束流瞬变对ADS铅铋冷却有窗靶结构安全影响的初步研究

【摘要】散裂靶是加速器驱动次临界系统(ADS)中反应堆与加速器的耦合部件,加速器产生的质子束的大部分能量会沉积在靶材料上,当质子束束流的能量和射入角度发生变化时,沉积在散裂靶靶窗上的能量会随之而反生变化,进而对靶窗的结构完整性造成破坏；除此之外,频繁变化的束流强度同样会影响到散裂靶结构材料的安全特性。本文对一种有窗散裂靶的设计在稳态以及五种典型束流瞬变工况下的响应特性做了探究。利用商用软件CFX对散裂靶在不同工况下的响应做了热工水力学计算,利用ANSYS做了相应的热应力分析。文中所选用的计算网格进行了独立性分析,选用了适当的计算模型。稳态工况下的计算结果表明,在靶窗几何中心点处正下方的冷却剂的流速很小,此现象可能会导致靶窗热点温度超过设计限值,是分析过程中需要重点关注的现象。在此结果的基础上,对靶窗厚度、结构材料对散裂靶安全特性的影响做了评估。结果表明,靶窗越厚其相应的靶窗热点温度越高,留有的安全裕量越小。就热工水力学分析结果而言,T91与316L均具备良好的结构安全特性。在稳态分析结果的基础上,本文对束流启动、失束、束流聚焦、质子加速器功率瞬跳、束流偏移五种典型的束流瞬变工况做了模拟分析。计算结果表明：在阶跃启动和线性启动两种束流启动模式下,急剧变化的靶窗热点温度会产生最大为18.3MPa的热应力,不会导致靶窗的破损。在进行失束工况的分析时,考虑到了频繁变化的束流会使结构材料疲劳失效,通过分析得出了靶窗材料所能够承受的年失效次数为1×106。当质子束束斑半径聚焦为稳态工况下的一半时,靶窗热点温度会在1s内超过设计限值。因此,在ADS系统的设计工作中,要极力避免类似束流聚焦工况的发生。束流偏移与质子加速器功率瞬跳工况均会导致靶窗热点温度的小幅升高,但均没有超过相应的设计限值。
【作者】柴游奇；
【导师】胡丽琴；赵柱民；
【作者基本信息】中国科学技术大学，核能科学与工程，2014，硕士
【关键词】ADS；有窗散裂靶；稳态分析；瞬态分析；结构分析；

【参考文献】
[1]张小芳.蠕变—疲劳交互条件下不同材料的持久性及寿命预测[D].华东理工大学,动力机械及工程,2014,硕士.
[2](亻丸)宇杰,曹富梅,马丽英.BE系列扼流变压器存在的问题及改进[J].铁道通信信号.2008(06)
[3]文惠霞.1997-2011年我国专利产出与经济增长效率的关系研究[D].山西财经大学,统计学,2013,硕士.
[4]黄龙.有机太赫兹敏感材料的合成与特性研究[D].电子科技大学,2013.
[5]常玲.磷酸铁锂及（铈、锡）氧化物/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能[D].浙江师范大学,2013.
[6]夏二艳.缺电子炔烃参与的多组份串联反应的研究[D].扬州大学,有机化学,2011,硕士.
[7]施华.基于三维模型的飞机钣金零件检验技术[D].沈阳理工大学,机械工程,2013,硕士.
[8]李大路,李蕊,孙元章,陈涵.计及广域测量信息的状态估计错误参数识别与修正[J].电力系统自动化,2008,14:11-15.
[9]班晓敏.AFB_1、OTA、DON高效液相色谱检测方法的优化和应用[D].南京农业大学,临床兽医学,2012,硕士.
[10]王艺洁.论吟揉技法在琵琶演奏“腔韵润音体系”中的重要性[D].云南艺术学院,FMA表演,2013,硕士.
[11]胡布和.“查干萨日”非物质文化遗产语境下的原生态现象分析[D].吉林大学,人类学,2014,硕士.
[12]黄非.企业并购中目标公司价值评估[D].华中科技大学,资产评估,2013,硕士.
[13]孙智富.东周列国都城城市布局形态研究[D].山东大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[14]王兴中.空间集聚经济与西部城镇密集区的发展[D].广西师范大学,国民经济学,2003,硕士.
[15]褚秋实.地方融资平台债务风险问题研究[D].吉林大学,金融学,2014,硕士.
[16]傅贤珍.论执行WTO建议和裁决的合理期限之仲裁[D].厦门大学,国际法学,2014,硕士.
[17]赵昕.《古文字谱系疏证（三）》校订[D].安徽大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[18]宓伟杰.基于开放环境下的GIS服务及实例研究[D].华东师范大学,地图学与地理信息系统,2004,硕士.
[19]钟洪.低收缩高耐磨新型口腔树脂填料的制备与应用研究[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[20]张清.平安保险公司客户关系管理（CRM）研究[D].西南交通大学,2002.
[21]朱祺.我国大学生英语写作词汇选择过程中的母语思维[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[22]王智.银行集中支付系统的研究与实现[D].内蒙古大学,计算机技术,2014,硕士.
[23]李玲玲.SBA-15介孔材料的制备、改性及吸附性能研究[D].武汉理工大学,材料学,2012,硕士.
[24]祁荣宾,钱锋,杜文莉,颜学峰.基于精英选择和个体迁移的多目标遗传算法[J].控制与决策,2007,02:164-168.
[25]路文革,黄红,雷剑.啤酒生产中发酵液厌氧菌的增殖及其机理探讨[J].食品与发酵工业.2005(12)
[26]李佳宁,易建强,赵冬斌,西广成.一种新的基于神经模糊推理网络的复杂系统模糊辨识方法[J].自动化学报,2006,05:695-703.
[27]龚敏霞,闾国年,张书亮,陈锁忠.智能化空间决策支持模型库及其支持下GIS与应用分析模型的集成[J].地球信息科学,2002,01:91-97.
[28]何晓帆.马蒂斯以来的平面性绘画特征研究[D].河北师范大学,美术学,2012,硕士.
[29]许杉.沉积物中砷的赋存形态及其环境化学特征[D].中国地质大学（北京）,环境工程,2012,硕士.
[30]马文静.基于J2EE技术的企业信息化系统设计与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[31]张仲.转型时期城镇公共租赁住房政策运行机制研究[D].新疆农业大学,土地资源管理,2012,硕士.
[32]常华,楼顺天,方洋旺.基于不完全转移率的连续Markov跳变奇异系统的H_∞控制[J].控制与决策,2014,10:1839-1844.
[33]徐高,龚庆武,李勋,张英杰.一种利用行波自然频率的杆塔故障定位新方法[J].电力系统自动化,2014,05:78-82+102.
[34]连淑芳.内隐社会认知：刻板印象的理论和实验研究[D].华东师范大学,2003.
[35]徐继蕊.下丘脑室旁核内COX-2表达及心肌细胞凋亡与心衰相关性研究[D].泰山医学院,内科学,2012,硕士.
[36]武斌.人脐带间充质干细胞移植在颅脑损伤的作用研究[D].河北医科大学,外科学,2013,硕士.
[37]刘礼才.陶瓷纤维硅灰复合增韧碱激发钢渣基胶凝材料的制备及性能研究[D].西安建筑科技大学,材料学,2013,硕士.
[38]陈强.面向病理性震颤抑制机器人上肢生物力学模型的研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[39]王蓓.黄芪和三七主要成分抗脑缺血的配伍及对能量代谢和JAK/STAT信号通路的影响[D].湖南中医药大学,中药药理,2013,硕士.
[40]魏友卿.藏南叶巴组火山岩的年代学、地球化学及岩石成因[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[41]马贤娜.WARINGIN初中学校一年级教材分析研究[D].河北师范大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[42]汪洋.六味地黄丸穴位贴敷治疗慢性疲劳综合征的随机对照研究[D].广州中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2013,硕士.
[43]王锡凡.特约主编寄语[J].电力系统自动化,2014,13:1.
[44]潘如峰.高频感应加热电源技术的研究[D].浙江大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[45]潘安.基于风格的智能服装款式结构CAD系统设计与实现[D].东华大学,2005.
[46]刘海.采用改性乳化沥青水泥基复合材料处治水泥混凝土路面板底脱空技术研究[D].长安大学,交通运输工程,2013,硕士.
[47]谢青松.公交空调客车室内气流组织改进设计与数值模拟[D].南京理工大学,2004.
[48]魏泽崧,钟翔.城市环境中的声景观设计[J].中国建筑装饰装修,2014,01:124-125.
[49]林志栋,蒋子平.基于模糊灰关联分析的软件引入决策模型[J].控制与决策,2005,03:321-324.
[50]王思明.自行车与城市轨道交通换乘（B+R）系统的空间设计研究[D].北京建筑大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.