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RSS2017年 29卷 第05期
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2017, 29: 051001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160523
摘要:
首次实现了脉冲光解碘激光作为基频光的氢气振动受激拉曼变频,对碘激光的波长转换有着重要意义。在碘激光单脉冲能量100~130 mJ(脉宽100 ns)的条件下, 采用双次聚焦技术降低了高压氢气的振动受激拉曼变频的阈值,获得了波长为2900 nm中红外激光,光子转化效率最高达到8.7%。实验发现当拉曼介质氢气气压大于1 MPa后,一级斯托克斯光的拉曼转化效率不再随气压变化,并对这一现象进行了理论分析和归属。
首次实现了脉冲光解碘激光作为基频光的氢气振动受激拉曼变频,对碘激光的波长转换有着重要意义。在碘激光单脉冲能量100~130 mJ(脉宽100 ns)的条件下, 采用双次聚焦技术降低了高压氢气的振动受激拉曼变频的阈值,获得了波长为2900 nm中红外激光,光子转化效率最高达到8.7%。实验发现当拉曼介质氢气气压大于1 MPa后,一级斯托克斯光的拉曼转化效率不再随气压变化,并对这一现象进行了理论分析和归属。
2017, 29: 051002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160465
摘要:
利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s［3/2］2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数：气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明：气体温度在不同放电功率及Ar气压在5103 Pa以内时变化不大,范围为300~350 K；电子激发温度随着放电功率的增加而增加,并且在Ar气压为4103 Pa时最大,在放电功率为70 W时达到0.58 eV；1s5粒子数密度随着放电功率以及电子激发温度的增加而增加,在放电功率为70 W、Ar气压为4103 Pa时达到1.53109 cm-3。
利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s［3/2］2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数：气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明：气体温度在不同放电功率及Ar气压在5103 Pa以内时变化不大,范围为300~350 K；电子激发温度随着放电功率的增加而增加,并且在Ar气压为4103 Pa时最大,在放电功率为70 W时达到0.58 eV；1s5粒子数密度随着放电功率以及电子激发温度的增加而增加,在放电功率为70 W、Ar气压为4103 Pa时达到1.53109 cm-3。
2017, 29: 051003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160526
摘要:
提出了一种基于光时分复用技术的高速成像系统。飞秒激光器中心波长1557 nm,脉冲宽度90 fs,对USAF-1951分辨率板线性扫描成像,扫描频率为38.88 MHz。在连续时间序列编码放大显微成像技术的基础上,运用光时分复用技术,复制光脉冲信号并携带检测物体相同的空间信息。原光脉冲和复制光脉冲以相同的采样率分别采样,通过相应的数据处理将两次采样数据整合在一起还原图像。实验结果表明,与传统的超快成像方法相比,成像系统利用10 GHz的数字采样设备可以达到20 GHz的采样率,采样点数是传统超快成像方法的两倍。该方法有效克服了成像系统采样率不足的问题,提高了成像系统的空间分辨率。与此同时,该系统算法复杂程度不高,有利于进一步促进超高速成像技术的发展。
提出了一种基于光时分复用技术的高速成像系统。飞秒激光器中心波长1557 nm,脉冲宽度90 fs,对USAF-1951分辨率板线性扫描成像,扫描频率为38.88 MHz。在连续时间序列编码放大显微成像技术的基础上,运用光时分复用技术,复制光脉冲信号并携带检测物体相同的空间信息。原光脉冲和复制光脉冲以相同的采样率分别采样,通过相应的数据处理将两次采样数据整合在一起还原图像。实验结果表明,与传统的超快成像方法相比,成像系统利用10 GHz的数字采样设备可以达到20 GHz的采样率,采样点数是传统超快成像方法的两倍。该方法有效克服了成像系统采样率不足的问题,提高了成像系统的空间分辨率。与此同时,该系统算法复杂程度不高,有利于进一步促进超高速成像技术的发展。
2017, 29: 051004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160540
摘要:
提出了一种利用非球面镜对圆环形光束进行非线性整形的方法，该方法利用两个高次非球面镜片小角度放置组成光束变换光路，能够在几乎不损失功率的情况下灵活调整环形光束的遮拦比和强度分布，也能够实现空心光束和实心光束的相互转换，且镜片加工难度低。实验结果表明，利用该方法搭建的光路与理论分析结果吻合较好，能够较好地对光束进行非线性整形。
提出了一种利用非球面镜对圆环形光束进行非线性整形的方法，该方法利用两个高次非球面镜片小角度放置组成光束变换光路，能够在几乎不损失功率的情况下灵活调整环形光束的遮拦比和强度分布，也能够实现空心光束和实心光束的相互转换，且镜片加工难度低。实验结果表明，利用该方法搭建的光路与理论分析结果吻合较好，能够较好地对光束进行非线性整形。
2017, 29: 051005.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160503
摘要:
针对当前大部分超短超强激光实验中真空光路调控效率低、操作方式繁琐等缺点，设计了一种基于LabVIEW软件开发平台的集成化实验光路调节系统来实现对光路高效便捷的调控。该系统由光斑位置采集单元、光斑位置调节单元和计算机等三部分构成，其设计思路是利用激光光斑映射在CCD上的空间位置，实现光路指向定位的反馈，根据反馈信息设计人机交互界面实现光路指向的调控。该系统成功实现多线程并行运行，并将不同型号不同通讯方式的多个位移台控制器集成于同一界面控制。实验证明，与常用的手动调节系统相比，该系统对实验光路的调控更方便快捷，调节效率更高。
针对当前大部分超短超强激光实验中真空光路调控效率低、操作方式繁琐等缺点，设计了一种基于LabVIEW软件开发平台的集成化实验光路调节系统来实现对光路高效便捷的调控。该系统由光斑位置采集单元、光斑位置调节单元和计算机等三部分构成，其设计思路是利用激光光斑映射在CCD上的空间位置，实现光路指向定位的反馈，根据反馈信息设计人机交互界面实现光路指向的调控。该系统成功实现多线程并行运行，并将不同型号不同通讯方式的多个位移台控制器集成于同一界面控制。实验证明，与常用的手动调节系统相比，该系统对实验光路的调控更方便快捷，调节效率更高。
2017, 29: 052001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170042
摘要:
将发射光谱信号引入到辉光放电等离子体天线开启时间测量当中，根据等离子体光信号与激励电压信号的时间差测出辉光等离子体天线的开启时间。结果发现该方法可有效测量直流和频率较高的交流辉光等离子体天线开启时间。直流和kHz级交流等离子体天线开启时间约为在1 ms，MHz级交流等离子体天线开启时间在0.5 ms左右。而对于50 Hz低频交流等离子体天线，由于放电状态不稳定，测量误差较大。天线的开启时间与激励电源的功率和电源的响应时间有很大关系。在一定范围内，随放电功率增加，天线的开启时间缩短。同时放电功率的增加也增大了天线开启时间测量结果的可重复性，误差减小，为1%~2%。
将发射光谱信号引入到辉光放电等离子体天线开启时间测量当中，根据等离子体光信号与激励电压信号的时间差测出辉光等离子体天线的开启时间。结果发现该方法可有效测量直流和频率较高的交流辉光等离子体天线开启时间。直流和kHz级交流等离子体天线开启时间约为在1 ms，MHz级交流等离子体天线开启时间在0.5 ms左右。而对于50 Hz低频交流等离子体天线，由于放电状态不稳定，测量误差较大。天线的开启时间与激励电源的功率和电源的响应时间有很大关系。在一定范围内，随放电功率增加，天线的开启时间缩短。同时放电功率的增加也增大了天线开启时间测量结果的可重复性，误差减小，为1%~2%。
2017, 29: 053001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170043
摘要:
模拟和实验研究了非均匀圆柱形等离子体及阵列对微波的散射作用。利用有限时域差分(FDTD)方法仿真得到了等离子体柱的密度、碰撞频率对微波传播系数的影响，并利用低气压放电产生的等离子体柱对微波的吸收和散射作用进行了验证。结果表明:电子密度中心高、周围低的非均匀等离子体柱可将微波散射至两个侧向；等离子体频率越大，散射的微波功率越强；增加碰撞频率使等离子体柱的微波散射功率减小、吸收增大。等离子体必须具有合适的密度，才能对微波反射产生较大影响。
模拟和实验研究了非均匀圆柱形等离子体及阵列对微波的散射作用。利用有限时域差分(FDTD)方法仿真得到了等离子体柱的密度、碰撞频率对微波传播系数的影响，并利用低气压放电产生的等离子体柱对微波的吸收和散射作用进行了验证。结果表明:电子密度中心高、周围低的非均匀等离子体柱可将微波散射至两个侧向；等离子体频率越大，散射的微波功率越强；增加碰撞频率使等离子体柱的微波散射功率减小、吸收增大。等离子体必须具有合适的密度，才能对微波反射产生较大影响。
2017, 29: 053002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170024
摘要:
模数转换器(ADC)在测控系统中应用广泛，针对嵌入式ADC复杂环境下的电磁敏感性问题，通过理论分析和实验测量研究了环境温度对其电磁敏感度的影响。结合ADC结构与特性，分析了射频信号对ADC的干扰机制，指出了环境温度对干扰信号作用下的金属氧化物半导体(MOS)漏电流的影响。在不同温度下，测量、分析了电磁干扰下各部分电路参数的变化情况。并在10 MHz~1 GHz频率范围、-10~80 ℃温度范围内测量了ADC电磁敏感度的温度效应。结果表明，变化的环境温度会通过影响MOS晶体管的迁移率，改变其在电磁干扰下的响应，造成ADC电磁敏感度随环境温度变化发生显著漂移。
模数转换器(ADC)在测控系统中应用广泛，针对嵌入式ADC复杂环境下的电磁敏感性问题，通过理论分析和实验测量研究了环境温度对其电磁敏感度的影响。结合ADC结构与特性，分析了射频信号对ADC的干扰机制，指出了环境温度对干扰信号作用下的金属氧化物半导体(MOS)漏电流的影响。在不同温度下，测量、分析了电磁干扰下各部分电路参数的变化情况。并在10 MHz~1 GHz频率范围、-10~80 ℃温度范围内测量了ADC电磁敏感度的温度效应。结果表明，变化的环境温度会通过影响MOS晶体管的迁移率，改变其在电磁干扰下的响应，造成ADC电磁敏感度随环境温度变化发生显著漂移。
2017, 29: 053101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160370
摘要:
太赫兹混频器是太赫兹波收发系统中的关键器件,是将信号频率从一个量值变换为另一个量值的电路器件,其中肖特基二极管是太赫兹混频器中的核心器件,除了肖特基二极管以外,低频滤波器、本振端口等也属于太赫兹混频器中的关键器件。对0.38 THz混频器中的关键组件包括波导管、肖特基二极管、滤波器等在HFSS中进行了建模、仿真,最后通过对仿真结果的分析,实现了可以满足0.38 THz太赫兹混频器的各个关键模块的模型，通过这些模型实现了混频器整体的优化。
太赫兹混频器是太赫兹波收发系统中的关键器件,是将信号频率从一个量值变换为另一个量值的电路器件,其中肖特基二极管是太赫兹混频器中的核心器件,除了肖特基二极管以外,低频滤波器、本振端口等也属于太赫兹混频器中的关键器件。对0.38 THz混频器中的关键组件包括波导管、肖特基二极管、滤波器等在HFSS中进行了建模、仿真,最后通过对仿真结果的分析,实现了可以满足0.38 THz太赫兹混频器的各个关键模块的模型，通过这些模型实现了混频器整体的优化。
2017, 29: 053201.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170011
摘要:
利用等离子体非线性效应的三波法是解决黑障问题的一种可能的解决方案。从三波非线性理论出发，详细介绍了转化效率的计算方法，进而对不同等离子体电子密度模型下的非线性效应进行分析。数值仿真结果表明：存在一个最优的信号入射角度，当信号以该角度入射时转化效率最大；等离子体厚度会对最佳入射角产生一定影响，当厚度减小时，最佳入射角变大；等离子体电子密度变化范围、厚度、入射波及泵源参数都相同时，共振点处电子密度导数值越大，非线性效应越强。
利用等离子体非线性效应的三波法是解决黑障问题的一种可能的解决方案。从三波非线性理论出发，详细介绍了转化效率的计算方法，进而对不同等离子体电子密度模型下的非线性效应进行分析。数值仿真结果表明：存在一个最优的信号入射角度，当信号以该角度入射时转化效率最大；等离子体厚度会对最佳入射角产生一定影响，当厚度减小时，最佳入射角变大；等离子体电子密度变化范围、厚度、入射波及泵源参数都相同时，共振点处电子密度导数值越大，非线性效应越强。
2017, 29: 053203.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170008
摘要:
深入研究了用于高频场线耦合分析的渐近法中等效短线长度取值对渐近法计算精度的影响。首先通过大量计算分析了不同等效短线长度对传输线上感应电流分布计算结果的影响，结果表明当任一等效短线长度为半波长时，渐近法计算结果不再可靠。其次对等效短线长度选择与导线长度的关系进行了分析，发现当传输线长度相对于导线间距较大时，必须适当增加等效短线的长度才能得到较为准确的沿线感应电流分布。这些研究结果为工程应用提供了有益指导。
深入研究了用于高频场线耦合分析的渐近法中等效短线长度取值对渐近法计算精度的影响。首先通过大量计算分析了不同等效短线长度对传输线上感应电流分布计算结果的影响，结果表明当任一等效短线长度为半波长时，渐近法计算结果不再可靠。其次对等效短线长度选择与导线长度的关系进行了分析，发现当传输线长度相对于导线间距较大时，必须适当增加等效短线的长度才能得到较为准确的沿线感应电流分布。这些研究结果为工程应用提供了有益指导。
2017, 29: 054101.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160548
摘要:
在薄膜体声波谐振器(FBAR)振荡器中,振荡器的有载品质因数(QL)和FBAR的品质因数(Q值)均与振荡器的频率稳定度有关。为了研究这两种品质因数对FBAR振荡器频率稳定度的影响,在COMSOL Multiphysics软件中建立了FBAR的多物理场模型,通过频域仿真和MBVD(Modified Butterworth-Van Dyke)模型参数拟合,得到了MBVD模型参数,并在ADS软件中建立了MBVD模型电路,通过S参数仿真结合求取Q值的Bode法得到了不同损耗对应的Q值；再建立基于Pierce架构的振荡器,通过谐波平衡仿真得到了相位噪声,通过分别改变QL和Q得到了二者对FBAR振荡器频率稳定度的影响。结果表明：频率稳定度随QL和Q的增大而增大,Q值随不同损耗的增大而减小。当FBAR的Q值低于338时,即使通过增大QL来提高频率稳定度,其效果也不佳,以此FBAR构成的振荡器将不能满足作为无线通信射频前端参考信号源或者FBAR传感器读出电路的要求。为FBAR参考信号源和FBAR传感器读出电路的设计提供了一定的参考。
在薄膜体声波谐振器(FBAR)振荡器中,振荡器的有载品质因数(QL)和FBAR的品质因数(Q值)均与振荡器的频率稳定度有关。为了研究这两种品质因数对FBAR振荡器频率稳定度的影响,在COMSOL Multiphysics软件中建立了FBAR的多物理场模型,通过频域仿真和MBVD(Modified Butterworth-Van Dyke)模型参数拟合,得到了MBVD模型参数,并在ADS软件中建立了MBVD模型电路,通过S参数仿真结合求取Q值的Bode法得到了不同损耗对应的Q值；再建立基于Pierce架构的振荡器,通过谐波平衡仿真得到了相位噪声,通过分别改变QL和Q得到了二者对FBAR振荡器频率稳定度的影响。结果表明：频率稳定度随QL和Q的增大而增大,Q值随不同损耗的增大而减小。当FBAR的Q值低于338时,即使通过增大QL来提高频率稳定度,其效果也不佳,以此FBAR构成的振荡器将不能满足作为无线通信射频前端参考信号源或者FBAR传感器读出电路的要求。为FBAR参考信号源和FBAR传感器读出电路的设计提供了一定的参考。
2017, 29: 055001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170001
摘要:
为开展脉冲高电压测量不确定度评定,分析了应用黑箱概念建立测量不确定度模型的方法,给出了脉冲分压器测量与标定的不确定度模型。依照不确定度传播率,对完善后的模型进行不确定度合成,并与通常采用的按照方差进行相对不确定分量合成的结果进行比较。计算结果表明：当不确定度模型中仅仅存在不同变量的乘除形式,或虽然存在加减项,但是其数学期望值为0,相对不确定度合成可以得到正确的结果。对通过测量2个电压间接计算电位差的方法以及用分贝表示衰减的不确定度合成开展分析,验证了相对不确定度合成的适用范围。在分压器标定实验中,为了减小信号源输出值的分散性对评定结果的影响,对电压比值开展A类不确定度评定,合成后得到分压比不确定度。
为开展脉冲高电压测量不确定度评定,分析了应用黑箱概念建立测量不确定度模型的方法,给出了脉冲分压器测量与标定的不确定度模型。依照不确定度传播率,对完善后的模型进行不确定度合成,并与通常采用的按照方差进行相对不确定分量合成的结果进行比较。计算结果表明：当不确定度模型中仅仅存在不同变量的乘除形式,或虽然存在加减项,但是其数学期望值为0,相对不确定度合成可以得到正确的结果。对通过测量2个电压间接计算电位差的方法以及用分贝表示衰减的不确定度合成开展分析,验证了相对不确定度合成的适用范围。在分压器标定实验中,为了减小信号源输出值的分散性对评定结果的影响,对电压比值开展A类不确定度评定,合成后得到分压比不确定度。
2017, 29: 055002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160457
摘要:
从一套用于回旋管测试台的基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的-60 kV DC/50 A高压电源入手，提出了一套基于单片机和现场可编程门阵列(FPGA)的控制系统设计，不仅满足了电源系统各种运行尤其是1 kHz调制的要求以及各种监控的要求，还满足了回旋管测试台的各种逻辑控制与快速联锁保护的要求。最终测试结果表明：该套电源及控制系统逻辑结构清晰，操作简洁，运行可靠，能够满足测试台系统对高压电源各项逻辑控制、精确定时控制、快速保护等控制要求。
从一套用于回旋管测试台的基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的-60 kV DC/50 A高压电源入手，提出了一套基于单片机和现场可编程门阵列(FPGA)的控制系统设计，不仅满足了电源系统各种运行尤其是1 kHz调制的要求以及各种监控的要求，还满足了回旋管测试台的各种逻辑控制与快速联锁保护的要求。最终测试结果表明：该套电源及控制系统逻辑结构清晰，操作简洁，运行可靠，能够满足测试台系统对高压电源各项逻辑控制、精确定时控制、快速保护等控制要求。
2017, 29: 055003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170040
摘要:
基于快Marx发生器技术路线，研制了一套具有高功率密度的低阻抗紧凑型重频脉冲驱动源。采用18级Marx发生器电路结构，每级由1只60 nF/100 kV脉冲电容器、1个气体开关及隔离电感构成，每两级构成一个模块，整体采用SF6气体绝缘，储能密度达到25.7 kJ/m3；采取开放式气体开关，其中两级为触发开关，其余为过电压自击穿开关；触发源采用小型化Marx电路及绝缘胶真空灌封设计。实验中脉冲驱动源单次工作时在约18 阻抗负载上输出电压达到765 kV、脉宽约160 ns、前沿约50 ns，功率密度达到157 GW/m3；受充电电源功率限制，重复频率5 Hz充电70 kV，连续5脉冲输出功率约17 GW，脉冲波形重复性较好。
基于快Marx发生器技术路线，研制了一套具有高功率密度的低阻抗紧凑型重频脉冲驱动源。采用18级Marx发生器电路结构，每级由1只60 nF/100 kV脉冲电容器、1个气体开关及隔离电感构成，每两级构成一个模块，整体采用SF6气体绝缘，储能密度达到25.7 kJ/m3；采取开放式气体开关，其中两级为触发开关，其余为过电压自击穿开关；触发源采用小型化Marx电路及绝缘胶真空灌封设计。实验中脉冲驱动源单次工作时在约18 阻抗负载上输出电压达到765 kV、脉宽约160 ns、前沿约50 ns，功率密度达到157 GW/m3；受充电电源功率限制，重复频率5 Hz充电70 kV，连续5脉冲输出功率约17 GW，脉冲波形重复性较好。
2017, 29: 055004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160544
摘要:
磁压缩系统为俄罗斯实验物理研究院提出的核聚变方案。磁压缩系统腔室中杂质粒子可能来源于热脱附、等离子体刮削器壁等途径。利用ANSYS工具模拟5 MA脉冲电流流过腔室,并给出电极温度的二维分布图,结合研究小尺寸铜样品上杂质的解吸附来分析磁压缩系统腔室中热脱附过程产生的杂质粒子。通过测量3 keV的Ar+离子入射到Cu(110),Cu(111)样品表面的飞行时间谱,分析样品表面吸附的杂质种类,以及样品表面杂质含量随温度的变化关系。研究表明杂质粒子含量跟电极温度有关联性,且跟电极材料表面结构相关。
磁压缩系统为俄罗斯实验物理研究院提出的核聚变方案。磁压缩系统腔室中杂质粒子可能来源于热脱附、等离子体刮削器壁等途径。利用ANSYS工具模拟5 MA脉冲电流流过腔室,并给出电极温度的二维分布图,结合研究小尺寸铜样品上杂质的解吸附来分析磁压缩系统腔室中热脱附过程产生的杂质粒子。通过测量3 keV的Ar+离子入射到Cu(110),Cu(111)样品表面的飞行时间谱,分析样品表面吸附的杂质种类,以及样品表面杂质含量随温度的变化关系。研究表明杂质粒子含量跟电极温度有关联性,且跟电极材料表面结构相关。
2017, 29: 056001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160559
摘要:
高增益包层氚增殖率能够达到1.5以上，能量放大倍数约为5，包层燃料区平均功率达50 MW/m3，针对包层存在高功率密度区的这一特点，设计了采用迂回流动方案的水冷系统，主要由内嵌冷却管和汇总分流腔组成。建立了包括第一壁和燃料区的包层三维热工水力计算模型，利用CFD程序FLUENT对冷却系统进行模拟分析，研究了稳态工况条件下包层关键区域的整体热工水力特性。结果表明，该水冷系统流量分配合理，燃料区冷却剂压降为102 kPa，出口温度为594 K，符合设计预期。包层温度分布结果表明各区域最高温度均满足限值要求，冷却系统能够有效载出包层内裂变反应释放的热量。
高增益包层氚增殖率能够达到1.5以上，能量放大倍数约为5，包层燃料区平均功率达50 MW/m3，针对包层存在高功率密度区的这一特点，设计了采用迂回流动方案的水冷系统，主要由内嵌冷却管和汇总分流腔组成。建立了包括第一壁和燃料区的包层三维热工水力计算模型，利用CFD程序FLUENT对冷却系统进行模拟分析，研究了稳态工况条件下包层关键区域的整体热工水力特性。结果表明，该水冷系统流量分配合理，燃料区冷却剂压降为102 kPa，出口温度为594 K，符合设计预期。包层温度分布结果表明各区域最高温度均满足限值要求，冷却系统能够有效载出包层内裂变反应释放的热量。
2017, 29: 056002.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160283
摘要:
核反应堆燃料包壳是构成反应堆安全的重要屏障, 一旦发生破损,放射性裂变产物就会释放到一回路的冷却剂中。本文通过一回路134Cs/137Cs比值确定破损燃料棒所在燃耗区域，对该燃耗区域裂变产物的产生、裂变产物进入芯块间隙、一回路核素平衡分别进行建模，然后，利用建立的数学模型对破口处裂变产物向一回路释放过程进行分析，得出破口的大小和破损根数及所在燃耗区域，并以压水堆核电站燃料包壳破损的数据进行验证，证实了模型的合理性。
核反应堆燃料包壳是构成反应堆安全的重要屏障, 一旦发生破损,放射性裂变产物就会释放到一回路的冷却剂中。本文通过一回路134Cs/137Cs比值确定破损燃料棒所在燃耗区域，对该燃耗区域裂变产物的产生、裂变产物进入芯块间隙、一回路核素平衡分别进行建模，然后，利用建立的数学模型对破口处裂变产物向一回路释放过程进行分析，得出破口的大小和破损根数及所在燃耗区域，并以压水堆核电站燃料包壳破损的数据进行验证，证实了模型的合理性。
2017, 29: 056003.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160397
摘要:
蒙特卡罗中子输运程序用于反应堆设计与安全分析计算及校验时,微小的反应性扰动容易被统计涨落所掩盖,因此一般通过微扰计算处理此类问题。基于微分算子方法在JMCT程序中实现了反应性微扰计算功能。为保证计算的精度,JMCT考虑了非源扰动的高阶效应以及一阶裂变源扰动效应。选取了具有全局扰动、局部扰动的快中子与热中子裂变系统对JMCT反应性微扰计算功能进行了测试。测试系统覆盖了正负反应性变化。
蒙特卡罗中子输运程序用于反应堆设计与安全分析计算及校验时,微小的反应性扰动容易被统计涨落所掩盖,因此一般通过微扰计算处理此类问题。基于微分算子方法在JMCT程序中实现了反应性微扰计算功能。为保证计算的精度,JMCT考虑了非源扰动的高阶效应以及一阶裂变源扰动效应。选取了具有全局扰动、局部扰动的快中子与热中子裂变系统对JMCT反应性微扰计算功能进行了测试。测试系统覆盖了正负反应性变化。
2017, 29: 056004.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160205
摘要:
现有的超临界水冷堆（SCWR）燃料组件通过采用水棒组件设计方式,以解决中子慢化不足的问题,但对组件及堆芯设计方案的工程可行性带来巨大挑战。提出混合慢化燃料组件,利用未流经燃料区加热的冷却剂与燃料区内固体慢化剂的混合设计,达到完全取消组件水棒设计的目的,实现超临界水冷堆组件的简化设计。计算分析表明,与水棒组件相比,混合慢化燃料组件不仅设计相对简化,而且具有较高的经济性和安全性。
现有的超临界水冷堆（SCWR）燃料组件通过采用水棒组件设计方式,以解决中子慢化不足的问题,但对组件及堆芯设计方案的工程可行性带来巨大挑战。提出混合慢化燃料组件,利用未流经燃料区加热的冷却剂与燃料区内固体慢化剂的混合设计,达到完全取消组件水棒设计的目的,实现超临界水冷堆组件的简化设计。计算分析表明,与水棒组件相比,混合慢化燃料组件不仅设计相对简化,而且具有较高的经济性和安全性。
2017, 29: 056005.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160296
摘要:
NECP-SARAX是西安交通大学NECP团队开发的用于快中子反应堆的中子学程序系统。为准确处理快中子反应堆中中等质量核素散射共振以及非弹性散射导致的复杂的中子慢化效应,SARAX程序最初采用连续能量的蒙特卡罗方法计算中子能谱从而获得堆芯计算使用的有效多群截面。由于蒙特卡罗程序计算效率低,且在低能量段统计偏差较大,提出采用基于点截面的超细群方法计算中子慢化能谱,避免了蒙特卡罗方法产生参数时存在的缺陷。堆芯计算采用多群中子输运,通过优化简化几何建模,改进了程序的实用性。采用多种微扰方法计算堆芯各种反应性系数,提出了基于中子输运微扰理论的虚拟密度方法以计算堆内组件变形导致的反应性变化。在进行堆芯瞬态计算时,采用了点堆和改进准静态两种方法,可用于一般快堆和快谱ADS的典型事故分析。OECD发布的一系列快堆基准题测试表明，SARAX程序在快堆计算中具有良好的精度,达到了与国外著名快堆程序相当的水平。有效增殖因子与连续能量的蒙卡计算结果相比偏差在300 pcm以内。同时,由于引入了虚拟密度理论和三维时空动力学模型,程序功能更加完善,可以更好地满足快堆工程设计的需求。
NECP-SARAX是西安交通大学NECP团队开发的用于快中子反应堆的中子学程序系统。为准确处理快中子反应堆中中等质量核素散射共振以及非弹性散射导致的复杂的中子慢化效应,SARAX程序最初采用连续能量的蒙特卡罗方法计算中子能谱从而获得堆芯计算使用的有效多群截面。由于蒙特卡罗程序计算效率低,且在低能量段统计偏差较大,提出采用基于点截面的超细群方法计算中子慢化能谱,避免了蒙特卡罗方法产生参数时存在的缺陷。堆芯计算采用多群中子输运,通过优化简化几何建模,改进了程序的实用性。采用多种微扰方法计算堆芯各种反应性系数,提出了基于中子输运微扰理论的虚拟密度方法以计算堆内组件变形导致的反应性变化。在进行堆芯瞬态计算时,采用了点堆和改进准静态两种方法,可用于一般快堆和快谱ADS的典型事故分析。OECD发布的一系列快堆基准题测试表明，SARAX程序在快堆计算中具有良好的精度,达到了与国外著名快堆程序相当的水平。有效增殖因子与连续能量的蒙卡计算结果相比偏差在300 pcm以内。同时,由于引入了虚拟密度理论和三维时空动力学模型,程序功能更加完善,可以更好地满足快堆工程设计的需求。
2017, 29: 056006.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160184
摘要:
通过数值模拟手段研究了源强对Rossi-测量的影响。为了定量研究中子源强对Rossi-测量的影响,基于MCNP软件；开发了用于计算Rossi-分布的数值模拟工具。反应堆模型和加速器驱动次临界系统的示意模型的数值模拟结果被用于展示瞬发中子衰减常数与源强之间的关联。数值模拟结果表明,入射源强源中子强度对Rossi-测量结果有显著影响。对于处于次临界状态的反应堆和加速器驱动次临界系统模型,在入射源强较小时,Rossi-方法可以正确给出反应堆中子衰减常数,但当入射源强较大时,测量不能给出正确的中子衰减常数。通过研究源强和测量结果的关系,可以找到能够给出正确测量结果的最大可用源强。通过选择一个可用源强范围内的较强中子源,可以减少测量所需时间。
通过数值模拟手段研究了源强对Rossi-测量的影响。为了定量研究中子源强对Rossi-测量的影响,基于MCNP软件；开发了用于计算Rossi-分布的数值模拟工具。反应堆模型和加速器驱动次临界系统的示意模型的数值模拟结果被用于展示瞬发中子衰减常数与源强之间的关联。数值模拟结果表明,入射源强源中子强度对Rossi-测量结果有显著影响。对于处于次临界状态的反应堆和加速器驱动次临界系统模型,在入射源强较小时,Rossi-方法可以正确给出反应堆中子衰减常数,但当入射源强较大时,测量不能给出正确的中子衰减常数。通过研究源强和测量结果的关系,可以找到能够给出正确测量结果的最大可用源强。通过选择一个可用源强范围内的较强中子源,可以减少测量所需时间。
2017, 29: 056007.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160413
摘要:
Geant4是一款基于C++面向对象技术的蒙特卡罗开发程序包,可以模拟各种已知粒子与物质之间的相互作用。然而该程序包没有提供临界源功能,无法直接用于反应堆物理计算。因此,利用Geant4提供的基础物理模型和粒子跟踪控制等功能,用两种不同方法实现了临界源的设置,实现了基于Geant4的反应堆静态计算程序G4-RSM和反应堆动态计算程序G4-RDM。两个程序均可用于反应堆临界计算,与MCNP计算结果相对误差在5%以内。G4-RDM程序除可用于临界计算外,还可用于模拟堆内事故工况下的中子学瞬态变化。
Geant4是一款基于C++面向对象技术的蒙特卡罗开发程序包,可以模拟各种已知粒子与物质之间的相互作用。然而该程序包没有提供临界源功能,无法直接用于反应堆物理计算。因此,利用Geant4提供的基础物理模型和粒子跟踪控制等功能,用两种不同方法实现了临界源的设置,实现了基于Geant4的反应堆静态计算程序G4-RSM和反应堆动态计算程序G4-RDM。两个程序均可用于反应堆临界计算,与MCNP计算结果相对误差在5%以内。G4-RDM程序除可用于临界计算外,还可用于模拟堆内事故工况下的中子学瞬态变化。
2017, 29: 056008.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160552
摘要:
放射性次级束流分离器(HFRS)是强流重离子加速器装置(HIAF)上开展放射性次级物理研究的重要装置。HFRS是飞行时间型(PF)碎片分离器，具有大磁刚度、大接受度、大孔径磁铁以及高动量分辨的特点。HFRS采用B-E-B方法纯化弹核碎裂或裂变反应产生的放射性核素，是开展高精度储存环内实验及环外实验研究的重要工具。主要介绍HFRS分离纯化奇异核的能力，采用MOCADI程序模拟单降能器与双降能器下典型弹核碎裂反应和裂变反应中粒子的鉴别和纯化。模拟结果表明:HFRS具有很好的消色散和聚焦特性，对于弹核碎裂反应中轻核的分离采用单降能器系统即可得到很好的纯化效果；而弹核碎裂反应中重核的分离则需采用双降能器系统才可得到很好的纯化效果；对于裂变反应，由于裂变反应的能散较大，则在采用双降能器系统时也仅仅能得到一定的纯化效果。
放射性次级束流分离器(HFRS)是强流重离子加速器装置(HIAF)上开展放射性次级物理研究的重要装置。HFRS是飞行时间型(PF)碎片分离器，具有大磁刚度、大接受度、大孔径磁铁以及高动量分辨的特点。HFRS采用B-E-B方法纯化弹核碎裂或裂变反应产生的放射性核素，是开展高精度储存环内实验及环外实验研究的重要工具。主要介绍HFRS分离纯化奇异核的能力，采用MOCADI程序模拟单降能器与双降能器下典型弹核碎裂反应和裂变反应中粒子的鉴别和纯化。模拟结果表明:HFRS具有很好的消色散和聚焦特性，对于弹核碎裂反应中轻核的分离采用单降能器系统即可得到很好的纯化效果；而弹核碎裂反应中重核的分离则需采用双降能器系统才可得到很好的纯化效果；对于裂变反应，由于裂变反应的能散较大，则在采用双降能器系统时也仅仅能得到一定的纯化效果。
2017, 29: 056009.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160259
摘要:
高温核反应堆在磁流体发电和核火箭等领域有良好的应用前景。高温反应堆具有堆芯温度高、结构复杂等特点,其中子物理性能参数的计算难度较大。研究了高温核反应堆瞬发中子代时间的计算方法,介绍了多种方法的计算原理和一种新型高温核反应堆的计算结果。研究表明,对于相同的反应堆模型,几种方法的计算结果符合较好,计算结果可信。
高温核反应堆在磁流体发电和核火箭等领域有良好的应用前景。高温反应堆具有堆芯温度高、结构复杂等特点,其中子物理性能参数的计算难度较大。研究了高温核反应堆瞬发中子代时间的计算方法,介绍了多种方法的计算原理和一种新型高温核反应堆的计算结果。研究表明,对于相同的反应堆模型,几种方法的计算结果符合较好,计算结果可信。
2017, 29: 056010.
doi: 10.11884/HPLPB201729.160274
摘要:
采用TAKEDA基准题验证高效偶阶离散纵标法(HEPSN)的临界计算功能，数值结果表明：有效增殖因数和各区域平均中子通量密度值与基准值吻合良好，堆芯区域的平均中子通量密度误差在0.7%以内，其他区域较扩散理论误差显著减小。相较于传统离散纵标法，HEPSN计算效率更高，需要的存储更小；相较于扩散理论，HEPSN的计算精度更高。因而，高效偶阶离散纵标法在大规模输运计算中具有很好的应用前景。
采用TAKEDA基准题验证高效偶阶离散纵标法(HEPSN)的临界计算功能，数值结果表明：有效增殖因数和各区域平均中子通量密度值与基准值吻合良好，堆芯区域的平均中子通量密度误差在0.7%以内，其他区域较扩散理论误差显著减小。相较于传统离散纵标法，HEPSN计算效率更高，需要的存储更小；相较于扩散理论，HEPSN的计算精度更高。因而，高效偶阶离散纵标法在大规模输运计算中具有很好的应用前景。
2017, 29: 059001.
doi: 10.11884/HPLPB201729.170041
摘要:
在柱-板式介质阻挡放电体系中投加铋酸钠催化剂，研究了该体系的放电光谱特性及对苯胺模拟废水的协同处理效果，考察了pH 值、苯胺初始质量浓度及催化剂投加量等因素对降解率的影响，探讨了铋酸钠协同介质阻挡放电(DBD)催化降解苯胺的机理。实验结果表明，柱-板式电极结构放电过程中辐射出了紫外光和可见光，300~450 nm之间出现高强度N2第二正带谱线。初始浓度100 mg/L苯胺废水被处理10 min后，投加0.2 g/L催化剂时溶液的TOC去除率最高，比单独DBD低温等离子体体系提高14.11%。在碱性条件下，苯胺和TOC的去除率均好于酸性和中性条件。XRD检测结果显示铋酸钠在反应前后峰值位置未发生明显改变。
在柱-板式介质阻挡放电体系中投加铋酸钠催化剂，研究了该体系的放电光谱特性及对苯胺模拟废水的协同处理效果，考察了pH 值、苯胺初始质量浓度及催化剂投加量等因素对降解率的影响，探讨了铋酸钠协同介质阻挡放电(DBD)催化降解苯胺的机理。实验结果表明，柱-板式电极结构放电过程中辐射出了紫外光和可见光，300~450 nm之间出现高强度N2第二正带谱线。初始浓度100 mg/L苯胺废水被处理10 min后，投加0.2 g/L催化剂时溶液的TOC去除率最高，比单独DBD低温等离子体体系提高14.11%。在碱性条件下，苯胺和TOC的去除率均好于酸性和中性条件。XRD检测结果显示铋酸钠在反应前后峰值位置未发生明显改变。
