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《加速器驱动洁净核能系统散裂靶辐射损伤研究 ⅱ.气体产生》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第35卷第2期原子能科学技术Vol.35,No.22001年3月AtomicEnergyScienceandTechnologyMar.2001文章编号:100026931(2001)0220164205加速器驱动洁净核能系统散裂靶辐射损伤研究Ⅱ1气体产生11211樊 胜,叶沿林,赵志祥,陈 陶,应 军(11北京大学技术物理系,北京 100871;21中国原子能科学研究院核物理研究所,北京 102413)摘要:对加速器驱动洁净核能系统散裂中子靶和靶窗材料分别在中子和质子入射情况下氦气产生截面、氦气产生率以及氦气产生率与原子位
2、移率的比值进行了研究。利用SHIELD程序模拟计算的结果与实验数据及其他程序的计算值符合很好。关键词:辐射损伤;气体产生截面;气体产生率中图分类号:TL41111文献标识码:A加速器驱动洁净核能系统(ADS)对目前核能系统存在的一些问题,如核废料的累积和处[1]理、资源利用率低以及安全等问题有很好的改进,因而,ADS在核能领域引起了广泛关注。[2～6]前面的一些工作对ADS靶系统的部分相关物理工作进行了系列研究。对ADS系统靶和[6]靶窗材料辐射损伤的原子位移研究表明:原子位移主要导致材料晶格缺陷,使材料物理性能改变;而在靶
3、中产生的气体则主要是使材料的机械性能发生变化。靶和靶窗中产生的气体34主要是氢(p、D、T)、氦(He、He)以及原子序数(Z)较小且以气体形式存在的元素。一般的材料对于快中子反应,如(n,p)、(n,α)等的产生截面较大,特别是中子和质子能量较高时,气体截面会更大。产生的气体累积到一定程度后,对材料的损伤主要表现在:1)靶材料中因气体产生形成的气泡引起材料肿胀;2)惰性气体引起材料的高温脆变;3)填隙气泡缺陷引起的低温脆变;4)靶材料在次临界堆内由气体引起的蠕变。这些都将导致靶和靶窗材料的机械性能发生改变,对靶的相关物理特
4、性以及使用寿命的影响是严重的,特别是靶窗要承受来自次临界反[7]应堆内作为冷却剂的液态铅的巨大压力。因此,对引起ADS靶和靶窗材料辐射损伤的气体产生的研究是必要和重要的。收稿日期:1999211222;修回日期:2000201215基金项目:博士后基金资助项目;国家自然科学基金资助项目(19675003);核工业科学基金资助项目(Y7197AY002);教育部跨世纪优秀人才基金资助项目作者简介:樊 胜(1968—),男,湖南常德人,在读博士后,核物理专业第2期 樊 胜等:加速器驱动洁净核能系统散裂靶辐射损伤研究 Ⅱ1气体产
5、生165ADS靶和靶窗材料所处的辐射环境和压水堆(PWR)内材料所处的环境有很大差异。在ADS中,靶和靶窗不仅受到中、高能质子的轰击(入射质子的能量达到116GeV,在靶和靶窗上13-2-1的质子注量率高达10cm·s),还受到能量分布广、平均能量高、高注量率出射中子的辐照。出射中子能量分布在热中子到质子入射能之间很宽的范围内,中子注量率高达15-2-1[7]10cm·s量级。PWR中的材料则处于中子能量范围很窄、平均能量很低、中子注量率也很低的环境中。目前,对ADS靶和靶窗辐射损伤的气体产生研究主要是利用一些Monte[8
6、]Carlo程序进行模拟计算。在气体产生研究中,氦气的产生是最主要的因素,因此,本工作中[9,10]主要考虑氦气的产生。利用从俄罗斯引进的SHIELD程序对质子和中子入射能量从几MeV到2GeV的广泛能区内轰击可能作为靶和靶窗的材料钨进行研究。1 计算结果定义某一种气体产生截面为ni/n0σi=NVx式中:i为某一种气体(p,He等);ni是有关反应产生的出射i粒子(即气体原子)数目;n0是总的入射粒子数目;NV是靶的原子密度;x是靶的厚度,本工作取为0101m。定义i种气体产生率为Ki=φσi式中:φ是粒子注量率。定义氦气
7、(He)产生率与原子位移率比值R为KHeR=Kdpa[6]式中:Kdpa是原子位移率。图1示出800MeV的质子轰击Al、Fe、Cu、Mo、W等材料的靶的氢气、氦气的产生截面。由图1a可见:用SHIELD计算的氢气产生截面和文献[7]给出的值符合很好;计算出的质子入图1800MeV质子入射氢气和氦气产生截面Fig.1HandHeproductioncrosssectioninducedfromprotonincidencewithenergy800MeVa———氢气产生截面;b———氦气产生截面●———本工作计算结果;□——
8、—文献[7];■———文献[11];◆———文献[12]166原子能科学技术 第35卷射Al、Fe、Cu、Mo的氦气产生截面与文献[7]给出的值符合很好,但靶材为钨时,计算结果高于[11][12]文献[7]约30%,与M.Wechsler的测量值及计算结果一致(图1b)。文献[7]给出的
