ads散裂靶中子学的分析与设计优化

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1、中国科学技术大学博士学位论文UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeNeutronicanalysisanddesignoptimizationforSpallationtargetofADSAuthor’Sname：ZijiaZhaoSpeciality：NuclearEnergyScienceandEngineeringSupervisor：Prof．HongliChenFinishedtime：May5m．2014中国科学技术

2、大学博士学位论文中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所提交的学位论文是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除了己经标注弓l用和致谢的部分之外，不包含他人已经发表或者撰写过的研究成果。且与我一起工作的同学对本文所做的贡献均己在文中做了明确的说明。作者签名：趔签字日期：翟!生5：±中国科学技术大学学问论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学

3、位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者扫描等复试手段保存、汇编学位论文。本入提交的电子文档的内容和纸质论文的内容一致。保密的学位论文在解密之后也遵守此规定。作者签名：趄班签字日期：塑』笙墨：￡导师签名：签字日期：中国科学技术大学博士学位论文中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声叫所提交的学位论文是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除了已经标注引用和致谢的部分之外，不包含他人已经发表或者撰写过的研究成果。且与我一起工作的同学对本文所做的贡献均己在文中做了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技

4、术大学学问论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者扫描等复试手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容一致。保密的学位论文在解密之后也遵守此规定。作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：中国科学技术大学博士学位论文摘要核能作为一种清洁能源被认为是可以大规模替代化石类能

5、源的主要途径，但快速发展核能也会面临核燃料供应问题及核废料处理问题，根据中国的核电发展计划，到2020年就有15000吨核废料，其中包括大量的长寿命次锕系核素(MA)与长寿命裂变产物(LLFP)等，该问题制约了核能的快速发展。而新型反应堆加速器驱动次临界系统(ADS)具有增殖核燃料、嬗变核废料、固有安全性好等特点，因此有很好的发展前景。ADS中的散裂靶为以前其他核反应堆中没有出现过的部件，它连接加速器与反应堆，其中子学性能直接关系到ADS的产能与嬗变效果。为了满足嬗变和向堆芯提供足够强度的中子源(1017～1018n／s量级)的

6、要求，必须输入散裂靶的质子的能量与强度都必须足够大，这一方面对加速器技术提出了很高的要求，另一方面在堆芯功率固定的情况下，加速器的功率越高，则全堆的功耗比例越高，不利于产能。，因此应在保证堆芯所需中子源强的条件下尽可能节约加速器的功率，降低对加速器的需求，也为全堆获得更高的净输出功率。另外，作为加速器与堆芯的连接部件，其运行参数在满足堆芯要求的同时，还应该降低对加速器的影响。因此需要对散裂靶进行优化设计。在充分考虑了次临界堆芯的需求以及加速器的现实可行性的基础上，本文围绕散裂靶进行了三个方面的研究。首先是从中子学角度对高功率AD

7、S散裂靶进行了分析和优化。从安全角度确定了合理的堆芯功率、keff及散裂靶的材料，进而确定了中子源强度，然后从中子产额、中子平均能量等角度优化了质子能量、散裂靶及缓冲区的半径与高度等几个对散裂反应有明显影响的参数，再从能量沉积的角度验证了优化的结果，最后给出了优化结果的中子空间与角度分布，为堆芯设计提供源分布。然后在中子学分析的基础上研究了散裂靶的活化产物对加速器影响的情况，进一步为散裂靶的设计提出建议。模拟了其中的长寿命核素、易扩散的气奁核素与挥发性核素，轻核素等的产生情况。然后重点研究了散裂产物中的氢元素通过渗透进入质子管污

8、染真空的过程，考虑了所有可能对结果构成影响的参数。研究发现对高能量人流强的质子流，散裂产物氢元素的渗透对质子管真空的影响不能忽略。最后在散裂靶中子学分析的基础上提出了一种散裂靶内嬗变的想法。因为散裂靶内中子能量高、价值大，因此考虑在靶内添加部分MA进行嬗变的可行