某型虚拟冲击器的设计及数值模拟

虚拟冲击器能够吸入空气中的气溶胶并收集特定粒径的颗粒。一般来说,常用的虚拟冲击器的切割粒径较大,工作流量也较大,对于某些限制流量的工况可能不适用。在本研究中,开发了一种新型多缝虚拟冲击器,且喷嘴附近注入清洁空气,能够减小气溶胶在冲击器内的损失。通过数值模拟的方法分析该虚拟冲击器的性能,结果表明,即使总流量为36 L/min,也能获得0.08 atm的低压降,利用具有清洁空气的狭缝喷嘴虚拟冲击器,可将切割粒径降到0.2~0.4 μm,并以1.8 L/min的流量收集起来。     

220Rn子体气溶胶粒径分布测量的方法研究

应用ELPI系统、α谱仪和能量甄别法测量程序,建立了1套²²⁰Rn子体气溶胶活度粒径分布的测量方法;利用该方法收集了南华大学²²⁰Rn实验室不同粒径的²²⁰Rn子体气溶胶,并进行了²²⁰Rn子体气溶胶活度粒径分布测量。实验结果表明：ThB气溶胶的活度中位粒径(AMAD)平均值为237 nm,ThC气溶胶的AMAD平均值为245 nm。该方法简便易行、测量周期短,能实时得到²²⁰Rn子体气溶胶粒子数粒径分布的情况,能同时得到ThB和ThC气溶胶的活度粒径分布情况,且能谱法的测量精度也相对较高。     

微流体惯性冲击器过滤性能模拟计算

用微流体惯性冲击器收集μm尺寸气溶胶颗粒是一种新型的过滤方式,弥补了现有过滤收集方式的不足,已有学者进行了可行性论证,但气流在现有的T型惯性冲击器内压力损失较大且冲击器的加工工艺较为繁琐。本文设计并研究了一种新型微流体惯性冲击器,采用CFD软件对微流体惯性冲击器的过滤性能进行了数值模拟。建立了数学模型,对气相采用层流模型,对颗粒相采用离散相模型(DPM)。通过模拟计算,分析了不同尺寸的微流体惯性冲击器对粒子收集效率的影响。结果表明,冲击器转折角和尺寸D对收集效率均有较大影响:转折角越小,收集效率越高;当D≤1/2时,效率曲线基本不变。     

一种调控氡子体平衡因子的高浓度单分散性气溶胶发生器的研制

为了满足氡室内氡子体辐射场的调控要求,结合蒸发冷凝法的原理,利用电子烟发生器产生的癸二酸二辛酯(DEHS)与雾化器产生的NaCl颗粒结合再冷凝的方法,研制了高浓度单分散的气溶胶发生器。将该发生器应用于中国计量科学研究院20 m³氡室,充胶1分钟后气溶胶浓度最高可达到2.26×10⁵ cm^-3,平均粒径156.8 nm,单分散性1.38,氡室内氡子体平衡因子可调控达到0.65。     

PMS-500 可吸入颗粒物采样器的研制和性能测试

研制了用于环境中可吸入颗粒物(PM10)采样的 PMS-500 采样器.采样器运行流量为560 m3/h,采用变频技术控制流量稳定,用聚丙烯纤维滤材作为PM10的收集介质.设计了一种矩形喷嘴撞击器作为PM10切割器,撞击器的收集介质为容尘量较大的聚氨酯泡沫.对采样器的性能测试结果为切割器的切割粒径为9.9 μm,捕集效率曲线的几何标准偏差为1.4;采样期间流量波动在±2%之内;双层滤材对0.2 μm气溶胶的收集效率不小于99%.采样器可方便地拆分为三部分,机动性较好.本采样器与市售大流量PM10采样器的采样效率相当,其性能可以满足环保行业对PM10采样的要求.     

Tu对氡析出率测量的影响

采用局部静态法测量介质表面的氡析出率时，受表面同时析出Tu的影响，测量值可能偏高。由于Tu子体^216Po的半衰期T1/2=0.15s，在设计氡析出率测量装置时，合理选择采样器高度可有效减小甚至克服Tu对氡析出率的测量影响。用采样截面为φ188mm，高125mm、内加静电场（由直流电源或驻极体产生）的采样器，采样周期分别为1、2和3h，被测介质表面Tu析出率比氡的高2个数量级条件下，研究了氡析出率受Tu干扰的程度。理论计算结果表明：采用CR－39固体核径迹探测器的驻极体多功能快速测氡仪和电源式多功能快速测氡仪测量氡析出率时，测量结果受Tu的干扰可能偏大35．5％，而采用金硅面垒作探测器的PCMR－1连续测氡仪测量，氡析出率受Tu的干扰可忽略不计。     

对氡析出率测量的影响

采用局部静态法测量介质表面的氡析出率时 ,受表面同时析出 土气的影响 ,测量值可能偏高。由于土气子体 2 16Po的半衰期T1/2 =0 .1 5s,在设计氡析出率测量装置时 ,合理选择采样器高度可有效减小甚至克服 土气对氡析出率的测量影响。用采样截面为1 88mm、高 1 2 5mm、内加静电场 (由直流电源或驻极体产生 )的采样器 ,采样周期分别为 1、2和 3h ,被测介质表面 土气析出率比氡的高 2个数量级条件下 ,研究了氡析出率受 土气干扰的程度。理论计算结果表明 :采用CR 39固体核径迹探测器的驻极体多功能快速测氡仪和电源式多功能快速测氡仪测量氡析出率时 ,测量结果受 土气的干扰可能偏大 35 5 % ,而采用金硅面垒作探测器的PCMR 1连续测氡仪测量 ,氡析出率受 土气的干扰可忽略不计。     

包头市天然放射性环境调查与评价

对包头市城区陆地γ辐射空气吸收剂量率和空气中氡、气土及其子体浓度进行了测量。其中γ辐射空气吸收剂量率瞬时测量平均值为62.5 nGy/h,累积测量平均值为100.7 nGy/h,累积剂量扣除宇宙射线响应值后与瞬时剂量结果一致,与包头市2006年航测结果值(60 nGy/h)相当。气溶胶中氡子体α潜能值12.88 nJ/m³,气土子体α潜能值9.55 nJ/m³,两种子体的α潜能值均在标准限值范围内。通过对照射剂量估算,城区外照射年有效剂量为0.58 mSv,内照射年有效剂量为1.29 mSv,数值略高于全国和世界平均水平,在同水平范围内。包头市城区放射性环境有效剂量未超过规定限值,不会对公众健康造成不良影响。     

成都市某办公场所室内氡活度浓度水平调查及污染研究

采用固体径迹蚀刻法和瞬时法对成都某办公场所室内氡活度浓度展开调查研究。结果表明:该办公场所室内累积氡活度浓度的范围为10.82～102.50 Bq/m³,算术平均值为(36.56±17.38)Bq/m³,低于全国和世界平均水平。调查研究证实了玻璃墙体和橡胶地面等新型装修材料可有效减少室内氡,验证了通风是降低室内氡活度浓度的有效措施。研究发现,环境空气质量中高浓度的PM_2.5和PM₁₀对办公场所室内和户外氡活度浓度水平均会产生影响。通过发现污染并处理低本底实验室内的氡活度浓度异常给出建议:避免放射性核素浓度较高的样品暂存于测试设备附近;为降低氡及子体对测试的干扰,提高分析结果的准确度,建议升级改造低本底实验室的新风系统。     

热老化对20Cr25NiNb不锈钢冲击韧性的影响研究

针对长时间高温下合金力学性能退化问题，开展超临界气冷堆候选包壳材料的热老化研究。对改进型气冷堆用原型20Cr25NiNb不锈钢和添加不同元素的改进型合金，开展650℃下3000 h热老化试验。组织和性能结果表明，所有合金的冲击吸收能量(KV₂)均随热老化进行而下降。这种塑性降低与高温下第二相演化密切相关。沿晶界先后析出M₂₃C₆和G相导致原型合金冲击韧性先下降再缓慢上升。添加W和Mo元素后，沿晶界析出Laves和σ相，引起KV₂下降更快；B元素可细化晶界σ相，使得冲击韧性下降幅度小于不含B元素。加入Al元素后，合金基体中析出大量Laves和NiAl相，同时晶界σ相快速粗化，导致材料脆化严重。     

地浸采铀钻孔场区氡致周边辐射环境影响研究

氡是铀矿采冶过程中释放的主要气载放射性流出物，地浸钻孔场区的氡释放主要来源于抽液孔，传统高斯模型对此类源项的适用性有限。用CFD方法建立大气扩散数学模型耦合求解，探究了实际地形、氡源项和2019年的气象数据下某典型地浸铀矿山钻孔场区及周边近地面核素氡的浓度分布特征，并由个人剂量年均分布数学模型计算得到其所致的公众年有效剂量。结果表明：地形和大气风速对钻孔场区氡的迁移扩散具有重要的影响，风速占主导作用，风速越大，氡浓度越小，低地势凹洼处易造成排放源附近氡的积聚，局部污染较重；近地面氡的分布范围主要受风速和风向频率的协同作用影响，且随风速和风频的增大而变大；氡浓度衰减速度与扩散距离呈正相关性，但钻孔场区各抽液孔排放氡浓度水平较低，对环境氡浓度贡献值较小，对周边环境和公众辐射影响较小，其所致的个人剂量均不大于0.001 1 mSv·a^-1。研究结果可为地浸铀矿山钻孔场区布置和辐射安全距离的确定提供理论支持。     

杭州地区大气210Pb与210Po水平及所致公众剂量评价

大气中的²¹⁰Pb与²¹⁰Po,主要来自地表土壤氡的衰变,是铀系最后两个长寿命子体。为测量大气²¹⁰Pb与²¹⁰Po水平,研究建立了以²⁰⁶Pb为载体、离子交换为分离手段的²¹⁰Pb方法,以及以²⁰⁹Po为示踪剂加α能谱的²¹⁰Po方法。运用所建立的分析方法,对杭州地区开展了大气气溶胶²¹⁰Pb与²¹⁰Po水平分析。2012年连续监测结果表明,杭州地区大气²¹⁰Pb年平均水平为(1.31±0.69)mBq/m³,范围为0.12～2.74 mBq/m³;²¹⁰Po年平均水平为(0.29±0.18)mBq/m³,范围为0.06～0.89 mBq/m³。杭州地区大气²¹⁰Pb与²¹⁰Po水平与国内其它城市较为一致,比欧美约偏高一个量级。根据监测结果,对大气²¹⁰Pb与²¹⁰Po以吸入方式所致公众待积有效剂量作了初步估算,公众剂量水平为1.5～13.8 μSv/a,平均剂量为7.0 μSv/a。     

盐酸溶液中Fe3+的水解聚合边界条件

为了模拟Pu⁴⁺水解聚合行为，采用动态光散射法研究了盐酸溶液中Fe³⁺水解聚合边界条件，并采用热力学软件HSC Chemistry 6.0模拟计算了水解聚合过程中一些热力学函数值的变化。结果表明：在Fe³⁺发生水解聚合反应时，溶液中的c₀(H⁺)、c(Fe³⁺)和温度之间存在一定的关联性，提高Fe³⁺浓度和升高温度会促进Fe³⁺水解聚合反应；聚合胶体粒径随着Fe³⁺浓度和温度升高而分布越广，且测得中值粒径在100~1 000 nm。     

盐酸溶液中Fe3+的水解聚合边界条件

为了模拟Pu⁴⁺水解聚合行为，采用动态光散射法研究了盐酸溶液中Fe³⁺水解聚合边界条件，并采用热力学软件HSC Chemistry 6.0模拟计算了水解聚合过程中一些热力学函数值的变化。结果表明：在Fe³⁺发生水解聚合反应时，溶液中的c₀(H⁺)、c(Fe³⁺)和温度之间存在一定的关联性，提高Fe³⁺浓度和升高温度会促进Fe³⁺水解聚合反应；聚合胶体粒径随着Fe³⁺浓度和温度升高而分布越广，且测得中值粒径在100~1 000 nm。     

γ辐照和热作用下硅基磷钼酸铵对Cs的吸附行为

采用旋转蒸发减压法将磷钼酸铵（AMP）担载入多孔SiO₂中制备复合吸附剂,研究了其在⁶⁰Co γ辐照、温度、共存离子等条件下对Cs(Ⅰ)的吸附性能影响。结果表明：吸附剂粒径为90 μm,平均孔径18 nm;400 ℃附近AMP发生明显的热解反应,（2 2 0）晶面的21.62°峰强减弱,同时检测到MoO₃的产生。γ辐照会引起部分AMP由晶相转变为非晶相,经计算在吸收100 kGy剂量后吸附剂是平均晶粒尺寸为383Å（1 Å=0.1 nm）、边长为11.6 Å的正方体晶胞,但辐照对Cs(Ⅰ)的饱和吸附容量和分配系数的影响较小。吸附剂在0.1~7.0 mol/L HNO₃的模拟废液中对Cs(Ⅰ)的吸附选择性强,吸附过程为离子交换、符合Langmuir吸附模型。     

多孔石墨相氮化碳的制备及对U(Ⅵ)的吸附机理研究

以三聚氰胺为原料、碳酸钙为辅助模板,采用热聚合法对石墨相氮化碳（g-C₃N₄）进行改性,制备了多孔石墨相氮化碳（PCN）材料,研究了g-C₃N₄改性前后对U(Ⅵ)的吸附效果,并利用SEM、BET、FT-IR、XPS等表征手段对PCN吸附U(Ⅵ)的机理进行了分析。结果表明：PCN比表面积显著增大（58.5 m²/g）,约为g-C₃N₄的4倍;在初始pH=5、吸附时间2 h、U(Ⅵ)初始浓度10 mg/L、PCN用量0.2 g/L、温度303 K条件下,PCN对U(Ⅵ)的最大吸附量为92 mg/g;整个吸附过程符合准二级动力学方程以及Langmuir等温吸附模型;此外,升高温度有利于PCN对U(Ⅵ)的吸附。FT-IR、XPS表征结果表明,PCN中的含氮基团参与了PCN对U(Ⅵ)的吸附去除。     

气溶胶中F和Na分析的外束质子诱发γ射线激发曲线测量

在大气颗粒物离子束分析中,质子诱发γ射线分析（PIGE）作为质子诱发X荧光发射（PIXE）的补充方法,通常用于分析轻元素。为得到外束PIGE定量分析气溶胶样品中F和Na元素的最佳实验条件,本工作在北京师范大学串列加速器上测定了质子能量在1.8～2.9 MeV范围内,核反应¹⁹F(p,p’γ)¹⁹F（E_γ=110 keV和197 keV）和 ²³Na(p,p’γ)²³Na(E_γ=440 keV)的γ射线激发函数。     

萃取色层法测定90Sr时消除210Bi干扰的修正方法

²¹⁰Bi是环境样品分析⁹⁰Sr过程中最重要的干扰核素之一。在二（2-乙基己基）磷酸酯(Bis（2-ethylhexyl）phosphate,HDEHP)萃取色层法分析⁹⁰Sr过程中,通过对淋洗液分段收集、测量并绘制淋洗曲线,发现铋、钇完全被吸附在色层柱上且二者无法完全分离,导致⁹⁰Sr测量结果偏高。对于部分环境样品（如土壤、气溶胶等）,²¹⁰Pb-²¹⁰Bi的含量远高于⁹⁰Sr-⁹⁰Y,必须采取进一步的除铋措施。过柱分离后残留的²¹⁰Bi可以通过Bi₂S₃沉淀的方法去除;未进行Bi₂S₃沉淀除铋或除铋不完全时²¹⁰Bi仍有残留。因此推荐一种利用衰变规律通过对样品源重复测量、运用公式修正的方法消除²¹⁰Bi干扰。试验结果表明：²¹⁰Bi与<...     

陆地用60W级241AmO2放射性同位素温差发电器的输出电性能计算及安全性分析

放射性同位素温差发电器(radioisotope thermoelectric generator, RTG)具有寿命长、环境适应性强等优点，可广泛应用于海、陆、空中的复杂场景。其中，为陆地设备供电是RTG的一个重要工程应用领域。²⁴¹AmO₂由于具有半衰期长，获取渠道广泛，剂量率低等优点，可作为陆地用RTG能源供给的来源之一。本研究设计一款60 W级²⁴¹AmO₂驱动放射性同位素温差发电器，并基于ANSYS有限元分析软件，计算其在陆地中不同环境温度下应用时的电性能和安全性。计算结果显示，环境温度影响²⁴¹AmO₂-RTG的最大输出功率和温度分布，当环境温度为-60～50℃时，其最大输出功率最低为66.0 W,最高可达75.7 W,源芯最高温度为789℃,热电模块热端最高温度为717℃。输出电性能和源芯温度满足设计指标及安全需求。     

用于铀微粒年龄测量的铀钍氧化物混合微粒SIMS测量研究

放射性材料的年龄信息是一项重要的溯源指纹特征,铀微粒年龄测量研究对于核取证技术应用具有重要意义。本工作通过使用二次离子质谱（SIMS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测量自制单分散铀钍氧化物混合微粒获得了单个微米级微粒中铀钍比值的相对灵敏度因子（RSF_Th/U）,结合扫描电子显微镜（SEM）等常规分析技术,确定了最佳测量条件,探索了微米级铀钍混合微粒的SIMS测量方法。测量结果表明,对于粒径为2~3 μm的混合微粒,不同微粒间²³²Th/²³⁸U比值的相对标准偏差小于3%(n=12),平均RSF_Th/U为1.259±0.032。通过测量年龄已知的铀同位素固体标准物质CRM970对RSF_Th/U进行了验证。结果表明,对于粒径为5~10 μm的CRM970铀粉末样品,年龄测量结果准确,相对标准偏差为3%(n=16)。该方法受干扰信号影响较小,测量结果稳定,可用于微米级铀微粒年龄的测量。