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2022年 第39卷  第1期

2022 年 1 期目录
2022, 39(1): 1-2.
摘要:
核物理
重离子碰撞中阈能附近超子产生机制
张定昌, 冯兆庆
2022, 39(1): 1-15. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021075
摘要:
在量子分子动力学输运模型LQMD(Lanzhou quantum molecular dynamics transport model)框架下,研究了不同重离子反应系统中同位旋和核介质效应对超子产生以及动能谱的影响。基于手征有效场理论,引入了动量和密度相关的排斥超子- 核子光学势,并且考虑了该势对超子产生截面阈能的修正。结果表明,\begin{document}$\varSigma$\end{document}超子的产生在中心快度区域和动能谱中被抑制,其集体出射的行为也受到影响,超子在反应平面内将更倾向于沿束流方向运动,在出平面内倾向于沿垂直反应平面方向运动。最后,分析了高能区域\begin{document}$\varSigma^{-}$\end{document}/\begin{document}$\varSigma^{+}$\end{document}比值对高密核物质对称能软硬的依赖,发现排斥的超子-核子光学势增大了对称能较硬情况下\begin{document}$\varSigma^{-}$\end{document}/\begin{document}$\varSigma^{+}$\end{document}比值,同时发现核物质不可压缩系数会明显影响超子的产生。
动量相关势对直接流和椭圆流的影响
刘洋阳, 王永佳, 崔莹, 李祝霞, 陈永静, 李庆峰, 张英逊
2022, 39(1): 16-22. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021071
摘要:
利用极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型,研究了两种不同强度的动量相关势对中子、质子、氢同位素和带电荷粒子等四种粒子直接流和椭圆流的影响。计算结果表明,在不可压缩系数\begin{document}$ K_{0}$\end{document}一定的情况下,直接流几乎不敏感于动量相关势的变化,而高动量粒子的椭圆流\begin{document}$ v_2$\end{document}则敏感于高动量处动量相关势强度的大小及其动量依赖。考虑高动能区强度较强的Hama动量相关势后,上述四种粒子椭圆流的幅度均会增强。与ASY-EOS实验室提供的中子和带电荷粒子椭圆流数据比较后发现,较强动量相关势可以较好地再现实验数据。
丰中子A~100质量区内的扁椭球高K同核异能态
吴雨桥, 许甫荣
2022, 39(1): 23-29. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021081
摘要:
远离核素图上“稳定谷”的丰中子核一直是核物理学研究的热点。作为形变丰中子核的一种特殊的亚稳定激发态,高K同核异能态的形状大多数为长椭球,扁椭球的高K同核异能态非常少见。近期的一项实验认为丰中子核94Se上的\begin{document}$ {K}^{\mathrm{\pi }}={7}^{-} $\end{document}两准粒子态为扁椭球。这是形变原子核上存在扁椭球高K同核异能态的第一个实验证据。结合相关实验,我们猜测可能有其它尚未发现的扁椭球高K同核异能态存在于丰中子A~100质量区。利用组态限制势能面计算方法,本文对丰中子A~100质量区内的\begin{document}$ {K}^{\mathrm{\pi }}={9}^{-} $\end{document}\begin{document}$ {K}^{\mathrm{\pi }}={7}^{-} $\end{document}两准粒子态进行了研究,并预言了此质量区内扁椭球高K同核异能态的可能位置。根据Nilsson模型,扁椭球高K同核异能态的存在与费米能级附近的高Ω单粒子轨道有关。这些高Ω单粒子轨道来源于高j闯入态在扁椭球形变时的退简并。扁椭球高K同核异能态是研究丰中子核形变参数、激发能等物理性质的理想对象,有助于加深我们对于形变原子核能级结构的理解。
1P波激发态粲介子和底介子的质量劈裂
梅青, 宋永新, 贾多杰
2022, 39(1): 30-36. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2022001
摘要:
应用线性Regge轨迹和相对论夸克模型,研究了低激发态单重介子谱,并解释了这些激发态的窄质量劈裂源自轻夸克的相对论效应。计算了自旋宇称为\begin{document}$ {J^ + } $\end{document}(\begin{document}$ J = 0 $\end{document}, \begin{document}$ 1 $\end{document},\begin{document}$ 2 $\end{document})的单重介子(D, Ds, B, Bs)P波的质量,并建议存在\begin{document}$ {0^ + } $\end{document}态的,未被实验发现的\begin{document}$ B $\end{document}介子和\begin{document}$ {B_s} $\end{document}介子,其质量分别为5 659 MeV和5 788 MeV。计算表明,\begin{document}$ {D_{s{\text{0}}}}\left( {{\text{2317}}} \right) $\end{document}包含70 MeV左右的质量下移而\begin{document}$ {D_{s{\text{1}}}}\left( {{\text{2460}}} \right) $\end{document}则没有显著的质量移动。
加速器
Research on Segmented Failure Compensation of Superconducting Section in Linear Accelerator by Artificial Intelligence Algorithm
Jiawei DU, Yongzhi JIA, Zhijun WANG, Chenzhang YUAN, Yuan HE
2022, 39(1): 37-44. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021045
摘要:
Long-term stable operation is one of difficult and frontier topics in the field of high-current linear accelerators. In this article, taking the China initiative Accelerator Driven System(CiADS) accelerator as an example, of whose virtual model implemented with TraceWin software by using simulation data, a segmented failure compensation method of superconducting(SC) cavity by artificial intelligence algorithm has been proposed. The neighboring elements of the failure cavities are used to rematch the beam envelope, while all the downstream cavities are used to compensate the beam energy. Compared with traditional optimization methods, this research can realize the failure compensation of low energy SC section, and has the advantages of fast calculation speed and strong versatility. It provides new feasibility for the practical application of component failure compensation.
CSNS LINAC低电平射频控制系统软件设计
谢哲新, 慕振成, 李健, 荣林艳, 李松, 周文中, 李阿红, 吴小磊, 肖永川, 张玉亮, 王博, 万马良, 刘美飞, 张辉, 徐新安
2022, 39(1): 45-53. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021049
摘要:
低电平射频控制系统主要用于对加速腔的高频场和谐振频率的控制,保证加速器的稳定运行并输出高品质的束流。低电平控制系统软件提供可视化操作界面,实现数据显示和存储、自动化算法等功能,提高了低电平系统的可操作性,减少了人工作业量和故障率。软件开发具有灵活性强、开发周期短的特点,适合控制速度要求相对不高而逻辑较为复杂的功能开发。本文介绍中国散裂中子源直线加速器射频低电平控制系统软件的开发设计,重点介绍前馈自动计算、加速腔的频率自动控制、频率失谐算法、一键升功率、界面优化等相关内容。最终低电平控制系统幅度相位稳定度指标优于要求的设计指标,且达到长时间稳定运行的要求。
核技术
加速器质谱及其小型化技术
何明, 赵庆章, 张文慧, 何洪钰, 包轶文, 胡畔, 苏胜勇, 李康宁, 游曲波, 胡跃明
2022, 39(1): 54-64. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021011
摘要:
加速器质谱(AMS)是迄今测量长寿命放射性核素灵敏度最高的分析技术,在考古、地质、环境、物理等领域得到了较为广泛的应用。随着技术的不断改进,AMS装置亦朝着小型化方向发展,并也得到了很好应用。对AMS所具有的长寿命放射性核素高灵敏分析能力的关键技术进行了综合论述,并针对小型化AMS系统所采用的特色技术进行了系统介绍。最后对中国原子能科学研究院研制的两种小型AMS装置及测量性能进行了简要论述。
Improving the Particle Identification of Radioactive Isotope Beams at the RIBLL2 Separator
Fang FANG, Shuwen TANG, Shitao WANG, Xueheng ZHANG, Zhiyu SUN, Yuhong YU, Duo YAN, Shuya JIN, Yixuan ZHAO, Shaobo MA, Yongjie ZHANG
2022, 39(1): 65-72. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021035
摘要:
To improve the ability of particle identification of the RIBLL2 separator at the HIRFL-CSR complex, a new high-performance detector for measuring fragment starting time and position at the F1 dispersive plane has been constructed and installed, and a method for achieving precise Bρ determination has been developed using the experimentally derived ion-optical transfer matrix elements from the measured position and ToF information. Using the high-performance detectors and the precise determination method, the fragments produced by the fragmentation of 78Kr at 300 MeV/nucleon were identified clearly at the RIBLL2-ETF under full momentum acceptance. The atomic number Z resolution of σZ~0.19 and the mass-to-charge ratio A/Q resolution of σA/Q~5.8×10−3 were obtained for the 75As33+ fragment. This great improvement will increase the collection efficiency of exotic nuclei, extend the range of nuclei of interest from the A<40 mass region up to the A~80 mass region, and promote the development of radioactive nuclear beam experiments at the RIBLL2 separator.
An Improved Treatment of Pile-up Events Demonstrated by a Cosmic Muon Lifetime Measurement Experiment
Jian LIAO, Tao YU, Yixing ZHOU, Yu XU, Yu CHEN, Jian TANG
2022, 39(1): 73-80. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021039
摘要:
A statistical correction method is proposed to suppress the pile-up background events in data analysis. This method is verified by a cosmic muon lifetime measurement experiment, achieved by a plastic scintillator detector using the timing coincidence method, where dominant background events originate from pile up muons and electronic noise. To complement the intrinsic shortcoming of relatively rare decay events from registered cosmic muon events in the local laboratory, Monte Carlo simulation is applied to generate large samples in order to cross check the new method. The measurement of the muon lifetime in our setup gives a result of \begin{document}$\tau_\mu^{\rm exp} = 2.19 \pm 0.07 \ \mu \text{s}$\end{document} at 95% confidence level, while the result before applying the correction is \begin{document}$\tau_{\mu}' = 2.27 \pm 0.07 ~\mu \text{s}$\end{document} (95% C.L.). The treatment of pile-up events by a statistical correction equation in this study might be adapted to improve data analysis in the general coincident background dominating experiments.
DHR TDC芯片的性能测试
蓝松富, 赵雷, 秦家军, 王裕廷, 刘树彬, 安琪
2022, 39(1): 81-87. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021023
摘要:
TDC(time-to-digital converter)作为基于信号甄别和时间数字转换的时间测量技术路线的主要组成部分之一,至今在诸多领域中都具有广泛的应用。本实验室对高精度时间测量TDC ASIC(Application Specific Integrated Circuit)进行了深入研究,在180 nm CMOS工艺下完成了基于DLL(Delay-Locked Loop)结构的原型芯片的设计,芯片命名为DHR TDC。为了评估原型芯片的相关性能以推进下一步的改版设计,设计了测试电子学模块,构建了相应的电子学测试系统并完成了性能测试。测试结果表明,该TDC具有较好的性能,在实现156 ps的bin size基础上时间精度好于60 ps RMS。同时该TDC在20 µs的动态范围下具有较好的线性,其DNL(Differential NonLinearity)和INL(Integral NonLinearity)分别好于0.13和0.15 LSB (Least Significant Bit)。
应用于在束PET的光纤链路设计
胡岷池, 柯凌云, 颜俊伟, 王长鑫, 千奕, 佘乾顺, 赵红赟, 孔洁
2022, 39(1): 88-94. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021040
摘要:
医用重离子加速器(Heavy-Ion Medical Machine,HIMM)中安装在束正电子发射断层扫描装置(In-beam Positron Emission Tomography,In-beam PET)可实现治疗时对肿瘤靶区的照射剂量和位置分布的实时监测功能。在束PET工作时,事件经探测器阵列采集,由前端数据获取单元(Data Acquisition Unit, DAQU)进行数字化后,通过光纤链路传输集中至中央处理模块(Central processor module, CPM),然后通过PCIe接口传输至上位机。单个前端数据获取单元获取的数据率最大可达2.2 Gbit/s,因此对数据传输链路的带宽提出了较高要求。由于前端数据获取单元的核心控件是Cyclone V系列FPGA,中央处理模块的核心控件是Kintex-7系列FPGA,不同公司的FPGA间实现可靠的实时通信也带来了挑战。基于以上问题,进行了应用于在束PET的光纤链路设计,实现了Cyclone V系列FPGA与Kintex-7系列FPGA间的稳定通信。经过测试,该设计达到了高稳定、无误码的实时性能指标。
交叉学科
基于蒙特卡罗的量子仿真实验
杨博涵, 曹廷, 张驰军, 林楷钊, 吴晓霞, 董达谱, 雷建廷, 余璇, B.Najjari, 张少锋, 马新文
2022, 39(1): 95-100. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021029
摘要:
结合量子力学计算与蒙特卡罗随机方法,发展了一种仿真实验方法。该方法通过对实验仪器不确定度的引入,对Schulz等在2003年开展的100 MeV/u \begin{document}${\rm{C^{6+}}}$\end{document}与氦原子的碰撞电离实验(Nature, 2003, 422(6927): 48.)进行了仿真模拟。结果表明,反应显微成像谱仪位置分辨、靶温度以及引出电场电压的细微的波动都能够对最终实验结果产生显著的影响。通过对这些参数的扫描发现,当靶温达到16 K,或者引出场电压波动达到0.05 V时,均能重复出当时的实验结果,为领域内长期存在的“\begin{document}${\rm{C^{6+}}}$\end{document}谜题”提供了一种可能性较高的解释。该仿真方法的成功应用,为快速确定实验参数对量子少体动力学实验的影响提供了一种实用解决方案。
Effect of Nanostructures on Bubbles Nucleation and Growth in F/M and ODS Steels Exposed with High Helium Fluence
Jing LI, Peng JIN, Minghuan CUI, Yabin ZHU, Chao LIU, Krsjak Vladimir, Kongfang WEI, Lilong PANG, Yanbin SHENG, Tielong SHEN, Zhiguang WANG
2022, 39(1): 101-107. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021030
摘要:
A new type of F/M steel (SIMP steel) and two kinds of ODS steels (MA956 and Eurofer-ODS steels) were irradiated by 2 MeV He ions to fluence of 1×1017 ions/cm2 at 500 and 600 °C. After irradiation, swelling behaviors and effect of nanostructures (such as grain boundaries, precipitates and nano-oxide particles) on the nucleation and growth of He bubbles were studied by transmission electron microscope. The results show that both SIMP and Eurofer-ODS steels exhibit better swelling resistance than MA956 ODS steel at 500 °C, because the grain boundaries or precipitates pronouncedly inhibit the growth of He bubbles. The Eurofer-ODS steel shows best swelling resistance due to the inhibition of He bubbles growth by the grain boundary and oxide interface at 600 °C. The present work shows that nanostructures in materials inhibit the process of He bubble growth under high He fluence conditions, but the degree of inhibition varies with different materials.
晶粒尺寸对掺氦纳米多晶铁机械性能影响的分子动力学模拟研究
许春萍, 杨冬燕, 李玉红
2022, 39(1): 108-113. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021032
摘要:
采用分子动力学方法研究了晶粒尺寸对掺氦纳米多晶铁机械性能的影响。在拉伸形变过程中,纳米多晶铁将产生裂纹与晶格畸变,通过模拟XRD谱探索二者之间的联系。拉伸模拟结果显示,由于晶界氦原子的引入,峰值应力将显著减小。另外,在拉伸模拟中观察到,沿晶裂纹的产生与长大随着晶界氦原子的引入而增强。研究结果表明,晶界氦原子能够促进沿晶裂纹的产生,而裂纹的大小和数量随着晶粒尺寸的增加而增加。在拉伸过程中,纳米多晶铁的XRD谱显示,{200}峰与{211}峰发生了明显的分裂。在应变范围6%~10%之间,与掺氦前相比,掺氦后纳米多晶铁的XRD谱中副峰的衍射角较高。随着晶粒尺寸的增加,副峰峰位逐渐向高衍射角移动,且裂纹萌生逐渐增强。这说明XRD谱显示的晶格畸变与沿晶裂纹所致的机械性能退化密切相关。
重离子加速器示范装置被动式束流配送系统次级中子特征的蒙特卡罗研究
黄盛聪, 张晖, 车宇航, 刘新国, 陈卫强, 李强, 戴中颖
2022, 39(1): 114-120. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021033
摘要:
在碳离子放射治疗中,碳离子束在剂量配送过程中会与束流输运线相互作用,形成以中子辐射为主的外辐射场。由于中子是高LET射线,具有较高的相对生物学效应,减少碳离子放疗中产生的次级中子有助于降低放疗后正常组织并发症几率及二次肿瘤风险。利用蒙特卡罗方法对保守情况(能量为400 MeV/u,多叶光栅完全闭合)下碳离子治疗被动式束流配送系统引发的外源性中子在等中心点周围不同位置的注量谱及剂量当量谱进行模拟计算,评估了次级中子辐射的剂量当量贡献;同时探究了多元限束装置即多叶光栅不同开口大小对次级中子剂量当量的影响。模拟结果显示:高能中子(≥15 MeV)对所有模拟位置的中子剂量当量占比最高可达26%。实际治疗条件下,当多叶光栅开口由闭合状态扩大至15 cm×15 cm,等中心点和横向远端位置的次级中子剂量当量强度下降约85%,而束流方向远端位置下降约70%。这些结果可用于指导不同治疗条件下次级中子的研究,为治疗条件下评估患者所受非治疗辐射提供依据。
核能与核数据
ADS堆功率控制研究及其在DCS系统的实施
尹凯, 马雯静, 崔文娟, 党世武, 黎鑫鑫, 贺智勇, 段利敏, 侯忆铠
2022, 39(1): 121-126. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021064
摘要:
研究了基于加速器束流强度调节来控制中国加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)次临界堆功率的方法。束流强度的调节是通过比较堆功率的测量值和设定值,由PID (比例-积分-微分)控制器自动控制可调光阑的孔径大小完成的。为了评估所提出的自动控制方法,基于点堆动力学方程建立了CiADS次临界堆堆芯模型。基于CiADS堆芯模型的仿真研究表明,反应堆功率随着束流强度的变化而变化,调节可调光阑能有效地控制次临界堆功率。最后,在分布式控制系统(DCS)中实现了堆功率的自动和手动控制功能。在自动控制功能里,堆功率测量值送入DCS系统并与设定值进行比较。通过PID控制器计算出新的光阑孔径值,并将其发送至光阑驱动电机系统。此外,还设立了手动调节功能,即操作员通过手动设定光阑孔径值即可改变加速器束流强度和反应堆功率。
基于脉冲中子源法的CiADS反应性测量蒙卡模拟分析
李翔, 张勋超, 贾欢, 何源
2022, 39(1): 127-133. doi: 10.11804/NuclPhysRev.39.2021077
摘要:
脉冲中子源法(PNS)是加速器驱动次临界系统反应性测量的一种重要技术。利用蒙卡软件建立CiADS次临界反应堆模型,模拟注入脉冲质子束的过程,获得的中子通量的时间演化谱。采用Python语言编程实现脉冲叠加过程,给出稳定缓发中子本底,实现脉冲中子源法的次临界反应堆的反应性测量模拟,给出脉冲周期注入下堆芯不同位置处的中子变化情况。利用PNS面积比方法模拟了CiADS堆芯在不同次临界度和探测位置下的反应性,并与基准数值做了对比。研究表明了该方法在较高的有效增殖因数(\begin{document}$k_{\mathrm{eff}}>0.94$\end{document})下,可以较为准确地测量次临界反应堆的反应性,探测器在散裂靶附近位置的结果显示出较强的空间效应,需要开展实验验证,目前考虑测量结果的稳定性,宜布置在燃料外区或反射层组件中,可为下一步CiADS反应性测量技术方案制定有益的参考。