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月球样品的中子活化分析技术研究

中国无机分析化学 2024年第1期14卷 93-103页

作者：姚永刚肖才锦李玉庆焦学胜孙凯郭冰陈东风中国原子能科学研究院北京102413

月球的起源是月球研究的核心问题。月球探测任务返回的数据和样品极大地提高了人类对地月系统的认知,同时也发现了更多未解之谜,亟待未来的探测任务和科学研究来解答。嫦娥五号月壤是我国首次地外天体采集返回的样品,也是继美国和苏联... 详细信息

月球的起源是月球研究的核心问题。月球探测任务返回的数据和样品极大地提高了人类对地月系统的认知,同时也发现了更多未解之谜,亟待未来的探测任务和科学研究来解答。嫦娥五号月壤是我国首次地外天体采集返回的样品,也是继美国和苏联探月采样任务45年后人类再次获得的月球样品。鉴于月球样品的珍贵性和特殊性,利用先进技术开展其全元素含量的非破坏精准分析对于认识月球演化和月球资源就地开发利用具有重要的意义。依托大型核反应研究堆和加速器中子注量率优势,利用中子活化分析技术可实现月球样品中的全元素非破坏分析:1)仪器中子活化分析技术(INAA)可测量Na—U元素之间的60余种元素;2)瞬发γ中子活化分析技术(PGNAA)可补充测量INAA不适合测量的元素如H、B、C、N等;3)中子深度剖面分析技术(NDP)可测量样品近表面(微米级)聚变能源3He的浓度深度分布;4)缓发中子测量技术(DNC)可定量样品中痕量裂变核素如^(235)U和^(239)Pu,并结合INAA可测量238U/235U同位素比值;5)14 MeV快中子活化分析技术(FNAA)可测量INAA和PGNAA不灵敏或不适合测量的元素如O、Si、P等。因此,中子活化分析技术(NAA)可有效解决月球样品中全元素、非破坏和精准测量问题,为我国深空探测珍贵样品研究提供核分析技术支撑。

关键词：嫦娥五号月壤月球陨石中子活化分析非破坏分析深空探测

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地外样品的核分析技术研究进展

中国无机分析化学 2024年第11期14卷 1506-1516页

作者：姚永刚王唯赵梁许小雨肖才锦李玉庆李天富郭冰陈东风中国原子能科学研究院北京102413

地外样品是目前能获取到的来自其他天体的最直接地质证据。研究地外样品的目的在于揭示太阳系及其所含天体的宏观与微观演化过程,并为行星与星际环境和星际移民与外星生命的可能性提供新的见解。地外样品成分的原位或地面实验室精细分... 详细信息

地外样品是目前能获取到的来自其他天体的最直接地质证据。研究地外样品的目的在于揭示太阳系及其所含天体的宏观与微观演化过程,并为行星与星际环境和星际移民与外星生命的可能性提供新的见解。地外样品成分的原位或地面实验室精细分析研究对于人类认识天体演化以及我国后续月球探测与资源就地开发利用具有重要的意义。鉴于地外样品的特殊和珍贵,通常优先选用非破坏分析方法对其开展研究。而核分析技术是在实验核物理和核化学基础上发展起来的一门新型学科,是利用粒子与物质的相互作用、辐射效应、核谱学和核效应等基本原理和实验的方法,比如中子活化分析、离子束分析以及X射线荧光光谱分析等,利用其非破坏性、灵敏度高、准确度好和多元素同时分析等优点,非常适合开展地外珍贵样品的分析研究。未来十年是我国深空探测的关键时期,其主要目标是加深对宇宙的认知、拓展人类的活动空间、探寻地外生命信息,并进一步揭示宇宙奥秘与生命起源、了解保护地球以及激发科学探索精神。核分析技术作为对样品无损分析的科学手段,其生命力在于与物理、化学、材料、医学、地质、环境等学科领域的高度融合。随着我国深空探测的发展需求,核分析技术将会在我国月球、小行星、火星等深空探测以及采集的珍贵样品分析中发挥重要的作用。

关键词：核分析技术深空探测加速器质谱穆斯堡尔谱固体核径迹

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中国先进研究堆瞬发γ元素成像技术研究

中国无机分析化学 2024年第6期14卷 809-815页

作者：金象春姚永刚肖才锦贺林峰赵梁孙凯陈东风中国原子能科学研究院北京102413

无损分析样品内部的元素分布,对于材料、考古、地质科学等领域的研究具有重要意义。基于瞬发γ活化分析方法,结合中子照相技术,分析了模拟样品的结构和对称性,首次利用中国先进研究堆(CARR)水平孔道聚焦的微束中子束流,开展样品瞬发γ... 详细信息

无损分析样品内部的元素分布,对于材料、考古、地质科学等领域的研究具有重要意义。基于瞬发γ活化分析方法,结合中子照相技术,分析了模拟样品的结构和对称性,首次利用中国先进研究堆(CARR)水平孔道聚焦的微束中子束流,开展样品瞬发γ扫描分析和材料内部元素分布研究。通过蒙特卡罗软件(MCNP)对样品元素分布实验模型进行分析,模拟结果获得了样品不同区域的铜、铁、铝元素分布,基本实现了元素空间分辨。MCNP计算结果表明在瞬发γ扫描分析中,优化准直几何参数和提高中子通量能进一步提高元素空间分辨和元素测量准确度。

关键词：元素分布瞬发γ活化分析中子成像微束中子 MCNP

基于7Li(p,γ)8Be共振核反应伽马源的光核嬗变实验原理验证研究

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原子能科学技术 2024年第4期58卷 714-720页

作者：叶杉刘伏龙薄楠王浩然程浩李弘伟吴笛杨婉莎魏继红马田丽樊启文王志强刘毅娜宋明哲刘蕴韬贺创业郭冰中国原子能科学研究院北京102413 北京师范大学核科学与技术学院北京100875 北京师范大学射线束技术教育部重点实验室北京100875

光核嬗变可作为长寿命核废料嬗变的一种补充手段.随着强流质子加速器技术的发展,共振核反应γ源的流强可达到较高强度.7Li(p,γ)8Be共振核反应产生的148MeV与176MeV伽马射线恰好位于巨共振区内,是研究光核嬗变的较好选择.本工作基于中... 详细信息

光核嬗变可作为长寿命核废料嬗变的一种补充手段.随着强流质子加速器技术的发展,共振核反应γ源的流强可达到较高强度.7Li(p,γ)8Be共振核反应产生的148MeV与176MeV伽马射线恰好位于巨共振区内,是研究光核嬗变的较好选择.本工作基于中国原子能科学研究院2×17MV串列加速器,利用7Li(p,γ)8Be共振核反应产生的高能伽马射线对197Au进行了光核嬗变实验研究.在质子流强081μA的条件下,当金靶厚度为2mm时,反推得到4π方向上的总嬗变率为(58683±2298)s-1.该实验结果为将来利用共振核反应伽马源进行光核嬗变实验研究奠定了技术基础.

关键词：光核嬗变高能伽马射线共振核反应核废料

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反应堆瞬发γ活化成像技术研究进展

中国无机分析化学 2024年第6期14卷 685-697页

作者：王唯姚永刚肖才锦赵梁许小雨李玉庆李天富陈东风中国原子能科学研究院北京102413

瞬发γ活化成像技术(Prompt Gamma Activation Imaging,PGAI)是基于瞬发γ中子活化分析技术(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis,PGAA)的一种新型元素成像技术,具有PGAA非破坏性、高灵敏度的多元素分析特点,同时可研究大体积样... 详细信息

瞬发γ活化成像技术(Prompt Gamma Activation Imaging,PGAI)是基于瞬发γ中子活化分析技术(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis,PGAA)的一种新型元素成像技术,具有PGAA非破坏性、高灵敏度的多元素分析特点,同时可研究大体积样品内元素含量的三维分布情况。与移动中子源(如同位素中子源、加速器中子源)相比,反应堆中子源具有高通量的冷/热中子,因此,基于反应堆中子源的PGAI装置具有更加广阔的应用前景。鉴于PGAI技术的重要性,主要介绍了PGAI技术原理和测量方法、列举了国内外具有代表性的PGAI装置及特点,并指出当前PGAI技术研究现状与应用进展。其中,与中子层析成像(Neutron Tomography,NT)结合的PGAI是目前研究的重点。随着国内高通量中子反应堆的持续稳定运行以及PGAI装置的建立和技术发展,相信未来PGAI技术能在我国更多领域得到广泛和深入应用。

关键词：瞬发γ活化成像瞬发γ中子活化分析中子层析成像图像重建反应堆中子源

通过4-α衰变观测^(16)O中可能的玻色凝聚态

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原子核物理评论 2024年第1期41卷 292-298页

作者：陈家豪叶沿林马凯韩家兴王东玺林承键贾会明杨磊李根阳黎升胡梓瑶谭智威魏康蒲伟良陈莹楼建玲杨晓菲李奇特杨再宏骆天鹏黄大湖钟善豪李智焕许金艳北京大学物理学院和核物理与核技术国家重点实验室北京100871 中国原子能科学研究院核物理研究所北京102413 广西师范大学物理科学与技术学院广西桂林541004

近期在中国原子能科学研究院北京串列加速器核物理国家实验室开展的^(16)O+^(12)C非弹散射实验,给出了^(16)O中存在4-α玻色凝聚状态的新证据。实验采用多套双面硅微条带电粒子望远镜,首次在^(16)O衰变中实现了4个α粒子的准确识别(Part... 详细信息

近期在中国原子能科学研究院北京串列加速器核物理国家实验室开展的^(16)O+^(12)C非弹散射实验,给出了^(16)O中存在4-α玻色凝聚状态的新证据。实验采用多套双面硅微条带电粒子望远镜,首次在^(16)O衰变中实现了4个α粒子的准确识别(Particle Identification,PID)和符合测量。在此基础上获得了高分辨的反应O值谱并重建了清晰的4-α共振态。其中在阈值附近观察到4个高显著度(大部分高于5σ)的共振态,它们按照^(12)C(Hoyle state)+α的特征模式衰变,与理论预言的类Hoyle-BEC结构及其转动带特征相一致。本观测结果将推动进一步的理论研究,实验上也需要对上述共振态做更多物理量的观测。

关键词：集团结构类Hoyle态 ^(16)O的共振态高激发

中国先进研究堆中子织构谱仪二维位置灵敏探测器数据分析与处理方法

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原子能科学技术 2023年第4期57卷 857-864页

作者：朱桂杰刘晓龙田庚方侯宇晗王洪亮于艳丽薛耀辉李玉庆李眉娟孙凯陈东风中国原子能科学研究院北京102413 中国国际工程咨询有限公司北京100048

中子织构谱仪在航空航天、交通、核工业等领域关键材料的织构研究中具有独特的优势。为了提升探测效率,中国先进研究堆中子织构谱仪在2020—2021年进行了升级改造,将探测系统从单个3He计数管升级为大尺寸二维位置灵敏探测器。本研究针... 详细信息

中子织构谱仪在航空航天、交通、核工业等领域关键材料的织构研究中具有独特的优势。为了提升探测效率,中国先进研究堆中子织构谱仪在2020—2021年进行了升级改造,将探测系统从单个3He计数管升级为大尺寸二维位置灵敏探测器。本研究针对中国先进研究堆中子织构谱仪升级后的实验测量数据,提出了从二维位置灵敏探测器获得的衍射中子计数到织构极图转换的数据处理与分析方法,并基于该方法使用Python语言开发了中子织构数据处理和分析软件系统,对实际测量数据的应用验证了该软件系统的可靠性。该系统实现了二维位置灵敏探测器数据到极图数据的转换和极图绘制,满足了中子织构谱仪升级后的功能需求。

关键词：中子织构谱仪织构数据分析二维位置灵敏探测器极图 Python

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基于三维中子成像的锆合金包壳氢分布量化方法研究

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原子能科学技术 2022年第12期56卷 2491-2497页

作者：武梅梅刘鑫贺林峰胡勇阮世豪王天韵李玉庆魏国海孙凯中国原子能科学研究院北京102413

锆合金吸氢会导致包壳脆化,影响核燃料元件服役安全。掌握氢含量及分布的无损检测方法有助于预测和评估锆合金包壳服役性能,保障核反应堆的运行安全。本文基于三维中子成像对锆合金包壳样品中的氢分布进行定量无损表征。制备系列预设不... 详细信息

锆合金吸氢会导致包壳脆化,影响核燃料元件服役安全。掌握氢含量及分布的无损检测方法有助于预测和评估锆合金包壳服役性能,保障核反应堆的运行安全。本文基于三维中子成像对锆合金包壳样品中的氢分布进行定量无损表征。制备系列预设不同氢含量的Zr-Sn-Nb合金校准样品,开展三维中子成像无损测量,建立氢含量与中子图像灰度值之间的对应关系,实现未知锆合金包壳样品中氢含量和分布的精确测定。此外,利用金相法和惰气脉冲红外吸收法测氢验证了基于三维中子成像的锆合金氢分布量化方法的可行性。结果表明,三维中子成像测定的氢含量和分布与另外两种方法的结果一致。本文结果为锆合金包壳氢分布和含量研究提供了一种三维、无损检测方法,可为优化包壳材料工艺、提高服役性能提供技术支撑。

关键词：锆合金三维中子成像氢含量定量测量

STE460钢厚焊缝残余应力的中子衍射研究

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原子能科学技术 2022年第3期56卷 419-426页

作者：刘荣灯陈东风刘蕴韬孙凯李眉娟 LI X HOFMANN M 李天富王子军余周香中国原子能科学研究院北京102413 慕尼黑工业大学德国慕尼黑85747

管道焊接残余应力是影响管道安全和使用寿命的关键因素。中子衍射是唯一无损检测厚钢焊缝结构完整性的方法。本文主要采用中子衍射谱仪,辅以显微镜和硬度分析仪研究40 mm厚STE460钢管钨极惰性气体保护焊得的焊缝的残余应力分布、微观形... 详细信息

管道焊接残余应力是影响管道安全和使用寿命的关键因素。中子衍射是唯一无损检测厚钢焊缝结构完整性的方法。本文主要采用中子衍射谱仪,辅以显微镜和硬度分析仪研究40 mm厚STE460钢管钨极惰性气体保护焊得的焊缝的残余应力分布、微观形貌、维氏硬度等。研究结果表明,焊缝的残余应力最高达670 MPa,非常接近STE460钢抗拉强度极限,而热影响区内的残余应力很小。全峰半高宽分析表明,焊缝区域塑性形变程度较低。整个焊缝不同区域的晶体显微照片表明其皆是均匀细晶。沿着焊缝方向和垂直焊缝方向的维氏硬度几乎一致,均在(200~250)HV0.2范围内。分析测试结果不仅满足工业应用里的电站基础结构建设和其他非破坏性残余应力评估装置校准的需求,并能增加对STE460钢厚截面焊缝的认知。

关键词：中子衍射残余应力残余应变 STE460钢焊接

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