摘要：为了提升加速器装置的设计效率和建设质量,解决现有加速器装置设计和建设过程中存在的多学科数据孤岛、各系统数据实时交互性差与一致性弱、设计周期长且成本高等问题,立足于加速器装置建设需求,提出基于3DEXPERIENCE(简称3DE)平台对CS30加速器α辐照装置开展协同设计研究,梳理出一套较为完善的加速器装置协同设计流程,实现了加速器装置机械、管路、电气及土建等各系统多维度协同设计,规范了整个设计流程,减少了设计错误,提高了设计效率及质量,节约了设计成本,为加速器装置的设计及建设提供指导和帮助,有效缩短了加速器装置的建设周期。

摘要：自感式棒位探测器利用探测线圈电感随驱动杆位移的变化特性实现连续棒位测量,但实际探测线圈端部磁场的非均匀分布致使探测器端部的输出信号表现为非线性,降低了端部位置的测量精度。为此,本文提出一种在探测线圈两端绕制阶梯型补偿线圈的多目标优化设计方法:(1)建立端部补偿线圈电感数学模型;(2)采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法对补偿线圈结构进行多目标优化;(3)利用熵权法和模糊综合评价法对多个优化目标客观赋权并进行综合评价,选取一组折中最优设计方案,从而快速有效地确定补偿线圈的最优结构参数。通过有限元仿真对比补偿前后结果,发现经过端部补偿后,不仅电感灵敏度提高了28.6%,最大线性拟合误差也降低了45.8%;最后,进行样机实验,结果显示端部补偿后的探测线圈电感灵敏度为0.18 mH/10 mm,最大线性拟合误差小于0.18 mH,可实现10 mm的测量精度,验证了端部补偿线圈多目标优化设计方案的有效性。本文为其在模块化小型反应堆中的应用提供了优化设计理论基础。

摘要：目的乏燃料干法贮存是解决我国目前部分核电站乏燃料无法外运的有效途径,密封贮存罐是乏燃料干法贮存系统的关键设备,用于离堆贮存乏燃料组件。为此开展乏燃料干法贮存密封贮存罐设计及关键技术分析。方法对干法贮存系统的工艺和安全功能需求进行分析,从接口功能要求开展设计,论述了乏燃料组件支撑结构和包容边界的设计方案;通过对临界安全设计关键技术的分析,从对乏燃料组件间距的控制到对中子材料的选择和布局逐一剖析,确定了可维持乏燃料组件次临界状态的临界安全结构;通过传热方式分析、传热介质比选、传热结构布局,设计了非能动散热的传热结构,并提出了全新拼插形式的结构设计方案。结果提出了干法贮存系统设计的关键技术,确定了密封贮存罐的设计准则,并根据相应准则提出了密封贮存罐设计关键技术解决方案,最终完成了密封贮存罐整体结构的设计。结论密封贮存罐的设计及关键技术分析为解决我国乏燃料干法贮存提供了切实可用的技术支撑。

摘要：作为南方先进光源直线段注入器重要设备,开展了C波段光阴极电子枪研究,包括驻波腔微波设计和耦合器设计。其中驻波腔采用3.6腔结构,π模加速模式,工作频率为5.712 GHz;耦合器采用同轴耦合方式。利用Superfish及CST完成了腔体微波结构设计,优化盘片的形状,降低腔体表面最大电场,从而有利于提高腔体加速场强;利用COMSOL开展了腔体水冷系统的分析,优化设计水路,减少腔体由于功率负载所造成的频率偏移,控制腔体温度的上升,保持腔体最大温升小于20℃。在18.15 MW的入腔功率下,阴极面最高场强为180 MV/m,腔体表面最大场强与阴极面场强比值约为0.934 6,腔体Q值大于10 000。通过对耦合器的设计,抑制二极模和四极模的传输,S_(11)参数小于-40 dB。

摘要：高能X射线检测是重要的无损检测手段之一,X射线源的焦点尺寸对检测精度有着重要影响。为了满足高分辨率无损检测对高性能加速器X射线源的需求,本文设计了一个C波段小焦点驻波电子直线加速结构。基于静电聚焦和射频相位聚焦原理,对加速结构进行了物理设计,使用Superfish和Parmela对加速结构进行射频设计和束流动力学计算,使用CST电磁场模拟优化腔链结构,并对束流动力学设计结果进行验证。加速结构共包括3个聚束腔单元和19个光速腔单元,总长度约为548 mm,加速结构的束流能量达到9.11 MeV,焦点尺寸为0.45 mm,俘获效率为35.8%。

摘要：为了适配闪烁体与硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier,VFB)。理论设计上考虑了两类前置放大器的带宽和噪声问题,采用PSpice for TI软件仿真验证其可行性,并通过阶跃响应和噪声测量验证其性能参数。在室温条件下,采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet,GAGG(Ce))探头对^(241)Am源进行系统测量。结果表明:跨阻放大器的带宽为101 MHz,低于电压反馈放大器的381 MHz,但其基线噪声σ_(noise)≈448.32μV优于电压反馈放大器的σ_(noise)≈680.96μV;电压反馈放大器和跨阻放大器分别满足GAGG(Ce)探头快输出脉冲上升沿时间(2 ns)和标准输出脉冲上升沿时间(20 ns)的带宽设计需求。两类前置放大器均可满足不同场景下对高带宽和低输入噪声的需求,并与SiPM不同的输出模式相匹配。受限于电路的固有噪声和SiPM的输入电容,设计的跨阻放大器适合于能量测量和小面积SiPM应用,而电压反馈放大器更适合时间测量和大面积SiPM阵列。

摘要：本文以9MeV无损检测电子直线加速器工程设计为研究对象,首先采用MC方法FLUKA程序模拟了加速器机头源项,研究机头电子打钨金合金靶产生的X射线,与加速器设备参数进行比对,充分验证了加速器机头模型的可行性,从而可以保障下一步探伤室辐射屏蔽准确性。然后使用FLUKA程序建立模型进行模拟计算,并对辐射防护薄弱区域进行模拟优化设计。模拟屏蔽设计结果表明:本项目物流防护门搭接间距在1.5cm时搭接长度至少100cm,可满足屏蔽要求;当穿墙管角度50°后,通风管出口处泄漏辐射剂量率趋于平缓,随着角度增加,变化不明显,因此从施工及工程造价角度上看,预埋50°穿墙管较为合适。

摘要：SiC复合包壳热导率在辐照后显著下降,且在发生芯块-包壳机械相互作用时会受到较大的拉应力导致失效。为改善SiC材料导热性能差导致燃料温度过高及芯块-包壳机械相互作用导致包壳失效的问题,提出了使用液态铅铋合金(Lead-Bismuth Eutectic,LBE)填充芯块-包壳间隙的设计。基于FRAPCON程序添加了芯块-包壳间隙材料填充模型,对液态铅铋合金填充间隙的双层SiC包壳燃料棒进行了初步分析,并优化了设计参数。对比了三种燃料棒(UO_(2)-SiC、含中心孔的UO_(2)-SiC、UO_(2)-LBE-SiC)在正常运行工况下的性能。结果表明:中心孔芯块设计不能避免UO_(2)-SiC燃料棒的失效,优化设计后的UO_(2)-LBE-SiC燃料峰值温度下降约200 K,LBE填充芯块-包壳间隙也避免了芯块-包壳机械相互作用的发生,外层包壳最大拉应力为5 MPa,燃料棒失效概率小于1×10^(-6),可满足安全性要求。

摘要：能量选择系统是基于回旋加速器的质子治疗装置的关键部分,除了用于调节回旋加速器产生的固定能量质子束的能量以匹配肿瘤深度外,另一主要作用是控制束流发射度等束流参数达到治疗要求。现有控制发射度的方案基于切换不同孔径准直器组合,可调的发射度受限于孔径的组合数量,并且需要在能量选择系统的上游或下游配有抑制流强的小孔径准直器,限制了高能束流流强提高的可能性。本文根据中国原子能科学研究院在研的一套基于超导回旋加速器CYCIAE-230的质子治疗装置,提出并验证了一种可以灵活控制束流发射度和传输效率的能量选择系统设计方案。首先介绍了该能量选择系统的主要光学设计特点。然后运用蒙特卡罗方法计算并讨论了质子经过降能器与一组准直器的束流发射度、能量和能量分散的情况。最后结合计算结果并利用束流光学软件TRANSPORT和TURTLE完成了能量选择系统的线性束流光学设计。设计重点是基于消色散段前放置一组宽度可调的狭缝,并结合相应位置束流光学条件,以控制束流发散角,并通过计算验证了可行性。结果显示,该能量选择系统满足质子治疗需求,合理利用可调狭缝可以灵活调节束流的发射度,从而实现能量选择段束流传输效率可调。这种简单且能灵活调整束流状态的光学设计既可用于质子治疗的流强调控,也可以满足其他科研应用需求,具有广泛的应用前景。

摘要：放射性物质的准确定位对于寻找“孤儿源”、核设施去污和退役、辐射防护最优化等至关重要。硅光电倍增管(silicon photomultiplier,Si PM)已广泛应用于闪烁体探测系统。为实现低成本大视野高分辨探测系统,通过测量ASIC(application specific integrated circuit)芯片对输入信号的要求,仿真了电阻阻值与电阻网络输出信号上升时间之间的关系,设计了前置放大器用于适配ASIC芯片和电阻网络,利用电阻网络的信号通道压缩特性和ASIC芯片多路复用、高度集成等优点,设计验证了将两者优势相结合的混合模式读出电路。测试结果显示:读出电路RMS噪声约为2.73 m V,能准确测出^(241)Am点源的位置,定位正确率约90.87%。设计的混合模式读出电路将64路Si PM信号简化为4路,探测器输出信号通道数减少16倍,单个A5202模块能同时读出1024个Si PM单元,能极大降低大面积Si PM阵列读出的成本。