c-ads中的质子束窗的物理设计-研究

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1、摘要中国加速器驱动次临界系统(C．ADS)中，需要将强流质子直线加速器的束流引入铅铋合金靶中，产生中子供给次临界反应堆以维持其裂变反应持续进行。强流质子直线加速器运行时，需要保持质子所处的环境为高真空状态，而中予靶内存在氦气和其它气体，因此需要质子束窗(PBW)将加速器真空管道和中子靶区进行真空隔离。质子束窗位于强流质子直线加速器高能输运线(HEBT)末端，隔开直线加速器的真空室和充满氦气的中子靶区。质子束流穿越束窗时会沉积一定的热功率，沉积的能量集中在质子束窗膜的狭小体积中。同时，质子与中子靶作用会产生相当数量的背散射中子，这部

2、分背散射中子会对束窗的微观结构造成损伤，并进而降低束窗的力学性能。因此，质子束窗面临的热功率问题和辐照损伤如何处理是一个重要问题。在这篇论文里，我们通过模拟计算质子经过低压氦气状态时的损失J隋况，证实了质子束窗在ADS装置中的必要性，并模拟了质子穿越质子束窗时的热功率沉积问题，以及质子束的散射情况。利用蒙卡软件Fluka，可以求出质子柬穿越质予束窗时的能量沉积，随后利用流体软件Fluent模拟有冷却系统时质子束窗的温度分布。计算中对比了不同的材料和不同的几何结构，优化了设计。模拟显示，必须采取一些措施来减小束窗所受的损伤，如扩大束

3、团的尺寸，选取性能更优异的材料等。优化质子束窗的设计对于解决上述问题至关重要。关键词：质子束窗；C—ADS；HEBT；铝合金；水冷；热传递。摘要ABSTRACTintheC-ADS(chinaacceleratordrivensub．criticals3，stem)，protonbeamwouldbeinjectedintotheneutronsourcemadeupofLBE(1ead．bismutheutecticl．producingtheneutronsthataresuppliedforthecoreandmaintai

4、nthesub-criticalstate·Highvacuumisneededintheprotonbeamline，SOPBW(protonbeamwindow、15necessar37toseparatethehighvacuumareafromthehardatmosphereintheheliumvesselPBWisaboundarywalllocatedbetweenthevacuumpipeandthehelium、，eS5eJatahighbeanapowertaNet．Whenprotonbeamgetthro

5、ughthePBW,alargeanlountofpowerwouldbedepositedinasmallvolume．AndtheneutronsDroducedb)7theinteractionofprotonsandLBEwilldamagethePBWseriousl37．Sothethe舯a1andmechanicalproblemsinthePBWarecriticalproblemsinthedesignandoperationofC．ADS．Thisdissertationwillreportfilesimula

6、tionstudiesofthethennalandmechanicalproblemsandthescatteringeffectinPBW．ItisstudiedthattheenergvdepositionofthehighpowerprotonsinthebeamwindowofADSacce】eratorandthec。He8pondingtemperatureriseofthewindow，withcooling，usingtheMonte．CarlocodeFluka．Thetemperaturedistributi

7、onofthebeamwindowiscalculatedbvFluentinpresenceofthecoolant．DifferentmaterialsanddifferentstructuresofPBWared峪cussedandtheprocessofcomputationforvariousrnaterialswillbeintroduced．andanoptimizeddesig-nschemeisgiven．Thesimulationssuggestthatson】emeasurescouldbeadoptedtO

8、reducethedamagetothebeamwindow，suchasenlargingthetransVersebeamsizeorusingwaterascoolant，eta1．Andtheresultsshowthatt11edesig