用于加速器及其输运系统磁铁设计的数值计算方法

对于谱仪、加速器及其输运系统的磁铁设计,通常要求具有较高的精确度,有时必须对三维磁场进行计算。目前大多数采用数值方法进行分析。本文叙述了电磁场数值计算在这方面的应用,对各种计算方法的优缺点、计算结果以及它和实测值的误差进行了比较和分析。针对具体实例,对各种计算方法的运用进行了探讨。     

积分方程法计算超导廻旋加速器磁场

本文从电磁场基本理论导出磁化积分方程法计算静磁场的公式,在此基础上,以美国密执安州立大学(MSU)的K 500超导迴旋加速器磁场为实例进行了计算,并与测量值比较,结果是比较满意的。     

角度自适应离散纵标输运计算方法

精确的屏蔽计算方法是核装置辐射屏蔽设计的重要基础,离散纵标法(SN)是主要的屏蔽计算方法之一。本文基于价值理论的目标导向与角度自适应相结合的方法,有效地减弱了角度的离散误差。求解输运共轭方程获得目标函数的重要性分布,采用局部角度离散误差与目标函数的重要性加权,产生后验误差估计,为角度自适应过程提供判断依据。角通量密度的映射采用多项式权重法和球谐函数拟合法。数值结果表明,对于具有直孔道或曲折孔道的屏蔽问题,在相同精度下离散角度数减少了1～2个数量级,极大地减少了计算量。角度自适应方法以较少的离散方向获得了准确的计算结果,有效地减弱了角度离散误差对屏蔽计算精度的影响。     

中子输运计算界面流方法的微扰计算

以六角形几何中子积分输运计算界面流算法及其相对应的数学共扼方程计算为基础,利用微扰原理计算了当反应堆六角形组件中栅元核参数发生微量变化时系统反应性的变化。计算结果表明,本文所开发的基于六角形几何中子积分输运算法的微扰计算方法是正确的。     

100MeV强流质子回旋加速器主磁铁电磁力的数值模拟

本工作研究计算中国原子能科学研究院目前正在设计、建造中的100MeV强流质子回旋加速器CYCIAE-100主磁铁电磁力。计算中选用虚位移法和麦克斯韦应力张量法两种方法。在利用电磁场三维有限元分析程序计算得到紧凑型等时性回旋加速器主磁铁电磁场的基础上,先采用虚位移法估算电磁吸力,然后基于麦克斯韦应力张量法在MATLAB环境下编写数值计算程序,详细研究磁极和磁轭受到的电磁吸力。两种方法的计算结果接近。计算得到的主磁铁磁极间吸力大于磁极与盖板间吸力,二者之差由磁极和盖板间的螺栓承担。电磁力的计算结果为主磁铁结构变形计算和结构方案选取提供了依据。     

加速器中的三维磁铁CAD系统及其初步应用

文章叙述了一个三维磁铁CAD系统MCAD,其前处理软件能灵活地对各种三维场域进行自动剖分,形成三棱柱单元;基于双标量位法的磁场分析软件,同时采用了直接迭代和NEWTON-RAPHSON迭代,较好地解决了非线性情况下收敛速度慢的问题;后处理软件除了能显示磁场强度外,还可计算和显示带电粒子在空间的运动轨迹、各典型场区的相图、加速过程中粒子的滑相情况以及其它物理参数,使得MCAD能更好地满足加速器领域三维磁铁CAD的要求。最后绘出MCAD的检验和应用实例,说明MCAD具有目前国际上通用有限元法计算三维静磁场的计算精度,能适应实际设计的需要。     

中子导管输运特性的数值计算方法

采用自行编写的数值方法计算程序NCMP(Numeric Calculation Method Program)对中子导管的输运性能进行了计算,并分别与文献以及俄罗斯核物理研究所Pusenkov教授提供的计算结果进行了对比,符合得很好.结果表明该数值计算软件能够精确地计算中子导管的输运特性.     

积分输运方程迭代解法的推广

本文介绍了一种积分输运方程迭代解法的推广应用。迭代方案针对能量和空间变量的不同而不同，其中包括对增殖系数计算的外迭代和对通量计算的内迭代。空间迁移项的积分采用蒙特卡罗方法计算，将计算结果与柱形栅元计算程序APOLL02的计算结果作了比较。     

中子输运计算界面流方法的数学共扼方程

以子区内中子源为常源近似条件下的中子积分输运方程为前向方程,推导了中子积分输运方程界面流算法在六角形几何情况下的数学共扼方程;介绍了该数学共扼方程求解的内、外迭代策略,并对前向方程计算程序TPHEX进行了改造,得到了常源近似情况下数学共扼方程计算程序TFHEX_J0。通过算例校验表明TPHEX_J0与TPHEX程序所计算的系统本征值符合良好,TFHEX_J0程序的计算结果是可靠的。     

100 MeV强流质子回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁设计

加速器引出束流分布一般都是高斯分布,而在很多束流应用中都需要均匀分布的束流,为此目的设计了旋转扫描磁铁。旋转扫描磁铁形成一垂直于束流传输轴向均匀旋转磁场,在该磁场作用下,通过旋转扫描磁铁的束流也会随磁场的旋转而旋转,从而提高束流的均匀度。其旋转过程如图1所示。外两相电流都是相同的直流电,这种情况下所形成的磁场方向不会变化,可用特斯拉计进行测量,其具体结果如图4所示。由图可见,理论计算和实际测量值间的误差小于2.2Gs,精度约1%,该旋转扫描磁铁即将在30MeV回旋加速器的123I束流线上试用,也用于100MeV回旋加速器的质子…     

用于煤浆系统研究的光子输运程序及其实验标定

本文介绍了为进行煤浆系统光子输运研究而专门设计的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ程序Ｍｃｐｈｏｔ，采用实验方法对该程序进行了标定，实验结果和计算结果符合得很好。     

加速器磁铁电源数字化逻辑控制电路的设计

加速器磁铁电源的逻辑保护和控制一般通过可编程逻辑控制器PLC实现.随着现代加速器技术的发展,电源的控制趋于全数字化,电源的逻辑控制可以综合至其数字控制芯片中得以实现,例如现场可编程门阵列FPGA.文章介绍了两种加速器磁铁电源数字化逻辑控制电路的设计方法,以FP-GA作为控制器件,实现电源的逻辑保护和控制功能.     

核电计算中刚性常微分方程的数值解

在核电计算中,核岛中的反应堆动态学方程和常规岛中的湿蒸汽汽轮机甩负荷时各级压力变化方程都是典型的刚性常微分方程。本文介绍用通用性强的Gear方法求解这些刚性方程的有效性。在解点堆动态学方程时,Gear方法的计算效率与分段多项式逼近法相当;在对矩阵求逆的算法作了改进后,该方法的计算效率就高于分段多项式逼近法。     

贡献输运方程的多群近似及其数值解法

本文通过对含能量的中子价值方程,以及平面几何的定态贡献方程的求解,从而得到了确定贡献方程多群群常数的方法。本文给出了贡献输运方程的多群形式。文末导出了解多群贡献方程的差分格式,并讨论了它的解法。     

贡献输运方程的多群近似及其数值解法

本文通过对含能量的中子价值方程,以及平面几何的定态贡献方程的求解,从而得到了确定贡献方程多群群常数的方法。本文给出了贡献输运方程的多群形式。文末导出了解多群贡献方程的差分格式,并讨论了它的解法。     

中子积分输运动态方程

通过理论分析给出了中子积分输运动态方程 ,发展了中子积分输运理论 ,使中子积分输运理论不仅可以用来分析反应堆栅格非均匀效应和计算反应堆参数等稳态问题 ,而且还可以处理反应堆动态问题。中子积分输运动态方程是一个多群多点 (一个空间分区为一点 )中子动态方程 ,在单群情况下就是多点反应堆动态方程。多点动态方程可以用来分析与空间有关的反应堆动态问题。介绍了中子积分输运动态方程的应用个例 ,通过中子积分输运动态方程分析了中国先进研究堆中子代时间的构成 (刚性和柔性中子代时间 )问题。     

15 100MeV强流质子回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁设计

加速器引出束流分布一般都是高斯分布，而在很多束流应用中都需要均匀分布的束流，为此目的设计了旋转扫描磁铁。旋转扫描磁铁形成一垂直于束流传输轴向均匀旋转磁场，在该磁场作用下，通过旋转扫描磁铁的束流也会随磁场的旋转而旋转，从而提高束流的均匀度。其旋转过程如图1所示。     

非均匀栅元的超热能谱和共振积分数值计算

本文对中子的积分迁移方程进行数值求解,得到非均匀栅元共振能区的超热能谱、共振积分以及相应的群平均截面,共振中子通量的空间分布、共振自屏因子等。本文避免了目前在共振计算中所引入的许多近似。考虑了一个核共振峰的能级干涉效应和不同核之间的干涉。本方法具有甚高的精确度。可以作为基准方法。     

加速器用束流均匀化用非线性磁铁设计

在某些工业电子辐照场合,对束流辐照均匀度要求很高。为开发这种领域的电子辐照应用,需要对束流均匀辐照进行研究。目前,国外采用的束流均匀化器件是非线性阶梯场磁铁（图1-3）。