SRAM presents anisotropies for incident angles associated with the fin direction. This research has a certain kind of guiding role in designing of radiation-hardened complementary metal-oxide semiconductor(CMOS) integrated circuits(ICs) based on FinFET technology.
基于LNDM模型的碳离子束混合辐射场相同剂量平均LET下关键纳剂量学指标及RBE分析
杨静芬, 张晖, 刘新国, 戴中颖, 陈卫强, 李强
2021, 38(3): 332-338. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021013
摘要:
纳剂量学量正在成为新的表征辐射品质的量,也是用于精确计算相对生物学效应(RBE)的基础数据。具有相同剂量平均传能线密度(LET)离子束混合辐射场导致的生物学效应也未必相同。为研究关键纳剂量学指标[电离簇尺寸NICS\begin{document}$\geqslant 1 $\end{document}的条件概率密度分布的一阶矩(\begin{document}$M_1^{{C_1}}$\end{document})、NICS\begin{document}$\geqslant 2$\end{document}的条件概率密度分布的一阶矩(\begin{document}$M_1^{{C_2}}$\end{document})、NICS\begin{document}$\geqslant 2 $\end{document}的累计概率(\begin{document}$F_2^{{C_1}}$\end{document})和NICS\begin{document}$\geqslant 3 $\end{document}的累计概率(\begin{document}$F_3^{{C_2}}$\end{document})]以及RBE在相同剂量平均LET混合辐射场中的分布,在蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟的基础上,结合单能离子束关键纳剂量学指标数据集,计算得到了不同能量碳离子束在不同贯穿深度处相同剂量平均LET混合辐射场中的\begin{document}$M_1^{{C_1}}$\end{document}\begin{document}$M_1^{{C_2}}$\end{document}\begin{document}$F_2^{{C_1}}$\end{document}\begin{document}$F_3^{{C_2}}$\end{document}及RBE值。计算结果显示:在相同剂量平均LET混合辐射场中,不同能量碳离子束的\begin{document}$F_3^{{C_2}}$\end{document}没有发生显著变化,而\begin{document}$M_1^{{C_1}}$\end{document}\begin{document}$M_1^{{C_2}}$\end{document}\begin{document}$F_2^{{C_1}}$\end{document}变化显著,且随能量的增大而减小,并且随剂量平均LET的增加,\begin{document}$M_1^{{C_1}}$\end{document}\begin{document}$M_1^{{C_2}}$\end{document}\begin{document}$F_2^{{C_1}}$\end{document}变化差异逐渐变大。正是由于\begin{document}$M_1^{{C_1}}$\end{document}\begin{document}$M_1^{{C_2}}$\end{document}\begin{document}$F_2^{{C_1}}$\end{document}\begin{document}$F_3^{{C_2}}$\end{document}的不同,在相同剂量平均LET混合辐射场中基于纳剂量学模型计算得到的RBE值也显著不同。这些结果表明,剂量平均LET并不能很好地用于描述离子束混合辐射场的品质,而关键纳剂量学指标则有望成为表征离子束混合辐射场品质的量。
细胞松弛素B阻断微核法鉴定男性个体辐射敏感性的方法初探
肖昌浩, 王萍, 冯骏超, 郑利军, 黄皓, 潘书贤, 徐嘉宁, 靳淑红, 李冰燕, 周光明, 聂晶
2021, 38(3): 339-344. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021036
摘要:
初步研究了男性个体辐射敏感性的鉴定方法及标准。采集50名男性志愿者的外周血,分别给予不同剂量X射线照射,采用细胞松弛素B阻断双核法测定微核率(MNF),通过二阶多项拟合法,绘制微核剂量效应选项中心标准曲线,将个人微核剂量效应曲线与标准曲线比对后判断个体辐射敏感性。 \begin{document}$0.0\sim2.5 $\end{document} Gy剂量范围内,剂量效应二阶多项拟合的中心方程为(MNF=0.014 7+0.036 2D+0.023 1D 2r=0.726)。50名志愿者中,辐射敏感的有13人,辐射抗性的有14人,基本符合正态分布。Spearman秩和相关分析结果显示,MNF在各个辐射剂量点与辐射敏感性均存在正相关,与辐射抗性呈负相关,MNF随剂量增加而增加。本研究初步建立了“以线代点”男性个体辐射敏感性鉴定方法,并发现男性外周血淋巴细胞的本底微核率与个体辐射敏感性呈正相关。
核能与核数据
Radionuclides Study of Lead-bismuth Eutectic Spallation Target in CiADS
Shiyu SONG, Junkui XU, Yonggang YAN, Yuxuan HUANG, Zhiweng WEN, Jianling RAN, Jinhuang YAN, Yiwei GONG, Dapeng LI, Sicheng WANG, Peng LUO
2021, 38(3): 345-354. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2021009
摘要:
Lead-bismuth eutectic(LBE) is the candidate material of spallation target for China initiative Accelerator Driven System(CiADS). Long-term irradiation makes the LBE highly radioactive. Most of the spallation target radionuclide studies focused on the effects of the proton beam and ignored fission neutrons from the reactor. In this paper, both the fission neutrons and the high-energy protons have been taken into account in the radionuclide calculations of LBE and spallation target structural parts by coupling codes FLUKA and MCNP. Contributions from the fission neutron and the high-energy proton have been compared in the aspects of the activity, main radionuclides, toxicity, and the decay photon of radioactive products. The main shell, guide tube, and beam tube are significantly affected by the fission neutron activation. When the reactor tends to be critical, the fission neutron-induced LBE target activations are even greater than that induced by the proton beam. In the LBE itself, 96.66% of 210Po is induced by the fission neutrons. These results illustrate that fission neutrons are also essential for the radionuclides calculation of LBE and its structural parts. In addition, this study provides reference data for the radiation protection of CiADS and a more accurate method for the radionuclides study of the spallation target in ADS systems.
基于PSA敏感性分析的核电稳压器数字控制系统可靠性研究
钱虹, 柴文武, 古雅琦
2021, 38(3): 355-360. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020081
摘要:
针对分散控制系统(Distributed Control System,DCS)可靠性设计问题,本文提出了一种基于概率安全评价(Probabilistic Safety Assessment,PSA)敏感性分析的DCS可靠性设计方法。首先,以稳压器压力输入模块高指示故障为始发事件,分析事故序列,并建立事件树模型;然后,在此基础上建立PSA敏感性分析模型来指导核电稳压器DCS可靠性设计和优化;最后,用一个算例验证了该方法的有效性。通过将输入模块可靠性优化设计后的逻辑与基准逻辑对比,结果表明基于该方法的可靠性设计对于降低堆芯损伤有良好的效果。