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应用型电子直线加速器用C波段大功率速调管研究与开发

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原子能科学技术 2024年

作者：杨誉杨京鹤王常强刘秀莹韩广文吴青峰范雨轩王博雷瀚毕振亮陈伟崔爱军于国龙吕约澎王国宝张立锋朱志斌中国原子能科学研究院核技术综合研究所

为满足C波段应用型直线加速器功率源要求，研制了一支C波段大功率速调管。通过对电子枪结构模拟计算并利用正反向组合式聚焦线圈调整过渡区磁场，完成了电子光学系统设计，电子注通过率达到100%，电子注波动率为4.8%。综合应用一维至三... 详细信息

为满足C波段应用型直线加速器功率源要求，研制了一支C波段大功率速调管。通过对电子枪结构模拟计算并利用正反向组合式聚焦线圈调整过渡区磁场，完成了电子光学系统设计，电子注通过率达到100%，电子注波动率为4.8%。综合应用一维至三维计算程序对注-波互作用段开展参数优化及PIC仿真，最终确定了6个谐振腔的速调管方案。腔体加工冷测调配后焊接形成整管，并开展了高功率测试，在电子注电压为115 kV、电流为79.6 A条件下，馈入频率为5 712 MHz、功率为100 W的信号时，该速调管可输出的峰值功率为3.52 MW，增益为45.5 dB，效率为38.5%，达到了预期研制目标。

关键词： C波段速调管直线加速器

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基于联合电解催化交换的轻水除氚研究进展

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王学彬吴栋尹玉国刘亚明阮皓中国原子能科学研究院核技术综合研究所

核反应堆、乏燃料后处理厂运行过程中会产生各种含氚轻水,其中的氚若直接排放到环境中将会造成环境污染,影响人类健康。联合电解催化交换(combined electrolysis and catalytic exchange, CECE)技术能有效去除含氚轻水中的氚,减少环境... 详细信息

核反应堆、乏燃料后处理厂运行过程中会产生各种含氚轻水,其中的氚若直接排放到环境中将会造成环境污染,影响人类健康。联合电解催化交换(combined electrolysis and catalytic exchange, CECE)技术能有效去除含氚轻水中的氚,减少环境中的氚排放。该技术主要由液相催化交换技术、水电解制氢技术和氢氧合成技术3大核心技术组成,具有除氚因子大、操作条件温和等优点,在国际上一直是研究热点。该文介绍了CECE 3个核心技术的研究现状和发展方向,同时针对含氚轻水除氚技术的工程应用难点提出了未来的研究方向。

关键词：联合电解催化交换除氚疏水催化剂电解氢氧合成

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大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉设计

人工晶体学报 2024年第2期53卷 231-237,F0004页

作者：闫平李永何高魁王强王国宝郑玉来中国原子能科学研究院核技术综合研究所北京102413

NaI(Tl)闪烁体因具有探测效率高、时间特性好、受温度影响小等特点而被广泛使用。为满足高探测效率的核辐射探测器需求,需要大尺寸、高能量分辨率的NaI(Tl)闪烁体。依据NaI(Tl)晶体的生长特点,本文对大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉的主炉体、... 详细信息

NaI(Tl)闪烁体因具有探测效率高、时间特性好、受温度影响小等特点而被广泛使用。为满足高探测效率的核辐射探测器需求,需要大尺寸、高能量分辨率的NaI(Tl)闪烁体。依据NaI(Tl)晶体的生长特点,本文对大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉的主炉体、温场系统、坩埚、加热电源等部件进行研究及设计,配合大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉控制系统,采用创新的熔生法生长出直径超300 mm的NaI(Tl)闪烁体,为后续国内生长大尺寸NaI(Tl)晶体提供了方向与解决方案。

关键词： NaI(Tl) 大尺寸结晶炉炉体设计控制设计

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结合光学模拟的塑料闪烁体探测器能量刻度

原子能科学技术 2024年第4期58卷 937-944页

作者：王超田华阳何高魁赵江滨刘洋中国原子能科学研究院核技术综合研究所北京102413

由于高能γ射线全能峰的缺失,导致塑料闪烁体探测器难以进行能量刻度,为此本文提出了一种结合光学模拟的塑料闪烁体探测器能量刻度方法。使用GEANT4建立了塑料闪烁体探测器的光学模型,模拟了闪烁荧光在闪烁体内的传输、收集以及在光电... 详细信息

由于高能γ射线全能峰的缺失,导致塑料闪烁体探测器难以进行能量刻度,为此本文提出了一种结合光学模拟的塑料闪烁体探测器能量刻度方法。使用GEANT4建立了塑料闪烁体探测器的光学模型,模拟了闪烁荧光在闪烁体内的传输、收集以及在光电倍增管上的光电转换和光电子倍增的过程,实现了对实验测量能谱的精确模拟。通过计算低能γ射线全能峰的位置刻度了模拟能谱,由此得到了实验测量能谱的康普顿峰位置。使用^(137)Cs和^(60)Co的康普顿峰完成了对塑料闪烁体探测器的能量刻度,二者的模拟能谱与实验能谱的康普顿峰能量分辨率的相对误差均小于1%,验证了蒙特卡罗模拟能谱与实验测量能谱的一致性,也证明了能量刻度结果是可靠的。

关键词：塑料闪烁体能量刻度蒙特卡罗方法 GEANT4 光学模拟

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回旋加速器主磁铁非理想磁场垫补方法研究

原子能科学技术 2024年第5期58卷 1127-1136页

作者：陆锦荣安世忠边天剑陈忻禹王飞杨光凌丽魏素敏中国原子能科学研究院核技术综合研究所北京102413

回旋加速器主磁场的精密测量和误差垫补技术是回旋加速器技术研究的一个重要方向,也是设备建造的关键环节之一。由于受铁材料内部缺陷、机械加工误差等因素的影响,回旋加速器主磁铁所产生非理想磁场通常会偏离所需要的等时性磁场分布,... 详细信息

回旋加速器主磁场的精密测量和误差垫补技术是回旋加速器技术研究的一个重要方向,也是设备建造的关键环节之一。由于受铁材料内部缺陷、机械加工误差等因素的影响,回旋加速器主磁铁所产生非理想磁场通常会偏离所需要的等时性磁场分布,且含有一定幅值的谐波磁场。因此,在研制回旋加速器的过程中需对非理想磁场进行多次垫补,通过修正实际磁场的分布而最终达到使用要求。与传统磁场垫补算法相比,本文提出了一种基于多元线性回归模型的垫补算法,加入对一次谐波磁场的计算,实现对磁场等时性误差与一次谐波误差同时进行定量化垫补,省去了单独针对一次谐波磁场的垫补过程。为避免增加有限元计算量,本文在新算法中使用了基于1/4磁铁模型获取平均磁场、一次谐波磁场的垫补形状函数。最后使用本文所提垫补方法,将中国原子能科学研究院16 MeV回旋加速器主磁场的等时性误差降低至10-4量级、一次谐波磁场降低至6 Gs以内。实验结果表明,本文提出的算法具有形状函数计算量小、垫补精度高、迭代次数少的特点。

关键词：回旋加速器等时性误差一次谐波磁场同时垫补多元线性回归

基于SKD-HH分段级联器件与GPHS的RTG输出性能计算

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电源技术 2024年第4期48卷 743-748页

作者：何虎夏时雨武伟名桑雨柔中国原子能科学研究院核技术综合研究所北京102413

Pu-238放射性同位素温差发电器(RTG)在深空探测中具有广泛应用。基于先进热电材料CoSb_(3)填充方钴矿和半赫斯勒材料,设计了六π对构型分段级联器件。在此基础上,结合通用模块化热源GPHS,设计了一种面向深空应用的80 W级RTG,采用有限元... 详细信息

Pu-238放射性同位素温差发电器(RTG)在深空探测中具有广泛应用。基于先进热电材料CoSb_(3)填充方钴矿和半赫斯勒材料,设计了六π对构型分段级联器件。在此基础上,结合通用模块化热源GPHS,设计了一种面向深空应用的80 W级RTG,采用有限元软件Ansys计算了其在深空环境温度下的电性能输出和温度分布。该RTG最大输出功率80.3 W,转换效率8.36%,设计转换效率达到了美国eMMRTG的水平。

关键词： RTG 分段级联器件有限元计算

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乏燃料棒M5锆合金包壳的透射电镜分析

原子能科学技术 2024年第1期58卷 149-156页

作者：钱进卞伟郭一帆王鑫梁政强中国原子能科学研究院北京102413

压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热... 详细信息

压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热室内进行,因此针对辐照后燃料包壳微观组织的研究也一直是工作的难点。本文在中国原子能科学研究院热室设施上,通过透射电镜分析手段,研究了M5锆合金包壳材料中子辐照后的微观组织。样品来源于国内商业压水堆AFA3G型乏燃料棒,其燃耗分别为14 GW·d/tU和41 GW·d/tU。从燃料棒上截取长度约10 mm的包壳样品,在热室内完成去芯块与化学清洗,获得空包壳样品,然后通过机械制样方法,制备出?3 mm薄片状包壳基体样品,最后采用电解双喷减薄方法,制备出包壳透射电镜观察分析样品。另外,为对比锆包壳辐照后的组织变化,采用同样方法制备了相同材料的冷态观察分析样品。冷态样品与辐照样品的观察分析结果表明:冷态Zr合金包壳基体组织内部存在原生的第二相粒子,基体内部整体较为干净,纳米析出相稀少,未观察到明显的位错结构;辐照后,基体内原生的第二相粒子尺寸和分布与冷态样品差异不明显,但出现了明显的纳米析出相和高密度位错组织;随着燃耗的增加,纳米析出相尺寸有增加的现象;低燃耗与高燃耗样品位错组织具有相似性,表明在14 GW·d/tU燃耗下,锆合金包壳内由辐照产生的位错组织已基本趋于饱和状态;电子选取衍射结果表明,辐照后,基体内原生的第二相粒子虽存在一些非晶组织,但仍以bcc晶体结构为主,表明在41 GW·d/tU燃耗下,第二相粒子保持了一定的辐照稳定性;另外,第二相的EDS结果表明,随着燃耗的增加,Nb元素的含量有贫化趋势;分析认为,Zr合金经中子辐照,第二相粒子中的Nb原子扩展至Zr基体内,将促进Nb元素以纳米富Nb相形式在Zr基体中析出。

关键词：辐照后检验透射电镜压水堆锆合金燃料棒中子辐照热室

传统铀水冶工艺对稀土元素分布模式的影响及其在核法证中的应用

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原子能科学技术 2024年第1期58卷 33-39页

作者：何欢赵兴红姜小燕赵立飞李力力中国原子能科学研究院放射化学研究所北京102413

从生产过程的角度研究了稀土元素分布模式在核法证溯源中的适用性。通过跟踪调查某传统铀水冶厂从铀矿石到重铀酸钠的生产过程,在低本底(<0.512 ng/mL)、低检出限(<0.007 5 ng/mL)的实验条件下,对铀矿石、澄清浸出液、萃余液和重铀酸钠... 详细信息

从生产过程的角度研究了稀土元素分布模式在核法证溯源中的适用性。通过跟踪调查某传统铀水冶厂从铀矿石到重铀酸钠的生产过程,在低本底(<0.512 ng/mL)、低检出限(<0.007 5 ng/mL)的实验条件下,对铀矿石、澄清浸出液、萃余液和重铀酸钠样品进行了前处理后,采用TRU树脂分离稀土元素、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定稀土元素的含量,并绘制了稀土元素分布模式图。结果表明,上述4种样品整体上都是轻稀土富集,Eu亏损明显,稀土元素分布总体呈右倾斜深谷状。这说明经历了传统铀水冶工艺的铀材料仍会基本保留铀矿石的稀土特征,稀土元素分布模式有助于查明铀材料的来源和历史。

关键词：稀土元素分布模式核法证学铀水冶工艺电感耦合等离子体质谱

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基于GPU加速的投影后变分壳模型计算

原子能科学技术 2024年第2期58卷 272-278页

作者：陆晓连占江高早春中国原子能科学研究院核物理研究所北京102413

为进一步拓展投影后变分(VAP)壳模型计算应用核区范围,需提升VAP的计算效率。为此,利用OpenACC并行编程指令,首次将VAP程序从传统的CPU平台移植到了高性能GPU计算平台上。在角动量投影的每个积分格点上实现了数目庞大的各独立转动矩阵元... 详细信息

为进一步拓展投影后变分(VAP)壳模型计算应用核区范围,需提升VAP的计算效率。为此,利用OpenACC并行编程指令,首次将VAP程序从传统的CPU平台移植到了高性能GPU计算平台上。在角动量投影的每个积分格点上实现了数目庞大的各独立转动矩阵元的GPU并行化计算。经验证,采用GPU加速后的VAP程序计算得到的结果与原来的OpenMP并行化程序计算得到的结果完全相同,而计算效率得到了数倍的提升。借助于GPU加速技术,首次计算了变形重核^(178)Hf的基带能谱,打开了VAP壳模型方法应用于变形稀土重核之门。

关键词：壳模型投影后变分 GPU OpenACC