2023年 第40卷 第3期
2023, 40(3): 327-340.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022132
摘要:
质子滴线外原子核的质子衰变为研究极端同位旋条件下原子核的结构和稳定性提供了关键的谱学手段。首先总结了近年来质子衰变的实验研究现状，简要介绍了产生质子滴线外原子核的主要途径、质子衰变研究的主要实验方法，以及对滴线核质子衰变机制的认识。在此基础上，介绍了最近开展的对\begin{document}${}^{{\text{18}}}{\text{Mg}}$\end{document} ![]()
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\begin{document}$(N = 6)$\end{document} ![]()
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质子滴线外原子核的质子衰变为研究极端同位旋条件下原子核的结构和稳定性提供了关键的谱学手段。首先总结了近年来质子衰变的实验研究现状，简要介绍了产生质子滴线外原子核的主要途径、质子衰变研究的主要实验方法，以及对滴线核质子衰变机制的认识。在此基础上，介绍了最近开展的对
2023, 40(3): 341-347.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022134
摘要:
在兰州重离子研究装置的放射性束流线(HIRFL-RIBLL1)上，使用由三块双面硅微条探测器及环绕它的五个高纯锗探测器组成的探测器阵列，对丰质子核29S的\begin{document}$\beta$\end{document} ![]()
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在兰州重离子研究装置的放射性束流线(HIRFL-RIBLL1)上，使用由三块双面硅微条探测器及环绕它的五个高纯锗探测器组成的探测器阵列，对丰质子核29S的
2023, 40(3): 348-355.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022004
摘要:
Half-lives of spontaneous nuclear decay processes are calculated by a generalized liquid drop model (GLDM). The potential barrier is constructed by a GLDM, taking into account the nuclear proximity, the mass asymmetry, the accurate nuclear radius, the phenomenological shell and pairing correction. The GLDM model is to continue reproducing the experimental data for\begin{document}$\alpha$\end{document} ![]()
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\begin{document}$\eta^{}_{Z} = $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ (Z_{1}-Z_{2})/(Z_{1}+Z_{2})$\end{document} ![]()
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Half-lives of spontaneous nuclear decay processes are calculated by a generalized liquid drop model (GLDM). The potential barrier is constructed by a GLDM, taking into account the nuclear proximity, the mass asymmetry, the accurate nuclear radius, the phenomenological shell and pairing correction. The GLDM model is to continue reproducing the experimental data for
2023, 40(3): 356-361.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023005
摘要:
近垒能区弱束缚核的反应动力学是目前核物理研究热点之一。本工作使用大立体角硅探测器阵列测量了\begin{document}$^{7}{\rm{Be}}$\end{document} ![]()
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近垒能区弱束缚核的反应动力学是目前核物理研究热点之一。本工作使用大立体角硅探测器阵列测量了
2023, 40(3): 362-369.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022052
摘要:
基于KONUS动力学设计理论，完成了一台工作在脉冲模式的紧凑型常温交叉杆型漂移管直线加速器(CH-DTL)的束流动力学设计，并对关键问题进行了深入研究。该脉冲直线加速器工作频率选为325 MHz，内含29个加速间隙，动力学长度为1.3 m，可以将\begin{document}$^{12}{\rm{C}}^{5+}$\end{document} ![]()
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基于KONUS动力学设计理论，完成了一台工作在脉冲模式的紧凑型常温交叉杆型漂移管直线加速器(CH-DTL)的束流动力学设计，并对关键问题进行了深入研究。该脉冲直线加速器工作频率选为325 MHz，内含29个加速间隙，动力学长度为1.3 m，可以将
2023, 40(3): 370-376.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022105
摘要:
空间电荷驱动的包络不稳定性是引起强流超导质子直线加速器束流损失的重要因素，零流强下的周期相移小于90度是目前国际普遍遵循的强流超导质子直线加速器设计原则，这一设计原则是在不考虑加速的情况下提出的。本论文通过动力学仿真模拟，对加速条件下的周期性不稳定性进行了分析，结果表明，合理选择聚焦变化速度和加速梯度可以减弱包络不稳定度的影响，从而可以突破物理设计周期相移小于90度的严格限制，提高加速器的加速效率。
空间电荷驱动的包络不稳定性是引起强流超导质子直线加速器束流损失的重要因素，零流强下的周期相移小于90度是目前国际普遍遵循的强流超导质子直线加速器设计原则，这一设计原则是在不考虑加速的情况下提出的。本论文通过动力学仿真模拟，对加速条件下的周期性不稳定性进行了分析，结果表明，合理选择聚焦变化速度和加速梯度可以减弱包络不稳定度的影响，从而可以突破物理设计周期相移小于90度的严格限制，提高加速器的加速效率。
2023, 40(3): 377-384.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022070
摘要:
张力线法作为一种优质的磁场测量方法，具有定位精度高、测量快捷、可测量小孔径磁体等优势，被许多国外实验室所采用并广泛应用于加速器磁场测量领域当中。本工作研究了张力线测量方法的相关理论，搭建了一套张力线磁场测量平台；并对一台常规四极铁进行了一系列的测试实验，研究了信号处理方法并验证了测量精度。结果表明，该张力线系统的磁中心测量重复性精度好于±6 μm，满足大部分加速器工程的测试需求。未来该系统还将继续完善并广泛应用于相关装置的磁场测量工作中。
张力线法作为一种优质的磁场测量方法，具有定位精度高、测量快捷、可测量小孔径磁体等优势，被许多国外实验室所采用并广泛应用于加速器磁场测量领域当中。本工作研究了张力线测量方法的相关理论，搭建了一套张力线磁场测量平台；并对一台常规四极铁进行了一系列的测试实验，研究了信号处理方法并验证了测量精度。结果表明，该张力线系统的磁中心测量重复性精度好于±6 μm，满足大部分加速器工程的测试需求。未来该系统还将继续完善并广泛应用于相关装置的磁场测量工作中。
2023, 40(3): 385-400.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022099
摘要:
β辐射伏特效应同位素电池具有使用寿命长、能量密度高、体积小、环境适应性强和可持续供电等优势，在微机电系统等低功率电子器件领域具有非常深远的应用潜力。目前，该类型同位素电池存在结构设计不够理想、载流子复合严重、输出性能偏低等问题。针对存在的不足，本工作介绍了吉林大学同位素电池研究组在β辐射伏特效应同位素电池优化设计方面的研究进展，利用蒙特卡罗程序和有限元分析软件建立了能精确预测该类型同位素电池输出性能的仿真模型，研究辐生载流子的输运和收集特性；选择GaAs作为半导体换能材料进行同位素电池的实验制备，提出了含有空穴/电子传输层的GaAs基换能单元结构，增强辐生载流子的输运和收集。进一步，利用建立的仿真模型预测了基于宽禁带半导体材料的β辐射伏特效应同位素电池的输出性能，分析影响电池转换效率的因素，明确了电池转换效率与半导体材料禁带宽度的关联性。此外，提出了核壳结构纳米线型β辐射伏特效应同位素电池设计思想，提高β粒子吸收率同时降低辐生载流子表面复合率。最后，就进一步提高β辐射伏特效应同位素电池的输出性能，提出了载能-换能一体化的思想理念。
β辐射伏特效应同位素电池具有使用寿命长、能量密度高、体积小、环境适应性强和可持续供电等优势，在微机电系统等低功率电子器件领域具有非常深远的应用潜力。目前，该类型同位素电池存在结构设计不够理想、载流子复合严重、输出性能偏低等问题。针对存在的不足，本工作介绍了吉林大学同位素电池研究组在β辐射伏特效应同位素电池优化设计方面的研究进展，利用蒙特卡罗程序和有限元分析软件建立了能精确预测该类型同位素电池输出性能的仿真模型，研究辐生载流子的输运和收集特性；选择GaAs作为半导体换能材料进行同位素电池的实验制备，提出了含有空穴/电子传输层的GaAs基换能单元结构，增强辐生载流子的输运和收集。进一步，利用建立的仿真模型预测了基于宽禁带半导体材料的β辐射伏特效应同位素电池的输出性能，分析影响电池转换效率的因素，明确了电池转换效率与半导体材料禁带宽度的关联性。此外，提出了核壳结构纳米线型β辐射伏特效应同位素电池设计思想，提高β粒子吸收率同时降低辐生载流子表面复合率。最后，就进一步提高β辐射伏特效应同位素电池的输出性能，提出了载能-换能一体化的思想理念。
2023, 40(3): 401-409.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022104
摘要:
放射性源项往往分布于探测目标内部，难以直接定位和测量。为监测废物处理和核设施退役过程中放射性源项的剂量水平，本工作提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的源项活度反演方法，建立了辐射场通量与源项活度的相关性。该方法对废物钢桶、内置过滤器滤芯的混凝土桶、内置空气过滤器的废物方箱及退役反应堆一回路管道建立源项计算模型，并基于CNN对样本进行学习，达到反演源项活度的目的。将活度反演结果与模拟实测值进行对比，平均误差能控制在10%左右，验证了该方法的有效性。这种方法能快速反演活度，在预测精度和预测性能的稳定性上优于其他活度反演方法，证明了CNN与源项活度反演的结合研究在废物处理和核设施退役等领域具有较高应用价值。
放射性源项往往分布于探测目标内部，难以直接定位和测量。为监测废物处理和核设施退役过程中放射性源项的剂量水平，本工作提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的源项活度反演方法，建立了辐射场通量与源项活度的相关性。该方法对废物钢桶、内置过滤器滤芯的混凝土桶、内置空气过滤器的废物方箱及退役反应堆一回路管道建立源项计算模型，并基于CNN对样本进行学习，达到反演源项活度的目的。将活度反演结果与模拟实测值进行对比，平均误差能控制在10%左右，验证了该方法的有效性。这种方法能快速反演活度，在预测精度和预测性能的稳定性上优于其他活度反演方法，证明了CNN与源项活度反演的结合研究在废物处理和核设施退役等领域具有较高应用价值。
2023, 40(3): 410-417.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022087
摘要:
为兰州重离子加速器冷却储存环(Cooler Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL-CSR)的外靶实验设计了一个\begin{document}$\gamma $\end{document} ![]()
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为兰州重离子加速器冷却储存环(Cooler Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou, HIRFL-CSR)的外靶实验设计了一个
2023, 40(3): 418-425.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022041
摘要:
NICA(Nuclotron-based Ion Collider fAсility)是中俄联合研究建造的重离子超导同步加速器装置，针对NICA MPD(Multipurpose Detector)中内径迹系统(Inner Tracker System, ITS)前端数据汇总与传输原型芯片NICA ROC(NICA Readout and Control)数据收发的需求，定制化设计了一款LVDS(Low Voltage Differential Signaling)高速串行接口电路，作为NICA ROC与前端读出专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)之间的数据交互接口，其中发送器采用预加重技术以减小码间干扰(Inter Symbol Interference, ISI)。基于130 nm CMOS工艺，完成了LVDS接收器和发送器的电路设计、性能仿真以及版图设计，并进行了流片。经测试，该LVDS高速串行接口电路可实现800 Mbps的接收和发送数据率、输出差模电压约为260 mV、误码率小于\begin{document}${1 \times 10}^{-13}$\end{document} ![]()
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NICA(Nuclotron-based Ion Collider fAсility)是中俄联合研究建造的重离子超导同步加速器装置，针对NICA MPD(Multipurpose Detector)中内径迹系统(Inner Tracker System, ITS)前端数据汇总与传输原型芯片NICA ROC(NICA Readout and Control)数据收发的需求，定制化设计了一款LVDS(Low Voltage Differential Signaling)高速串行接口电路，作为NICA ROC与前端读出专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)之间的数据交互接口，其中发送器采用预加重技术以减小码间干扰(Inter Symbol Interference, ISI)。基于130 nm CMOS工艺，完成了LVDS接收器和发送器的电路设计、性能仿真以及版图设计，并进行了流片。经测试，该LVDS高速串行接口电路可实现800 Mbps的接收和发送数据率、输出差模电压约为260 mV、误码率小于
2023, 40(3): 426-432.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022073
摘要:
为解决重离子加速器束流位置探测中横跨低中高频段的微弱信号难以数字化的难题，设计了一款低噪声高阻宽带前置放大器。放大电路采用多级放大结构，输入级由两级低噪声N沟道结型场效应晶体管(N-JFET)级联，并采用共源共栅与源极跟随低噪声结构，利用恒流源阻抗特性增大开环增益；输出级采用宽带电流反馈型运算放大器提供足够的输出功率和带宽，负反馈网络与两级放大电路并联提高灵敏度、减小失真。实测带宽34 kHz~38.47 MHz，带内增益36.2 dB，平坦度小于±0.3 dB，输入电压噪声密度为0.76 nV/\begin{document}$ \sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $\end{document} ![]()
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为解决重离子加速器束流位置探测中横跨低中高频段的微弱信号难以数字化的难题，设计了一款低噪声高阻宽带前置放大器。放大电路采用多级放大结构，输入级由两级低噪声N沟道结型场效应晶体管(N-JFET)级联，并采用共源共栅与源极跟随低噪声结构，利用恒流源阻抗特性增大开环增益；输出级采用宽带电流反馈型运算放大器提供足够的输出功率和带宽，负反馈网络与两级放大电路并联提高灵敏度、减小失真。实测带宽34 kHz~38.47 MHz，带内增益36.2 dB，平坦度小于±0.3 dB，输入电压噪声密度为0.76 nV/
2023, 40(3): 433-438.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022071
摘要:
CEE实验中的束流探测器上集成了大量像素传感器芯片，为了给这些芯片提供稳定的电源电压，针对硅像素芯片对供电电路小面积和低功耗的高要求，在国产GSMC 130 nm CMOS工艺中，实现了一种由单个密勒电容补偿的低压差线性稳压器(Low-Dropout Regulator, LDO)电路。提出的基于翻转电压跟随(Flipped Voltage Follower, FVF)结构的LDO采用小尺寸晶体管，在负载电流快速变化时能实现高稳定性、快速瞬态性能和低功耗，且不需要片外电容。仿真结果表明，该电路在负载电流为20 mA 时能驱动0~100 pF的容性负载，此时线性调整率为3.3 mV/V，静态电流为8.5 μA，版图的面积仅为103.5 μm×95.2 μm，适用于高度复杂的探测器系统芯片中。
CEE实验中的束流探测器上集成了大量像素传感器芯片，为了给这些芯片提供稳定的电源电压，针对硅像素芯片对供电电路小面积和低功耗的高要求，在国产GSMC 130 nm CMOS工艺中，实现了一种由单个密勒电容补偿的低压差线性稳压器(Low-Dropout Regulator, LDO)电路。提出的基于翻转电压跟随(Flipped Voltage Follower, FVF)结构的LDO采用小尺寸晶体管，在负载电流快速变化时能实现高稳定性、快速瞬态性能和低功耗，且不需要片外电容。仿真结果表明，该电路在负载电流为20 mA 时能驱动0~100 pF的容性负载，此时线性调整率为3.3 mV/V，静态电流为8.5 μA，版图的面积仅为103.5 μm×95.2 μm，适用于高度复杂的探测器系统芯片中。
2023, 40(3): 439-445.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022081
摘要:
借助场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析技术，研究不同注量的246.8 MeV的Ar16+ 离子辐照SiC纤维后的表面形貌、组分、直径以及SiC晶粒大小和相态随离子注量的变化规律。SEM结果表明，随着离子注量的增加，SiC纤维直径呈现先减小后增大的趋势；最大注量(2.7×1015 ions/cm2)辐照的SiC纤维表面粗糙度显著增大，且纤维脆性断裂；同时，纤维表面碳含量随注量逐渐减小，硅含量逐渐增大，并有氧的吸附。TEM结果表明，随着离子注量的增加，SiC晶粒的尺寸先减小后增大，局部出现了非晶化；最高注量辐照后，发生了再结晶现象。
借助场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析技术，研究不同注量的246.8 MeV的Ar16+ 离子辐照SiC纤维后的表面形貌、组分、直径以及SiC晶粒大小和相态随离子注量的变化规律。SEM结果表明，随着离子注量的增加，SiC纤维直径呈现先减小后增大的趋势；最大注量(2.7×1015 ions/cm2)辐照的SiC纤维表面粗糙度显著增大，且纤维脆性断裂；同时，纤维表面碳含量随注量逐渐减小，硅含量逐渐增大，并有氧的吸附。TEM结果表明，随着离子注量的增加，SiC晶粒的尺寸先减小后增大，局部出现了非晶化；最高注量辐照后，发生了再结晶现象。
2023, 40(3): 446-453.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022084
摘要:
Zn-Fe法作为重要的14C石墨制备方法之一已在各个实验室广泛应用，但是如何提高石墨合成效率、减少现代碳污染等条件试验方法学方面研究不足。本工作在Zn-Fe火焰封管法制备样品的基础上，对其反应温度、反应时间、试剂用量、Fe粉纯化等多种因素进行了条件实验，从合成效率、12C束流以及数据结果等因素综合分析，得到更为优化的实验条件。对1 mg的14C石墨样品，Zn用量在18~22 mg之间，Fe用量在2.5~3.0 mg之间，Fe采用空气加热400 ºC 3 h进行纯化处理，还原过程使用冷凝石墨还原炉加热650 ºC 8 h进行处理。该系列条件下通过空白样品(商用石墨)、标准样品(OX-Ⅱ，IECA-C8, CSC)制备14C石墨并对其性能进行评估，结果显示制备的14C石墨样品AMS测试结果理想，为进一步优化Zn-Fe法14C石墨制备方法提供了数据支撑，为进一步提高测试本底奠定了基础。
Zn-Fe法作为重要的14C石墨制备方法之一已在各个实验室广泛应用，但是如何提高石墨合成效率、减少现代碳污染等条件试验方法学方面研究不足。本工作在Zn-Fe火焰封管法制备样品的基础上，对其反应温度、反应时间、试剂用量、Fe粉纯化等多种因素进行了条件实验，从合成效率、12C束流以及数据结果等因素综合分析，得到更为优化的实验条件。对1 mg的14C石墨样品，Zn用量在18~22 mg之间，Fe用量在2.5~3.0 mg之间，Fe采用空气加热400 ºC 3 h进行纯化处理，还原过程使用冷凝石墨还原炉加热650 ºC 8 h进行处理。该系列条件下通过空白样品(商用石墨)、标准样品(OX-Ⅱ，IECA-C8, CSC)制备14C石墨并对其性能进行评估，结果显示制备的14C石墨样品AMS测试结果理想，为进一步优化Zn-Fe法14C石墨制备方法提供了数据支撑，为进一步提高测试本底奠定了基础。
2023, 40(3): 454-458.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022107
摘要:
基于TCAD构建了14 nm SOI 4H-SiC FinFET器件的单粒子瞬态(SET)仿真模型。设置环境温度范围258~398 K，分析了不同偏压对器件的SET的影响，并探讨了其作用机理。结果表明，温度的升高，改变了器件的费米能级，减小了带隙，增大了驱动电流，增强了器件的抗SET免疫性；偏压的增大，增加了内部电场，提高了电荷收集率，增加了器件的SET敏感性。由于温度和偏压对SET影响的竞争关系，使得器件在温度398 K、偏压0.4 V时，所产生的SET最弱，与温度300 K、偏压0.8 V的SET相比，其峰值电流和收集电荷分别相对减小22.77%、50.83%。
基于TCAD构建了14 nm SOI 4H-SiC FinFET器件的单粒子瞬态(SET)仿真模型。设置环境温度范围258~398 K，分析了不同偏压对器件的SET的影响，并探讨了其作用机理。结果表明，温度的升高，改变了器件的费米能级，减小了带隙，增大了驱动电流，增强了器件的抗SET免疫性；偏压的增大，增加了内部电场，提高了电荷收集率，增加了器件的SET敏感性。由于温度和偏压对SET影响的竞争关系，使得器件在温度398 K、偏压0.4 V时，所产生的SET最弱，与温度300 K、偏压0.8 V的SET相比，其峰值电流和收集电荷分别相对减小22.77%、50.83%。
2023, 40(3): 459-465.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022106
摘要:
SiC双沟槽MOSFET器件在重离子入射条件下易发生单粒子烧毁(SEB)效应。本工作采用TCAD程序模拟计算器件内部漏极电流、电流密度、晶格温度、碰撞电离、功率密度等物理量的空间分布，评价漏源电压对SEB效应的影响。根据模拟结果得到，入射离子在器件内部形成的瞬态电流源开启寄生双极晶体管，较高的漏源电压维持了器件内部的雪崩效应，器件的正反馈机制被建立，产生的瞬态大电流导致器件发生热损坏。因此，SiC双沟槽MOSFET器件发生SEB效应的主要成因是器件内寄生双极晶体管导通和正反馈机制的建立。此外，本工作评价给出了强电场对碰撞电离、晶格温度以及功率密度分布的影响，揭示了功率密度的峰值区域与晶格温度的峰值区域对应一致的原因，为SiC双沟槽MOSFET器件的抗核加固技术提供了数据支持。
SiC双沟槽MOSFET器件在重离子入射条件下易发生单粒子烧毁(SEB)效应。本工作采用TCAD程序模拟计算器件内部漏极电流、电流密度、晶格温度、碰撞电离、功率密度等物理量的空间分布，评价漏源电压对SEB效应的影响。根据模拟结果得到，入射离子在器件内部形成的瞬态电流源开启寄生双极晶体管，较高的漏源电压维持了器件内部的雪崩效应，器件的正反馈机制被建立，产生的瞬态大电流导致器件发生热损坏。因此，SiC双沟槽MOSFET器件发生SEB效应的主要成因是器件内寄生双极晶体管导通和正反馈机制的建立。此外，本工作评价给出了强电场对碰撞电离、晶格温度以及功率密度分布的影响，揭示了功率密度的峰值区域与晶格温度的峰值区域对应一致的原因，为SiC双沟槽MOSFET器件的抗核加固技术提供了数据支持。
2023, 40(3): 466-471.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022067
摘要:
粒子治疗是先进的放射治疗手段，而放射治疗质量保证(Quality Assurance, QA)则是保障粒子治疗安全和效率的重要技术环节。粒子放疗束流性能QA横向剖面上主要关注点在于辐照场均匀性、束斑位置、束斑大小等参数，纵向上主要关注能量射程关系和剂量分布等参数。目前常用的测量方法只能适用单个项目测量或只能离线测量分析，在效率和实时性上都存在局限性。针对粒子放射治疗中束流性能验证技术，面向平面荧光探测方法，基于C++编程语言，采用Qt5界面开发框架和计算机视觉库OpenCV开发了一套兼顾横向束流参数和纵向射程(能量)验证的粒子束多功能质量验证分析软件系统，并利用武威重离子医院碳离子治疗系统束流性能原始数据完成了软件算法测试和功能验证。本系统用于集成化的荧光探测系统，可实现束流性能的模块化分析，拓展了平面荧光测量技术的使用范畴，有助于提高粒子放射治疗中束流性能的验证效率。
粒子治疗是先进的放射治疗手段，而放射治疗质量保证(Quality Assurance, QA)则是保障粒子治疗安全和效率的重要技术环节。粒子放疗束流性能QA横向剖面上主要关注点在于辐照场均匀性、束斑位置、束斑大小等参数，纵向上主要关注能量射程关系和剂量分布等参数。目前常用的测量方法只能适用单个项目测量或只能离线测量分析，在效率和实时性上都存在局限性。针对粒子放射治疗中束流性能验证技术，面向平面荧光探测方法，基于C++编程语言，采用Qt5界面开发框架和计算机视觉库OpenCV开发了一套兼顾横向束流参数和纵向射程(能量)验证的粒子束多功能质量验证分析软件系统，并利用武威重离子医院碳离子治疗系统束流性能原始数据完成了软件算法测试和功能验证。本系统用于集成化的荧光探测系统，可实现束流性能的模块化分析，拓展了平面荧光测量技术的使用范畴，有助于提高粒子放射治疗中束流性能的验证效率。
2023, 40(3): 472-477.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022085
摘要:
在加速器驱动次临界系统里，束流强度的自动控制非常重要。本工作研究了加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)束流强度的比例-积分-微分(PID)自动控制技术及其实现。 设计了优化的遗传算法来提取PID控制器的参数,优化的遗传算法将PID控制参数用一串二进制码表示。在种群初始化时，充分考虑了每串二进制码最高有效位的初始化，大大地加快了寻找最佳PID参数值的速度。参照加速器低能传输段质子束高斯分布特征建立了束流强度模型，并仿真验证了遗传算法得到PID控制参数的可靠性。仿真计算结果表明，束流半高宽的变化或者束流中心的偏离均会导致束流强度的变化。利用遗传算法得到的PID控制参数可以精确地控制束流强度至设定值并保持稳定。然后，在分布式控制系统(DCS)中实现了束流强度的自动和手动控制功能。在自动控制功能里，束流强度测量值送入DCS系统并与设定值比较，通过PID控制器计算出新的光阑孔径值和光阑旋转角，并用来调节束流强度。最后，利用DCS系统手动调节功能测试了光阑转角的精度。测量结果表明，光阑转角偏差小于0.002°，束流强度的调节精度达到0.000 05 A。
在加速器驱动次临界系统里，束流强度的自动控制非常重要。本工作研究了加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)束流强度的比例-积分-微分(PID)自动控制技术及其实现。 设计了优化的遗传算法来提取PID控制器的参数,优化的遗传算法将PID控制参数用一串二进制码表示。在种群初始化时，充分考虑了每串二进制码最高有效位的初始化，大大地加快了寻找最佳PID参数值的速度。参照加速器低能传输段质子束高斯分布特征建立了束流强度模型，并仿真验证了遗传算法得到PID控制参数的可靠性。仿真计算结果表明，束流半高宽的变化或者束流中心的偏离均会导致束流强度的变化。利用遗传算法得到的PID控制参数可以精确地控制束流强度至设定值并保持稳定。然后，在分布式控制系统(DCS)中实现了束流强度的自动和手动控制功能。在自动控制功能里，束流强度测量值送入DCS系统并与设定值比较，通过PID控制器计算出新的光阑孔径值和光阑旋转角，并用来调节束流强度。最后，利用DCS系统手动调节功能测试了光阑转角的精度。测量结果表明，光阑转角偏差小于0.002°，束流强度的调节精度达到0.000 05 A。
2023, 40(3): 478-484.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022093
摘要:
加速器驱动次临界系统(ADS)利用质子轰击散裂靶产生的中子驱动次临界堆稳定、持续运行，有望实现长寿命次锕系核素嬗变，并进行洁净能源生产。在加速器与反应堆耦合过程中，束流管道贯穿反应堆的顶盖，堆芯中的散裂中子和裂变中子会通过束流管道大量泄漏，需开展相关屏蔽设计，以减小顶盖外的设备活化，进而减小停堆后堆顶设备维修人员所受辐射剂量。传统热堆的堆外辐射屏蔽设计中，常将热中子注量率限制在105 n/(cm2 · s)，以减小设备活化，提高可维护性。对于加速器驱动次临界系统而言，顶盖漏束具有快中子谱、注量率高等特点，需以热中子等效注量率为限值，开展相关屏蔽设计分析。本工作以加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)为例，分析了顶盖漏束后产生的活化核素的预期辐射释能，并通过与热中子的预期辐射释能进行等效，得到了束管漏束屏蔽设计所需的漏束中子注量率，并对其适用性进行了评估。研究表明，平均注量率为9.292×105 n/(cm2 · s)的漏束中子在预期辐射释能上等效于注量率为105 n/(cm2 · s)的热中子，在相关辐射屏蔽设计中，可保守取顶盖外部中子注量率限值为8×105 n/(cm2 · s)。本工作提出了一种ADS堆外活化屏蔽设计时的热中子等效注量率的选取方法，可为快谱下的屏蔽分析提供参考。本文获得的热中子等效注量率可用于CiADS顶盖屏蔽的工程设计与分析。
加速器驱动次临界系统(ADS)利用质子轰击散裂靶产生的中子驱动次临界堆稳定、持续运行，有望实现长寿命次锕系核素嬗变，并进行洁净能源生产。在加速器与反应堆耦合过程中，束流管道贯穿反应堆的顶盖，堆芯中的散裂中子和裂变中子会通过束流管道大量泄漏，需开展相关屏蔽设计，以减小顶盖外的设备活化，进而减小停堆后堆顶设备维修人员所受辐射剂量。传统热堆的堆外辐射屏蔽设计中，常将热中子注量率限制在105 n/(cm2 · s)，以减小设备活化，提高可维护性。对于加速器驱动次临界系统而言，顶盖漏束具有快中子谱、注量率高等特点，需以热中子等效注量率为限值，开展相关屏蔽设计分析。本工作以加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)为例，分析了顶盖漏束后产生的活化核素的预期辐射释能，并通过与热中子的预期辐射释能进行等效，得到了束管漏束屏蔽设计所需的漏束中子注量率，并对其适用性进行了评估。研究表明，平均注量率为9.292×105 n/(cm2 · s)的漏束中子在预期辐射释能上等效于注量率为105 n/(cm2 · s)的热中子，在相关辐射屏蔽设计中，可保守取顶盖外部中子注量率限值为8×105 n/(cm2 · s)。本工作提出了一种ADS堆外活化屏蔽设计时的热中子等效注量率的选取方法，可为快谱下的屏蔽分析提供参考。本文获得的热中子等效注量率可用于CiADS顶盖屏蔽的工程设计与分析。
2023, 40(3): 485-491.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022090
摘要:
在反应堆计算中，确定论计算软件如ANISN计算速度快，适合复杂的物理-热工耦合计算任务。但对于确定论计算程序，其计算精度主要受制于多群截面数据库的制作。本工作基于蒙特卡罗计算软件OpenMC制作用于确定论程序的多群截面库。首先利用OpenMC进行建模计算，然后分区分能群统计总反应率、裂变中子产生率、吸收反应率、中子通量以及高阶勒让德散射率，最后通过自主编写的Fortran截面转换程序得到BUGLE-96格式的多群截面数据。为了验证所制作截面库的可靠性，将新制作的截面库提供给ANISN程序进行基准题计算，计算结果和蒙特卡罗程序及BUGLE-96库进行对比。结果表明，基于OpenMC和自主编写的截面转换程序制作的截面库用于ANISN计算时，Keff和通量与蒙特卡洛程序计算结果相吻合，并且比使用BUGLE-96库计算结果偏差更小，验证了本方法制作中子输运SN程序的多群截面库的有效性。
在反应堆计算中，确定论计算软件如ANISN计算速度快，适合复杂的物理-热工耦合计算任务。但对于确定论计算程序，其计算精度主要受制于多群截面数据库的制作。本工作基于蒙特卡罗计算软件OpenMC制作用于确定论程序的多群截面库。首先利用OpenMC进行建模计算，然后分区分能群统计总反应率、裂变中子产生率、吸收反应率、中子通量以及高阶勒让德散射率，最后通过自主编写的Fortran截面转换程序得到BUGLE-96格式的多群截面数据。为了验证所制作截面库的可靠性，将新制作的截面库提供给ANISN程序进行基准题计算，计算结果和蒙特卡罗程序及BUGLE-96库进行对比。结果表明，基于OpenMC和自主编写的截面转换程序制作的截面库用于ANISN计算时，Keff和通量与蒙特卡洛程序计算结果相吻合，并且比使用BUGLE-96库计算结果偏差更小，验证了本方法制作中子输运SN程序的多群截面库的有效性。
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