強流氘氚中子發(fā)生器直流束線與氚靶系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、氘氚中子發(fā)生器是一種加速器型氘氚聚變中子源，所產(chǎn)生的14MeV準單能中子束可在以聚變堆和快中子反應(yīng)堆為代表的先進核能系統(tǒng)研究、以中子照相和中子治癌為代表的核技術(shù)應(yīng)用研究及國防軍工基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本文在廣泛調(diào)研和深入分析國內(nèi)外強流氘氚中子發(fā)生器及氚靶系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對中國科學(xué)院核能安全技術(shù)研究所直流/脈沖兩用型強流氘氚中子發(fā)生器HINEG(Highly Intensified Neutron Generator)項目中

2、直流束傳輸系統(tǒng)和氚靶系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題展開研究，完成了HINEG直流束傳輸系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，并利用TRANSPORT程序進行了系統(tǒng)束流光學(xué)計算與分析，完成了直流束傳輸系統(tǒng)中關(guān)鍵傳輸元件螺線管透鏡、加速管和三單元磁四極透鏡的初步設(shè)計和計算分析。計算結(jié)果表明，本文所完成的直流束傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案，可滿足HINEG中子發(fā)生器直流中子強度3×1013n/s的設(shè)計要求。
　　 同時，本文開展了強流中子發(fā)生器氚靶系統(tǒng)的設(shè)計研究工作，

3、完成了固定氚靶和旋轉(zhuǎn)氚靶系統(tǒng)的方案設(shè)計，利用ANSYS程序開展了氚靶系統(tǒng)的機械應(yīng)力計算和傳熱分析，并且利用MCNP程序?qū)λO(shè)計固定氚靶和旋轉(zhuǎn)氚靶的出射中子能譜和通量進行了計算分析，通過對計算結(jié)果的綜合分析研究表明:
　　 (1)在旋轉(zhuǎn)靶系統(tǒng)中，采用靶片高速旋轉(zhuǎn)同時靶片底襯直接噴射冷卻水的技術(shù)方案，可以較好的解決氚靶靶片在強流離子束轟擊下的傳熱問題，使靶片在承載熱功率密度達到～12kW/cm2時，靶點處溫度保持在200℃左右，預(yù)計

4、中子強度可達～6×1012n/s量級;
　　 (2)靶片轉(zhuǎn)軸采用磁流體密封的動密封技術(shù)方案，可確保氚靶靶片在以～1000rpm的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)時，靶室內(nèi)的真空度保持在10-3pa水平，滿足系統(tǒng)對于強流離子束傳輸?shù)恼婵斩纫?
　　 (3) MCNP計算結(jié)果顯示，在旋轉(zhuǎn)靶的真空靶室外部空間沿氘離子入射方向1cm處，能量大于10MeV以上的中子占總數(shù)的91％以上，表明旋轉(zhuǎn)靶方案中靶室結(jié)構(gòu)和冷卻水層厚度的設(shè)計比較合理，設(shè)計方案基