1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 上海核工程研究设计院有限公司上海 200233
3 中国科学院大学北京 100049
U3Si2是轻水堆中最具前景的事故容错核燃料之一，有望在未来取代UO2核燃料而被广泛使用。目前，采用放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，SPS）技术制备U3Si2芯块的研究已被广泛报道，但SPS参数对芯块性能的影响还尚不明确。本文采用SPS技术制备了U3Si2芯块，并研究了不同烧结温度（1 000~1 300 ℃）和压力（30~90 MPa）对芯块的力学和热学性能的影响。利用激光导热仪测量了芯块的热扩散率，并计算出芯块的热导率。通过纳米压痕仪测量芯块的力学性能，包括硬度、杨氏模量和断裂韧性。研究结果表明：所制得的U3Si2芯块热导率在27~700 ℃范围内均呈现线性增加的趋势，并随着烧结温度和压力的升高而增大；芯块的硬度和杨氏模量随烧结温度升高而增大，且随着压力的升高呈现先增加后平缓的趋势，并在60 MPa趋于平缓；芯块的断裂韧性随烧结温度升高而降低，并随着烧结压力的升高而增大。基于上述结果，提出了优化的SPS参数。本研究将为高性能U3Si2燃料的制备提供参考。
U3Si2 事故容错燃料 放电等离子烧结 热学性能 力学性能 U3Si2 Accident-tolerant fuel Spark plasma sintering Thermal properties Mechanical properties
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
惰性基质燃料（Inert Matrix Fuel，IMF）可有效转化钚和长寿命次锕系核素，可以防止核**扩散和提高乏燃料管理能力，是近年来的一个研究热点。溶胶凝胶法具有产品元素分布均匀、湿法操作流程不易产生放射性粉尘等优点，因此，在研究中被用于制备锆基IMF。采用外胶凝工艺制备ThxZr1-xO2惰性基质燃料，以溶黏度为主要的胶凝指征，研究了不同金属离子浓度、不同温度下溶胶黏度随c（NH4+）/c（NO3-）的变化规律，归纳了不同工艺参数条件下的溶胶胶凝行为类型，绘制了胶凝化场图，可为成功制备相应的凝胶湿球提供量化依据。采用X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）研究了经过不同温度热处理之后的核芯结构，结果表明：经过1 350 ℃烧结退火后的微球生成了两相金属氧化物相，ZrO2在氧化钍基底中未生成固溶体，X射线成像结果表明，微球具有良好的球形度且内部没有裂纹。扫描式电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和能量弥散X射线谱（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）结果表明，微球内部孔洞致密且元素分布达到分子级均匀。
钍基 惰性基质燃料 胶凝行为 微结构 外胶凝 混合氧化物燃料 Thorium-based Inert matrix fuel Gelation behavior Microstructure External gelation process Mixed-oxide fuel
1 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
2 中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室 合肥 230026
室温下采用能量为1 MeV、剂量分别为5.8×1014 ions·cm-2和2.9×1015 ions·cm-2的Xe离子对核燃料元件基体石墨进行了辐照试验，用慢正电子束和纳米压痕研究了离子辐照对基体石墨微观缺陷和宏观力学性能产生的影响，根据正电子湮没S参数随正电子入射能量E的变化曲线，获得了辐照缺陷随深度和剂量的变化规律，并与SRIM（Stopping and Range of Ions in Matter）软件模拟的辐照损伤和注入离子随深度的分布进行了对比。慢正电子束测试结果表明：Xe离子辐照在燃料元件基体内引入一个深度约为600 nm的损伤层，且缺陷浓度峰值出现在离表面250~350 nm的深度范围内。S参数在辐照样品损伤层的显著增加表明，辐照引入了高浓度的空位型缺陷，且随着辐照剂量的增加，损伤层内空位型缺陷的浓度或尺寸明显增大。纳米压痕结果表明：在辐照后的样品内出现了明显的硬化现象，原因是辐照引起的高浓度空位型缺陷所致，与慢正电子束的分析结果一致。
慢正电子束 缺陷 辐照 燃料元件 石墨 Slow positron beam Defects Irradiation Fuel elements Matrix graphite
1 桂林电子科技大学 a.信息与通信学院
2 桂林电子科技大学 b. 计算机科学与工程学院，广西桂林 541004
3 广西信息科学实验中心，广西桂林 541004
采用时域有限差分方法研究了纳米狭缝的宽度，圆孔半径、矩形的长和宽对纳米狭缝耦合金属圆 -矩形复合孔阵列结构增强光透射特性的影响。研究发现该结构与圆孔阵列、圆 -矩形复合孔阵列两种结构相比较，光的透射率得到了显著的增加，这表明本文提出的纳米狭缝耦合金属圆 -矩形复合孔阵列结构中的表面等离激元和局域表面等离激元两种模式相互耦合起了关键作用。纳米狭缝宽度是影响光透射的主要因素，纳米狭缝宽度为 55 nm时，透射率达到 89%，半宽度达 129 nm；圆孔半径、矩形孔的长和宽、周围环境介电常数等参数也影响透射率与共振峰位置：随着圆孔半径、矩形孔宽度的增大，透射率明显增强，同时共振峰蓝移；随着矩形孔长度和周围环境介电常数的增加，共振峰有规律的红移。
物理光学 表面等离激元 增强光透射 纳米狭缝 纳米孔阵列 时域有限差分 physical optics surface plasmon polaritons traordinary optical transmission nano-slit nanohole array finite-difference time-domain method
中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
太赫兹波成像技术一个最显著的制约因素是其有限的空间分辨率。提出通过在样品前加小孔的方法来提高传统太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率。采用在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm小孔的方法使成像的空间分辨率从1.276 mm提高到0.774 mm, 提高0.502 mm, 约39％。通过这个简单的方法在传统的太赫兹时域光谱成像装置上实现了空间分辨率从毫米量级到亚毫米量级的提高。聚乙烯板上直径为1 mm的小孔被作为成像的研究对象, 分别采用传统的太赫兹时域光谱装置对样品进行直接成像和在样品前约2 mm处加直径为0.5 mm的小孔后对样品成像两种方式, 并采用损失成像中信噪比较好的能量损失成像, 对比两种方式得到的样品的太赫兹像, 结果显示聚乙烯板上小孔的边界加小孔后成像比不加小孔直接成像明显清晰。证实了在样品前加小孔可以有效的提高太赫兹成像系统的空间分辨率。从理论上对通过在样品前加小孔提高系统空间分辨率的方法进行了分析, 指出小孔尺寸越小, 系统的空间相干长度越大, 空间分辨率越高, 但同时太赫兹信号的强度会相应减小。该方法可以简单有效的提高太赫兹时域光谱装置成像的空间分辨率, 从而进一步拓展太赫兹谱成像技术的应用领域。
太赫兹谱 成像 空间分辨率 小孔 Terahertz spectroscopy Imaging Spatial resolution Pinhole
1 黄河水利职业技术学院,河南 开封 475003
2 中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800
通过熔融共混然后压片的方法将碳黑(CB)颗粒分散在对太赫兹光透明的高密度聚乙烯(HDPE)基体中, 采用太赫兹时域光谱装置测量了该体系的介电信息, 首次尝试采用反向有效介质理论, 在CB浓度固定、只改变去极化因子的情况下, 提取了CB颗粒在该波段的介电常数实部和虚部、折射率和吸收系数等信息.研究发现, 从不同浓度的复合体系中提取的数据吻合较好, 结合直流电导率测量结果发现去极化因子与体系内部颗粒的浓度和存在状态紧密相关, 在逾渗阈值处去极化因子显著降低.采用偶极子弛豫模型对提取的结果进行了理论分析, 得到了CB颗粒的弛豫时间、弛豫强度和电导率等信息.
碳黑(CB) 太赫兹 有效介质理论 偶极子弛豫 carbon black (CB) terahertz reversed effective medium approach (REMA) dipole relaxation
1 黄河水利职业技术学院 应用化学研究中心, 河南 开封 475003
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
3 河南大学化学化工学院, 河南 开封 475003
为探讨聚合物分子的极性对其介电性质的影响, 采用太赫兹时域光谱研究了5种聚合物材料, 高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮在太赫兹波段的吸收色散性质, 并尝试采用Debye模型对实验结果进行了理论分析.研究发现, 聚合物的偶极弛豫运动随极性的增强而加剧, 导致吸收系数(α)、介电常数虚部(ε")和弛豫强度(Δε)均随之增大; 由于弛豫运动受介质阻尼的影响落后于太赫兹电场的周期性变化, 折射率(n)和介电常数实部(ε')呈现反常的色散现象, 即n和ε'随频率的增大而降低; Debye模拟结果还表明弛豫时间(τ)随偶极子尺寸的增大和分子刚性的增强而显著增大.
聚合物 极性 太赫兹 polymer polarity terahertz
1 河南大学特种功能材料重点实验室, 河南 开封 475004
2 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
利用熔融共混、 压片的方法制备了两种不同结构的碳黑(乙炔碳黑和高结构碳黑)填充的高密度聚乙烯复合材料, 并利用太赫兹时域光谱研究了复合体系在太赫兹波段的介电性质。 研究发现, 随着频率的增加, 体系的吸收系数逐渐增大而折射率则逐渐降低; 在相同的频率下, 吸收系数和折射率均随颗粒浓度的增加而增大; 与乙炔碳黑相比, 相同浓度的高结构碳黑填充的复合体系具有较大的吸收系数和较低的折射率, 这与碳黑的颗粒结构以及颗粒间的团聚状态是紧密相关的。 假定复合体系的介电损耗是由碳黑颗粒内部载流子的极化和聚乙烯基体的界面极化所导致的, 利用双德拜模型对实验结果进行了解释, 分别得到了两种极化模式所对应的弛豫时间和弛豫强度等信息。
碳黑 复合体系 太赫兹时域光谱 Carbon black Composites THz-TDS
