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基于蒙特卡罗模拟的透射式XRD背景的定量分析

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原子能科学技术 2024年第2期58卷 441-450页

作者：袁靖茜黄宁何泽彭博王鹏四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室四川成都610064

XRD背景主要来源于空气、装置和样品中光子的散射,XRD分析需准确扣除背景,常用的扣背景方法具有一定的局限。蒙特卡罗模拟可实现光子的甄别与统计,因此可将其用于XRD背景来源的定量分析。相干散射的模拟中需考虑物质的Form Factor,这可... 详细信息

XRD背景主要来源于空气、装置和样品中光子的散射,XRD分析需准确扣除背景,常用的扣背景方法具有一定的局限。蒙特卡罗模拟可实现光子的甄别与统计,因此可将其用于XRD背景来源的定量分析。相干散射的模拟中需考虑物质的Form Factor,这可由Baró等的拟合式、独立原子模型或德拜公式给出;在20 keV能量及透射几何模式下,通过对骨、尼龙、水等物质的XRD模拟,对探测器中光子来源进行了区分和统计。结果表明,德拜公式计算的空气背景大于独立原子模型;空气散射在小角度时背景占比大,随散射角的增加从100%减小至40%以下,而样品中康普顿散射的计数占比则从0增大至60%以上。该方法可对不同样品组成以及复杂装置结构的XRD背景进行定量分析。

关键词：蒙特卡罗模拟 XRD背景 Form Factor Geant4

改进对称零面积变换寻峰算法在拉曼光谱中的应用

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光学学报 2024年第3期44卷 288-299页

作者：王海黄宁何泽王鹏袁靖茜四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室四川成都610064

拉曼光谱法是一种高效、无损的化学信息获取分析方法。拉曼光谱中的特征峰位包含了物质的化学信息。对称零面积变换寻峰法是一种常用的寻峰方法,但在寻峰前需要输入有关谱线的各项参数,如窗宽、洛伦兹函数半峰全宽、高斯函数半峰全宽等... 详细信息

拉曼光谱法是一种高效、无损的化学信息获取分析方法。拉曼光谱中的特征峰位包含了物质的化学信息。对称零面积变换寻峰法是一种常用的寻峰方法,但在寻峰前需要输入有关谱线的各项参数,如窗宽、洛伦兹函数半峰全宽、高斯函数半峰全宽等等。对于不同的拉曼光谱,需要输入的这些参数可能不同。如果输入参数与当前拉曼光谱不符合,寻得的峰位可能不准确。本文对对称零面积法进行改进,将拉曼光谱谱峰的半峰全宽归一化,减少了需要输入的各项参数,并结合Whittaker Smoother去噪算法和非对称加权惩罚最小二乘(arPLS)去基线算法,形成WALPSZ寻峰算法。该算法提高了对不同分辨率的拉曼光谱寻峰的准确性和普适性。将该算法应用于Raman Open Database和实际测量的光谱数据的寻峰中,并将获取的峰位与相关文献的数据进行对比,验证了其可靠性和对不同拉曼光谱数据的适用性。

关键词：光谱学拉曼光谱自动寻峰对称零面积变换

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钌表面上锡及其氧化污染物的原位清洗研究

四川大学学报（自然科学版） 2024年第3期61卷 272-283页

作者：彭怡超叶宗标王思蜀蒲国韦建军芶富均四川大学原子核科学技术研究所成都610064 四川大学原子与分子物理研究所成都610064

本文介绍了在多层反射镜钌表面原位清洗锡及其氧化污染物的实验研究.实验通过物理气相沉积(PVD)方法制备颗粒状和薄膜状锡及其氧化污染物,并采用朗缪尔探针和减速场离子能量分析仪(RFEA)对不同功率的氢等离子体进行了系统分析.对比颗粒... 详细信息

本文介绍了在多层反射镜钌表面原位清洗锡及其氧化污染物的实验研究.实验通过物理气相沉积(PVD)方法制备颗粒状和薄膜状锡及其氧化污染物,并采用朗缪尔探针和减速场离子能量分析仪(RFEA)对不同功率的氢等离子体进行了系统分析.对比颗粒状和薄膜状锡及其氧化污染物的清洗速率后发现,颗粒状污染物顶部的清洗速率最高,其平均清洗速率次之,而薄膜状污染物的清洗速率最低.XPS结果表明经过低功率(1 W)等离子体清洗后,锡氧键断裂并发生了化学还原过程.扫描电镜截面图像显示低功率清洗后底部的薄膜厚度增加,指明清洗过程中的再沉积现象.TRIM模拟说明高功率(10 W)下氢注入深度超过钌膜厚度,而低功率(1 W)下氢注入深度小于钌膜厚度.钌膜的粗糙度在1 W照射10 h后仍保持稳定.在化学还原和刻蚀过程中,氢离子和氢自由基分别起到断裂化学键和反应物的作用.根据上述结果推断,低功率(1 W)氢等离子体可实现对锡及其氧化污染物的无损原位清洗.

关键词：锡及其氧化污染物氢等离子体钌原位清洗

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等离子体窗密封性能实验研究

四川大学学报（自然科学版） 2024年第1期61卷 135-140页

作者：苑聪聪刘建星王思蜀陈波陈建军王宏彬叶宗标芶富均四川大学原子核科学技术研究所成都610064 四川大学原子与分子物理研究所成都610064

等离子体窗具有高真空密封性和良好的束流通过性,在电子束焊接、加速器等领域有很大的应用前景.针对传统等离子体窗应用孔径小的问题,本文在优化的三阴极源基础上研究了通道直径为7 mm和8 mm等离子体窗的密封特性,以及Ar、He、H_(2)三... 详细信息

等离子体窗具有高真空密封性和良好的束流通过性,在电子束焊接、加速器等领域有很大的应用前景.针对传统等离子体窗应用孔径小的问题,本文在优化的三阴极源基础上研究了通道直径为7 mm和8 mm等离子体窗的密封特性,以及Ar、He、H_(2)三种等离子窗压降系数随输入电流和气流量的变化关系.结果显示,在输入电流120~210 A、气流量1000~5000 sccm范围内,Ar等离子体窗的压降系数随输入电流、气流量的增加呈先上升后下降的变化趋势,He、H_(2)等离子体窗的压降系数随输入电流的增加逐渐上升,但随着气流量的增加,He等离子体窗的压降系数先上升后下降,H_(2)等离子体窗的压降系数逐渐下降.本实验获得的等离子体窗最大压降系数为2550,可隔绝的最大高压为1 atm,与已报道文献相比具备较好的竞争优势,展现了良好的密封性,在未来加速器等领域有很大的应用潜力.

关键词：等离子体窗压降系数密封加速器

P507浸渍的聚苯乙烯与聚丙烯酸酯树脂分离Yb/Lu的对比研究

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原子能科学技术 2024年

作者：樊锡胜马国权彭海岳高靖李飞泽兰图廖家莉杨远友刘宁四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室

177Lu特别是无载体（NCA）177Lu在全球范围内的稳定供应问题变得尤为突出。目前，国内用于NCA177Lu生产的LN2树脂有国产和也有进口产品，尽管二者高度相似，但两种LN2树脂的NCA177Lu分离性能是否存在差异仍未形成统一认识，其最佳分离... 详细信息

177Lu特别是无载体（NCA）177Lu在全球范围内的稳定供应问题变得尤为突出。目前，国内用于NCA177Lu生产的LN2树脂有国产和也有进口产品，尽管二者高度相似，但两种LN2树脂的NCA177Lu分离性能是否存在差异仍未形成统一认识，其最佳分离工艺流程也需要进一步优化。为此，本文开展了两种树脂的对比实验。通过多种表征手段对国产和进口LN2树脂的结构和组分等进行了系统分析，在此基础上通过静态吸附实验考察了两种材料对Yb/Lu的吸附性能差异，随后开展了二者动态柱分离Yb/Lu的对比研究，探讨了不同淋洗条件对NCA177Lu分离性能的影响。此外还通过模拟工况下的分离实验研究，为每种树脂优化出了最佳淋洗方案。结果表明，国产与进口树脂的载体分别为聚苯乙烯和聚丙烯酸酯，前者具有更高的萃取剂负载量（质量分数为30.6%）,Yb3+和Lu3+静态吸附量更高，但过高的负载量堵塞了树脂孔道，使其在动态柱实验中无法实现Yb/Lu的有效分离，带来了诸如分离度低、淋洗体积大等问题。与文献报道一致的是，进口LN2树脂的分离性能优异，在相对简单的条件下便可实现良好的分离（RS=1.8）。

关键词：负载量浸渍树脂 Yb/Lu分离 Lu

^(211)At干馏装置研制及分离工艺研究

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原子能科学技术 2024年第4期58卷 742-750页

作者：覃贻琳刘葳豪叶天真杨远友李飞泽兰图廖家莉刘宁四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室四川成都610064

^(211)At是一种α核素,其半衰期为7.2 h,不仅适用于α靶向内放射治疗,也可替代长半衰期核素用于α辐解的研究。为解决现有^(211)At干馏工艺产额低、稳定性差的问题,本研究优化设计了^(211)At干馏生产工艺,集成了一套半自动化^(211)At干... 详细信息

^(211)At是一种α核素,其半衰期为7.2 h,不仅适用于α靶向内放射治疗,也可替代长半衰期核素用于α辐解的研究。为解决现有^(211)At干馏工艺产额低、稳定性差的问题,本研究优化设计了^(211)At干馏生产工艺,集成了一套半自动化^(211)At干馏分离装置。采用碘干馏模拟实验确定了影响干馏分离的主要影响因素,改进得到了简便可行的^(211)At干馏分离工艺步骤。^(211)At干馏分离结果表明:当加速器α束流强度为20μA、能量为28.5 MeV时,轰击Bi靶4 h后,^(211)At的3次平均产额为17.87 mCi(6.61×10^(8) Bq),产品核纯度>99.9%,无Bi、Cu等杂质。^(211)At收率达98%以上,分离耗时45~60 min。本研究不仅为各类^(211)At应用工作的开展垫定了良好的基础,也可为后续^(211)At干馏自动化装置的研制提供参考。

关键词： ^(211)At 干馏分离工艺碘模拟工艺干馏装置

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合金元素Sn,Nb对锆合金腐蚀氧化膜相稳定性影响的第一性原理研究

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物理学报 2024年第15期73卷 162-171页

作者：陈暾崔节超李敏陈文孙志鹏付宝勤侯氢四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室成都610064 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610200

锆合金的水侧腐蚀是核燃料棒包壳材料设计的关键问题之一.包壳材料的耐腐蚀性能与锆合金氧化膜中t-ZrO_(2)含量和t-m相变密切相关.目前,Zr-Sn-Nb系合金是新型锆合金发展的主流方向.合金元素Sn,Nb在氧化膜中可呈现多种价态,显著影响ZrO_... 详细信息

锆合金的水侧腐蚀是核燃料棒包壳材料设计的关键问题之一.包壳材料的耐腐蚀性能与锆合金氧化膜中t-ZrO_(2)含量和t-m相变密切相关.目前,Zr-Sn-Nb系合金是新型锆合金发展的主流方向.合金元素Sn,Nb在氧化膜中可呈现多种价态,显著影响ZrO_(2)稳定性,然而Sn,Nb对t-ZrO_(2)含量和t-m相变的影响机制尚不明晰.本文基于第一性原理计算了不同价态Sn,Nb掺杂ZrO_(2)的晶体结构性质、形成焓和氧空位形成能,从原子尺度揭示了Sn,Nb对ZrO_(2)稳定性的影响机理.研究表明Sn^(2+),Nb^(3+)引起显著晶格膨胀;Sn^(4+)则造成轻微晶格膨胀,而Nb^(5+)引起晶格收缩,可见高氧化态下Nb比Sn更利于减小氧化膜的内应力.低价合金元素降低ZrO_(2)稳定性,且会增大t,m相形成能差距;高价的Nb^(5+),Sn^(4+)均可提高t-ZrO_(2)相对稳定性从而抑制t-m相变,其中Nb^(5+)效果显著,Sn^(4+)则作用微弱.0—3.5 GPa范围内,t-ZrO_(2)相对稳定性随压力增大而增强.合金元素的低价态比高价态更利于在t-ZrO_(2)中形成氧空位,因而在氧化膜/金属界面附近低氧化态区域,低价元素和压应力是稳定t-ZrO_(2)的主要因素.通过电子结构分析,发现氧空位形成能与合金元素离子和氧空位间的电荷转移幅度(或电子局域化程度)呈正相关.这些结果有助于针对锆合金耐腐蚀性的成分优化和结构设计.

关键词：第一性原理 Zr-Sn-Nb 合金氧化膜相稳定性

不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

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表面技术 2024年第11期53卷 171-180页

作者：张全德陈庆春苏桐赵勤郭峰王晓波青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000 四川大学原子核科学技术研究所成都610064

目的探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里... 详细信息

目的探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征。利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能。利用球-盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征。结果CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa。在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0μm降至16.8μm。在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢-钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜-钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低。结论CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升。通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力。

关键词： CrN/TiN多层薄膜聚α烯烃多元醇酯摩擦学性能固-液复合润滑

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基于钚铍中子源的硼表辐射屏蔽分析

核电子学与探测技术 2024年第5期44卷 832-838页

作者：代启东踪训成舒文陶昱姗王红波牛江中国核动力研究设计院反应堆工程研究所成都610213 四川大学原子核科学技术研究所成都610064

压水堆核电站一回路水中硼浓度的连续监测装置称为硼表,在硼表正常工作过程中,需要使用活度满足硼浓度在线监测要求的中子源。为了确保操作人员在调试、使用硼表过程中,人员受照剂量不超限值,并掌握硼表周围的中子、伽马剂量分布情况,使... 详细信息

压水堆核电站一回路水中硼浓度的连续监测装置称为硼表,在硼表正常工作过程中,需要使用活度满足硼浓度在线监测要求的中子源。为了确保操作人员在调试、使用硼表过程中,人员受照剂量不超限值,并掌握硼表周围的中子、伽马剂量分布情况,使用MCNP软件对基于钚铍中子源的硼表进行了辐射屏蔽计算,测量了硼表探测装置外部六个方位的辐射剂量分布,并将计算结果与测量结果进行了对比。研究结果表明,探测装置外部的中子、伽马剂量率计算值与测量值符合较好,硼表探测装置周围剂量率分布测量结果表明剂量率随距离下降趋势明显,只要控制操作时间及操作距离,可确保人员辐射安全。

关键词：钚铍中子源硼表屏蔽计算核电站