- 周子煊;郝艺迪;封常青;方竹君;刘树彬;
以人工神经网络为代表的机器学习算法目前已得到日益广泛的应用。当前主流的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片拥有丰富的逻辑资源与高速数据接口,并内置大量硬件乘法器等计算单元。相比基于CPU、GPU软件部署的复杂算法模型,利用FPGA可实现中小规模神经网络的硬件化部署,且具有低功耗、低延迟和高吞吐率等优势。近年来出现的高层次综合(High-Level Synthesis,HLS)技术,能够将采用高级编程语言编写的软件程序编译为数字逻辑电路描述,为神经网络算法的FPGA加速提供了便捷的手段。本文介绍了利用一款HLS工具——hls4ml实现神经网络算法编译综合、模型优化及FPGA部署的流程。同时围绕超级陶粲装置(STCF)触发系统关键技术预研中的主漂移室(MDC)三维径迹z向顶点重建需求,介绍了基于hls4ml的神经网络算法设计优化及FPGA加速的具体步骤。测试结果表明,该方法能够有效提升触发系统的实时处理能力,在保证算法精度的同时,显著降低了资源利用率,使神经网络的轻量化硬件部署成为现实。本文的研究为机器学习算法在大型粒子物理实验触发系统中的FPGA加速提供了参考范例。
2026年03期 v.46;No.322 297-308页 [查看摘要][在线阅读][下载 1134K] [下载次数：101 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 颜卓鑫;叶芝甫;姚菲;蔡凯;饶可;屈国普;
本研究旨在探讨探测器类型、晶格尺寸和计算网格对晶格放疗剂量验证的影响。设计五种晶格尺寸(1～3 cm)计划,采用四种计算网格(1～4 mm)进行计算。使用IBA公司的MatriXX电离室矩阵和瓦里安公司自携半导体矩阵测量,通过γ分析(设定四组评估标准)评估一致性,并检验多叶准直器到位精度和射野形状一致性。实验结果显示,半导体矩阵的γ通过率普遍优于MatriXX电离室,在四组γ分析标准下差异均有统计学意义(P<0.05)。半导体矩阵优势显著,γ通过率均≥93%。电离室矩阵小晶格验证通过率低,但大晶格(≥2.5 cm)下表现可靠。计算网格越细,越能保留剂量“峰”“谷”细节,此效应在小晶格中更明显。剂量验证准确性依赖于探测器类型、晶格尺寸与计算网格的匹配。小晶格推荐高分辨率探测器与细网格;大晶格可使用电离室矩阵与中等网格。本研究为晶格放疗剂量验证提供了依据。
2026年03期 v.46;No.322 309-316页 [查看摘要][在线阅读][下载 1026K] [下载次数：36 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李金柠;杨再宏;李奇特;王宬;边佳伟;刘承恩;
高分辨、高效率大型多中子探测谱仪是利用放射性核束研究丰中子原子核奇特结构的关键设备。针对谱仪研发过程中的测试需求,本工作发展了利用阻性板气体室(Resistive Plate Chamber,RPC)对塑料闪烁体探测单元进行刻度与性能测试的实验方法,搭建了双RPC测试平台,并基于该平台开展了塑料闪烁体样品的宇宙线测试。实验结果验证了基于RPC进行闪烁体测试的新方法,为未来多中子探测谱仪探测单元的性能测试提供了精度更高、可靠性更强的测试平台。
2026年03期 v.46;No.322 317-323页 [查看摘要][在线阅读][下载 1221K] [下载次数：21 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 彭瑞吉;蒋镖;邓豪;肖鸿飞;唐晟睿;张庆贤;
数字多道脉冲幅度分析器目前已成为能谱测量的主流技术,其中采用“高速模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)+现场可编辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)+先进精简指令集机器(Advanced RISC Machine,ARM)芯片”架构的产品,虽数字化程度高,但体积相对较大、成本和功耗高。模拟多道脉冲幅度分析器具有成本低、功耗低、结构简单的特点。本文针对低成本、小体积和低功耗的应用需求,研制了一款低成本高集成小体积多道脉冲幅度分析器,采用STM32H750芯片为核心器件,通过其内置ADC进行脉冲幅度提取。设计和优化了过零触发电路及脉冲幅度提取流程,减少脉冲处理死时间,提高脉冲通过率。通过对多道脉冲幅度分析器测试,基线噪声约为1.3 mV,能量线性度为0.9995,能量分辨率为4.1%@662 keV(CeBr_3),脉冲处理死时间约为13μs,适用于低计数率低成本的应用场景。
2026年03期 v.46;No.322 324-331页 [查看摘要][在线阅读][下载 1270K] [下载次数：26 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李英帼;尹永智;李胤;陈双强;段嘉宇;韦应靖;
设计两种不同电极宽度的正交条形电极结构碲锌镉探测器进行实验研究,通过仿真结合实验的方式研究其性能及应用。两种探测器电极结构均为16个阳极条与16个阴极条分布于探测器相对的两个表面,并呈现相互正交排列,电极间隙为0.1 mm,厚度均为5 mm。其中,两种探测器的阳极条尺寸分别为16 mm×0.9 mm和16 mm×0.3 mm。采用Na-22放射源对其进行测试,将两种探测器的信号进行分类研究,分别研究了单阳极、相邻多阳极和非相邻多阳极信号,两种探测器均显示出优异的能谱特性,能量分辨率分别可达到2.7%和8.7%、6.2%和5.3%以及10.2%和9.8%。
2026年03期 v.46;No.322 332-340页 [查看摘要][在线阅读][下载 1585K] [下载次数：41 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李洪;庞洪超;郭庐阵;汪传高;
为满足核设施气态流出物中~(14)C在线监测的需求,本研究对自制的正比计数器气态14C在线测量系统的探测效率开展系统研究。通过Geant4模拟与实验验证,建立了从能量沉积到电信号生成的完整分析链条。模拟过程中引入电子附着与雪崩增益的修正模型:利用BOLSIG+程序获取附着与电离系数,计算电子存活概率;采用Diethorn公式计算增益,将能量沉积转化为电信号,得到不同Ar-CO_2气体比例下的理论探测效率。结果表明:模拟与实验数据的变化趋势高度一致,验证了模型的可靠性;雪崩增益在低CO_2比例下对信号放大起关键作用,在高比例下显著衰减;CO_2比例在5%～15%范围内配合较低探测阈值,可有效提升系统探测性能;本研究为正比计数器~(14)C在线监测系统的气体配比与参数优化提供了理论依据与实验支撑。
2026年03期 v.46;No.322 341-347页 [查看摘要][在线阅读][下载 842K] [下载次数：19 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 周超;叶彦希;李哲旭;于万瑭;侯玉苗;杨俊;魏岐桉;田锦;赵修良;贺三军;
微结构气体探测器具有良好的设计灵活性,与中子敏感材料结合作为转化层可应用于中子探测,近二十年来,以微网结构气体探测器、气体电子倍增器及其衍生物为代表的微结构气体探测器发展迅速。本文介绍了微结构气体探测器及其在中子探测方面应用的最新领域;并对其探测中子的工作原理、核心结构的制作工艺、探测快中子和热中子方法进行综述,强调了微结构气体探测器单掩膜工艺、Bulk工艺、多层结构与中子探测的联系;最后总结当前微结构气体探测器在中子探测研究中的关键技术问题,并对未来潜在的研究方向进行展望。
2026年03期 v.46;No.322 348-362页 [查看摘要][在线阅读][下载 1600K] [下载次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 胡云斌;胡伟芳;钟逸飞;樊纯頔;曾国强;胡传皓;顾民;杨小峰;
氚作为一种重要的放射性同位素,其发射的低能β射线在复杂辐射场中难以准确识别,对探测器的灵敏度与本底抑制能力提出了更高要求。本文针对传统水中氚探测方法响应效率低、抗干扰能力弱的问题,基于Geant4蒙特卡洛模拟平台,设计了一种新型叠层闪烁体阵列探测器。该探测器采用复合结构:外层使用低原子序数塑料闪烁体BC-444实现低能β粒子探测,内层采用高原子序数无机闪烁体BaF_2吸收γ射线,借此提升β/γ复合辐射场中的β粒子甄别能力。模拟结果表明,单根探测器对氚β粒子的探测效率为1.3%,对γ射线的探测效率为24.8%;当构成六角密排阵列时,系统对β的探测效率提升至4.8%,对γ的探测效率显著提高至59.5%,同时γ误甄别率降低至0.6%。模拟研究表明,该叠层闪烁体阵列结构凭借其优异的β/γ甄别能力,有望在实现高灵敏度β探测的同时抑制γ本底,为开发水中氚等低能β核素的在线监测设备提供了一种有前景的技术路径。
2026年03期 v.46;No.322 363-371页 [查看摘要][在线阅读][下载 1227K] [下载次数：38 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 孙菀艺;杨剑波;李辉;张小雨;赵淑云;黄鑫;
针对课题组自主研发的X荧光废旧电池分类系统对核脉冲信号处理与传输的功能需求,本文基于现场可编程门阵列(FPGA)设计并开发了一套硬件系统。该系统包含梯形成形、峰值提取、能谱绘制及串口传输等核心模块,在ModelSim实验环境中验证了梯形成形算法与峰值提取算法的正确性,通过指数脉冲信号进行系统非线性指标测试及稳定性测试,线性拟合度大于0.99,平均偏差率为0.71%。研究结果表明,该系统可有效支持废旧电池分类项目中的实时能谱分析,为废旧电池回收提供了可靠的硬件程序技术基础。
2026年03期 v.46;No.322 372-378页 [查看摘要][在线阅读][下载 1148K] [下载次数：68 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 陈帆;丁石川;陈思跃;徐忠祥;王改;陶骏;潘天红;刘东洋;高颂;
安徽大学强光磁试验装置由一台红外自由电子激光装置与六个实验站组成,其中自由电子激光装置控制系统采用实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)作为开发框架。基于EPICS分布式控制架构,对安徽大学自由电子激光装置各子系统控制进行了详细的设计研究。在控制系统网络部署方面,引入虚拟局域网(Virtual Local Area Network,VLAN)技术构建运行环境,显著提升了系统可靠性与部署效率。目前已完成开发的系统运行表明,该控制系统具有运行高效、稳定可靠等特点,其设计思路和实施方法可为同类控制系统的开发提供参考。
2026年03期 v.46;No.322 379-387页 [查看摘要][在线阅读][下载 1583K] [下载次数：83 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 颜喆;覃章健;李健平;程江林;
针对个人辐射剂量监测设备对便携性、低功耗、智能化及实时监测的需求,研制了一种基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)的袖珍型实时辐射剂量仪。该剂量仪以超低功耗微控制器STM32L476为核心,集成CsI(Tl)-SiPM复合探测模块、4G物联通信模块等,通过基于曲线拟合模型的温度补偿算法,有效抑制探测系统温漂,实现宽温区范围内的稳定剂量测量。实验测试结果表明:该剂量仪在0.1μSv/h～250μSv/h的个人剂量监测常用量程内,响应线性良好,测量误差满足个人辐射防护应用需求;本底环境与外加放射源条件下的平均功耗分别为17.85 mW和23.12 mW。该剂量仪体积小、功耗低、响应快、联网能力强,可提供实时个人剂量监测手段。
2026年03期 v.46;No.322 388-395页 [查看摘要][在线阅读][下载 1234K] [下载次数：42 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 卓祥林;郭嗣登;蒋天植;包超;韦永馨;黄有骏;董正方;卢佳玮;王楠;张芸;刘耀隆;
本文基于蒙特卡罗(MC)法对中子场的粒子输运及反应过程进行仿真,结合理论计算方法,针对华龙一号功率量程探测器——涂硼六段非补偿电离室的关键结构及响应特性开展研究。研究结果表明:该涂硼六段非补偿电离室单段中子灵敏度均不低于4.12×10~(-14)A/(n·cm~(-2)·s~(-1)),满足华龙一号中子灵敏度指标要求;探测器的镉窗设计可有效提高空间的准确性与代表性;探测器输出电流与中子注量率线性拟合参数R2=0.999 82,具有优秀的中子注量率线性响应。本研究可为后续先进反应堆堆外核仪表系统(RNI)设计及中子探测器的持续优化提供参考。
2026年03期 v.46;No.322 396-401页 [查看摘要][在线阅读][下载 1010K] [下载次数：17 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 李浩田;卿松;胡传皓;曾国强;谭梓轶;张海翔;
γ能谱仪广泛应用于矿物勘探、环境辐射检测、高能物理等领域。针对传统能谱仪体积偏大、能量分辨率有待提升、环境适应性不够理想等局限。本文设计了一款小体积、便携式的一体化数字γ能谱仪。其选用LaBr_3晶体耦合硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)作为探测器,硬件电路包括信号读出及调理电路、SiPM温度补偿电路、模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)采样电路、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)与高级精简指令集机器(Advanced RISC Machines,ARM)电路。其中,ADC芯片可实现80 Msps的采样速率。FPGA负责核脉冲的采集与处理,将幅值信息传输至ARM实现谱线处理,ARM通过USB与上位机实现数据交互。经测试:该γ能谱仪在常温25℃下的能量分辨率为2.55%@662 keV。在-10℃至50℃的温度范围内,能量分辨率均优于2.70%,加入SiPM温度补偿电路后,峰位道址平均漂移率从补偿前的9.14%减少至0.61%,极大的减少了γ能谱的温漂,满足宽温度范围内的能谱测量需求。γ能谱仪整机尺寸为28 mm×28 mm×78 mm,总重量为70g,总功耗为300 mW,支持USB与内置电池两种供电方式,搭载800 mAh锂电池可连续工作9.9小时。
2026年03期 v.46;No.322 402-409页 [查看摘要][在线阅读][下载 1198K] [下载次数：97 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 韩毅;李国栋;曹勤剑;王秋枫;代辉祥;池晓淼;韩雪岩;孙岩松;刘宇辰;陈志伟;杨明明;沈华亚;
针对后处理厂热室等场所常用铅玻璃长期受辐照后透光率下降的问题,本研究开展铅玻璃的辐照效应研究。重点围绕辐照剂量对铅玻璃光学性能的影响,结合原理分析与实验验证方法,对透射光谱在辐照前后的变化现象进行了分析,通过高斯分解法识别了吸收峰,明确了辐照损伤机理,初步建立了电离辐照后透光率下降随辐照剂量变化的动力学模型,并明确受照剂量与前驱体浓度决定了色心浓度,进而对玻璃透光率产生影响;本研究工作可为后处理厂等涉核场所所用的铅玻璃的辐照老化管理及铅玻璃配方改进提供数据支持。
2026年03期 v.46;No.322 410-418页 [查看摘要][在线阅读][下载 1565K] [下载次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 王泽玮;王猛;谷懿;王勇;周君威;林杨凯丰;肖骏;葛良全;张庆贤;
为探究不同放射性勘查方法在砂岩型铀矿勘查中的应用效果,在特拉敖包铀矿产地分别进行土壤光释光、土壤瞬时氡、地面γ能谱三种放射性勘查方法的应用测试,通过分析不同勘查方法的测量数据分布特征,开展不同方法勘查异常与已知隐伏铀矿的空间对应关系分析以及勘查结果的应用评价。并依据测线在3.0 km～8.0 km范围内土壤光释光和土壤瞬时氡方法均存在高值异常及测区高值异常晕的分析结果,针对矿体上方存在较厚覆盖层的砂岩型铀矿勘查,提出采用土壤光释光测量与土壤瞬时氡测量联合测量的勘查方法。
2026年03期 v.46;No.322 419-427页 [查看摘要][在线阅读][下载 1770K] [下载次数：53 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 陈佳辰;康晶;崔锦江;陈海龙;廉冰;岳琪;
本研究基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,建立了排风管道三维几何模型及数值模型,通过模拟计算排风管道不同标高取样截面上的混合特性参数,开展管道内流场、示踪气体及示踪气溶胶的分布规律研究。结果表明:管道内气旋角、速度变异系数、示踪气体浓度变异系数及偏差全程满足标准要求,并且流场均匀性和示踪气体浓度均匀性随取样截面标高的提升不断优化;在标高1.50m～1.55m区间内,示踪气溶胶浓度变异系数最低,综合来看该区间为最优取样管段,y=1.55 m为最优取样截面;依据现取样截面与最优取样截面的示踪气溶胶浓度之间的非线性拟合关系,可对取样监测数据进行修正;根据最优取样位置所建立的监测数据修正方法,能够提升取样监测数据的代表性与准确性,为核设施环境及辐射安全评估工作提供更加准确的数据。
2026年03期 v.46;No.322 428-435页 [查看摘要][在线阅读][下载 1010K] [下载次数：23 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 周宇;冀东;刘晓超;
提出了一种现场快速判别铀矿废石中天然放射性核素活度浓度的方法。通过蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)方法构建铀矿山废石运输场景下的多核素与γ剂量率耦合模型,分析不同因素对γ剂量率的影响,并对模型参数进行保守性修正。利用蒙特卡罗粒子输运(Monte Carlo N-Particle Transport,MCNP)程序模拟计算不同测量点处各衰变系核素的剂量率转换系数,结合现场实测剂量率数据,采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)求解核素活度浓度。验证结果表明,各核素活度浓度的计算值高于实测值,结果整体保守,满足现场快速判别需求。
2026年03期 v.46;No.322 436-442页 [查看摘要][在线阅读][下载 874K] [下载次数：45 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 肖伟;邱顺利;蔺常勇;董进诚;胡婵;裴煜;王钰武;曾乐;
本文设计了一种基于无源中子-γ能谱融合探测的压水堆乏燃料燃耗测量系统。该系统通过在乏燃料水池中同步测量组件表面中子通量与γ能谱,结合纵向扫描数据,获取燃料组件的燃耗信息。中子探测采用高甄别能力的裂变电离室,γ能谱测量使用温域宽、能量分辨率优异的碲锌镉(CZT)探测器,通过对中子通量与γ能谱联合分析,推算燃料组件的使用效率与燃耗深度。
2026年03期 v.46;No.322 443-448页 [查看摘要][在线阅读][下载 1224K] [下载次数：67 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 冀苗苗;刘志凯;王冬;钱一名;付磊;
为保证核电安全级分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)通信模块光电转换的安全与可靠通信,本文介绍了一种基于DCS通信模块的光电复用技术,并设计开发了光电复用装置。梳理安全级DCS的每种通信板卡需要的接口类型、通信介质及通信速率,将各种通信接口的接口电路从电平转换与信号类型等方面进行兼容设计,并从硬件结构上进行统一物料选型,统一选择接口。通过现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的GTX接口配置串行千兆媒体独立接口(Serial Gigabit Media Independent Interface,SGMII)模式,实现10/100/1000 Mbps自适应,光、电模块采用小型可插拔式(Small Form-factor Pluggable,SFP)模块统一封装,单板卡支持多种介质,通过选择可插拔光模块或者可插拔电模块将光电通信接口设计为光电复用接口。该设计解决了目前复杂网络中的光路、电路切换时面临的设备频繁更换问题,实现了核电安全级DCS系统中通信模块的光电兼容复用设计,提高了产品的可靠性和可用性。
2026年03期 v.46;No.322 449-456页 [查看摘要][在线阅读][下载 1239K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 秦晓娜;许勇;吴会新;黄显煊;王五妹;陈廷钧;
针对主泵轴位移的故障检测,探讨了一种基于谱残差网络与深度自编码高斯混合模型(DAGMM)混合模型的故障检测方法。首先,利用谱残差网络挖掘数据样本间隐含的关联特征,使样本数据分布趋于集中。其次,利用DAGMM故障检测模型构建轴位移数据高斯概率分布,通过判断样本点是否超出分布确定是否故障。利用核电厂某机组1号泵的位移数据实验表明,该方法的平均准确率达到95.35%,能够良好地检测主泵轴位移的故障波动,适用于主泵轴状态监测工作。
2026年03期 v.46;No.322 457-462页 [查看摘要][在线阅读][下载 1103K] [下载次数：36 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] 下载本期数据