【摘要】：加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)(ADS)是目前科學(xué)界認為可以用來有效嬗變核廢料并產(chǎn)生能源的核裝置,是目前各科技強國紛紛投入重大人力物力研究的前沿?zé)狳c。散裂靶作為ADS三大關(guān)鍵組件之一,主要用于產(chǎn)生能譜寬通量大的中子,以驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆進行核嬗變,具有重要的作用。本工作針對中國科學(xué)院近代物理研究所提出的一種重力驅(qū)動的密集顆粒流靶設(shè)計中涉及到的顆粒流動相關(guān)問題進行了研究。重力驅(qū)動的密集顆粒流靶與以往的固態(tài)靶和液態(tài)靶相比,在功率方面、運行可靠性、穩(wěn)定性以及放射化學(xué)毒性方面存在一定優(yōu)勢。首先,靶材料為顆粒,相比于液態(tài)靶(溫度限制:液態(tài)靶需要材料具有較低的熔點)而言,可選材料范圍大大增加。而顆粒相對于固體而言,由于其具有流動性,可以實現(xiàn)靶區(qū)內(nèi)發(fā)生散裂反應(yīng),并在靶區(qū)外進行線下?lián)Q熱,增加了靶所能承受的最高功率上限。顆粒的流動相對于液態(tài)金屬而言,不存在回流區(qū)且流動穩(wěn)定性良好,因此顆粒靶在安全運行方面可靠性更高。對于在未來樣機中即將建設(shè)的顆粒靶,其中關(guān)于顆粒流動的研究是非常關(guān)鍵的課題。關(guān)于顆粒流動,漏斗流量和自由面的穩(wěn)定性是其中需要研究的重點。全文關(guān)于以上研究的安排如下:第一章主要介紹ADS及散裂靶的發(fā)展現(xiàn)狀,顆粒靶提出的背景。具體包括:1)各國對發(fā)展ADS提出的各項研究計劃以及目前的研究現(xiàn)狀,存在的問題以及應(yīng)對方案;2)散裂靶目前的發(fā)展狀況,主要的靶型以及各靶型的優(yōu)缺點,存在的問題及相應(yīng)的解決方法;顆粒流靶方案的優(yōu)點所在;3)關(guān)于顆粒靶中漏斗流流量研究的現(xiàn)狀;4)液態(tài)金屬靶中存在的自由面的研究現(xiàn)狀。第二章主要介紹本文研究中所使用的方法和工具。離散元方法(DEM)在顆粒模擬中非常常用,第一節(jié)介紹DEM的發(fā)展歷史,簡單介紹軟球模型和硬球模型的特點。第二節(jié)重點介紹軟球模型的基本原理及其從程序方面實現(xiàn)的方法。第三節(jié)介紹為了驗證模擬結(jié)果而搭建的顆粒物理實驗平臺。第三章主要介紹漏斗中存在束流管道時幾何參數(shù)對流量的影響。主要介紹1)一定參數(shù)的模擬條件下,幾何參數(shù)束流管道下端到漏斗口距離H_0、束流管道直徑D_1、漏斗直徑D和漏斗口D_0對流量的影響;同時探索了顆粒與顆粒之間摩擦系數(shù)、顆粒與漏斗壁摩擦系數(shù)、顆粒材料樣式模量E、密度ρ和恢復(fù)系數(shù)e等材料參數(shù)對流量的影響;2)通過實驗驗證上述幾何參數(shù)對流量影響規(guī)律的正確性;3)由于磨損在顆粒系統(tǒng)中不可避免,因此著重研究了磨損后開口的幾何形狀對流量的影響。第四章主要研究束流管下自由面的形態(tài)及穩(wěn)定性。1)通過模擬結(jié)果確定自由面的形狀,給出了不同條件下自由面形狀的擬合公式;2)刻畫了自由面的形成和發(fā)展狀態(tài);3)分析了自由面的波動情況,對穩(wěn)定性做了一定的分析;4)通過實驗初步驗證了模擬工作的正確性。5)自由面上顆粒在束流下停留時間的計算模型。第五章是本論文所有相關(guān)工作的總結(jié)以及對未來工作的展望。
【圖文】：

圖 1.1 SINQ 早期的固體靶。Figure 1.1 The solid target in early SINQ棒狀靶（1997 年-1999 年）；右上為不銹均為鋯-鉛靶（2007 年-2010 年）[29]。

圖 1.1 SINQ 早期的固體靶。Figure 1.1 The solid target in early SINQ.為固體鋯合金棒狀靶（1997 年-1999 年）；右上為不銹鋼-鉛棒狀靶左下和右下均為鋯-鉛靶（2007 年-2010 年）[29]。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL50

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本文編號：2662335