基于光纤珐珀结构的耐高温应变传感器研究

为了研制一种适用于反应堆一回路高温环境下机械测量的微型应变传感器,基于光纤珐珀（FP）结构光学原理、解调原理和封装技术研究,提出传感器的热机耦合模型,设计出一种基于光纤FP结构的耐高温应变传感器及其解调系统,并对其在常温空气中和高温中压水环境中进行动态测试。研究和测试结果表明,该高温光纤FP应变传感器及其解调系统能够在高温、中压以及水环境下稳定工作,且应变传感器的测量工作范围为0～4000με,解调系统速度达到5 kHz。本研究设计的高温光纤FP应变传感器及其解调系统能够用于反应堆一回路高温环境下的应变测量,从而为反应堆一回路高温环境下的监测提供了一种有效的监测方法。     

基于双共焦传感器的薄膜厚度测量技术

研究了基于双共焦传感器的薄膜厚度测量技术,搭建实际系统对自支撑Au、Mo膜进行测量。结果表明,该系统有效消除了薄膜翘曲、不完全展平的影响,测量精度达到干涉仪水平。     

基于Evanescent Wave吸收的光纤传感器灵敏度计算分析

基于Evanescent Wave 吸收的U形光纤传感器是比较便于实用推广,可被用于化学传感的新型传感器.对于U形光纤传感器的渐逝波穿透深度和灵敏度进行了计算与分析,并与普通直线传感器做了比较,具体讨论了影响U形传感器灵敏度的几何参数因素和灵敏度优化公式.     

加速器驱动快-热包层耦合次临界系统的性能研究

通过研究表明:加速器驱动快-热包层耦合次临界系统(ADFTS)具有同时高效嬗变锕系元素(MA)和裂变产物(FP)的优点.从中子物理学角度,对ADFTS的能量放大行为进行了分析,提出了快包层中子放大系数和快-热包层中子耦合系数的概念,并给出了中子放大系数的计算方法.对加速器驱动次临界系统的增殖能力进行了研究.研究表明,ADS具有比常规临界反应堆更高的增殖能力.     

CFETR氦冷固态包层设计及热工水力学分析

基于中国聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)提出了一种新型氦冷固态氚增殖包层设计方案。以托卡马克中平面上一块外包层模块为例,系统介绍了该包层概念设计。基于工程流体力学理论,对包层模块内冷却剂的流动特性进行了理论求解。同时采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件CFX,对包层模块流体域和固体域进行耦合传热分析,求解得到冷却剂的流动特性和理论计算难以求解的固体域温度场分布。计算结果表明:理论计算与模拟结果吻合程度良好,冷却剂在包层内总压降为243 k Pa,总温升为194.6°C,运行在合理区间;包层各结构材料在正常运行工况下的温度可以满足材料的最高温度限制要求,为该包层方案的进一步结构优化和安全分析提供参考。     

超临界水冷固态实验包层中子学与热工水力特性研究

基于国际热核聚变实验堆(ITER)实验包层方案,提出了一个超临界水冷固态实验包层概念设计方案。设计采用Be作为中子倍增剂,Li4SiO4作为氚增殖剂,CLAM钢作为结构材料。包层第一壁采用多层盘道设计以提高第一壁出口温度,内部采用增殖剂与中子倍增剂分层布置以提高热沉积与氚增殖率。为验证包层设计的可行性,分析计算了三维包层氚增殖率与热沉积的分布,然后根据中子学计算得到的结果对超临界水冷固态实验包层进行了数值模拟研究。结果表明:包层功率密度分布较合理;氚增殖率满足运行中氚自持的要求;在冷却剂出口温度达到500℃条件下材料温度不超过限值。该设计方案能满足中子学设计与热工水力的要求。     

水冷包层模块第一壁流动传热特性初步分析

本文基于我国聚变工程实验堆水冷包层优化设计与安全分析的要求,针对水冷包层模块第一壁的流动传热特性进行三维数值模拟研究。采用计算流体力学方法,建立了水冷包层模块第一壁的三维数值模型,研究流量分配的特点以及温度分布情况,分析与评估在稳态工况、瞬态工况及失流事故下的水冷包层模块第一壁传热能力。研究结果表明,不同冷却管间存在流量分配不均匀的现象;在稳态工况下,水冷包层模块第一壁具有较好的传热能力,瞬态工况下水冷包层模块能够有效地导出反应堆热量;失流事故下冷却管内温度短时间上升至系统压力下的饱和温度,有待进一步研究。相关研究为优化包层第一壁传热设计提供参考,并为今后聚变堆的安全分析提供依据。     

基于硅光电倍增管对塑料闪烁光纤衰减长度及光产额的研究

作为外靶实验终端（ETF）飞行时间探测的关键探测器,起始时间探测器需满足承受高计数率、高时间分辨和位置分辨等需求。塑料闪烁光纤（PSF）作为起始时间探测器改进方案的一种考虑,其衰减长度、光产额等性能参数将直接影响探测器的实际性能。本工作基于硅光电倍增管(SiPM)和PSF搭建相应的测试平台,系统研究了SiPM SensL MicroFC-SMA-30035和PSF Kuraray SCSF-78J的实际性能。结果表明：所选型号的SiPM具有优秀的单光子分辨能力,在所选工作电压范围内具有高增益及良好的增益线性,且具有较好的线性响应;光子在光纤中的衰减由两种成分组成,芯层光的有效衰减长度为547.4 cm,包层光的有效衰减长度为15.5 cm,光纤有效光产额约为552光子/mm,实际光产额约为968光子/mm。测试结果表明,采用该PSF结合SiPM读出的方式满足新型起始时间探测器的要求。     

CFETR增殖包层极向分块对电磁载荷分布影响研究

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的增殖包层采用多模块的设计方案,即在环向和极向上由多个包层模块组成。当发生等离子体大破裂或垂直位移事件等电磁工况时,增殖包层上感应产生的巨大电磁载荷将共同作用于背板结构上,严重影响增殖系统的结构稳定性。为了研究增殖包层极向分块对背板电磁载荷分布的影响,使用通用有限元软件ANSYS,实现了一个具有36 ms指数电流猝灭的等离子大破裂工况模拟。首先系统评估了采用U型套管方式的氦冷陶瓷增殖(Helium Cooled Ceramic Breeder,HCCB)包层模块上的电磁力和力矩分布。然后详细比较不同极向分块形式对包层扇段电磁载荷分布的影响。研究结果表明:当高场侧包层模块位置和数目不变时,通过增加低场侧包层的极向分块数目,等离子体大破裂工况在低场侧包层上产生的电磁力和力矩均有所减少。对于高场侧包层,当低场侧包层极向分块增加时,径向方向的电磁力有稍微的增加,其他两个方向变化不明显。此外,随着极向分块数目的增加,高/低场侧包层扇段包层的总电磁力均表现出下降的趋势。     

基于硅光电倍增管对塑料闪烁光纤衰减长度及光产额的研究

作为外靶实验终端(ETF)飞行时间探测的关键探测器,起始时间探测器需满足承受高计数率、高时间分辨和位置分辨等需求。塑料闪烁光纤(PSF)作为起始时间探测器改进方案的一种考虑,其衰减长度、光产额等性能参数将直接影响探测器的实际性能。本工作基于硅光电倍增管(SiPM)和PSF搭建相应的测试平台,系统研究了SiPM SensL MicroFC-SMA-30035和PSF Kuraray SCSF-78J的实际性能。结果表明:所选型号的SiPM具有优秀的单光子分辨能力,在所选工作电压范围内具有高增益及良好的增益线性,且具有较好的线性响应;光子在光纤中的衰减由两种成分组成,芯层光的有效衰减长度为547.4 cm,包层光的有效衰减长度为15.5 cm,光纤有效光产额约为552光子/mm,实际光产额约为968光子/mm。测试结果表明,采用该PSF结合SiPM读出的方式满足新型起始时间探测器的要求。     

多功能聚变裂变混合实验堆FDS-MFX氦冷包层三维中子学初步设计与分析

FDS-MFX(Multi-Functional eXperimental fusion-fission hybrid reactor)是一个基于现实可行技术的多功能聚变裂变混合实验堆概念,分3个阶段相继开展实验研究,分别采用纯氚增殖包层、铀燃料包层和乏燃料包层.本文重点对其中铀燃料包层后期阶段中高浓缩铀模块的摆放方式...     

ITER中国液态锂铅实验包层模块设计研究与实验策略

在广泛调研和深入分析国际聚变堆包层发展状况的基础上,根据液态锂铅包层一般特点和中国发展的系列液态锂铅包层概念设计,提出了一个具有演示氦气单冷却剂和氦气/锂铅双冷却剂包层技术的双功能包层模块实验系统方案,对其性能进行了分析研究,作为中国向ITER实验包层工作组(TBWG)提交的液态包层实验模块最终设计描述文件的内容框架。总结了该工作主要内容,包括基本设计思想和方案描述、性能分析概况、对辅助系统的要求和实验策略与关键技术等。     

基于光纤布拉格光栅的翼型悬臂板荷载监测

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感器作为荷载监测的应变传感器,建立实时、在位荷载识别的有效算法.基于一种图形化编程语言Labview 8.0在动态光纤光栅解调仪(sm130-700, MOI)软件平台上开发了在线荷载监测系统,并应用于翼型悬臂板的荷载监测实验.结果表明,该在线荷载监测系统能够高精度地识别荷载的位置和荷载大小,且有较好的容错性.     

高功率密度包层的热结构力学分析与优化

以混合堆FEB(FusionExperimentalBreeder)的堆芯参数和真空室尺寸为设计基准,高功率密度包层是用作嬗变核废物的。在高功率密度包层的工程设计阶段,进行了包层的热结构力学(Thermomechanics)分析与优化。包层模件采用Pro/ENGINEER2000i2设计制图编码建立模型后,随即转入Pro/MECHANICA2000i2功能编码进行热结构力学分析,即稳态热分析和稳态热应力分析。在分析期间,依据传热学和材料力学,减小包层表面热负载系的分布起伏,优化氦冷却管板屏的拱弧曲率、圆角、以及其与氦汇流腔的先进焊接工艺等。设计优化后,最终的分析计算表明:采用HT9铁素体钢制作的包层冷却屏构件的最高温度为350℃,最大剪应力≤80MPa。包层运行将具有良好的热结构力学安全裕度。     

聚变裂变混合堆钍基增殖锕系元素嬗变包层中子学初步研究

聚变裂变混合堆比纯聚变堆在工程及技术方面要求低,且在产生核燃料、嬗变长寿命核废料以及固有安全性方面具有一定优势,因此,越来越受到人们的重视。增殖包层是混合堆系统的关键部件,已有的包层研究基本上是基于较成熟的铀-钚燃料循环技术。针对我国铀资源相对较少而钍资源较丰富的现状,本文就一种新型的钍基燃料增殖锕系元素嬗变包层进行了初步的中子学研究,利用一维离散纵标法燃耗程序BISONC以及Monte-Carlo粒子输运程序MCNP,对包层的关键核参数,诸如氚增殖比、少量锕系元素的嬗变质量、233U产量以及热功率等,进行了较详细的计算分析。计算结果表明,生成的核燃料233U的富集度可达到3.65%,从而满足压水堆燃料富集度要求。分析结果为下一步的包层优化设计提供了依据。     

ICF靶用纳米厚金属薄膜中超声波的激光激励

简要介绍了激光超声和干涉仪检测原理,实现了一个激光超声实验。实验中,用调Q Nd:YAG固体激光器在超薄薄膜200 nm Al/Au/Ag中激励高频超声,用迈克尔逊干涉仪对超声进行了检测,对获得的信号进行傅里叶变换,获得了激励的振动频率。3种薄膜中产生的单一频率的超声振动分别为32.36、26.17和29.39 MHz。本工作对纳米薄膜的超声检测有一定的参考和借鉴作用。     

光纤放疗机质检系统设计与研究

设计、构建了一种利用稀土发光材料制成的光纤传感器的质检系统,主要用于各种射线放疗仪的日常质量检测。该质检系统主要由填装有稀土发光材料的光纤X射线探针、信号检测系统组成,光纤X射线探针用于检测和转化射线信号。进行了光纤X射线探针稀土发光材料选择实验。同时还进行了质检仪不同温度、不同水深下测量试验以及多种光纤金属帽屏蔽实验等,对比现有的电离室的相关数据并分析其差异性。     

氡标准室中浓度智能控制系统的实现

介绍了一种新型的采用AVR单片机作为主控器的氡室浓度智能控制系统,阐述了ATmega128单片机与温湿度传感器、氡室制冷系统和除湿系统等部件接口,实现氡室内浓度稳定的软、硬件技术要点.此外,控制系统既可以独立完成对氡室浓度的监控,也可以通过RS-232C接口与PC机通信,组成基于PC机的氡室浓度控制系统.     

中国氦冷固态增殖剂实验包层系统氚输运初步分析

氚输运分析是开展中国氦冷固态增殖剂实验包层系统安全分析及未来聚变堆氚自持运行的重要研究内容之一。基于氚输运理论和固态增殖剂包层系统设计,利用FDS凤麟核能团队开发的聚变系统氚分析程序TAS,构建了固态增殖剂包层系统氚输运分析系统动力学模型。该模型氚输运结果与文献报道的吻合得很好,误差小于6%,验证了模型的正确性。针对中国氦冷固态增殖剂实验包层系统氚输运问题进行了两种计算方法(稳态、脉冲模式)的初步分析,获得了氚提取系统、氦气冷却系统回路氚分压,实验包层模块冷却流道、窗口室内氚提取系统和氦气冷却系统回路材料中氚滞留量,窗口室内氚提取系统和氦气冷却系统回路氚日渗透量等数据。最终对比结果显示,脉冲模式分析方法能够实时地跟踪源项的快速变化,更符合中国氦冷固态增殖剂实验包层系统实际运行情况。窗口室内氦气冷却系统回路材料中氚滞留量占到日产氚量的31.3%,因此需要在这些氚滞留损失严重的部位考虑适当的阻氚措施。     

分布式光纤传感技术用于辐射监测的初步探讨

根据光纤受辐照引起缺陷以及着色中心的形成使其光学性能下降产生相应的损耗,提出一种基于分布式光纤传感技术的辐射监测系统的设想,即通过比较输入光和输出光的强度,反演出辐射的剂量,同时利用空分复用技术,采用多个光纤传感器,可以实现对核电站、核武器库等放射物质集中的场所进行大面积多点监测。