【摘要】：散裂靶是加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)(ADS)中反應(yīng)堆與加速器的耦合部件,加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束的大部分能量會(huì)沉積在靶材料上,當(dāng)質(zhì)子束束流的能量和射入角度發(fā)生變化時(shí),沉積在散裂靶靶窗上的能量會(huì)隨之而反生變化,進(jìn)而對(duì)靶窗的結(jié)構(gòu)完整性造成破壞；除此之外,頻繁變化的束流強(qiáng)度同樣會(huì)影響到散裂靶結(jié)構(gòu)材料的安全特性。本文對(duì)一種有窗散裂靶的設(shè)計(jì)在穩(wěn)態(tài)以及五種典型束流瞬變工況下的響應(yīng)特性做了探究。利用商用軟件CFX對(duì)散裂靶在不同工況下的響應(yīng)做了熱工水力學(xué)計(jì)算,利用ANSYS做了相應(yīng)的熱應(yīng)力分析。 文中所選用的計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行了獨(dú)立性分析,選用了適當(dāng)?shù)挠?jì)算模型。穩(wěn)態(tài)工況下的計(jì)算結(jié)果表明,在靶窗幾何中心點(diǎn)處正下方的冷卻劑的流速很小,此現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致靶窗熱點(diǎn)溫度超過(guò)設(shè)計(jì)限值,是分析過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的現(xiàn)象。在此結(jié)果的基礎(chǔ)上,對(duì)靶窗厚度、結(jié)構(gòu)材料對(duì)散裂靶安全特性的影響做了評(píng)估。結(jié)果表明,靶窗越厚其相應(yīng)的靶窗熱點(diǎn)溫度越高,留有的安全裕量越小。就熱工水力學(xué)分析結(jié)果而言,T91與316L均具備良好的結(jié)構(gòu)安全特性。 在穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,本文對(duì)束流啟動(dòng)、失束、束流聚焦、質(zhì)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(jì)算結(jié)果表明：在階躍啟動(dòng)和線性啟動(dòng)兩種束流啟動(dòng)模式下,急劇變化的靶窗熱點(diǎn)溫度會(huì)產(chǎn)生最大為18.3MPa的熱應(yīng)力,不會(huì)導(dǎo)致靶窗的破損。在進(jìn)行失束工況的分析時(shí),考慮到了頻繁變化的束流會(huì)使結(jié)構(gòu)材料疲勞失效,通過(guò)分析得出了靶窗材料所能夠承受的年失效次數(shù)為1×106。當(dāng)質(zhì)子束束斑半徑聚焦為穩(wěn)態(tài)工況下的一半時(shí),靶窗熱點(diǎn)溫度會(huì)在1s內(nèi)超過(guò)設(shè)計(jì)限值。因此,在ADS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhì)子加速器功率瞬跳工況均會(huì)導(dǎo)致靶窗熱點(diǎn)溫度的小幅升高,但均沒(méi)有超過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)限值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TL503

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2708506