生物学家一直渴望使用无损、可实时成像的远场光学显微镜对细胞内动力学行为或者纳米尺度的蛋白质-蛋白质相互作用进行研究。由于光学衍射极限的存在，传统的远场光学显微镜无法对200纳米尺度内的这些生命活动进行观察。近年来，克服光学衍射极限的超分辨成像技术快速发展，将分辨率提高至数十纳米级别。基于超分辨技术的荧光显微镜包括受激发射损耗显微镜(STED)、光敏定位显微镜(PALM)以及随机光重建显微镜(STORM)。这些技术日趋成熟并成功应用于细胞生物学、微生物学、神经生物学等研究，为整个生命科学的发展带来全新的认识。

归纳了能量色散X射线荧光(EDXRF)光谱仪的主要部件及能谱处理算法的研究进展及现状，通过分别对比不同类型高压电源、X射线激发源和探测器在光谱仪上的使用，总结了X射线激发电压、X射线强度和探测器分辨率等对仪器灵敏度和分辨率等指标的影响。通过分别对比不同算法在能谱去噪、本底扣除、谱峰分解及荧光强度提取等方面的应用，分析了各种算法的适用范围，并比较了小波变换、人工神经网络和偏最小二乘法等在能谱分析中的独特优势。阐述了为提高仪器性能亟待解决的问题，并指出了EDXRF仪器的发展趋势及进一步研究该课题的必要性。

液态铅铋合金(Lead-Bismuth Eutectic, LBE)是加速器驱动次临界系统(Accelerator driven subcritical, ADS)重要的散裂靶材料和冷却剂候选材料，其热力学物理性质是ADS研发过程中必须解决的基础问题。通过对已有定律的推算，得出液态铅铋合金熔沸点、密度、比热容、粘度、热导率的热物性公式；并拟合了其他学者的实验研究数据，得出计算铅铋物性的拟合公式。通过对比分析可知：拟合公式与已有定律推算公式趋向一致，吻合较好；且拟合公式更趋近实验值，精确度高，最大偏差不超过1%。

根据现有的微型X射线管高压电源的基本性能要求，设计了一种输出从0至?30 kV可调的微型X射线管用高压直流电源。主电路采用直流电源供电，经过罗耶谐振逆变电路、高频变压器、正负双向倍压整流电路而达到产生直流高压的目的。在稳压电路中采用了反馈控制谐振三极管基极电流的方式，整个电路处于线性工作状态。实测数据表明，电路实现了低噪声、低纹波、低功耗的高压稳压电源设计。

介绍了能量11 MeV、流强50 uA的紧凑型质子医用回旋加速器的物理设计方案，并较详细报告了各主要分系统（包括离子源、磁铁、高频、中心区、引出系统）的设计方法及结果。该加速器已经完成调试，成功引出平均流强50 uA、能量11 MeV的质子束流，验证了整机物理设计的正确性。

用EGSnrc蒙特卡罗程序计算能量为1MeV的电子和³²P、⁹⁰Y和¹³¹I放射性核素的刻度剂量点核，计算能量为0.2MeV、4MeV的电子和³²P、⁹⁰Y放射性核素均匀分布在质量为10^-2-10^{3g的水球体中的吸收分数，计算活度为1MBq/cm3的32P、90Y、131I放射性核素以及15keV、30keV、100keV单能光子均匀分布在水(肿瘤)球壳(0.22<r<0.66 cm) 时的径向剂量率分布，并与国内外其它计算结果相比较。结果可为放射性核素治疗剂量计算提供参考。}

具有位置分辨能力的辐射成像系统在许多领域如天文观测、放射源检测与监控、核能开发和生物医学等都有广泛的应用。设计了一套适用于远场成像的便携式新型辐射成像系统。系统采用由LaBr3晶体与H8500平面型位置灵敏光电倍增管组成的位置灵敏探测器，满足高分辨率的设计要求。同时为了获得更高的射线探测效率，准直器采用由钨铜合金制作的修正均匀冗余阵列(MURA)嵌套编码板。图像重建算法采用最大似然期望最大化(MLEM)统计迭代算法，能够有效地抑制系统统计噪声。测试结果表明，该辐射成像系统能够对远场放射源进行清晰成像，能够很好地满足分辨率与视场角的设计要求。

反应堆堆芯中核燃料发生裂变时，产生了大量的放射性物质，给核电厂环境保护带来了挑战。燃料组件内的放射性源项是反应堆冷却剂放射性源项屏蔽设计、事故源项分析和放射性后果评估的基础。本文针对压水堆开展燃料组件内放射性源项的计算研究，采用ORIGEN-S程序，建立合适的计算方法，研究不同燃耗下燃料组件内源项计算结果的差异，并对比分析了不同版本的ENDF/B截面库对计算结果产生的影响，为压水堆燃料组件内放射性源项的计算提供参考。

以聚己基噻吩(poly(3-hexyl-thiophene), P3HT)为电子给体材料和富勒烯的衍生物([6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester, PCBM)为电子受体材料的有机光伏器件，其活性层中P3HT的结构有序性是制约器件光电转换性能的重要因素。本文采用同步辐射掠入射X射线衍射(Grazing Incidence X-ray Diffraction, GIXRD)方法，研究有机聚合物P3HT/PCBM薄膜经过不同的温度退火后P3HT在薄膜中不同深度处的微结构变化。一维面外GIXRD实验结果表明：退火处理使大量的PCBM分子扩散至薄膜表层，从而增大了薄膜表层P3HT分子edge-on结构的层间距和改善了晶粒倾斜程度；退火处理使得薄膜内部P3HT分子edge-on结构结晶性和有序性得到明显改善。然而，退火处理并没有明显增加薄膜表层和薄膜/衬底界面处的P3HT分子edge-on结构的结晶性。二维GIXRD实验结果表明：退火处理可以明显增加薄膜中P3HT分子edge-on结构结晶性、有序性以及晶粒取向的广泛分布；退火处理也使薄膜沿面内方向出现了结晶性较好的face-on结构。以上结果揭示出退火处理有利于薄膜表面、内部以及薄膜/衬底界面处形成更多且更有序的微相异质节和二维电荷传输通道，大大增强光生激子的分离效率和载流子沿P3HT分子链的迁移速率，这对理解退火处理提高P3HT/PCBM薄膜光伏器件的光电转换性能具有重要意义。

高能质子具有较强的穿透能力，可以透射物体形成图像。为了理清质子透射物体的物理过程，通过Geant4蒙特卡洛软件模拟了1.6 GeV能量的质子在材料中的输运过程。通过设置模拟程序中的物理模型，对质子与物质的四种相互作用分别进行了模拟计算。计算结果表明，个数衰减、能量损失和散射角分布都可以反映被检测物体的面密度和材料组分的信息。

固体核磁共振技术是当前研究水泥基材料结构的一个有效手段，采用29Si、27Al核磁共振技术研究水泥基材料水化产物结构，已成为当前水泥化学方面研究的热点之一。本文介绍了固体核磁共振技术的基本原理及相关影响条件、基本参数，调研了29Si、27Al的核磁共振技术参数及与水泥基材料水化结构之间的关系，综述了国内外同行利用29Si、27Al固体核磁共振技术研究水泥基材料主要水化产物C-S-H以及水化硫铝酸钙结构的相关成果，对其中存在的问题进行了分析，并展望了其在水泥基材料研究中的发展趋势。

⁷Li(p,n)反应以中子产额大、反应阈能低等优点成为硼中子俘获治疗加速器驱动中子源所用中子反应的候选类型之一。本文重点研究了该中子产生反应作为加速器驱动中子源的中子产额及其能谱特性，并对产生的高能中子束流进行慢化，使其满足BNCT治疗要求。首先采用蒙特卡罗程序MCNPX2.5.0模拟加速器⁷Li(p,n)反应过程，得到1.9−3.0 MeV能量入射质子的中子产额及其能谱，并详细研究了质子入射能量为2.5 MeV的最佳条件下产生的中子束流特性；进而提出中子束流的慢化设计方案，并对慢化所得超热中子束品质进行分析研究。模拟计算结果表明，10 mA流量的2.5 MeV能量入射质子所产生的中子束经过慢化处理后，可以很好地满足硼中子俘获治疗的中子束流要求。

为了满足自由电子激光装置对于直线加速器微波功率源更新更高的性能指标，设计了基于绝缘栅双极性晶体管(IGBT)模块为开关的大功率固态调制器系统。调制器采用感应叠加拓扑结构，设计输出峰值脉冲功率13MW，脉冲电压130kV，脉冲电流100A。详细介绍了大功率调制器的单元电路以及单元模块中关键的辅助电路，包括开关管的保护电路、阻尼吸收回路、去磁电路和补偿电路。利用软件对调制器系统进行模拟仿真，并对可能出现的模块差异性进行比较。结果表明，感应叠加型固态脉冲调制器技术是可行的。

碘化锂晶体闪烁体具有中子测量效率高、探测器尺寸小等优点，它是目前相当成熟和用途广泛的探测器，在中子测量及环境监测等各方面均有广泛应用，它由闪烁体、光导、光电倍增管、高压四部分组成。本工作利用Monte Carlo 程序研究了6LiI/natLiI闪烁体探测器尺寸与探测效率的关系，并通过GEANT4及MCNP程序模拟计算了高富集度的6LiI晶体和天然LiI晶体及纯7LiI晶体的探测效率。从理论模拟结果可以看出10mm厚度的两种探测器对热中子探测效率都很高，6LiI达到98%，而natLiI也能达到65%。利用反应堆热中子刻度了6LiI/natLiI闪烁体探测器的热中子探测效率，考虑了铅砖及高密度聚乙烯的散射，以及环境中子的贡献后，实际测量6LiI探测器探测效率在90%左右，natLiI探测器探测效率在70%左右。

建立了典型三环路压水堆CPR1000压力容器内的整体流体域模型，采用ANSYS CFX软件开展了反应堆内三维流场数值模拟分析，获得了压力容器内各段压降、导向筒和支撑柱水力载荷、顶盖旁流等水力特性参数，并与CPR1000已固化的设计参数进行对比(岭澳二期核电站)，以验证采用当前CFD分析方法获得结果的有效性，并进行了瞬态计算。计算结果表明：CFD计算获得的压降与已有的设计值基本一致，总压降偏差在10%；计算获得的导向筒和支撑柱水力载荷值偏小，最大偏差在50%；顶盖旁流与已有的设计值吻合。

辐照型电子直线加速器的应用已经越来越广泛，但是其辐射屏蔽优化一直是需要解决的问题，所以设计出既经济又有效的屏蔽方法是非常有意义的。本文叙述了对一台10 MeV的辐照型电子直线加速器迷道出口的剂量率所进行的经验公式计算和蒙特卡罗(Monte Carlo，Fluka)模拟，结合伽马探测器和微型数据采集器Mini-DDL (Mini Digital Data Logging)的连续实时测量结果进行了对比分析。分析结果显示，只要在迷道门处增加一个拐弯，就增加一次反散射，出口处的剂量率会下降一个量级以上，使其不仅低于剂量限值而且合理地达到尽可能低。这个结果是在基本没有增加额外成本的基础上实现的，符合辐射防护ALARA (as low as reasonably achievable)原则，为以后加速器的屏蔽设计提供了很好的参考。

通过建立的氟化盐混合与熔融实验平台，进行氟化盐混合熔融与评价实验，考察温度、时间、坩埚材质及氟化试剂处理等条件对熔盐质量的影响，优化了制备工艺。采用优选的氟化盐原料，添加氟化氢铵做氟化试剂，制备得到的熔盐产品氧含量可控制在2×10?4以下；杂质金属离子含量基本符合熔盐堆用熔盐质量标准要求，其中Be、Cu、Fe、Zr和Cd含量均小于5×10?6，硫酸根和磷酸根离子含量分别小于1×10?4和3×10?5。该工艺方法能较大程度地降低腐蚀介质的含量，具有制备时间短、成本较低、安全性能好等优点。

基于CFD通用计算程序Fluent，开发了多孔介质流固两相局域非热平衡模型，对PBMR-400满功率名义工况下稳态热工水力行为进行了分析。高温气冷堆堆芯的热工水力计算模型通常为带有强内热源宏观的多孔介质模型，Fluent程序本身的多孔介质模型为局域热平衡模型，无法恰当描述堆芯热工水力行为。通过开启Fluent的自定义标量场(UDS)功能并在动量方程上附加阻力源项，实现了局域非热平衡模型，能够精确地计算球床堆堆芯热工水力行为。CFD程序使用了非常精细的网格，可以计算更加精细的流场和温场分布。计算表明，Fluent的结果与国际上著名的球床堆热工水力程序THERMIX，TINTE符合较好，可以作为球床堆热工水力分析工具。

针对压水堆的复杂结构特点，对堆芯采用多孔介质模型，建立完整的压力容器堆芯模型，使用商用软件CFX对压力容器堆芯的热工水力特性进行数值模拟，得到偏环运行和典型事故工况下冷却剂的热工水力响应特性。计算结果表明：应用多孔介质模型能有效正确直观显示堆芯的冷却剂温度分布情况，在偏环运行工况下堆芯会出现偏心现象，而通过瞬态事故工况计算结果表明堆芯中上部冷却剂温度最高，对压水堆的热工安全具有一定指导作用。

利用同步辐射X射线相衬成像技术(Synchrotron Radiation-based X-ray Phase-contrast Computed Tomography, SR-XPCT)对兔髌骨-髌腱连接点(Patella-Patellar Tendon Junction, PPTJ)移行区的纤维软骨细胞进行三维可视化及量化表征。正常骨成熟的新西兰PPTJ经多聚甲醛固定、梯度酒精脱水后，于上海光源X射线成像与生物医学应用光束线站进行扫描；采集的原始图像经数字减影、相位恢复、切片重构、位数转换后进行三维重构分析；标本扫描后进行传统组织学验证。SR-XPCT能成功获取PPTJ及其移行区纤维软骨细胞的三维高清图像，并对移行区纤维软骨细胞进行了量化表征：平均直径为(10.139±1.265) ?m；平均体积为(291.187±87.283)μm3，体积分布在200−400 μm3之间的占75.4%；平均球形度为0.711±0.079，球形度在0.605−0.805之间的纤维软骨细胞约占84.9%。SR-XPCT作为一种先进的、直观准确的可视化骨腱连接点的三维微观形态结构研究方法，为骨腱连接点损伤修复的三维形态学研究提供了新方法、新思路。

为研究沙尘暴对上海大气颗粒物化学组成的贡献，本文连续采集了沙尘暴前、中、后期的颗粒物样品，使用同步辐射XRF以及XANES技术解析样品颗粒物中元素浓度以及S、Cl、Ca化学组成在沙尘暴过程中的变化。元素浓度变化结果显示，大气颗粒物样品地壳元素(Si、Al、Ca、K、Mg、Fe、Ti)随沙尘暴的到来大幅度增加，但是本地污染元素(S、Zn、Pb、Cu、V、Cr、As)却由于沙尘暴的“清洁”作用而降低。沙尘暴前后颗粒物样品中S元素主要以(NH4)2SO4的形式存在，Cl元素主要以有机氯的形式存在，而Ca元素主要以石膏形式存在。而沙尘暴期间的样品S元素主要存在形式是石膏(CaSO4?2H2O)，Cl元素存在形式是有机氯及无机氯(–1价)，Ca元素主要存在形式是CaCO3。结合后向轨迹，无机氯的来源可能是沙尘暴沿途（海面）携带的海盐成分，而石膏则是沙尘中富含的CaCO3在传输途中与SO42?发生反应形成的。沙尘暴不仅给上海大气颗粒物带来了丰富的地壳颗粒物，而且沿途携带颗粒物，使得原本滞留的颗粒物随着沙尘暴输送到上海大气环境中，沙尘颗粒在传输过程中还会与当地污染颗粒物发生化学反应。

X、γ射线的广泛应用使得剂量仪器测量的准确性亟待解决，采用X射线机代替标准γ源对剂量仪器进行标校时需要了解其等效性影响因素。为研究低能X射线与天然放射源等效过程中的修正项，采用蒙特卡罗(Monte Carlo, MCNP)软件对低能X射线与高能X、γ射线等效性的影响因素进行了模拟，得出了距离、空间散射、探测器响应对剂量等效的不同影响，最后对模拟结果进行了分析。该结论可用于低能X射线与高能X、γ射线源之间的等效修正，对于X射线的广泛应用具有重要意义。

通过在DNA组装的纳米金棒上实现金的再生长，我们合成了一种哑铃状的复合金纳米结构。通过紫外-可见吸收发现，该结构在较小的尺寸下，表现出良好的近红外吸收特性，这为进行深层组织光热治疗提供了一种良好的载体。另外，通过改变还原剂与氯金酸的比率及还原剂的种类，可以得到金棒两端生长“刺状突起”和“海胆状”金纳米结构。由于这两种结构具有较大的比表面使其在表面增强拉曼和金属催化等方面具有潜在的应用；同时该结构可用于包裹标记同位素作为放射性药物进入细胞或体内的载体。

轻子散射实验是探索核子与原子核结构的理想工具。中国电子离子对撞机（Electron Ion Collider in China，EicC）建议书设想在已开建的强流重离子加速器装置（High Intensity heavy ion Accelerator Facility，HIAF）的基础上，升级质子束流为20 GeV的极化束流，并建造2.8~5 GeV极化电子束流，从而实现质心系能量为15~20 GeV的双极化电子-离子对撞。EicC设计的亮度为(2~4)×10³³ cm^-2?s^-1，质子束流极化率达到70%，电子束流极化率达到80%。该装置除了能提供极化轻离子束流（例如：氦-3）外，也可产生非极化重离子束流（碳-12 ~铀-238）。EicC将聚焦核子海夸克部分子结构、原子核物质结构与性质、奇特强子态三个方面的物理研究。高亮度、高精度的对撞机有助于精确地测量核子结构函数并对核子进行三维成像，揭示强相互作用的动力学规律；原子核部分子分布包括核子短程关联以及原子核介质效应同样是该提案的重要科学目标；EicC能区接近重味夸克产生阈值，在研究重味强子谱方面拥有低背景的独特优势，有助于发现研究新的奇特强子态。质子质量起源问题也可以通过重味矢量介子的产生来研究。为了完成上述物理目标，我们将利用最先进的探测器技术建造接近全立体角覆盖的EicC对撞机谱仪。在准备EicC白皮书的过程中，我们得到世界各国专家的支持。EicC的物理与已有的实验和美国即将建设的EIC中的物理项目相互补充。EicC的建成及运行有望引领前沿的中高能核物理研究，使我国在加速器和探测器先进技术等领域实现跨越式发展，为我国核物理与强子物理以及相关科学领域提供大型综合实验平台与人才培养基地。

逆康普顿散射作为一种光子加速机制，近年来获得了更多的关注和应用；在180°碰撞模式下（即背散射模式（Back Compton Scattering，BCS）），通过入射激光的极化，能够获得接近100%极化的γ光源，对于开展极化相关的物理研究具有重要意义。本文通过数值模拟方法研究了基于上海软X射线自由电子激光装置（Soft X-ray Free Electron Laser，SXFEL）的激光康普顿散射（Laser Compton Scattering，LCS）γ光源的束流性质。结果显示：基于SXFEL的LCS光源将具有高能量、高通量、高极化度和准单能等特性。通过调节电子能量和激光器的波长，γ能量范围可达到1~80 MeV，结合准直器γ能量分辨率可达到≤4 %，γ极化度约为100%，不同极化性质的激光会影响γ束斑的形状。

铅及铅基材料作为反应堆冷却剂，有着优良的中子学性能和热工性能。欧盟、俄罗斯、美国、韩国、日本、中国等国家均投入了大量的人力和物力研发铅冷快堆。本文旨在提出一种铅冷小堆堆芯初步设计方案。本文使用西安交通大学研发的快中子反应堆中子学计算分析软件包SARAX进行堆芯中子输运、燃耗、反应性系数和动力学参数等中子学计算分析。为了满足紧凑型、轻量化的特点，选择了高富集度的燃料；为了展平功率，选用了两种富集度的燃料组件。采用一组控制棒组件和一组停堆棒组件控制反应性，控制棒选用对快区和热区中子具有良好吸收能力的B₄C作为中子吸收体，在紧急停堆棒中增加了高密度中子吸收体材料钨，以实现堆芯的反应性控制以及紧急停堆需求。对堆芯中子学参数的计算结果分析表明：堆芯能满足6EFPY的寿期长度的要求，在整个寿期内k_eff下降0.014 4，波动较小；在寿期内实现了锕系元素的减少和²³⁹Pu的明显增加。在整个循环内，冷却剂密度系数、冷却剂空泡价值和膨胀系数等重要反应性反馈系数均为负；设计的控制棒以及安全棒组件能够提供足够的控制价值；在整个寿期内，堆芯满功率运行时，最高包壳表面温度、最高燃料中心温度、线功率密度等参数没有超过限值，并留有充足的设计裕量。表明本初步设计在整个寿期内的主要中子学参数满足安全要求。

随着人类对宇宙太空的深入探索, 对于提供能量的电源要求也在逐步提高，空间核反应堆电源在执行深空探测任务中脱颖而出。热管核反应堆由于具备非能动性、寿期长、可靠性高等优势，成为目前空间核反应堆领域的研究热点。本文通过重点介绍典型热管堆的概念设计系统以及在Kilopower中的应用，对热管电源系统(Heatpipe Power System，HPS)、由热管控制的火星探索反应堆(The Heatpipe-operated Mars Exploration Reactor，HOMER)、安全可负担裂变引擎方案(Safe Affordable Fission Engine，SAFE)以及Kilopower进行了重点调研，归纳总结了各个反应堆的结构设计、燃料选择、热管排布、功率设计等, 以期对未来热管空间核反应堆电源的设计研究提供思路和参考。

针对无规律变化的光源光束点和手动调束费时费力问题，本文实现了基于实验物理及工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System，EPICS）的同步辐射光束线智能优化调束。该系统基于差分进化算法，建立光束线智能优化模型，应用LabVIEW程序实现调束过程的自动优化。系统可以自由选择待优化的电机及其搜索范围，设置算法参数，跟踪进化进程，通过CaLab接口模块与光束线EPICS软件平台进行通信，控制电机运动。对该系统在上海光源衍射线站进行了在线测试，首次成功地在EPICS控制平台上实现了光束线的智能调束优化。测试结果表明：该智能调束系统能够较快地收敛于最优解，收敛时间大约30 min，较手动优化效率提高一个数量级以上。

⁶⁰Co双投影辐射成像系统，采用两个射线源，分别底置和侧置，通过一次扫描即可获得仰视和侧视两个方向的投影图像。但由于散射的存在，两个投影平面的成像会相互干扰。为降低两投影平面间的散射影响，提高该系统辐射图像的质量，首先基于蒙特卡罗方法建立仿真模型，并对空载时散射分布的模拟值与实验值进行对比，验证了模型的可靠性，然后模拟分析了不同投影平面间距、探测器周围布置不同屏蔽材料（钨、铅、钢和铝）以及屏蔽层位置和厚度对散射的影响。结果表明:当投影平面间距为40 cm并且屏蔽层厚度相同时，使用铅并将其布置在支撑架和侧视电离室之间时，对散射的屏蔽效果最好；投影平面间距分别为40 cm和80 cm时，散射可以分别降低至间距为10 cm时的55%和40%以下，安装2.5 cm的铅片可以将散射进一步降低80%。此研究为双投影系统针对散射校正的硬件改良和升级提供参考与指导。

火星探测近来成为空间研究的一个主流趋势。建立火星基地是人类研究和开发火星的必然选择。与太阳能储能系统相比，核反应堆作为火星基地的能源系统，在系统质量、操作灵活性和环境适应性等方面具有显著优势。给出了火星熔盐堆（Mars Molten Salt Reactor, M²SR-1）的堆芯设计方案，并建立堆芯计算模型，以MCNP (Monte Carlo N Particle Transport Code)和ORIGEN为计算工具，从物理、安全、热工等方面对M²SR-1进行了计算分析。分析结果表明：M²SR-1在满功率运行下可满足8 a的寿期要求，在不同假设掉落环境下，有效增殖因数均小于0.98，满足临界安全要求。本研究可以为星球表面熔盐堆设计提供参考。

由于X射线间接成像系统的点扩散函数难以通过实验精确测量，理论构建过程复杂，难以满足实际情况，导致图像质量不高。为了获得X射线间接成像系统的点扩散函数，提出了一种利用冗余信息重构点扩散函数的方法，从而在非相干光照下获得更精确的系统点扩散函数。根据同步辐射成像实验的结果比较，该方法比其他点扩散函数测量方法更能准确地恢复图像。该方法的核心是利用非相干光信息分布的非定域性重建了点扩散函数中央区域。冗余信息法重构的点扩散函数不仅能够精确恢复图像，而且构建过程相对简单，避免了大量复杂的计算。

针对放射性从业人员对辐射防护的需求，柔性防护材料无铅化在保障对X射线有效屏蔽的同时，亦可避免铅中毒对人体的危害。X射线不同能区的最优屏蔽材料设计，可满足工作人员在不同工作场所下对防护装置的高效和舒适性要求。本文通过理论计算与蒙特卡罗模拟相结合方法，针对不同X射线场所下的防护材料进行设计计算，结果显示：掺Bi是掺Pb的理想替代，Bi₂O₃可作为无铅功能填充材料的理想选择；利用不同元素在X射线低能区的强吸收作用，掺入多种元素可增强某能段的X射线吸收能力。制作无铅防护材料时，掺入Bi₂O₃、Gd₂O₃两种功能材料可有效提升复合材料对X射线的吸收效果，在54~66 keV能量区间具有最优的屏蔽性能；掺入Bi₂O₃、W两种功能材料的复合材料在66~100 keV能量区间，对X射线的屏蔽效果显著提升。

随着科学研究的不断深入、计算条件和对设计计算精度要求的不断提高，全堆芯Pin-by-pin计算已成为了下一代堆芯数值计算方法研究热点。超级均匀化方法作为全堆芯Pin-by-pin计算的均匀化方法主流方法之一被广泛使用。针对燃料组件采用传统超级均匀化方法，对存在中子泄漏的反射层组件采用空间泄漏相关的超级均匀化方法，产生了包含超级均匀化因子在内的等效均匀化常数。基于三维C5G7基准题，分析了此等效均匀化常数计算方式在非均匀性较强、中子泄漏较大反应堆堆芯的中子学计算精度。数值结果表明：与传统组件均匀化计算方法相比，应用了超级均匀化方法的堆芯Pin-by-pin计算的计算精度更高。

铀浓缩过程中产生的含氟含铀废水中铀浓度较高，需将铀浓度降至可排放的限定值以下，以避免污染水生生态系统，进而对人体健康造成威胁。采用电子束预辐射接枝法将丙烯腈与甲基丙烯酸接枝于超高分子量聚乙烯纤维（Ultra-high Molecular Weight Polyethylene，UHMWPE）上，并通过胺肟化反应制备出偕胺肟基（Amidoxime，AO）吸附材料。利用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜对改性前后UHMWPE纤维的化学结构及表面形貌进行表征,评估AO基UHMWPE纤维对模拟含氟含铀废水中铀酰离子的吸附性能。试验结果表明：AO基UHMWPE纤维对铀酰离子的吸附行为遵循准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型；铀饱和吸附容量可达151.98 mg?g^-1（铀初始浓度：40 mg?L^-1；氟离子浓度：10 g?L^-1；吸附剂：0.2 g?L^-1；吸附时间：21 d），与理论饱和吸附容量（153.85 mg?g^-1）基本吻合；增加吸附剂的用量（1.5 g?L^-1）可使铀酰离子的去除率达到99.93%，残余铀酰离子浓度为28 μg?L^-1，符合国家排放标准（< 50 μg?L^-1）。关键词 偕胺肟基，超高分子量聚乙烯纤维，铀酰离子，氟离子中图分类号 TL13

编码孔径相机是一种定位放射性物质的设备，对丢失放射性物质的寻找以及监测具有重要的意义。为了满足编码孔径相机对核突发事故的污染区进行实时定位，并获得污染面积和污染程度等信息，采用大面积CsI(Tl)晶体阵列与光电倍增管(PhotoMultiplier Tube,PMT)阵列耦合的方式构建高灵敏度编码相机的探测器，以此提高探测效率并减少探测时间。该探测器由121根CsI(Tl)晶体构成11×11的阵列，每根晶体的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm，通过光导与3×3的光电倍增管阵列耦合为一个探测器模块；由4个探测器模块组成2×2的阵列作为探头部件，采用自主设计的放大滤波成型以及单端转差分电路实现探测器信号的读出处理。通过测试发现，该探测器模块在662 keV的γ射线激发下，能很好地实现各个晶体条的位置分辨，且其平均能量分辨率为9.4%。测试结果表明：该探测器在位置分辨、能量分辨率、峰位一致性以及探测效率一致性等性能方面均能够满足高灵敏度编码相机成像的设计要求。

渗铝常作为航空发动机涡轮叶片的防护涂层，但目前常用的无损检测设备无法实现该类涂层厚度的精确测量。渗铝层厚度的均匀性影响了涡轮叶片的使用性能以及发动机使用的安全稳定。为了实现扩散渗铝层厚度的测量，本文采取了一种基于X射线荧光吸收法的无损测厚方法。首先根据X射线荧光吸收法的理论计算公式，推导得到荧光强度比的对数值（lnR）与荧光所穿透物质厚度(x)之间呈线性关系。然后建立了K403合金中与主要元素相关的一元线性回归计算模型以及基于向前选择变量法的多元回归计算模型。最后开展两种模型预测结果的对比研究，结果表明：与一元回归计算模型相比，多元回归计算模型相对稳定；不同厚度下的测量结果平均相对误差仅为3.2%。通过以上研究，为解决扩散渗铝层厚度测量问题提供了一种方便可行的指导思路。

VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package）是基于密度泛函理论的通用材料计算模拟软件。随着高性能计算平台的广泛使用和高通量计算的兴起，VASP计算任务的复杂性和数据量也大幅度提升。为了提高材料理论计算的方便程度，减少大量重复的指令和结果检查的复杂性，本文提供了一个基于Python语言的VASP计算辅助程序VaspCZ，能够大幅提高研究者的科研效率。该程序包含软件部分和API部分，软件部分提供了命令行用户界面，基于基本的Linux命令即可一键完成VASP计算的相关操作，为无编程语言基础的研究人员提供了便利。应用程序接口部分服务于具有Python语言基础的研究者，提供了底层库，使得自定义计算（如高通量计算、编写高级应用等）更为简单快捷。本程序包可以显著提高VASP的计算效率，并已经通过Github开源项目公开，提供了详细的使用文档、使用示例和API接口，有望能为广大材料理论研究者提供便利。

熔盐快堆具有燃料增殖、核废料嬗变和固有安全性等方面的突出优点，是目前备受关注的第四代先进核能系统唯一使用液态燃料的核反应堆。熔盐快堆通常选用液态氟盐或氯盐作为燃料载体盐和冷却剂，高增殖特性是其主要特征参数之一。基于双流体熔盐堆堆芯结构，采用基于反应堆安全分析和设计的综合性模拟程序SCALE（Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation）对两种氟盐快堆和一种氯盐快堆在同一重金属溶解度下的U-Pu燃料增殖比进行模拟计算，对不同增殖层和反射层下的增殖比进行了模拟分析，并分析了氯盐快堆在增殖层和反射层变化时，裂变区和增殖区中子能谱的变化情况。结果表明：在相同温度、相同摩尔比下，氯盐快堆比氟盐快堆具有更高的U-Pu燃料增殖比；氯盐快堆的增殖比随着增殖层和反射层厚度的增加而增加，但是增殖比的增长速率有所减弱；氟盐快堆的增殖层在厚度尺寸较小时，其变化对增殖比有较小影响，当厚度増至60 cm时，增殖层厚度尺寸的变化几乎对增殖比没有影响；氟盐快堆的反射层尺寸的变化对增殖比没有影响；增殖层和反射层厚度的改变不影响堆芯临界状态和裂变区中子能谱。这为三种熔盐快堆的基盐选择及尺寸设计从增殖方面提供了理论依据。

硅光电倍增器（Silicon Photomultiplier，SiPM）作为一种新型光电转换器件，具有增益高（{\mathrm{10}}^{\mathrm{6}}量级）、功耗低（工作电流在μA量级）、体积小（mm量级）、工作电压低（小于100 V）等优点，相对于传统光电倍增管不受磁场影响。但SiPM存在增益受温度影响大的缺点，温度每上升10 ℃增益约下降5×{\mathrm{10}}^{\mathrm{5}}，对于能谱测量和辐射成像应用会产生较大影响。为此，研发了一款小型带电压补偿功能的SiPM专用高压电源模块，并使用能谱测试系统对SiPM的增益特性进行测试。通过不同温度条件下²⁴¹Am γ能谱中全能峰峰位的对比，验证了电压补偿对于稳定SiPM增益的效果，从5 ℃到40 ℃最大增益漂移由补偿前的87.3%下降到了2.76%。这种增益漂移校正有助于拓宽SiPM的应用范围。

核电场所产生的放射性惰性气体辐射场主要为β-γ混合场，叠层探测器具有良好的β-γ甄别能力。为了测量放射性惰性气体，研制了一套4π叠层探测器。该叠层探测器主要是由内层侧壁厚度为1 mm的中空圆柱形塑料闪烁体EJ-200，外叠加一层侧壁厚度为20 mm的碘化铯闪烁体CsI(Tl)组成的探头，两个圆柱底面用硅油耦合光电倍增管(Photomultiplier Tube，PMT)，使用意大利 CAEN 公司的 DT5790 波形数字采样器和DPP-PSD (Digital Pulse Processing-Pulse Shape Discrimination) 控制探头输出信号的获取和处理，后端使用ROOT和MATLAB软件对获取结果进行处理。通过使用¹³³Ba和¹³⁷Cs放射源对该探测器进行标定刻度，实现了β-γ信号甄别，表明该4π叠层探测器具备测量放射性惰性气体的能力。

MeV能区的γ射线天文研究远落后于其它能区，导致该能区的天文物理信息至今还没被充分挖掘，因此，研制下一代高灵敏度的康普顿望远镜对于开展MeV能区的γ射线天文研究具有重要的科学意义。量能器作为康普顿望远镜的重要组成部分，应具有高能量分辨率和高位置分辨率，为此，设计了一种双端读出的γ射线探测器作为量能器的基本探测单元，并对其进行细致的研究。结果表明：通过双端读出信号幅值，可以确定γ射线的总能量以及在晶体中的相互作用位置，采用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）匹配铊激活碘化铯（CsI(Tl)）晶体时，探测单元获得比采用光电二极管(Photodiode,PD)和雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)都更好的性能，对662 keV γ射线的能量分辨率可达5.9%（Full Width at Half Maxima,FWHM），位置分辨率约为5.7 mm (FWHM)。该探测单元能够很好地满足下一代康普顿望远镜对量能器的性能要求。

探讨同步辐射吸收衬度成像技术在观察高尔基-考克斯染色小鼠脑显微神经网络3D成像中的应用。将12只正常C57小鼠随机分为A、B两组，进行灌注取脑，A组不做染色处理，B组鼠脑进行高尔基-考克斯染色处理，并于梯度乙醇中脱水，标本在上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF)X射线成像与生物医学应用光束线站(BL13W1)进行扫描，用Amira等软件处理数据。成像结果显示，X射线吸收衬度成像技术作为一种先进的显微神经网络立体呈现方式，图像精准呈现了小鼠小脑神经网络结构以及单个神经元形态，为小鼠脑神经元的形态学研究提供了三维可视化的新方法、新思路。同步辐射可实现高精度3D神经成像，克服了传统染色2D组织学需要切片对样本造成破坏等劣势，本方法与高尔基-考克斯染色结合，可对局部脑区的显微神经网络构筑进行无损研究且保留了脑部的完整性。

目前国内外核设施实物保护系统大多采用路径分析法进行有效性评价，通过计算截住概率来衡量系统的优劣，评估指标单一，未能精确反映系统可靠性、指挥策略、信息安全设计等因素对系统性能的影响。为全面分析实物保护系统综合效能，从影响系统效能因素集出发，采用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）建立实物保护系统综合效能评估指标体系，同时借助BP（Back Propagation）神经网络的非线性复合能力，建立核设施实物保护系统综合效能评估模型，完成了海洋核动力平台实物保护系统综合效能评估。评估结果表明：该BP神经网络评估模型收敛迅速，避免了AHP评估过程中不能满足多数样本集中效应的缺点，且具有较好的自适应性、稳定性，为实物保护效能评估领域提供了一种全新思路。

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)在空间应用时会受到单个粒子辐照影响，这通常会导致CIS采集图像出现异常，严重时会导致器件功能失效。本文从不同粒子的角度：重离子、质子、电子和中子，从CIS容易发生的单粒子效应类型：单粒子瞬态(Single Event Transient，SET)、单粒子翻转(Single Event Upset，SEU)、单粒子闩锁(Single Event Latchup，SEL)、单粒子功能中断(Single Event Functional Interrupt，SEFI)等方面综述了CIS单粒子效应研究进展。简要介绍了CIS单粒子效应加固技术研究进展。分析总结了目前CIS单粒子效应及加固技术中亟待解决的问题，为今后深入开展相关研究提供理论参考。

相比于氟盐快堆，氯盐快堆重金属溶解度更大、中子能谱更硬、增殖性能更好，是实现闭式燃料循环的理想堆型。为了分析对比氯盐快堆的Th-U与U-Pu循环的性能，基于2 500 MW的氯盐快堆，采用熔盐堆过渡态计算程序TMCBurnup与平衡态搜索程序MESA，从核素的演化、增殖性能、安全性能、放射性水平等方面分析了采用低富集铀(Low Enriched Uranium,LEU)启堆在两种不同过渡模式下的Th-U与U-Pu循环的过渡态及平衡态的性能。结果表明：U-Pu循环对应的增殖性能要好于Th-U循环，边增殖边燃烧(Breeding and Burning，B&B)模式下两者平衡增殖比分别为1.56与1.24，相应的倍增时间为13.5 a与16.5 a。预增殖过渡(Pre-Breeding and Burning，PB&B)模式下增殖比分别为1.58与1.08，倍增时间为12.8 a与13 a。而Th-U循环则具有更好的安全性能，更低的超铀核素(Transuranics，TRU)积累量及更小的放射毒性。

许多材料研究中，都需要采用X射线吸收精细结构谱学(X-ray Absorption Fine Structure，XAFS)和X射线衍射(X-ray Diffraction，XRD)技术测量材料的短程和长程有序结构信息，而如何同时快速地测量是开展原位动态研究的一个关键。本文提出了一种结合能量色散X射线吸收精细结构谱(Energy-dispersive X-ray Absorption Fine Structure，EDXAFS)和能量色散X射线衍射(Energy-dispersive X-ray Diffraction，EDXRD)的测试方案，该方案利用同步辐射白光，理论上可以提供微秒量级的表征速度和时间分辨能力，为真实环境下材料结构的原位实时表征提供了一种可能方法。

120 MeV电子直线加速器对于束流发射度有较高的要求，传统的光学准直难以满足需求。本文研究采用基于在线束流准直方法(Beam Based Alignment，BBA)以实现精度更高的准直，获得更好的束流性能。根据加速器结构配置情况，使用消色散校正法(Dispersion-free Steering Algorithm，DFS)，对加速器束流匹配传输段在不同束流抖动情况下进行模拟计算。计算结果表明，DFS算法对于120 MeV电子直线加速器装置的束流准直应用效果良好。

气载放射性碘的制备过程中，利用串联的收集容器同时收集制备的气载放射性碘，并用NaI(Tl)谱仪实时监测收集容器内¹³¹I活度变化情况，实现气载放射性碘制备产率的连续测量。该系统可一次性测量气载放射性碘制备技术的产率随时间变化函数Y(t)，同时适用于气态单质碘、有机碘、颗粒碘三种形态的气载放射性碘的产率测量。其测量周期任意可调，测量周期取20 s时，可兼顾测量频率与单次测量的不确定度。在典型工况下，当产率Y期望值为90%时，其单次测量结果的扩展不确定度为2.5%(k=2)。该产率连续测量系统可用于观察气载放射性碘制备的动态过程，将为气载放射性碘制备技术的优化提供有力工具。

华中科技大学在研的质子治疗装置（Huazhong University of Science and Technology Proton Therapy Facility, HUST-PTF）中，一套位于降能器上游的Kicker磁铁被用于点扫描过程及治疗安全的快速束流开启/关断。为测量该Kicker磁铁的积分场均匀度及磁场动态特性，设计并研制了一套基于电磁感应法的 Kicker磁铁测磁系统。测磁系统分别采用长线圈和印制电路板（Printed Circuit Boards, PCB）线圈两种方法获取感应电压，通过模拟/数字积分器对感应电压进行积分处理。经过实验对比，采用几何精度更高的PCB线圈和受零漂影响较小的模拟积分器作为最终方案进行测试；磁场上升/下降时间小于100 μs，积分场大于0.025 2 T·m，均匀度好于1%，均匀度最大标准差0.006%，测磁系统整体误差小于0.1%，表明Kicker磁铁及其测磁系统均满足设计指标。

熔盐快堆是当前国际上关注的热点之一，本文基于堆芯结构双流体方案，即裂变熔盐燃料和增殖熔盐介质各自独立冷却循环，利用氟化或氯化熔盐中钍铀重金属盐高温下的高溶解度特性，获得熔盐快堆的高增殖。通过比较钍铀燃料循环熔盐快堆的三种可行性熔盐燃料方案（LiF+ThF₄+UF₄、NaF+ThF₄+UF₄和NaCl+ ThCl₃+UCl₃），采用基于反应堆安全分析和设计的综合性模拟程序SCALE（Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation），计算 了中子能谱、反应性温度系数，分析了增殖比BR（breeding ratio）受反应堆裂变区、增殖区和ZrC中子反射层的尺寸影响、熔盐中⁶Li和³⁵Cl同位素丰度的影响，以及熔盐密度误差对BR计算值的准确性影响、易裂变核素随反应堆运行时间演化等。在钍铀燃料循环熔盐快堆中，通过优化处理得到三种熔盐燃料方案的增殖比BR约为1.2。

锡烯作为新型的二维材料由于其预测的优异特性受到广泛关注，锡烯在生长过程中与衬底间的相互作用是该体系研究的重要课题。本文采用分子束外延法在平整有序的Au(111)表面沉积Sn元素制备锡烯，利用原位条件下的低能电子衍射（Low Energy Electron Diffraction，LEED）和同步辐射光电子能谱（Synchrotron Radiation Photoemission Spectroscopy，SR-PES）对不同覆盖度的样品表面进行分析，系统地研究了超高真空环境下锡烯在Au(111)表面的形成过程。结果表明：Sn原子先与Au(111)衬底发生强相互作用形成合金，随着生长厚度的增加，逐步形成锡烯并覆盖在合金表面。

利用²²Na放射源释放的β⁺湮没产生的0.511 MeV γ 射线，研究了掺钇BaF₂（钇掺杂为1 at%，原子百分数）闪烁探测器的能量分辨和时间分辨性能。与BaF₂探测器对比实验结果表明：掺钇BaF₂晶体的快慢成分比（1:1.1）远高于BaF₂晶体的快慢成分比（1:5），掺钇BaF₂探测器的能量分辨率（38%）低于BaF₂探测器的能量分辨率（19%）；在高强度γ射线环境下，掺钇BaF₂探测器的符合时间分辨率优于BaF₂探测器的时间分辨。分析发现：掺钇BaF₂晶体中慢成分信号的减少，缩短了探测器输出信号的时间宽度，有利于在探测高强度γ射线时减缓或消除探测器中高计数率时间信号的堆积现象，提高探测器的时间分辨能力。

寻找一种医用直线加速器模拟时入射电子打靶能量的快速确定方法，从而节省调试所需的时间。利用蒙特卡罗软件包EGSnrc/BEAMnrc针对Varian 600C、Trilogy和Edge无均整模式FFF (Flattening Filter Free)，标称能量均为6 MV的情况，模拟计算射野分别为3 cm×3 cm、10 cm×10 cm、40 cm×40 cm时，不同能量的入射电子打靶产生的X射线在水体模中的剂量分布；通过分析模拟所得到的结果，寻找确定入射电子打靶能量的方法。当入射电子打靶能量在5.5~6.5 MeV范围内时，不同射野的百分深度剂量(Percentage Depth Dose，PDD)对入射电子打靶能量“不敏感”；3 cm×3 cm和10 cm×10 cm的离轴比(Off Axis Ratio，OAR)对入射电子打靶能量“不敏感”；40 cm×40 cm的OAR对入射电子打靶能量十分“敏感”，具体表现为：在离轴距离为14.5~19 cm这一区间内水下5 cm处的OAR平均值，随着打靶能量的上升而下降，即每提高0.1 MeV， Varian 600C、 Trilogy、Edge FFF分别下降0.82%、0.98%、0.47%。通过对在离轴距离为14.5~19 cm这一区间内水下5 cm处的OAR平均值和入射电子打靶能量进行拟合，由拟合结果和OAR测量值反推模拟所需的入射电子打靶能量，利用反推的打靶能量作为输入，模拟产生的X射线在水体模中的PDD、OAR，与测量值相比，差异均在1%之内。

为了探讨利用D-D中子源评估硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy，BNCT）中子通量探测器性能的可能性，本文利用蒙特卡罗模拟程序MCNP5(Monte Carlo N Particle Transport Code, version 5)设计了基于D-D中子源的BNCT慢化体，并最终给出了一种“5 cm聚乙烯（Polyethylene，PE）+ 24 cm 氟化钛（TiF₃）+ 22 cm氟化镁（MgF₂）”的组合作为慢化层、20 cm的镍（Ni）作为反射层以及0.03 cm的镉（Cd）作为热中子吸收层的慢化体设计方案。模拟计算结果表明：D-D中子源经设计的慢化体慢化后形成的中子场可以用于BNCT中子通量探测器性能的实验测试。

计算时间与计算精度是衡量中子输运方法应用的重要指标，针对如何在保证计算精度的前提下减少计算时间开销问题，本研究提出一种基于六角形节块中子输运计算程序的快速求解方法。采用60°周期性对称边界条件求解1/6堆芯，并对1/6堆芯进行并行计算。考虑到不同能群和节块所对应的响应矩阵间存在天然的脱耦性，以及响应矩阵方程求解时非重叠空间区域间可并行性，开发了基于MPI（Message Passing Interface）的响应矩阵构造及矩阵方程求解的并行程序。在并行情况下，针对TAKEDA4基准题开展了校核计算。结果表明：60°周期性对称边界条件和并行计算功能,能够在保证相同计算精度的前提下大大提升计算效率，验证了快速求解策略的正确性。相比于全堆芯串行计算，在9个计算核心数目下，1/6堆芯总计算时间开销在P₁、P₃、P₅下分别可约降低了1/26、1/25、1/22，初步实现六角形节块的快速求解。

射频四极场（Radio Frequency Quadrupole, RFQ）加速器在大功率运行时会导致温度升高和热变形。针对其热稳定性的研究，在很多的多物理分析方法中，研究者将模型局限于二维RFQ截面或三维RFQ局部结构，忽略了冷却流体的流动运动。本文提出了一种结合计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)热流耦合的三维多物理场数值分析方法，包括电磁-流体-热-结构的多物理场耦合分析。基于实验工况，分析了3种(Standard、RNG、Realizable)k-ε湍流模型在同样工况下的换热效果，通过仿真结果与实验结果比较，验证方法的可行性和可靠性。选择合适的湍流模型，分析不同参数下腔体温度、结构和频率的变化规律。结果表明：应用CFD数值模拟方法可以较好的模拟RFQ加速器稳态传热状态，为未来加速器的结构优化、性能改进提供有效的数值模拟平台。

设计了一款硅漂移探测器（Silicon Drift Detector，SDD）信号模拟器用于测试SDD读出电子学的性能。该信号模拟器采用现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）作为核心器件，利用其丰富的可编程逻辑资源产生多组振荡环，将其输出相异或生成均匀分布的真随机数。首先通过伯努利试验将均匀分布的随机数转化为时间间隔服从指数分布的脉冲序列，然后对随机数进行了美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)随机性测试，最后测试了信号模拟器输出脉冲的时间间隔和计数率特性，结果表明：SDD信号模拟器的输出脉冲时间间隔服从指数分布、输出计数率范围为1.6~813.8 ks^-1、输出脉冲的电压范围为2.5~50 mV、脉冲最小时间间隔为9.6 ns，并且可长时间稳定工作。

在正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography，PET）的临床诊断和科研中，为了减小标准化摄取值（Standard Uptake Value, SUV）在不同受试者间的差异性，通常会以特定的参考区域为基准计算标准化摄取值比（Standard Uptake Value Ratio, SUVR）。由于PET图像无法反应脑部结构信息，从PET图像中无法准确分割出参考区域，从而影响了SUVR的准确性。本文利用一体化正电子发射断层成像/磁共振成像（Positron Emission Tomography-Magnetic Resonance Imaging，PET-MRI）同步采集年龄相近的健康志愿者的PET和MRI数据，基于准确反映脑部结构信息的MRI图像分割出参考区域，映射到对应的PET图像后再进行SUVR的计算，将其与利用PET图像分割参考区域算出的SUVR进行比较。结果显示：利用MRI分割参考区域算出的SUVR变异系数更小，离散程度更低，在相似的健康志愿者间具有更好的一致性，更好地消除了受试者间的个体差异。

冷阴极X射线管是静态CT系统的关键部件。自从超顺排碳纳米管阵列被发现后，其被用于X射线管中的研究就逐渐展开。通过设计一款新的X射线管结构并采用一套新的X射线管制备工艺开展了冷阴极X射线管研制工作。采用乙炔为碳源气，用化学气相沉积法，制备出超顺排碳纳米管阵列;然后将其作为电子源，研制了一种基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管，并对其进行了性能测试。从绘制的I-V特性曲线分析，当栅极电压为2 373 V时，得到最大发射电流为5.0 mA；使用小孔成像法测得的X射线焦点尺寸为0.6 mm×1.6 mm。在阳极高压130 kV以下，研制的X射线管工作稳定。本研究为研制脉冲X射线源以及静态CT安检系统奠定了基础。

涡旋光束是一种带有螺旋形波前结构和轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）的光束，在光学操控领域极具应用潜力，并在近几年逐渐成为了X射线物理和X射线光学领域的热门研究课题。近些年，国际上已有多家科研机构就X射线涡旋光束（XOAM）的产生进行了实验和理论研究。本文设计了一个可产生能量约为1 keV的XOAM的方案，该方案采用高功率圆极化激光与相对论电子束发生激光康普顿散射（Laser Compton Scattering，LCS）的方法来产生XOAM光束，该方法具有小型化、可产生更高能量涡旋光束的特点。

基于FLiBe载体盐，Th/²³³U启堆，仅通过在线添加反应堆级钚，以实现熔盐堆²³³U的自持和焚烧反应堆级钚的能力。采用单栅元模型，分析其在不同熔盐体积比、不同中子损失率下²³³U的自持和钚的利用性能。研究发现：在熔盐体积占比为10%~85%的较大范围内都可以实现²³³U自持，其中约43%熔盐体积比下²³³U增殖效果最佳。与此同时，43%熔盐占比下对钚的依赖最大，在熔盐体积比较小和较大时对钚的依赖较小；在熔盐体积比较小时更有利于钚的利用，其中在熔盐体积比为10%~15%时钚的焚烧率最大，约为75%。此外，中子损失率与钚的依赖近似呈正比关系，对²³³U自持性能影响较小。

反应堆燃料包壳破损发生时需要判断其破损程度，为系统及时作出响应提供参考依据。目前使用逃脱率系数表征压水堆燃料包壳的破损程度，但对于裂变气体释放机理缺乏研究。本文采用实验方法研究燃料包壳破损时，非稳态过程中冷却剂压力和温度对裂变气体释放的影响。实验装置基于几何相似性、流动相似性以及闪蒸相变相似性设计，考察了在子通道内冷却剂压力与温度对裂变气体释放的影响，以及闪蒸对非稳态过程中裂变气体逃脱率的影响。实验结果表明：在选取的0.5 mm破口尺寸下，非稳态过程对于气体释放速率没有明显影响，实验中长期逃逸率保持稳定，释放过程符合一级动力学方程。同样冷却剂压力下，冷却剂温度从90 ℃增长到110 ℃时，长期逃逸率增长。同样冷却剂温度下，回路压力从0.3 MPa增长到0.5 MPa，长期逃逸率则下降。长期逃逸率与过冷度负相关，表明燃料包壳破口处的液膜对于裂变气体释放有影响。

紧急停堆棒落棒时间是影响反应堆安全特性的重要参数，以2 MW钍基熔盐堆为研究对象，采用RELAP5-TMSR(Reactor Excursion and Leak Analysis Program-Thorium Molten Salt Reactor)程序，建立熔盐堆系统的瞬态行为分析模型，对控制棒提棒速度的敏感性进行分析，并重点分析探索紧急停堆棒落棒时间对熔盐堆反应性引入瞬态后果的影响规律。结果表明：即使紧急停堆棒落棒时间达到10 min，哈氏合金的最高温度也仅为708.2 °C，燃料盐最高温度为709.2 °C，均低于安全允许限值，表明该熔盐堆具有良好的应对反应性引入事件的能力。