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宽能域γ成像探测器仿真设计及性能评价

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 31-42页

作者：张济鹏马新华张斌肖雄李京伦雷文明赵玮艾宪芸国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3~3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3~7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3~7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐... 详细信息

康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3~3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3~7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3~7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐射探测与成像应用领域的重要发展方向之一,基于两次散射的三层探测器结构是一种极具潜力的实现方案,其中探测器的设计与构建是该方案的基础与关键核心.考虑系统成本和扩展灵活性等因素,本文选用硅光电倍增管(SiPM)阵列和钆镓铝石榴石(GAGG:Ce)阵列作为探测器材料.根据三层探测器的成像事例要求,分析每层探测器内的作用事例类型特征;并基于Geant4蒙特卡罗模拟平台构建包含材料光学参数的仿真模型,通过设置物理过程与两种信息提取方式,对比研究了不同几何参数情形下的探测器位置散点图和探测器内作用事例类型统计结果.根据仿真设计,制备了由像素数为15×15,像素大小为3.2 mm×3.2 mm,厚度分别为3和10 mm的GAGG阵列和1.25 mm厚度光导组成的两种规格SiPM探测器模块,并基于电子学读出系统评估了探测器模块的性能.结果表明, 3 mm厚度的散射探测器与10 mm厚度的吸收探测器均可清晰分辨15×15像素上的作用位置,平均峰谷比分别为9.77和11.85;全部像素的662 keV平均能量分辨率分别可达7.21%和8.35%,具有较好的位置与能量分辨能力.本文所建立的仿真模型,分析结果以及所研制的探测器模块,为三层探测器系统构建提供了重要依据,并为实现宽能域γ成像奠定了科学技术基础.

关键词：宽能域康普顿成像蒙特卡罗仿真 SiPM探测器闪烁体阵列

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周向六线起爆下杀伤战斗部的破片飞散特性

火炸药学报 2024年第1期47卷 72-80页

作者：刘恒言姬聪生何勇梁争峰西安近代化学研究所陕西西安710065 北京电子工程总体研究所北京100854

为简化起爆结构,提高引战系统可靠性,采用定向战斗部已有的周向六线起爆方式替代中心起爆,基于流体动力学理论对周向六线起爆下爆轰波的碰撞进行了理论分析,采用LS-DYNA进行了数值计算,并开展了战斗部样弹静爆试验。结果表明,相较于中... 详细信息

为简化起爆结构,提高引战系统可靠性,采用定向战斗部已有的周向六线起爆方式替代中心起爆,基于流体动力学理论对周向六线起爆下爆轰波的碰撞进行了理论分析,采用LS-DYNA进行了数值计算,并开展了战斗部样弹静爆试验。结果表明,相较于中心起爆,周向六线起爆条件下破片加速历程与其所在周向位置存在关联,并出现二次加速现象;在相邻起爆点对称面附近产生马赫爆轰波,局部压力可达44.2GPa,并在战斗部中心汇聚,中心处压力可达100GPa以上;轴向多点起爆改善了端面稀疏波的影响,破片速度得到提升,轴向破片速度一致性明显提高;破片飞散初速数值计算与试验结果误差在8.1%以内,不同区域破片初速增益可达4.6%~9.9%。表明周向六线起爆模式是替代定向杀伤战斗部中心起爆模式的有效途径。

关键词：爆炸力学定向杀伤战斗部周向六线起爆中心起爆破片飞散特性破片速度增益

双面沟槽型^(6)LiF/α-Al_(2)O_(3):C光释光中子探测器研制与性能研究

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核动力工程 2024年第S1期45卷 215-220页

作者：樊海军崔辉王善强王尊刚周红召陈文卓唐开勇国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

中子个人剂量监测对核电厂、核动力装置、研究堆和高能加速器等核设施工作人员具有重要意义。光释光技术具有读出速度快和多次重复读取等优点,是中子个人剂量监测的重要发展方向。本文设计了一种双面沟槽型^(6)LiF/α-Al_(2)O_(3):C光... 详细信息

中子个人剂量监测对核电厂、核动力装置、研究堆和高能加速器等核设施工作人员具有重要意义。光释光技术具有读出速度快和多次重复读取等优点,是中子个人剂量监测的重要发展方向。本文设计了一种双面沟槽型^(6)LiF/α-Al_(2)O_(3):C光释光中子探测器(DS-TSOSLND),采用蒙特卡罗程序Geant4计算分析了不同沟槽宽度、深度和沟槽比对探测器性能的影响规律,探索其中子探测机理。基于Geant4模拟计算结果,结合目前α-Al_(2)O_(3):C晶体微结构加工工艺条件,成功制备了DS-TSOSLND。^(137)Cs源和重水慢化^(252)Cf中子源测试结果表明,新研制的DS-TSOSLND中子探测阈为10.3μSv,0.05~20 mSv内其中子剂量响应呈线性关系,在中子个人剂量监测领域具有广阔的应用前景。

关键词：双面沟槽结构光释光中子探测器 α-Al_(2)O_(3):C Geant4

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基于PC老化行为的西藏大气环境严酷度预测

工程科学学报 2024年第5期46卷 863-874页

作者：吴德权覃粒谭甜甜陈星昊赵方超张达威杜翠薇西南技术工程研究所重庆400039 北京科技大学腐蚀与防护中心北京100083

通过研究聚碳酸酯(PC)在西藏自治区(西藏)10个典型大气站点自然暴露试验1年的老化行为,以色差作为指标评估西藏地区PC服役大气环境严酷度时空分布规律.采集了西藏10个典型大气站点8类环境因素数据年均值(2021年4月—2022年3月),分析了... 详细信息

通过研究聚碳酸酯(PC)在西藏自治区(西藏)10个典型大气站点自然暴露试验1年的老化行为,以色差作为指标评估西藏地区PC服役大气环境严酷度时空分布规律.采集了西藏10个典型大气站点8类环境因素数据年均值(2021年4月—2022年3月),分析了西藏地区气候环境特点及气候分布区域,为环境严酷度评价提供准确输入.通过在10个站点开展自然环境试验,研究发现PC老化过程中表观失光率、色差逐渐上升,力学性能如拉伸强度、拉伸断裂应变等波动性下降,最终选择以规律性能较好的色差作为PC老化评估指标.通过Pearson相关性研究分析,认为各类环境因素与地理信息坐标等信息之间有信息冗余,环境参量可以进一步优选.通过灰色关联度、回归分析,筛选出影响PC老化的4个敏感环境因子分别为:日照时间、海拔高度、平均相对湿度、降水时间;通过构建反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型并优化模型参数,建立具有良好训练精度及泛化能力的“环境-材料”映射模型.不同学习精度训练结果表明,过低的学习精度将导致训练程度不够,预测精度较低;过高的学习精度将导致过拟合,使预测陷入局部最小值.输入西藏全域28个城市气象数据,输入已训练好的人工神经网络模型,预测得到西藏28个城市PC老化一年色差值.基于Griddate插值计算,得到西藏地区严酷度空间分布地图,结果显示低海拔的藏东严酷度较低,而高海拔藏西无人区及藏北高原等地区严酷度较高.

关键词：聚碳酸酯西藏大气环境人工神经网络严酷度预测

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TNT和温压炸药浅埋爆炸效应差异性研究

兵器装备工程学报 2024年第5期45卷 160-166页

作者：杨峰翟红波苏健军李尚青肖洋刘伟西安近代化学研究所西安710065 军事科学院防化研究院北京102205

为研究TNT和温压炸药浅埋爆炸效应的差异性,文章开展了浅埋爆炸试验,系统分析了TNT和温压炸药在爆坑形貌和地表空气冲击波波形等方面的差异。结果表明:相同工况的浅埋爆炸,温压炸药产生的爆坑直径、深度以及体积都大于TNT,装药埋深为0.... 详细信息

为研究TNT和温压炸药浅埋爆炸效应的差异性,文章开展了浅埋爆炸试验,系统分析了TNT和温压炸药在爆坑形貌和地表空气冲击波波形等方面的差异。结果表明:相同工况的浅埋爆炸,温压炸药产生的爆坑直径、深度以及体积都大于TNT,装药埋深为0.1 m和0.3 m时,温压炸药产生的爆坑体积分别是TNT的1.2倍和2.3倍。通过对测得的冲击波参数进行比较,分析得出:当埋深为0.1 m和0.3 m时,比例距离为1的测点处温压炸药产生的冲击波峰值压力分别是TNT的2.16倍和1.41倍;在研究范围内,比例距离和埋深变化对不同类型装药的冲击波冲量衰减量影响很小,但对衰减率有较大影响,当埋深从0.1 m增加为0.3 m时,2种类型装药的冲量衰减率都增加了近1倍。

关键词：浅埋爆炸爆坑空气冲击波峰值压力冲量

基于数值解析方法的γ能谱无源效率刻度方法研究

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核技术 2024年第9期47卷 43-52页

作者：叶二雷沈春霞南宏杰来永芳陆军防化学院北京102205

以理论分析和数值计算为基础,建立了一种基于数值解析的无源效率刻度方法。构建了φ3.8 cm×3.8 cm的LaBr_(3)(Ce)和NaI(Tl)探测器几何模型,分析了γ射线与探测器的作用路径、源与探测器相对位置和峰总比等因素,并提出非同轴点源本征效... 详细信息

以理论分析和数值计算为基础,建立了一种基于数值解析的无源效率刻度方法。构建了φ3.8 cm×3.8 cm的LaBr_(3)(Ce)和NaI(Tl)探测器几何模型,分析了γ射线与探测器的作用路径、源与探测器相对位置和峰总比等因素,并提出非同轴点源本征效率计算公式。据此,将点源效率的数值计算拓展至面源和体源效率计算,以辛普森算法为基础对数值积分进行求解,并利用数值解析公式计算各向同性的^(137)Cs点源、面源和体源探测效率,与蒙特卡罗模拟结果相比相对偏差不超过3.5%;对不同位置处点源和不同尺寸面源、体源效率进行计算,与蒙特卡罗模拟结果相比相对偏差不超过4%。结果表明,基于数值解析的无源效率刻度方法具有快速的优势,可代替实验测量或者蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)软件仿真效率刻度方法。该方法能推广至不同形状核辐射探测器效率刻度,为探测器效率刻度提供了新的途径。

关键词：数值解析圆柱体探测器辛普森算法效率刻度蒙特卡罗模拟

二态量子系统准确布居动力学的一类新型相空间表示及其与三角窗函数的关系

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Chinese Journal of Chemical Physics 2024年第2期37卷 230-254,I0102页

作者：程祥松贺鑫刘剑北京大学化学与分子工程学院北京分子科学国家研究中心理论与计算化学研究所北京100871

二态系统是最简单的且无经典对应的量子系统,对二态系统的同构表示的认识和研究能启发研究人员对其动力学与统计行为的更深刻理解.本文使用在[***.145,204105(2016);***.151,024105(2019);***.12,2496(2021)]等文章中发展的约束相空间... 详细信息

二态系统是最简单的且无经典对应的量子系统,对二态系统的同构表示的认识和研究能启发研究人员对其动力学与统计行为的更深刻理解.本文使用在[***.145,204105(2016);***.151,024105(2019);***.12,2496(2021)]等文章中发展的约束相空间严格理论、非协变相空间函数、含时权重函数与含时归一化因子来构建一类新型量子相空间表示.这类同构表示可以导出二态量子系统布居动力学的准确结果.约束相空间上的轨迹运动方程同构于含时薛定谔方程.每条相空间轨迹对于布居动力学所对应积分表达式的贡献严格半正定。进一步证明了在[***.145,144108(2016)]这篇文章中根据经验提出的三角窗函数方法在本质上可以对应于本文的这类新型相空间表示的一个特殊情况,因此同样是二态量子系统准确布居动力学的同构表示.

关键词：相空间表示约束相空间有限态量子系统二态系统布居动力学

经Piers-Rubinsztajn反应制备含硅杂化多孔材料

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高分子学报 2024年第1期55卷 91-98页

作者：李书宏项锴徐彩虹北京工商大学化学系北京100048 中国科学院化学研究所北京100191 山东科学院先进材料研究所济南250014

利用B(C6F5)3催化的Piers-Rubinsztajn反应,探讨了螺旋桨结构四苯基乙烯(TPE)分子与多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)合成反应路线,制备了POSS基有机-无机杂化多孔材料.该反应的突出特点是生成的Si-O-C键合产物中POSS核保持完整.采用氮气吸附... 详细信息

利用B(C6F5)3催化的Piers-Rubinsztajn反应,探讨了螺旋桨结构四苯基乙烯(TPE)分子与多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)合成反应路线,制备了POSS基有机-无机杂化多孔材料.该反应的突出特点是生成的Si-O-C键合产物中POSS核保持完整.采用氮气吸附-脱附分析及热重分析对POSS基杂化多孔材料P4的孔性能和热性能进行了初步研究.其比表面积为SBET=582 m^(2)/g,非定域密度泛函理论(NL-DFT)计算得到其孔体积是0.43 cm^(3)/g,热重分析显示P4初始分解温度为463℃.上述结果表明,该杂化材料是一类介孔和微孔并存、并具有很好热稳定性的材料.该工作为构建有机-无机杂化多孔材料提供了新的思路.

关键词：有机-无机杂化多孔材料多面体低聚倍半硅氧烷 Piers-Rubinsztajn反应

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干法后处理熔盐电解精炼过程数学模型研究

原子能科学技术 2024年第1期58卷 23-32页

作者：王赛林如山李康祎钟振亚钱宾杰张磊唐洪彬中国原子能科学研究院放射化学研究所北京102413

熔盐电解精炼是乏燃料干法后处理的核心工艺单元,通过数学模型探索高温熔盐电解精炼过程的化学与电化学变化,可为电解精炼工艺优化和设备设计提供参考依据。本文基于电化学热力学及物质传递公式建立了乏燃料熔盐电解精炼过程的数学模型... 详细信息

熔盐电解精炼是乏燃料干法后处理的核心工艺单元,通过数学模型探索高温熔盐电解精炼过程的化学与电化学变化,可为电解精炼工艺优化和设备设计提供参考依据。本文基于电化学热力学及物质传递公式建立了乏燃料熔盐电解精炼过程的数学模型,以铀钚锆三元合金燃料为研究对象,计算了燃料中关键元素的电极电势、分电流及物料分布随时间的变化。采用向后差分法对物料分布变化方程进行离散,通过文献实验数据对建立的数学模型进行了准确性验证。结果表明,模拟计算所得阴极沉积铀产品与实验数据的相对误差为2.80%,所建数学模型具有较好的拟合性。同时采用所建模型模拟计算了电流强度对乏燃料电解精炼过程的影响,结果表明电解速率与电流强度呈正比,不改变钚铀锆的溶解和沉积顺序。

关键词：乏燃料干法后处理熔盐电解精炼数学模型物料分布变化

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