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2021年  第38卷  第1期

2021 年 1 期目录
2021, (1): 1-2.
摘要:
核物理
The Network Calculation of 26Al Nucleosynthesis in 3M AGB Stars and the Sensitivity Analysis of Nuclear Reaction Rates
Rimei GAO, Yage TONG, Kaisu WU
2021, 38(1): 1-7. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020065
摘要:
The network calculation of 26Al nucleosynthesis in 3\begin{document}$M_{\odot}$\end{document} AGB stars and the sensitivity analysis of nuclear reaction rates have been investigated in this article. After establishing a complete nuclear reaction network from carbon to silicon, combined with the latest nuclear reaction rate data, we have calculated the abundance of 26Al. The results show that 26Al is effectively synthesized in the AGB stars at the beginning, but as the reaction proceeding, 26Al is consumed by a series of nuclear reactions. The MgAl cycle appears in the network of 26Al. We divide the main nuclear reactions in the reaction network into three categories (n, \begin{document}${{\gamma }} $\end{document}), (p, \begin{document}${{\gamma }}$\end{document}) and (\begin{document}$\alpha,\,{{\gamma }}$\end{document}), and the sensitivity of nuclear reaction rates has been analyzed in detail. We have identified the most influential reactions in each type of nuclear reactions, they are: 25Mg(n, \begin{document}${{\gamma }}$\end{document})26Mg, 25Mg(p, \begin{document}${{\gamma }}$\end{document})26Al, 26Mg(p, \begin{document}${{\gamma }}$\end{document})27Al, 21Ne(p, \begin{document}${{\gamma }}$\end{document})22Na, 18O(\begin{document}$\alpha,\,{\rm{\gamma }}$\end{document})22Ne and 22Ne(\begin{document}$\alpha,\,{\rm{\gamma }}$\end{document})26Mg. Among all the nuclear reactions involved in the present network, 25Mg(p, \begin{document}${\rm{\gamma }}$\end{document})26Al is the one that has the greatest impact on the yield of 26Al, which deserves the attention of nuclear experimentalists.
通过费米能区重离子碰撞产额分布来研究16O原子核的团簇结构
郭琛琛, 何万兵, 安振东, 苏军, 祝龙, 吴丽娟
2021, 38(1): 8-16. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020057
摘要:
近几年来,原子核核内的\begin{document}$\alpha$\end{document}团簇结构引起了人们的广泛关注。本工作的目的是讨论在费米能区下重离子碰撞的碎片产额分布是否可以作为研究轻核中\begin{document}$\alpha$\end{document}团簇结构的工具。本文基于扩展的量子分子动力学输运模型(EMQD)模拟了16O具有4种不同的初始化\begin{document}$\alpha$\end{document}构型(长链型、风筝型、四方型以及正四面体型)的16O+16O反应,通过观察碎片产额多重数分布情况研究了具有不同结构的团簇核的核反应。计算结果表明,碰撞后产生的自由质子及4He的产额受不同构型的影响明显,表明4He/proton可以作为团簇结构的一个表征量。此外,自由质子及4He的出射\begin{document}$\theta$\end{document}\begin{document}$\phi$\end{document}角及动能能谱可以用来提取16O的\begin{document}$\alpha$\end{document}团簇构型信息。
136Xe+198Pt多核子转移反应机制的理论研究
蒋翔, 王楠
2021, 38(1): 17-23. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020076
摘要:
如何生成丰中子重核是目前原子核物理领域的热点问题之一,多核子转移反应是生成丰中子重核的一种可行途径。本工作采用时间相关的Hartree-Fock(TDHF)方法研究了136Xe+198Pt在Ec.m.=645 MeV的多核子转移反应。对动力学过程中的核子转移、能量耗散、形变核的朝向效应等进行了细致的分析,并结合统计衰变模型GEMINI++处理初级碎片的退激发过程,计算了类弹核的同位素生成截面,并与实验结果进行了对比。结果表明,对于少量核子转移的产物截面,TDHF方法可以给出较好的描述;而对于较多核子转移生成的远离弹靶的产物截面,理论计算与实验结果有较大的偏差。最后,对这些偏差产生的原因进行了讨论。
LHC能量下D介子的核修正因子
王宏民, 许永晗, 孙献静, 王俊玲
2021, 38(1): 24-29. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020056
摘要:
高能质子-质子(p-p)和质子-原子核(p-A)碰撞过程中产生的D介子是分析碰撞后生成的饱和胶子性质的重要途经。考虑领头阶下的强耦合效应,在色玻璃凝聚理论(CGC)框架下研究了LHC(Large Hadron Collider, LHC)能量下p-p(p-A)碰撞过程中的D介子产生。采用由KLR-AdS/CFT色偶极模型通过傅里叶变换得到的偶极关联因子,同时利用Glauber模型考虑冷核物质效应,计算了质心能量为5.02 TeV时质子-铅核(p-Pb)碰撞中不同碰撞中心度下D介子的产生截面,并在此基础上研究了p-Pb碰撞中D介子产生及其半轻子衰变过程中的核修正因子。通过与大型强子对撞机(LHC)实验结果比较发现:考虑强耦合效应后的理论结果与ALICE和LHCb合作组的最新实验数据符合得更好。最后,本文对LHC碰撞质心能量为8.16 TeV时p-Pb碰撞中D介子产生的核修正因子给出了理论预言, 结果显示此能量下核修正因子理论值比5.02 TeV时略大。
加速器
Longitudinal Beam Parameters Measurement by Beam Position Monitors
Yuanshuai QIN, Zhijun WANG, Chi FENG, Shuhui LIU, Weiping DOU, Weilong CHEN, Wangsheng WANG, Hongming XIE, Yuan HE
2021, 38(1): 30-37. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020055
摘要:
To characterize the phase space distribution of the beam in C-ADS demo linac, beam parameters need to be measured with high accuracy at the exit of RFQ. Transverse information of the beam has been measured via the method of emittance reconstruction and the beam optics has been verified. A method has been adopted to measure beam longitudinal parameters by the SUM-signal of beam position monitors. The bunching voltage of the two bunchers and the SUM-signals in the downstream BPMs are recorded in the experiment. By combining the PSO(Particle Swarm Optimization) method with TraceWin simulation, the results are obtained with the consideration of space charge effect. The measured emittance is quite close to the simulated one in Toutatis.
等单元长度多间隙加速结构的束流动力学特性
史晨辉, 李皓云, 陈伟, 万鑫淼, 李智慧
2021, 38(1): 38-44. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020046
摘要:
等单元长度多间隙加速结构是一种非同步加速结构,当粒子在加速结构中的速度变化很明显时,粒子在每个间隙的相位是不相同的,薄透镜近似下的束流纵向运动方程没有考虑粒子在加速结构中的速度变化,这在单腔的能量增益相对于粒子能量很小的情况下是合理的,但是当粒子在加速结构中的速度有明显变化时,这种处理方式是不够的。本文从带电粒子在电磁场中的运动方程出发,通过目前普遍采用的理论建立了束流在这种加速结构中的纵向运动方程,通过数值方法得到了粒子在这种结构的相运动,计算了不同初始能量的粒子在不同的电场梯度及单元数的加速腔中运动的能量变化情况。结果显示:粒子相运动与不考虑粒子速度变化的薄透镜近似下的相运动轨迹有明显差异,当粒子速度变化超过一定值后,薄透镜近似下束流纵向运动方程在计算束流能量增益时与同步相位之间满足的余弦关系不再成立,并给出了能量增益变化曲线相对余弦曲线的偏离情况与电场梯度、间隙数、初始能量等参数的关系。
基于SSOGI-RLSMC联合算法的加速器电源纹波抑制
杨新华, 王永强, 李继强, 崔渊, 高大庆, 郑越
2021, 38(1): 45-51. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020042
摘要:
重离子加速器电源系统对励磁电源输出电流的稳定度和纹波精度要求高。磁铁负载的存在产生的纹波,会对加速器通过磁场精确控制粒子运动轨迹带来影响。针对以上问题,提出一种基于SSOGI-RLSMC新型联合算法,以减小磁铁负载影响下励磁电源输出的电流纹波,提高电流稳定度。新型联合算法通过并联型二阶广义积分器(SSOGI)作为纹波检测器对纹波分量进行快速准确的提取,获得精度较高的指令电流;将指令电流和直流有源电力滤波器的补偿电流相减得到误差信号,利用趋近律滑模控制(RLSMC)算法对误差信号进行动态跟踪和补偿,以提高直流有源滤波器对励磁电源输出电流的纹波抑制能力,进而达到对粒子运动轨迹精确控制的目的。最后通过Matlab/Simulink仿真证明,所提的新型联合算法在以直流有源电力滤波器为主补偿手段的励磁电源中有效提高了励磁电源输出电流的精度和稳定度,改善了直流有源滤波器对纹波电流的抑制能力。
核技术
400 MeV/u碳离子打靶的屏蔽参数计算
杨博, 苏有武, 严维伟, 王丽军, 杨尧, 李阳, 马富鸿, 毛旺, 孙慧, 李武元
2021, 38(1): 52-60. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020043
摘要:
为了给医用重离子加速器提供一种专用的快速计算屏蔽厚度或对蒙特卡罗模拟结果进行验证的方法。采用FLUKA程序完成了400 MeV/u碳离子打不同靶的屏蔽参数计算。首先研究了打厚靶(铁、水)产生的次级辐射场的角度分布及主要成分;接着给出了不同角度范围下周围剂量当量在屏蔽体中的衰减曲线,通过拟合数据进一步得到不同角度范围下的辐射源项值H0和衰减长度λ0;最后结合莆田市医用重离子加速器治疗室的屏蔽设计,介绍了此套屏蔽参数的使用方法,通过与蒙特卡罗模拟结果的对比,证明了这套屏蔽参数的可靠性。该参数可为同类医用重离子加速器的屏蔽设计提供可靠的参考数据。
基于交流调制技术的弱电流放大器研制
张鹏鹏, 杨磊, 赖财锋, 孙淑义, 鲁斌, 李东仓
2021, 38(1): 61-65. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020049
摘要:
在射线强度测量中,积分电离室输出的电流信号在10–10~10–15 A范围内,该弱电流信号需要转换和放大才可以进行采集。针对积分电离室本文设计了一种弱电流信号放大系统,采用交流调制技术将待测弱直流电流信号调制为交流电压信号,再经放大、相敏检波、滤波等电路处理后得到直流电压信号,最后进行数据采集;同时在系统中引入直流负反馈后缩短了电流测量的响应时间。采用标准电流源测试了系统输入输出线性及响应特性,测试了积分电离室检测氚靶的β射线。测试结果表明:该系统能够有效放大10–14~10–11 A范围内的弱电流信号且有较好的线性和响应时间特性,电流测量灵敏度达到了10–14 A,该系统具有良好的工程应用前景。
SiPM高压电源研制与验证
宋海声, 李承飞, 李先勤, 张洪林, 牛晓阳, 孙文健, 彭鹏, 赵承心, 杨海波
2021, 38(1): 66-72. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020048
摘要:
硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier, SiPM)是新一代的半导体光子探测器,被广泛应用在高能物理、核医学成像及核物理等领域。由于不同的SiPM的偏置电压不同,为满足SiPM的工作电压需求,设计一款电压可调的,且具有温度自适应功能的高压电源。高压电源主要利用DC/DC模块产生高压来给SiPM供电。高压电源电压最高可达到200 V,通过改变电位计的阻值进行分压,使DC/DC模块输出不同的电压值。最后完成了DC/DC模块的稳定性、温度自适应测试,高压电源的性能及工作特性等测试,结果表明,DC/DC模块的积分非线性为0.14‰,模块工作稳定;在不同温度下,系统增益的最大变化率为1.12%,系统增益保持相对稳定;自制的高压电源最大波动约为0.01 V,工作稳定;纹波系数在0.02%以下,具有低纹波特性。同时,在同一测试环境下,高压电源和商用电源全能峰分辨率分别为7.84%和9.88%,自制高压电源的性能要优于商用电源。
基于代数重建算法的高能电子三维成像研究
李双双, 赵全堂, 曹树春, 宗阳, 张子民, 赵书俊
2021, 38(1): 73-79. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020041
摘要:
本工作将代数重建算法应用于新兴发展的高能电子成像技术开展三维成像研究,实现对样品靶物质内部结构信息的精确诊断。通过蒙特卡罗程序及粒子追踪程序模拟高能电子成像过程,包括电子束与靶物质相互作用过程,获得样品靶物质成像角度下的高能电子二维成像结果。利用代数迭代重建ART(Algebraic Reconstruction Technique)算法和滤波反投影算法分别进行了高能电子三维成像仿真测试,重建出靶物质的三维图像,并将两种算法重建的断层图像用图像评价指标进行了定量对比分析。结果表明:在投影角度数为180个的条件下,ART的重建结果更接近靶物质原图,能有效抑制伪影,图像保真度较高。为进一步验证模拟结果,展开了实际实验,得到的结论与模拟结果相同。本研究结果为后续高能电子三维成像重建算法的优化提供了依据。
交叉学科
基于加速器的多终端硼中子俘获治疗装置的束流整形组件设计
李广儒, 姜韦, 张璐, 陈卫强, 李强
2021, 38(1): 80-88. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020051
摘要:
硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)是一种新型的精准放射治疗方法,束流整形组件(Beam Shaping Assembly, BSA)作为硼中子俘获治疗装置的重要组成部分,对于产生适用于BNCT的中子束至关重要。通过BSA可以将快中子慢化到适当的能量范围,并且减少其他不需要的束流成分,进而满足BNCT用于治疗的中子束要求。本文利用蒙特卡罗模拟软件MCNP,基于2.5 MeV/30 mA的质子加速器,设计出可将质子打Li靶产生的快中子束慢化到热中子能量范围(<0.5 eV)和超热中子能量范围(0.5 eV~10 keV)的多终端BSA方案。提出的热中子BSA方案使用D2O作为慢化体,BeO作为反射体,Bi作为\begin{document}$\gamma $\end{document}过滤体,而超热中子BSA方案使用MgF2作为慢化体,Pb作为反射体,6LiF作为热中子过滤体。热/超热中子方案在BSA出口处的束流参数,均满足国际原子能机构(IAEA)对BNCT治疗提出的束流指标要求。
重离子辐照引起磁性隧道结功能失效类型及机理研究
赵培雄, 刘杰, 刘天奇, 蔡畅, 姬庆刚, 李东青, 贺泽, 孙友梅, 郑宏超
2021, 38(1): 89-94. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020036
摘要:
重点研究了磁性隧道结(MTJ)的电学性能受离子注量影响的物理规律。实验首次发现了高能Ta离子辐射损伤导致MTJ电学功能失效的现象,主要失效模式为:高、低电阻态失效,其中79.9%的功能失效为高电阻态失效。计算表明,单个10.9 MeV/u的Ta离子辐照引入的损伤无法导致MTJ宏观电学功能失效。结合理论计算与Monte Carlo模拟分析,MTJ中的绝缘势垒层与铁磁薄膜的损伤是出现高、低电阻态失效的内因。
低能Cl-离子在绝缘纳米微孔膜中的传输过程
刘中林, 哈帅, 张文铭, 谢一鸣, 李鹏飞, 靳博, 张琦, 马越, 路迪, 万城亮, 崔莹, 周鹏, 张红强, 陈熙萌
2021, 38(1): 95-101. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020050
摘要:
理论模拟结合实验研究了16-keV Cl-离子穿越不同厚度(7和12 μm)的Al2O3微孔膜的物理过程,发现负离子传输中并不存在与正离子传输类似的明显的导向现象。在只考虑散射过程的情况下,模拟出的穿透粒子角分布及电荷态分布与实验结果符合很好,出射的Cl-离子沿初束方向分布;Cl0、Cl+离子沿微孔轴向分布。仔细分析了不同出射粒子的角分布,发现出射的Cl+在微孔轴向与初束方向之间分布;经单次散射出射的Cl0沿微孔轴向分布,而经多次散射出射的Cl0向初束方向移动。发现了Cl-离子穿越不同厚度的具有相同微孔直径的Al2O3微孔时,较厚的膜出射的Cl+/Cl0比例低。理论分析显示,这是由散射过程的特性造成的,随着微孔膜厚度的增加,出射的Cl0中经单次碰撞的比例变小,而多次散射出射的比例增加,从而导致Cl+离子转化为Cl0的几率要远大于Cl0转化为Cl+离子的几率,使得长的微孔出射的粒子中Cl+/Cl0比例低。
Al-4%Ag合金中Ag原子偏析的低温正电子湮没参数研究
聂聪, 刘晓双, 张鹏, 刘贵仲, 曹兴忠, 王宝义, 于润升
2021, 38(1): 102-106. doi: 10.11804/NuclPhysRev.37.2020002
摘要:
分别研究了823 K淬火处理和20%形变量的Al-4%Ag低温下Ag析出物对正电子的捕获行为的变化。采用正电子湮没寿命谱(PALS)技术和符合多普勒展宽能谱(CDBS)在温度范围10~293 K内对其进行表征。多普勒展宽能谱结果表明2种样品中均存在Ag析出物。正电子寿命谱的解谱结果中的各组分给出了Ag析出物随测量温度的变化规律。在170 ~273 K之间,正电子湮没行为具有较强的温度依赖性。但对于两个具有不同类型缺陷的样品,在低于170 K时观察到样品中Ag析出物捕获正电子能力出现了差异。随着测量温度的降低,淬火样品中的Ag析出物的正电子寿命和强度基本不变。在低于170 K的测量中,形变样品中的Ag析出物对正电子的捕获能力仍旧存在着较强的温度依赖性,但是变化幅度在逐渐减弱。当测量温度提升到室温(273~293 K),越来越多的正电子从Ag析出物中逃逸,逐渐回到自由状态或被其他深陷阱所捕获,失去了对温度的依赖性。
核能与核数据
核反应实验数据库(EXFOR)
王记民, 陶曦, 金永利, 刘丽乐, 陈国长, 葛智刚, 大塚直彦
2021, 38(1): 107-115. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020040
摘要:
核反应实验数据库(EXFOR)及其检索系统提供了丰富的中低能核反应物理信息和数据,已经成为国际上最全面的核反应实验数据汇编。目前,由国际原子能机构核数据科(IAEA/NDS)协调管理,国际核反应数据中心协作网(NRDC)13个成员进行全球性合作,旨在协调国际范围内核反应实验数据的收集、编纂和传播。中国核数据中心(CNDC)作为NRDC成员之一,多年来开展了大量的中子和带电粒子引起的核反应实验测量和建库技术研究。本文介绍了EXFOR数据库的形成、发展和现况,以及数据格式、数据编纂和检索系统,并简要总结了我国核反应实验数据建库及技术研究等方面的工作,如国内期刊检索、EXFOR数据库文档建设、程序开发、国内数据服务及国际合作等。