01 綜 述
題目：SiC MOSFET單粒子效應研究現狀
作者: 劉翠翠,郭剛,李治明,張付強,陳啟明,韓金華,楊新宇
第一作者單位: 中國原子能科學研究院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010001
關鍵詞: SiC MOSFET; 單粒子效應; 抗輻照加固; 性能評估
摘要
伴隨核能與空間技術的快速發展，SiC MOSFET等高壓大功率器件的應用不斷增加，其因環境中的高能粒子輻射所引起的單粒子效應問題(如單粒子燒毀、單粒子柵擊穿等)也逐漸凸顯。為全面深入認識該問題，首先，論證了SiC MOSFET的優勢特性，及其在輻射應用中面臨的關鍵問題。然后，整理了目前國內外關于SiC MOSFET單粒子效應的模擬計算、輻照實驗及相應研究成果，總結了在SiC MOSFET單粒子效應研究中的主要關注點，并分析了SiC MOSFET單粒子效應敏感性較高的原因。最后，基于目前SiC MOSFET單粒子效應研究中仍存在的問題，展望了未來可重點關注的研究方向。通過系統總結國內外SiC MOSFET單粒子效應研究進展，希望能為研究SiC MOSFET單粒子效應物理機制以及改進其抗單粒子效應加固技術提供有價值的參考。
題目：輻照對冷凍肉類食品品質影響的研究現狀
作者: 董娟聰,程嬌,黨旭紅,王超,劉曉明
第一作者單位:中國輻射防護研究院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010002
關鍵詞: 電離輻射; 冷凍肉類食品; 品質; 耐受劑量
摘要
輻照技術作為處理病菌的消殺技術，已廣泛應用于食品加工領域。進口冷鏈肉類食品新冠狀病毒檢出陽性，對輻照食品加工提出新的要求，在冷凍狀態下接受輻照加工的肉類食品品質如何?該文主要從食品感官、蛋白分解、脂肪氧化、維生素含量等方面概述輻照處理對冷凍肉類食品品質的影響，為輻照用于新冠等病毒消殺工藝的制定提供參考，同時為冷凍肉類食品的研究及輻照冷凍食品的工業化發展提供借鑒。
02 加速器技術、射線技術及應用
題目：1.3 GHz超導加速模組振動響應有限元分析及測試
作者: 甄亭亭,鄧榮兵,高飛,雷知迪,殷立新
第一作者單位: 中國科學院上海高等研究院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010201
關鍵詞: 超導加速模組; 有限元分析; 隨機振動響應; 振動監測
摘要
利用SOLID EDGE軟件對上海硬X射線自由電子激光裝置項目中1.3 GHz超導加速模組進行模型簡化，并通過ANSYS Workbench對簡化后的模型進行模態及隨機響應分析，得到了模組在不同螺桿伸出長度懸吊狀態下的振型、模組腔結構在1~100 Hz頻段內橫向均方根位移以及模組腔相對于吊頂的振動放大系數。仿真結果表明：懸吊結構螺桿伸長8 cm對振動基本無影響，與實驗大廳內的振動實測結果一致，驗證了有限元模型簡化及仿真的準確性，可為支撐方式的選擇和優化提供參考。結合模組腔的放大系數，對模組未來的運行環境進行振動監測，結果顯示：模組腔橫向振動滿足1~100 Hz頻段內均方根小于300 nm的穩定性要求。
題目：基于氘氚中子源硼中子俘獲治療的中子慢化整形研究
作者: 朱益楠,林作康,盧林遠,郁海燕,陳金根,謝雷東
第一作者單位: 中國科學院上海應用物理研究所
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010202
關鍵詞: 硼中子俘獲治療; 氘氚中子源; 蒙特卡羅模擬; 束流整形組件
摘要
硼中子俘獲治療(Boron Neutron Capture Therapy，BNCT)是一種具有廣闊前景的癌癥治療方法。氘氚中子源是未來可供選擇的BNCT中子源之一，由于氘氚中子源產生的中子能量為14.1 MeV，不能直接用于BNCT，需要進行束流慢化整形。使用蒙特卡羅模擬程序MCNP5設計了相應的束流整形組件(Beam Shaping Assembly，BSA)，模擬驗證了用半徑為14 cm的天然鈾球做中子倍增層的優越性，計算結果表明：采用50 cm厚的BiF3和10 cm厚的TiF3組合慢化層，17 cm厚的AlF3補充慢化層，0.2 mm厚的Cd熱中子吸收層，3.5 cm厚的Pb作為γ屏蔽層，以及10 cm厚的Pb反射層，獲得了較為理想的治療中子束，輸出中子束的空氣端參數滿足國際原子能機構(International Atomic Energy Agency，IAEA)的建議值。
題目：質子輻照對RADFETs的γ輻照劑量響應的影響研究
作者: 馬函,孫靜,何承發,荀明珠
第一作者單位: 中國科學院新疆理化技術研究所
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010203
關鍵詞: RADFETs; 質子輻照; γ劑量標定; 陷阱電荷分離
摘要
針對輻射敏感晶體管(Radiation Sensitive Field-Effect Transistors，RADFETs)在地面標定使用60Co γ射線源而實際空間應用時存在的質子電子輻射環境的差異性問題，進行了10 MeV質子和60Co γ射線的對比輻照與協和輻照試驗。采用中帶電壓法(Mid-gap Technique，MGT)和電荷泵法(Charge Pumping，CP)對器件輻照過程中的氧化物陷阱電荷和界面態陷阱電荷進行了分離，結合Geant4工具包仿真質子在氧化層中初級反沖原子(Primary Knock-on Atom，PKA)的產生過程，對RADFETs質子與60Co γ輻射響應差異的微觀機理進行了探討。研究結果表明：RADFETs對質子的劑量響應較少，但質子輻照會在RADFETs中引入位移損傷，加劇其鄰近界面處的陷阱電荷對測量結果的影響。因此RADFETs在空間應用時，有必要使用質子電子的通量模型對測量數據進行修正或設計特定的標定方案。
03 核化學、放射化學、放射性藥物和核醫學
題目：上海市核醫學單光子顯像報告書寫要素規范
作者: 單鳳玲,張錦明,劉從進,石珂清,劉興黨
第一作者單位: 上海市浦東醫院 復旦大學附屬浦東醫院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010301
關鍵詞: 單光子發射計算機斷層掃描; 影像報告; 要素; 規范
摘要
核醫學單光子發射計算機斷層掃描(Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT)是目前核醫學科裝機最多、應用最廣的設備，可以反映活體生理、生化、功能和代謝變化。SPECT示蹤劑多樣，但空間分辨率差，而X線計算機體層成像(X-ray Computed Tomography，CT)具有較高的分辨率，因此核醫學單光子發射計算機體層成像/X線計算機體層成像(Single Photon Emission Computed Tomography/X-ray Computed Tomography，SPECT/CT)將功能成像和結構解剖影像兩者有機結合起來，具有高靈敏度及特異度等特點，廣泛用于各種疾病的診治，已成為臨床認可的常規檢查項目，為臨床診療提供重要信息。SPECT在上海市各級醫院的普及，需要標準化的報告規范，以達到國家衛健委要求的檢查報告互認，更好地為臨床、科研、教學等提供依據。根據國際指南及既往經驗總結，上海市核醫學質量質控中心專家委員會制定了上海市核醫學單光子顯像報告書寫要素規范，為單光子顯像報告書寫提供可參考的依據。
題目：用于氙氪吸附分離的金屬-有機骨架材料耐輻照性能的初步研究
作者:陳彬,武山,宋曉靚,馬和平
第一作者單位: 西北核技術研究所
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010302
關鍵詞: 金屬-有機骨架材料; Xe和Kr; 吸附分離; γ射線輻照
摘要
由于乏燃料后處理廢氣中放射性氙(Xenon，Xe)和氪(Krypton，Kr)的去除需求以及高純度Xe氣體的商業價值，Xe和Kr的吸附分離越來越受到重視。目前Xe/Kr的分離主要采用能源和資本密集型的低溫精餾法。以金屬-有機骨架材料為吸附劑的多孔材料已經展示出在相對較高溫度下選擇性吸附Xe和Kr的能力，有望替代低溫精餾法實現低成本的Xe/Kr分離。實驗研究了三種熱穩定性良好的金屬-有機骨架材料(Co/DOBDC、Ni/DOBDC、Co3(HCOO)6)對Xe和Kr的吸附分離性能。從材料在273 K溫度下對Xe和Kr的吸附等溫線、亨利常數、亨利選擇性和理想吸附溶液理論(Ideal Adsorbed Solution Theory，IAST)選擇性等測試和計算結果來看，Co/DOBDC和Ni/DOBDC在常壓下對Xe具有較大的吸附容量，適用于Xe吸附存儲的應用場景;Co3(HCOO)6在低壓吸附下具有大的Xe亨利常數、Xe/Kr亨利選擇性和Xe/Kr IAST選擇性，適用于Xe和Kr吸附分離的應用場景。通過對Co/DOBDC、Ni/DOBDC和Co3(HCOO)6的γ射線輻照穩定性進行了研究，比較材料輻照前后的孔性質(比表面積和孔容)可知，Co/DOBDC和Ni/DOBDC經不同劑量的γ射線輻照后其各自的孔性質均發生了明顯的變化，而且Co/DOBDC的孔性質變化程度較Ni/DOBDC的大，而Co3(HCOO)6經總劑量9 kGy的γ射線輻照后其孔性質基本沒有變化，表明Co3(HCOO)6具有在輻射場景下的應用潛力。
04 核電子學與儀器
題目：LaBr3(Ce)探測器探測效率影響因素研究
作者: 陳志強,陳晶晶,舒雙寶,余子樵,張育中,郎賢禮
第一作者單位: 合肥工業大學 儀器科學與光電工程學院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010401
關鍵詞: LaBr3(Ce); Geant4; 探測效率; 射線探測
摘要
LaBr3(Ce)晶體是一種性能優異的新型無機閃爍體，是制作閃爍體探測器的優異材料。LaBr3(Ce)探測器在核測井、環境監測、核醫學等領域得到了廣泛應用。探測器的探測效率是探測器設計和研制的一個重要指標，利用Geant4工具包建立LaBr3(Ce)探測器的探測模型，對影響探測器的探測效率的相關因素進行研究。結果表明：探測效率與晶體截面形狀、尺寸有關：矩形截面的探測效率低于圓形和方形截面，而且晶體徑向尺寸越大而長度越短，探測效率越高;LaBr3(Ce)探測器的探測效率與射線的能量有關：能量越高，探測效率越低;同時，若是發散的放射源，與探測器間距越小閃爍體的探測效率越高。通過探測器探測效率的影響因素分析，對基于LaBr3(Ce)探測器研究和設計具有一定的參考價值和指導意義。
05 核能科學與工程
題目：矩形窄縫通道受熱表面污垢沉積實驗研究
作者: 程成,段鐘弟,許巍,劉曉晶,唐文勇
第一作者單位: 上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010601
關鍵詞: 失水事故; 矩形窄縫通道; 污垢沉積; 微觀形貌; 傳熱
摘要
失水事故下堆芯余熱排出時，板狀燃料元件表面因冷卻劑引入負溶解度鹽雜質而發生污垢沉積，導致傳熱性能惡化甚至堵塞通道。為研究矩形窄縫通道內受熱表面污垢沉積特性，設計搭建了一種采集矩形窄縫通道表面特定方位處污垢樣品的實驗裝置，以碳酸鈣作為可溶性雜質，對60 mm×2 mm截面的矩形窄縫通道受熱面污垢沉積過程進行實驗測試，觀測通道不同位置、不同時間下污垢沉積的微觀形貌特征，測量污垢厚度的分布特性，并探究污垢沉積對壁面傳熱的影響規律。結果表明：污垢形態隨沉積時間增加而改變，不同位置處的沉積厚度差異顯著，通道傳熱系數隨時間先下降后趨于穩定，下降幅度為26.49%。
題目：基于BEAVRS基準題高保真建模的OpenMC程序和NECP-X程序的對比驗證
作者: 沈芷睿,孫啟政,何東豪,潘清泉,張滕飛,彭良輝,楊偉焱
第一作者單位: 上海交通大學 核能與核技術工程
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010602
關鍵詞: BEAVRS基準題; NECP-X; OpenMC; 對比驗證
摘要
基于BEAVRS2.0.1基準題進行高保真建模，構建了含有193個燃料組件的壓水堆和含有21個燃料組件的壓水堆堆芯模型。應用確定論一步法程序NECP-X和概率論蒙特卡羅程序OpenMC分別對兩種模型進行建模，計算熱態零功率條件下堆芯的有效增殖因子、組件功率的分布以及各個控制棒組的控制棒價值。對比驗證計算結果表明：熱態零功率狀態下有效增殖因子偏差在1.40×10-3以內，不同控制棒組插入狀態下有效增殖因子偏差低于5.9×10-4，控制棒價值偏差均在4.9×10-4以內;不同控制棒組情況下堆芯功率分布的平均相對偏差均在0.6%以內。初步驗證了兩個程序對復雜堆芯精細建模計算的可行性和準確性，對程序的應用及完善具有參考意義。
題目：高燃耗下快堆燃料與包殼的化學相互作用模型建立及驗證
作者: 陳啟董,高付海
第一作者單位: 中國原子能科學研究院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010603
關鍵詞: 快堆燃料元件; 芯塊包殼相互作用; 腐蝕開裂; 高燃耗
摘要
快中子反應堆二氧化鈾燃料元件在高燃耗、高中子注量率、高線功率和高溫狀況下運行，燃料與包殼材料會發生復雜的物理化學相互作用。燃料元件化學相互作用模型的建立對高燃耗快堆燃料元件的設計非常重要。針對快中子反應堆氧化物燃料元件與包殼材料發生的化學相互作用，采用動力學模型建立了二氧化鈾與奧氏體不銹鋼、鐵素體-馬氏體鋼包殼材料的化學相互作用模型，并通過實驗數據驗證該模型。結果表明：建立的快堆二氧化鈾燃料與奧氏體不銹鋼的腐蝕模型可以成功預測最大燃耗10.8at%、輻照損傷87.5 dpa的包殼腐蝕;建立的快堆二氧化鈾燃料與鐵馬鋼的腐蝕模型可以成功預測最大燃耗9.3at%、輻照損傷76.6 dpa的包殼腐蝕。研究結果為高燃耗二氧化鈾輻照元件及示范快堆燃料元件的設計和性能預測提供重要的參考價值。
題目：基于AHP分析的核應急救援演練評估模型
作者: 阮方,申超,程遠,朱婧嫻,欒飛,汪建業
第一作者單位: 中國科學院合肥物質科學研究院
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010604
關鍵詞: 核應急救援演練; 評估指標體系; AHP權重分析; 模糊綜合評價法
摘要
為實時評估核應急救援演練效果，提出了一種基于層次分析法(Analytic Hierarchy Process method，AHP)權重分析的核應急救援演練模糊評估模型。該模型根據核事故應急救援流程，綜合核應急救援隊伍結構、執行任務分類、救援效果和人員安全要求，利用德爾菲法(Delphi Method)形成了以核應急救援演練效果為總目標，下設7個一級指標和27個二級指標的核應急救援演練評估指標體系。該模型利用基于AHP的模糊綜合評價方法進行指標權重分配及多級模糊綜合評價模型構建。以M310核電站長期超壓安全殼救援演練為例，對該模型進行了應用與計算。評估結果有效地檢驗了核應急救援隊伍的響應能力，檢驗了演練實戰水平，同時也驗證了該評估模型的有效性。
題目：RPV下封頭熔融池換熱特性數值模擬研究
作者: 朱光昱,閔金坤,靖劍平,王昆鵬,劉福東
第一作者單位: 生態環境部核與輻射安全中心
DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010605
關鍵詞: 熔融物堆內滯留; 嚴重事故; 熔融池
摘要
熔融物堆內滯留(In-vessel Retention，IVR)指的是在核電廠嚴重事故發生后，通過在壓力容器和保溫層間隙注入冷卻水防止壓力容器熔穿失效。本文基于COMSOL Multiphysics軟件建立了一個流-熱-固耦合計算模型，對IVR技術作用下的反應堆壓力容器(Reactor Pressure Vessel，RPV)下封頭雙層熔融池的演變過程進行了仿真研究。當前模型計算結果表明：在穩態分層的狀態下，與氧化物層接觸的下封頭未發生明顯的熔化，與金屬層接觸的下封頭會發生明顯的熔化，但在被冷卻條件下依然可以保持壓力容器的完整性。
以上為《核技術》2022年1期的全部論文概要
