作者单位
摘要
南华大学 核科学技术学院衡阳 421001
中子扩散方程高阶谐波可用于重构堆芯中子注量率分布,但传统源迭代与源修正迭代法求解时的收敛速度慢,计算耗时长。采用隐式重启Arnoldi方法(Implicitly Restarted Arnoldi Method,IRAM)求解本征值问题的中子扩散方程获得谐波数据,通过本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)与伽辽金(Galerkin)投影相结合的方法构建POD-Galerkin低阶模型,并重构二维稳态TWIGL基准题中子注量率分布。研究结果表明:IRAM方法在求解中子扩散方程的高阶本征值和谐波问题上具有较高的精度;基于POD-Galerkin低阶模型重构中子注量率分布具有较高的保真性与计算效率,有效增值系数与参考解的误差为8.7×10-5,对角线上快群和热群中子注量率最大相对误差为2.56%,且低阶模型计算用时仅为全阶模型的10.18%。本研究为堆芯中子注量率重构提供了一种可靠且高效的方法,该方法不仅可用于重构稳态时堆芯中子注量率分布,还具有在瞬态情况下预测中子注量率分布的潜力,有望在未来的应用中进一步拓展。
中子扩散方程 隐式重启Arnoldi方法 本征正交分解 伽辽金投影 中子注量率重构 Neutron diffusion equation Implicitly restarted Arnoldi method Proper orthogonal decomposition Galerkin projection Neutron flux reconstruction 
核技术
2024, 47(2): 020604
刘慧银 1,2,3杨洁 1,*黄畅 2,3唐彬 2,3,**[ ... ]孙志嘉 2,3
作者单位
摘要
1 郑州大学郑州 450001
2 中国科学院高能物理研究所北京 100049
3 散裂中子源科学中心东莞 523803
微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制了基于6LiF/ZnS(Ag)闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)结构的位置灵敏型闪烁体探测器,以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到,位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能,对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性,并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试,该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm,探测效率为(61.8±0.2)%@0.4 nm,达到了工程设计指标,满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。
闪烁体探测器 硅光电倍增管 波移光纤 位置分辨 探测效率 Neutron scintillator detector Silicon photomultiplier Wavelength shift fiber Position resolution Detection efficiency 
核技术
2024, 47(2): 020401
张浩然 1,2张焱 1,2,*胡文兴 1,2瞿金辉 2[ ... ]王仁波 2,3
作者单位
摘要
1 东华理工大学 放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室南昌 330013
2 东华理工大学 核技术应用教育部工程研究中心南昌 330013
3 泛华检测技术有限公司南昌 330013
黄饼材料中铀的准确定量是后续处理工艺选择的关键,文中在主动式多重性方法的基础上,提出了一种通过记录分析中子源诱发238U裂变信息,进行铀定量的方法。但由于黄饼材料自身存在中子自屏蔽效应以及含水量的差异,导致定量结果存在偏差。为了进一步提高定量准确性,使用MCNP(Monte Carlo N-Particle Transport)结合MATLAB程序优化选择了241Am-Be源作为激发源;另外,通过对不同质量及含水量系列化样品的模拟发现:铀定量误差主要来自于泄漏增殖因子ML与增殖因子M差距的不匹配。通过MCNP模拟获取M随铀质量变化规律的曲线后,根据样品净含量选择合适的增殖因子M,再根据二重计数率D进行定量计算,获得铀定量的相对误差小于5%;含水量的变化带来的中子自屏蔽效应对多重计数率影响较大,通过S0/SiD0/Di的关系对二重计数率D进行修正后再进行计算,铀定量的相对误差能够控制在10%左右;该研究对中子多重性方法在黄饼生产与测量中的应用推广具有重要的参考价值。
中子多重性 黄饼 238U 中子自屏蔽 模拟仿真 Neutron multiplicity Uranium yellow cake 238U Neutron self-shielding Simulation 
核技术
2024, 47(2): 020202
作者单位
摘要
1 大连理工大学大连 116024
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所绵阳 621900
3 中山大学广州 519082
4 中国工程物理研究院 研究生院绵阳 621900
基于快中子技术的无损检测方法能够在不对检测物造成影响的情况下,发现其隐藏的危险品。利用D-T反应时伴随中子产生的反冲α粒子对有效中子进行标记,可大幅提高中子探测信噪比,同时通过空间分辨α粒子还可以获得被检测对象特征元素的空间信息,所以基于伴随α粒子的中子检测方法在安检领域具有重要的应用前景。本文简单介绍了基于伴随α粒子中子检测方法的原理和系统组成,并对系统的中子管、α粒子探测器和γ探测器等关键部件进行了介绍,接着介绍了目前世界上正在研究的伴随α粒子中子检测系统及其进展,最后对这种检测方法进行了展望。
安全检测 伴随粒子 中子管 α粒子探测器 γ探测器 Security check Associated particles Neutron tube Alpha particle detector Gamma detector 
核技术
2024, 47(2): 020001
林强 1马泽明 2刘斌 3王文健 1[ ... ]杨民 4,*
作者单位
摘要
1 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所,四川 成都 610031
2 西南交通大学唐山研究院,河北 唐山 063000
3 中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川 绵阳 621900
4 北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191
中子偏置CT(computed tomography)扫描是一种有效的大尺寸样品层析检测方法,但投影数据截断会导致较大的CT系统转台旋转中心标定误差,严重影响成像质量。基于投影数据对称性原理,提出了一种计算旋转中心左侧和右侧投影数据和之间方差的偏置CT扫描旋转中心精确标定算法。设计了对称补数据重建算法和投影数据预处理重建算法,验证得到,对称补数据重建算法对旋转中心标定误差更为敏感,较小的误差值会导致补齐后投影数据出现拼接缝以及拼接错位问题。提出了一种中子投影数据噪声仿真方法,设计的三维仿真模体验证了所提标定算法与投影数据预处理重建算法在不同旋转中心偏置大小以及不同强度投影噪声条件下的性能优势。基于反应堆中子源开展了中子偏置CT扫描成像验证实验,获得了样品清晰的内外部结构细节,中子CT成像系统的成像视野扩大了31.4%。
计算机断层扫描成像 图像重建技术 中子 偏置扫描 旋转中心 
光学学报
2024, 44(3): 0334002
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Laser Plasma (MoE), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
2 IFSA Collaborative Innovation Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
3 Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
4 Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
5 Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application (MoE), Institute of Modern Physics, Fudan University, Shanghai, China
Fast neutron absorption spectroscopy is widely used in the study of nuclear structure and element analysis. However, due to the traditional neutron source pulse duration being of the order of nanoseconds, it is difficult to obtain a high-resolution absorption spectrum. Thus, we present a method of ultrahigh energy-resolution absorption spectroscopy via a high repetition rate, picosecond duration pulsed neutron source driven by a terawatt laser. The technology of single neutron count is used, which results in easily distinguishing the width of approximately 20 keV at 2 MeV and an asymmetric shape of the neutron absorption peak. The absorption spectroscopy based on a laser neutron source has one order of magnitude higher energy-resolution power than the state-of-the-art traditional neutron sources, which could be of benefit for precisely measuring nuclear structure data.
fast neutron absorption spectroscopy laser plasma accelerator photo-nuclear neutrons single neutron count 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 01000e11
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Engineering Physics, Air Force Institute of Technology, WPAFB, OH, USA
2 Physics Department, Marietta College, Marietta, OH, USA
3 Department of Physics, The Ohio State University, Columbus, OH, USA
4 Department of Materials Science and Engineering, and Department of Electrical and Computer Science, The Ohio State University, Columbus, OH, USA
5 Intense Energy Solutions, LLC, Plain City, OH, USA
We present detailed characterization of laser-driven fusion and neutron production ( $\sim {10}^5$ /second) using 8 mJ, 40 fs laser pulses on a thin (<1 μm) D ${}_2$ O liquid sheet employing a measurement suite. At relativistic intensity ( $\sim 5\times {10}^{18}$ W/cm ${}^2$ ) and high repetition rate (1 kHz), the system produces deuterium–deuterium (D-D) fusion, allowing for consistent neutron generation. Evidence of D-D fusion neutron production is verified by a measurement suite with three independent detection systems: an EJ-309 organic scintillator with pulse-shape discrimination, a ${}^3\mathrm{He}$ proportional counter and a set of 36 bubble detectors. Time-of-flight analysis of the scintillator data shows the energy of the produced neutrons to be consistent with 2.45 MeV. Particle-in-cell simulations using the WarpX code support significant neutron production from D-D fusion events in the laser–target interaction region. This high-repetition-rate laser-driven neutron source could provide a low-cost, on-demand test bed for radiation hardening and imaging applications.
high-repetition-rate laser-driven fusion laser–plasma interaction liquid target neutron detectors 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e2
作者单位
摘要
中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室,四川 绵阳 621900
短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点,在创新研究和应用方面显示出独特潜力,得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状,特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先,介绍了激光中子源束流品质提升方面的研究工作。其中,产额提升是激光中子源研究以及实现相关应用的首要问题。当前的研究主要通过反应通道选择、离子加速优化等技术途径来实现激光中子源产额的提升。除了产额提升之外,人们还格外关注激光中子源的方向性提升,提出了削裂反应、逆反应动力学等新方案。其次,介绍了激光中子源参数的诊断方法与现状。通过对激光中子源能谱、角分布、脉宽和源尺寸等参数的精密表征,人们对激光中子源的特性有了更全面的了解,这有力支撑了其应用。最后,回顾了激光中子源目前已开展的应用演示实验。激光中子源适用于部分与传统中子源类似的应用场景,同时基于激光中子源超短脉冲、超高通量等新特性有望拓展出新的独特应用。
激光光学 激光离子加速 激光中子源 超短脉冲激光 
中国激光
2024, 51(1): 0101004
应红 1,4温阿利 2,*周岁茹 3海雪 2[ ... ]黄鹤飞 2
作者单位
摘要
1 苏州热工研究院有限公司苏州 215004
2 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
3 西南石油大学 新能源与材料学院成都 610500
4 国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心苏州 215004
镍、铁和钨基合金常被用来作为反应堆的候选结构材料,在反应堆中面临中子辐照的严苛服役环境。本文采用分子动力学方法研究了金属镍、铁、钨三种金属材料的辐照级联过程,获得材料在不同温度(300?500 K)下、不同初级碰撞原子(Primary Knock-on Atom,PKA)能量(<20 keV)沿不同晶格方向(<135>、<122>和<100>)入射的辐照级联损伤过程。结果表明:金属镍和铁的稳态辐照缺陷数相当,当PKA能量较低(<5 keV)时,金属镍的稳态缺陷数比金属铁略少;而当PKA能量较高(>5 keV)时,金属镍的稳态缺陷数逐渐超过铁;在相同辐照条件下,金属钨的稳态辐照缺陷数最少,表现出更为良好的抗辐照性能。通过分析三种金属辐照级联过程中不同阶段的缺陷复合率及缺陷存活率,进一步理解其耐辐照损伤能力的差异。相关计算结果为理解不同金属的辐照性能提供数据支撑,作为金属初级辐照损伤数据集,为更大尺度的速率理论和团簇动力学等模拟材料辐照效应提供微观缺陷结构和参数。
   中子辐照 初级辐照损伤 分子动力学 Nickel Iron Tungsten Neutron irradiation Primary radiation damage Molecular dynamics 
核技术
2023, 46(12): 120301
伍华杰 1,2甘佺 3,4,5,*吕永强 4,5汪启宏 4,5[ ... ]凤麟核团队 1
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院合肥 230031
2 中国科学技术大学合肥 230026
3 中科超睿技术有限公司青岛 266041
4 中子科学国际研究院青岛 266199
5 山东省中子科学技术重点实验室青岛 266199
中子照相系统因其特定的成像结构,使得成像后的中子照相图像不可避免地存在几何不锐度。为提升中子照相图像的质量,本文提出一种基于改进Richardson–Lucy算法的中子照相图像几何不锐度修正方法,该方法首先根据几何不锐度的形成原理构建点扩散函数,然后通过拉普拉斯算子和中值滤波方法去除图像中的γ白斑噪声,最后采用Richardson–Lucy算法对图像进行复原。采用线对模板样品进行测试,并与4种现有的中子照相图像几何不锐度修正算法进行对比,验证了本文算法可将衡量中子照相图像几何不锐度修正效果的平均梯度、空间频率指标分别提升60.23%和29.90%,能够实现几何不锐度的修正,同时解决图像复原过程中γ白斑噪声的放大问题,为实现高分辨率的中子照相提供重要技术支撑。
中子照相图像 图像复原 几何不锐度 Richardson–Lucy算法 高分辨率 Neutron photographic image Image restoration Geometric unsharpness Richardson–Lucy algorithm High resolution 
核技术
2023, 46(12): 120203

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