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

1、氘氚中子發(fā)生器是一種加速器型氘氚聚變中子源，所產生的14MeV準單能中子束可在以聚變堆和快中子反應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應用研究及國防軍工基礎研究等領域發(fā)揮重要作用。本文在廣泛調研和深入分析國內外強流氘氚中子發(fā)生器及氚靶系統(tǒng)發(fā)展現狀的基礎上，針對中國科學院核能安全技術研究所直流/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)設計中的關鍵技術問題展開研究，完成了HINEG直流束傳輸系統(tǒng)的總體方案設計，并利用TRANSPORT程序進行了系統(tǒng)束流光學計算與分析，完成了直流束傳輸系統(tǒng)中關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計和計算分析。計算結果表明，本文所完成的直流束傳輸系統(tǒng)的設計方案，可滿足HINEG中子發(fā)生器直流中子強度3×1013n/s的設計要求。
　　 同時，本文開展了強流中子發(fā)生器氚靶系統(tǒng)的設計研究工作，

3、完成了固定氚靶和旋轉氚靶系統(tǒng)的方案設計，利用ANSYS程序開展了氚靶系統(tǒng)的機械應力計算和傳熱分析，并且利用MCNP程序對所設計固定氚靶和旋轉氚靶的出射中子能譜和通量進行了計算分析，通過對計算結果的綜合分析研究表明:
　　 (1)在旋轉靶系統(tǒng)中，采用靶片高速旋轉同時靶片底襯直接噴射冷卻水的技術方案，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，預計

4、中子強度可達～6×1012n/s量級;
　　 (2)靶片轉軸采用磁流體密封的動密封技術方案，可確保氚靶靶片在以～1000rpm的轉速高速旋轉時，靶室內的真空度保持在10-3pa水平，滿足系統(tǒng)對于強流離子束傳輸的真空度要求;
　　 (3) MCNP計算結果顯示，在旋轉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以上的中子占總數的91％以上，表明旋轉靶方案中靶室結構和冷卻水層厚度的設計比較合理，設計方案基