小型移动式中子发生器

把从国外引进的高压终端与自行研制的脉冲系统等结合在一起,建成了一台小型移动式中子发生器。该中子发生器的长度是2 500 mm,重量小于1 t,可以方便地移动到所需要的实验场合。它主要由高频离子源、加速管、高压发生器、聚焦装置、供气系统、微秒脉冲系统、控制系统、真空系统和实验靶室组成。它能产生150μA的直流氘离子束和宽度为10～100μs,频率分别为10 Hz,1 000 Hz,10 000 Hz的脉冲氘离子束。D-T中子产额可达1.5×10~(10)s~(-1)。文章主要介绍了小型移动式中子发生器主要部件的工作原理和结构。     

中子发生器的纳秒脉冲聚束系统

为了用飞行时间法精确测量中子能谱,从俄罗斯Efremov电物理所引进了一台纳秒脉冲中子发生器。该中子发生器采用聚束系统产生纳秒脉冲束流,其中的纳秒脉冲信号源、高频聚束电源、负反馈调节系统等关键设备都是自主研制的。采用双扫描技术解决了聚束电源电压过高的问题,采用负反馈技术使纳秒脉冲聚束系统长期稳定工作。为了测量纳秒脉冲束流,研制了快脉冲同轴靶测量装置,测得中子发生器的离子束流脉冲半高全宽为1.5 ns,脉冲重复频率为1kHz-4MHz,束斑直径为10 mm。由于采用了电子回旋共振离子源(Electron Cyclotron Resonance,ECR),所以该中子发生器具有发射度小、能散小、无灯丝、可长时间连续工作的优点,是中子物理研究的良好实验平台。     

一台可产生直流束和微秒脉冲束的ECR离子源

ECR离子源与其他离子源相比具有一些优点。例如在放电室中具有较低的工作气压,能产生均匀的高密度等离子体,由于无热阴极可耐腐蚀气体,工作寿命长、发射度小、高原子离子比和束流强度大。所以,应用在中子发生器中具有良好发展前景。专门应用于中子发生器的ECR离子源既可引出直流离子束,又可引出微秒脉冲离子束。介绍了这种ECR离子源的工作原理和结构,给出了测量到的主要参数和脉冲波形。     

3×10~(12)s~(-1)强中子发生器后分析系统调试结果

一、引言兰州大学强中子发生器于1988年通过部级鉴定,氘离子束达30 mA,中子产额达3×10~(12)s~(-1)。然而,由于它是采用混合离子束,靶寿命只有十几个小时。在聚变堆第一壁材料研究中,要求的累计中子注量超过10~(17)cm~(-2)。因此,辐照时间需几百小时。因为氚靶价格昂贵,用混合离子束进行材料辐照损伤研究,其费用是很高的。     

氘离子轰击钼靶的二次电子发射系数测量

设计了一套二次电子测量装置,采用间接测量法,利用中子发生器产生的氘离子束,对氘离子束轰击下钼靶的二次电子发射系数进行了实验研究,获得了钼的二次电子发射系数随不同入射氘离子能量的变化趋势,氘离子束能量为170 keV时的二次电子发射系数最大,约为2.33.     

脉冲中子发生器高压控制系统的自动控制设计

针对在研制脉冲中子全谱测井仪过程中传统高控系统难以对不同测井模式产生多种阳极控制时序,难以达到阳极高压、灯丝供电、靶压三者的有序的控制使中子产额稳定的要求。设计本脉冲中子发生器自动控制系统能够实现阳极高压双爆发时序,能在非弹模式下兼测得Σ及活化谱;本系统还能实现中子发生器多种状态的实时测量,靶压的PWM控制,灯丝电流的自动控制使中子产额稳定达到脉冲中子全谱稳定测量的目的。     

中子发生器靶高压电源优化设计

研发小型密封可控中子发生器替代同位素中子源可降低诸多环境和社会风险。为实现中子发生器的小型化,关键在于减小靶高压电源体积。对靶高压电源的驱动电路、倍压电路以及机械结构进行了优化设计。经测试验证实现了靶高压额定电压/电流-150 kV/200μA,靶高压电源常温连续工作稳定性:24 h,≤±1%。完成了靶高压电源设计及优化。为后续研发高性能中子发生器奠定了坚实的基础。     

钻井内脉冲工作的密封中子管中子产额监督

一、引言在高压倍加器上,由T(d,n)~4He反应发射中子产额通常用伴随α粒子、反冲核和慢化法等各种方法测量。在地面上使用的中子发生器(抽气式和密封式),由T(d,n)~4He反应产生的中子一般用活化片法进行测量。至于在勘探钻井内使用密封中子管,其中子产额如何测量,是目前正在研究的课题。我们采用的是密封型中子发生器,以脉冲态在勘探钻井内工作,它在工作期间输出的中子产额随工作时间的增加而缓慢下降,而且还可能由于外电源电压不稳引起中子发生器的高压波动,使得中子产额也在变化,为此必须对中子发生器在工作时的中子产额进行监督。     

基于波形逼近的快中子脉冲堆耦合计算

快中子脉冲堆在爆发脉冲过程中的中子输运与热弹性力学相互耦合,该耦合作用过程决定了脉冲特性。基于绝热近似下燃料元件温升始终正比于系统总裂变数的事实,提出了通过调整参数使温升随时间变化的曲线逼近裂变率曲线的耦合计算方法。在迭代逼近过程中,采用了有限元商业软件ANSYS处理力学建模和热弹性力学求解,利用点堆方程描述中子学行为,两者利用基于微扰理论的反应性反馈方程进行耦合。通过调整参数使力学模型的温升加载函数波形逼近通过输运计算得到的裂变率波形,直至两者一致。以Lady Godiva脉冲堆为例的裂变产额计算结果与实验结果一致,该计算方法有望用于快中子脉冲堆的研究和设计。     

金属核燃料快中子脉冲堆核-热-力耦合计算方法研究

为确保快中子脉冲堆的运行安全,防止超临界脉冲对材料造成物理损伤,需要对快中子脉冲堆脉冲工况进行模拟分析。本研究针对金属核燃料快中子脉冲堆,基于点堆动力学方法、蒙特卡罗方法和有限元力学方法,对Godiva-I脉冲堆开展了核热力耦合计算分析研究。计算结果表明,反应性温度系数和裂变率与实验值吻合良好,反应性、温升、表面位移、表面应力与实际情况相符合。因此,本文建立的“核-热-力”耦合计算方法可应用于金属核燃料快中子脉冲堆的分析计算,具有一定的可靠性。      

SMART堆蒸汽发生器螺旋传热管热-流-固耦合分析

为研究SMART堆蒸汽发生器螺旋传热管在正常工况下所受到的复杂应力,确定螺旋传热管上等效应力最大的位置以及热应力对螺旋传热管的影响,本文采用有限元方法,利用ANSYS有限元软件对韩国SMART堆蒸汽发生器螺旋传热管进行了热-流-固耦合分析,模拟计算得到螺旋传热管的应力、应变、位移分布。结果表明,螺旋传热管上应力、应变和位移的最大值主要依赖于系统温度。     

用于脉冲中子测井仪的变道宽多定标器系统

介绍了脉冲中子测井仪在碳氧比伽马能谱测量模式和中子寿命测量模式下的工作状态,并据此设计了一套道宽随时间变化的多定标器系统,着重说明了系统中关键可编程逻辑器件的硬件实现方法。该系统在脉冲中子测井仪中可以监控中子发生器的工作状况,更为重要的是它可以形成中子寿命测井所需的时间谱。     

北京大学4.5 MV静电加速器运行与改进

近两年来,北京大学4.5 MV单级静电加速器运行状况良好,主要的应用工作为中子核数据测量、中子照相和离子束材料辐照等.对加速器初聚系统和脉冲化电路进行了改进,直流束束流传输效率有较大提高,用飞行时间法测量了不同重复频率的脉冲中子谱.     

热管反应堆多物理耦合平台初步研究

为实现高精度、高置信度的核能系统先进数值模拟技术,探究核能系统内部真实的物理过程,本文开发了中子物理-固体导热-应力分析的三维高精度核热固多物理耦合计算平台MPCH,可开展核反应堆的中子输运、热扩散和热膨胀的多物理耦合计算。该程序基于Picard迭代的外耦合框架,整合了开源蒙特卡罗程序OpenMC、有限元程序Nektar++和SfePy。本文以新型空间热管反应堆KRUSTY为对象,在核热固耦合的计算框架下对其进行计算分析。多物理耦合计算结果表明,该耦合平台能够有效预测KRUSTY反应堆的有效增殖因子变化、功率分布、温度分布及热膨胀现象;在4 kW的堆芯热功率下,全堆局部温差为21.6K,热应力导致的形变率为2.47%,核热固耦合的作用会使堆芯的温度分布更加均匀。该多物理耦合计算程序的设计对新堆设计、研发和校核具有重要作用。      

带伴随粒子中子发生器研制

为研制带伴随α粒子法检测隐藏爆炸物,我们研制了外形尺寸为Φ76 mm×1100 mm的中子发生器,采用中子管离子源加高压,靶接地的设计方式,便于安装α粒子探测器.靶与束流入射方向成45°角,以便探测器接收更多的α粒子,提高探测效率.试验测试表明,中子产额在3×107n/s-5×107n/s范围,中子发生器稳定工作已超过...     

600kV ns脉冲中子发生器的一些相关问题的研究

就中子物理飞行时间技术对脉冲中子发生器的需要，对中国原子能科学研究院６００ｋＶｎｓ脉冲中子发生器的聚束和切割性能的某些参量进行分析和计算，将结果与实验进行比较，并把它们用于脉冲化装置的调试     

D-T脉冲中子发生器随钻中子孔隙度测井的蒙特卡罗模拟

利用蒙特卡罗方法模拟研究了D-T脉冲中子发生器和241Am-Be中子源产生的中子与地层的作用过程,以探讨D-T脉冲中子发生器在随钻中子孔隙度测井中的应用价值。模拟结果显示,使用这两种中子源,热中子计数均随源距增加而呈指数下降;孔隙度较小时,两者的计数差异较小,当地层孔隙度达到40%时,D-T脉冲中子发生器产生的热中子和超热中子计数均比²⁴¹Am-Be中子源高很多,其分布范围也更宽,近探测器的源距选择20～30 cm,远探测器的源距选择约60～70 cm;D-T脉冲中子发生器用于中子孔隙度测井时对地层孔隙度的灵敏度降低,而相同源距条件下探测深度几乎不变。以上结果提示,利用D-T脉冲中子发生器可以进行补偿中子孔隙度测井,在增加源距的同时既可以保证计数统计性,又可以提高灵敏度和探测深度,在随钻测井仪器设计中可以取代²⁴¹Am-Be中子源。     

用D-D反应对自生靶膜最佳厚度的研究

本文用D-D反应对密封中子发生器用钛膜自生靶膜最佳厚度做了实验研究。在对实验结果分析的基础上,提出选择自生靶膜最佳厚度的一般原则,并得出在130 keV氘离子轰击下钛膜自成靶的最佳厚度为1.25～1.55μm,该靶在82.5μA束流轰击下D-D反应中子产额为6.5×10~6n/s。     

高速旋转氚钛靶系统设计和靶温度的数值模拟

给出了用于强流中子发生器的高速旋转氚钛靶系统的设计方案,并对靶的温度变化进行了数值模拟,给出了强流中子发生器的运行参数。     

组合PIN探测器对γ、中子脉冲辐射补偿效果研究

提出了一种新的硅PIN探测器组合结构,使其适用于n、γ混合脉冲辐射场中脉冲中子的测量。分别利用三通道脉冲γ发生器和DPF脉冲中子发生器对组合PIN探测器的γ和中子辐射补偿效果进行了测量研究,实验结果表明组合PIN探测器的γ和中子辐射补偿效果均达97％以上。