楊立濤 陳超峰 黃彥君 賀 毅 上官志洪(蘇州熱工研究院有限公司 蘇州 215004)
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海洋γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)方法模擬
楊立濤陳超峰黃彥君賀 毅上官志洪
(蘇州熱工研究院有限公司蘇州 215004)
摘要通過蒙特卡羅程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)建立了海洋γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)的測(cè)量模型,模擬計(jì)算不同能量γ射線在海水中的衰減情況和有效探測(cè)距離。根據(jù)我國(guó)近岸海域海水中天然放射性核素活性濃度,模擬得到不同晶體尺寸NaI探測(cè)器連續(xù)監(jiān)測(cè)的本底譜,分析能量分辨率對(duì)全能峰本底計(jì)數(shù)率的影響并探討了影響NaI探測(cè)器能量分辨率的因素。最后針對(duì)我國(guó)核電廠周圍海域中重點(diǎn)關(guān)注的人工放射性核素,并假設(shè)不同尺寸NaI晶體在能量662keV處分辨率保持7.0%不變的條件下,分別計(jì)算了不同尺寸NaI晶體探測(cè)器在海洋γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)中的探測(cè)效率、本底計(jì)數(shù)率和最小可探測(cè)活性濃度等技術(shù)參數(shù)。模擬結(jié)果為海洋或其它水體中γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用提供技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞海洋γ核素,連續(xù)監(jiān)測(cè),MCNP,晶體尺寸,探測(cè)限
Simulation of gamma spectra continuous monitoring in seawater
YANG LitaoCHEN ChaofengHUANG YanjunHE YiSHANGGUAN Zhihong
(Suzhou Nuclear Power Research Institute,Suzhou 215004,China)
AbstractBackground:With the public and environment protection departments pay more and more attention to radiation environment around the nuclear facilities,the gamma spectrum continuous monitoring is an important measure in marine environment.The method of continuous monitoring of gamma spectrum in ocean has been widely used in foreign countries,but seldom seen in our country.Purpose:This study aims to investigate the effective detection range,background spectrum,detection efficiency and the minimum detectable activity concentration of the marine gamma spectrum for the main artificial radionuclides around the nuclear facilities.Methods:The measurement models were established for different size of NaI scintillant detectors employed for on-line monitoring of gamma spectrum in ocean by Monte Carlo N Particle Transport Code(MCNP),targeting at the attenuation of various gamma-ray energies and effective detectivity in seawater.Results:The effective detection range of gamma rays in seawater was less than 70cm.The minimum detectable activity concentrations for NaI scintillant detectors with crystal sizes of ?5.08cm×5.08cm,?7.62cm×7.62cm,and ?15.24cm×7.62cm were in the range of 0.34-0.50 Bq·L-1,0.19-0.30 Bq·L-1,and 0.07-0.11 Bq·L-1,respectively.Conclusion:The MCNP was successfully applied to the study of marine gamma spectrum continuous monitoring methods.The simulation results provide technical reference for the application of continuous monitoring of gamma spectrometry in the ocean or other water systems.
Key wordsMarine radionuclide,Continuous monitoring,MCNP,Crystal size,Detection limit
隨著公眾對(duì)輻射環(huán)境的關(guān)注以及環(huán)境保護(hù)主管部門對(duì)核設(shè)施周圍輻射環(huán)境監(jiān)督、監(jiān)測(cè)的重視,能實(shí)時(shí)識(shí)別放射性核素種類并測(cè)量其活性濃度的γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)方法被廣泛運(yùn)用在核電廠周圍陸地監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。但作為核電廠液態(tài)流出物受納水體的海洋環(huán)境目前主要通過定期取樣實(shí)驗(yàn)室分析的方法監(jiān)測(cè)其中的放射性,缺少實(shí)時(shí)的γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí),隨著我國(guó)核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,內(nèi)陸核電廠的建設(shè)勢(shì)在必行,作為內(nèi)陸核電廠受納水體的河流或湖泊存在諸多的環(huán)境敏感點(diǎn),特別是可能涉及公眾飲用水安全的水域[1]。因此研究水體中的γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)有著重要的實(shí)際意義。
目前國(guó)外已廣泛采用連續(xù)γ譜監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)核設(shè)施周圍水域放射性核素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警[2-4]。海洋γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)模型主要有三類:一是把探測(cè)器懸掛于固定浮標(biāo)下一定深度處進(jìn)行監(jiān)測(cè)的浮標(biāo)式[3,5-6];二是把探測(cè)器固定于屏蔽水箱中心處,通過循環(huán)抽取水體進(jìn)入水箱內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的抽水式[4];三是通過航船拖拽探測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)的走航式[2,7-8]。文獻(xiàn)[3]、[9]對(duì)海洋γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)性能要求做了較詳細(xì)的介紹并對(duì)探測(cè)效率的刻度方法進(jìn)行了討論。另外,日本福島事故后NaI γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)也被廣泛用于廠址周圍水域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[7-8],在較短的時(shí)間內(nèi)獲得了人工核素,特別是137Cs在海洋中的活性濃度和彌散情況,是其他監(jiān)測(cè)手段難以實(shí)現(xiàn)的。針對(duì)海洋γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù),國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)如清華大學(xué)、海洋三所等對(duì)探測(cè)器選型、屏蔽材料選擇、數(shù)據(jù)通信建立以及探測(cè)效率刻度方法等內(nèi)容也開展了較多的研究[10-14],但相對(duì)國(guó)外起步較晚[15],目前還未看到相關(guān)成熟的產(chǎn)品。
水體中γ核素的連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)為一種就地測(cè)量方法,從實(shí)驗(yàn)上不易實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的刻度和測(cè)試。本文針對(duì)我國(guó)核電廠周圍水域中關(guān)注的人工放射性核素,通過蒙特卡羅程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)建立海洋中γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)的測(cè)量模型,分析計(jì)算不同晶體尺寸NaI探測(cè)器的探測(cè)效率和最小可探測(cè)活性濃度,并對(duì)模擬結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析。
1.1 γ射線在海水中的衰減
由γ射線在介質(zhì)中的衰減理論可知,強(qiáng)度為I0的準(zhǔn)直窄束γ射線通過質(zhì)量厚度為tρ(g·cm-2)的均勻介質(zhì)后,其強(qiáng)度衰減為:
式中:μρ為物質(zhì)質(zhì)量衰減系數(shù),與線衰減系數(shù)的關(guān)系為μ=ρμρ,ρ為物質(zhì)密度,μ為線衰減系數(shù)。元素線衰減系數(shù)與總截面之間的關(guān)系可表示為[16]:
式中:M為元素的原子量;NA為阿佛加德羅常數(shù);σtotal為總反應(yīng)截面。根據(jù)文獻(xiàn)[16]給出的反應(yīng)截面數(shù)據(jù),根據(jù)式(1)、(2)可計(jì)算得到不同能量γ射線在水中的衰減情況(圖1),其中縱坐標(biāo)為穿過一定距離后的γ光子透過率,橫坐標(biāo)為γ光子穿過的距離。從圖1可以看到,對(duì)于能量不大于2 MeV的γ光子,在水中穿過的距離約70cm時(shí),光子透過率小于5%。
圖1 水中γ射線透過率與穿透距離的關(guān)系Fig.1 Relationship between counts and distance of γ-ray in water.
1.2 有效探測(cè)距離的MCNP模擬
文獻(xiàn)[11]采用蒙特卡羅方法模擬計(jì)算了海水中NaI探測(cè)器對(duì)137Cs特征峰的有效探測(cè)距離為30-40cm,文獻(xiàn)[13]采用相同的方法得到137Cs、54Mn 和60Co的有效探測(cè)距離分別為28.5cm、32.0cm和38.8cm。
針對(duì)核電廠周圍海域主要關(guān)注放射性核素[17],采用與文獻(xiàn)[13]類似的測(cè)量模型,在半徑為R的球體中心位置處放置?7.62 cm×7.62cm NaI探測(cè)器,球體內(nèi)填充均勻、各向同性且核素活性濃度均為1 Bq·L-1的海水,球體外部設(shè)置為真空。使用蒙特卡羅程序MCNP分別計(jì)算不同球體半徑對(duì)應(yīng)的γ射線全能峰計(jì)數(shù)率。計(jì)算中采用F8計(jì)數(shù)卡區(qū)分特征峰計(jì)數(shù)與康普頓散射計(jì)數(shù),同時(shí)通過設(shè)置權(quán)重窗最大程度降低計(jì)算統(tǒng)計(jì)誤差。模型中海水組分元素Cl、Na、S、Mg、Ca、K含量依次為19.10 g·kg-1、10.62 g·kg-1、0.904 g·kg-1、1.29 g·kg-1、0.412 g·kg-1、0.399 g·kg-1,海水密度為1.025 g·L-1[18]。
計(jì)算結(jié)果見圖2,其中橫坐標(biāo)為海水球體半徑R,縱坐標(biāo)為探測(cè)器的計(jì)數(shù)。從圖2可以看到,對(duì)于全能峰能量較低的核素如131I、134Cs、110mAg和54Mn,當(dāng)球體半徑增大到約40cm時(shí),全能峰計(jì)數(shù)基本不再發(fā)生變化,而全能峰能量較大的核素60Co、40K其探測(cè)的有效半徑約70cm,模擬結(jié)果與理論計(jì)算(圖1)基本一致。若以最大計(jì)數(shù)90%處的半徑為有效探測(cè)距離,則結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的基本一致。因此在海水就地測(cè)量的實(shí)驗(yàn)?zāi)P驮O(shè)計(jì)中,有效探測(cè)半徑保守設(shè)置為1m是較為合理的。
圖2 不同球半徑下的核素計(jì)數(shù)率Fig.2 Full energy peak count rate for different sphere radius.
2.1海水本底譜圖的模擬計(jì)算
為了解海洋中天然放射性核素在測(cè)量中對(duì)人工放射性核素的影響情況,并進(jìn)一步計(jì)算放射性核素的探測(cè)限。我們分別模擬計(jì)算了不同晶體尺寸NaI探測(cè)器在海水中測(cè)量的本底譜圖。
根據(jù)某款NaI探測(cè)器的實(shí)際幾何結(jié)構(gòu)、尺寸以及材料組成建立探測(cè)模型。探測(cè)器位于半徑為1m的球形海水體中心。海水中天然放射性核素活性濃度取自我國(guó)近岸海域天然放射核素活性平均值[19],其中226Ra、232Th、40K活性濃度分別為0.076 Bq·L-1、0.004 Bq·L-1和10.32 Bq·L-1。模擬時(shí)假設(shè)鈾鐳系、釷系均處于衰變平衡狀態(tài)。天然核素特征峰的選取參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11743-2013附表B.1,即考慮天然放射性核素中發(fā)射概率大于1%的所有γ射線。模擬的能量范圍為40keV-2 MeV,道寬設(shè)置為1024。
海水中40K活性濃度遠(yuǎn)高于其他天然放射性核素,為防止其它天然放射性核素全能峰被淹沒于40K康普頓散射譜的漲落中,模擬時(shí)對(duì)鈾鐳系、釷系和40K分別進(jìn)行模擬計(jì)算。圖3為?7.62cm×7.62cm NaI探測(cè)器的模擬結(jié)果,從圖3可以看到,40K的全能峰和康普頓連續(xù)譜計(jì)數(shù)遠(yuǎn)高于鈾鐳系、釷系的相關(guān)核素計(jì)數(shù)。因此對(duì)于海水中γ核素的連續(xù)測(cè)量,由于40K的影響,其它天然放射性核素難以被探測(cè)到。
圖3 海水本底譜圖模擬結(jié)果Fig.3 Results of marine background spectra simulation.
2.2全能峰本底計(jì)數(shù)率的計(jì)算
為得到準(zhǔn)確的全能峰本底計(jì)數(shù)率,需獲得各全能峰的能量分辨率(取全能峰半高寬(能量分辨率)的2或3倍[20]對(duì)應(yīng)區(qū)域的計(jì)數(shù)率為該全能峰本底計(jì)數(shù)率)。NaI探測(cè)器能量分辨率可表示為[21]:
式中:δSC為γ射線在晶體中電離、激發(fā)使晶體發(fā)光過程引起的部分,為晶體固有分辨率(Intrinsic Resolution);δP為光陰極對(duì)晶體發(fā)光收集過程引起的部分,與光耦和材料、晶體反射層有關(guān);δST為光電子倍增過程引起的部分,與光電倍增管結(jié)構(gòu)尺寸、倍增系數(shù)等有關(guān)。文獻(xiàn)[21]通過延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間、提高電壓穩(wěn)定性、環(huán)境恒溫恒濕以及多次測(cè)量等手段優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,精確測(cè)量了?10mm×10mm和?75mm×75mm兩種NaI探測(cè)器在17-1332keV范圍內(nèi)13種核素全能峰的能量分辨率,測(cè)量結(jié)果顯示在能量大于50keV范圍內(nèi)對(duì)上述兩種體積相差達(dá)400倍左右的NaI晶體探測(cè)器得到的能量分辨率相差很小,如57Co(122keV)、137Cs(662keV)在?10mm×10mm探測(cè)器中的能量分辨率分別為9.3%和6.7%,在?75 mm×75 mm探測(cè)器中則分別為9.4%和6.9%。
文獻(xiàn)[21-22]對(duì)NaI探測(cè)器能量分辨率的影響因素做了深入的研究,特別是針對(duì)不同晶體尺寸的影響。實(shí)驗(yàn)表明雖然γ射線在大尺寸晶體中產(chǎn)生的康普頓散射電子和二次電子數(shù)量遠(yuǎn)大于小尺寸晶體,但對(duì)晶體固有分辨率并無太大影響。研究給出對(duì)于137Cs的662 keV特征峰,NaI晶體的固有分辨率在5.7%左右,光電轉(zhuǎn)換部分一般可小于1.4%,其余主要為光電倍增過程引起。另一方面,當(dāng)能量小于50keV時(shí),由于大尺寸晶體中大量次級(jí)電子電離激發(fā)引起的大量低能X射線干擾,使大晶體尺寸的能量分辨率劣于小尺寸晶體的能量分辨率。
因此,可以認(rèn)為在50keV-2 MeV的能量范圍內(nèi),NaI探測(cè)器各部件材料和制造水平、制造工藝是影響探測(cè)器能量分辨率的主要因素。目前市場(chǎng)上一般能提供的能量分辨率均可好于7%(662keV)。因此本文假設(shè)不同晶體尺寸具有相同的能量分辨率,并使用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的?7.62 cm×7.62cm NaI探測(cè)器(能量分辨率7%(662keV))的半高寬曲線對(duì)?5.08cm×5.08cm、?15.24 cm×7.62cm探測(cè)器的模擬本底譜進(jìn)行展寬并計(jì)算其相應(yīng)的全能峰本底計(jì)數(shù)率,半高寬曲線方程為:
使用γ譜專用分析軟件GammaVision對(duì)§2.1不同尺寸探測(cè)器海水中鈾鐳系、釷系和40K的模擬譜圖合并為同一譜圖進(jìn)行分析。圖4為?7.62cm×7.62cm探測(cè)器本底譜各全能峰感興趣區(qū)確定情況。
不同尺寸NaI晶體本底計(jì)數(shù)率模擬結(jié)果見表1,從表1可以看到,隨著NaI探測(cè)器晶體尺寸增加其核素全能峰處本底計(jì)數(shù)率明顯升高。其中?7.62cm×7.62cm探測(cè)器的本底計(jì)數(shù)約為?5.08cm×5.08cm探測(cè)器的3倍,?15.24cm×7.62cm探測(cè)器的本底計(jì)數(shù)約為?5.08cm×5.08cm探測(cè)器的10倍。
圖4 核素本底計(jì)數(shù)率計(jì)算(?7.62 cm×7.62 cm)Fig.4 Calculation method of radionuclide background count rate(?7.62 cm×7.62 cm).
表1 不同尺寸晶體NaI探測(cè)器本底計(jì)數(shù)率、探測(cè)效率和探測(cè)限(測(cè)量時(shí)間2 h)Table 1 Background count rate,detection efficiency and detection limit of NaI detector in different crystal size(count time:2 h).
3.1探測(cè)效率計(jì)算
根據(jù)以上測(cè)量模型,我們使用MCNP程序計(jì)算了不同晶體尺寸NaI探測(cè)器的探測(cè)效率。核電廠周圍海域中關(guān)注的主要放射性核素的探測(cè)效率模擬計(jì)算結(jié)果見表1。從表1可以看到,隨著探測(cè)器晶體尺寸的增加探測(cè)效率有著較大的變化。對(duì)于同一探測(cè)器,不同核素的探測(cè)效率值相差不大,特別在0.5-2.0 MeV范圍,核素探測(cè)效率相差很小。
文獻(xiàn)[5]中通過實(shí)驗(yàn)方法得到底面半徑1m、高2m的圓柱水箱中?7.62 cm×7.62cm NaI探測(cè)器對(duì)137Cs和40K的計(jì)數(shù)率,轉(zhuǎn)換為探測(cè)效率分別為137Cs:0.270 count·Bq-1·L、40K:0.220 count·Bq-1·L。文獻(xiàn)[6,14]也通過實(shí)驗(yàn)方法得到海水中137Cs的探測(cè)效率分別為0.227 count·Bq-1·L、0.198 count·Bq-1·L。
從表1可以看到,對(duì)于晶體尺寸為?7.62cm×7.62 cm的NaI探測(cè)器的探測(cè)效率模擬結(jié)果為137Cs:0.228 count·Bq-1·L、40K:0.207 count·Bq-1·L,與文獻(xiàn)[6,14]報(bào)告的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果在同一水平,其中的不同主要來源于不同實(shí)驗(yàn)室使用的探測(cè)器在屏蔽材料上的差異所致。
3.2探測(cè)限計(jì)算
測(cè)量方法探測(cè)限是探測(cè)器系統(tǒng)多個(gè)技術(shù)參數(shù)的集中體現(xiàn),也是確定測(cè)量方法能否滿足實(shí)際應(yīng)用的重要依據(jù)。因此我們對(duì)核電廠周圍海域中主要關(guān)注的核素[17]均計(jì)算了其探測(cè)限,并分析NaI晶體尺寸對(duì)探測(cè)限的影響程度。
探測(cè)限計(jì)算公式見式(5):
式中:LLD為探測(cè)限,Bq·L-1;Nb為測(cè)量時(shí)間t內(nèi)全能峰處的本底計(jì)數(shù);ε為全能峰探測(cè)效率,count·Bq-1·L;p為全能峰γ射線發(fā)射概率。
在測(cè)量時(shí)間為2h且不同尺寸NaI晶體能量分辨率均為7.0%時(shí),得到的探測(cè)限見表1。從表1可以看出,在海水γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)中同一型號(hào)探測(cè)器對(duì)不同核素的探測(cè)限基本一致,這與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量有較大的區(qū)別。針對(duì)核電廠周圍海域中主要關(guān)注的核素,?5.08cm×5.08cm NaI探測(cè)器的探測(cè)限在 0.34-0.50 Bq·L-1之間,?7.62cm×7.62cm NaI探測(cè)器的探測(cè)限在0.19-0.30 Bq·L-1之間,?15.24cm×7.62cm NaI探測(cè)器的探測(cè)限在0.07-0.11 Bq·L-1之間。
文獻(xiàn)[6,14]通過實(shí)驗(yàn)給出了海水就地NaI譜儀測(cè)量2h時(shí)131I的探測(cè)限為0.297 Bq·L-1,137Cs的探測(cè)限為0.568 Bq·L-1,其中131I的探測(cè)限與本文模擬結(jié)果0.30 Bq·L-1較為接近。對(duì)于核素137Cs實(shí)驗(yàn)中采用?40mm×40mm的NaI探測(cè)器,其晶體尺寸小于本文模擬的各型號(hào)晶體尺寸,因此其得到的探測(cè)限要高于本文的模擬結(jié)果。從與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的對(duì)比看,本文測(cè)量模型以及最終計(jì)算得到的不同晶體尺寸以及不同放射性核素的探測(cè)限具有較高的可信度,可作為海水中γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)方法建立的參考。值得注意的是,目前廣泛使用的NaI探測(cè)器能量分辨率一般在6%-8%之間,同時(shí)NaI探測(cè)器在使用中由于受環(huán)境溫度、工作電壓等條件的影響也會(huì)導(dǎo)致能量分辨率變化,而能量分辨率變差會(huì)導(dǎo)致本底計(jì)數(shù)率升高,從而導(dǎo)致探測(cè)限升高。
本文針對(duì)核電廠周圍海水中γ核素連續(xù)監(jiān)測(cè)的相關(guān)問題,通過模擬方法給出了NaI譜儀在海水中測(cè)量的主要技術(shù)參數(shù),并對(duì)比分析不同晶體尺寸NaI探測(cè)器的模擬結(jié)果。主要結(jié)論如下:
1)NaI探測(cè)器對(duì)于特征峰能量小于2 MeV的γ核素,有效探測(cè)距離不大于1m,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中探測(cè)器距水箱邊界距離達(dá)到1m即可滿足實(shí)驗(yàn)要求。
2)由于海水中40K活性濃度遠(yuǎn)高于其它天然放射性核素,從本底譜圖模擬結(jié)果看,在海水γ核素就地測(cè)量中,除40K外其它天然核素不易被探測(cè)到,40K是海水連續(xù)γ譜測(cè)量的主要干擾核素。
3)不同晶體尺寸NaI探測(cè)效率、本底計(jì)數(shù)率差別較大,但同一型號(hào)探測(cè)器對(duì)不同核素的探測(cè)限差別較小。針對(duì)核電廠周圍海域主要關(guān)注的放射性核素131I、134Cs、137Cs、54Mn、110mAg和60Co,在測(cè)量時(shí)間為2h時(shí)且不同尺寸NaI晶體在能量662keV處的分辨率保持7.0%不變的條件下得到的探測(cè)限結(jié)果為:?5.08 cm×5.08cm NaI在0.34-0.50 Bq·L-1之間,?7.62cm×7.62cm NaI在0.19-0.30 Bq·L-1之間,?15.24 cm×7.62cm NaI在0.09-0.11 Bq·L-1之間。
4)通過與文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析表明了蒙特卡羅方法計(jì)算模型的合理性,模擬結(jié)果可為NaI譜儀在海水γ譜連續(xù)監(jiān)測(cè)中方法建立、設(shè)備選型以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試等進(jìn)一步的研究提供參考。
參考文獻(xiàn)
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收稿日期:2015-10-19,修回日期:2016-01-07
DOI:10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.030203
中圖分類號(hào)TL99
第一作者:楊立濤,男,1985年出生,2011年于蘭州大學(xué)獲碩士學(xué)位,核物理專業(yè)
First author:YANG Litao,male,born in 1985,graduated from Lanzhou University with a master’s degree in 2011,major in nuclear physics