核素图评述与新设计 Review and a New Design of the Chart of Nuclides
罗胤芳, 颜鑫亮, 王猛, 王茜, 周小红
核素图是原子核科学与技术领域基本的工具之一。基于原子核基本性质实验数据评估(The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties)的公开数据制作了核素图，用颜色和文字展示了目前已知的基态原子核性质，包括同位素丰度、放射性衰变类型、半衰期、质量误差等实验信息。本工作评述了核素图数据可视化的最新进展，简述了核素版图的拓展历史和德国卡尔斯鲁厄核素图的发行历史，介绍了新版核素图的设计细节和未来展望，推荐了免费以及开源的核素图绘制程序。同时，还设计了印刷版核素图，计划随AME和NUBASE新版本发行同步更新，使它们成为展示NUBASE数据库简明信息的常规媒介。
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中子星可观测量与不同密度段核物质状态方程的关联 Correlation Between Neutron Star Observation and Equation of State of Nuclear Matter at Different Densities
张靖, 文德华
中子星物质主要是由高密度非对称核物质组成。目前通过地面重离子碰撞等实验来认识高密度非对称核物质的物态还存在很大的不确定性。随着对中子星天文观测精度的提高以及可观测量的增多，基于对中子星的天文观测来反向约束高密度非对称核物质物态成为了可能。从理论上去探讨中子星的可观测量与不同密度段物态方程的关联程度，将有助于上述反向对中子星物质物态的研究。本文利用分段式多方物态方程，通过对中子星的半径(R)、潮汐形变参数($\varLambda$ )、转动惯量(I)等可观测量的计算分析，给出了这些观测量与物态方程各密度段的关联度。结果表明，质量为1.4$ M_{\odot}$ 的典型中子星潮汐形变参数($\varLambda$ )和f-模频率($\nu$ )主要与$ 0.5\rho_{\rm{sat}} \sim 1.5\rho_{\rm{sat}}$ 、$ 2.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$ 和$3.5\rho_{\rm{sat}} \sim $ $ 4.5\rho_{\rm{sat}}$ 三个密度段物态方程有较强关联；中子星半径(R)主要与$ 1.5\rho_{\rm{sat}} \sim 3.5\rho_{\rm{sat}}$ 及壳层物态有较强关联；转动惯量(I)与$ 4.5\rho_{\rm{sat}}$ 以下各密度段均有一定关联。
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通过费米能区重离子碰撞产额分布来研究16O原子核的团簇结构 Probing Clustering Configurations of 16O by the Yield Distribution in Heavy Ion Collisions at Fermi Energy
郭琛琛, 何万兵, 安振东, 苏军, 祝龙, 吴丽娟
近几年来，原子核核内的$\alpha$ 团簇结构引起了人们的广泛关注。本工作的目的是讨论在费米能区下重离子碰撞的碎片产额分布是否可以作为研究轻核中$\alpha$ 团簇结构的工具。本文基于扩展的量子分子动力学输运模型(EMQD)模拟了16O具有4种不同的初始化$\alpha$ 构型(长链型、风筝型、四方型以及正四面体型)的16O+16O反应，通过观察碎片产额多重数分布情况研究了具有不同结构的团簇核的核反应。计算结果表明，碰撞后产生的自由质子及4He的产额受不同构型的影响明显，表明4He/proton可以作为团簇结构的一个表征量。此外，自由质子及4He的出射$\theta$ 和$\phi$ 角及动能能谱可以用来提取16O的$\alpha$ 团簇构型信息。
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核电池概述及展望 An Overview and Prospect of Nuclear Battery
李潇祎, 陆景彬, 郑人洲, 许旭, 王宇, 刘玉敏, 何瑞, 梁磊
核电池具有能量密度高、工作稳定可靠、无需人工干预等优点，在需要长期稳定供电的场合具有独特优势，其中热转换式核电池(RTG)是技术最为成熟且应用最早的一类，而β辐射伏特效应核电池已有商业化案例。目前，在β辐射伏特效应核电池研究中存在着放射源自吸收效应浪费能量、转化效率低、换能器件辐射损伤严重等问题，而对于一个实际的核电池，由于放射源自身不断衰变的属性，导致源的成分及其活度随着时间而发生变化，最终影响核电池的电学性能，其影响程度需要加以深入研究。本文以时间轴的形式对核电池的发展进行了全面回顾，简要介绍多种主流类型核电池的原理和应用范围；对于β辐射伏特效应核电池，指出放射源的自吸收是其中的关键科学问题。对于使用63Ni和TiT2放射源的核电池，给出了其电学性能随时间变化的规律；指出对于某一特定结构的β辐射伏特效应核电池设计，在前期的模拟优化环节中，精细计算是至关重要的；最后提出了将放射源与换能材料相结合、使用含有较重同位素的换能器件的设想，这些设想有利于解决放射源自吸收问题、提高核电池输出功率和减轻辐射损伤的影响。
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重离子碰撞中同位旋自由度输运和对称能约束 Transport of Isospin Degree of Freedom in Heavy Ion Reactions and the Constraint of Symmetry Energy
肖志刚
重离子核反应是地面实验室研究核物质状态方程的有效手段。当核物质体系 (包括原子核) 中的中子和质子数目差异很大时，核物质状态方程中除了对称核物质贡献之外，对称能项的贡献逐渐变得重要。它反映了核子相互作用势的同位旋矢量部分，与致密星体的性质和恒星核合成等天体物理基本问题，以及远离β稳定线原子核的奇异性质与核素图边界等核物理前沿问题，都紧密相关。然而，迄今为止，对称能对密度的依赖行为尚未很精确地约束。因此，对称能的研究成为当前国际上主要的中能核物理实验室和天体观测装置的主要物理目标之一。本文简单评述了这一领域的实验进展，并介绍了基于国内的大科学装置，即兰州重离子研究装置(HIRFL)开展费米能区重离子反应与对称能实验研究的一些进展。实验结果表明，这一能区的同位旋自由度输运时标和具体的物理过程相关，同位旋漂移效应可能持续到反应晚期。由于同位旋效应的长时间积累，轻粒子同位旋的角度分布可以用来约束对称能的密度依赖，在饱和点附近对称能值为$ S\!=\!28.3 $ MeV的条件下，其斜率参数约束在$L\!=\!33\!\sim\! 61\,\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$ 的区间，置信度水平为95%。借助一套具有裂变碎片和带电粒子符合测量能力的高性能重离子反应测量谱仪，可以测量具有同位素分辨的带电粒子小角关联函数，从而给出费米能区重离子反应中同位旋驰豫的时标。最后，介绍了氘核的同位旋矢量极化效应，该效应可能提供一种全新的约束对称能密度依赖的途径。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC09
摘要:
近十年的研究表明，夸克物质对称能对夸克物质的状态方程有重要影响。在本研究中，通过采用等效质量模型并在夸克质量标度中引入同位旋依赖项来研究夸克物质的稳定窗口。研究结果表明，足够大的同位旋强度依赖参数$ C_I $ 可以显著地增大奇异夸克物质的稳定窗口，从而使计算结果可以同时满足天文观测数据PSR J1614-2230具有$ 1.928 \pm 0.017 $ 倍太阳质量和双中子星并合事件GW170817中得到的潮汐形变$ 70 \leqslant \varLambda_{1.4} \leqslant 580 $ 的约束。与奇异夸克物质的情况相反，u-d夸克物质的稳定窗口会随着同位旋强度依赖参数的增大而减小，从而使u-d夸克星无法支持相应的天文观测数据。最后，发现奇异夸克物质的对称能远大于u-d夸克物质的对称能，并且夸克间的单胶子交换相互作用会导致奇异夸克物质的对称能变软。
近十年的研究表明，夸克物质对称能对夸克物质的状态方程有重要影响。在本研究中，通过采用等效质量模型并在夸克质量标度中引入同位旋依赖项来研究夸克物质的稳定窗口。研究结果表明，足够大的同位旋强度依赖参数
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC11
摘要:
基于群代数理论，描述了如何构建s, d两轨道能级下的全同费米子体系与全同玻色子体系四极-四极相互作用动力学，据此探讨了全同性原理对核多体系统动力学结构的影响。结果表明，给定粒子数情况下全同费米子体系中低自旋态的空间维数的要比全同玻色子系统中同样自旋态的空间维数大得多，意味着同等条件下前者包含更多更丰富的转动带结构。本工作分析展示了一个基于SU(3)群代数理论分析核结构模型的简单实例。
基于群代数理论，描述了如何构建s, d两轨道能级下的全同费米子体系与全同玻色子体系四极-四极相互作用动力学，据此探讨了全同性原理对核多体系统动力学结构的影响。结果表明，给定粒子数情况下全同费米子体系中低自旋态的空间维数的要比全同玻色子系统中同样自旋态的空间维数大得多，意味着同等条件下前者包含更多更丰富的转动带结构。本工作分析展示了一个基于SU(3)群代数理论分析核结构模型的简单实例。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC01
摘要:
质子滴线核在近垒能区的反应机制，尤其是破裂机制，是当前核物理领域的前沿热点问题。为了深入考察质子滴线核的反应动力学，基于日本东京大学的CRIB终端开展了8B+120Sn和17F+58Ni体系在近垒能区的完全运动学测量。本工作在综述前期研究结果的基础上，首次展示了8B+120Sn测量中的熔合截面结果。实验设置方面，针对各自反应体系产物的特点，分别设计了高效率的硅探测器阵列STARE和基于电离室的多层望远镜阵列MITA，实现了反应产物的完全鉴别。对于质子晕核8B+120Sn体系首次实现了破裂碎片的符合测量，重构了完整的破裂过程，揭示了8B出射道瞬时破裂为主的弹性破裂机制。对于质子滴线核17F +58Ni体系则首次实现了全反应道测量，提取了准弹、破裂和总熔合反应的信息，并发现在垒下能区存在熔合截面增强的现象。理论分析表明，这主要是由于破裂连续态的耦合效应所导致，并且8B和17F存在不同的直接反应机制，表明质子晕结构对反应机制存在显著影响。
质子滴线核在近垒能区的反应机制，尤其是破裂机制，是当前核物理领域的前沿热点问题。为了深入考察质子滴线核的反应动力学，基于日本东京大学的CRIB终端开展了8B+120Sn和17F+58Ni体系在近垒能区的完全运动学测量。本工作在综述前期研究结果的基础上，首次展示了8B+120Sn测量中的熔合截面结果。实验设置方面，针对各自反应体系产物的特点，分别设计了高效率的硅探测器阵列STARE和基于电离室的多层望远镜阵列MITA，实现了反应产物的完全鉴别。对于质子晕核8B+120Sn体系首次实现了破裂碎片的符合测量，重构了完整的破裂过程，揭示了8B出射道瞬时破裂为主的弹性破裂机制。对于质子滴线核17F +58Ni体系则首次实现了全反应道测量，提取了准弹、破裂和总熔合反应的信息，并发现在垒下能区存在熔合截面增强的现象。理论分析表明，这主要是由于破裂连续态的耦合效应所导致，并且8B和17F存在不同的直接反应机制，表明质子晕结构对反应机制存在显著影响。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC05
摘要:
本工作通过引入原子核的形变改进了用于计算单质子放射性半衰期的Gamow-like模型。计算结果显示，相比于原Gamow-like模型，形变Gamow-like模型能够更好地再现单质子放射性实验数据。此外，通过研究单质子放射性半衰期实验值的对数形式和穿透概率计算值的对数形式之间的线性关系，证实了形变Gamow-like模型的可靠性。作为应用，使用形变Gamow-like模型预测了形变核的单质子放射性半衰期，预测的结果能够很好地符合Geiger-Nuttall定律。最后，通过研究轨道角动量与计算半衰期的关系，给出了母核109I和131Eu的角动量参考值，以获取更加准确的单质子放射性理论半衰期。这项工作有利于对质子滴线的研究以及新的单质子放射性半衰期的准确测量。
本工作通过引入原子核的形变改进了用于计算单质子放射性半衰期的Gamow-like模型。计算结果显示，相比于原Gamow-like模型，形变Gamow-like模型能够更好地再现单质子放射性实验数据。此外，通过研究单质子放射性半衰期实验值的对数形式和穿透概率计算值的对数形式之间的线性关系，证实了形变Gamow-like模型的可靠性。作为应用，使用形变Gamow-like模型预测了形变核的单质子放射性半衰期，预测的结果能够很好地符合Geiger-Nuttall定律。最后，通过研究轨道角动量与计算半衰期的关系，给出了母核109I和131Eu的角动量参考值，以获取更加准确的单质子放射性理论半衰期。这项工作有利于对质子滴线的研究以及新的单质子放射性半衰期的准确测量。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC06
摘要:
多丝结构气体探测器因其具有耐辐射、响应快、灵敏区大、成本低廉、易于建造等优势而被广泛应用于核物理和核技术领域。本工作首先介绍了多丝结构气体探测器的电场计算理论方法，并利用有限元程序ANSYS及探测器模拟程序GARFIELD进行了多丝结构气体探测器漂移区、雪崩放大区的电场优化设计。接着利用GEANT4程序模拟了宇宙射线入射气体探测器的过程，获得了探测器在宇宙μ子入射时对单一事例响应的模拟计算结果，包括脉冲电流、脉冲电压及脉冲波形的积分电荷，并获得了整体的积分电荷统计结果。在此基础上完成了气体探测器的研制，并用于宇宙射线的测试实验，实验结果与模拟结果基本一致。本工作提出的模拟计算方法及实验技术可用于多丝结构气体探测器的优化设计及实验评估。
多丝结构气体探测器因其具有耐辐射、响应快、灵敏区大、成本低廉、易于建造等优势而被广泛应用于核物理和核技术领域。本工作首先介绍了多丝结构气体探测器的电场计算理论方法，并利用有限元程序ANSYS及探测器模拟程序GARFIELD进行了多丝结构气体探测器漂移区、雪崩放大区的电场优化设计。接着利用GEANT4程序模拟了宇宙射线入射气体探测器的过程，获得了探测器在宇宙μ子入射时对单一事例响应的模拟计算结果，包括脉冲电流、脉冲电压及脉冲波形的积分电荷，并获得了整体的积分电荷统计结果。在此基础上完成了气体探测器的研制，并用于宇宙射线的测试实验，实验结果与模拟结果基本一致。本工作提出的模拟计算方法及实验技术可用于多丝结构气体探测器的优化设计及实验评估。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC07
摘要:
相对论Brueckner-Hartree-Fock(RBHF)理论是相对论框架下重要的第一性原理方法，仅包含两体力即可以满意描述核物质的饱和性质。在完备的Dirac空间中自洽求解核物质RBHF方程，唯一确定了单粒子势的标量和矢量分量，避免了已有工作中由于忽略负能态所导致的不确定性，解决了40多年来RBHF计算中不能唯一确定单粒子势的问题。本工作简要回顾RBHF理论的发展历史，阐述包含负能态做RBHF计算的必要性，介绍利用完备Dirac空间的RBHF理论，研究核物质性质和中子星物质性质的最新进展，包括有效质量、纯中子物质的每核子结合能、对称核物质和纯中子物质的压强、中子星物质的粒子分数和状态方程、中子星的质量-半径关系和潮汐形变等。最后展望了完备Dirac空间的RBHF理论在确定密度泛函理论参数、微观描述核子-原子核弹性散射和研究中子星内部强子-夸克相变等方面的可能应用。
相对论Brueckner-Hartree-Fock(RBHF)理论是相对论框架下重要的第一性原理方法，仅包含两体力即可以满意描述核物质的饱和性质。在完备的Dirac空间中自洽求解核物质RBHF方程，唯一确定了单粒子势的标量和矢量分量，避免了已有工作中由于忽略负能态所导致的不确定性，解决了40多年来RBHF计算中不能唯一确定单粒子势的问题。本工作简要回顾RBHF理论的发展历史，阐述包含负能态做RBHF计算的必要性，介绍利用完备Dirac空间的RBHF理论，研究核物质性质和中子星物质性质的最新进展，包括有效质量、纯中子物质的每核子结合能、对称核物质和纯中子物质的压强、中子星物质的粒子分数和状态方程、中子星的质量-半径关系和潮汐形变等。最后展望了完备Dirac空间的RBHF理论在确定密度泛函理论参数、微观描述核子-原子核弹性散射和研究中子星内部强子-夸克相变等方面的可能应用。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC17
摘要:
重离子碰撞过程中轻粒子的产生对于提取核物质状态方程的信息有着重要的作用。基于极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型，利用统计衰变模型GEMINI++处理预激发碎片的衰变，研究了预碎片的衰变对中能区Au+Au碰撞过程中轻粒子的集体流和核阻止本领的影响。研究发现，由于记忆效应，重离子碰撞过程中的预碎片的衰变产生的子核继承了母核的部分动力学性质，在考虑预碎片的衰变后可以更好地描述实验数据，并且这种效应对观测量的影响随碰撞能量的升高而减弱。结果表明，重离子碰撞过程中预碎片的衰变以及轻粒子的产生对敏感于核物质状态方程的观测量有着一定的影响。在利用这些观测量提取核物质状态方程的信息时应当仔细处理。
重离子碰撞过程中轻粒子的产生对于提取核物质状态方程的信息有着重要的作用。基于极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型，利用统计衰变模型GEMINI++处理预激发碎片的衰变，研究了预碎片的衰变对中能区Au+Au碰撞过程中轻粒子的集体流和核阻止本领的影响。研究发现，由于记忆效应，重离子碰撞过程中的预碎片的衰变产生的子核继承了母核的部分动力学性质，在考虑预碎片的衰变后可以更好地描述实验数据，并且这种效应对观测量的影响随碰撞能量的升高而减弱。结果表明，重离子碰撞过程中预碎片的衰变以及轻粒子的产生对敏感于核物质状态方程的观测量有着一定的影响。在利用这些观测量提取核物质状态方程的信息时应当仔细处理。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC18
摘要:
核子-核子短程关联是核物理的关键问题之一，它会导致核子动量分布出现高动量尾。本工作首先基于轴向形变相对论平均场模型构建了平均场部分原子核的谱函数，并在此基础上引入了短程关联效应的修正。然后利用谱函数在平面波脉冲近似框架内计算了单举电子散射截面，包括准弹性散射部分和Δ共振散射部分。特别是在Δ共振散射区域，通过重新考虑了核子共振态Δ(1232)的电磁结构，有效地改进了理论计算，使理论散射截面与实验数据很好地吻合。本工作进一步将单举散射截面分为短程关联的贡献和平均场的贡献。研究发现，准弹性峰和Δ共振峰不仅反映了平均场结构，而且对短程关联信息敏感。最后，本工作提出了一种从实验截面中提取原子核短程关联强度的方法。
核子-核子短程关联是核物理的关键问题之一，它会导致核子动量分布出现高动量尾。本工作首先基于轴向形变相对论平均场模型构建了平均场部分原子核的谱函数，并在此基础上引入了短程关联效应的修正。然后利用谱函数在平面波脉冲近似框架内计算了单举电子散射截面，包括准弹性散射部分和Δ共振散射部分。特别是在Δ共振散射区域，通过重新考虑了核子共振态Δ(1232)的电磁结构，有效地改进了理论计算，使理论散射截面与实验数据很好地吻合。本工作进一步将单举散射截面分为短程关联的贡献和平均场的贡献。研究发现，准弹性峰和Δ共振峰不仅反映了平均场结构，而且对短程关联信息敏感。最后，本工作提出了一种从实验截面中提取原子核短程关联强度的方法。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC08
摘要:
针对极端环境下耐高温和耐辐照半导体探测器的研制需求，利用外延层厚度为100 µm的4H-SiC外延片通过欧姆接触和肖特基接触制备成肖特基二极管，封装成肖特基二极管探测器。在25 ºC~150 ºC的环境下，测量探测器的I-V特性曲线。结果表明，在温度≤105 ºC时，漏电流曲线变化较小。当偏置电压为−500 V时，温度从25 ºC上升至105 ºC，漏电流的变化率为0.33%/ºC。利用北京大学化学系60Co放射源对探测器进行辐照，对比总剂量1 Mrad的实验前、实验后的探测器I-V特性变化。结果表明，辐照前后探测器的漏电流无明显变化。
针对极端环境下耐高温和耐辐照半导体探测器的研制需求，利用外延层厚度为100 µm的4H-SiC外延片通过欧姆接触和肖特基接触制备成肖特基二极管，封装成肖特基二极管探测器。在25 ºC~150 ºC的环境下，测量探测器的I-V特性曲线。结果表明，在温度≤105 ºC时，漏电流曲线变化较小。当偏置电压为−500 V时，温度从25 ºC上升至105 ºC，漏电流的变化率为0.33%/ºC。利用北京大学化学系60Co放射源对探测器进行辐照，对比总剂量1 Mrad的实验前、实验后的探测器I-V特性变化。结果表明，辐照前后探测器的漏电流无明显变化。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC04
摘要:
The recent progresses on the wobbling motion are briefly introduced. So far 17 wobbling candidates have been reported in odd-A and even-even nuclei that spread over A≈100, 130, 160 and 190 mass regions. The two-quasiparticle configuration wobbling in 130Ba and the wobbling motion in a triaxial rotor are taken as examples in this paper to show the wobbling motion in even-even nuclei. For the 130Ba, the wobbling are investigated based on the combination of the covariant density functional theory (CDFT) and the particle rotor model (PRM). The CDFT provides crucial information on the configuration and deformation parameters of observed bands, serving as input for PRM calculations. The corresponding experimental energy spectra and electromagnetic transition probabilities are reproduced. An analysis of the angular momentum geometry reveals the enhanced stability of transverse wobbling of a two-quasiparticle configuration compared to a single-quasiparticle one. For the triaxial rotor, the time evolution of wobbling motion is explored through the solution of Euler equations. This investigation yields valuable insights into the evolution of orientation angles ($\phi $ and $\theta $ ) and angular momentum components. Notably, the study reveals that low-energy states of a triaxial rotor predominantly exhibit wobbling motion around the intermediate axis. Moreover, an increase in excitation energy corresponds to a prolonged period of intermediate axis wobbling motion. Conversely, a contrasting trend is observed in the case of long axis wobbling, where an increase in excitation energy leads to a decrease in the wobbling period.
The recent progresses on the wobbling motion are briefly introduced. So far 17 wobbling candidates have been reported in odd-A and even-even nuclei that spread over A≈100, 130, 160 and 190 mass regions. The two-quasiparticle configuration wobbling in 130Ba and the wobbling motion in a triaxial rotor are taken as examples in this paper to show the wobbling motion in even-even nuclei. For the 130Ba, the wobbling are investigated based on the combination of the covariant density functional theory (CDFT) and the particle rotor model (PRM). The CDFT provides crucial information on the configuration and deformation parameters of observed bands, serving as input for PRM calculations. The corresponding experimental energy spectra and electromagnetic transition probabilities are reproduced. An analysis of the angular momentum geometry reveals the enhanced stability of transverse wobbling of a two-quasiparticle configuration compared to a single-quasiparticle one. For the triaxial rotor, the time evolution of wobbling motion is explored through the solution of Euler equations. This investigation yields valuable insights into the evolution of orientation angles (
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC24
摘要:
基于自洽的RBUU输运理论，研究了介质中同位旋相关的${\rm{N}} \Delta \rightarrow {\rm{N}} \Delta$ 散射截面。发现同位旋效应对重子的有效质量以及不同重子密度区的总$ {\rm{N}} \Delta $ 弹性散射截面有着较为明显的影响。随着重子密度的增大，不同重子同位旋态之间的有效质量劈裂逐渐增大。在密度依赖的重子有效质量劈裂、耦合常数以及Born项中的$\sigma-\delta$ 、$\sigma-\rho$ 、$\omega-\delta$ 、$\omega-\rho$ 交换项的共同作用下，不同同位旋态分反应道的弹性散射截面呈现出了不同的密度依赖行为。总截面在低能区出现了明显的介质压低效应，高能区介质效应减弱。
基于自洽的RBUU输运理论，研究了介质中同位旋相关的
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC20
摘要:
原子核质量在核物理和核天体研究中扮演着十分重要的角色。尽管当前的理论模型可较好地描述已知核素的质量，但不同模型在外推时，尤其是丰中子区，仍然存在许多争议。本工作回顾了我们近年来在核质量模型外推研究的主要成果，即使用严格的多目标优化算法将核素质量差α衰变能和局域质量关系作为限制条件，缓和质量模型中的过拟合问题，在一定程度上提升模型的外推能力。另外，还将被优化过的质量数据应用在核天体物理中的快速中子俘获过程中，进一步地检验外推的可靠性。
原子核质量在核物理和核天体研究中扮演着十分重要的角色。尽管当前的理论模型可较好地描述已知核素的质量，但不同模型在外推时，尤其是丰中子区，仍然存在许多争议。本工作回顾了我们近年来在核质量模型外推研究的主要成果，即使用严格的多目标优化算法将核素质量差α衰变能和局域质量关系作为限制条件，缓和质量模型中的过拟合问题，在一定程度上提升模型的外推能力。另外，还将被优化过的质量数据应用在核天体物理中的快速中子俘获过程中，进一步地检验外推的可靠性。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC03
摘要:
采用磁过滤阴极真空弧(FCVA)技术，结合交流碳弧(ACCA)技术和松弛技术，制备了~5 μg/cm2的自支撑类金刚石碳(DLC)剥离膜。采用XP2U电子天平测试DLC膜的均匀性。结果显示，在Φ100 mm范围内，DLC膜最大不均匀性为8.82%。采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)谱仪和X光电子谱(XPS)仪测试分析DLC膜的微观结构。SEM图像显示，通过双90°过滤后的DLC膜表面光滑，基本不含液滴。Raman光谱显示，DLC膜为典型的非晶DLC膜。XPS能谱显示，DLC膜中的sp3杂化键超过70%。通过北京HI-13串列加速器提供的系列重离子束测试研究DLC剥离膜的寿命。结果显示，松弛后的DLC剥离膜寿命约为松驰前的3倍；对于63Cu−和197Au−离子束(加速电压~9 MV、低能端流强~1 μA)，DLC剥离膜寿命分别为碳弧碳剥离膜寿命的4倍和13倍；对于107Ag−、70Ge−、48Ti−、28Si−和127I−离子束，DLC剥离膜寿命为碳弧碳剥离膜寿命的2.6~10.0倍，并且离子越重、束流越强，DLC剥离膜的寿命对比碳弧碳剥离膜寿命的优势就越大；DLC剥离膜寿命与基衬偏压有一定关系，目前的测试结果显示，随基衬偏压的加大，剥离膜寿命呈现先升高后降低的大概趋势，−400 V左右的基衬偏压下DLC剥离膜寿命最长。
采用磁过滤阴极真空弧(FCVA)技术，结合交流碳弧(ACCA)技术和松弛技术，制备了~5 μg/cm2的自支撑类金刚石碳(DLC)剥离膜。采用XP2U电子天平测试DLC膜的均匀性。结果显示，在Φ100 mm范围内，DLC膜最大不均匀性为8.82%。采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)谱仪和X光电子谱(XPS)仪测试分析DLC膜的微观结构。SEM图像显示，通过双90°过滤后的DLC膜表面光滑，基本不含液滴。Raman光谱显示，DLC膜为典型的非晶DLC膜。XPS能谱显示，DLC膜中的sp3杂化键超过70%。通过北京HI-13串列加速器提供的系列重离子束测试研究DLC剥离膜的寿命。结果显示，松弛后的DLC剥离膜寿命约为松驰前的3倍；对于63Cu−和197Au−离子束(加速电压~9 MV、低能端流强~1 μA)，DLC剥离膜寿命分别为碳弧碳剥离膜寿命的4倍和13倍；对于107Ag−、70Ge−、48Ti−、28Si−和127I−离子束，DLC剥离膜寿命为碳弧碳剥离膜寿命的2.6~10.0倍，并且离子越重、束流越强，DLC剥离膜的寿命对比碳弧碳剥离膜寿命的优势就越大；DLC剥离膜寿命与基衬偏压有一定关系，目前的测试结果显示，随基衬偏压的加大，剥离膜寿命呈现先升高后降低的大概趋势，−400 V左右的基衬偏压下DLC剥离膜寿命最长。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC12
摘要:
通过重离子熔合蒸发反应82Se(18O，p4n)95Nb，布居了95Nb的高自旋态。利用多探头中国联合伽马探测阵列进行了在束γ测量，研究了95Nb核的高自旋态能级结构。基于γ-γ符合关系扩展了95Nb的能级纲图，发现了25条新的γ跃迁和21条新的能级，并调整了部分能级的摆放位置。将新的能级结构与壳模型计算进行了比较和讨论。结果表明，要正确的描述95Nb核的高自旋态(自旋值大于39/2)能级结构，应考虑质子跨越38子壳 f5/2→g9/2核心激发。
通过重离子熔合蒸发反应82Se(18O，p4n)95Nb，布居了95Nb的高自旋态。利用多探头中国联合伽马探测阵列进行了在束γ测量，研究了95Nb核的高自旋态能级结构。基于γ-γ符合关系扩展了95Nb的能级纲图，发现了25条新的γ跃迁和21条新的能级，并调整了部分能级的摆放位置。将新的能级结构与壳模型计算进行了比较和讨论。结果表明，要正确的描述95Nb核的高自旋态(自旋值大于39/2)能级结构，应考虑质子跨越38子壳 f5/2→g9/2核心激发。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC23
摘要:
兰州重离子加速器冷却储存环上的等时性质量谱仪是开展高电荷态、短寿命同核异能态衰变研究的理想装置。在短寿命高电荷态离子$^{94m}{\rm{Ru}}^{44+}$ 的寿命测量实验中，我们直接观测到了$^{94}{\rm{Ru}}$ 的$8^+$ 态isomer衰变到基态的过程。在观测时间窗口(20 μs, 180 μs)范围内，鉴别出了49个衰变事件。为了能够鉴别出更多的衰变事件，研究了一种基于频谱幅度来指认衰变事件的方法。基于模拟结果，该方法可以有效鉴别(15 μs, 185 μs) 内的衰变事件。将新的鉴别方法应用到实验数据处理中，在(15 μs, 185 μs)内，鉴别出了54个衰变事件。基于这54个衰变事件，计算得到$^{94m}{\rm{Ru}}^{44+}$ 在实验室坐标系下的寿命为194(121) μs。新的寿命结果与之前的结果218(148) μs在误差范围内一致。
兰州重离子加速器冷却储存环上的等时性质量谱仪是开展高电荷态、短寿命同核异能态衰变研究的理想装置。在短寿命高电荷态离子
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC14
摘要:
There must be electromagnetic fields created during high-energy heavy-ion collisions. Although the electromagnetic field may become weak with the evolution of the quark-gluon plasma (QGP), compared to the energy scales of the strong interaction, they are potentially important to some electromagnetic probes. In this work, we propose the coupled effect of the weak magnetic field and the longitudinal dynamics of the background medium for the first time. We demonstrate that the induced photon spectrum can be highly azimuthally anisotropic when the quark-gluon plasma is in the presence of a weak external magnetic field. On the other hand, the weak magnetic photon emission from quark-gluon plasma only leads to a small correction to the photon production rate. After hydrodynamic evolution with a tilted fireball configuration, the experimentally measured direct photon elliptic flow is well reproduced. Meanwhile, the used time-averaged magnetic field in the hydrodynamic stage is found no larger than a few percent of the pion mass square.
There must be electromagnetic fields created during high-energy heavy-ion collisions. Although the electromagnetic field may become weak with the evolution of the quark-gluon plasma (QGP), compared to the energy scales of the strong interaction, they are potentially important to some electromagnetic probes. In this work, we propose the coupled effect of the weak magnetic field and the longitudinal dynamics of the background medium for the first time. We demonstrate that the induced photon spectrum can be highly azimuthally anisotropic when the quark-gluon plasma is in the presence of a weak external magnetic field. On the other hand, the weak magnetic photon emission from quark-gluon plasma only leads to a small correction to the photon production rate. After hydrodynamic evolution with a tilted fireball configuration, the experimentally measured direct photon elliptic flow is well reproduced. Meanwhile, the used time-averaged magnetic field in the hydrodynamic stage is found no larger than a few percent of the pion mass square.
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC19
摘要:
高能重离子碰撞中末态鉴别粒子的椭圆流组分夸克标度现象被认为是展现部分子各向异性自由度的重要信号之一。本研究利用多相输运(AMPT)模型系统地研究了质心能量为5.02 TeV的质子-铅核碰撞中末态轻味强子的椭圆流$ \upsilon_{2}^{}$ 及其组分夸克标度行为。基于最新的小系统流分析方法，AMPT模型的计算结果很好地描述了轻味介子的$ \upsilon_{2}^{}$ ，但与重子的测量结果略有偏离。研究结果显示，耦合了部分子级联与夸克重组合机制的AMPT模型能产生显著的组分夸克标度现象，该现象也同时依赖于非流效应与强子再散射过程。这些研究结果将为小系统碰撞中末态粒子集体行为的起源问题提供进一步的解释。
高能重离子碰撞中末态鉴别粒子的椭圆流组分夸克标度现象被认为是展现部分子各向异性自由度的重要信号之一。本研究利用多相输运(AMPT)模型系统地研究了质心能量为5.02 TeV的质子-铅核碰撞中末态轻味强子的椭圆流
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC16
摘要:
高重子密度区核物质状态方程的研究是当前核物理研究的前沿热点问题之一。利用极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型，以两π介子Hanbury-Brown-Twiss(HBT)关联为例讨论了2~5倍饱和密度($\rho_{0}$ )区核物质状态方程对两粒子关联效应的影响。通过使用不同的核物质状态方程，展示了密度依赖的势相互作用以及相变对两π介子HBT关联和π介子发射源时空属性的影响。结果显示，在$\sim 5 \rho_{0}$ 以下，π介子发射源的HBT半径及参数敏感于核物质状态方程的软硬，通过与实验数据的比较，现有的HBT半径实验数据排除了$\sim 4\rho_{0}$ 以下发生一阶相变的可能性，并支持一个在低密区($\lesssim4\rho_{0}$ )表现偏硬，且在高密区由于相变而逐渐软化的核物质状态方程。研究结果强调了π介子发射源的HBT半径及参数敏感于核物质状态方程的软硬，可用于理解和约束高重子密度区的核物质状态方程。
高重子密度区核物质状态方程的研究是当前核物理研究的前沿热点问题之一。利用极端相对论量子分子动力学(UrQMD)模型，以两π介子Hanbury-Brown-Twiss(HBT)关联为例讨论了2~5倍饱和密度(
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC22
摘要:
空间电荷效应是强流质子加速器的核心问题之一，在注入和初始加速阶段其影响最大。采用相空间涂抹方法并优化其涂抹过程，可以有效地减少空间电荷效应对束流注入和加速效率及发射度增长的影响。横向相空间涂抹方法可分为相关涂抹和反相关涂抹。首先，本工作对强流质子同步加速器的横向相空间涂抹方法进行深入研究，包括不同的涂抹方法和实现方式。其次，基于中国散裂中子源(CSNS)注入系统，对束流注入过程和反相关涂抹设计方案进行详细研究，深入探索实际垂直涂抹范围变小的原因和凸轨磁铁边缘聚焦效应对涂抹效果和束流动力学的影响。同时，简单介绍了在反相关涂抹机械结构基础上实现相关涂抹的方法及其对实现CSNS设计指标起到的关键作用。最后，根据未来加速器对不同涂抹注入方法在线切换的需求，我们提出了一种同时实现相关和反相关涂抹的新注入方案，并对其进行详细的论证、模拟和优化。
空间电荷效应是强流质子加速器的核心问题之一，在注入和初始加速阶段其影响最大。采用相空间涂抹方法并优化其涂抹过程，可以有效地减少空间电荷效应对束流注入和加速效率及发射度增长的影响。横向相空间涂抹方法可分为相关涂抹和反相关涂抹。首先，本工作对强流质子同步加速器的横向相空间涂抹方法进行深入研究，包括不同的涂抹方法和实现方式。其次，基于中国散裂中子源(CSNS)注入系统，对束流注入过程和反相关涂抹设计方案进行详细研究，深入探索实际垂直涂抹范围变小的原因和凸轨磁铁边缘聚焦效应对涂抹效果和束流动力学的影响。同时，简单介绍了在反相关涂抹机械结构基础上实现相关涂抹的方法及其对实现CSNS设计指标起到的关键作用。最后，根据未来加速器对不同涂抹注入方法在线切换的需求，我们提出了一种同时实现相关和反相关涂抹的新注入方案，并对其进行详细的论证、模拟和优化。
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doi: 10.11804/NuclPhysRev.41.2023CNPC72
摘要:
建立了一种新型融合Beam Eye View(BEV)/Beam Path View(BPV)信息的高分辨率快速磁共振成像方法。选取3例肝转移磁共振引导放疗(MRgRT)患者，采集同一患者使用腹部加压带限制腹部运动(RAM组) 的运动管理模式下和自由呼吸(FB组)模式下图像，共计31 200帧。采用临近肿瘤具有明确边界的血管进行肿瘤位置跟踪，计算其在95%置信区间下的径向矢量运动幅度差异△R95。在BEV/BPV平面上RAM组和FB组在所有分次中的△R95的差异分别为：患者1均小于0.58 mm；患者2高达2.57 mm以上；患者3分别为0.71 mm/1.05 mm。结果表明，腹部压迫方案可以有效地减小肿瘤的运动幅度，另外肿瘤运动幅度△R95变化具有完全的个体相关性。该方法也可作为MRgRT技术中肿瘤放疗外放边界缩小的影像基础。
建立了一种新型融合Beam Eye View(BEV)/Beam Path View(BPV)信息的高分辨率快速磁共振成像方法。选取3例肝转移磁共振引导放疗(MRgRT)患者，采集同一患者使用腹部加压带限制腹部运动(RAM组) 的运动管理模式下和自由呼吸(FB组)模式下图像，共计31 200帧。采用临近肿瘤具有明确边界的血管进行肿瘤位置跟踪，计算其在95%置信区间下的径向矢量运动幅度差异△R95。在BEV/BPV平面上RAM组和FB组在所有分次中的△R95的差异分别为：患者1均小于0.58 mm；患者2高达2.57 mm以上；患者3分别为0.71 mm/1.05 mm。结果表明，腹部压迫方案可以有效地减小肿瘤的运动幅度，另外肿瘤运动幅度△R95变化具有完全的个体相关性。该方法也可作为MRgRT技术中肿瘤放疗外放边界缩小的影像基础。
2023, 40(4): 493-501.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023025
摘要:
Based on the three-flavor Polyakov-looped Nambu−Jona-Lasinio(pNJL) model, we have studied the structure of the three-dimensional QCD phase diagram with respect to the temperature, the baryon chemical potential, and the isospin chemical potential, by investigating the interplay among the chiral quark condensate, the pion condensate, and the Polyakov loop. While the pNJL model leads to qualitatively similar structure of the normal quark phase, the pion superfluid phase, and the Sarma phase as well as their phase boundaries, when compared to the NJL model, the inclusion of the Polyakov loop enlarges considerably the areas of the pion superfluid phase and the Sarma phase, and leads to critical end points at higher temperatures. With the contribution of the gluon dynamics effectively included, the present study is expected to give a more reliable prediction of the three-dimensional QCD phase diagram compared to that in the NJL model.
Based on the three-flavor Polyakov-looped Nambu−Jona-Lasinio(pNJL) model, we have studied the structure of the three-dimensional QCD phase diagram with respect to the temperature, the baryon chemical potential, and the isospin chemical potential, by investigating the interplay among the chiral quark condensate, the pion condensate, and the Polyakov loop. While the pNJL model leads to qualitatively similar structure of the normal quark phase, the pion superfluid phase, and the Sarma phase as well as their phase boundaries, when compared to the NJL model, the inclusion of the Polyakov loop enlarges considerably the areas of the pion superfluid phase and the Sarma phase, and leads to critical end points at higher temperatures. With the contribution of the gluon dynamics effectively included, the present study is expected to give a more reliable prediction of the three-dimensional QCD phase diagram compared to that in the NJL model.
2023, 40(4): 502-510.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023013
摘要:
In this paper, we investigate the impact of pairing correlations on the fission barriers of Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, and Cf isotopes using an exactly solvable pairing model. Our results show that the pairing correlation plays a crucial role in determining the fission barrier height. Specifically, we find that the role of neutron and proton pairing in fission barrier heights is not universal across all isotopes, and the exact nature of the interaction depends on the specific isotopes being studied. Our calculated barrier heights are consistent with experimental data, and we propose using the odd-even mass difference(ground-state properties) and barrier height(excited-state properties) as experimentally observable quantities to determine the pairing interaction strengths in the fission process.
In this paper, we investigate the impact of pairing correlations on the fission barriers of Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, and Cf isotopes using an exactly solvable pairing model. Our results show that the pairing correlation plays a crucial role in determining the fission barrier height. Specifically, we find that the role of neutron and proton pairing in fission barrier heights is not universal across all isotopes, and the exact nature of the interaction depends on the specific isotopes being studied. Our calculated barrier heights are consistent with experimental data, and we propose using the odd-even mass difference(ground-state properties) and barrier height(excited-state properties) as experimentally observable quantities to determine the pairing interaction strengths in the fission process.
2023, 40(4): 511-518.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023059
摘要:
在变形的Skyrme-Hartree-Fock-Bogoliubov(SHFB)理论框架下，利用SLy4相互作用研究体积、表面和混合对力对超重核296Og基态性质，如位能面、单粒子能谱、双中子分离能及α衰变能的影响。研究表明：1) 体积和混合对力预言的296Og的基态形状接近于球形，而表面对力预言其有着明显的形状共存；2) 三种对力预言296Og都具有超形变，对力对超形变态的结合能、位阱深度和激发能有着一定的影响，且表面对力的影响最大；3) 对力对296Og的壳结构、双中子分离能、α衰变能和α衰变半衰期有着一定的影响。同样地，表面对力的影响也最明显。而且，由对力引起的α衰变能的变化，有时会导致α衰变半衰期的数量级发生改变。
在变形的Skyrme-Hartree-Fock-Bogoliubov(SHFB)理论框架下，利用SLy4相互作用研究体积、表面和混合对力对超重核296Og基态性质，如位能面、单粒子能谱、双中子分离能及α衰变能的影响。研究表明：1) 体积和混合对力预言的296Og的基态形状接近于球形，而表面对力预言其有着明显的形状共存；2) 三种对力预言296Og都具有超形变，对力对超形变态的结合能、位阱深度和激发能有着一定的影响，且表面对力的影响最大；3) 对力对296Og的壳结构、双中子分离能、α衰变能和α衰变半衰期有着一定的影响。同样地，表面对力的影响也最明显。而且，由对力引起的α衰变能的变化，有时会导致α衰变半衰期的数量级发生改变。
2023, 40(4): 519-526.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022110
摘要:
In the investigations of the level structure of$A \approx 90$ nuclei, whose numbers of protons and neutrons are close to the $Z = 40$ semimagic number and $N = 50$ magic number, have become a hot spot in nuclear physics. The aim of this work is to further probe the characteristics of single-particle excitation, core breaking, high-$j$ intruder states and isomeric states in the $A\approx 90$ mass region based on the existing experimental results. Investigations show that the low energy levels of the odd-$A$ nuclei originate from their neighboring even-even nuclei coupled to a valence nucleon. The systematics of the $2_{1}^{+}$ excitation energies and the values of ${\rm{E}}_{4_{1}^{+}}$ /${\rm{E}}_{2_{1}^{+}}$ indicate that the $N = 56$ subshell closure may appear at $Z = 40$ (41) and disappear for $Z > 42$ nuclei. Furthermore, in this mass region, the strong ${\rm{E}}2$ transitions at low or medium spins are interpreted as the recoupling of the pure protons in ($f_{5/2}^{}$ , $p_{3/2}^{}$ , $p_{1/2}^{}$ , $g_{9/2}^{}$ ) orbits, and the strong $M1$ transitions are explicated by moving proton from the ($f_{5/2}^{}$ , $p_{3/2}^{}$ , $p_{1/2}^{}$ ) orbits to the $g_{9/2}^{}$ orbit, coupling to a neutron excitation from the $g_{9/2}^{}$ orbit across $N = 50$ closed shell into the $d_{5/2}^{}$ orbit. The isomeric states in odd-$A$ nuclei with $N = 50 $ (51) can be interpreted as a spin-aligned configuration in which a single neutron or proton couples with a fully aligned proton pair in the $\pi g_{9/2}^{}$ orbit.
In the investigations of the level structure of
2023, 40(4): 527-533.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022101
摘要:
为了深入理解中能重离子碰撞中多重碎裂的动力学机制，利用同位旋相关量子分子动力学模型，模拟了一组系统的中心碰撞过程，应用阶乘矩方法分别对反应末态和反应过程中所形成的初级碎块的分布进行了细致分析，结果显示：在相变特征最为明显的入射能区：1) 反应末态的碎块分布显示出多重分形特征；2) 在碰撞系统发生多重碎裂的阶段，初级碎块的分布对应间歇性指数达到最大值。对相似碰撞系统所做的同样分析表明，这些特征在中能多重碎裂反应中具有普遍性。本文所揭示出的新特征，有助于我们深刻理解中能重离子碰撞过程及多重碎裂的动力学机制，同时，通过对重离子碰撞这种高度非线性动力学过程的剖析，丰富了我们对非线性混沌的知识。
为了深入理解中能重离子碰撞中多重碎裂的动力学机制，利用同位旋相关量子分子动力学模型，模拟了一组系统的中心碰撞过程，应用阶乘矩方法分别对反应末态和反应过程中所形成的初级碎块的分布进行了细致分析，结果显示：在相变特征最为明显的入射能区：1) 反应末态的碎块分布显示出多重分形特征；2) 在碰撞系统发生多重碎裂的阶段，初级碎块的分布对应间歇性指数达到最大值。对相似碰撞系统所做的同样分析表明，这些特征在中能多重碎裂反应中具有普遍性。本文所揭示出的新特征，有助于我们深刻理解中能重离子碰撞过程及多重碎裂的动力学机制，同时，通过对重离子碰撞这种高度非线性动力学过程的剖析，丰富了我们对非线性混沌的知识。
2023, 40(4): 534-540.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022025
摘要:
基于KONUS 束流动力学方案，完成了一台内置永磁四极透镜的紧凑型IH-DTL的束流动力学设计。该DTL内置两组永磁四极透镜，共37个加速单元，可将流强为20 emA的C6+离子束从0.5加速至4.0 MeV/u。在设计过程中，为了控制强流离子束在低能段的横纵向发射度增长，对加速间隙的电压、四极磁铁参数和束流注入相位设置、0度参考粒子的能量及相位设置进行着重优化。最终该 IH-DTL 的横向归一化RMS接受度达到 0.37 πmm · mrad，束流传输效率在95%以上。
基于KONUS 束流动力学方案，完成了一台内置永磁四极透镜的紧凑型IH-DTL的束流动力学设计。该DTL内置两组永磁四极透镜，共37个加速单元，可将流强为20 emA的C6+离子束从0.5加速至4.0 MeV/u。在设计过程中，为了控制强流离子束在低能段的横纵向发射度增长，对加速间隙的电压、四极磁铁参数和束流注入相位设置、0度参考粒子的能量及相位设置进行着重优化。最终该 IH-DTL 的横向归一化RMS接受度达到 0.37 πmm · mrad，束流传输效率在95%以上。
2023, 40(4): 541-546.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022086
摘要:
铜基铌薄膜腔是一种基于纯铌腔发展而来的射频超导腔。新型铜基铌薄膜腔具有与纯铌腔相似的射频超导性能，同时具备经济性、机械稳定性和热稳定性等方面的优势，因此在射频超导领域具有广泛的应用前景。然而，铜基铌薄膜腔的表面缺陷会引起额外的射频损耗，需要在投入使用前进行表面后处理以消除表面缺陷。纳秒级高功率脉冲激光浅退火是一种新兴的腔体表面处理技术，使用峰值功率流密度超过100 MW/cm2的高功率、短脉冲激光局部再结晶表面，可以减小材料表面粗糙度，增大晶粒尺寸并消除部分表面缺陷，以期获得更好的射频性能。目前，在这方面选择的激光器主要是具有高峰值功率的固体激光器，其平均功率非常低，在实际内壁表面积为m2级的超导腔体上不具有实际应用意义。为解决此问题，中国科学院近代物理研究所表面处理研究团队基于一台功率达kW级的纳秒脉冲光纤激光器建立了实用化的整腔激光处理系统。根据该系统的参数，利用有限元分析法模拟研究了接近实际工况下材料表层与内部的温度分布，并结合材料性质模拟了纯铌材料激光表面处理的效果。这项研究初步证实了使用纳秒级脉冲激光对超导腔内壁进行完整的退火处理是可行的，为实现更好的射频超导性能提供了有效的方法。
铜基铌薄膜腔是一种基于纯铌腔发展而来的射频超导腔。新型铜基铌薄膜腔具有与纯铌腔相似的射频超导性能，同时具备经济性、机械稳定性和热稳定性等方面的优势，因此在射频超导领域具有广泛的应用前景。然而，铜基铌薄膜腔的表面缺陷会引起额外的射频损耗，需要在投入使用前进行表面后处理以消除表面缺陷。纳秒级高功率脉冲激光浅退火是一种新兴的腔体表面处理技术，使用峰值功率流密度超过100 MW/cm2的高功率、短脉冲激光局部再结晶表面，可以减小材料表面粗糙度，增大晶粒尺寸并消除部分表面缺陷，以期获得更好的射频性能。目前，在这方面选择的激光器主要是具有高峰值功率的固体激光器，其平均功率非常低，在实际内壁表面积为m2级的超导腔体上不具有实际应用意义。为解决此问题，中国科学院近代物理研究所表面处理研究团队基于一台功率达kW级的纳秒脉冲光纤激光器建立了实用化的整腔激光处理系统。根据该系统的参数，利用有限元分析法模拟研究了接近实际工况下材料表层与内部的温度分布，并结合材料性质模拟了纯铌材料激光表面处理的效果。这项研究初步证实了使用纳秒级脉冲激光对超导腔内壁进行完整的退火处理是可行的，为实现更好的射频超导性能提供了有效的方法。
2023, 40(4): 547-554.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022100
摘要:
强流重离子加速器HIAF的增强器BRing具有高流强、高能量的特点，其关键设备如磁铁、高频系统的故障将会造成严重的束流损失和对加速器的损伤。为了研究关键设备故障下的束流损失分布和beam dump过程中的束流动力学，为HIAF机器保护系统建设提供参考，开发了一套通用的逐元件的束流动力学模拟软件BTracker。利用该软件模拟了二极磁铁和四极磁铁电源故障下的束流损失分布并与MAD-X软件作了相互校验，结果符合较好。除此之外，BTracker还具有用户友好、接口灵活以及计算性能优秀的特点，满足HIAF-BRing机器保护研究的需求。
强流重离子加速器HIAF的增强器BRing具有高流强、高能量的特点，其关键设备如磁铁、高频系统的故障将会造成严重的束流损失和对加速器的损伤。为了研究关键设备故障下的束流损失分布和beam dump过程中的束流动力学，为HIAF机器保护系统建设提供参考，开发了一套通用的逐元件的束流动力学模拟软件BTracker。利用该软件模拟了二极磁铁和四极磁铁电源故障下的束流损失分布并与MAD-X软件作了相互校验，结果符合较好。除此之外，BTracker还具有用户友好、接口灵活以及计算性能优秀的特点，满足HIAF-BRing机器保护研究的需求。
2023, 40(4): 555-559.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023023
摘要:
高纯锗探测器在γ谱学研究当中一直被广泛应用。本工作基于蒙特卡罗模拟的方法研究了Clover型高纯锗探测器的add-back性能。模拟了单晶体能谱和γ射线在不同晶体间发生康普顿散射的概率。与实验符合后，从γ射线多重性和γ源到探测器距离两个方面对add-back性能进行了研究。研究表明，在γ源距探测器25 cm的条件下，较高的多重性($M = 6 $ )对探测器的add-back因子影响不大，主要体现在低能区域。当γ源与探测器的距离减小时，add-back因子变化显著。特别是，在距离为5 cm和$M = 6 $ 的条件下，不推荐使用add-back分析。
高纯锗探测器在γ谱学研究当中一直被广泛应用。本工作基于蒙特卡罗模拟的方法研究了Clover型高纯锗探测器的add-back性能。模拟了单晶体能谱和γ射线在不同晶体间发生康普顿散射的概率。与实验符合后，从γ射线多重性和γ源到探测器距离两个方面对add-back性能进行了研究。研究表明，在γ源距探测器25 cm的条件下，较高的多重性(
2023, 40(4): 560-565.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023110
摘要:
中国原子能科学研究院(CIAE)最新研制成功的紧凑型加速器质谱(AMS)装置，可用于14C、129I、239Pu等多种核素测量。129I是环境示踪常用的核素，129I的测量对于该装置的推广应用至关重要。经过系统实验研究，建立了基于紧凑型AMS的129I测量技术。129I/127I的测量灵敏度和精度分别达到1.5×10−14与0.81%。结果表明：该紧凑型AMS装置对于129I的测量已经达到国际先进水平，这也为129I在核环境监测、海洋污染示踪等领域的应用研究奠定了坚实的基础。
中国原子能科学研究院(CIAE)最新研制成功的紧凑型加速器质谱(AMS)装置，可用于14C、129I、239Pu等多种核素测量。129I是环境示踪常用的核素，129I的测量对于该装置的推广应用至关重要。经过系统实验研究，建立了基于紧凑型AMS的129I测量技术。129I/127I的测量灵敏度和精度分别达到1.5×10−14与0.81%。结果表明：该紧凑型AMS装置对于129I的测量已经达到国际先进水平，这也为129I在核环境监测、海洋污染示踪等领域的应用研究奠定了坚实的基础。
2023, 40(4): 566-571.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022128
摘要:
提出了一种用于快速获取碳离子束在闪烁体材料中Bragg峰位置的荧光探测器方案。该方案基于闪烁体在碳离子束流照射下发出荧光的特性，使用CMOS相机在薄层闪烁体侧方获得荧光强度分布图像，通过对图像的分析快速得到碳离子束Bragg峰位在闪烁体材料中的位置。依据该方案研发了荧光探测器，在均匀照射野和笔形束两种照射条件下，利用该探测器对不同能量的碳离子束进行了实验测量。实验结果表明，可清晰地从探测器获得的荧光图像上观察到碳离子Bragg峰。同时，采用蒙特卡罗模拟方法对上述相同的实验条件设置进行了模拟计算。结果发现，荧光探测器测量的碳离子束在闪烁体材料中的Bragg峰位与蒙特卡罗模拟计算的结果由于模拟的条件和测量时探测器的实际设置不完全一致而出现一定的差异，但不同照射条件下的差异是基本一致的。因此，通过实验测量及蒙特卡罗模拟验证了本文方案的荧光探测器可用于快速获取碳离子束在闪烁体材料中的Bragg峰位，为建立一种基于荧光探测器进行碳离子放疗束流性能快速质量保证的测量方法打下了坚实的基础。
提出了一种用于快速获取碳离子束在闪烁体材料中Bragg峰位置的荧光探测器方案。该方案基于闪烁体在碳离子束流照射下发出荧光的特性，使用CMOS相机在薄层闪烁体侧方获得荧光强度分布图像，通过对图像的分析快速得到碳离子束Bragg峰位在闪烁体材料中的位置。依据该方案研发了荧光探测器，在均匀照射野和笔形束两种照射条件下，利用该探测器对不同能量的碳离子束进行了实验测量。实验结果表明，可清晰地从探测器获得的荧光图像上观察到碳离子Bragg峰。同时，采用蒙特卡罗模拟方法对上述相同的实验条件设置进行了模拟计算。结果发现，荧光探测器测量的碳离子束在闪烁体材料中的Bragg峰位与蒙特卡罗模拟计算的结果由于模拟的条件和测量时探测器的实际设置不完全一致而出现一定的差异，但不同照射条件下的差异是基本一致的。因此，通过实验测量及蒙特卡罗模拟验证了本文方案的荧光探测器可用于快速获取碳离子束在闪烁体材料中的Bragg峰位，为建立一种基于荧光探测器进行碳离子放疗束流性能快速质量保证的测量方法打下了坚实的基础。
2023, 40(4): 572-578.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022118
摘要:
为了解决传统的辐射屏蔽设计中存在的效率低且误差高的问题，提出了一种基于全连接神经网络(FCNN)与第三代非支配排序遗传算法(NSGA-III)相耦合的反应堆屏蔽设计智能优化方法。以熔盐反应堆为例，建立反应堆屏蔽优化模型并利用蒙特卡罗软件计算大量样本，使用FCNN对计算数据进行机器学习，建立输入层参数与输出层参数的的多维非线性映射关系，将神经网络预测结果作为计算适应度函数的依据，基于NSGA-III进行多目标寻优，得到辐射屏蔽设计多目标优化的pareto最优解。研究结果表明，FCNN耦合NSGA-III的方法在求解多目标优化问题中表现良好，可实际应用于先进反应堆屏蔽设计中。
为了解决传统的辐射屏蔽设计中存在的效率低且误差高的问题，提出了一种基于全连接神经网络(FCNN)与第三代非支配排序遗传算法(NSGA-III)相耦合的反应堆屏蔽设计智能优化方法。以熔盐反应堆为例，建立反应堆屏蔽优化模型并利用蒙特卡罗软件计算大量样本，使用FCNN对计算数据进行机器学习，建立输入层参数与输出层参数的的多维非线性映射关系，将神经网络预测结果作为计算适应度函数的依据，基于NSGA-III进行多目标寻优，得到辐射屏蔽设计多目标优化的pareto最优解。研究结果表明，FCNN耦合NSGA-III的方法在求解多目标优化问题中表现良好，可实际应用于先进反应堆屏蔽设计中。
2023, 40(4): 579-588.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022102
摘要:
并行交替采样(Time-Interleaved Analog-to-Digital Conversion, TIADC)可成倍提升采样系统的采样率，是高速波形数字化系统设计中的一项重要技术。然而不同采样通道间存在失配误差，这会使得系统性能相对于单个ADC明显下降，因此TIADC系统设计中还需要对失配误差进行修正。而对TIADC系统进行科学的性能测试与评估是评价系统设计质量以及推进下一步优化设计的必备环节。针对TIADC系统的性能测试与评估，详细介绍了各项性能指标以及测试方法，完成了一个由2片国产高速ADC组成TIADC系统的一系列性能测试，并利用完美重构算法对该系统的失配误差进行了修正。经测试，该系统可实现5 Gsps的等效采样率，并可基于该算法实现宽带内失配误差修正，修正后系统各项动态性能均得到显著提高，其中有效位(Effective Number of Bits, ENOB)性能达9.2 bits@247 MHz，8.9 bits@857 MHz，与单个ADC性能指标相当。
并行交替采样(Time-Interleaved Analog-to-Digital Conversion, TIADC)可成倍提升采样系统的采样率，是高速波形数字化系统设计中的一项重要技术。然而不同采样通道间存在失配误差，这会使得系统性能相对于单个ADC明显下降，因此TIADC系统设计中还需要对失配误差进行修正。而对TIADC系统进行科学的性能测试与评估是评价系统设计质量以及推进下一步优化设计的必备环节。针对TIADC系统的性能测试与评估，详细介绍了各项性能指标以及测试方法，完成了一个由2片国产高速ADC组成TIADC系统的一系列性能测试，并利用完美重构算法对该系统的失配误差进行了修正。经测试，该系统可实现5 Gsps的等效采样率，并可基于该算法实现宽带内失配误差修正，修正后系统各项动态性能均得到显著提高，其中有效位(Effective Number of Bits, ENOB)性能达9.2 bits@247 MHz，8.9 bits@857 MHz，与单个ADC性能指标相当。
2023, 40(4): 589-598.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023017
摘要:
高纯锗探测器是目前核谱学实验中测量γ 射线最常用的探测设备之一，工作时对其高压施加具有严格的条件限制，需要进行监测和控制。基于人工观测的传统监测方式效率低且响应慢，往往会造成探测器不同程度的损坏。为此将高纯锗探测器内温度变化的实时监测转化为对Pt100阻值变化的实时测量，设计实现了高压模块控制器，构建了高纯锗探测器高压保护系统。对高压模块控制器的硬件和逻辑进行了设计并研究了降噪算法，最后进行了电路测试。经测试，高纯锗探测器高压保护系统在探测器温度高于高阈值时，能够实时自动切断高压，在探测器温度低于低阈值时，能够实时自动恢复高压，满足高纯锗探测器工作中施加高压需要实时保护的需求。
高纯锗探测器是目前核谱学实验中测量γ 射线最常用的探测设备之一，工作时对其高压施加具有严格的条件限制，需要进行监测和控制。基于人工观测的传统监测方式效率低且响应慢，往往会造成探测器不同程度的损坏。为此将高纯锗探测器内温度变化的实时监测转化为对Pt100阻值变化的实时测量，设计实现了高压模块控制器，构建了高纯锗探测器高压保护系统。对高压模块控制器的硬件和逻辑进行了设计并研究了降噪算法，最后进行了电路测试。经测试，高纯锗探测器高压保护系统在探测器温度高于高阈值时，能够实时自动切断高压，在探测器温度低于低阈值时，能够实时自动恢复高压，满足高纯锗探测器工作中施加高压需要实时保护的需求。
2023, 40(4): 599-606.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023002
摘要:
针对塑料闪烁体阵列探测器(Plastic Scintillation Detector, PSD)低功耗、数字化的读出需求，研制了一款多通道10 bit 20 MSPS流水线型模数变换器(Analog-to-Digital Converter, ADC) 芯片。为了评估该ADC芯片的性能参数，需要对其进行系统化的测试。首先研制了一套测试系统，包括电路的硬件设计、FPGA固件和分析程序的设计，然后依据IEEE 标准对ADC芯片进行了系统化的测试与分析。测试结果表明，输入信号在基带范围内，ADC芯片测试参数达到了预期指标，有效位数 (Effective Number of Bit, ENOB)接近于8.0 bit，积分非线性$({\rm{INL}}) = 0.75 $ LSB，微分非线性$({\rm{DNL}}) = 1.09 $ LSB，为后续ADC芯片的优化设计和参数提升提供了有力的支持。
针对塑料闪烁体阵列探测器(Plastic Scintillation Detector, PSD)低功耗、数字化的读出需求，研制了一款多通道10 bit 20 MSPS流水线型模数变换器(Analog-to-Digital Converter, ADC) 芯片。为了评估该ADC芯片的性能参数，需要对其进行系统化的测试。首先研制了一套测试系统，包括电路的硬件设计、FPGA固件和分析程序的设计，然后依据IEEE 标准对ADC芯片进行了系统化的测试与分析。测试结果表明，输入信号在基带范围内，ADC芯片测试参数达到了预期指标，有效位数 (Effective Number of Bit, ENOB)接近于8.0 bit，积分非线性
2023, 40(4): 607-618.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022120
摘要:
为探究高能重离子束辐射对黄芩幼苗生理特性及生长发育的影响，采用总能量为967 MeV的碳离子束辐射黄芩幼苗，测定了不同剂量辐射后的存活率、苗高、叶片数、分枝数、生物量、根冠比、抗氧化酶活性、光合作用特性及次生代谢产物的含量。结果显示，与对照组比较，黄芩幼苗的半致死剂量为32.82 Gy。5和10 Gy的重离子束辐射后黄芩的苗高、叶片数、分枝数和生物量均有增加，而30 Gy辐射均为降低。各处理组超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)和过氧化物酶(Peroxidase, POD)活性增加以减轻辐射造成的活性氧损伤。辐照后6周内，叶片中叶绿素含量随剂量呈下降趋势。辐照后第9周，5和10 Gy辐照提高了叶片的总叶绿素含量、净光合速率和气孔导度，10 Gy辐射促进了黄芩根中总黄酮和黄芩素的积累。研究发现，10 Gy的重离子束辐射促进了黄芩幼苗的生长，并且提高了其药用成分含量。本工作探究了重离子束辐射黄芩的当代生物学效应，为后续开展黄芩的辐射刺激效应及辐射育种研究提供了基础依据。
为探究高能重离子束辐射对黄芩幼苗生理特性及生长发育的影响，采用总能量为967 MeV的碳离子束辐射黄芩幼苗，测定了不同剂量辐射后的存活率、苗高、叶片数、分枝数、生物量、根冠比、抗氧化酶活性、光合作用特性及次生代谢产物的含量。结果显示，与对照组比较，黄芩幼苗的半致死剂量为32.82 Gy。5和10 Gy的重离子束辐射后黄芩的苗高、叶片数、分枝数和生物量均有增加，而30 Gy辐射均为降低。各处理组超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)和过氧化物酶(Peroxidase, POD)活性增加以减轻辐射造成的活性氧损伤。辐照后6周内，叶片中叶绿素含量随剂量呈下降趋势。辐照后第9周，5和10 Gy辐照提高了叶片的总叶绿素含量、净光合速率和气孔导度，10 Gy辐射促进了黄芩根中总黄酮和黄芩素的积累。研究发现，10 Gy的重离子束辐射促进了黄芩幼苗的生长，并且提高了其药用成分含量。本工作探究了重离子束辐射黄芩的当代生物学效应，为后续开展黄芩的辐射刺激效应及辐射育种研究提供了基础依据。
2023, 40(4): 619-627.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022127
摘要:
探究了细胞克隆存活实验中不同数据处理方法对线性平方(LQ)模型参数拟合值的影响及其用于治疗计划中所得生物剂量分布计算值的影响。依据LQ模型拟合T98G细胞碳离子辐照细胞克隆存活实验的数据，分别按照是否考虑细胞存活率标准差和以两种不同方式考虑贴壁效率得到4组LET-α和LET-β数据，并选择其中3组构建了3套matRad治疗计划系统的基础数据用于治疗计划研究。在仅考虑0 Gy贴壁效率时，是否考虑细胞存活率标准差拟合，在LET较低时对α值影响较小，对β值影响较大；在LET较大时，对α值影响较大，对β值影响较小。在考虑细胞存活率标准差时，两种不同方式考虑贴壁效率拟合的结果偏差较小，除200 keV/μm外，两组α值的相对偏差不超过±10%。Planset2与Planset1相比，总是高估了Dmax，Dmin和D95。结果表明，是否考虑细胞存活率标准差与以两种不同方式考虑贴壁效率相比，前者对拟合得到的α，β系数影响更大。治疗计划系统中不同基础数据间生物剂量分布计算值的相对偏差范围，小于拟合实验数据获得的各组α，β值的相对偏差范围。
探究了细胞克隆存活实验中不同数据处理方法对线性平方(LQ)模型参数拟合值的影响及其用于治疗计划中所得生物剂量分布计算值的影响。依据LQ模型拟合T98G细胞碳离子辐照细胞克隆存活实验的数据，分别按照是否考虑细胞存活率标准差和以两种不同方式考虑贴壁效率得到4组LET-α和LET-β数据，并选择其中3组构建了3套matRad治疗计划系统的基础数据用于治疗计划研究。在仅考虑0 Gy贴壁效率时，是否考虑细胞存活率标准差拟合，在LET较低时对α值影响较小，对β值影响较大；在LET较大时，对α值影响较大，对β值影响较小。在考虑细胞存活率标准差时，两种不同方式考虑贴壁效率拟合的结果偏差较小，除200 keV/μm外，两组α值的相对偏差不超过±10%。Planset2与Planset1相比，总是高估了Dmax，Dmin和D95。结果表明，是否考虑细胞存活率标准差与以两种不同方式考虑贴壁效率相比，前者对拟合得到的α，β系数影响更大。治疗计划系统中不同基础数据间生物剂量分布计算值的相对偏差范围，小于拟合实验数据获得的各组α，β值的相对偏差范围。
2023, 40(4): 628-635.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022121
摘要:
全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)工艺是制备高可靠宇航电子器件的理想半导体工艺，因此深入揭示FDSOI工艺器件的单粒子效应机理对抗辐射加固设计具有理论指导意义。针对22 nm FDSOI SRAM测试器件，研究了不同重离子及电学参数对器件单粒子翻转敏感性的影响规律及物理机制。实验结果表明，高LET值区域单粒子多单元翻转事件占比可达20%，且核心电压对单粒子翻转类型比例及发生概率影响较小；重离子倾角入射会显著增大器件的单粒子翻转截面，且重离子沿平行与垂直衬底阱区方向入射时的单粒子翻转截面差异可达130%。因此，FDSOI器件单粒子效应建模及抗辐射加固设计，必须考虑非直接扩散型电荷共享机制、衬底电势畸变触发寄生电流机制对单粒子瞬态电离电荷收集过程的影响。
全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)工艺是制备高可靠宇航电子器件的理想半导体工艺，因此深入揭示FDSOI工艺器件的单粒子效应机理对抗辐射加固设计具有理论指导意义。针对22 nm FDSOI SRAM测试器件，研究了不同重离子及电学参数对器件单粒子翻转敏感性的影响规律及物理机制。实验结果表明，高LET值区域单粒子多单元翻转事件占比可达20%，且核心电压对单粒子翻转类型比例及发生概率影响较小；重离子倾角入射会显著增大器件的单粒子翻转截面，且重离子沿平行与垂直衬底阱区方向入射时的单粒子翻转截面差异可达130%。因此，FDSOI器件单粒子效应建模及抗辐射加固设计，必须考虑非直接扩散型电荷共享机制、衬底电势畸变触发寄生电流机制对单粒子瞬态电离电荷收集过程的影响。
2023, 40(4): 636-642.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2023037
摘要:
利用动能100~500 keV和1.2~6.0 MeV的129Xe20+离子分别入射Ta靶表面, 测量不同速度的入射离子与Ta表面相互作用过程中，激发原子或离子的复杂电子组态间跃迁辐射的光谱线。入射离子动能在100~500 keV范围，测量到Xe原子的多个高里德伯态(其价电子的主量子数分别为$n = 15 $ , 13, 11, 8)分别向低激发态5p5(2P°3/2)6s退激辐射的紫外谱线。分析结果显示，随着入射离子动能的增加，高里德伯态Xe原子谱线的单粒子产额减小。在此碰撞过程中，激发的靶离子光谱线的单粒子产额随入射离子动能的增加而增加。在离子动能增加到1.2~6.0 MeV时，激发的Ta原子Mα1, Mα2特征X射线的单粒子产额随入射离子的动能增加而增加。当入射离子动能为6 MeV时，测量到Xe20+与靶原子Ta碰撞过程中Xe原子的L-X射线谱。
利用动能100~500 keV和1.2~6.0 MeV的129Xe20+离子分别入射Ta靶表面, 测量不同速度的入射离子与Ta表面相互作用过程中，激发原子或离子的复杂电子组态间跃迁辐射的光谱线。入射离子动能在100~500 keV范围，测量到Xe原子的多个高里德伯态(其价电子的主量子数分别为
2023, 40(4): 643-650.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022115
摘要:
第一性原理被应用在核工程领域关注的热中子散射材料的热中子截面计算中。本工作以Al和Bi金属的热中子截面制作为例，分别基于第一性原理冷冻声子法和密度泛函微扰法，采用VASP结合PHONONY程序计算了它们的声子色散关系和声子态密度。基于NJOY程序，在LEAPR中添加Bi相干散射处理，制作了Al和Bi的热中子散射截面库。结果表明：对于Al，相较于冷冻声子法，密度泛函微扰理论的声子态密度得到的热中子散射截面与ENDF8.0符合更好，对于Bi，采用密度泛函微扰法消除了冷冻声子法的虚频现象，得到的热中子散射结果与实验值符合较好。本工作从探索材料内部特征机理的角度提出了一种更基础、更有预见性的制作热中子截面的方法，为研究新型反应堆的核材料热化机理奠定了理论基础。
第一性原理被应用在核工程领域关注的热中子散射材料的热中子截面计算中。本工作以Al和Bi金属的热中子截面制作为例，分别基于第一性原理冷冻声子法和密度泛函微扰法，采用VASP结合PHONONY程序计算了它们的声子色散关系和声子态密度。基于NJOY程序，在LEAPR中添加Bi相干散射处理，制作了Al和Bi的热中子散射截面库。结果表明：对于Al，相较于冷冻声子法，密度泛函微扰理论的声子态密度得到的热中子散射截面与ENDF8.0符合更好，对于Bi，采用密度泛函微扰法消除了冷冻声子法的虚频现象，得到的热中子散射结果与实验值符合较好。本工作从探索材料内部特征机理的角度提出了一种更基础、更有预见性的制作热中子截面的方法，为研究新型反应堆的核材料热化机理奠定了理论基础。
2023, 40(4): 651-659.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022091
摘要:
对ADS液态铅铋靶与铅基次临界堆之间进行了热耦合，研究了在靶堆间是否加入阻热层、阻热层的热导率和厚度、加入气体阻热层时气体的压力对靶堆间热流量的影响。研究发现，加入阻热层可以减少耦合后靶堆间的热流量，气体阻热层有显著降低热流量的效果，允许靶和堆中铅铋的流速以及靶堆间的温差在更大范围内波动。靶堆间传递的热流量与阻热材料的热导率成正比，与阻热层厚度成反比，气体阻热层厚度可以选择在0.06到0.08 m之间。气体阻热层的压力在0.1到10 Pa区间内，热流量随压力的变化显著。因此，气体阻热层压力可以选择在0.1 Pa左右。
对ADS液态铅铋靶与铅基次临界堆之间进行了热耦合，研究了在靶堆间是否加入阻热层、阻热层的热导率和厚度、加入气体阻热层时气体的压力对靶堆间热流量的影响。研究发现，加入阻热层可以减少耦合后靶堆间的热流量，气体阻热层有显著降低热流量的效果，允许靶和堆中铅铋的流速以及靶堆间的温差在更大范围内波动。靶堆间传递的热流量与阻热材料的热导率成正比，与阻热层厚度成反比，气体阻热层厚度可以选择在0.06到0.08 m之间。气体阻热层的压力在0.1到10 Pa区间内，热流量随压力的变化显著。因此，气体阻热层压力可以选择在0.1 Pa左右。
2023, 40(4): 660-667.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022125
摘要:
铅铋堆作为第四代先进核能系统之一，具有优良的中子经济性、固有安全性。为提高其紧凑性、安全性，铅铋堆主冷却剂系统倾向于采用一体化池式结构设计理念，但该设计理念同时也造成了复杂的热工水力问题。铅铋堆多物理耦合瞬态安全分析程序MPC_LBE在此背景下开发，但该程序的换热器模块采用了定温简化模型，无法模拟换热器一、二次侧之间的换热过程，事故瞬态模拟过于保守，偏离实际工况。为此，开展了铅铋堆换热器模块数值模拟方法研究，换热器一次侧、管壁以及二次侧均采用了一维通道等效处理手段，构建了其数值传热模型，编制了程序代码，并与MPC_LBE实现了外部显式耦合。对于该数值传热模型，单独进行了稳态验证及时间步长敏感性分析，结果显示，显式耦合策略的时间步长敏感性较大，而隐式耦合策略时间步长设置对模拟结果几乎无影响。对耦合了该数值传热模型的新MPC_LBE程序，开展了自然循环铅铋反应堆稳态模拟应用，同时添加了以一次侧出口段的设计温度为基准的二次侧冷却剂流量调节系统。
铅铋堆作为第四代先进核能系统之一，具有优良的中子经济性、固有安全性。为提高其紧凑性、安全性，铅铋堆主冷却剂系统倾向于采用一体化池式结构设计理念，但该设计理念同时也造成了复杂的热工水力问题。铅铋堆多物理耦合瞬态安全分析程序MPC_LBE在此背景下开发，但该程序的换热器模块采用了定温简化模型，无法模拟换热器一、二次侧之间的换热过程，事故瞬态模拟过于保守，偏离实际工况。为此，开展了铅铋堆换热器模块数值模拟方法研究，换热器一次侧、管壁以及二次侧均采用了一维通道等效处理手段，构建了其数值传热模型，编制了程序代码，并与MPC_LBE实现了外部显式耦合。对于该数值传热模型，单独进行了稳态验证及时间步长敏感性分析，结果显示，显式耦合策略的时间步长敏感性较大，而隐式耦合策略时间步长设置对模拟结果几乎无影响。对耦合了该数值传热模型的新MPC_LBE程序，开展了自然循环铅铋反应堆稳态模拟应用，同时添加了以一次侧出口段的设计温度为基准的二次侧冷却剂流量调节系统。
2023, 40(4): 668-675.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022129
摘要:
海上核能平台具有运行成本低、能源供给可靠和环境友好等特点，可以为海洋油气资源开发、工作人员生活保障等提供稳定可靠的能源。离岸固定式铅堆平台针对我国海洋稳定供能的需求，旨在提出一种电功率达到20 MW，寿期40年且全寿期不换料的反应堆概念设计方案。使用CAR-3600基准题，对开源蒙特卡罗程序OpenMC的燃耗模块在铅基快堆中的适用性进行了验证。对比了OpenMC程序和MCNP程序关于离岸固定式铅堆堆芯的计算结果，分析了使用不同核数据库的OpenMC程序计算结果差异，并探讨了可能原因。研究结果表明：OpenMC程序的燃耗模块在快堆中是适用的的。OpenMC和MCNP程序计算结果接近，通过不同计算软件对离岸固定式铅堆的设计方案进行了对比验证。模拟同时发现, 由于235U和238U俘获截面的差异，ENDF/B-VIII.0库和JEFF-3.3库得到的全寿期反应性波动偏大，全寿期反应性差异超过了$ 1 \; \$$ 的设计目标，后续还需对方案进行进一步的优化，缩小燃耗反应性波动。
海上核能平台具有运行成本低、能源供给可靠和环境友好等特点，可以为海洋油气资源开发、工作人员生活保障等提供稳定可靠的能源。离岸固定式铅堆平台针对我国海洋稳定供能的需求，旨在提出一种电功率达到20 MW，寿期40年且全寿期不换料的反应堆概念设计方案。使用CAR-3600基准题，对开源蒙特卡罗程序OpenMC的燃耗模块在铅基快堆中的适用性进行了验证。对比了OpenMC程序和MCNP程序关于离岸固定式铅堆堆芯的计算结果，分析了使用不同核数据库的OpenMC程序计算结果差异，并探讨了可能原因。研究结果表明：OpenMC程序的燃耗模块在快堆中是适用的的。OpenMC和MCNP程序计算结果接近，通过不同计算软件对离岸固定式铅堆的设计方案进行了对比验证。模拟同时发现, 由于235U和238U俘获截面的差异，ENDF/B-VIII.0库和JEFF-3.3库得到的全寿期反应性波动偏大，全寿期反应性差异超过了
2023, 40(4): 676-683.
doi: 10.11804/NuclPhysRev.40.2022126
摘要:
在不可分辨能区，由于共振峰非常密集，受核测量仪器分辨率的限制，不能测得对应能量点下精确的共振参数数据。对该能区，评价核数据库只给出共振参数的平均值和分布函数。为了考虑不可分辨共振能区的共振自屏效应，需要根据这些具有概率分布性质的参数计算有效自屏截面。针对不可分辨共振能区的共振自屏效应的处理，采用“Ladder Sampling”和积分统计原理方法，在先进核截面处理程序AXSP中开发了概率表模块PUnresXS和有效自屏截面计算模块UnresXS，并对概率表计算模块中的算法进行了改进。以NJOY2016的计算结果作为参考解，分别对PUnresXS和UnresXS模块进行了验证，结果表明：概率表模块计算效率提高了60%以上，基准题keff与中子能谱结果与参考解符合良好，开发的共振自屏截面计算模块计算精度与NJOY2016相当，表明了这两个模块在AXSP程序中开发的正确性。
在不可分辨能区，由于共振峰非常密集，受核测量仪器分辨率的限制，不能测得对应能量点下精确的共振参数数据。对该能区，评价核数据库只给出共振参数的平均值和分布函数。为了考虑不可分辨共振能区的共振自屏效应，需要根据这些具有概率分布性质的参数计算有效自屏截面。针对不可分辨共振能区的共振自屏效应的处理，采用“Ladder Sampling”和积分统计原理方法，在先进核截面处理程序AXSP中开发了概率表模块PUnresXS和有效自屏截面计算模块UnresXS，并对概率表计算模块中的算法进行了改进。以NJOY2016的计算结果作为参考解，分别对PUnresXS和UnresXS模块进行了验证，结果表明：概率表模块计算效率提高了60%以上，基准题keff与中子能谱结果与参考解符合良好，开发的共振自屏截面计算模块计算精度与NJOY2016相当，表明了这两个模块在AXSP程序中开发的正确性。
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