分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-28
摘要： 离子束放射治疗（放疗）越来越广泛地被运用于肿瘤治疗，目前使用传统X射线计算机断层扫描（CT）来制定离子放疗治疗计划时存在相对阻止本领（RSP）具有较大误差的问题，理想的方式是直接使用高能离子束对患者成像，生成离子放疗治疗计划设计时所需的医学图像，避免RSP转换从而减小RSP的误差。本研究使用蒙特卡罗程序Geant4/Gate搭建了离子CT模拟平台，设计了理想与现实两种离子CT成像系统探测器，利用最大似然法和ASD-POCS算法实现了图像重建，研究了理想与现实两种设置、多种能量以及不同离子种类对模体内硫、磷、碳和钙四种材料插件重建RSP误差的影响。结果表明，330MeV质子在理想与现实设置两种情况下的RSP相对误差都小于1.547%，理想设置下的RSP相对误差远小于现实设置，现实设置下各材料的RSP重建误差接近理想设置下的三倍；质子的RSP相对误差随着能量的增加而减小，在230MeV时的RSP相对误差最大，在硫、磷、碳和钙四种材料中分别为2.855%、2.468%、1.653%、2.553%。在330MeV时的RSP相对误差达到最小，在硫、磷、碳和钙四种材料中分别为0.181%、0.351%、0.250%和0.245%；在能量330MeV/u下，碳离子在硫、磷、碳和钙四种材料中的RSP相对误差分别为0.060%、0.281%、0.150%、0.082%，误差均在0.281%以内，RSP相对误差小于330MeV的质子。因此，与质子CT相比，碳离子CT能为离子放疗治疗计划设计提供更为精确的RSP数据。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-28
摘要： 未知放射源搜寻定位是核安检、核应急领域的重要研究课题。为提高寻源效率、适应多源环境探测，提出了一种融合到达角的粒子滤波寻源方法。首先，构建了自主定位与到达角感知相结合的放射源搜寻硬件平台，给探测器引入了位置和角度信息；其次，在粒子滤波基础上考虑到达角信息，动态收缩放射源搜寻区域，进而提高搜寻效率；最后，在自主寻源路径规划中采用到达角引导的机器人姿态调整，增强机器人寻源的灵活度。仿真实验证明此方法可正确有效工作，利用放射源开展的测试进一步验证了该方法对于多源搜寻的实用性。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-05-27
摘要： Shielding material is critical for downhole pulsed neutron tool design as it directly influences the accuracy of formation measurements. A well-designed shield configuration ensures that the response of the tool is maximally representative of formation without being impacted by tool and borehole environment. This manuscript investigates the effects of boron-containing materials on neutron and gamma detectors based on a newly designed logging-while-drilling tool, which is currently undergoing manufacturing process. As boron content increases, its ability to absorb thermal neutrons significantly enhances. Through simulation, it is proven that boron carbide (B4C) can be used as an effective boron shielding material for thermal neutrons and therefore employed in this work. To shield against thermal neutrons migrating from mud pipes, the optimal shielding thicknesses for near and far neutron detectors are determined to be 5mm and 4mm. For an example, at a porosity of 25 p.u., the near neutron sensitivity shows a 5.6% increase in response. Furthermore, in order to shield capture gamma generated by thermal neutrons once they enter tool from the mud pipe and formation, the internal and external shields for the gamma detector is evaluated. Results show internal shield needs 75% boron content while the external shield is of 14.2mm thickness and 25% boron content to minimize tool effect.
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-26
摘要： The Very Large Area gamma-ray Space Telescope (VLAST) is a mission concept proposed to detect gamma#2;ray photons through both Compton scattering and electron-positron pair production mechanisms, thus enablingthe detection of photons with energies ranging from MeV to TeV. This project aims to conduct a comprehensivesurvey of the gamma-ray sky from a low-Earth orbit using an anti-coincidence detector, a tracker detectorthat also serves as a low-energy calorimeter, and a high-energy imaging calorimeter. We developed a MonteCarlo simulation application of the detector using the GEANT4 toolkit to evaluate the instrument performance,including the effective area, angular resolution, and energy resolution, and explored specific optimizations ofthe detector configuration. Our simulation-based analysis indicates that the current design of the VLAST isphysically feasible, with an acceptance above 10 m2 sr which is four times larger than that of the Fermi-LAT,an energy resolution better than 2% at 10 GeV, and an angular resolution better than 0.2 ◦ at 10 GeV. TheVLAST project promises to make significant contributions to the field of gamma ray astronomy and enhanceour understanding of the cosmos.
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-26
摘要： CF系列燃料组件是中核集团自主研发的先进三代核电反应堆核心部件，为分析CF2燃料组件在多对中值工况下，驱动线运动部件在水和空气中的摩擦力与落棒性能，采用1：1的CF2模拟燃料组件配合自主设计研发的可调节旋转式顶盖首次实现了多个错对中值的集成，能够对多个错对中值进行科学准确的调节。获取了驱动线在水和空气两种介质中全行程、多错对中值工况下的摩擦力与落棒性能数据。落棒总时间和棒到缓冲口时间均随着对中值增加而增大，但缓冲时间基本保持一致。燃料组件与控制棒在最大对中值工况下运行良好，摩擦力没有超过允许极限值，也未发生在大对中值工况下的卡棒现象。该研究结果为CF系列燃料组件的设计定型、安全评定与软件开发提供了重要的试验依据，其方法可推广至后续CF3等燃料组件的科研项目中。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-25
摘要： 由于仅提取了核电机组振动信号的单一特征，导致核电机组振动故障检测方法的检测效果不佳。因此，设计了基于DBN和多传感器数据分解的核电机组振动故障检测方法。获取核电机组振动信号数据，对获取的多传感器数据进行平滑计算与融合处理，在DBN的作用下，提取出核电机组振动信号的多个特征，计算不同特征的敏感性指数和模糊熵，对振动信号特性进行分析，构建对应的振动故障检测模型，求解核电机组振动故障信号。实验结果表明，在该方法的实际应用中，AUC-ROC曲线面积更接近于1，检测效果更好。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-24
摘要： [目的] 为解决现有移动式反应堆的研发水平不能满足GB11806-2019《放射性材料安全运输规程》的相关要求，无法在国内的监管体系下取得运输许可的问题，[方法] 本研究根据美国联邦法规10CFR71§12条款的相关要求对移动式反应堆在运输中可能遇到的事故种类进行梳理，并以事故后果最为严重的与油罐车发生撞击作为设计基准事故，对假定功率为20MWt的移动式反应堆在设计基准事故下的事故风险进行计算。[结果] 计算得出移动式反应堆在每年运输一次的条件下设计基准事故的发生概率为9.7×10-6/年，反应堆冷却1年后在设计基准事故下对工作人员的辐照剂量为810mSv；冷却5年后在设计基准事故下对工作人员的辐照剂量为590mSv。[结论] 设计基准事故下移动式反应堆的事故后果远超过SSG-26《Advisory Material for the IAEA Regulations For the Safe Transport of Radioactive Material》和GB18871《电离辐射防护与辐射源安全标准》对工作人员受到的辐照剂量限值，并且设计基准事故的发生概率没有满足我国超设计基准事故10-7/年的筛选要求。因此有必要在移动式反应堆运输过程中采取包括武装押运和路线规划在内的管理措施以降低设计基准事故的概率并采取相应的防护措施缓解设计基准事故后果以满足核安全部门的监管要求。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-23
摘要： 地浸采铀是我国天然铀生产的主要工艺，其建设、运行和退役存在的环境保护问题已受到广泛关注。介绍了地浸采铀“三废”产生情况，提出了抽大于注比例确定、钻井泥浆处理处置、监测井布置、地下水本底值确定、监测井数据异常判定、工艺废水处理、蒸发池运行管理、地下水修复目标值确定、地下水修复和废物最小化等十大关注问题，讨论了当前技术和管理现状，指出了未来地浸采铀环境保护领域的主要任务和研究方向，以期为我国地浸采铀的可持续发展提供参考。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-23
摘要： 目前压水堆电厂控制以传统PID (Proportional Integral Derivative) 控制器为主，虽然已有采用先进控制算法提升控制系统性能的研究，但大多都只针对单个控制系统，未能充分考虑多个控制系统之间存在的互联耦合。为了从顶层协调多个控制系统提升整体控制性能，本文提出了基于粒子群优化算法的压水堆控制系统设定值决策优化方法，构建了优化所需的决策目标函数及决策优化需要满足的运行约束条件。建立的智能决策系统，考虑压水堆的运行实际进行设定值离线优化，根据运行工况进行在线智能决策。本文以压水堆核电厂运行中的典型过程为例进行了设计的智能决策系统仿真实验，并对仿真结果进行分析，仿真结果表明所提出的智能决策系统可以有效减小系统的ITSE和峰值，提升了压水堆电厂控制系统的整体控制性能和安全裕量。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-22
摘要： 作为聚变反应堆候选材料，低活化铁素体钢（马氏体钢）的主要成分是Fe和Cr。在实际工况下，聚变反应产生的氦会进入材料中，产生微观缺陷，从而引起辐照损伤，影响材料的抗辐照能力（氦脆现象）及其它物理性能。本文通过第一性原理计算，模拟得出反应堆主体材料Fe-Cr合金的界面，在不同的替代位和间隙位掺杂He原子，对其结构优化后计算每种结构的形成能，得出He原子在Fe-Cr界面不同位置处的稳定性。与此同时，通过对体积的计算得出He在靠近界面的Fe八面体间隙位时会引起较大的晶格畸变，根据电子态密度分析，推断是He、Fe、Cr三种原子在特定位置相互杂化影响的结果，为下一步研究核级不锈钢微观缺陷及其物理化学性质提供理论依据。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-22
摘要： Light Gradient Boosting Machine (LightGBM) and Random Forest (RF) algorithms were used to predict the apparent diffusion coefficient of Se(IV) in compacted bentonite.Seven instances of Se(IV)were measured using through-diffusion method.LightGBM (R2= 0.98 and RMSE = 0.025) exhibited superior predictive accuracy with a trainingdataset consisting of 956instances and eight input featuresfrom Japan Atomic Energy Agency(JAEA-DDB).Shapley Additive Explanation and Partial Dependence Plots analysesrevealedvaluable insightsinto the diffusion mechanism of adsorbed anion obtained by evaluating the relationshipsbetween the apparent diffusion coefficient and the dependency of each input feature.
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-05-21
摘要： The cooling storage ring (CSR) external-target experiment (CEE) is a spectrometer used in construction to study the properties of nuclear matter inhigh-baryon density regionsat the Heavy-Ion Research Facility in Lanzhou(HIRFL). This study presentsthe design, simulation, manufacturing,and testingof ahalf-size prototype of amulti-wire drift chamber (MWDC) for the CEE. First, theperformance of the MWDCconnected tohome-made electronics was simulated. The results demonstratedthat an energy resolution of 18.5% for 5.9-keVX-rays and a position resolution of 194 um for protons can be achieved bythe current design. Becausethe size of the largest MWDCreached176× 314 cm, a set of 98× 98 cm prototypes was built using the new techniques. The positioning accuracy of the anode wires inthis prototype exceeded20 um. After optimizationusing commercially available electronicdevices, the prototype achievedan energy resolution of 19.7% for a 55FeX-ray source. The CEE-MWDCdetector and electronics were simultaneouslytested. An energy resolution of 22% was achievedfor the 55Fesource;the track residuals were approximately330 umfor the cosmic rays. The results demonstrate that the current design and techniquesmeet the requirementsof the CEE-MWDCarray.
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-21
摘要： 神经网络可以基于大量数据学习输入输出变量之间的关系，具有强大的拟合能力，在包括核工程计算领域常用作程序的代理模型。中子输运计算作为中子学模拟的核心环节之一，其耗时较长的问题可以通过利用神经网络模型来解决。然而，神经网络模型具有一系列超参数需要设置，而手动调节这些超参数工作量大，重复繁琐，只能依靠经验进行，而且求解不同问题时这些超参数不可复用。为了解决以上问题，本文提出了一种采用贝叶斯优化(Bayesian Optimization)算法来调节神经网络超参数，结合了学习率衰减、损失函数优化方法，它可以针对不同问题的数据集，自动搜索超参数的最佳组合，以获得最佳性能，具有很高的灵活性和效率，泛化性强。本文对 TAKEDA基准题得到的堆芯关键参数进行拟合，结果表明有效增殖因数keff的平均误差在150pcm以内，TAKEDA1数据集上区域积分通量Φ的平均误差率为1.72%，最大误差率为7.56%。该研究可为人工智能在堆芯物理计算理论的应用提供一定参考。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-05-21
摘要： 为了适配闪烁体与硅光电倍增管（Silicon photomultiplier, SiPM）耦合探测器的不同应用场景，设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器（Transimpedance Amplifier, TIA）和电压反馈放大器（Voltage Feedback Amplifier, VFB）。跨阻放大器的带宽为101MHz低于电压反馈放大器的381MHz，但其基线噪声 σnoise≅ 448.32μV优于电压反馈放大器的 σnoise≅ 680.96μV。实验结果表明：两类前置放大器均可提供高带宽和低输入噪声，并用于SiPM不同的输出模式。室温下，采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石（Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet, GAGG(Ce)）探头对 241Am源进行信号测量，分析了SiPM标准输出脉冲和快输出脉冲的影响因素和适用场景。
分类： 核科学技术 >> 粒子加速器 提交时间： 2024-05-20
摘要： 电子辐照在核技术应用产业中成为重要的一部分，低能电子束在废水处理、食品保鲜等方面应用越来越广，辐照的计量参数对于辐照质量至关重要。由于低于300keV的电子束剂量学相关标准尚未建立，参数测量都溯源至10MeV电子直线加速器，测量对象的不一致带来了系统性的偏差。本论文针对低于300keV的低能电子，开展了测试与模拟计算相结合的电子束能量测量方法研究，研制了基于量热法的吸收剂量测量装置，探究了吸收剂量与束流强度、位移速度等参数的关系。结果表明：通过阶梯叠层法剂量实验结合能量沉积曲线模拟的方式实现了低能电子能量参数的测量，通过量热法实现了低能电子吸收剂量参数的测量，测量不确定度为11%（k=2）。本研究为低能电子辐照工艺提供了可靠的计量保障。
分类： 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间： 2024-05-18
摘要： 由于传统中子和密度测量仪器的独立性，为提高地层信息的安全性和效率，针对已有中子和密度仪器进行一体化设计，以合并中子密度部分，并详细分析一体化设计中的伽马影响因素。为了深入研究中子和伽马源之间的距离对探测器测量的影响，利用蒙特卡罗模拟，分析不同中子和伽马源距离下的探测器计数和能谱，并在不同岩性和密度情况下验证其正确性。研究结果表明，保持真实仪器源距、中子源强等参数不变，在中子和伽马源相距410mm的情况下，中子辐射场对密度测量结果没有显著影响，反演密度误差均小于0.015g/cm3。由于同类放射源可能具有不同源强，会对仪器准确的测量产生影响，在进行一体化设计时对中子放射源源强影响进行了评估，推导出中子源源强与两源之间的最佳距离的数值模型，可以对现场仪器测试进行快速性能评估，并对一体化设计进行理论的指导。
分类： 核科学技术 >> 核科学技术其他学科 提交时间： 2024-05-16
摘要： 作为聚变反应堆候选材料，低活化铁素体钢（马氏体钢）的主要成分是Fe和Cr。在实际工况下，聚变反应产生的氦会进入材料中，产生微观缺陷，从而引起辐照损伤，影响材料的抗辐照能力（氦脆现象）及其它物理性能。本文通过第一性原理计算，模拟得出反应堆主体材料Fe-Cr合金的界面，在不同的替代位和间隙位掺杂He原子，对其结构优化后计算每种结构的形成能，得出He原子在Fe-Cr界面不同位置处的稳定性。与此同时，通过对体积的计算得出He在靠近界面的Fe八面体间隙位时会引起较大的晶格畸变，根据电子态密度分析，推断是He、Fe、Cr三种原子在特定位置相互杂化影响的结果，为下一步研究核级不锈钢微观缺陷及其物理化学性质提供理论依据。
分类： 核科学技术 >> 辐射物理与技术 提交时间： 2024-05-15
摘要： 废物桶中基体材料的存在限制了主动质询系统对核材料质量测量的准确性，确保核保障测量结果不受基体材料的影响至关重要。因此，基于通量监测器响应，本文在传统校正方法的基础上开发了一种新的基体校正方法。为了验证新方法的有效性，利用Geant4工具包构建了WM3210 PAN Shuffler系统模型以及常见的基体材料。结果表明，对于不同富集度以及分布状态的U3O8材料，传统校正方法与新校正方法均可以有效的降低基体材料对核材料质量测量的影响。但相较于传统方法，新方法表现出更好的校正能力。对于U3O8材料位于基体中心的情况，新校正方法得到的235U质量平均相对偏差为13.6%，而对于U3O8材料均匀弥散在基体中的情况，新校正方法得到的235U质量平均相对偏差为7.78%。
分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2024-05-12
摘要： 为更好的理解和掌握熔盐换热器的运行特征，并给熔盐堆中换热器的设计和运行累积经验，本文以美国橡树岭国家实验室10MWt熔盐实验堆（MSRE）用的主换热器为研究对象，基于该换热器的设计参数，应用管壳式换热器的理论计算方法（包括Kern方法和Bell-Delaware方法）、换热器设计软件HTRI Xchanger Suite和计算流体力学方法（Computational Fluid Dynamics, CFD）对换热器的关键性能指标（如换热系数、压降和换热功率）分别进行了计算分析，并与MSRE主换热器的实验数据进行比较分析。结果表明：两种理论计算方法（Kern方法、Bell-Delaware方法）、HTRI软件及CFD仿真模拟的结果与实验结果的差异均在可接受范围内，其中Kern方法与MSRE实验所得的换热量相差最大、约为15%，HTRI软件模拟与MSRE实验所得的总换热系数相差最小、为0.16%；理论计算方法、换热器设计软件及CFD仿真均不同程度适用于熔盐-熔盐换热器设计，且CFD仿真还可对换热器内部传热和流动细节进行直观描述。
分类： 核科学技术 >> 核聚变工程技术 提交时间： 2024-05-12
摘要： 根据HL-3装置电子回旋共振加热(ECRH)系统的需求，完成了天线系统的设计与研制，并对天线进行了测试与安装。HL-3装置ECRH天线系统由三个天线组成，包含一个中平面天线和两个上斜天线，三个天线位于装置弱场侧的同一扇段，可协同完成加热、新经典撕裂模(NTM)控制等功能。目前已经完成其中两个天线的设计、制造和测试，另外一个天线完成了发射光路的设计。测试结果表明，中平面天线和上斜一号天线控制精确、快速，达到了装置实验使用的要求。
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