北京正负电子对撞机重大改造工程中超导四极磁体传热与流动计算

超导四极(SCQ)磁体是北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)的关键设备之一。本文对SCQ磁体恒温器进行稳定运行状态下传热和流动计算。计算得到了磁体在低温下的热负荷以及磁体恒温器内各组成部分的温度分布，并在此基础上，提出减小SCQ磁体热负荷的方法。比较计算了SCQ磁体采用超临界和过冷液氦两种冷却方式对磁体稳定运行的影响。     

北京正负电子对撞机重大改造工程中超导磁体电流引线设计

北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）中超导聚焦四极磁体(SCQ)共有6对电流引线，输送4种不同大小的电流。超导探测器磁体(SSM)由1对4000A的电流引线输送电流。本文为SCQ和SSM两个超导磁体设计多层套管结构的电流引线。引线通过在低温端增加大质量铜座的方法来延长当冷却氦气消失时低温端温度上升到超导导线失超温度的时间。给出了多层套管结构电流引线稳态与非稳态大型CFD软件Fluent6.0数值模拟结果。     

PKU-SCAF 1.3GHz超导腔超流氦冷却循环设计及运行温度优化

超导腔的BCS表面电阻是温度的指数函数,降低超导腔工作温度可以减少超导腔的射频功率损失,但同时制冷设备的效率也会急剧降低.本文以北京大学超导加速器实验装置(PKU-SCAF)1.3 GHz的9壳型超导加速腔为例,对1.3 GHz超导腔采用的压力为3.13 kPa的饱和态超流氦冷却循环方案及运行温度进行了分析研究.从提高超流氦冷却系统的制冷系数、降低超导腔的动态损耗出发,通过对5种超流氦冷却循环方案以及超流氦冷却循环的效率和超导腔低温系统的能耗进行数值模拟和分析,得出了适合PKU-SCAF主超导腔的最佳工作温度为1.95K.     

上海光源二期工程的垂直发射度研究

上海光源二期工程正在设计一个新的磁聚焦结构,它包含双斜插入件、超导二极铁以及超导扭摆器等新的元件。光谱亮度是表征同步辐射光源性能的一个重要参数,通过降低垂直发射度的方式来提高亮度是一种简便可行的方法。首先分别模拟和计算了各类磁铁准直误差对垂直发射度的影响,然后采用奇值分解法校正了误差引起的闭轨畸变,最后使用60个斜四极铁来校正垂直发射度。结果表明,在上海光源二期工程的磁铁准直公差与目前正在运行的上海光源相同的条件下,六极铁垂直准直误差对垂直发射度的影响最大;用60个斜四极铁来校正垂直发射度,能使耦合度保持在0.5%以下。     

ITER超导纵场线圈内馈线系统冷却过程分析

国际热核聚变实验堆（ITER）超导纵场线圈内馈线系统位于主机杜瓦内,由18个盒体分别悬挂于相应纵场磁体终端,通过连接件组成多边形环。在装置降温过程中,内馈线与磁体冷却收缩的不同步导致相邻盒体环向端面发生相对位移,这要求连接件具有位移补偿功能。通过对内馈线收缩过程的研究,采用有限元分析法对内馈线稳态及瞬态温度场进行数值模拟,得到内馈线的热负荷值、温度及热应力分布、温度及变形的时间历程曲线,结果证明,内馈线无需主动冷却且热负荷小,热应力对结构强度影响小。研究结果同时为具有补偿功能连接件的设计提供了初步参数。     

低温永磁波荡器过冷液氮冷却系统的设计

低温永磁波荡器(Cryogenic Permanent Magnet Undulator,CPMU)是目前插入件技术发展的主要方向之一,其利用一些永磁材料,如钕铁硼(Nd Fe B)或镨铁棚(Pr Fe B)的磁场性能在低温下明显高于室温的特性来提高波荡器性能和光源束流品质,工作温区为50-150 K,需要冷却系统的冷却。CPMU冷却系统主要包括过冷液氮冷却系统和磁体阵列冷却回路。本文介绍了上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)CPMU过冷液氮冷却系统的设计方案和设计参数,进行了系统主要热负载的分析;对冷却系统中关键设备之一的过冷换热器进行了设计,并计算分析了过冷氮流经CPMU冷却系统的全程阻力损失,为系统另一关键设备液氮泵的选型提供依据。对CPMU过冷液氮冷却系统进行的在线测试表明,该设计满足CPMU样机的冷却需求。     

射频四极场加速器低能强束流传输注入系统的实验研究

对加速器驱动的次临界系统（ADS）的射频四极场（RFQ）加速器的低能强流束流传输系统进行实验研究,给出了在强流离子束束腰附近测量束流参数的方法,并测量了强流质子注入系统在RFQ入口处的束流参数。目前,该系统已成功地应用于强流射频四极场质子加速器中。     

小型氦氙冷却反应堆关键参数初步研究

使用氦氙混合气体作为冷却剂结合布雷顿热电转换系统的快中子增殖堆是未来空间核动力的发展趋势.为了提高系统效率、减小系统质量,许多学者开展了空间反应堆参数设计研究,但少有涉及氦氙冷却反应堆.本文的研究内容是小型氦氙冷却反应堆关键参数的设计.通过Fortran 95语言编程构建单通道、一次表面回热器等部件模型,建立热力系统程...     

北京谱仪Ⅲ内冷却液用聚氨酯管的耐辐射性能研究

北京谱仪（BESⅢ）工作环境内存在以γ和中子为主的辐射,聚氨酯管作为BESⅢ束流管及加速器SCQ（超导四极铁）真空盒的冷却液导管,在BESⅢ工作环境下的耐辐射老化性能至关重要。本工作模拟聚氨酯管在BESⅢ环境内使用10a所接受的剂量,对聚酯型聚氨酯管和聚醚型聚氨酯管进行γ辐射和中子辐射。采用耐压测试、傅里叶红外光谱分析和热分析方法,研究辐射前后两种聚氨酯管的性能。对比结果表明,聚酯型聚氨酯管的耐辐射性能以及热稳定性好于聚醚型聚氨酯管,在接受γ辐射和中子辐射后,聚酯型聚氨酯管正常耐压强度基本未变,但聚醚型聚氨酯管在接受中子辐射后产生老化断裂。     

小型氦氙冷却反应堆事故发生频率分析研究

氦氙冷却反应堆可采用一体化布雷顿循环系统，在小型化、轻量化方面具有独特优势而备受关注。但目前鲜有关于小型氦氙冷却反应堆的严重事故分析研究。概率安全评价法（Probabilistic Safety Assessment,PSA）是一种评价反应堆安全性的重要方法，可为反应堆设计改进、故障诊断、运行指导等提供有价值的依据。而始发事件发生频率是PSA分析所必需的输入参数。本文以小型氦氙冷却移动式固体核反应堆电源为分析模型，参考高温气冷堆以及压水堆运行经验及部件失效数据，分析了堆芯排热增减、反应性和功率分布异常、管道破口和设备泄漏异常、未能紧急停堆的预期瞬态（Anticipated Transient Without Scram,ATWS）以及丧失场外电源等事故的发生频率，结果分别为3.90×10^-2RY^-1、2.36×10^-1RY^-1、2.69×10^-2RY^-1、6.50×10^-2RY^-1、2.69×10^-2<...     

Nb3Sn超导磁体低温冷却设计

介绍了聚变堆用Nb₃Sn超导磁体管内电缆导体（CICC)的结构型式和参数,以及超导磁体的运行工况,采用一维数学模型Gandalf对超临界氦迫流冷却回路进行压降计算,从理论上确定了较为合理的液氦质量流率。     

12.5特斯拉NbTi-Nb_3Sn组合超导磁体系统的研制

本文介绍了一个NbTi-Nb_3Sn组合高场磁体系统。该磁体的内外磁体可拆卸,并可分别使用。该磁体有效内径为30mm,中心场可达12.58T,可用于超导材料、结构材料性能测试,并可为其它一些物理实验提供高磁场条件。该磁体系统采用内外磁体分别供电,供电电源为两台300A稳流电源。磁体系统实验杜瓦采用内径为400mm的多屏绝热低温恒温器,在实验的过程中,正常液氦的消耗量约为1L/h。     

国际热核聚变实验堆过渡馈线设计与分析

国际热核聚变实验堆（InternationalThermonuclearExperimentalReactor，简称ITER）采用超导馈线系统传输磁体线圈所需电流、冷却液及数据信号等。本文介绍了馈线系统中过渡馈线的设计，并通过有限元法对设计结构进行全面校核和应力分析，为结构的进一步研制提供了理论依据。     

超流氦低温恒温器冷质量准直调节及低温变形分析

为满足超导射频腔及超导磁体低温下的加速器准直精度要求,对超流氦低温恒温器冷质量的准直调节方案进行分析。通过对冷质量的低温位移进行有限元模拟计算,获得其在2 K超流氦温区的位移变形量,利用拉伸丝型位移监测仪（WPM）在线测量数据来验证模拟分析方法。结果表明,模拟值与测量值具有较好的一致性,为底部支撑型式低温恒温器的准直调节方案设计提供了重要的数据基础。     

兰州重离子加速器冷却储存环射频堆积过程模拟

考虑了重离子冷却储存环中粒子纵向相振荡的运动特性及电子冷却的作用,模拟兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL－CSR）主环中的射频堆积过程,给出了高频参数在射频堆积过程中随时间的变化曲线,为高频腔的设计及机器运行时的参数预置了理论依据。     

基于超高分辨γ射线探测器的蒙特卡罗模拟

能量分辨率是γ射线探测器关键技术指标之一,直接关联γ射线全能峰的尖锐程度、分离程度,从而影响全能峰被识别、区分的能力。提高γ探测器的能量分辨率,是γ探测器发展的一个重要方向,近年发展起来的超高分辨γ射线探测器,能达到25 e V@103 ke V的能量分辨率,其相对目前能量分辨率最好的高纯锗探测器的能量分辨率高一个数量级,因此超高分辨超导γ射线探测器成为了一大研究热点。为了推动超高分辨率γ探测器关键技术的实验研究,利用MCNP5采用了不同能量的射线源、不同规格的吸收体以及不同的支撑环境对超高分辨超导γ射线探测器的探测结果进行了模拟。这些模拟对于探测器的模型优化以及谱仪的设计有重要的指导作用。     

垂直上升管内对流沸腾瞬态数值模拟及其两相流不稳定性预测

核电站蒸汽发生器二次侧为两相对流沸腾换热过程,在设计过程中须保证其不发生两相流不稳定性。本工作采用时域法对垂直上升管内两相流不稳定性进行研究,建立了垂直上升直管内流动沸腾过程的一维模型,并编制计算程序。采用该程序模拟了流动沸腾过程气液两相流密度波的不稳定性,给出两相流波动过程瞬态参数分布,由此分析了密度波不稳定发生的机理,并分析了质量流速、系统压力、入口过冷度对不稳定的影响。结果表明,与已有实验及理论结果相比,瞬态参数计算结果与实验结果符合较好,可较好找到不同工况下直管内气液两相流发生不稳定的边界,结果优于Khabenski线算图方法。     

绕制预应力对MICE超导耦合磁体冷质量应力状态的影响

超导耦合螺线管磁体为μ介子离子化冷却实验装置(MICE)中的关键设备,其线圈内径1500mm,长度285mm,采用截面1.65mm×1.00mm的NbTi复合超导线,励磁到210A时,峰值磁场可达7.4T。在降温和励磁过程中,为减小导线窜动而导致失超,线圈绕制过程中需对导线和紧固带施加预应力。本文根据组合筒理论,得出了绕制过程中线圈和紧固带的预应力与冷质量内部应力分量的关系。采用有限元方法对线圈绕制、冷却和励磁3个连续过程进行动态仿真,分别分析了导线和紧固带绕制预应力的变化对冷质量内部各主要应力峰值的影响,得出线圈和紧固带绕制时满足磁体稳定性和结构安全的预应力优化结果,为MICE超导耦合磁体的研制及其他类似大直径、多层的超导螺线管磁体绕制提供理论依据。     

失水事故分析程序临界流模型改进及验证

失水事故（LOCA）分析中保守分析方法不利于提高核电厂的经济性，为了满足10CFR50附录K的核电厂LOCA评价要求，基于最佳估算程序RELAP5对其模型进行修改以满足对LOCA的评价要求，同时增大设计裕量。由于附录K涉及模型较多，本文主要对LOCA模型修改和验证方法进行研究，改进了RELAP5程序临界流模型，添加保守的Moody两相临界流模型，同时增加过冷临界流Zaloudek模型，并分别采用分离效应实验装置Marviken、Edward喷放管和整体效应装置Bethsy对程序进行了验证，结果表明添加的模型对模拟喷放过程临界流现象具有足够的可靠性。      

中能重离子核反应产物测量装置4π带电粒子探测设备的研制

介绍了4π带电粒子多探测器系统。该系统由276个探测器单元组成，每个单元分别由快、慢塑料闪烁体、碘化铯晶体、硅半导体探测器所组成的望远镜构成，总立体角覆盖约86％的4π以及有一个很低的能量探测阈，整个探测器系统轴向对称排列，工作在真空中，该探测器系统可以鉴别氢、氦的同位素，具有大的能量测量动态范围。