本文關(guān)鍵詞： 顆粒流散裂靶 隨機堆積 能量沉積 中子通量 EPICS控制系統(tǒng) ADS　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)(ADS)由高能質(zhì)子加速器、重金屬散裂靶、和次臨界反應(yīng)堆組成。它的原理是利用加速器將質(zhì)子束流加速,然后轟擊到散裂靶上產(chǎn)生中子,進而驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆運行。ADS系統(tǒng)在使用燃料方面更加靈活,即:ADS系統(tǒng)并不局限于鈾或钚等易裂變?nèi)剂?還可以使用其它普通的裂變?nèi)剂?如:釷)。要在ADS系統(tǒng)中產(chǎn)生很強的中子源,關(guān)鍵技術(shù)之一是建立一個高功率散裂靶。本論文基于中國的ADS系統(tǒng)(CIADS),探討了高功率散裂靶的監(jiān)測技術(shù),特別是如何監(jiān)測靶溫度和散裂中子的變化。CIADS系統(tǒng)采用能量為250MeV的質(zhì)子束流轟擊鎢靶,設(shè)計的最大堆功率為10兆瓦。本論文研究的成果也適用于任意功率的ADS系統(tǒng)。為了更好地研究散裂靶溫度和散裂中子的監(jiān)測技術(shù),本文首先利用Geant4程序進行了散裂反應(yīng)過程的能量沉積和中子產(chǎn)額仿真計算。在CIADS系統(tǒng)中,散裂靶垂直位于次臨界反應(yīng)堆的中心,靶容器為圓柱體狀,內(nèi)部填充著直徑很小的鎢顆粒球體。為了在Geant4計算中構(gòu)建顆粒靶的幾何模型,本文自主設(shè)計算法,分別針對半徑為2毫米、3毫米和5毫米的顆粒球體進行了隨機堆積。從堆積結(jié)果來看,在散裂靶長度低于50毫米時,顆粒球體的堆積密度隨著散裂靶長度的增加而增大,而在散裂靶長度超過50毫米時,顆粒球體的堆積密度基本上保持不變。另外,從堆積結(jié)果分析得到:顆粒球體的堆積密度與靶容器的半徑以及顆粒球體的半徑無關(guān)。在構(gòu)建了顆粒靶幾何模型后,本文研究了質(zhì)子束轟擊圓柱形固體靶和顆粒靶時,能量沉積沿著靶軸向和徑向的分布情況。研究結(jié)果顯示顆粒靶能量沉積的軸向分布比固體靶更加均勻,布拉格峰位置也更深。在徑向分布方面,固體靶和顆粒靶的能量沉積都沿著靶半徑方向而快速下降。靶中心區(qū)域的能量沉積比靶邊緣區(qū)域高出約四個量級,這說明能量主要集中在散裂靶的中心區(qū)域,而在靶邊緣處的能量卻很低,即溫度基本上保持不變。如果束流偏離散裂靶中心區(qū)域,那么,靶容器在離束流較近處的能量沉積和溫度會急劇升高。因此,本文在靶容器對稱位置安裝四套溫度傳感器,通過對溫度的綜合判斷來檢測束流是否打偏。此外,本文對比分析了固體靶和顆粒靶的中子產(chǎn)額和中子泄露情況。研究結(jié)果顯示顆粒鎢靶的中子產(chǎn)額遠遠高于固體鎢靶,這是由于顆粒靶內(nèi)部顆粒之間存在空隙,導(dǎo)致鎢對中子的吸收作用較固體靶更小而造成的。因此,顆粒靶可以為次臨界反應(yīng)堆提供更多的中子。本節(jié)還分析了沿靶軸向方向的中子產(chǎn)額,由于測量位置與靶之間距離的不同,中子通量會隨z值的變化而發(fā)生變化。在中心位置處(z=0毫米處)的中子通量比底部位置(如:z=1000毫米)處的中子通量高出三個量級。因此,在實際工程中,需要在上部、中部和底部位置分別安裝中子探測器來測量中子通量在垂直方向上的分布情況。同樣,為了檢測束流是否打偏,本文在靶容器的周圍安裝四套中子探測器。模擬結(jié)果顯示,當(dāng)束流向一側(cè)偏離時,偏離位置和與其對稱位置處中子探測器的輸出電流之比高達三。最后,本文設(shè)計了一套散裂靶的溫度和中子監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)包括:(1)在靶容器周圍以90度間隔的四個位置各安裝一套熱電偶傳感器和一套中子探測器,它們安裝在同一高度、并且靠近散裂反應(yīng)區(qū)的位置,監(jiān)測并判斷束流是否偏離散裂靶中心區(qū);(2)在散裂靶底部收口位置安裝四套熱電偶傳感器,結(jié)合上面四套熱電偶的溫度信息,來判斷顆粒球體在靶容器內(nèi)部的運動狀態(tài);(3)在散裂靶外部安裝十八套自給能中子探測器,來測量上部、中部和底部位置的中子通量,其中探測到的中子包括散裂中子和裂變中子。文章的最后還討論了該監(jiān)測系統(tǒng)如何集成到CIADS總體控制系統(tǒng)當(dāng)中。
[Abstract]:......
【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】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL50

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本文編號：1544469