热管冷却型月球堆的辐射屏蔽设计研究.pdf

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1、第２２卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１６年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１６热管冷却型月球堆的辐射屏蔽设计研究１２１１１１杜金峰，宋旺旺，王三丙，谢奇林，范晓强，梁文峰（１．中国工程物理研究院核物理与化学研究所，绵阳６２１９００；２．中核第四研究设计工程有限公司，石家庄０５００２１）摘要：针对４０ｋＷｅ热管型月球堆的辐射屏蔽问题，建立了三维蒙特卡罗计算模型。屏蔽布局方式整体采用地埋式，堆芯上方的轴向屏蔽体则采用影锥构形，选取适用温度范围宽、耐辐照的碳化硼作为中子屏蔽材料，伽玛屏蔽材料则采用钨，模拟计算了空腔及钨层厚度对轴向屏蔽体

2、后端典型位置的辐射影响，同时也考察了百米外人员所受剂量随径向屏蔽体厚度的变化关系。据此得到了热管型月球堆初步的屏蔽体构型，其总质量为２?１５ｔ，十年运行寿期内紧靠屏蔽１４－２体后端的敏感器件最大中子注量（１ＭｅＶ等效）为１?８６×１０ｃｍ、最大伽玛剂量为３?６８Ｍｒａｄ，而人员剂量仅为１１?９２ｍＳｖ／ａ，在较大的裕量范围内满足辐射安全要求。关键词：热管冷却；辐射屏蔽；蒙特卡罗；中子注量；伽玛剂量中图分类号：Ｖ４８７?９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０４⁃０４２３⁃０６ＲａｄｉａｔｉｏｎＳｈｉｅｌｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎｆｏｒａＨｅａｔＰ

3、ｉｐｅＣｏｏｌｅｄＬｕｎａｒＳｕｒｆａｃｅＲｅａｃｔｏｒ１２１１ＤＵＪｉｎｆｅｎｇ，ＳＯＮＧＷａｎｇｗａｎｇ，ＷＡＮＧＳａｎｂｉｎｇ，ＸＩＥＱｉｌｉｎ，１１ＦＡＮＸｉａｏｑｉａｎｇ，ＬＩＡＮＧＷｅｎｆｅｎｇ（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｅＦｏｕｒｔｈＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣＮＮＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂ

4、ｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｓｈｉｅｌｄｉｎｇｏｆｈｅａｔｐｉｐｅｃｏｏｌｅｄｌｕｎａｒｓｕｒｆａｃｅｒｅａｃｔｏｒｗｉｔｈ４０ｋＷｅ．Ｔｈｅｌｕｎａｒｓｏｉｌｂｕｒｉｅｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｃｈｏｓｅｎｆｏｒｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｌａｙｏｕｔａｎｄｔｈｅｃｏｎｅ⁃ｓｈａｄｏｗｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｗａｓａｄｏｐｔｅｄｆｏｒｔｈｅａｘｉｓｓｈｉｅｌｄｉｎｇ．Ｂ４Ｃｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｎｅｕｔｒｏｎｓｈｉｅｌｄｉｎｇｏｗｉ

5、ｎｇｔｏｉｔｓｌａｒｇｅｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｒａｄｉａ⁃ｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｔ，ａｎｄＷｗａｓａｄｏｐｔｅｄｆｏｒｇａｍｍａｓｈｉｅｌｄｉｎｇ．ＴｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｂａｃｋｅｎｄｏｆｔｈｅａｘｉｓｓｈｉｅｌｄｉｎｇｖｅｒｓｕｓｔｈｅｃｈａｍｂｅｒａｎｄＷ’ｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｄｏｓｅｆｏｒａｎａｓｔｒｏｎａｕｔ１００ｍａｗａｙｖｅｒｓｕｓｔｈｅｒａｄｉａｌｓｈｉｅｌｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗａｓａｌｓｏｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｓ

6、ｈｉｅｌｄｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｖｉｄｅｄａｎｄｔｈｅｗｈｏｌｅｍａｓｓｗａｓ２?１５ｔ．Ｔｈｅｍａｘｉｍａｌｎｅｕｔｒｏｎｆｌｕｅｎｃｅ（１ＭｅＶｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）ｗａｓ１４－２１?８６×１０ｃｍａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍａｌｇａｍａｄｏｓｅｆｏｒｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗａｓ３．６８Ｍｒａｄ，ｄｏｓｅｆｏｒａｎａｓｔｒｏｎａｕｔ１００ｍａｗａｙｗａｓｏｎｌｙ１１?９２ｍＳｖ／ａ．Ｔｈｅｓｈｉｅｌｄｄｅｓｉｇｎｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｓｈｉｅｌｄｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈａｌａｒｇｅｍ

7、ａｒｇｉｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｐｉｐｅｃｏｏｌｅｄ；ｒａｄｉａｔｉｏｎｓｈｉｅｌｄ；ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ；ｎｅｕｔｒｏｎｆｌｕｅｎｃｅ；ｇａｍａｄｏｓｅ［１］能问题的理想选择。１引言自２０世纪５０年代以来，美国和苏联／俄罗斯相对于传统太阳能电池、蓄电池电源，空间核等国家开展了大量的空间堆研究和开发工作。２０反应堆电源系统能在不依赖日照的情况下长时间世纪５０年代至今，美国在核辅助电源系统项目提供较大功率能源输出，是解决月球基地月夜供（ＳＮＡＰ）、ＳＰ⁃１００核反应堆电源系统、兆瓦级空间收稿日期：２０１５⁃０７⁃０６；修回日期：２０１６⁃０６⁃２５作者简

8、介：杜金峰（１９７８－），男，硕士，副研究员，研究方