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2019年  第36卷  第4期

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核物理
Au+Au重离子碰撞中5~200 GeV碰撞能量下的温度涨落与比热(英文)
李秀君, 司凡, 付泽邦, 张一飞
2019, 36(4): 395-399. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.395
摘要:
使用多相输运(AMPT)模型来研究相对论重离子碰撞中强子物质的比热(CV)与对撞能量的关系以及温度的高阶涨落,并将之与文献[PhysRevC.94.044901]实验数据的比热结果进行了比较。对经历相变的系统,比热(CV)作为表征系统状态方程的热力学量,其值预期在临界点发散。而温度的高阶涨落对相变敏感,比热(CV)和温度的高阶涨落都是适于探测QCD相变和临界点的敏感探针。通过逐个事例的平均横动量(<pT>)来提取有效温度Teff,再通过粒子的有效温度Teff的分布提取出了相应粒子的热容。通过有效温度(Teff)的分布的高阶矩来计算温度的高阶涨落。发现AMPT模型中比热和温度的高阶矩都随温度单调递减。同时还发现在低碰撞能量时,实验数据的比热结果有随能量增加而有一个急速下降,与AMPT模型的走势显著不同。AMPT模型中没有QCD临界点,提供了一个无临界点的参考背景。AMPT模型的计算结果可与实验结果比较作为实验上寻找QCD临界点的参考。
碰撞参数的混杂效应及其对观测量的影响
李理, 张英逊, 崔莹, 李祝霞, 陈响
2019, 36(4): 400-407. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.400
摘要:
基于改进型量子分子动力学(ImQMD)模型,讨论了中低能区重离子碰撞实验上利用多重数定义的中心碰撞和理论上利用固定碰撞参数定义的中心碰撞的差别及其影响。在束流能量为50 MeV/u时,发现两种方法得到的碎块电荷多重数分布、碎块的平均动能的结果的最大偏差约有50%。两种方法对于同位旋敏感观测量——并合不变的中子-质子产额比的影响在5%~15%之间。研究表明,利用中低能重离子碰撞精确获取核物质状态方程或者介质中核子-核子散射截面时,必须考虑碰撞参数混杂的效应。
原子核第一激发能的统计规律
隆寅, 孙小军, 彭海圆
2019, 36(4): 408-413. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.408
摘要:
原子核的第一激发态能级是所有激发态能级中最重要的一条能级,在一定程度上可直接反映该核素的稳定性。通过对2 125个核素的第一激发态能级纲图进行统计分析,发现传统幻数位置的第一激发能明显高于邻近核素的第一激发能,亦对应于同位素链、同中子素链上原子核第一激发能最大的核素。对于第一激发能较大且明显偏离传统幻数位置的少量核素,发现都具有同质异位素相似态或为裂变核的混合能级,这些给出的值是否是第一激发态,在理论和实验上仍存在一定的不确定性;而对于原子核第一激发能最大的核素,其自旋宇称为2+的最多(高达42%)。对于中重核区内的偶偶核,其第一激发能与价核子NpNn关系明显趋于指数的衰减形式。
首次使用核反应法鉴别JUNA深地加速器A/q=2的束流种类
陈涵, 许世伟, 武启, 李云居, 陈立华, 高丙水, 孙良亭, 唐晓东
2019, 36(4): 414-418. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.414
摘要:
JUNA团队计划利用CJPL所提供的极低本底条件和400 kV高压平台上2.45 GHz ECR离子源产生的毫安量级束流首次在天体物理能区对关键核反应进行直接测量。实验需要10 emA的质子束流和He+束流以及2 emA的He2+束流。使用2.45 GHz离子源产生毫安量级的He2+束流是离子源制造的难点。由于离子源分析磁铁分辨能力有限,无法区分He2+和H+2离子,本文首次使用核反应法对离子源产生的A/q=2的束流进行了鉴别,结果显示,JUNA项目2.45 GHz ECR离子源无法产生毫安量级的He2+束流。该研究成果为JUNA项目离子源的设计提供了重要的参考依据。JUNA团队另外研制了一台微波频率为14.5 GHz的ECR离子源并成功产生2 emA的He2+束流来满足实验需求。
加速器
高精度环形谱仪等时性模式的闭轨校正模拟
王耿, 杨建成, 夏佳文
2019, 36(4): 419-425. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.419
摘要:
高精度环形谱仪(SRing)是HIAF装置的重要组成部分,闭轨校正设计是该同步加速器设计的关键部分。由于等时性模式(γt=1.43)线性光学水平β函数很大,磁铁场误差及安装误差会引起较大的闭轨畸变,并导致线性光学发生变化。模拟过程采用奇异值分解(SVD)算法,通过多次计算响应矩阵并计算校正铁校正量实现闭轨校正。同时考虑BPM误差的影响,并通过减少特征值使用个数降低校正铁校正量。校正后全环最大闭轨小于0.8 mm,线性光学也得到明显优化。
一种测量重核素的小型高压型加速器控制系统的研制
周月, 李康宁, 游曲波, 胡跃明, 包轶文, 苏胜勇, 周建明
2019, 36(4): 426-432. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.426
摘要:
为满足中国原子能科学研究院最新研制的400 kV小型重核素加速器质谱(AMS)装置的自动控制的需求,设计并实现了针对该装置的自动控制系统。从硬件和软件两个方面描述了系统结构。虚拟仪器LabWindows/CVI9.0、PLC、数据库、组态软件等的相结合,既组建了友好的人机交互界面,又提高了系统的可靠性。自主设计的具有较高自动化水平的气体剥离器控制,实现了同步监测、控制气体流量和真空度。自动换靶控制的零位指示和靶号显示相配合,更精确地实现换靶功能,提高了装置自动化程度。经长时间测试,该测控系统满足了加速器质谱系统的自动控制及就地操作需求。
重离子治癌加速器束诊探测器运动控制系统设计
李维龙, 李生鹏, 李敏
2019, 36(4): 433-440. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.433
摘要:
重离子医疗装置(HIMM)中需要束流诊断探测器来测量加速器束流参数,其中大部分探测器属于拦截式探测器,拦截式探测器在测量束流参数时需要将探测器探头插入束流管道中心,测试完成后将探测器拉出。另外,部分探测器需要联动控制,针对上述需求,设计了基于EtherCAT协议的拦截式探测器的运动控制系统架构,并且开发了基于OPC UA (OLE for Process Control Unified Architecture)协议的客户端/服务器软件系统,所有拦截式探测器已通过CFDA (China Food and Drug Administration)验证,自2017年起在束运行至今。使用结果表明,该系统具有较高的稳定性以及可移植性,控制精度以及控制模式均可完全满足现场应用要求。
医用加速器装置的离子源进气系统控制
张建川, 周德泰, 李运杰, 尹佳, 王彦瑜
2019, 36(4): 441-446. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.441
摘要:
HIMM是国产自主研发的医用加速器装置,作为目前最大的医学放疗装置,整个加速器控制系统的稳定性和可靠性要比工业系统有更高的要求。离子源针阀是离子源产生束流的重要组件,气体流量的大小和混合比直接影响源体真空度、电离效率、离子源稳定性等。本文针对HIMM离子源进气系统设计了基于三菱伺服电机和菲尼克斯PLC的控制系统,从系统结构、硬件设计、软件设计、数据分析等方面进行了介绍。为保证系统稳定性,加入伺服驱动器与相关真空度的硬连锁和远程开关功能。经过实际测试,该系统运行稳定,定位精度可达0.1?,满足设计要求。
核技术
基于Gate与Matlab的PET电子学仿真系统研究
杨龙, 梁国栋, 张如美
2019, 36(4): 447-455. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.447
摘要:
正电子发射断层成像PET (Positron Emission Tomography)是一套庞大、复杂而又极其精密的大型医疗设备,由成千上万个探测单元及相应的信号采集通道组成,其复杂的采集逻辑直接导致系统前期研发迭代次数多、硬件调试困难,且时间与资金成本投入高。本文通过研究PET系统整体结构及前端电子采集模块的功能,设计出基于Gate仿真软件(Geant4 application for tomographic emission)和MATLAB (matrixlaboratory,Mathworks Inc.)数据处理包的PET电子学仿真架构,利用数字化单事件重建DiSER (digitalsingle-event-reconstruction)模型将Gate仿真得到的湮灭事件的能量、时间信息进行综合,转换为光子脉冲信号并由模数转换器ADC (analog-to-digital converter)进行量化,量化数据输入到现场可编程门阵列FPGA (field programmable gate array)和MATLAB协仿真模块中,验证FPGA硬件采集算法的可行性。待各模块的湮灭事件采集完毕,将多模块数据进一步综合输入到FPGA符合处理模块中,完成PET系统符合单元的功能验证。最后,将设计的算法在基于飞行时间技术的TOF (time-of flight)-PET样机上进行了测试,验证了设计的有效性和正确性。该系统仿真平台可应用于PET系统整个研发周期,其搭建思路也可灵活、有效地拓展到其他领域的系统建模与验证之中。
基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统设计
袁雪岚, 王磊, 刘馨, 潘洁, 余运强
2019, 36(4): 456-461. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.456
摘要:
本文设计了基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统来降低天然本底和康普顿散射对低活度放射性测量的影响。该系统选用Φ145 mm×95 mm×80 mm的NaI (Tl)环形探测器与Φ75 mm×75 mm的NaI (Tl)主探测器构成反符合探测器,采用FPGA和高速ADC同步采样主探测器脉冲信号和反符合环形探测器输出信号。在FPGA中实现了核脉冲信号采集、缓存、反符合甄别、梯形成形等相关算法。在天然本底测量实验中,数字反符合γ谱仪系统的计数率为191.80 cps,本底抑制系数为2.69;对137Cs放射源的测量实验表明,在反符合探测器端面中心处,反符合测量峰总比为0.41,能量分辨率为6.99%;在反符合探测器侧面中间部位,反符合测量峰总比为0.30,能量分辨率为7.48%。实验结果表明,基于FPGA的数字反符合γ谱仪系统明显降低了天然环境本底和康普顿散射对测量的影响,适用于低活度放射性测量、现场就地放射性测量。
B4C_Al材料中子吸收性能检测技术研究
苏晓斌, 侯龙, 王琦, 杨毅, 刘世龙
2019, 36(4): 462-470. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.462
摘要:
核电厂反应堆乏燃料水池的安全性是核电厂十分重要的安全性问题。其中,中子吸收材料的性能关系到乏燃料水池的安全性。在乏燃料水池中放入同种中子吸收材料的挂片,通过定期检查挂片的性能可以对乏燃料水池中子吸收材料的可靠性进行评估。我们开展的B4C Al合金挂片检测设备的研制工作,有望在评估核电厂反应堆乏燃料水池的安全性方面发挥重要作用。该套检测设备首先通过采用面密度已知的标准板制定标准曲线,再以此为标准,根据中子透射率检测挂片的面密度,从而反映出乏燃料水池贮存格架材料的中子吸收能力,为反应堆乏燃料水池的安全性检测提供了技术手段。该设备是国内首台硼铝合金挂片检测设备,该设备的研制为以后开展国产含硼中子吸收材料的无损检测研究奠定了实验基础。
用于快中子探测的裂变电离室实验及模拟结果比较(英文)
关远帆, 杨贺润, 段利敏, 张俊伟, 袁小华, 贺智勇, 张雪荧, 胡荣江, 鲁辰桂, 马朋, 魏向伦, 李蒙, 甘再国, 杨春莉, 张宏斌, 陈亮
2019, 36(4): 471-476. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.471
摘要:
本文报道了一种用于快中子测量的裂变电离室的实验及模拟结果对比,该电离室的裂变材料为238U,分别电镀在电离室的阳极和阴极。裂变电离室通常有三种工作模式:脉冲模式、均方电压模式和电流模式,从而在大动态范围内实现中子注量测量。我们利用252Cf中子源对工作在脉冲模式的裂变电离室效率进行了测量,同时为了评估均方电压模式和电流模式,测量了裂变电离室在不同气压下的脉冲幅度,并通过Geant4蒙特卡罗软件对裂变电离室的脉冲幅度进行了模拟。模拟可以解释实验结果,当工作气压是2.64×105 Pa时探测效率最高[(4.30±0.7)×10-7],且裂变碎片能谱清晰,表明裂变电离室可以工作在不同模式下。
交叉学科
双极器件ELDRS效应研究进展
陆妩, 李小龙, 于新, 王信, 刘默寒, 姚帅, 常耀东
2019, 36(4): 477-483. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.477
摘要:
电离总剂量是航天电子系统辐射效应研究的重要问题,其中双极器件因其特有的低剂量率损伤增强(Enhanced low Dose Rate Sensitivity,ELDRS)效应,已成为航天用双极器件抗电离总剂量效应发展重点突破的方向及难点问题。本文综述了ELDRS效应及低剂量率加速评估技术的研究进展,并结合ELDRS效应难点问题,给出了最新关于ELDRS效应的研究结果。试验结果表明,采用变温辐照方法不仅可以保守地用于双极器件在0~200 krad (Si)范围的ELDRS效应评估,将评估时间从7.7个月缩短至11 h,还可将其应用于双极模拟电路总剂量和单粒子协同效应的评估,同样可以获得保守且快速的评估效果。
加速器驱动嬗变研究装置中关键材料的辐照损伤分析
黄思洋, 骆鹏, 张璐, 徐俊奎, 黄郁旋, 颜永刚
2019, 36(4): 484-491. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.484
摘要:
反应堆中各结构部件的抗辐照性能,对整个系统的使用寿命及安全性有较大的影响。本工作通过MCNPx2.70蒙特卡罗软件建立CiADS散裂靶次临界反应堆模型,结合NJOY2016核数据截面处理软件制作的材料原子离位截面,在堆芯组件数分别为30,42,72盒的情况下分别计算和分析了316L、15-15Ti、SIMP 3种不锈钢材料和ZTA陶瓷作为候选结构材料的中子辐照损伤情况。当用作CiADS燃料包壳时,3种不锈钢材料中SIMP制成的包壳的Rdpa值最小,在燃料组件数为30,42,72盒的情况下其年辐照损伤量分别约为1.16,1.61和12.0 dpa/a。而ZTA制成的燃料包壳的Rdpa值均大于不锈钢材料的辐照损伤。在散裂靶次临界反应堆耦合区域,轴向上CiADS中心管在束靶作用面附近所受到的辐照损伤最大。燃料组件数为30盒时,由316L制成的中心管的辐照损伤率峰值约为2.7 dpa/a。
金纳米粒子对黑色素瘤细胞的重离子辐射增敏效应研究
张鹏程, 刘岩, 金晓东, 陈卫强, 李强
2019, 36(4): 492-498. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.492
摘要:
采用配体交换法合成了粒径15 nm左右的11-巯基十一烷酸包被的金纳米粒子(mAuNPs),使用透射电镜和纳米粒度电位仪对合成后的金纳米粒子进行了表征,然后用MTT法检测了mAuNPs对体外培养小鼠黑色素瘤B16-F10细胞的毒性。在传能线密度(LET)为50 keV/μm的碳离子束照射下,利用香豆素-3-羧酸(3CCA)作为荧光探针检测mAuNPs对水溶液中羟自由基的增强效应、二氯荧光素双醋酸盐(DCFHDA)检测mAuNPs对细胞内活性氧(ROS)的增强效应、克隆形成法检测mAuNPs对B16-F10细胞的辐射增敏效应。实验结果表明:mAuNPs对小鼠黑色素瘤B16-F10细胞基本无毒;mAuNPs对水溶液中的羟自由基产额增强为1.08~2.95倍;在共培养浓度为5 μg/mL情况下mAuNPs增加了胞内活性氧水平,mAuNPs在10%细胞存活水平下的辐射增敏比(SER)为1.15。因此,mAuNPs在黑色素瘤细胞中展现出对重离子的辐射增敏效应。
12C6+离子束辐照黄花蒿干种子当代生物学效应
石紫薇, 李雪虎, 梁妍, 姜婷婷, 梁剑平, 贾宁
2019, 36(4): 499-504. doi: 10.11804/NuclPhysRev.36.04.499
摘要:
利用12C6+重离子束对黄花蒿干种子辐照后,利用发芽率、根长、下胚轴长和株高4个指标研究不同剂量12C6+离子束辐照对黄花蒿的生物学效应。结果表明,随着辐照剂量的增加,黄花蒿的存活率和根长都呈现逐渐降低的趋势,而下胚轴长先上升后下降,株高总体呈现下降的趋势,但在60和90 Gy同时存在矮化与增高的植株。利用SRAP (sequence related amplified polymorphism)技术对辐照后M1代的黄花蒿植株进行研究,结果表明对照组和处理组之间的差异体现为特异性条带的变化。综合分析表明,12C6+的重离子辐照黄花蒿干种子可以产生显著的当代损伤效应,同时引起植物DNA的多态性变化。