反應(yīng)中的一個(gè)很常見的問題是通過反應(yīng)產(chǎn)物推斷反應(yīng)物和反應(yīng)過程，這是個(gè)典型的逆問題或反問題。對(duì)于核反應(yīng)堆，確定初始富集度的燃料在經(jīng)歷一定的燃耗后，乏燃料中會(huì)包含各種錒系核素和裂變產(chǎn)物。反之，如果知道最后產(chǎn)物的濃度，也有可能反推初始富集度和燃耗。核取證作為一門新興學(xué)科，通過對(duì)核走私以及核爆炸樣品的分析進(jìn)行溯源，能夠有效地防范核擴(kuò)散和核威脅。其中，乏燃料的擴(kuò)散最具潛在威脅性，之前的許多研究一直在尋找合適的表征參數(shù)來判斷乏燃料的來源信息，包括它的初始富集度，反應(yīng)堆類型以及燃耗等，但少有較為有效地進(jìn)展。一方面在于實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的匱乏，以往的研究往往采用基于模擬數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，難以得到高可信度的結(jié)果；另一方面，反應(yīng)堆作為一個(gè)復(fù)雜體系，其中子輸運(yùn)-燃耗耦合為高度非線性問題，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度變化與各種溯源信息之間并不存在簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

       本工作提出了一種新思路解決此問題，也即使用了兩組核素比例的線性組合作為表征依據(jù)。基于OECD核能署發(fā)布的乏燃料（測(cè)量）數(shù)據(jù)庫(kù)SFCOMPO-2.0，本工作挑選了測(cè)量數(shù)據(jù)較多的鈾、钚的7種長(zhǎng)壽命同位素，按兩組核素比相組合，進(jìn)行窮舉分析，發(fā)現(xiàn)PWR，BWR，VVER-400，VVER-1000，MAGNOX和AGR共6種類型的反應(yīng)堆中輻照后的燃料內(nèi)確實(shí)存在相應(yīng)的線性約束，并確定了與之相關(guān)的模型；基于開源蒙特卡洛程序OpenMC模擬的PWR與BWR數(shù)據(jù)亦符合上述模型。此外，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，發(fā)展了基于兩組核素比例的區(qū)分中子學(xué)性質(zhì)相近的PWR與BWR。

       這些模型可以作為核取證的特征依據(jù)，有效地提取以上6種類型的反應(yīng)堆的初始富集度和燃耗信息，并能夠區(qū)分輻照環(huán)境為PWR或BWR，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。此論文入選Physical Review系列期刊論文中的“物理亮點(diǎn)（Featured in Physics）”，在美國(guó)物理學(xué)會(huì)的物理雜志Physics上報(bào)道。“物理亮點(diǎn)”文章篩選苛刻，大多數(shù)入選論文出自物理學(xué)頂級(jí)期刊Physical Review Letters，其余Physical Review系列期刊入選率為1%左右，其中Physical Review Applied創(chuàng)刊以來共發(fā)表5481篇論文，僅有77篇入選。

      本工作得到了學(xué)校的大力支持，開始于2021年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“溯源取證壓水堆重要運(yùn)行參數(shù)的研究”，并進(jìn)一步拓展研究成為本科畢業(yè)課題。18級(jí)5位本科生王天翔、張中、李潤(rùn)鋒、袁溯、張瑞浥在陳勝利助理教授與袁岑溪副教授的指導(dǎo)下參與并完成了各自的本科畢業(yè)論文（PWR與BWR分類、初始富集度擬合、PWR模擬、BWR模擬、燃耗擬合）。

       學(xué)院自成立以來，一直堅(jiān)持一人一題、團(tuán)隊(duì)合作的本科畢業(yè)論文模式，即3-5名學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)開展合作研究，共同攻關(guān)一個(gè)較為復(fù)雜的前沿問題，一起完成團(tuán)隊(duì)研究報(bào)告及分別撰寫各自畢業(yè)論文，并在中期檢查和畢業(yè)答辯中采用團(tuán)隊(duì)方式進(jìn)行全英文答辯，極大地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力、合作能力和交流能力。

       本工作為中山大學(xué)中法核工程與技術(shù)學(xué)院與中國(guó)工程物理研究院戰(zhàn)略研究中心合作完成。“百人計(jì)劃”助理教授陳勝利博士為本文第一作者，袁岑溪副教授為通訊作者，張純禹副教授與戰(zhàn)略研究中心朱劍鈺副研究員為共同作者。

   本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2018YFB1900405）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（12205390）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)重大項(xiàng)目（2021B0301030006）、廣東省國(guó)際科技合作項(xiàng)目（2019A050510022）、廣東省重大科技專項(xiàng)（2019B030302011）、中央高校基本業(yè)務(wù)費(fèi)（22qntd1801）支持。

全文鏈接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.19.034028

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