论文摘要
散裂靶是加速器驱动次临界系统(ADS)中反应堆与加速器的耦合部件,加速器产生的质子束的大部分能量会沉积在靶材料上,当质子束束流的能量和射入角度发生变化时,沉积在散裂靶靶窗上的能量会随之而反生变化,进而对靶窗的结构完整性造成破坏；除此之外,频繁变化的束流强度同样会影响到散裂靶结构材料的安全特性。本文对一种有窗散裂靶的设计在稳态以及五种典型束流瞬变工况下的响应特性做了探究。利用商用软件CFX对散裂靶在不同工况下的响应做了热工水力学计算,利用ANSYS做了相应的热应力分析。文中所选用的计算网格进行了独立性分析,选用了适当的计算模型。稳态工况下的计算结果表明,在靶窗几何中心点处正下方的冷却剂的流速很小,此现象可能会导致靶窗热点温度超过设计限值,是分析过程中需要重点关注的现象。在此结果的基础上,对靶窗厚度、结构材料对散裂靶安全特性的影响做了评估。结果表明,靶窗越厚其相应的靶窗热点温度越高,留有的安全裕量越小。就热工水力学分析结果而言,T91与316L均具备良好的结构安全特性。在稳态分析结果的基础上,本文对束流启动、失束、束流聚焦、质子加速器功率瞬跳、束流偏移五种典型的束流瞬变工况做了模拟分析。计算结果表明：在阶跃启动和线性启动两种束流启动模式下,急剧变化的靶窗热点温度会产生最大为18.3MPa的热应力,不会导致靶窗的破损。在进行失束工况的分析时,考虑到了频繁变化的束流会使结构材料疲劳失效,通过分析得出了靶窗材料所能够承受的年失效次数为1×106。当质子束束斑半径聚焦为稳态工况下的一半时,靶窗热点温度会在1s内超过设计限值。因此,在ADS系统的设计工作中,要极力避免类似束流聚焦工况的发生。束流偏移与质子加速器功率瞬跳工况均会导致靶窗热点温度的小幅升高,但均没有超过相应的设计限值。