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：在低能输运线内,空间电荷、聚焦线圈球差以及束流切割器等引起束流发射度的变大和束流中的H_(2)^(+)、H_(3)^(+)等杂质粒子均会增加束流与后续结构的匹配难度,并且为满足实验终端及环形加速器的注入要求,需要将束流切割成不同时间结构。设计低能输运线为双聚焦磁铁结构,并且利用双倾斜极板束流切割器完成脉冲时间结构的切割。优化聚焦磁铁结构,设计带有导向线包的聚焦磁铁以缩短束流输运线长度,降低发射度的增加,并通过动力学模拟计算实现离子源到切割器和RFQ加速器的束流匹配。针对H_(2)^(+)、H_(3)^(+),根据束流包络设计多级准直结构,降低其在束流中的占比。根据束流动力学设计完成低能输运线束流实验,测试结果表明在传输线出口束流强度为59.6 mA,束流发射度为0.245 mm·mrad,束流纵向切割后可实现400μs和100 ns等不同脉冲宽度束流。束流强度、发射度和脉冲结构均能满足目标要求。

摘要：快堆堆芯组件在地震激励下的振荡变形以及组件间的强烈冲击力会直接影响控制棒的可插入性、组件的结构强度和变形反应性。为确保反应堆的安全性,有必要计算地震工况下快堆堆芯多组件动力学响应。基于钠冷快堆堆芯的经典布置方式和组件结构设计建立了快堆堆芯多组件三维抗震计算模型,解决了组件多角度多点碰撞非线性的难题,提出了针对堆芯等边三角形规则排布多圈组件的高效碰撞循环判据,最后采用隐式Newmark法进行时程分析并完成了三维计算模型与碰撞非线性算法的测试与验证。研究表明:该计算方法在计算精度和保守性上均优于国际同类专用程序,为自主化程序的工程化应用奠定了理论基础。

摘要：自然循环瓣阀是400 MW深水池式低温供热堆(DHR-400)事故余热排出系统的关键设备,其性能决定着反应堆的安全性。针对自然循环瓣阀堆内安装方式和运行条件,建立了自然循环瓣阀性能试验装置,并对自然循环瓣阀基准性能进行了试验研究。试验结果表明,自然循环瓣阀的性能受射流和压差的影响,其中射流量是影响瓣阀关闭的主要因素,而压差是影响瓣阀开启的主要因素。当自然循环瓣阀只依靠射流或压差控制关闭和开启时,获得其关闭临界射流量约为41.6 kg/s、开启临界射流量约为39.2 kg/s、开启临界压差约为0.87 kPa,而不能通过压差驱动闭合。此外测量了自然循环瓣阀不同关闭工况的漏流量,验证了瓣阀较好的密封性。本研究得到的试验结果可为自然循环瓣阀的工程设计和优化提供参考和数据基础。

摘要：差分衰减分析技术(Differential Die-away Analysis,DDAA)可用于特殊核材料(Special Nuclear Materials,SNM)主动探测分析,无论核材料是否置于屏蔽体内,它皆可通过外加脉冲中子诱发核材料发生裂变来揭示核材料的存在。通过Geant4蒙特卡罗模拟软件设计基于DDAA技术的SNM探测系统,优化探测系统关键参数以及系统不同几何布置,获得探测系统达到最优灵敏度时的几何结构参数。计算结果表明,当探测系统的几何参数选择压强为0.405 3 MPa、直径5.08 cm的3He管,3He管外包裹密度为1.10 g·cm^(-3)、厚度为4 cm的慢化体,样品周围采用厚度为7 cm、密度为0.85 g·cm^(-3)的慢化体时,可达到1 g的235U核材料高灵敏探测。计算结果对基于DDAA技术的SNM探测系统的参数设计具有重要意义。

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：空间核反应堆电源具有结构紧凑、比功率大、寿命长、不依赖光照以及环境适应性强等优点,是月球基地最理想的能源解决方案。以美国FSP方案为参考,确定净输出电功率40 kW、寿期10 a为核电源的基本参数指标。对于月球基地用空间核反应堆电源,热中子反应堆方案相比快中子反应堆方案在减轻屏蔽体质量和节省核燃料方面更加具有竞争力。在对比分析了空间堆上几种常用的金属氢化物后,以长寿命为原则,选择YH_(1.8)作慢化剂。环形燃料作为一种革新性的燃料形式,具有双边慢化和双边冷却的特点,可以减小固体慢化剂的正温度效应并显著提高反应堆的热工安全裕量,是未来高性能反应堆的首选燃料形式。通过借鉴前苏联TOPAZ-Ⅱ空间堆的堆芯结构,在此基础上整合美国FSP方案的系统结构,最终设计出此堆芯方案。通过采用环形燃料元件并对栅格参数进行优化设计,解决了固体慢化剂带来的全堆正温度效应问题;通过引入安全棒设计,解决了特殊临界安全要求问题;通过采用YH_(1.8)慢化剂,解决了慢化剂的氢泄漏问题。以MCNP程序为计算工具,完成了.堆芯物理方案的设计与优化。与FSP方案相比,堆芯(含反射层)尺寸参数相当,没有因为使用慢化剂而使堆芯体积变大,并且^(235)U装量仅需18.463 kg,只有FSP方案的1/4。

摘要：在核燃料循环后段中,锝对高放废液的玻璃固化以及深地质处置有较大的影响,因此,有必要在乏燃料后处理过程中将锝提取出来,以减轻其不利影响。本文研究以NTAamide(C8)作为萃取剂从后处理硝酸介质中提取锝的优化工艺流程优化过程。基于NTAamide(C8)萃取锝、草酸洗涤杂质离子以及碳酸铵反萃锝的原理,设计了从后处理尾液中提取、纯化锝的工艺流程,并通过串级萃取工艺实验进行了初步验证。数据显示:草酸和硝酸浓度均为0.10 mol·L^(-1)时对各个杂质离子都有很好的洗涤效果,经8级萃取和8级洗涤,锝的萃取率为99.9%,而锶、铯、锆、钌的净化系数分别达到6.9×10^(3)、7.9×10^(4)、4.3×10^(2)、45,表明了该工艺在放射性废液中具有良好的锝分离与杂质离子净化性能。

摘要：移动式反应堆固有安全性高、经济性好、部署灵活,是未来先进反应堆技术发展的重要方向。高温气冷堆因其性能特点在移动式反应堆设计中广受青睐,基于此提出一种使用氦氙为冷却剂、低浓度TRISO包覆颗粒为燃料的移动式反应堆堆芯方案,并使用蒙特卡罗程序MCNP对其进行物理特性研究计算。计算结果表明:本文方案为超热堆,功率分布合理,控制系统价值足够;温度功率效应为负值,满足设计要求;后备反应性充足,可支持满功率运行1500 EFPD;本文方案相比其他先进移动式反应堆体积较小,但燃耗深度相对较浅。总体而言本文提出的堆芯方案合理,能够满足设计要求。

摘要：空间核动力是未来实现深空探测和载物运输的关键技术之一,空间核动力具有工作寿命长、机动性能好和受太空环境影响小的特点,是空间环境中可提供能量的优质能源。核燃料是空间核动力反应堆的核心部件,处于长时、高温和强辐射的服役环境,是影响空间核反应堆能否高效稳定运行的关键材料,与传统压水堆UO_(2)燃料存在较大不同。本文综述了以空间核电源与核推进为代表的空间核动力反应堆燃料的发展趋势与研究进展,对比分析了不同空间核动力系统燃料体系的区别,从燃料设计、工艺制备、性能分析与服役评价等方面系统阐述了影响空间核动力燃料应用的关键问题,提出了未来我国空间核动力燃料的技术方向与研究重点,为我国先进空间核动力反应堆燃料的优化设计与性能提升提供支持。