ADS中子源散裂靶物理研究

运用蒙卡程序DCM CEM对ADS标准散裂中子靶进行了计算研究.计算了在0.1~1.6GeV的质子轰击下,标准Pb靶发生散裂反应产生的泄漏中子产额及分布、中子能谱以及靶内能量沉积分布.计算结果与文献理论数据、实验数据进行了比较.     

50MeV/u 18O离子轰击Be、Cu和Au厚靶的中子产额和中子发射率

用阈探测器中子活化法测量了50MeV/u ¹⁸O离子轰击Be.Cu和Au厚靶的总中子产额和前向中子发射率. 实验结果表明,中子产额对靶核原子序数有一定的依赖性,较轻靶子的中子产额和中子发射率高于较重的靶子;当靶核(Cu)和入射离子单核能(50MeV)相同时,¹⁸O离子的中子产额约为¹²C离子的4倍.     

体积填充率变化对球床钨颗粒散裂靶中子学特性影响的研究

应用MCNPX程序,构建质子束轰击球床钨颗粒散裂靶的物理模型,模拟散裂靶泄露中子产额、能谱、通量轴向分布以及散裂靶沉积能分布。针对不同钨颗粒直径和体积填充率,研究了不同钨颗粒直径下体积填充率变化对球床散裂靶中子学特性的影响。模拟结果表明,钨颗粒体积填充率增加,散裂靶的最大沉积能密度减小。在1～20 mm的范围内,钨颗粒的直径越小,散裂靶泄漏中子产额越大,散裂靶泄漏中子产额随钨颗粒体积填充率变化的波动越小,有利于维持CIADS系统反应堆功率稳定。The physical model of the high-energy proton bombarding the tungsten pebble bed spallation target is simulated by the MCNPX program. The effect of the filling rate on the neutronic characteristics with different particle diameters is studied, by calculating the leakage neutron yield, leakage neutron spectrum axial neutron flux distribution and the energy deposition of the target. The result shows that when the diameter increases from 1 to 20 mm,the maximum deposited energy density decreases in the target, but the leakage neutron yield increases. When the filling rate reaches 74%, leakage neutron yields are almost the same value with different particle diameters. When the target is piled up with 1 mm tungsten particles, neutron leakage yield changes smaller with the variation of the filling rate than the other diameter particles which is beneficial to maintain the reactor power stability in ADS.     

铅散裂靶参数的初步研究

在束流能量为150MeV的前提下计算了中子产额对铅靶尺寸的依赖性.选择某一靶尺寸后讨论了靶系统的放射性活度随时间的变化.最后则比较了不同靶尺寸下的中子能谱.     

加速器驱动次临界系统散裂靶参数优化计算

采用国际开源程序包Geant4,构建高能质子束轰击加速器驱动次临界系统(ADS)散裂靶的物理模型,模拟计算质子轰击液态金属铅、铅-铋合金和汞靶的泄漏中子谱分布,以及计算不同能量质子对应的铅靶泄漏中子产额和轴向积分分布,获得1 Ge V质子对应的铅圆柱靶优化参数,考虑入射质子的利用率和整个堆芯的体积质量,优化靶半径范围为16～24 cm,靶高为100 cm,相关研究结果可为(ADS)散裂靶的物理和工程设计提供理论依据。     

厚靶D（d,n）^3He反应加速器中子源的产额、能谱和角分布

给出一种计算氘钛厚靶D(d,n)3He反应加速器中子源的产额、能谱和角分布的方法,并发展了一个计算机模拟程序,程序能够计算氘束流能量小于1.0 MeV的中子源的产额、能谱和角分布.计算时使用推荐的D(d,n)3He反应截面数据和来自SRIM-2003程序的氘在氘钛靶中的阻止本领数据.给出一些典型计算结果,包括中子积分产额、中子能谱和角分布.     

塑料闪烁探测器测量辐射驱动内爆的中子产额

本文介绍了在ＬＦ－１２装置上，用塑料闪烁探测器诊断辐射驱动内爆低产额中子的过程，并讨论了中子产额与靶型及靶参数的关系。结果表明，在ＬＦ－１２装置上，对不同的靶，激光辐射驱动内爆的中子产额为１０＾３－１０＾５。     

基于多反应通道的高产额激光中子源实验研究

基于超短超强激光的短脉冲中子源是实现超快中子探测的理想中子源。如何提升中子产额是目前短脉冲激光中子源实现应用需求亟需解决的关键问题。提出基于靶背鞘场加速机制和束靶反应方案,采用LiD复合组分靶作为中子转换体,可以有效提升激光中子产额。与常规的LiF转换体相比,除了p-Li和d-Li两个反应道之外,LiD转换体可以多出p-D和d-D两个反应道,因此可充分利用激光加速的质子和氘离子的多反应通道优势来提升中子产生概率。实验结果表明,相比于LiF转换体,LiD转换体可带来中子产额2～3倍的提升,达到5.2×108 n/sr的最高中子产额,并具备更好的前冲性。实验还区分了多反应通道的贡献,证明中子产额提升主要来自于p-D反应。     

D+离子束轰击时间对氘钛靶特性的影响

利用ZF-300keV中子发生器,采用伴随粒子法研究了氘钛靶的中子产额随D⁺离子束轰击时间的变化特性;利用慢正电子湮没技术和扫描电镜分别研究了D⁺离子束轰击前后靶辐射损伤特性和表面形貌特征.结果表明,束流轰击引起氘钛靶缺陷结构和表面形貌的改变 ,但轰击时间的不同并未引起氘钛靶的中子产额、缺陷结构和表面形貌有明显差异;数值模拟了D⁺离子束在氘钛靶的辐射损伤特性和能量损失规律并与实验结果进行了比照分析和讨论. 关键词： 中子发生器 氘钛靶 伴随粒子法 慢正电子湮没技术     

80MeV电子打靶次级中子产额和角分布的测量

本实验采用包有慢化体的铟活化探测器测量80MeV电子打铅厚靶后次级中子的产额和角分布. 测得次级中子按各向同性分布, 中子产额为(2.20±0.13)×10¹²n/s∙kW, 与理论计算结果相符.     

高能质子在散裂靶中的能量沉积计算与实验验证

高能质子在散裂靶中的能量沉积是散裂靶中子学研究的重要内容之一,准确掌握高能质子在散裂靶中引起的能量沉积分布与瞬态变化是开展散裂靶热工流体设计的重要前提.本文采用MCNPX,PHITS与FLUKA三种蒙特卡罗模拟程序,计算并比较了高能质子入射重金属铅靶、钨靶的能量沉积分布及不同粒子对总能量沉积的占比贡献;针对高能质子入射金属钨靶的能量沉积实验数据空白,采用热释光探测器阵列测量了250 MeV质子束入射厚钨靶的能量沉积分布,实验结果表明蒙特卡罗模拟程序在散裂靶中能量沉积的计算结果具有较高的可靠性.     

强流二极管阳极电子束时域能量沉积特性模拟

以强流脉冲电子束为研究对象,提出了一种基于离散时间、限定靶面位置,通过测量靶面不同时刻入射角分布,利用蒙卡程序计算得到电子束的能量(r, z)二维分布沉积值的方法。给出了典型弱箍缩平板二极管(电压峰值700 kV、阻抗7 Ω)阳极靶面不同位置时域的能量沉积值,分析了(0, 0°),(25 mm, 135°),(36 mm, 270°)三个位置纵切剖面的能量沉积特性,结果表明:在各个时间段内电子束入射能量确定的情况下,能量沉积特性与入射角呈现相关性,仿真结果与实验结果符合较好,偏差均小于10%;距阳极靶心25 mm以外的靶面位置,受束流箍缩影响,入射角分布变化较大;当入射角较小时(小于40°),强流电子束能量沉积峰值深度约0.2 mm;当入射角超过40°时,能量沉积峰值深度减小到0.1 mm左右;而阳极靶心位置附近,受束流箍缩影响较小,这些位置的能量沉积特性更接近于小角度入射角情形。     

Numerical design of a two-cascade cylindrical microtarget for shock-free compression

We present the numerical design of a two-cascade target. The desired target design is intended to provide a shock-free compression of the central DT core, where the fusion reactions take place. We obtain the formula for the energy deposition into each cascade internal layer for both known and unknown energy depositions into the external target layer. The two-cascade target design helps to increase the energy deposition into the DT layer and therefore decrease the energy required for the target ignition.     

高能通量脉冲电子束作用下钽靶破坏初步研究

 使用Monte-Carlo程序MCNP在2维情况下模拟得到了高能通量脉冲电子束在钽金属靶中的能量沉积。根据能量沉积的模拟结果以及实验后靶上穿孔的大小和形貌,提出了电子束对不同结构钽金属靶破坏的物理机制。由于能量沉积的差异,1 mm实心靶中的热激波在一定时间内沿径向和轴向持续对靶材进行压缩,而在叠靶中这种压缩效果并不明显,因此实验后1 mm实心靶上穿孔的大小几乎是叠靶上的两倍。根据理论模型分析得到的靶材熔融喷射和层裂现象与实验结果相吻合。     

Systematic investigation of the reactive ion beam sputter deposition process of SiO<Subscript>2</Subscript>

Ion beam sputter deposition (IBSD) is an established physical vapour deposition technique that offers the opportunity to tailor the properties of film-forming particles and, consequently, film properties. This is because of two reasons: (i) ion generation and acceleration (ion source), sputtering (target) and film deposition (substrate) are locally separated. (ii) The angular and energy distribution of sputtered target atoms and scattered primary particles depend on ion incidence angle, ion energy, and ion species. Ion beam sputtering of a Si target in a reactive oxygen atmosphere was used to grow SiO₂ films on silicon substrates. The sputtering geometry, ion energy and ion species were varied systematically and their influence on film properties was investigated. The SiO₂ films are amorphous. The growth rate increases with increasing ion energy and ion incidence angle. Thickness, index of refraction, stoichiometry, mass density and surface roughness show a strong correlation with the sputtering geometry. A considerable amount of primary inert gas particles is found in the deposited films. The primary ion species also has an impact on the film properties, whereas the influence of the ion energy is rather small.     

球形及柱形磁化等离子体靶中α粒子能量沉积率分析

基于单粒子理论模型及积分算法,编写了单粒子轨道数值模拟程序———ALFA,分析了柱形和球形两种边界位形磁化等离子体靶中非热α粒子通过库仑碰撞对D-T等离子体加热的能量沉积率。在均匀背景磁场及相同的D-T等离子体密度、温度条件下,柱形边界中非热α粒子能量沉积率比球形边界更高。在相同等离子体温度及密度条件下,α粒子的能量沉积率随磁场的增大而增大,但计算结果表明,磁场的有效作用区域存在明显的上下限值,当等离子体内磁场小于下限阈值时,磁场增加对α粒子能量沉积率的提高贡献不大,而且当等离子体内磁场超过上限阈值后,磁场再增加对提高α粒子能量沉积率的作用也不明显。对不同几何尺寸的磁化等离子体靶,磁场有效作用区域的上下限值不同,靶尺寸越大,相应的上下限阈值越小。提高等离子体密度,可增加α粒子能量沉积率,也能降低磁场有效作用区域的上下限阈值。     

强流电子束入射叠靶能量沉积计算

计算了多脉冲相对论强流电子束入射钽-石墨叠靶的能量沉积和轫致辐射谱。能量沉积采用Geant4程序计算,轫致辐射谱根据基本的辐射理论和蒙特卡罗方法计算。结果显示,各层的热区能量沉积呈由大到小的递减分布,截面轫致辐射分布和电子束径向分布主要受钽层的影响。石墨层的低能量沉积率和高热容能改善叠靶的性能。对于单脉冲,钽-石墨层厚比为1∶1时,石墨能全部吸收相邻钽层的热沉积,轫致辐射效率为35.4%;4脉冲情况下,钽-石墨层厚比应为1∶13,总轫致辐射效率降到19.9%。考虑轫致辐射剂量和质量,钽-石墨两者的厚度比为1∶5时,钽层的总厚度应为1.2 mm;当钽-石墨层厚比为1∶10时,钽层的总厚应降到0.7 mm。     

不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算

 强流脉冲电子束在材料中的能量沉积剖面、能量沉积系数和束流传输系数受其入射角的影响很大，理论计算了0.5~2.0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数，并且还计算了0.4~1.4MeV电子束以不同入射角穿透不同厚度C靶的束流传输系数。计算结果表明，随着入射角的增大，靶材表面层单位质量中沉积的能量增大，电子在靶材料中穿透深度减小，能量沉积系数减小，相应的束流传输系数也减小；能量为0.5~2.0MeV的电子束当入射角在60°~70°时在材料表面层单位质量中沉积的能量较大。     

Contribution of different mechanisms of energy transfer in the development of the thermonuclear combustion wave upon fast ignition of ICF-targets

Temporal characteristics of the thermonuclear combustion wave, critical parameters of the igniter, and the total energy yield were computed using numerical modeling of the fast ignition of the spherically symmetric inertial confinement fusion (ICF) target of the reactor type taking into account different mechanisms of energy transfer from the central igniter to the main mass of fusionable fuel of the target. The program TERA was used for mathematical modeling. Along with complete calculations (including all known mechanisms of energy transfer), model computations with consecutive disengagement of energy transfer by thermonuclear charged particles (local energy deposition approximation) and by neutrons were also carried out. Our computations showed that the main effect consists in variation of the temporal characteristics of the combustion wave. Unlike the diagnostic-type targets, in the case of the reactor targets, energy transfer by neutrons exerts the main influence, and the second in importance is nonlocality of the energy deposition by charged thermonuclear particles.     

微结构X射线源中电子与阳极作用的蒙特卡罗模拟

根据电子多重散射理论,基于蒙特卡罗方法研究不同能量电子垂直入射不同材料的阳极靶后,电子在阳极靶内的沉积能量分布,及X射线发射位置的能量分布.结果表明：电子在靶内的轨迹扩展和入射电子能量、靶材料有关,99%电子能量沉积在近似圆柱形区域内.且电子在入射方向上的沉积能量分布不是直接递减,而是先递增到一定深度后再递减,符合电子背散射理论.说明X射线产生区域是在距表面一定深度区域内.另外,通过对比分析发现金刚石膜作为电子吸收光栅是不可行的,但作为热沉材料有很大的潜力.这些结论可为微结构X射线源研究及高亮度高相干X射线源设计提供参考.