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基于磁控溅射的中子源靶钽中间层制备及性能优化
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作者 谢宇鹏 李竞伦 +6 位作者 张凡曦 孙秋宇 胡耀程 李晓博 王洁 李志峰 王盛 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第10期2150-2162,共13页
为了研究磁控溅射工艺参数对加速器中子源靶用钽中间层制备过程及性能的影响,以优化其微观特性、晶相结构和化学组成,从而为高性能中子源靶的制备提供理论依据。本文采用脉冲直流磁控溅射技术,通过调控占空比(30%~90%)、溅射压力(0.5~2 ... 为了研究磁控溅射工艺参数对加速器中子源靶用钽中间层制备过程及性能的影响,以优化其微观特性、晶相结构和化学组成,从而为高性能中子源靶的制备提供理论依据。本文采用脉冲直流磁控溅射技术,通过调控占空比(30%~90%)、溅射压力(0.5~2 Pa)和氩气流量(10~50 SCCM)等关键工艺参数,在铜基板上沉积了一系列钽中间层。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征手段,系统分析了磁控溅射参数对钽中间层沉积行为及性能的影响规律。研究结果显示:占空比的改变会影响脉冲导通周期中的功率密度以及溅射钽原子的迁移率,而溅射压力和氩气流量的变化则会影响溅射粒子到达铜基板的过程中的碰撞行为,从而进一步影响钽层的沉积效果和相关结构。通过对不同参数下样品的表征分析,本文发现在占空比为90%、溅射压力为0.5 Pa和氩气流量为20 SCCM的工况下,可以获得具有平滑而致密的表面形貌、理想的晶体结构和化学组成的钽中间层样品,对于加速器中子源靶制备的研究和应用具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 磁控溅射 加速器中子源靶 钽中间层 占空比 溅射压力 氩气流量 参数优化 制备
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肺癌的硼中子俘获治疗方案优化研究
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作者 张天骄 马宝龙 +4 位作者 代雨奇 林兴洋 姜泉旭 王盛 李志峰 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第11期2378-2384,共7页
为降低硼中子俘获治疗技术应用于肺癌治疗的风险,提升治疗可行性并推进临床转化,本文采用蒙特卡罗模拟方法开展优化研究。基于蒙特卡罗软件构建肺癌患者人体模型,通过剂量-深度曲线分析了西交硼中子俘获治疗装置的治疗可行性;针对肺癌... 为降低硼中子俘获治疗技术应用于肺癌治疗的风险,提升治疗可行性并推进临床转化,本文采用蒙特卡罗模拟方法开展优化研究。基于蒙特卡罗软件构建肺癌患者人体模型,通过剂量-深度曲线分析了西交硼中子俘获治疗装置的治疗可行性;针对肺癌模型提出了优化治疗方案,确定了处方剂量60 Gy、3次分割为最佳参数;并为保护病人肺部的正常组织免受辐射损伤,设计了铅层与含硼聚乙烯复合屏蔽层。研究结果表明:经参数优化,得出含硼聚乙烯厚度3 cm、铅层1 cm、碳化硼含量10%时防护效果最优。本文提出的治疗方案与屏蔽层设计,可在保障肺癌治疗效果的同时有效保护正常组织,为硼中子俘获治疗技术在肺癌临床治疗中的应用提供重要参考依据。 展开更多
关键词 硼中子俘获治疗 肺癌 蒙特卡罗模拟 剂量学 处方剂量 屏蔽层 含硼聚乙烯
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不同扫描模式下中子源锂靶温度场的数值模拟
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作者 李竞伦 胡耀程 +3 位作者 苏浩泉 陈勇奇 李海鹏 王盛 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第10期200-209,共10页
针对加速器中子源锂靶在高功率束流照射下急剧升温易造成锂靶熔毁的问题,提出了一种“扩束+扫描”的束斑均匀化方案。首先,采用MATLAB软件模拟不同扫描模式下粒子在靶上的分布情况以及靶上的温度场分布;然后,通过FLUENT软件分析了不同... 针对加速器中子源锂靶在高功率束流照射下急剧升温易造成锂靶熔毁的问题,提出了一种“扩束+扫描”的束斑均匀化方案。首先,采用MATLAB软件模拟不同扫描模式下粒子在靶上的分布情况以及靶上的温度场分布;然后,通过FLUENT软件分析了不同初始束斑宽度对锂靶温度场的影响;最后,研究了不同扫描频率下锂靶的温度场变化。模拟结果表明:“扩束+扫描”的束斑均匀化方法能有效降低质子打靶时靶面的最高温度;锯齿波模式下靶上的粒子分布均匀性最佳,相较于正弦波与三角波模式,靶面最高温度分别降低了8%、2%;更小的初始束斑宽度和更高的扫描频率均能降低高功率束流打靶过程中锂靶表面的最高温度;最佳扫描策略是以扫描频率为300 Hz、长方形初始束斑宽度为30 mm的锯齿波模式进行扫描。该研究可为加速器中子源锂靶的设计提供参考。 展开更多
关键词 加速器中子源 锂靶 温度场 束斑 扫描模式
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脉冲束流下车载加速器中子源靶传热特性 被引量:2
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作者 胡耀程 范晶晶 +8 位作者 谢宇鹏 李晓博 李竞伦 张凡曦 苏浩泉 孙秋宇 杨一帆 李海鹏 王盛 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期84-93,共10页
为了研究不同脉冲束流频率下车载加速器中子源靶的传热特性及其热动态响应,通过调整脉冲束流的频率或脉宽对背部冷却微通道靶的传热性能进行模拟,并通过分析靶内部结构的热沉积分布,探究车载加速器中子源靶的热负载上限以及制约束流的... 为了研究不同脉冲束流频率下车载加速器中子源靶的传热特性及其热动态响应,通过调整脉冲束流的频率或脉宽对背部冷却微通道靶的传热性能进行模拟,并通过分析靶内部结构的热沉积分布,探究车载加速器中子源靶的热负载上限以及制约束流的因素。选用能量为2.5 MeV、峰值流强为10 mA的束流开展模拟,结果表明:当束流占空比保持在3%不变时,靶的最高温度呈周期波动,且存在上下包络;随着束流频率的上升,每个脉冲周期内靶的上包络温度逐渐下降,这是由于每个脉冲期间的热冲击下降所导致的;频率上升时,每个周期内加热时间与冷却时间同时缩短,导致其下包络温度在最开始增大后基本保持不变;靶的最高温度随着束流频率增加出现从锂层到中间层钽层的转移。该研究对于车载加速器中子源的束流参数选择和靶冷却设计具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 车载加速器中子源靶 脉冲束流 传热特性 占空比
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氘氘中子源超热中子场优化设计
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作者 姜泉旭 韩正 +6 位作者 林兴洋 杨尚晖 代雨奇 张天骄 陈田 马宝龙 王盛 《西安交通大学学报》 2025年第12期105-116,共12页
为获得适用于硼中子俘获治疗中子探测器性能验证的超热中子场,利用蒙特卡罗模拟和多目标优化算法,设计了基于氘氘中子源的束流整形体。首先,通过Geant4程序计算,确定了能量为200 keV氘离子轰击氘钛靶的中子源项特性;其次,以超热中子通... 为获得适用于硼中子俘获治疗中子探测器性能验证的超热中子场,利用蒙特卡罗模拟和多目标优化算法,设计了基于氘氘中子源的束流整形体。首先,通过Geant4程序计算,确定了能量为200 keV氘离子轰击氘钛靶的中子源项特性;其次,以超热中子通量最大化、快中子污染和热中子占比最小化为优化目标,结合MCNP6程序和遗传算法对基于氘氘中子源的束流整形体进行多目标优化;最后,采用三维水箱评价了束流的分布特性。研究结果表明:优化后的超热中子通量达2.65×10^(6)/(cm^(2)·s),快中子污染降至5.5×10^(-13) Gy·cm^(2),热中子占比为0.0134,均优于预期指标;束流整形体出口的中子场在空间分布上具有良好的对称性和指向性。该研究为探测器研制与标定提供了可靠的实验条件,同时也为硼中子俘获治疗装置的小型化设计提供了思路。 展开更多
关键词 氘氘中子源 蒙特卡罗模拟 遗传算法 超热中子场 束流整形体
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强流加速器中子源高能束流传输线的束流均匀化研究
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作者 苏浩泉 孔国庆 +7 位作者 李竞伦 潘文龙 陈勇奇 胡耀程 姜泉旭 杨京鹤 李海鹏 王盛 《西安交通大学学报》 2025年第12期92-104,共13页
为满足强流连续波运行模式下加速器中子源对高传输效率与束流均匀度的双重要求,开展了高能束流传输线(HEBT)的束流动力学设计与均匀化研究,提出了一种兼顾双靶供束与末端均匀展宽的HEBT结构优化方案。设计通过磁铁布局优化,实现了质子能... 为满足强流连续波运行模式下加速器中子源对高传输效率与束流均匀度的双重要求,开展了高能束流传输线(HEBT)的束流动力学设计与均匀化研究,提出了一种兼顾双靶供束与末端均匀展宽的HEBT结构优化方案。设计通过磁铁布局优化,实现了质子能量2.8 MeV、束流强度20 mA、束流占空比100%的质子束从加速器出口至靶终端的高效传输,传输效率超过99.90%。在终端段前引入1台双向偏转2极磁铁,实现对2个靶站的独立供束,显著提升了束流利用率。针对终端段空间紧凑的问题,通过在偏转磁铁后设计了由2组双单元4极磁铁和2台连续布置的8极磁铁构成的组合磁铁布局,在3.2 m空间内实现了x、y方向的均匀展宽,并在靶面上形成了边长约110 mm,均匀度超过90%的方形束斑,从而兼顾了高传输效率与高均匀度需求。通过调节终端段4极与8极磁铁参数,实现了在50~130 mm范围内灵活调控束斑尺寸,均匀度保持在86%以上。采用TraceWin进行多粒子追踪模拟,系统评估了该方案在非理想入射束流和磁铁误差条件下的稳定性。进一步引入束流位置监测器与校正磁铁的联合控制机制,建立反馈回路,实现了束流轨道的有效校正,降低误差对传输性能的影响。1000次随机误差模拟结果表明:该设计在多种工况下均能保持传输效率大于99.84%,均匀度大于80%,验证了其良好的误差容忍性与工程可实现性。 展开更多
关键词 加速器中子源 高能束流传输线 束流动力学 束流均匀化 8极磁铁
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