《液態鋰型中子轉換靶若干關鍵問題研究》是依託北京大學，由高原擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：液態鋰型中子轉換靶若干關鍵問題研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：高原
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
中子核科學在放射性同位素生產、中子物理、核能材料研究、核安全領域研究具有重要套用。加速器中子源可以產生具有一定能譜的中子。由於實驗中往往需要較高的中子通量，因此要求帶電粒子束具備較高的流強。束流能量較高時，高功率的束流轟擊小面積靶，其功率密度將達幾百kW/cm^2，這對靶的抗負載能力提出了極高的要求。液態鋰由於具有良好的中子學性能、抗輻照性能和傳熱性能，是目前中子液態靶材併兼做冷卻劑的主要候選材料。本課題針對液態鋰中子轉換靶的研究現狀，主要圍繞加速器中子源高功率中子轉換靶中液態鋰自由液面形態，強流離子束與自由液面相互作用，熱力學分布等問題展開模擬和實驗研究,構建理論模型，對無窗靶件內部自由界面的形態和特性進行數值模擬，模擬不同流速，鋰噴嘴和導向板尺寸等參數下，液態鋰的流體形貌，表面穩定性，從而為未來高功率中子轉換靶的研製提供更多的理論指導和數據基礎。
結題摘要
能夠承受高功率束流轟擊的中子轉化靶是核科學領域中放射性核素、核能材料測評和中子核數據等方向迫切的裝置需求之一，而液態鋰靶是滿足這一需求的重要技術之一。由於目前國內尚缺乏對液態鋰靶技術的研究，本項目針對這一需求，對加速器液態鋰型中子轉化靶的若干問題展開了研究。研究過程中積累的數據和經驗，將為未來液態鋰型中子轉化靶的概念設計和工程設計提供參考和思路。 利用工作站和伺服器對液態鋰靶模型的自由液面穩定性、束流功率熱沉積分布進行了模擬計算，並對設計模型進行了最佳化。研究了流體流速、導向板尺寸、束斑形狀、真空度等設計參數對計算結果的影響。對比了不同湍流模型對計算結果的影響，並針對液鋰靶研究需求構建了束流功率沉積和自由流場的耦合方法。通過研究發現，(1) 自由液面的穩定性可以通過增加流速(15-20 m/s)和導向板曲率半徑(400-800mm)來提高，但同時會影響流體熱穩定性；(2) 採用增加真空壓強和導向板曲直結合的方式可以有效降低液鋰溫升，避免液鋰沸騰。 在本基金項目的支持下，項目組參加4次國內學術會議，1次國際學術會議，並通過與國內外從事液態金屬迴路研究的項目組的交流，為下一步液鋰靶的原型機設計建立了合作基礎。通過本課題執行，協助培養博士生1名，指導本科生科研課題3項。
