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[硕士论文] 胡天宇
核技术及应用 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:基于电子行业集成化、模块化的有效进展,仪器的小型紧凑也成为趋势。伽马能谱仪在体积上缩小能够减轻工作人员尤其是环境辐射检测人员的负重,为高效工作助力。目前常见的便携式伽马能谱仪主要应用碘化钠闪烁体探测器,但碘化钠闪烁体的能量分辨率较差,对射线能谱的分辨能力和核素识别能力较弱。针对当前传统伽马能谱仪在实际应用中体积过大不方便携带、数据不能及时传输等不足。本文从提高探测效率、缩小仪器体积、低功耗设计、方便实时测量与观察能谱等方面研制更适用于携带的紧凑型伽马能谱仪。该论文来源于国家重点研发计划项目“高分辨率航空伽玛能谱测量及机载成像光谱测量技术”(课题编号:2017YFC0602100)和国家自然科学基金项目“核脉冲信号链的数学构建与高速实时数字重构技术研究”(课题编号:41474159)。本文研制的紧凑型伽马能谱仪主要研究内容和成果如下:
  1、探头设计:在便携式伽马能谱仪调研基础上,开展一种紧凑型伽马能谱仪的设计,选用新型无机闪烁体溴化铈代替传统碘化钠闪烁体,提高探测器能量分辨能力;采用硅光电倍增管代替传统真空光电倍增管,缩小探测器体积,其不到30V的偏置电源,显著降低了电源功耗,同时还增加了耐冲击力和抗磁场干扰能力。
  2、硬件设计:设计了模拟电路的快、慢两个通道的滤波成形与微分成形电路,慢通道实现滤波展宽与降噪,快通道用于实现脉冲整形与粒子事件到达时刻信息提取;采用8Msps模数转换器与STM32微控制器实现对于核脉冲信号的峰值采样与估计,从而实现了一款低功耗小体积一体化的多道脉冲幅度分析器。
  3、软件设计:软件设计包括探测器控制端的数据传输、存储与发送部分和手持端的数据接收与计算、显示部分。探测器控制端采用STM32的DMA通道方式传输外部8Msps并行ADC采集来的数据,让微控制器的CPU将数据采集传输工作托管给DMA控制器,大大降低了对于CPU的时间占用,提高了系统响应时间与工作效率。能谱仪采用微功耗Wi-Fi芯片实现与手机的数据通信,开发了安卓手机APP,实现方便快捷的实时能谱观测、剂量当量和核素识别的功能,实现良好的人机交互。
  4、整机结构:采用小尺寸探测器、紧凑的电路板设计、纽扣电池和小型Wi-Fi模块,实现紧凑型伽马能谱仪的小体积,达到ψ31.4mm×72.5mm,整机重量92.6g。同时从硬件低功耗器件的选择到软件采取省电模式等多方面实现紧凑型伽马能谱仪的低功耗,整机功耗仅为296.57mW。
  5、整机测试及功能特点:经测试,紧凑型伽马能谱仪能量分辨率达到5.2%(137Cs662keV能量伽马射线),具有能谱测量、剂量当量率显示、核素识别的功能,同时在功耗的降低和体积的减小方面做到了较大程度的提升,方便人机交互,取得较为理想的效果达成设计初衷。
[硕士论文] 赵瑞
核能与核技术工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国核技术在能源、工业、医疗、农业、国防、科研等领域应用的快速发展,辐射环境监测受到广泛的关注。尤其是福岛核电事故以后,公众对放射性环境的监测和评价尤为关心。根据我国环境保护法,核电站、放射源、射线装置等电离辐射设施周围需要对放射性环境进行有计划的监测,以评估放射性环境对公众和放射性从业人员产生的照射剂量,并为异常放射性释放提供快速评估,并在必要时采取应急措施。放射性环境监测仪表作为强制检定的计量器具,它的量值溯源是一个急需解决的计量问题。目前国内在环境监测方面包括200多个辐射环境自动监测站的仪器都要进行环境水平X、γ射线计量仪器的检定和校准,环境水平X射线空气比释动能的研究可以为这些仪器仪表提供准确的量值溯源和可靠的型式评价,更好地发挥X射线在低剂量率水平进行环境监测的作用,以保障公众人员的健康和安全。
  本论文依托于国家重点研发计划《电离和光辐射极端量计量关键技术研究》中“低剂量率X射线、γ射线计量关键技术研究”(课题编号:2017YFF0205101)和中央级公益性科研院所基本科研业务费课题《环境水平X射线空气比释动能测量方法研究》,借助于中国计量科学研究院已建立的(60-250)kV X射线空气比释动能国家基准以及(20-300)kV X射线标准辐射装置进行测量研究。
  论文针对国内外有关低剂量率测量的国家和实验室充分叙述的基础上,自主设计一套半值层测量系统,通过一系列的铅、锡、铜和铝的组合,建立(55-240)kV7个环境水平X射线空气比释动能辐射质,第一半值层与ISO4037最大偏差在3.59%。利用高纯锗谱仪对所建立的辐射质进行了能谱的测量,并对X射线脉冲高度谱到注量谱的反解进行了理论研究。利用中能基准电离室以及微弱电流测量系统、激光和量杆定位系统开展了环境水平X射线空气比释动能的绝对测量。并对绝对测量中所需要的各项修正因子进行了实验和模拟研究,尤其是自主设计加工光阑,完成前壁穿透辐射修正因子的测量。论文接着在高剂量率辐射质下对环境监测电离室进行了刻度,插值得到电离室在环境水平X射线辐射质下的刻度系数,完成了空气比释动能的相对测量。并在L-100辐射质下完成了两种方法的比较,偏差在0.8%,在不确定度范围内符合。
  在对环境水平X射线空气比释动能量值传递过程中,完成了对PTW32003球形电离室以及高气压电离室的测量和校准,给出了其能量响应。并在241Am和137Cs等放射源上进行了刻度,获得了从低能端到高能段其能量响应的完整曲线。完成了从高剂量率到低剂量率的量程下沿,对防护类和环境类辐射监测仪器仪表进行了刻度和测试,评价了其性能指标。
  论文最后对环境水平X射线周围剂量当量也进行了初步的研究和讨论,并对X射线空气比释动能到周围剂量当量的转化系数进行了研究,对FHT192高气压电离室和451P等辐射环境监测电离室进行了能量响应的刻度。对空气比释动能的测量结果进行了不确定度分析,完成了环境水平X射线从电离电流到空气比释动能再到周围剂量当量的转化的研究。
[硕士论文] 徐阳
核技术及应用 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:1985年,国际辐射单位和测量委员会(ICRU)在出版的第39号报告中提出了三个辐射防护实用量,分别为:周围剂量当量、定向剂量当量以及个人剂量当量。它们既能够为防护量提供有效估计,还能够作为辐射监测中使用的剂量仪表的校准量。其中,周围剂量当量H*(10)是一个用以描述强贯穿辐射条件下(入射辐射能量>15keV)环境或工作场所的辐射防护实用量,是场所监测中唯一可用于对有效剂量当量HE进行估计的依据。在X、γ外照射场所监测中,监测仪器测量所得到的物理量通常为空气比释动能Kα或者照射量X,而周围剂量当量次级标准电离室则可用于参考点处周围剂量当量的直接定值。
  传统的周围剂量当量电离室通常采用在电离室室壁(一般为高压极)上添加补偿材料(Al、Pb、Si等)以改变能响曲线的方式,电离室主要由收集极、高压极、中央支撑杆、工作气体以及绝缘端子组成。在以往的研究中,前辈们通常采用的工作气体为自由空气,电离室内部空腔与外界大气相通,这将导致工作气体受到现场环境温湿度、气压、灰尘颗粒物等因素的影响,不利于电离室的现场测量。此外,由于电离室灵敏度与工作气体的充气压力大小呈正比,故在常压时灵敏度低于高压时,在实际现场测量中墙壁、空气等的散射作用将产生大量低能光子,常压电离室使得低能辐射成分不能得到准确的测量。可见,传统电离室不利于现场条件下周围剂量当量的定值,在加强环境辐射监测、核设施常规与应急监测的大力推动下,研制适用于现场测量的周围剂量当量次级标准电离室是十分必要的。
  据此,本文依托中国原子能科学研究院计量测试部装备基础项目“GM管γ辐射剂量仪现场校准技术研究”,开展了周围剂量当量次级标准电离室的研制工作。首先,结合蒙特卡罗模拟方法完成了电离室各关键参数(主要包括电离室形状、高压极与收集极材料/尺寸、工作气体类型/充气压力、绝缘端子、能量补偿片材料/厚度、能量补偿面积等)的确定工作;随后,结合外协方式实现了电离室的整体设计、加工与装配工作;最后,完成了电离室相关辐射特性的研究工作,主要包括能量响应与线性实验,对周围剂量当量率测量的准确性进行了实验验证,并对测量结果进行了不确定度评价。本工作最终实现了对周围剂量当量次级标准电离室的研制,使之具有不受外界环境温湿度,气压影响、探测范围广、灵敏度高等优点,可实现周围剂量当量率的现场测量。
  本文主要研究成果有:
  (1)结合蒙特卡罗模拟确定周围剂量当量次级标准电离室的能量补偿方案,完成了电离室的设计工作。经对比,电离室的实验与模拟能响曲线符合较好,大大减少了通过实验方法确定能量补偿方案的工作量,同时验证了蒙特卡罗方法用于周围剂量当量次级标准电离室研制的可行性。
  (2)首次选取不锈钢壁材料、内充8atm氩气的周围剂量当量电离室设计方案,密闭的空腔结构使得电离室免受外界环境温湿度、气压变化带来的影响,满足了对周围剂量当量现场定值的要求。
  (3)将周围剂量当量次级标准电离室置于137Cs源与60Co源产生的γ射线参考辐射场内进行线性测试,测试结果显示,在0.684μGy/h~1.01mGy/h范围内,电离室空气比释动能率与电离电流呈一次线性关系,在0.8208μSv/h~1.212mSv/h范围内,电离室周围剂量当量率与电离电流呈一次线性关系,并分别得到了拟合关系曲线。
  (4)利用自屏蔽式γ射线照射装置所产生的参考辐射场对周围剂量当量次级标准电离室现场定值的可行性与准确性进行研究,并通过PTW电离室作对比实验。实验结果表明,两者测量结果的相对偏差在5%以内,验证了周围剂量当量次级标准电离室的准确性。对墙壁散射贡献研究中得到,在该实验模型下,墙壁散射贡献约为6%。经计算,典型参考点处周围剂量当量率约定真值的测量不确定度为U=7.4%(k=2)。
[硕士论文] 王涛
仪器仪表工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:在一般核物理实验中,描述闪烁体物理特性的指标有:发射光谱、发光效率、发光时间和发光衰减时间等物理量(胡孟春等,2014)。闪烁体的时间特性对于研究闪烁体内部闪烁特性、闪烁探测器的研究有着重要的意义。国内外对于闪烁体时间特性的测量方法也有很多种,而且也在日新月异的完善和改进。
  本文在现有测量方法的理论基础下,首先对常用的闪烁体衰减时间测量方法进行了简要介绍,包括了对无机闪烁体、有机闪烁体时间特性的测量。然后介绍了一种新型的无机闪烁体衰减时间测量装置,该装置在实现途径上不同于现有的闪烁体衰减时间测量方法。本装置是通过快速的电流型前置放大器将闪烁探测器输出的快速电流脉冲进行放大,之后通过高采样率的ADC(模数转换器)直接进行模数转换。大量的ADC输出数据被送入FGPA进行数据接收、算法处理,实现脉冲上升沿识别、衰减时间计算。然后FPGA通过HUSB芯片将数据进行上传,最后该装置在上位机软件上展现出的是规定测量时间内闪烁体衰减时间的一个统计量的分布图,X轴为时间尺度轴,Y轴为每一个脉冲的闪烁体衰减时间的累加计数。该装置相对于传统的测量方法而言,是根据闪烁体衰减时间的定义直接进行数字化测量的,并且显示结果为闪烁体衰减时间常数的统计量分布图。相较于传统测量方法而言更加具有参考意义、适用于光强度的动态范围也更广。本研究来源于国家重点研发计划项目“高分辨航空伽马能谱测量及机载成像光谱测量技术”(课题编号:2017YFC0602100)和国家自然科学基金项目“核脉冲信号链的数学构建与高速实时数字重构技术研究”(课题编号:41474159)。该装置的主要研究成果为:
  (1)基于电流并联反馈原理的超快速复合型电流前置放大器(以下简称电流前放),实验测得其输出信号的上升沿时间最快可达到2ns,带宽约500MHz,实验验证可对3.3uA-3.3mA区间的快速电流小信号进行线性放大,线性相关系数达0.9999。
  (2)该装置采用ADC+FPGA+HUSB架构,在FPGA中完成与HUSB芯片的协议握手,实现高效率的数据传输,数据处理。简化了硬件电路设计。
  (3)从电源完整性角度考虑,为了实现电路的高信噪比和稳定性。设立合理的了电源拓扑结构,实现了电源的快速动态响应,低纹波,高效率,整个系统的噪声控制在5mV以内。
  (4)开发了基于Cypress公司提供的驱动库和Visual C++6.0开发语言的上位机界面。
  (5)LaBr、NaI、GAGG、CsI四种无机闪烁体发光衰减时间的测量,分别测试了其闪烁探测器直接输出波形形状和该装置测试的衰减时间统计分布图。
[硕士论文] 刘志
仪器仪表工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:多球中子谱仪是常用测量中子能谱的设备之一,新型抽注水多球中子能谱仪主要用水作为慢化层,通过抽注水方式来改变不同慢化层厚度,从而根据不同水层厚度对中子慢化能力差异,研究热中子探测器计数率响应与中子能谱之间的关系,从而解析出入射中子能谱,该方法能使传统多球中子谱仪实现可移动或便携。
  本论文在国家自然科学基金项目“抽注水多层同心球宽量程新型中子能谱探测器研究(41774120)”和国防科研基础项目“空间辐射中子能谱测量和剂量校准技术(JSJL2014404B001)”子题“空间辐射中子能谱分析技术研究”的资助下,针对新型抽注水多球中子谱仪中的抽注水系统,结合谱仪在抽注水系统工作效率、控制精度、生产成本等方面的需求,开展了一种以离心式水泵提供泵水动力和组合式单通电磁阀进行抽注水模式控制的单泵抽注水系统研究,通过研究,主要获得如下成果:
  1)根据新型抽注水多球中子谱仪的结构特点,设计了抽注水系统整体结构以及工作流程。首先通过水流路径选择电磁阀(K11~K15、K21~K25)选择需要控制的水层;其次通过水泵和抽注水模式选择电磁阀(K1、K2、K3、K4)控制系统抽注水作业;最后结合传感器(D1、D2)对慢化剂水层厚度进行精确标定。
  2)开展了电磁阀、水泵、传感器等功能模块的调研和选型,完成了抽注水系统硬件设计。首先通过数据分析和实验测试,完成水流路径选择电磁阀SEL-5、抽注水模式选择电磁阀HUARUISI24-2、水泵DH324550、传感器SEN-HZ21WA的选型;其次以STM32为核心处理单元,完成了整个抽注水系统的硬件设计和调试,同时基于DSIC05LSGET设计了手动控制的备用控制模式,从而提高硬件系统的稳定性和可操作性。
  3)设计了通信协议,完成了抽注水系统驱动程序。根据抽注水多球中子谱仪的需求,采用模块化设计思想,设计了抽注水系统的通讯协议和控制指令,完成了抽注水系统驱动程序,实现了指令接收和解析、高精度抽注水作业、水层厚度监测、智能停机等功能。
  本论文的主要创新点:
  1)在传统离心式抽注水系统的基础上,采用多通电磁阀对水层厚度进行独立控制,结合流量计实现水层厚度的精确控制,解决了传统离心式抽注水系统控制精度不够的问题。
  2)采用组合式单通电磁阀进行抽注水模式控制,实现单水泵控制抽注水,从而减小了系统水泵数量,降低成本。
[硕士论文] 李博
核资源与核勘查工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:地质处置库核废物中核素迁移行为研究是核废物地质处置安全评价的一个重要内容,可以为核废物处置选址提供参考依据。目前大多数学者主要是以水为介质对放射性核素在地质处置环境下的迁移行为展开研究。而地质环境是复杂的,尤其是对于高放废物自身的高活度和强释热,加上处置库本身可能处于地下几百至上千米,形成一个温度场和辐射场多场作用下的复合场,因此有必要开展针对地质环境中核素迁移的多元化研究。
  本文以地气流为核素迁移的载体,探究核素在土壤中的迁移和滞留行为,探讨其在地气流中的运移机制:
  (1)建立地气迁移柱模型,用中子活化后的核素模拟核废物,利用放射性检测方法,讨论地气作用下核素迁移行为的可行性。
  (2)利用多物理场耦合仿真软件,对饱和多孔介质下的气体流动、物质的吸附与传递、多孔介质热传递多物理场耦合数值模拟。探讨不同条件下核素在土壤多孔介质的迁移与滞留规律。
  (3)通过建地气土柱模型,在实验室探究Sr、Ce、La、U四种核素在不同介质、不同高度、不同存贮方式下的迁移与滞留问题。并与多物理场耦合模拟分析结果对比,以验证计算机模拟数学模型的可靠性。
  (4)开展天然类比试验,以粤北某铀矿为研究对象,对地气作用下核素远场迁移规律进行探讨。
  论文主要取得如下研究成果:
  (1)通过建立不同条件下的土柱实验模型,找出以下规律性认识:模拟四种核素在土壤中迁移能力大小依次为:Sr、Ce、La、U。土壤对Ce元素的滞留作用最强,对La元素的滞留能力最弱。固化后的核素迁移量明显弱于未固化的核素,固化处理对阻滞核素迁移有明显效果。
  (2)利用多物理场耦合仿真软件计算得到结论:核素质量浓度会随着迁移距离呈指数级下降。初始质量浓度的大小对核素在土壤介质中的迁移能力影响较小,气体流速对纳米级颗粒在土壤中的吸附与滞留作用有很大影响。孔隙率较大的多孔介质,对核素的滞留能力较强。
  (3)天然类比实验中证实天然隐伏矿体中的核素可以穿过致密围岩随地气流迁移至近地表,且迁移量的大小与矿体品位呈正相关性。中间深度矿体垂向上方的U异常幅值较小。矿体产状中倾角对U元素异常幅值有影响,异常幅值在1.8-5.0的隐伏矿体中的倾角大多在70°-78°之间。
[硕士论文] 冯加明
核能与核技术工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:双极晶体管经中子辐照后会引起直流增益退化,其直流增益倒数变化与109~1016cm-2范围内的辐照中子注量线性相关,利用此特性,在技术上可实现双极晶体管对中子注量的测量。对受到辐照损伤的双极晶体管进行高温退火,可使其直流增益性能恢复,从而达到对双极晶体管的重复使用。鉴于上述特点,可将双极晶体管在工程应用上制作为探测器,结合实时数据测量系统,实现在线监测中子注量。
  在抗核加固的应用领域,对半导体材料中子辐射损伤的考核评估需要统一的衡量标准,国内外均已使用1MeV(Si)等效中子注量来表征。在实际应用中,市面上现有的探测器已可对中子注量进行测量,但会受到中子能谱和反应截面等因素的影响。而双极晶体管探测器受中子辐照时的直流增益会下降,在具有不同能谱分布的辐射源中,可利用相同的直流增益退化来等效;且在当下,Si的反应截面数据更趋准确,从而使得双极晶体管探测器的优势更加突出。中国工程物理研究院的CFBR-Ⅱ堆是核爆模拟辐射场,具有高n/γ比,中子能量为1.03MeV,是行业公认的抗核加固性能考核的理想平台,也是双极晶体管探测器的理想刻度平台。在此平台上刻度的双极晶体管探测器应用在不同辐射场中,所测的中子注量即为1MeV等效中子注量。且探测器体积小,能实现多只探测器在不同辐射场不同辐照工位的同步在线测量,具有普遍实用的价值。
  中国工程物理研究院的邹德辉、鲁艺等人,对双极晶体管3DG121C探测器的抗辐照性能、标定技术、退火进行了前期的研究。本文在此基础上,扩大该类探测器的研究范围。通过对3DK2222A和3CK3B探测器在CFBR-Ⅱ堆高达8.3×1012中子注量的辐照,实现了探测器抗中子辐照能力强弱的甄选,确定了探测器的最佳适用范围,并可据此针对不同中子场的测量选用合适型号的探测器;对3DK2222A和3DG121C探测器在60Co源中进行了抗γ性能的研究,在辐照γ剂量达到1000Gy的情况下,分析了两种型号探测器抗γ性能的特点,并确定此性能特点的应用场合;对于不同中子注量率对该类探测器的影响,选择3CK3B型探测器分别在2×107cm-2·s-1、6×107cm-2·s-1、2×108cm-2·s-1、6×108cm-2·s-1、2×109cm-2·s-1下进行,分析不同注量率对探测器的影响结果。基于探测器的重复使用须退火的特点,分析了原有退火技术的不足之处,对探测器结构进行了改进设计,改进后的结构设计兼顾了探测器在标定时的准确性和退火的便利性。由于中子场中的γ射线,会对双极晶体管探测器造成电离辐射损伤,同中子一样,会导致探测器直流增益的退化。由γ射线导致的直流增益退化,会叠加在中子造成的直流增益退化上,使探测器测得的中子注量比实际中子注量高。对3DG121C和3DK7E探测器在γ射线中的辐照规律分析,推导出探测器在γ射线辐照时的经验公式。结合中子注量测量原理,最终确定了在有n/γ比的中子场中,运用该类探测器时,可使用的中子注量测量修正公式。通过本论文对双极晶体管中子注量探测器的全方位研究,使1MeV等效中子注量探测技术更加完善,为探测器的推广与实际应用,提供夯实的理论支持。并对探测器以后的拓展研究具有指导和参考意义。
[硕士论文] 万文杰
核技术及应用 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着国民经济水平的不断发展,人们越来越注重绿色,环保,可持续发展的生活理念。而在2011年日本福岛事件发生后,放射性射线对环境和人体造成的损伤引起了国民的高度关注。而在环境中存在的低浓度队β射线,基于其易被吸收并在人体内发生电离后会对人体器官造成不可逆转的损伤等特性,国家相关部门对低浓度α、β进行及时监测以保障国民的生活安全高度重视。目前全世界对低浓度α、β的探测都处于初期研究阶段。在中国电子学,计算机技术的快速发展的基本国情基础上,自主设计一款高效精确的低本底α、β测量仪刻不容缓。
  因此,论文自主设计了一款由PIPS阵列探测器、前置放大器、多通道数据采集板、高低压电源、真空系统、仪器机箱以及上位机数据处理软件等部件组成的低本底α、β测量系统。其中PIPS阵列探测器虽对高能γ射线测量无响应,但对低能γ射线却会产生响应。由于低能γ的响应结果和β响应结果十分接近,测量结果难以分开,因此论文主要以低能γ射线与β射线可以通过反符合进行γ本底扣除的理论为指导,进行了具体的展开。
  其中PIPS阵列探测器采用5个探测性能一致、有效探测直径为Φ35的国产探测器并列而成,每个PIPS探测器的探测性能不低于同等尺寸的国外PIPS探测器。前置放大器采用晶体管+运算放大器的结构,简化了传统前置放大器的电路设计,使系统更为简单稳定。
  多通道数据采集板采用高速ADC+FPGA+ARM的结构。为了满足设计需求,论文采用两片由ADI推出的AD9633-80,其中每片含4个模拟输入通道,每通道最高采样率为80MHz,每通道垂直分辨率达12位。FPGA采用xilinx公司推出SpartanTM-3E系列低引脚数的XC3S500E,其内逻辑资源高达50万门,可用片内RAM资源高达368640bit。ARM为意法半导体公司推出的STM32F103系列单片机,内部功能及外设接口丰富,调试设备齐全,极大简化了课题研发难度。FPGA与ARM之间采用高速SPI总线接口,通信速率达到9Mbps,使FPGA与ARM之间的通信相较于传统的串口通信更加稳定快速。
  在数字信号处理算法中,论文引入了C-R电路与R-C电路的逆变换模型,有效地对原始脉冲进行形状恢复处理,恢复后的脉冲经梯形脉冲成形后输出梯形脉冲的前沿更好,平顶更平直,得到的脉冲幅度值更加准确。
  高压电源模块采用TI的外部开关驱动的高效低侧控制器LM3017,其输入电压范围为5V~18V,电源接口通用。高压电源模块在不带负载的条件下输出纹波仅7mV,接上负载后纹波仅28mV,满足高压供电需求。上位机与数据采集板采用工业控制总线CAN总线,通信速度高达1Mbps,自带硬件CRC校验保证了数据传输的可靠性。上位机软件基于VS2013开发平台,采用C#语言开发,图形界面优美,人机交互简单快捷。在软硬件配合下,基本实现了低本底α、β能谱测量。
  测试结果表明,课题研制的本浓度α、β能谱仪能够正常获取五个PIPS探测器的原始能谱以及四个主通道对应的反符合谱。在测量自制大面积表面源,常压,测量时间为1022秒时,PIPS1通道的总计为245943,与其反符合通道总计数差为932,即对应的反符合比为0.39%;PIPS2通道的总计为210629,与其反符合通道总计数差为850,即对应的反符合比为0.40%;PIPS3通道的总计为234210,与其反符合通道总计数差为916,即对应的反符合比为0.39%;PIPS4通道的总计为161505,与其反符合通道总计数差为737,即对应的反符合比为0.46%。可以看出四个主通道与反符合通道的反符合比基本一致。因此课题成功研制的低本底α、β能谱仪将可有效的用于实际应用。
[硕士论文] 赵博康
核科学与技术 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着先进算法的研究及计算机技术的飞速发展,实现反应堆多物理场、多尺度模拟逐渐成为可能。数字化反应堆研究的重点对象之一就是开展多物理场问题的研究,将过去孤立的物理过程耦合起来,抛除各种近似与简化,向高保真、高精度计算靠拢。
  目前在复杂的多物理过程分析中,通常通过解耦合的方法将相互联系的多物理场拆分成多个独立的物理过程,各自在专门的应用程序中求解后通过数据交换的方法将待耦合变量作为边界条件进行物理场之间的数据传递。这种方法固然可以得到结果,但数学模型无法准确描述实际情况,计算结果始终难以让人信服。通过调研美国MOOSE软件,根据其计算框架内实现多物理场全耦合的思想,结合有限元方法适用范围,研究构建核工程领域计算框架的基本方法及所需功能,并以此为基础设计计算框架。
  由于有限元在诸多领域的研究并不完善,在对多物理场进行耦合计算前需了解物理场模型的求解方法及局限性。为满足高精度的计算要求,以CFD领域为例,从有限元计算机理出发探索影响计算精度的原因,并以插值函数阶数及插值函数类型作为主要讨论对象。以GHIA所做的项盖驱动的方腔流动作为基准,对比不同插值函数阶数及插值函数类型对CFD计算精度的影响。
  以上述有限元计算精度研究为基础,将其应用在多物理场耦合计算问题中。在此分别挑选强、弱耦合两算例来比对耦合方法对计算结果的影响。在物理场弱耦合问题中,分别利用松耦合、紧耦合和全耦合方法模拟热流体通过圆管导致金属管变形的问题。在强耦合问题中以MSRE为基准,利用紧耦合和全耦合的方法进行物理-热工强耦合计算对比。探索在不同耦合强度的多物理场问题中,耦合方法对计算结果的影响。
[硕士论文] 王芷妍
核能科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:堆芯燃料管理与反应堆的经济性和安全性息息相关,反应堆燃耗计算是反应堆设计与分析的重要环节。反应堆燃耗计算需进行输运、点燃耗交替迭代计算,输运计算通过求解玻尔兹曼方程得到堆芯稳态中子学参数,点燃耗计算通过求解Bateman方程组得到堆芯核素密度随时间的变化。燃耗过程中,核素反应率与材料核素密度紧密相关,传统方法中,通过简单设置核素的燃耗步长强制解耦会带来计算偏差。因此,在蒙卡输运-燃耗耦合计算过程中需要准确考虑核反应率变化对核素燃耗计算带来的影响,以达到提高计算效率、保证计算精度的目的。
  传统的蒙卡输运-燃耗耦合策略需通过缩短燃耗步长以保证计算精度,这种处理方式会增加燃耗步数降低计算效率。本文基于中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC,开展了基于改进半预估修正的蒙卡输运-燃耗计算耦合策略研究。在半预估修正方法的基础上,采用投射预估修正的处理方式,根据反应率与核子密度之间存在相关性的假设,对每个燃耗步起点处的反应率进行修正,避免计算误差的逐步累积。同时,结合子步法的思想,将设定的燃耗步长划分成若干子步,通过线性拟合的方式获得每个子步的反应率,对每个子步进行燃耗计算,从而在保证相同计算精度的前提下可使用更长的燃耗步进行计算,提高计算效率。
  为验证本文发展的改进半预估修正耦合策略的正确性与效率,本文选取了OECD/NEA发布的TAKAHAMA-3压水堆基准题和国际原子能机构发布的BN-600模型进行综合测试。测试结果表明,与传统耦合策略起点近似相比,在保证相同计算精度的情况下,采用本文耦合策略的燃耗步长最高可达到传统耦合策略的8倍。
[硕士论文] 费鹏
仪器仪表工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着国家在核事业方面的研究投入越来越大,在核技术应用和核物理研究中趋于关键的核能普测量系统扮演者越来越重要的角色。进入21世纪,核事业的研究发展进入新阶段,传统核能谱测量系统,主要以模拟电路为基础,对核信号的数字分析往往采用的是模拟电路搭建分析平台的方法。信号通过硬件电路的电阻电容时容易产生噪声信号,对原始信号产生干扰,所以以前的模拟系统对核信号的测量分辨力不高,处理结果不够稳定。况且传统核信号测量系统设计复杂,逻辑电路多,设计成品往往比较庞大,不适用科学技术发展对测量仪器小型化、集成化的发展要求。
  现代核能谱测量系统中加入了数字信号处理技术,具有集成度高、稳定性强、数据处理快等特点。核能谱测量系统主要由核辐射探测器、核脉冲放大电路、数字多道脉冲幅度分析器、计算机能谱显示软件或嵌入式移动显示模块,外加供电系统构成。其中作为核能谱测量系统的核心,数字多道脉冲幅度分析器因为其数字可控、高精度、高分辨率等特点,被核信号能谱测量系统广泛采用,基于数字多道脉冲分析器开发出多种适应各种不同核能谱测量环境的测量仪器,满足了核事业大力发展的设计需求。
  作为数字多道脉冲分析器的核心,数字信号处理芯片是核信号处理的关键。各种集成度更高、线性度更好、数据传输更快、能耗更小的数字处理芯片促使核技术应用进入新阶段,核信号测量系统更是百花齐放。其中FPGA(现场可编程门阵列)往往被选作核信号数字处理电路的核心处理器,承担着滤波成形、数据缓存、波形甄别等任务。随着FPGA技术和嵌入式系统的高速发展,集成了嵌入式软核的FPGA是嵌入式发展的新方向,通过SOPC Builder技术,用户可以根据自己的需要定制自己的软核,即保留了FPGA运算速度快的优点,还可以把软核作为系统控制核心,实现了功能互补,在对有算法和逻辑控制需要的系统开发上体现了卓越的性能。
  结合以上分析,考虑到在核辐射测量环境中,对系统功耗、集成度、数据传输和成本的要求,设计基于NiosⅡ软核双口RAM的核信号采集系统,FPGA作为论文唯一核心处理器,充分发挥系统器件的特点:①选用的FPGA集成了NisoⅡ嵌入式软核,FPGA外加NiosⅡ软核协同工作,实现了系统的高度集成,功耗和成本的控制。②数据经过处理后采用FPGA内置的双口RAM进行数据缓存,双口RAM具有两套独立的数据线、地址线和读写控制线,允许不同的设备对同一个存储单元在不同时间进行读写。采用双口RAM的数据缓存方式,可以避免数据传输堵塞与丢包,提高系统数据传输的速度,满足核能谱测量系统对能谱数据进行实时采集的要求。
  针对核能谱测量系统中对系统集成化和数据高速传输的要求,论文采用基于NiosⅡ软核的嵌入式控制核心,双口RAM的数据缓存方式,完成了高性能核信号采集系统的设计。NiosⅡ作为核心处理器协同FPGA一起工作,数据通过双口RAM缓存,实现了核信号的高速采集、实时处理、灵活存储。从元器件应用、接口设计、高速信号处理等多角度对系统可靠性进行测试,对系统实时性、集成度、功耗低方面进行了验证,并最终采用NaI探测器对实验室137Cs源和60Co源进行连续测试,实现了核信号的能谱显示,并且保证了测量结果的准确性。
  实验测试表明,系统能够实现核能谱的正常测量,满足系统高集成化、高实时性、高性能和低功耗的设计特点,符合核技术应用的开发和设计要求,符和核安全级产品的设计要求,对嵌入式系统在核技术应用方面做出了尝试,开拓了核能谱测量系统设计思路,对核仪器的发展有着积极的作用。
[硕士论文] 张智
核能与核技术工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:在乏燃料后处理流程中,高放废液(HLLW)由于含有长寿命裂变产物和锕系元素等而具有强放射性、强毒性和高释热率等特点,因此需要从HLLW中分离出这些核素。在分离过程中,由于锕系和镧系元素在化学性质上比较相似而易发生共萃现象,通过对不同类型萃取剂萃取性能的研究,发现酰胺荚醚类萃取剂对An(Ⅲ)、Ln(Ⅲ)和其他裂片元素都有很好的萃取能力,并且具有稳定的化学性能、耐辐照、可以燃烧、燃烧产物不会产生二次污染等优点。
  本文以二甲基二辛基双酰胺荚醚(DMDODGA)为萃取剂,40/60(V/V)%正辛醇/煤油为稀释剂,分别从硝酸水溶液中萃取Zr(Ⅳ)和Ln(Ⅲ),考察了在初始水相硝酸浓度、萃取剂浓度以及温度等不同实验条件下DMDODGA萃取剂对金属离子萃取行为的影响。
  通过DMDODGA对Zr(Ⅳ)的萃取实验,发现以下研究结果:
  (1)在不同初始水相酸度范围内,DMDODGA对Zr(Ⅳ)的萃取分配比D随硝酸浓度的增加而增大,当硝酸浓度达到3.0mol/L之后,其分配比D开始随硝酸浓度的增大而减小;
  (2)在不同萃取剂浓度范围内,DMDODGA对Zr(Ⅳ)的萃取分配比D随萃取剂浓度的增加而增大;通过斜率法研究了DMDODGA对金属的萃取机理,其萃取反应的机理为:在不同初始水相酸度下,金属元素与DMDODGA配位络合数不同;在0.3mol/L、1.0mol/L、3.0mol、L和5.0mol/L的酸度下,Zr(Ⅳ)与DMDODGA配位络合数分别为2.3、1.1、1.0和0.7;
  (3)在不同温度范围下,DMDODGA萃取剂对Zr(Ⅳ)的萃取反应均为放热反应,其萃取分配比D随温度的增加而减少,即在低温下有利于萃取反应进行。
  通过DMDODGA对Ln(Ⅲ)的萃取实验,发现以下研究结果:
  (1)在不同初始水相酸度范围内,DMDODGA对La(Ⅲ)、Pr(Ⅲ)和Sm(Ⅲ)的萃取分配比D则随硝酸浓度的增加而增大,当硝酸浓度达到3.0mol/L之后,其分配比D开始随硝酸浓度的增大而减小,但是DMDODGA对Tb(Ⅲ)的萃取分配比D却随着硝酸浓度的增加而一直增大;
  (2)在相同的初始水相酸度下,DMDODGA对Ln(Ⅲ)的萃取分配比D随Ln(Ⅲ)的原子序数的增加而增大;
  (3)在不同萃取剂浓度范围内,DMDODGA对Ln(Ⅲ)的萃取分配比D随萃取剂浓度的增加而增大。在0.1mol/L、1.0mol/L和3.0mol的酸度下,La(Ⅲ)的配位络合数分别为1.2、2.2和1.9,Pr(Ⅲ)的配位络合数分别为2.5、2.5和2.7,Sm(Ⅲ)的配位络合数分别为1.8、2.8和2.9,Tb(Ⅲ)的配位络合数分别为3.4、2.5和2.7;
  (4)在不同温度范围下,DMDODGA萃取剂对Ln(Ⅲ)的萃取反应均为放热反应,其萃取分配比D随温度的增加而减少,即在低温下有利于萃取反应进行。
[硕士论文] 侯爽
建筑与土木工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:实验快堆特有的安全性、可增殖性和高热效率等优点,已成为全球发达国家研究的热点。我国近几十年对实验快堆进行了研究,并成功修建了第一座100%功率运行72小时的实验快堆。由于快堆的功率密度大,产生的热量多,故一般采用热导率高的液态金属钠做为冷却剂。当液态钠泄露后一般会引起钠火事故,对混凝土结构造成破坏,带来巨大的损失。但目前钠火对混凝土侵蚀的相关资料较少,故本文主要开展以下研究工作:
  观察混凝土浇液态钠后,产生大量白色和淡黄色的物质(主要为氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠),未反应的金属钠附着在混凝土或钢板表面。液态钠直接与混凝土接触,会使混凝土试件表面剥落,尤其喷钠管正对位置较为损伤严重;且钠量越多混凝土剥落的碎片越多;但覆盖钢板后则混凝土表面不会出现剥离情况。
  本文考虑受约束作用、表面防护措施和浇注液态钠量,研究在钠火作用下混凝土内部温度变化、抗渗性和微观结构变化规律,制作了13个混凝土试件和1个混凝土小室,采用240℃液态钠对9个混凝土试件和1个混凝土小室进行喷钠试验,其余4个混凝土试件作为对照组。
  采用高温测试仪监测钠火作用后混凝土温度变化规律,结果表明:混凝土上层温度比下层温度升温速率快且温度高;浇注液态钠量相同时,受约束作用的混凝土试件升温速率较快且温度相对较高;相同约束条件下,液态钠量越多混凝土的最高温度越高;混凝土表面有防护措施的,升温速率较慢,温度较低。
  研究钠火对混凝土抗渗性影响,进行了吸水率、抗氯离子渗透试验,结果表明:浇注与未浇注液态钠对比,混凝土的抗渗性变差,同时表面覆盖钢板的混凝土抗渗性相对较好;钠量相同时,受约束作用的混凝土抗渗性相对较差,且试件中心位置比十字区域位置的混凝土抗渗性差;同一柱体上层混凝土的抗渗性比下层相对要差。
  对于钠火对混凝土微观结构影响,进行了压汞、SEM和XRD试验,结果表明:浇注液态钠后混凝土孔结构整体呈增大趋势,孔隙率、总孔面积、最可几孔径变大,钠火改变了混凝土的微观结构;混凝土在约束作用、表面未覆盖钢板条件下孔隙率相对较大,且钠与混凝土发生化学反应,有钠的氧化物生成;而混凝土表面覆盖钢板钠未与混凝土直接接触,只受温度影响未与钠发生化学反应,孔结构变化相对较小。
[硕士论文] 杜宇
核科学与技术 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:高放废液是一种放射性高、毒性强、释热率高和酸性强的废液,为了减少高放废液放射性、缩短最终地质处置的监测时间、提高U和Pu的利用率,有必要进行高放废液分离。近年来在高放废液分离的研究中,三齿配体之一的双酰胺荚醚类萃取剂,因其对三价/四价镧系和锕系元素高的萃取率而被广泛研究。离子液体因其具有较高的辐照稳定性、热稳定性,对金属离子较高的萃取效率和良好的选择性等特性,在高放废液分离方面具有广阔的应用前景。本文研究了分别以离子液体[Bmim][PF6]和40/60%(V/V)正辛醇/煤油作为稀释剂时,N,N'-二甲基-N,N'-二辛基-3-氧-二戊酰胺荚醚(DMDODGA)对硝酸介质中Ce(Ⅲ)的萃取行为和机理。
  通过研究DMDODGA分别在40/60%(V/V)正辛醇/煤油和[Bmim][PF6]作为稀释剂时,对硝酸介质中Ce(Ⅲ)的萃取行为,考虑萃取时间、初始水相中硝酸浓度、萃取剂浓度、初始水相中甲基咪唑阳离子([Bmim]+)浓度对Ce(Ⅲ)萃取的影响,根据斜率法和极限负载实验得出DMDODGA-40%正辛醇/煤油体系和DMDODGA-[Bmim][PF6]体系中,Ce(Ⅲ)的萃取机理和平均络合数。运用傅里叶红外光谱仪分析有机相,推测络合物结构。并研究了[Bmim]Cl、H2O、HNO3作为反萃剂时,Ce(Ⅲ)的回收率。
  研究结果表明DMDODGA对Ce(Ⅲ)具有良好的萃取性能。初始水相中硝酸浓度和萃取剂浓度对Ce(Ⅲ)的分配比有很大的影响,相同萃取剂浓度下,在DMDODGA-40%正辛醇/煤油体系中初始水相中硝酸浓度约为2mol/L时,分配比存在极大值;而在DMDODGA-[Bmim][PF6]体系中初始水相中硝酸浓度约为4mol/L时,分配比存在极小值。DMDODGA通过C=O键与Ce(Ⅲ)进行配位,络合物中Ce(Ⅲ)与DMDODGA的摩尔比均为1∶3。在40%正辛醇/煤油体系中萃取机理为中性络合,而在[Bmim][PF6]体系中萃取机理为阳离子交换。此外,40%正辛醇/煤油体系中低浓度的硝酸和水对Ce(Ⅲ)都具有较高的回收率,[Bmim][PF6]体系中不同反萃剂对Ce(Ⅲ)的回收率大小顺序为HNO3>HNO3和[Bmim]Cl的混合物>[Bmim]Cl>去离子水。
[硕士论文] 成建峰
核废物地质处置工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文针对高放废物处置库地下水环境中,包装容器低碳钢腐蚀产物与Pu之间的氧化还原反应开展研究,获取腐蚀产物与Pu之间的氧化还原动力学方程与反应常数,以及影响特征,为高放废物地质处置安全评价提供技术参数。
  论文基于高放废物的超长期(可能上万年)处置过程中,处置库遭到天然或人为的作用,工程屏障层被破坏,核废物容器(低碳钢)受到地下水的侵蚀,核废物发生泄漏迁移这一背景。为了探究腐蚀产物对Pu氧化还原反应研究,用电化学实验室模拟研究了低碳钢储物罐在地下水环境中的腐蚀过程,通过PHREEQC模拟分析了Pu在腐蚀溶液及地下水中种态的分布情况,探讨了腐蚀溶液及地下水溶液对Pu在两种地质介质中的吸附机理和动力学影响过程。为后续指导Pu在地质环境中的屏障技术提供指导意见,对核废物安全处置工作具有科学意义。主要研究内容与结论如下:
  (1)用电化学的方法获得低碳钢在溶液中的腐蚀电位,通过腐蚀电位加快腐蚀低碳钢获得腐蚀产物。不同条件下的溶液对低碳钢腐蚀电位及腐蚀电位密度都会产生一定影响。通过XRD对腐蚀产物分析,低碳钢腐蚀产物主要为α-FeOOH、Fe3O4,在地下水环境和HCO3-环境中会产生少量的Fe2(OH)2CO3。
  (2)用PHREEQC软件模拟了Pu在特定条件下的种态分布,并对不同条件下的种态分布进行了对比分析。模拟研究发现,不同pH地下水溶液和腐蚀溶液对Pu的种态分布均产生一定的影响,主要表现为酸性溶液中主要以三价的PuSO4+和Pu(SO4)2,中性环境中主要以Pu(OH)3+存在,碱性溶液中OH-与Pu结合生成大量的Pu(OH)4。
  (3)用TTA-二甲苯萃取的方法获得Pu(Ⅲ)、Pu(Ⅳ)和Pu(Ⅴ、Ⅵ)在溶液中的含量。通过对Pu单一价态的制备,萃取验证的方式证明该萃取方法可行,有效性在90%以上。通过对Pu在地下水溶液中的萃取发现,Pu主要以Pu(Ⅳ)的形式存在,一定时间后会产生少量的Pu(Ⅴ)和Pu(Ⅵ)。地下水腐蚀溶液中Pu主要以Pu(Ⅲ)和Pu(Ⅳ)两种价态存在。通过对不同pH地下水腐蚀溶液萃取计算得到Pu(Ⅳ)在腐蚀溶液中的动力学方程。
  (4)通过地下水腐蚀溶液、地下水溶液以及单一离子溶液对Pu在两种回填材料中的吸附性能研究发现。GMZ膨润土和阿拉善粘土中含有大量的Al2O3和SiO2,这两种化合物与水接触后溶液在介质表面形成诸如≡Si-OH、=Al-OH表面羟基官能团,这些官能团在酸性或碱性环境中与溶液中的Pu发生表面配合反应,不同种态的Pu与官能团结合方式不同,导致地质介质对Pu的吸附产生重要影响。
  综上所述,地下水溶液中的离子浓度会对Pu在地质介质中的迁移产生重大影响,当溶液中的某些离子过高时,Pu不易被地质介质吸附,Pu容易随着地下水发生迁移而扩散。
[硕士论文] 郭丹
核科学与技术 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:自然循环蒸汽发生器是现有的压水堆核电厂中连接一回路与二回路的重要换热设备。蒸汽发生器中的水位变量对核安全有着至关重要的影响。只有将蒸汽发生器水位控制在容许范围内,才能确保核电厂运行的安全可靠性。
  现有蒸汽发生器水位控制普遍在E-Irving模型的基础上进行研究,虽然使控制算法的研究更加方便,具有一定的适用性,但由于该模型不包含热工水力过程,不能全面反映出核电站蒸汽发生器的运行状态,为了能更好的实现对核电厂蒸汽发生器水位的控制,可以利用蒸汽发生器的运行机理进行建模,然而这样在更加准确的同时也使整个控制系统复杂度呈指数增加。由于在蒸汽发生器实际运行中,水位通常会受到一些因素干扰,在扰动情况下由于水位下部气泡量因局部压力变化而变化,进而出现“虚假水位”现象,“虚假水位”现象的出现使传统控制方法在某些情况下不能获得良好的控制效果,因此蒸汽发生器水位的动态建模以及先进有效的控制方法是本文研究的重点。
  本文根据线性参数变化理论(Linear Parameter Varying,简称LPV)建立了基于E-Irving模型的蒸汽发生器多胞LPV水位模型。参照大亚湾核电厂的蒸汽发生器的具体参数,基于集总参数法建立了一种既能反映一定热工特性又便于控制系统设计的自然循环蒸汽发生器四阶动态水位机理模型,在100%、70%、50%及30%四个功率水平条件下,引入了蒸汽流量正阶跃以及换热量正阶跃,进行了动态仿真分析,验证了模型的有效性。仿真结果显示,该模型在扰动时,蒸汽发生器各主要参数都表现出合理的变化趋势,准确的模拟出了“虚假水位”现象。
  分析了分数阶PIλDμ控制系统的稳定性;在欧文多胞LPV水位模型的基础上,将基于Grunwald-Letnikov(简称G-L)定义的分数阶算子分别引入蒸汽发生器水位控制系统主回路、副回路及主副回路中,完成了短记忆分数阶PIλDμ控制器的设计;设计了基于Oustaloup间接离散化方法改进算法的串级分数阶水位控制器。由于控制器参数的整定仍是现阶段存在的问题,为了实现蒸汽发生器水位控制器参数的自动整定,本文采用模糊自适应以及混沌粒子群两种不同类型的智能控制算法来自动调节控制器的参数。仿真结果仿显示,所设计的分数阶控制器以及智能调参算法均是有效的,其中以改进的Oustaloup间接离散化串级分数阶水位控制器效果最优。虽然两种智能寻优方法均取得了较好的效果,但由于混沌粒子群智能寻优方法不依赖于经验规则,更适用于工程模型,根据已获得的结果,对所建立的蒸汽发生器水位动态机理模型,设计了基于混沌粒子群的改进Oustaloup分数阶水位控制系统。仿真结果显示,该智能控制系统能有效减弱“虚假水位”,较好的实现了自然循环蒸汽发生器水位的在线自动控制。
核科学与技术;核能科学与工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:每座在运行的反应堆每年将产生近二十吨的乏燃料。这些乏燃料中的次锕系核素(MA)半衰期很长,达到几百万年。由于MA的长期放射性,会导致储存问题,目前最可行的解决方案是深度地质储存。研究表明,将这些核素嬗变至短半衰期核素能解决这一问题:MA核素中Np-237,Am-241以及Am-243在热能区有非常大的热中子俘获截面,所以它们能轻易地俘获热中子嬗变成其它的具有低放射性核素或没有放射性的核素。考虑到Np-237具有长达214万年的半衰期,本文研究Np-237在AP1000的反应堆中嬗变特性。
  NpO2装载会对AP1000反应堆的反应性造成影响,为了研究装载了Np-237后反应堆反应性的变化,使用MCNP程序进行了模拟计算。NpO2以三种不同的方案装载到压水堆,本文研究了三种不同的装载方案的嬗变特征。第一个方案是在可燃毒物棒的外层镀一层NpO2材料,当厚度为0.11cm时,它的keff为0.99736,比临界的keff稍微降低了一点,总的装载量被控制在1897.21kg。第二个方案是在可燃毒物的水隙层添加不同厚度的NpO2材料,当厚度为0.07cm时它的keff为0.98088,装载总质量为1685.26kg。第三种方案是将NpO2均匀的与可燃毒物进行混合,当NpQ材料质量百分比达到100%时,keff为0.98349,此时NpQ总共装载量为1414.79kg。NpQ装载在AP1000堆芯中并不需要消耗额外中子,其消耗的中子是原本由可燃毒物吸收的中子。同时装载NpQ不需要修改反应堆完善的几何结构,也不需要修改燃料棒的成分和几何结构。
[硕士论文] TALHA BIN MUJAHID
核能科学与工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:核反应堆安全壳建筑的设计至关重要,其用于提高核电站的安全性。由于如TMI,切尔诺贝利和福岛县的核事故,核电发展中的消极观念越来越受到重视。为了改善的新一代核电站的安全性,非能动系统被广泛使用,AP1000中的非能动安全壳冷却系统就是这类系统的典例之一。它的作用是在冷却剂丧失(LOCA),主蒸汽管道破裂(MSLB)等事故发生时,将安全壳内产生的热量转移到大气中,并将容器内的压力保持在阈值以下。系统设计和安全分析需要一个模拟系统行为的合适模型,并采用多卷集总参数方法来分析容器完整性并研究假定的冷却剂失水事故(LOCA)和主蒸汽管道断裂(MSLB)事故。然而,对研究安全壳中的T-H特性很重要的温度和压力分布却不能用这种模型详细描述。在本研究中,Matlab软件被使用于建立基于集总参数法的PCCS模型,并与WGOTHIC的计算结果进行比较,说明该点模型具有可靠性。然后对输入参数进行过滤,选择中断的气温,风速和排放数据作为研究对象计算,并分析了基于不同输入参数组合的结果。再将这些结果与西屋设计控制文件(DCD)2002中的结果进行比较。通过分析计算结果表明,在LOCA下,气温和风速会影响峰值出现的时间。温度越低,压力峰值出现越晚。此外,还使用ANSYS FLUENT对LOCA进行模拟,并进行分析。在研究的第二阶段,LOCA的T-H分析是通过考虑PCCS中的降膜蒸发的热量去除因子来进行的。为此应用了ANSYS FLUENT中的Eulerian Wall Film模型来研究上述现象。分析了PCCS外部气流路径中液膜和蒸汽混合气体之间的传质,并表现出其良好的性能。
[硕士论文] 余运强
仪器仪表工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:在γ放射性测量中,天然本底和康普顿散射的影响,导致低活度核素检测困难,所以本文引入反符合测量方法加以改善。本设计采用Φ95×145×80mm环形NaI(Tl)晶体为反符合探测器,采用滨松的3英寸NaI(Tl)探测器作为主探测器。系统主要工作原理为:主探头输出端的核脉冲信号先经过信号调理及ADC采集,再与外围的反符合信号进行反符合甄别处理,甄别后的信号用于形成γ能谱。当主探测器采集到脉冲信号且外围环形探测器无信号时,FPGA才会将主探测器的脉冲信号保留,并对其进行数字核脉冲信号处理而得到能谱数据。
  本文采用XILINX公司的SpartanTM-3E器件XC3S500E系列的FPGA为控制核心,反符合谱仪系统主要包括阻抗匹配电路、程控增益电路、放大滤波电路、高速ADC采集电路、反符合整形电路、FPGA数字信号处理电路及USB接口电路等。其中,FPGA数字信号处理硬件电路主要包括时钟模块、核信号采集与存储模块、反符合甄别模块、数字脉冲梯形成形模块、能谱成形及USB传输模块等。本文开发的软件主要功能包括:①γ能谱测量、②谱线绘图显示、③能量刻度、④效率刻度、⑤活度计算、⑥待积有效剂量计算、⑦数据库操作、⑧文件操作等。
  经实验测试,表明本文设计的反符合测量系统运行稳定,能够达到预期的反符合效果。通过Geant4模拟本底数据与谱仪测量的本底数据分析对比,谱仪测量与模拟数据具有良好的一致性,反符合测量对低能本底具有良好的抑制效果。通过对137Cs点源进行测试,表明反符合测量系统不仅对本底有一定的抑制作用,而且具有较好的康普顿抑制能力。
[博士论文] 周伟
电气工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:中心螺线管线圈(CS)是中国聚变工程实验堆(CFETR)磁体系统的重要组成部分,它的作用是产生和稳定托卡马克装置里的等离子体,保证磁体和聚变装置的安全稳定运行。CS模型线圈与CFETR装置的CS原型线圈具有相同的科学目标和物理参数,它是研究CS原型线圈的基础和前提。CS模型线圈常处于高电流和高磁场下的运行状态,因此模型线圈的交流损耗是影响其稳定性和效率最为关键的因素。CS模型线圈磁体系统包括CS模型线圈本体和高温超导电流引线等部件。而研究高温超导带材和堆叠导体是分析高温超导电流引线的基础,所以合理地分析CS模型线圈本体、高温超导带材、堆叠导体和高温超导电流引线的磁场位形和交流损耗是CFETR CS模型线圈关键技术研究的基础和必要条件。本文从理论和实验层面分别分析了CS模型线圈本体的交流损耗,同时从高温超导带材和堆叠导体出发,研究了高温超导电流引线的交流损耗。
  建立了CS模型线圈在实际工况下的交流损耗计算模型。本文采用分段线性法对CS模型线圈的运行电流进行分段处理,再通过安培环路定律求出模型线圈的磁场大小和变化率,从而分别求出磁滞损耗和耦合损耗。计算了基于不同管内电缆导体(CICC)的CS模型线圈在实际运行电流下的磁滞损耗和耦合损耗,并做了对比,为今后CS模型线圈的管内电缆导体的选择奠定基础。
  提出了CS模型线圈在实际工况下传输交流损耗的实验方案。采用了可调电容箱和补偿线圈双补偿系统,并用霍尔传感器对电流进行标定。为了验证该实验方案的可行性,对超导小线圈样品在非正弦电流下的传输损耗进行了测量,测量结果说明该实验系统可以测量超导线圈的非正弦的传输损耗。同时对该实验测试系统存在的误差进行了分析并采取了一些有效的改善措施。
  提出一种新的高温超导带材外场损耗的测量方法-免标定法,并基于此方法搭建了实验平台。基于该实验平台测量了高温超导带材的外场损耗,分析了外场损耗的频率依赖性和磁场角度依赖性等。同时测量了超导带材在非正弦电流下的传输损耗。本文基于H-formulation对超导带材的外场损耗和传输交流进行了仿真计算并与实验结果做了对比。分析了超导带材的磁场屏蔽效应对交流损耗的影响,并分析了磁场屏蔽效应与带材和铜带垂直距离之间的关系,同时也分析和比较了Roebel电缆与超导带材的磁场屏蔽效应对交流损耗的影响。提出了超导带材有效穿透磁场的概念并建立了有效穿透磁场的计算模型,从而建立了超导带材的动态电阻的计算模型。
  基于免标定法测量了超导堆叠导体和Roebel电缆的外场损耗,分析了外场损耗的磁场幅值依赖性、磁场角度依赖性和频率依赖性等,并与有限元仿真结果做对比,提出超导堆叠导体与Roebel电缆外场损耗随着外磁场变化的关系。在高磁场下,基于提出的两者外场损耗的关系,Roebel电缆和堆叠导体的外场损耗可以相互推算。同时测量了超导堆叠导体在非正弦下的传输损耗,并与有限元的仿真结果做了对比,为研究高温超导电流引线的交流损耗奠定良好的基础。
  设计了面向高电流等级超导电力应用的高温超导电流引线的两种结构-矩形和正六边形结构,基于H-formulation的有限元计算方法对矩形和正六边形结构电流引线的交流损耗进行了仿真计算。同时搭建了超导电流引线传输损耗的测试平台,测量了非正弦电流波形下两种结构电流引线的传输损耗,结果表明在同等条件下,具有良好对称性的正六边形结构电流引线的交流损耗比矩形结构电流引线的交流损耗小,对CS模型线圈的高温超导电流引线的设计和应用具有良好的参考价值。
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