加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（Accelerator Driven Sub-critical System,ADS）可以對(duì)核廢料進(jìn)行有效嬗變處理,用于產(chǎn)生中子的散裂靶是ADS關(guān)鍵部件之一。在對(duì)ADS研究中,中國科學(xué)院近代物理研究所提出了密集顆粒流靶（Dense Granular Target,DGT）概念。密集顆粒流靶是一種較為新穎的靶設(shè)計(jì)方案,該方案中采用固體顆粒作為散裂材料和冷卻工質(zhì),顆粒與加速器束流發(fā)生散裂反應(yīng)放出中子,同時(shí),顆粒將散裂反應(yīng)的沉積能量移出靶體并進(jìn)行異地?fù)Q熱,散裂靶內(nèi)顆粒的溫升不僅與束流有關(guān),同時(shí)與顆粒流速、環(huán)境工況等存在密切關(guān)系�？煽睾司圩兪墙鉀Q未來能源問題的有效方法之一,國際上展開了國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER）項(xiàng)目,該項(xiàng)目中需要高通量中子源對(duì)聚變結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行輻照損傷實(shí)驗(yàn),加速器中子源是一理想選擇。在ADS先導(dǎo)專項(xiàng)和ITER中子源項(xiàng)目支持下,研究團(tuán)隊(duì)展開了小型中子源（Compact Materials Irradiation Facility,CMIF）的研究,CMIF借鑒... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)甘肅省

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

世界核反應(yīng)堆和運(yùn)行容量[1]

第1章引言3或自身裂變放出中子（放射性核素中子源）；二是核反應(yīng)堆在運(yùn)行過程中核燃料發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生大量中子（反應(yīng)堆中子源）；三是高能加速器粒子束流轟擊靶材發(fā)生核反應(yīng)放出大量中子（加速器中子源）。放射性核素中子源有兩種：一種是核素衰變產(chǎn)生α或γ射線轟擊質(zhì)量數(shù)孝中子結(jié)合能低的元素（7Li、9Be、11B等），利用（α，n）或（γ，n）核反應(yīng)放出中子；另一種是一些重核元素不穩(wěn)定會(huì)自發(fā)裂變從而放出裂變中子。放射性核素中子源是被最先使用的中子源，其具有體積孝方便使用的優(yōu)點(diǎn)，但是放射性核素中子源通量很低，強(qiáng)度很小，且其強(qiáng)度隨著時(shí)間的推移而減弱，具有壽命限制。裂變反應(yīng)堆中核燃料（U、Pu、Th等）在中子作用下誘發(fā)裂變，每次裂變反應(yīng)放出2-3個(gè)中子，可以形成很強(qiáng)的中子場(chǎng)，中子通量高，因此裂變反應(yīng)堆也可以被作為中子源使用，但反應(yīng)堆中子源能譜較軟，同時(shí)反應(yīng)堆散熱技術(shù)限制中子最高通量水平。加速器中子源有散裂中子源、電子加速器中子源和其他加速器中子源，在高通量、寬能譜可調(diào)的中子束需求中，散裂中子源可以說是最理想的選擇。目前加速器技術(shù)不斷發(fā)展，高能強(qiáng)流質(zhì)子加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流可以達(dá)到幾百M(fèi)eV量級(jí)甚至GeV量級(jí)，在束流轟擊下重原子核靶（如W、U等）不穩(wěn)定而發(fā)生散裂反應(yīng)（圖1.2），每個(gè)散裂過程可放出20-30個(gè)中子，放出的中子會(huì)發(fā)散到各個(gè)方向，利用加速器高能強(qiáng)流質(zhì)子束流可以極大提高中子產(chǎn)生效率。圖1.2散裂反應(yīng)原理[3]Figure1.2Principleofspallationreaction

密集顆粒流靶換熱問題研究6圖1.3SINQ固體靶[6]Figure1.3SolidtargetofSINQ固體靶雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在高功率束流作用下靶材會(huì)沉積大量熱量[7]，結(jié)構(gòu)材料會(huì)發(fā)生形變?cè)斐尚阅艿南陆�，長時(shí)間強(qiáng)輻照環(huán)境也會(huì)造成靶體損傷而脆化，最終影響靶體的穩(wěn)定性和安全性，這些都是固體靶面臨的問題[8]。同時(shí)，固體靶采用在線熱移除方式，這限制了固體靶功率的提升，其功率水平難以達(dá)到兆瓦級(jí)別。散裂靶靶體熱沉積若通過離線的方式進(jìn)行異地?fù)Q熱處理，將會(huì)極大提高散裂靶運(yùn)行功率，基于這種設(shè)想人們提出了液態(tài)金屬靶（HeavyLiquidMetal，HLM）方案。液態(tài)金屬靶不同于固體靶，液態(tài)金屬在靶系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，在靶區(qū)進(jìn)行束靶耦合產(chǎn)生中子并沉積熱量，在流動(dòng)過程中將沉積的熱量帶到異地進(jìn)行離線換熱處理，由于采用了離線熱處理的方式，使其具有強(qiáng)大的熱移除能力，散裂靶的功率得到了極大提升。目前HLM主要采用液態(tài)鉛-鉍合金（LeadBismuthEutectic,LBE）和汞作為散裂材料[9]。在液態(tài)金屬靶的發(fā)展中，最早采用的是有窗靶的結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)末，PSI的MEGAPIE項(xiàng)目最先采用液態(tài)金屬靶設(shè)計(jì)（圖1.4），該項(xiàng)目最初由美日韓等八個(gè)國家的研究機(jī)構(gòu)共同提出，在SINQ原址上建設(shè)，并參考SINQ的靶件設(shè)計(jì)，2006年MEGAPIE啟動(dòng)后在約1MW束流條件下運(yùn)行了四個(gè)多月，第一次證實(shí)了液態(tài)金屬靶在MW量級(jí)束流功率條件下可安全穩(wěn)定運(yùn)行，PSI的實(shí)驗(yàn)在HLM的研究發(fā)展中具有里程碑的意義，為其他HLM靶的設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)期美國ORNL（OakRidgeNationalLaboratory）展


本文編號(hào)：3380016