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[硕士论文] 于浩洋
核科学与技术;辐射防护环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
[硕士论文] 常纯卉
核科学与技术;辐射防护环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
[硕士论文] 马蕾
辐射防护环境保护 解放军军事医学科学院;中国人民解放军军事医学科学院 2017(学位年度)
摘要:电离辐射在工业生产、科学研究和医疗卫生等领域中的应用发展迅速,为保证在电离辐射应用中剂量监测的准确性和可靠性,研制性能稳定、适用于不同应用场合的电离辐射剂量计尤为重要。近年来,利用电子自旋共振(ESR)技术,通过检测电离辐射诱发的自由基等顺磁性成分来确定辐射剂量,即ESR剂量方法得到了广泛的研究和重视,有些已形成了标准剂量学方法并在实际中应用,如丙氨酸ESR剂量测量方法。
  羟基磷灰石(HAP)是一种与牙釉质成分和结构相似的生物活性材料[1],分子式为Ca10(PO4)6(OH)2,生物组织等效性好[2],与牙釉质类似,辐射后会在HAP中产生剂量相关的稳定自由基CO2?基团[3]。所以,利用不同掺杂方法改造羟基磷灰石的结构成为研究新型剂量计材料的重要途径。对于用作剂量计的材料,其剂量学性能在各种环境条件下的稳定性是评价和确定该材料实用性的重要因素。本论文研究目的是探索本实验室新合成的一种含碳酸根羟基磷灰石(CHAP)剂量计材料剂量学性能的稳定性其样品成型和ESR定量分析方法,为其后期的工艺优化和在未来应用中样品储存和运输条件的控制奠定基础。主要研究内容、方法和结果如下:
  1、建立剂量计元件。选用实验室自主合成的CHAP粉末样品,采用定型压片技术,对粘合辅料进行了筛选与测定,探索出剂量计材料与辅料配比后不同性能其成型的最佳方案,每片样品厚度为4.2 mm,直径为2.7 mm,质量约30 mg。实际测量样品由2片压片组成。对压片与粉末态样品的ESR波谱信号特性进行了比较,在吸收剂量较高时,压片对信号强度影响不明显,但可改善测量分散性;对于小规模实验和大剂量应用,为了简化过程,可以选择粉末样品直接测量;如需长期贮存和提高剂量计测量过程的可控性,应采用定型压片技术。
  2、建立实用的ESR测量方法。以片状CHAP剂量计样品为研究对象进行ESR定量分析,为保证信号的高信噪比,又不影响信号的分辨率,同时兼顾较宽剂量范围导致的信号幅度变化大,信号可能饱和等因素,主要考察了调制幅度、微波功率、扫描时间以时间常数对测量效果的影响;为克服仪器状态波动,通过实验确定了用沥青(weak p itc h)作为测量过程校准样品。最终确定最佳测量条件为,调制频率100kHz,增益4.9×104,扫场宽度200G,微波功率10 mW,调制幅度2Gs,扫描时间60s,时间常数20 ms。
  3、CHAP剂量计材料性能稳定性研究。将CHAP片状剂量计样品经60 C o-γ射线照射后分别贮存于不同温度、湿度和不同光照背景条件下,采用ESR技术,分时段测量辐射诱发的自由基信号并对ESR波谱进行定量分析,在实验观测的3个月内,各分组样品的信号强度未发生明显衰减,但不同贮存条件对信号的测量过程分散性有一定影响:如以测量值相对均值的最大偏差来评价测量效果,当剂量计材料在4℃或室温下保存,信号变化均小于3%;40℃保存时,信号变化约13%;室温下当湿度低于36%时,信号变化小于2%;室温湿度为76%的高湿度组,信号变化约8%;在平均照度1600lux光照条件下,信号变化小于3.8%;在避光条件下,信号变化小于3.4%。在室温自然环境条件下,该剂量计材料剂量学性能未发生显著变化,且较强的光照对样品信号的影响不明显;样品在室温下存放1年(380天)以上,其信号变化小于4.8%,以拟合的指数衰减曲线的时间常数评价信号的衰减性,其衰减常数只有3×10?6,说明该剂量计材料长期存放相对比较稳定。
  结论:
  本工作探索了CHAP剂量计材料的压片成型方法、最佳尺寸和适合的粘合剂材料配比,建立的方法使样品质量稳定,批次间差异小,可操作性强,人为因素影响小,并且保证剂量计有一致的力学强度尺寸上的复现性,从而提高了剂量计的测量精度与效率;更重要的是,利用这种方法有助于降低剂量测量下限,更适于较低剂量的辐射测量应用。
  本工作在各种不同的实验环境条件下,对自主合成的含碳酸根羟基磷灰石剂量计材料中辐照产生的ES R信号特性进行了系统研究,观测时间达3个月(91天)。初步结果表明,该剂量计材料在室温或40℃以下保存,辐射诱发的自由基信号强度没有明显衰减现象。在湿度为76%时(模拟高湿度环境),信号波动增加,但并未表现出明显的信号衰减现象。为减少高湿度可能带来的影响,在测量前,可将样品在干燥环境中放置一定时间,或将样品密封保存,以减少测量误差。自然光照或较强的日光灯照射,对样品信号的影响均不明显。室温下长期储存(1年以上)未见信号明显衰减,表明该剂量计材料可以满足常规辐射加工或医学放疗剂量监测对剂量计性能运输条件的要求。高温或高湿环境对剂量计材料的测量过程会带来一定的影响,应在未来实际应用中加以考虑。对剂量计材料性能稳定性的初步实验研究结果,为其后期的应用和进一步改进材料的结构性能和制作工艺提供了参考。
[硕士论文] 范凯
辐射防护环境保护 解放军军事医学科学院;中国人民解放军军事医学科学院 2016(学位年度)
[硕士论文] 杜继星
辐射防护环境保护 解放军军事医学科学院;中国人民解放军军事医学科学院 2016(学位年度)
[硕士论文] 李龙
辐射防护环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2016(学位年度)
摘要:超临界水堆是最具发展前景的四代堆型之一,具有系统简单、热效率高等显著优势。国内外已提出许多超临界水堆的概念设计,并进行大量的基础研究。其中,超临界水热中子散射问题其相应数据库的研究尚未进行,这是反应堆物理的基础数据。超临界水中的中子热化效应会影响反应堆的中子能谱、有效增殖因数等参数,进而对反应堆中子学计算、堆芯物理设计产生影响。
  本文提出了基于IKE模型的超临界水中子热散射研究的课题,IKE模型是研究轻水中子热散射问题较为成熟的模型。但对于超临界状态下的水,其性质相比常温常压水有很大不同。通过对超临界水性质的大量调研发现,随着温度的升高,水分子间的氢键作用不断减弱,超临界状态下水分子间的氢键数量显著降低。这会对水分子的受阻转动、平移运动以振动产生影响,进而影响散射核模型的精确计算以散射截面的准确性。通过相应的理论推导,确定了IKE模型的基础参数,如水分子频谱、离散振动能量平移权重等。这些参数在超临界态下会发生变化,需要进行相应研究。
  通过Materials Studio软件对超临界水的性质进行研究,计算了超临界状态下水分子的频谱,结合国际上对于超临界水拉曼光谱的研究成果,通过修改超临界水分子频谱、离散振动能量平移权重等,对IKE模型进行修正,使之适用于超临界水热中子散射研究。采用Fortran进行程序研发,实现修正IKE模型的数值求解,通过与评价核数据NJOY计算结果的对比,证明了修正IKE模型求解程序的准确性。
  研制超临界水热中子散射库并进行检验,将制作的超临界水散射律文件与评价核数据库中的散射律文件通过N JOY程序加工生成ACE格式热化库,通过自设例题的方式,采用蒙卡程序cosRMC进行计算分析。通过对多个自设例题的计算发现,热谱例题中超临界水热化效应对k∞的影响较大,而在快谱例题中热化效应并不重要;相比其他参数,超临界水分子频谱对k∞的影响较大。在超临界水堆的相关设计中,要保证更高的反应堆物理计算精度,则需要精确的超临界水分子频谱来修正IKE模型以制作超临界水热中子散射库;此外,不同温度下超临界水的密度会发生变化,在输运计算过程中需要进行考虑。
  综上所述,本文通过对IKE模型的修正计算初步研制了超临界水热中子散射库,并进行检验。论文工作的开展对中子在超临界水堆研究中核数据库的更新工作做了的铺垫,对超临界水堆的相关研究具有一定的积极意义。
[硕士论文] 王昊
辐射防护环境保护 南京航空航天大学 2016(学位年度)
摘要:近年来,微机电系统(MEMS)发展迅速,已在军事、航空航天、生物医疗、工农业等领域发挥着重要作用。辐致伏特效应同位素电池具有高能量密度、长寿命、微型化、稳定性强、无需外界供给等特点,符合微能源的需求,可有效解决MEMS的能量供给问题,具有重要研究价值。本文围绕辐致伏特效应同位素电池的制备,以温度效应和真空度效应对同位素电池电学输出性能的影响开展了一系列的研究工作。本文的主要内容包括:
  1)基于辐致伏特效应同位素电池的工作原理、结构类型常用的放射源换能单元,采用微纳加工工艺制备硅换能单元,并通过PCB板的设计制备、配制导电银胶、焊接导线和加载放射源等过程制备得到不同类型的辐致伏特效应同位素电池样品。
  2)采用不同放射源和不同换能单元组合得到四种β辐致伏特效应同位素电池,研究温度对不同类型电池输出性能的影响。随温度升高,同位素电池的短路电流密度略微增加、开路电压变小。不同类型的电池受温度影响作用有所不同,开路电压的温度变化率主要受换能单元材料和放射源种类的影响。在近似线性的温度区间,63Ni–Si、63Ni–GaAs、147Pm–Si和147Pm–GaAs四种类型电池的开路电压对应的温度变化率分别为-2.57、-5.30、-2.53和-4.90 mV/K。能量转换效率随温度升高而显著下降,随着温度交变循环作用次数增加,电池的输出性能逐渐下降。基于此性能测试,还针对硅基β辐致伏特效应同位素电池进行了换能单元制备工艺优化研究栅型上电极表面结构优化设计等探索工作。
  3)采用Geant4针对常用的β和α辐致伏特效应同位素电池研究了在放射源与换能单元之间的不同空气间隙厚度下,同位素电池所处环境的真空度对其性能输出的作用机制。通过计算得到63Ni-Si和241Am-Si两种电池中的辐射沉积能量随真空度的变化规律,即随着压强的增加,输出性能显示略微降低,然后以较快速度下降;进而获得电池电学性能参数与真空度之间的响应关系。此外,还利用了147Pm-Si电池进行了真空度效应的实验验证研究,所得实验结果也反映了真空度对电池性能影响较大。
  本文为辐致伏特效应同位素电池的制备,以环境中温度和真空度对同位素电池电学输出性能的影响的研究工作提供了依据,为适应特殊环境下放射源与换能单元的搭配组合的选择提供了重要参考价值,推动辐致伏特效应同位素电池离实际应用更近一步。
[硕士论文] 孟佳
辐射防护环境保护 南京航空航天大学 2016(学位年度)
摘要:核安全是核电可持续发展的前提保障。采用无人机进行核事故环境监测是一种快速有效的核应急手段。为了预判 NH-UAV无人机航空辐射监测系统在重大核事故下的适用性探测性能,本文以福岛核事故为研究背景,开展了NH-UAV系统处于核事故不同阶段的探测效率刻度最小可探测活度浓度研究。
  针对NH-UAV系统处于核事故早、中后期的放射性测量,本文分别建立了三个监测模型:
  1)核事故早期,考虑放射性污染仅来自大气环境中的放射性烟羽,研究了NH-UAV系统处于不同核事故、非均匀源项、不同水平探测位置、不同源项尺寸不同环境活度浓度条件下双探测器的探测效率刻度最小可探测活度浓度,并探讨了提高双探测器系统探测能力的措施;
  2)核事故中期,考虑放射性污染同时来自大气环境中的放射性烟羽云在地表的放射性沉降,研究了NH-UAV系统处于不同飞行高度、不同水平探测位置不同源项尺寸条件下双探测器的探测效率最小可探测活度浓度;
  3)核事故后期,考虑放射性污染的贡献仅来自于地表的放射性沉降,模拟NH-UAV系统处于不同飞行高度、不同水平探测位置不同源项尺寸条件下HPGe探测器的最小可探测限LaBr3探测器的最小可探测活度浓度。
  研究结果表明,NH-UAV系统适用于类似福岛核事故切尔诺贝利核事故这样重大放射环境中;NH-UAV系统可以工作于非均匀放射源项环境中;HPGe探测器存在测量阈值,对于364 keV662 keV能量的γ射线的活度浓度测量阈值分别为236 Bq m-3609 Bq m-3,而LaBr3探测器的最小可探测活度浓度不随外界环境中活度浓度的变化而改变;随着NH-UAV系统飞行高度的攀升,HPGe探测器的对核素的探测性能逐渐变好,而LaBr3探测器对核素的探测性能逐渐下降;NH-UAV系统越靠近源项中心,HPGe探测器的探测能力越低,而LaBr3探测器的探测能力变化正好相反;随着放射性源项尺寸的增加,HPGe探测器的探测灵敏度逐渐变差,而LaBr3探测器的探测灵敏度逐渐变好;增加系统的测量时间是提升双探测器探测性能的有效措施,同时,为HPGe探测器增加屏蔽体厚度也是降低其探测限的良好方法。
  本文的研究结果为处于核事故环境下的NH-UAV系统的活度浓度计算其探测性能评价提供了数据支持,并为该系统的原位测量提供了参考建议。
[硕士论文] 余谦
核科学与技术;辐射防护环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2016(学位年度)
摘要:近年来,随着核技术在核电站辐射监测领域的发展以无线传感技术在智能监控领域的广泛应用,智能化的辐射监测系统也成为各科研院所以核电业主的研究对象。如何有效、全面的对核电站工作环境下的各区域工艺流程进行辐射监测,减少事故工况下人工工作量等设计目标也极大的推动了无线传感技术在核电站的应用。
  为了满足核电站内辐射场范围更大,稳定性要求更强,安全性要求更高的监测需求,本文以无线传感技术在核电站的应用现状国内外各科研院所研究状况为可行性的理论基础,在充分分析核电站无线辐射监测系统特性的基础上,提出了一种基于无线传感网技术的核电站辐射场三维监测方法并搭建了系统模型。该系统着重解决了两点问题:
  一是设计、搭建了无线传感网络,优化了网络结构节点部署策略。比对研究后选择WirelessHART技术搭建无线网络模型,理论分析了其mesh网络结构的可靠性、安全性稳定性,试验验证了所研发的WirelessHART模块具有极低的功耗且组网操作简单的特性。针对于核电站辐射监测仪位置固定的情况,设计了双层网络模型,使用ILP(整数线性规划)方法定性分析了该网络功耗小、链路完整数据传输不丢包的约束条件,从而解决最少中继节点数目的部署策略问题。该网络模型可实现大范围的辐射剂量无线测量,能够保证各有效测量位置的测量结果可准确可靠的发送至数据接收终端。
  二是采用先进的超声波技术实现安全壳内外的无线通信。针对钢制安全壳对无线信号的屏蔽作用,分析了其通信距离短且速率要求低的无线通信需求,设计了以超声波为信号载体的无线通信系统。研发的频率40kHz、波特率2400bps的超声波发射接收模块,在模拟核电站安全壳的工况下,实验验证了该技术的可行性。该技术突破了无线技术在安全壳应用的瓶颈,避免了增加贯穿件对安全壳完整性的破坏。
  在以上两点技术的支撑下,结合所开发的三维实时重建软件,本文初步实现了“安全壳内数据监测——无线网络数据传输——超声波技术通信”的辐射场无线监测技术解决方案。
[硕士论文] 史镇玮
核科学与技术;辐射防护环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2016(学位年度)
摘要:中微子物理暗物质的寻找是近几年科学研究的热点,这种低本底高灵敏度的探测实验,需要高精度的反符合探测器(VETO)来减小宇宙线本底。阻性板探测器RPC(Resistive Plate Chamber)以其高性能、低成本可大面积制作等特点而被提出作为正建的江门中微子实验(JUNO)的反符合探测器。
  RPC是一种由两块平行的高阻抗板制成的气体探测器,因其在时间和位置上都有较好的分辨率以大面积制作成本低等优势,在高能物理和核物理领域都有着广泛的应用,比如在加速器和宇宙线探测中。早期的RPC是由电木板制作而成,尽管电阻率低,但是在工作中,电阻率会升高;而且,由于面向气室一侧的电木板表面要经过油性处理,RPC在相对较高的温度下会损坏。玻璃RPC相对于电木板RPC具有一系列的优点:玻璃具有较好的表面光洁度和较高的平整度,受环境因素影响小,可以很好地保持工作电场均匀性,使RPC工作状态稳定。但是普通玻璃制作的RPC易碎以在深地实验中存在易受潮腐蚀等问题,影响了性能稳定性寿命。
  针对上述玻璃RPC存在的问题,本文利用一种普通的浮法玻璃和三种强化玻璃制作了四块RPC,并进行了宇宙线性能测试。首先研究这四种玻璃的特性,得出三种强化玻璃有很好的强度和耐酸碱性以较高的体电阻率,制作完成RPC裸室。接着搭建所用的测试平台,然后测量由这四种玻璃制成的RPC探测效率、单计数率和暗电流。结果对比表明,这四种玻璃制成的RPC具有良好的性能,高电阻使RPC需要较高的电压达到效率坪区,也使其特别适合低本底的实验。根据实验测量结果,在江门中微子实验背景下,通过理论和模拟计算RPC模块不同触发模式下的效率、噪声偶然符合率和挑选μ子的纯度,从而得到模块中合理的RPC层数相应的触发模式,同时也为其他的深地实验的反符合探测器提供参考。
[硕士论文] 贾仁东
核科学与技术;辐射防护环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2016(学位年度)
摘要:分离-嬗变技术是将乏燃料中的有用核素和高放射性核素分离出来,将高放射性核素放入专门的反应堆中,对其进行中子照射,使其转变成低放射性核素、稳定核素或者高放射性的有用核素。本文主要研究在AP1000堆芯中嬗变MA核素对反应堆安全性能的影响。首先通过MCNP程序搭建AP1000堆芯,通过模拟参数使其达到临界。本文采用在燃料芯块周围添加MA涂层的方案将MA核素引入到堆芯中,这种MA涂层的方法可以提高MA嬗变率。本文根据MA涂层的不同厚度设计出11种方案。AP1000堆芯首循环根据燃料富集度不同分为三个燃料组件区域,本文根据MA嬗变棒引入堆芯的不同方式设计出7种方案。通过MCNP程序将这77种方案写入到搭建好的AP1000堆芯中。
  通过MCNP程序模拟每种方案的有效增殖因子,在相同MA核素添加质量的情况下本文选取有效增殖因子最大的方案,即对堆芯反应性影响最小的方案。通过比较各种方案,我们选取在堆芯最外围燃料富集度为4.45%燃料区域添加MA嬗变棒为优化方案。
  MA核素的引入会在一定程度上起到了类似堆芯毒物的作用,本文使用MA核素代替堆芯冷却剂中硼酸的作用。通过MCNP程序模拟计算了上述最优化方案中不同MA涂层厚度的方案所能替代的硼酸浓度。为了减小MA核素的引入对堆芯安全性能的影响,我们选取MA涂层厚度为0.002 cm方案为最优化方案。
  通过MCNP程序模拟计算得到堆芯添加MA核素后的中子通量,通过与正常堆芯对比,发现MA核素的引入不会对堆芯中子通量能谱产生影响。通过MCNP程序模拟计算得到堆芯的功率峰因子,通过比较MA核素添加前后的变化可以发现,由于MA核素的引入,堆芯的功率峰因子从1.5569增加到1.9847,且功率分布变得不均匀,这意味着MA核素的引入对堆芯安全性能造成一定程度的不利影响。
  通过NJOY和MCNP程序计算得到最优化MA添加方案的燃料温度系数和慢化剂温度系数,并通过和未添加MA核素的正常反应堆对比,我们发现最优化方案的燃料温度系数为负值,具有负反馈效应,但是绝对值比正常堆芯的燃料温度系数小,这意味着会降低堆芯的安全性能;所选取的最优化方案的慢化剂温度系数也是负值,具备负反馈效应,且绝对值比正常堆芯慢化剂温度系数大,这从一定程度上增加堆芯的安全性能。
  通过DRAGON程序我们对上述最优化MA核素添加方案进行燃耗计算,得出经过一年的燃耗周期MA核素的嬗变率为14.766%,每年可焚烧掉44kg的MA核素,相当于普通百万千瓦压水堆MA年产量的两倍。
[硕士论文] 宋文
核科学与核技术;辐射防护环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2016(学位年度)
摘要:在聚变堆水冷回路中,高温的冷却剂会腐蚀回路中的金属材料,生成金属氧化物形式的腐蚀产物。部分腐蚀产物释放到冷却剂中,并随冷却剂流经中子辐照区,在高通量的中子辐照下被活化成活化腐蚀产物(ACPs)。部分ACPs经冷却剂携带进入堆外设备或管道,形成堆外辐射场。研究表明活化腐蚀产物是聚变堆正常运行、停堆维修和LOCA事故工况下重要的堆外辐射场来源,它会对人员辐射防护、环境影响评估、放射性废物管理等产生重要影响。
  根据文献调研的结果,目前国内外开发的聚变堆ACPs源项分析程序,大多仅支持对特定运行工况、特定材料、特定核素和核反应进行计算,主要原因是没有形成一个通用型的数据库。考虑到聚变堆的运行工况、备选材料、核反应的多样性,对其进行精细的ACPs源项分析需要建立专门的数据库。本课题定位于开发一套数据全面、用户友好的聚变堆ACPs源项数据库,为自主开发的聚变堆ACPs源项分析程序CATE的应用和验证以中国聚变堆CFETR的工程设计和安全分析提供数据支持。
  本课题对聚变堆ACPs源项分析中涉到的材料成分、核反应类型、腐蚀速率等数据进行收集、整理、分析和处理,形成了包含4个子库的聚变堆ACPs源项数据库。随后将该数据库应用到了CATE程序中,采用ITER偏滤器冷却回路基准题,将CATE程序和PACTITER的计算值进行了对比。结果表明CATE程序的计算结果在量级和趋势上都是合理的。随后,基于所开发的数据库,对ACPs源项分析模型中是否考虑ACPs由于吸收中子而消失进行了专门研究,结果表明ACPs由于吸收中子而消失的量对ACPs活度的贡献非常小,可以予以忽略,从而使模型得到简化。
  此外,由于ACPs源项数据库中存储的参数种类繁杂、来源广泛,且当前阶段某些参数还存在较大的不确定性,可能对计算结果产生重要影响,因此需要对这些参数的灵敏性进行分析。本课题对现有的灵敏性分析方法进行了调研和比较,采用直接解耦方法计算了输入参数对输出结果的灵敏性。结果表明:通过控制净化系统相关参数以冷却剂流速和冷却回路温度可以减少排放到环境中的ACPs浓度和反应堆停堆维护的辐射剂量。
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