【摘要】：加速器驅(qū)動嬗變研究裝置(China Initiative Accelerator Driven System,以下簡稱Ci ADS)是國際上首臺ADS的實(shí)驗(yàn)裝置。其包含三大關(guān)鍵系統(tǒng)超導(dǎo)質(zhì)子直線加速器系統(tǒng)、重金屬散裂靶系統(tǒng)和次臨界反應(yīng)堆系統(tǒng)。其中超導(dǎo)質(zhì)子加速器的主要作用是提供高功率的質(zhì)子束流,其輸出能量500Me V,束流流強(qiáng)5m A,設(shè)計束流功率為2.5MW,是國際上在運(yùn)行的最高功率加速器的功率值的兩倍。作為一個高能質(zhì)子直線超導(dǎo)加速器,對于整個加速器系統(tǒng)的魯棒性,穩(wěn)定性,可用性有著極高的要求,束流丟失(Beam Trip)是加速器穩(wěn)定運(yùn)行的表征量,美國能源部在ADS白皮書對束流丟失提出來了嚴(yán)格的次數(shù)限制。通過RAMI分析發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)腔失效對束流丟失的貢獻(xiàn)較大。故此超導(dǎo)腔的失效補(bǔ)償對是實(shí)現(xiàn)加速器穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)到ADS白皮書提出束流丟失要求的可能途徑。高頻超導(dǎo)腔的失效原因十分之多,可能有溫度失超,低電平故障,控制系統(tǒng)故障,真空故障等多個來源,根據(jù)CADS調(diào)試記錄可知,RF系統(tǒng)故障為最主要來源。在直線加速器運(yùn)行過程中,高頻超導(dǎo)腔的失效會對束流的品質(zhì)造成極大的影響。當(dāng)加速器超導(dǎo)段中某個高頻超導(dǎo)腔失效且未采取任何補(bǔ)償措施時,無法實(shí)現(xiàn)同步加速,導(dǎo)致束流產(chǎn)生嚴(yán)重失配,能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計值。同時,相比較于正常運(yùn)行時,腔體失效后,束流損失嚴(yán)重,高功率束流不可控的損失在超導(dǎo)加速器內(nèi),會導(dǎo)致加速器無法工作,不及時切束甚至?xí)斐沙瑢?dǎo)腔破壞性損傷擊穿腔壁。同時可以發(fā)現(xiàn)高頻超導(dǎo)腔失效對束流縱向品質(zhì)有非常大的影響,因此超導(dǎo)腔的失效補(bǔ)償對于加速器的穩(wěn)定運(yùn)行十分關(guān)鍵。本文在前人研究的基礎(chǔ)上和Ci ADS要求的驅(qū)動下,考慮經(jīng)濟(jì)性和工程可實(shí)現(xiàn)性,根據(jù)超導(dǎo)直線加速器分段的內(nèi)稟特點(diǎn),提出了分段式補(bǔ)償?shù)姆椒?在失效腔體附近根據(jù)局部補(bǔ)償方法的特點(diǎn)進(jìn)行束流匹配,各段具有獨(dú)立性,整體上對能量進(jìn)行補(bǔ)償則具有全局補(bǔ)償方法的特點(diǎn),在出口處保證束流能量穩(wěn)定,該方法充分結(jié)合了局部補(bǔ)償和全局補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn),同時滿足以下三個條件:1.束流出口能量穩(wěn)定,滿足靶、堆要求。2.保證束流品質(zhì),傳播過程中控制束損。3.控制工程造價,降低硬件要求。通過對于分段補(bǔ)償設(shè)計的模擬,考慮各段不同超導(dǎo)腔失效的情況,通過Tracewin軟件中的多粒子模擬進(jìn)一步驗(yàn)證得到分段補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)Ci ADS對加速器補(bǔ)償?shù)囊蟆Ｍㄟ^分段補(bǔ)償,逐步提高能量,并實(shí)現(xiàn)橫縱方向的束流發(fā)射度控制,結(jié)果發(fā)射度遠(yuǎn)小于接受度,保證了無束流損失。并且在超導(dǎo)腔出口處獲得等量與束流品質(zhì)與之前一致的束流。對Ci ADS超導(dǎo)直線加速器發(fā)生的各類超導(dǎo)腔失效情況進(jìn)行重新匹配和能量補(bǔ)償,失效后補(bǔ)償結(jié)果表明束損得到了完全控制,可以在保證出口能量與束流品質(zhì)與腔體失效前保持一致,99%發(fā)射都有7%左右的增長。在此同時,將超導(dǎo)腔所需的整體功率冗余由局部補(bǔ)償需要的69%降低到20%。極大的降低了造價,提高了工程可實(shí)現(xiàn)性。
【圖文】：

.1 選題背景及意義.1.1 高功率質(zhì)子加速器粒子加速器是借助人工的方式通過電磁場產(chǎn)生高速帶電粒子的科學(xué)研究置 世界上首臺粒子加速器建成于上個世紀(jì)三十年代，自此開始，粒子加器得到了不斷的發(fā)展，粒子加速器的發(fā)展對基礎(chǔ)物理學(xué)和高新科技領(lǐng)域提了強(qiáng)大的動力 同時，基礎(chǔ)物理學(xué)研究對粒子能量提出更高的需求，例如物理學(xué)與高能物理學(xué)的需求促進(jìn)著加速器的發(fā)展；高新科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)諸如如今的重離子治癌 散裂中子源 質(zhì)子治療 同步輻射光源等方面的用，也對加速器產(chǎn)生粒子的穩(wěn)定性提出了更高的標(biāo)準(zhǔn) 在此類反饋?zhàn)饔孟录铀倨鞯陌l(fā)展也有了更高程度的要求 而考慮到實(shí)際工程難度與造價問，，粒子加速器的建造趨勢，由追求超高能加速器，逐步趨向于建設(shè)高流強(qiáng)速器1,2

CiADS 超導(dǎo)直線加速器的超導(dǎo)腔失效補(bǔ)償顆粒流散裂靶和 10MW次臨界堆的ADS實(shí)驗(yàn)裝置 第三階段，到2030建成1000MeV@15mA超導(dǎo)質(zhì)子直線加速器 顆粒流散裂靶和 500MW次臨界堆的ADS工業(yè)示范裝置 CiADS 建成后，將成為世界上首個建成的兆瓦級加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)研究裝置，將使我國率先掌握 ADS 集成和利用嬗變處理核廢料，為實(shí)現(xiàn)核能的可持續(xù)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)19
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL53

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 孫彪;閆芳;裴士倫;孟才;唐靖宇;;Compensation-rematch for the major components of C-ADS injector-I[J];Chinese Physics C;2015年11期

2 詹文龍;徐瑚珊;;未來先進(jìn)核裂變能——ADS嬗變系統(tǒng)[J];中國科學(xué)院院刊;2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王志軍;優(yōu)化方法在直線加速器設(shè)計中的應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2013年

本文編號：2620370