【摘要】：散裂靶是加速器驅動次臨界系統(tǒng)(ADS)中反應堆與加速器的耦合部件,加速器產生的質子束的大部分能量會沉積在靶材料上,當質子束束流的能量和射入角度發(fā)生變化時,沉積在散裂靶靶窗上的能量會隨之而反生變化,進而對靶窗的結構完整性造成破壞；除此之外,頻繁變化的束流強度同樣會影響到散裂靶結構材料的安全特性。本文對一種有窗散裂靶的設計在穩(wěn)態(tài)以及五種典型束流瞬變工況下的響應特性做了探究。利用商用軟件CFX對散裂靶在不同工況下的響應做了熱工水力學計算,利用ANSYS做了相應的熱應力分析。 文中所選用的計算網格進行了獨立性分析,選用了適當的計算模型。穩(wěn)態(tài)工況下的計算結果表明,在靶窗幾何中心點處正下方的冷卻劑的流速很小,此現象可能會導致靶窗熱點溫度超過設計限值,是分析過程中需要重點關注的現象。在此結果的基礎上,對靶窗厚度、結構材料對散裂靶安全特性的影響做了評估。結果表明,靶窗越厚其相應的靶窗熱點溫度越高,留有的安全裕量越小。就熱工水力學分析結果而言,T91與316L均具備良好的結構安全特性。 在穩(wěn)態(tài)分析結果的基礎上,本文對束流啟動、失束、束流聚焦、質子加速器功率瞬跳、束流偏移五種典型的束流瞬變工況做了模擬分析。計算結果表明：在階躍啟動和線性啟動兩種束流啟動模式下,急劇變化的靶窗熱點溫度會產生最大為18.3MPa的熱應力,不會導致靶窗的破損。在進行失束工況的分析時,考慮到了頻繁變化的束流會使結構材料疲勞失效,通過分析得出了靶窗材料所能夠承受的年失效次數為1×106。當質子束束斑半徑聚焦為穩(wěn)態(tài)工況下的一半時,靶窗熱點溫度會在1s內超過設計限值。因此,在ADS系統(tǒng)的設計工作中,要極力避免類似束流聚焦工況的發(fā)生。束流偏移與質子加速器功率瞬跳工況均會導致靶窗熱點溫度的小幅升高,但均沒有超過相應的設計限值。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TL503

【共引文獻】

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本文編號：2708506