2×6 MV串列加速器头部附近电场设计优化

为了给2×6 MV串列加速器提供高压电极与均压环尺寸，根据设计要求及已有参数，采用电磁场仿真软件计算了串列加速器的二维电场强度分布，针对高压电极结构、均压环截面形状及环间距等因素对串列加速器电场强度分布的影响提出了优化措施。仿真结果表明：直筒结构的高压电极与均压环接壤处电场强度分布不均匀，而圆弧过渡结构的高压电极具有屏蔽作用，比直筒时电场强度分布更均匀；优化均压环截面形状与减小环间距可降低环间电场畸变，但后者对减小均压环表面的电场贡献更大。最终优化后得到高压电极与均压环的尺寸可满足新研制的串列加速器要求。     

特大直径加速管的封接

高能物理所750kV预注入器是30MeV质子直线加速器的前级加速器。它采用大气型高梯度加速管,已成功地加速50—200mA脉冲质子束,从1982年以来一直运行正常。 大气型加速管的结构比高气压型简单,而且维修方便。但由于高梯度加速场要求加速电极伸入管内,形成很强的径向电场,加速管直径必然很大(图1)。与国外同类型加速管相比较,西欧CERN加速管瓷环内径500mm,我们的加速管由于安装在加速电极内部的离子源和     

HL-1M边缘区径向电场对等离子体转动的影响

我们曾经用计算程序ROTATE编码对HL-1M托卡马克常规运行参数下的主离子与杂质离子的环向转动速度和极向转动速度进行理论模拟计算和比较研究。在这个计算程序里我们挑选了3个具有代表性的等离子体转动理论模型:Hazeltine的标准新经典理论模型,Kim等人区分主离子和杂质离子的转动理论模型,Hinton等人考虑电场梯度对离子转动速度的影响,引     

堆芯测量密封结构用多层柔性石墨环侧压系数研究

采用富士胶片测量了多层柔性石墨环各层之间的轴向压力,获得了轴向压力传递规律,运用应变测试技术结合有限元分析建立了多层石墨环密封侧压系数的分析计算方法,进一步系统研究了石墨环层数与预紧压力大小对密封侧压系数的影响规律。研究表明,在给定预紧压力下,多层石墨环所受轴向压力逐层线性递减,各层石墨环的密封侧压系数随预紧压力的增加而增大,且随石墨环层数的增加而略有降低。该研究工作可对反应堆堆芯测量密封结构的设计与优化提供理论指导。     

Wien2k电子结构计算程序及其部分应用

近年来,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法得到了很大的发展,并被广泛应用。第一性原理的Wien2k程序用于计算键能和态密度,电子密度和自旋密度,电场梯度,超精细场,自旋极化,自旋-轨道耦合,费米面等。根据扰动角关联和角分布、β-NMR和β-NQR研究材料微观结构、磁性和电性需要计算材料的电场梯度、超精细场、自旋极化,引进了Wien2k程序。Wien2k是由Fortran90语言编写的,在UNIX系统中运行。采用Wien2k正在计算LaFeO纳米磁性材料的电场梯度和超精细场。Wien2k电子结构计算程序及其部分应用@杜恩鹏 @郑永男 @周冬梅 @袁大…     

大型锥形环件成型制造新工艺及其数值模拟

针对600MW蒸汽发生器壳体大型锥形环件成型制造上的困难,提出了在大型数控径轴向RAW200/160-5型轧环机上实现锥形环件轧制成型的新工艺,并基于动力显式有限元Ansys/Ls_dyna软件建立了径轴向轧环机三维数值仿真模型,对锥形环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,验证了新工艺的可行性.仿真计算结果还表明,采用计算机模拟环件轧制成形过程,能够实现观察环件扩展和缺陷生成的实时动态过程,能够实现从设备改造、毛坯结构设计到轧制工艺的优化,可以避免费时耗资的重复实验.     

一种抑制高压加速管电子负载效应的新方法

电子负载效应在高压加速管中是需要避免的,因为电子负载效应往往会造成加速管中出现大量的电子流,使得高压难以继续升高,而电子负载效应与加速管中的杂散粒子倍增有关。本文介绍了如何利用透镜电场抑制电子负载效应。通过不等梯度电位形成透镜电场,透镜电场对中心轴上加速的粒子不造成影响,而对远离主轴的杂散粒子起到消散的作用,可以有效地阻止这些杂散粒子长距离飞越,减弱杂散粒子的倍增能力。可见透镜电场能够对电子负载效应起到抑制的作用。     

固定调谐器对散裂中子源DTL电场稳定性的影响

中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)漂移管直线加速器(Drift Tube Linac,DTL)分为4个物理腔,于2015年12月正式投入运行。在DTL腔体低功率测量过程中,除DTL-1外,DTL-2、DTL-3和DTL-4工作频率均偏低,需要补偿的量超出了固定调谐器的调谐范围。原因发现是固定调谐器插入腔内过深,谐振腔模式发生耦合,腔体的双周期链被破坏,轴向电场稳定性不达标。利用CST(Computer Simulation Technology)软件计算轴向电场稳定性特性,给出耦合杆分组规律,加快了调谐效率。DTL-2所有固定调谐器达到行程极限,将两个可动调谐器在50 mm内长基础上向内延伸10 mm,工作频率达标;DTL-3和DTL-4在耦合杆上增加相同尺寸调谐环补偿频率。改进后的低功率测量结果表明:电场平整度达到±2%以内,稳定性调谐至±150%/MHz以内,温度25°C时谐振频率调整至323.9 MHz±10 k Hz,均满足工程使用要求。     

基于超声多普勒测速法对二维涡流场初步测量研究

为研究第四代先进反应堆燃料组件、散裂靶窗及换热器等复杂部件内的涡流场，利用超声多普勒测速（UDV）法在四直叶轮搅动装置上开展了涡流流场的测量实验。通过径向和轴向流场的矢量合成，获得了轴向截面上二维涡流流场分布。结果表明：轴向截面上流速随雷诺数的增大而增大；在叶轮上、下两侧区域分别存在较大的漩涡，上漩涡为逆时针方向，下漩涡为顺时针方向；截面上流速分布存在较大梯度，且湍流强度随雷诺数的增大逐渐增大，在与叶轮等高处流速很大，而在叶轮上、下两侧区域流速较小，这表征了涡流场的变化特性，说明UDV测量技术能用于复杂流场测量。     

电离型截面探测器研究

针对强流质子加速器非拦截式的截面测量需求,开展了以剩余气体分子为基础的电离型截面探测器的研究工作。探索了电离信号强度的计算方法,利用CST(Computer Simulation Technology)电磁工作室对电场进行了优化设计,设计加工了一套应用于质子直线加速器的电离型截面探测器,该装置利用高压电极产生的电场引导电离产物,用微通道板放大电离信号,荧光屏和相机组成探测系统。该电离型截面探测器被安装于加速器驱动次临界系统(China Accelerator Driven Subcritical system,ADS)先导专项的注入器I上,在线束流实验证明,该套设备工作稳定正常,实现了束流截面的非拦截式测量。     

电子环的绝热压缩与加速

本文在不考虑器壁影响下讨论了电子环加速器中电子环的绝热压缩和加速过程动力学,给出了平衡轨道上外磁场、绝热不变量以及对外磁场梯度和外加速电场的限制公式。当电子数较多时,在线模型近似下考虑了空间电荷的影响。最后把有关公式退化到空间电荷的作用可略去情况下的单粒子近似。     

矩形窄缝通道内滑移汽泡直径沿轴向分布特性实验研究

采用高速摄像仪对矩形窄缝通道内过冷流动沸腾滑移汽泡直径沿轴向分布特性进行可视化实验研究。实验捕获滑移汽泡沿加热面滑移并聚合的过程图像,并获得沿加热面轴向300、400、500 mm处滑移汽泡直径概率分布图。实验研究表明,窄缝通道中滑移汽泡直径沿轴向分布呈增大趋势;滑移汽泡沿加热面生长、滑移汽泡与未完成生长脱离的小汽泡的聚合,以及滑移汽泡间的聚合是滑移汽泡直径沿加热面轴向增大的重要原因。     

SCWR堆芯稳态性能分析程序计算偏差分析

针对剧烈传热情况下超临界水堆堆芯稳态性能分析程序SNTA与SRAC堆芯轴向功率分布计算结果偏差较大的问题,分析偏差产生的主要原因。逐一排查影响因素,确认轴向功率分布偏差主要源于截面反馈作用不同。SRAC程序与SNTA程序采用的截面数据库和能群结构不同,SRAC程序计算的反应性密度系数相对较大,密度分布与功率分布的反馈作用更为显著,轴向功率分布曲线更为陡峭。相较于SRAC程序,采用精细能群结构的SNTA程序更适用于具备强核热耦合特性且中子能谱偏硬的超临界水堆堆芯的耦合计算与性能分析。     

1MV强流脉冲电子加速器有关区域的电场计算

本文介绍了1MV强流脉冲电子加速器有关区域的电场计算。计算中对电极边界的处理采用了“网格跟踪法”,比J.E.Boers采用的“直接转移法”,获得了更接近实际情况的电位分布。在差分公式中引入了ξ因子,增加了网格形状选择的适应性。计算中,还增加了等位线搜索处理,提高了数据分析自动化程度。结果对Blumlin传输线全区域电位分布,及其中筒尾部形状,主开关区电极形状,各隔离用绝缘介质表面场强,以及Marx发生器中球隙电极形状作了分析与改进。     

In_(0.95)Ag_(0.045)Ga_(0.005)合金中的电四极相互作用

本文采用时间微分扰动角关联方法,测量了80—422K温度范围内~(111)Cd在In_(0.95)Ag_(0.043)Ga_(0.005)合金中的四极相互作用随温度的变化,进而导出晶格电场梯度的温度变化。在In_(0.95)Ag_(0.043)Ga_(0.005)合金中,晶格电场梯度的温度变化遵从T~(3/2)定律:V_(zz)(T)=V_(zz)(0)(1—BT~(3/2)),斜率B=7.48(47)·10~(-5)K~(-3/2)。在80、298和422K的电场梯度分布宽分别为0.1147(259)、0.0924(340)和1.344(175)。表明在液氮温度和室温时,合金的晶格结构特性较好,温度升高,晶格结构特性变坏。     

考虑格架的控制棒尖齿效应研究

利用节块法计算控制棒效应时,若处理不好控制棒价值会出现锯齿状的变化,即控制棒尖齿效应。本文利用一维模拟三维,分别将体积权重方法、轴向细网通量体积权重方法和带轴向不连续因子的轴向细网通量体积权重方法对不考虑格架和考虑格架时的控制棒尖齿效应进行修正,并比较其结果的差异。结果表明,格架带来的误差不可忽视,应选择较好的方法来得到均匀化截面,此外加入轴向不连续因子可明显减少均匀化所带来的误差。     

CSNS-II超导椭球腔的高频设计和二次电子倍增研究

中国散裂中子源二期(China Spallation Neutron Source,CSNS-Ⅱ)升级,直线加速器能量增益将由现在的80 MeV提高到300 MeV,打靶束流功率由100 kW提高到500 kW。直线加速器升级采用Spoke腔加椭球腔的全超导结构,其中5-cell椭球腔负责把H-从150 MeV加速到300 MeV,工作频率为648 MHz,几何βg(βgλ/2为椭球腔单元长度,λ为工作波长)取0.60。利用三维全波电磁场仿真软件CST (Computer Simulation Technology)对该椭球腔进行了研究分析,优化了椭球腔的高频参数和几何尺寸,使得轴向电场平整度、峰值电场比、峰值磁场比分别达到98.2%、2.70和4.89 m T?(MV/m)-1,R/Q值为305.59Ω。通过计算分析椭球腔的二次电子倍增效应,对发生二次电子倍增严重的地方进行了形状改良,减弱二次电子倍增,并且加速梯度在8 MV?m-1以上完全抑制了二次电子倍增。另外,对椭球腔的洛伦兹力进行了初步计算分析。     

UWB电磁脉冲圆孔耦合计算及试验研究

采用电磁场数值计算软件CST计算了前沿为400 ps的UWB电磁脉冲辐射场通过不同直径的圆形孔耦合到金属屏蔽腔体内的电场,对相同尺寸的带圆孔的金属屏蔽腔体在UWB辐射模拟源上进行了验证试验.通过理论计算和试验测试得到的电场衰减系数符合较好,证明采用的UWB电磁脉冲圆孔耦合计算及试验的方法是可行、正确的.     

230 MeV超导回旋加速器轴向偏转板物理设计

正在230 MeV超导回旋加速器的高频腔头部放有一件轴向偏转板,用于实现束流的快速通断,在相对的高频腔头部内侧位置放有配套的准直器。轴向偏转板在粒子轨迹前几圈起作用,对粒子施加轴向动量,粒子同时受固有的轴向振荡和偏转板电场力的作用,当粒子的轴向坐标过大时,在准直器上损失掉。轴向偏转板的角度约为30°,在计算程序中添加电场分布较为困难,因此将偏转板的作用视为δ函数。粒子每次运动到偏转板中心的方位角时,附加1个轴向动量并继续跟踪。偏转板的电压、准直器的孔径均会影响粒子通过准直器的效率。     

带搅混格架5×5棒束流场的激光多普勒测量

采用激光多普勒测速（LDV）系统,对带有2道搅混格架的5×5棒束格架下游4个横截面的流场进行了轴向流速测量。实验测得了各个截面上的平均轴向速度分布和轴向脉动速度均方根（RMS）分布。通过比较不同截面的平均速度与RMS速度的差异,分析了定位格架下游流场的演变规律;比较了2道格架下游的实验数据,分析了上游流场对格架效应的影响。本文实验数据是在充分重复性实验的基础上获得的,可以为计算流体动力学（CFD）结果的验证和评价提供基准参考。