一种用于C-ADS低能束流传输线束流强度控制的新型可调限束光阑

为了实现超导直线加速器束流强度的连续可调,并满足加速器在线稳定可靠运行,针对我国加速器驱动次临界系统(C-ADS)低能束流传输线(LEBT)的束流强度调控,提出了一种新型的可调限束光阑。可调限束光阑采用两个相对旋转的镜像对称转芯,转芯的孔径在某一范围内可以实现连续变化,以刮除不需要的外部粒子,提高束流品质,降低束损,最重要的是可实现束流强度的在线连续可调,并满足圆形束的要求。仿真和试验结果表明,在0~10 mA范围内,可以有效地卡掉不需要的外部粒子束流,并实现束流强度的在线连续调节。该装置为质子直线加速器提供了一种方便的束流调试方法,能够满足ADS直线加速器稳定可靠的在线运行。     

中国加速器驱动次临界系统主加速器初步物理设计

中国加速器驱动次临界系统（C-ADS）计划采用一个平均流强为10 mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器,驱动加速器的束流功率为15 MW,最终能量1.5 GeV,其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分,完成束流能量从10 MeV到1.5 GeV的加速,所有加速腔均采用超导结构。为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏,设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限,因此加速器在设计过程植入了容错机制,尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。介绍了C-ADS主加速器的基本设计: 总长度306.4 m, 束流的归一化RMS发射度增长控制在5%以内。总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。     

CiADS束流负载效应前馈补偿的仿真评估

在高功率超导质子直线加速器中，束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型，开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序，分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响，并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序，评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度，以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下，为满足超导腔中电磁场0.1%与在高功率超导质子直线加速器中，束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型，开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序，分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响，并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序，评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度，以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下，为满足超导腔中电磁场0.1%与$0.1^{\circ}$的幅相稳定度指标，前馈时序抖动的偏差不能超过0.79 μs，束流流强的直流偏差不能超过0.9%，并且给出了束流纹波的最大抖动幅值与纹波频率之间的关系。这些结果将为CiADS超导直线加速器相关子系统技术指标的确定提供依据。     

直线加速器超导段故障补偿的人工智能算法研究

强流直线加速器的长时间稳定运行是该领域的难点和前沿课题之一。以加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)的加速器为例,利用TraceWin软件模拟的虚拟加速器数据,提出了基于人工智能算法的超导腔失效的分段故障补偿方法。当有腔体故障时,故障腔的相邻器件将用于重新匹配束流包络,而所有下游腔均可用于补偿束流能量。与传统的优化方法相比,该方法可实现低能耗的超导腔段的故障补偿,具有计算速度快、普适性强等优点,为实际应用器件故障补偿提供了新的可行性。     

CiADS超导直线加速器超导腔失效的分段补偿与冗余设计

加速器驱动次临界装置（ADS）对加速器运行稳定性和失束指标提出了前所未有的要求。对于超导直线加速器的研究发现,超导腔失效是失束的一个较大的来源,故针对超导腔的失效情况,本文提出分段补偿新方法,以提高高功率超导直线加速器的运行稳定性。提出的分段补偿方法与已有的全局补偿和局部补偿的方法相比,在保证加速器出口束流品质与无束损束流传输的同时,分段补偿束流能量,优化了参与能量补偿的超导腔数量,降低超导腔的备份功率源需求。论文最后针对CiADS的超导直线加速器的物理设计,做了分段补偿的多粒子模拟。结果表明,采用了分段补偿方法实现超导腔失效补偿的前提下,参与补偿过程中改变腔压的超导腔数量比例为48%,对功率源总的功率备份冗余需求小于20%。The accelerator driven subcritical system (ADS) has put forward unprecedented demands on the stability and beam trip of the accelerator operation. Depending on analysis, failure of the superconducting cavities is a major cause for beam trip of the superconducting cavity. Therefore, a new method of piecewise compensation is proposed to improve the stability of high power superconductivity linac. The piecewise compensation scheme proposed in this paper is compared with the existing global compensation and local compensation technology. While guaranteeing the beam quality of the accelerator and without beam loss transmission, the piecewise compensation method can optimize the number of superconducting cavities involved in energy compensation and reduce the demand for the backup redundancy of power sources of the superconducting cavities. At the end of the paper, the multi-particle simulation of piecewise compensation aims at the physical design of CiADS superconducting linac. The result shows that 48% of superconducting cavities modify the cavity's Epeak during the compensation process and the demanded redundancy of total power sources is less than 20% under the premise of successful compensation for the failure of superconducting cavities through the piecewise compensation method.     

基于脉冲中子源法的CiADS反应性测量蒙卡模拟分析

脉冲中子源法(PNS)是加速器驱动次临界系统反应性测量的一种重要技术.利用蒙卡软件建立CiADS次临界反应堆模型,模拟注入脉冲质子束的过程,获得的中子通量的时间演化谱.采用Python语言编程实现脉冲叠加过程,给出稳定缓发中子本底,实现脉冲中子源法的次临界反应堆的反应性测量模拟,给出脉冲周期注入下堆芯不同位置处的中子变...     

铅基反应堆自然循环与应急余热排出研究

自然循环特性是铅基反应堆一回路的关键运行特性,对反应堆的非能动应急余热排出具有重要的影响,自然循环特性与余热排出能力是反应堆热工水力研究的重要内容。采用多孔介质方法,建立了CiADS铅基堆1/4三维计算模型,使用FLUENT程序对额定工况与低功率工况进行稳态计算。为了研究全厂断电事故下的余热排出过程,从热工水力的等效原则出发,尝试建立二维等效模型以提高瞬态计算效率。结果表明,CiADS铅基堆具备低功率自然循环运行能力和一定的事故容错能力;二维等效模型与三维模型计算结果吻合较好,可用于瞬态下的简化分析;CiADS铅基堆的非能动余热排出系统能够较好地应对全厂断电事故,反应堆具有良好的固有安全性。     

基于机器学习的轨道校正方法

轨道校正是加速器束流调节最基本的步骤之一,也是目前各加速器实验室共同面对的问题之一。在传统方法中,线性代数工具被应用于各种类型的响应矩阵,以解决响应矩阵的奇异性等问题。提出一种基于机器学习的加速器轨道校正方法,可以避免处理响应矩阵的问题通过直接读取BPM数据和校正磁铁强度值实时构建机器学习模型快速地对轨道进行修正。对机器学习的轨道校正方法进行了介绍,并从数学公式、算法模型、在模拟和真实数据上的测试等方面对该方法进行了讨论。结果表明,在误差范围内该方法能有效的对加速器束流轨道进行校正。     

ADS瞬态分析中的概率论-确定论耦合方法

针对加速器驱动次临界系统(ADS)瞬态问题,采用预估校正改进准静态方法(PCQS)处理时空中子动力学方程中的时间自变量,采用蒙特卡罗方法处理相应的空间-角度-能量自变量,重点解决了低次临界度下模拟计算不稳定的问题,验证了TWGIL-Seed-Blanket动力学基准问题和小型模拟ADS问题,得到瞬态过程的功率变化结果,与基于其他方法的程序比较,经初步验证取得了较好结果,证明了该耦合方法可行。     

HIAF及CiADS项目进展与展望

强流重离子加速器（HIAF）及加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）是"十二五"期间国家优先安排建设的16项中的重大科技基础设施。本文介绍了HIAF及CiADS项目意义、科学目标、装置构成及主要特点,对项目实施进展进行了阶段性总结,并对未来发展进行了展望。High Intensity heavy-ion Accelerator Facility (HIAF) and China initiative Accelerator Driven System (CiADS) are among 16 national research facilities built as a priority during China's Twelfth Five Year Plan. In this paper, the scientific feasibility, structures and the features of HIAF and CiADS are briefly summarized. Meanwhile, their present construction progresses are reported and their developments in the near future are outlined.     

基于PSA敏感性分析的核电稳压器数字控制系统可靠性研究

针对分散控制系统(Distributed Control System,DCS)可靠性设计问题,本文提出了一种基于概率安全评价(Probabilistic Safety Assessment,PSA)敏感性分析的DCS可靠性设计方法。首先,以稳压器压力输入模块高指示故障为始发事件,分析事故序列,并建立事件树模型;然后,在此基础上建立PSA敏感性分析模型来指导核电稳压器DCS可靠性设计和优化;最后,用一个算例验证了该方法的有效性。通过将输入模块可靠性优化设计后的逻辑与基准逻辑对比,结果表明基于该方法的可靠性设计对于降低堆芯损伤有良好的效果。     

光路自动准直快速调整数学模型研究

推演了用于计算机快速调整的巨型激光器光路自动准直控制数学模型,分析了ICF准直光路的光学特性及光路调整特点,据此求解出了准直控制的输入偏差量和输出控制量之间的数学模型.该模型在某大型激光装置的光路自动准直中得以实际应用,八路主放大级1～2程光路的准直时间＜3 min,3～4程光路的准直时间＜8 min,主放大级输出光束近场准直准确度优于0.3%,远场指向的准确度优于0.3″ RMS（均方根准确度）.     

基于PID算法的磁场闭环控制技术研究

已有的束流磁场控制方法大多采用开环的方式,即根据磁场需求直接设置磁铁电源输出的电流或电压值。但开环状态的磁场在现场噪声以及磁铁自身涡流效应的影响下,极容易发生偏移。针对此问题,设计了基于PID算法的磁场闭环控制系统。该系统以偏转磁铁为控制对象,使用霍尔传感器获取磁场值作为反馈,磁铁电源励磁电流的输出作为控制系统的输入量。控制器使用PID算法对磁铁电源输出进行自动调整,从而实现对磁场的闭环控制。最终结果表明,在PID参数调试得当的情况下,使用磁场在线测量值作为反馈信号,去实时调节磁铁电源的励磁电流大小的闭环控制方法,可以有效地降低磁场偏移。     

遗传算法在跨超声速风洞总压控制中的应用

总压作为风洞控制中的重要流场参数,其调节性能是风洞控制系统能否满足试验要求的重要指标,为提高跨超声速风洞的总压控制水平,需对总压控制策略进行设计。针对某跨超声速风洞对总压控制系统提出的快速性和精确性要求,提出串级控制、智能PID控制和总压分段控制等方法,并利用MATLAB系统辨识工具箱对流场调节阶段的总压系统模型进行了辨识。提出将遗传算法应用于风洞流场调节阶段的PID控制器参数整定中,重点对基于遗传算法的PID控制原理和参数整定步骤进行介绍,并针对遗传算法的遗传算子进行了设计。系统仿真和风洞实际运行情况表明：该方法较常规PID参数整定与优化方法,具有更好的控制性能指标,满足总压控制系统精确性、快速性、鲁棒性等要求,为后续风洞建设和设备改造提供了新方法。     

基于模型参考自适应PID的高压釜温度控制

通过对某厂生产复合玻璃关键步骤“合片抽真空”的研究,发现在此过程中应用的温度控制方法简单,控制效果不理想,会产生超调、震荡等现象;为了解决在温度控制过程中出现的这些现象,提出了一种基于模型参考自适应PID的高压釜温度控制方式;首先,通过实验对高压釜釜内温度进行温度建模;然后,以此温度模型为理论依据,通过模型参考自适应控制方式对PID参数进行在线调整,即利用了PID控制使用方便、原理简单的特点,又弥补PID参数不能在线整定的缺点;通过仿真实验证明,该控制方案能够有效减少超调量,改善动态特性。     

基于直线电机的电炉电极控制系统的研究

电炉电极调节器是电炉的核心控制系统。目前吉林铁合金八分厂的10T电炉电极升降系统采用手动控制。针对此问题提出了一种采用直线步进电机控制数字阀调节液压系统位置的方法,使现有系统可以实现电极升降的自动控制,同时对直线步进电机的控制使用Fuzzy-PID的控制方法,达到精密定位控制的目的。阐述和分析了数字阀控制液压系统升降可行性和稳定性。并通过实验验证了该系统调节具有精度高,响应快等优点。     

CiADS中LBE散裂靶的放射性核素研究

铅铋合金(LBE)作为中国加速器驱动系统(CiADS)散裂靶的候选材料,长期辐照使其具有很强的放射性。散裂靶放射性核素的研究仅考虑了质子束的散裂反应,而忽略了反应堆裂变中子的活化作用。本文采用FLUKA和MCNP耦合计算LBE和及其结构件的放射性产物。比较了裂变中子和高能质子在放射性产物的活度、主要放射性核素、毒性和衰变光子等方面的贡献。裂变中子的活化作用对主壳、导管和射束管有显著影响。当反应堆趋于临界状态时,裂变中子对LBE的活化作用是高于质子束流的。在LBE中,96.66%的 210Po是由裂变中子诱导的。这些结果表明,裂变中子在LBE及其结构部件的活化计算中是必不可少的。此外,本研究为CiADS的辐射防护提供了参考数据,也为ADS系统中散裂靶的放射性核素研究提供了更准确的方法。     

基于C8051F120的TEC温度控制系统

文章以C8051F120为核心,采用高精度的PT100温度传感器作为测温元件,在PID温度控制算法的基础上利用第三代制冷技术——半导体制冷设计了一种小型自动控温系统。可以将温度控制在3℃以下,控温精度可达±0.5℃。