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《中国原子能科学研究院》 2004年
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中子导管的设计和优化

王洪立  
【摘要】:开展中子散射工作是建造中国先进研究堆(简称CARR)的王要目的之一,建造有关的中子散射谱仪及相关设备是CARR工程的一部分。中子导管系统在中子散射工程中扮演着重要角色,据统计目前国际上大约有超过1/2的中子散射谱仪安装在导管上。由于中子导管的传输性能直接影响到导管后谱仪的性能,导管系统造价昂贵,堆内导管安装完成后更换难度很大等诸多原因,在建造之前的设计工作必须非常地慎重。为避免设计失误,降低风险,节省经费,优化设备性能,必须进行周到、细致的设计,并对导管参数进行模拟优化。在经过充分的调研和与国外专家探讨后,我们对中子导管系统进行了初步设计。本人参考日本NEUGT程序,完成了中子导管蒙特卡罗模拟计算程序NGT2002的开发,它在完成理想中子导管传输效率及中子分布计算的基础上,考虑了中子导管的宽度尺寸制造误差、水平安装调整误差等因素,可以通过对导管系统的模拟,给出宽度尺寸制造误差、安装调整误差的限度。在中子导管系统的初步设计的基础上,本论文使用NGT2002对中子导管系统的参数进行了优化,详细介绍了中子导管蒙特卡罗模拟程序NGT2002,并使用此程序对安装在冷源水平孔道HT1上的冷中子导管CNG1和CNG2进行了模拟研究及优化设计,提供了冷中子导管系统的各项优化参数和导管单元的物理指标,完成了中子导管系统的物理设计。 目前国际上有多种中子散射设备模拟软件,如MCSTAS、VITESS、IDEAS和NISP等,这些软件包各具特色,但都是以理想情况为出发点进行模拟计算。在中子导管的设计和调研中,我们发现,中子导管系统的制造精度、安装调整误差等因素对中子导管系统的设计、选购、安装调整具有非常重要的影响,而上述这些软件均无法解决这个问题。日本的NEUGT程序可以对安装调整误差进行模拟,但由于它是使用早期Fortran语言编写的解析计算程序,使用不方便,运行速度慢,而且无法对超镜导管进行模拟。因此,本人参考NEUGT程序,开发了中子导管蒙特卡罗模拟计算程序NGT2002。此软件不仅能够完成理想情况下中子导管传输效率、中子通量分布等计算任务,而且由于在程序中加入了对中子导管宽度尺寸加工误 中国原子能科学研究院博士学位论文 差、水平安装调整误差的考虑,使程序的计算模型与实际导管系统的物理情况更 加接近,计算结果与真实情况更加吻合。因此,可以使用本程序进行中子导管系 统的参数优化,并给出导管系统宽度几何尺寸制造误差、水平安装调整误差的限 度,对导管系统的设计、选购、安装调整工作进行指导。这项工作按照如下两步 进行: 首先,验证此程序计算结果的收敛性,即此程序计算结果的唯一性。并使用 此程序对由Yuj 1 KAwABATA等人在日本JAERI进行的导管实验进行模拟,将模 拟计算的结果与实验结果进行对比,结果符合较好;使用此程序与其他国际通用 程序在相同模拟条件下进行模拟计算,模拟计算结果较好地吻合,说明此程序的 计算结果是可信的。 然后,使用该程序对导管CNGI和CNGZ进行了模拟,从堆内导管与冷源距离、 导管单元的几何尺寸、堆外弯导管、堆外直导管等几个方面分别进行了模拟计算, 最后从整个导管系统的角度对优化的导管参数进行评估。确定了堆内导管长度为 2200Inln,其与冷源距离为1965Inm,超镜导管的寿命大于8年;得出了超镜弯导 管传输特性曲线,对弯导管的特征波长影响进行评估、确定了弯导管长度系数等 参数,对于导管CNGI,弯导管的特征波长为0.Znm,长度为Zlm;对导管CNGZ, 弯导管的特征波长为0.4nm,长度为llm;通过对各种长度的直导管传输效率和 中子束流准直情况的研究,确定导管CNGI的直导管为11m长,导管CNGZ的直导 管为gm长;通过对各种误差条件下导管性能的研究,确定了导管的宽度几何尺 寸制造误差范围小于等于0.02Inln;宽度几何尺寸调整误差范围小于等于0.02Inln; 角度调整误差范围小于等于2秒。以这些结果为依据,完成了对CARR堆中子导 管系统的设计与优化。 关键词:中国先进研究堆:中子散射;蒙特卡罗模拟;NGT2002;冷中子导管; 制造误差;安装调整误差
【学位授予单位】:中国原子能科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O571.5

【引证文献】
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1 黄朝强;宋建明;李新喜;夏庆中;陈波;;冷中子导管模拟和参数优化计算[J];核技术;2008年12期
2 黄朝强;李新喜;宋建明;陈波;;中子反射谱仪前端导管优化[J];核技术;2009年06期
3 梁峰;王洪立;杨同华;张莉;陈东风;;中国先进研究堆中子散射工程中子导管模拟研究[J];原子能科学技术;2008年02期
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1 梁峰;CARR中子散射工程中子导管模拟研究[D];中国原子能科学研究院;2007年
【共引文献】
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1 洪俊;芮筱亭;刘军;陈涛;;散粒体发射药床碰撞挤压过程三维数值模拟研究[J];兵工学报;2007年03期
2 邱益香,夏凌志,彭琥,张建民;补偿中子测井MCNP程序模型的基准检测研究[J];测井技术;2004年06期
3 王海东;张海;;晶粒生长的蒙特卡罗模拟研究进展[J];材料导报;2007年02期
4 代志力;陈浩;黎明;;基于MCNP对CT系统中探测器材料性能的研究[J];CT理论与应用研究;2011年01期
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6 贾文宝;王仲奇;张本爱;;随机抽样中的Alias算法及其改进[J];东北师大学报(自然科学版);2012年01期
7 刘德坤;张宏宇;张丽红;谷德山;卜香云;董焕;;用MCNP模拟中子煤质检测时外水增加对低位热值的影响[J];东北师大学报(自然科学版);2012年02期
8 姜世平;芮筱亭;洪俊;王国平;徐浩;;发射药床自然堆积模拟[J];弹道学报;2011年02期
9 王娟;杨波;刘义保;;γ射线透过率的蒙特卡罗模拟[J];辐射防护通讯;2008年06期
10 王瑞俊;王晓刚;;G(E)函数的蒙特卡罗模拟[J];辐射防护通讯;2010年02期
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1 罗降;王冰;贾俊波;;铀材料探测中γ能谱模拟及实验对比[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
2 章法强;杨建伦;李正宏;陈法新;;数值模拟高能中子照相[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
3 张宏俊;胡碧涛;;Pu材料周围中子场的蒙特卡罗计算[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年
4 黄卫新;方国明;;核辐射脉冲模拟软件实现研究[A];第四届中国核学会省市区“三核”论坛论文集[C];2007年
5 许淑艳;;核与辐射设施安全与防护领域中的蒙特卡罗计算问题[A];全国核与辐射设施退役学术研讨会论文集[C];2007年
6 刘保杰;许淑艳;焦学胜;;蒙特卡罗方法在单色器屏蔽体设计中的应用[A];全国核与辐射设施退役学术研讨会论文集[C];2007年
7 王国平;肖剑;桑民敬;何昆;李少鹏;;低温氢循环压力平衡系统研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第6册)[C];2009年
8 杜川华;许献国;赵洪超;;利用EGSnrc计算X射线在不同材料中的衰减[A];第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(2)[C];2008年
9 孙健;来永芳;张力军;朱玲赞;鲁远;;无人直升机航测系统探测效率的M-C计算[A];第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(2)[C];2008年
10 张法磊;邵晖;李润新;程松;;航空放射性测量的蒙卡计算[A];第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];2010年
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2 马丽珍;自由空间量子通信中偏振光子传输和操控的理论与模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
3 张梦龙;HDR近距离放射治疗剂量学参数实验测量方法研究[D];北京协和医学院;2009年
4 王瑞宝;汽车线束寄生参数和串扰预测研究[D];吉林大学;2011年
5 刘洋;基于可视中国人体素数据的内辐射剂量研究[D];华中科技大学;2011年
6 陈波;BaFX成像板的辐射探测特性及其在总α测量中的应用[D];复旦大学;2011年
7 申凤君;X射线荧光测井关键技术研究[D];成都理工大学;2011年
8 李吉功;室外时变气流环境下机器人气味源定位[D];天津大学;2010年
9 于华伟;随钻环境下脉冲中子测量地层密度的理论基础研究[D];中国石油大学;2011年
10 周日峰;高能X射线工业CT气固混合型电子倍增辐射探测器探索研究[D];重庆大学;2011年
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1 余波;惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统和非线性重建方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 张绚;双轴闪光照相系统中的散射问题研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 杨佳音;反应堆中子分布与屏蔽设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 高威;基于遗传算法的核材料γ能谱分析技术研究[D];辽宁师范大学;2010年
5 史鹏;偏振光子的大气传输及光子与腔—量子点的相互作用[D];中国海洋大学;2010年
6 胡跃波;胶州湾溢油动态预报模式及可视化研究[D];中国海洋大学;2010年
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8 程月东;宽基硅二极管(PIN)探测器的研究[D];江南大学;2010年
9 马维云;钛酸锶钡铁电陶瓷的电性能研究及其薄膜制备[D];昆明理工大学;2010年
10 王蓬;基于高速采集卡的伽马能谱仪设计[D];中国地质大学(北京);2011年
【同被引文献】
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1 郭立平,李际周;CARR上的应力测量中子衍射谱仪概念设计和模拟研究[J];核技术;2005年03期
2 李新喜;黄朝强;王燕;陈波;;双盘斩波器的设计与优化[J];核技术;2008年05期
3 郭立平,杨同华,王洪立,孙凯,赵志祥;中国先进研究堆冷中子导管的模拟研究[J];原子能科学技术;2003年04期
4 沈峰,贾占礼,袁履正;研究堆冷中子源装置的研究现状[J];原子能科学技术;2004年01期
5 王洪立,张莉,郭立平,杨同华,赵志祥;弯曲中子导管传输效率研究[J];原子能科学技术;2004年S1期
6 沈峰;袁履正;;中国先进研究堆冷中子源核发热和冷中子增益研究[J];原子能科学技术;2006年01期
7 沈峰;袁履正;贾占礼;;中国先进研究堆冷中子源中子性能和自稳特性优化研究[J];原子能科学技术;2007年02期
8 金华晋;中国先进研究堆进展[J];中国原子能科学研究院年报;1997年00期
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1 郭立平;中国先进研究堆中子散射谱仪的模拟和优化研究[D];中国原子能科学研究院;2003年
【二级引证文献】
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1 宋建明;黄朝强;阳剑;陈波;;中子三轴谱仪输入谱模拟与优化计算[J];核电子学与探测技术;2008年06期
【相似文献】
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1 杨浩智;吴展华;成之绪;田庚方;刘蕴韬;陈东风;;德国中子仪器引进[J];中国原子能科学研究院年报;2007年00期
2 郭立平;孙凯;;蒙特卡罗模拟在中子散射大型科学装置上的应用[J];世界科技研究与发展;2007年02期
3 李世亮;戴鹏程;;中子三轴谱仪的原理、技术与应用[J];物理;2011年01期
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5 仇春华;李兴;;中子散射谱仪的计算机测控系统的设计与调试[J];中国原子能科学研究院年报;2005年00期
6 梁峰;王洪立;张莉;杨同华;刘蕴韬;;中子导管工程及中子散射工程相关工作进展[J];中国原子能科学研究院年报;2006年00期
7 王俊桥;陈济舟;崔静;;利用WANS研究非晶结构的微机程序[J];天津理工大学学报;1989年02期
8 王俊桥,陈济舟,崔静;根据中子散射计算非晶态物质径向分布函数的N-RDF程序[J];物理;1990年05期
9 张绍英,王芳卫;第二届散裂中子源多学科应用研讨会简讯[J];物理;2005年10期
10 ;核蛋白体的中子散射研究[J];生物化学与生物物理进展;1977年06期
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1 陈东风;勾成;叶春堂;;中国先进研究堆上的中子散射研究[A];第十二届全国核物理大会暨第七届会员代表大会论文摘要集[C];2004年
2 陈东风;勾成;;中国先进研究堆上的中子散射研究[A];第八届全国X射线衍射学术会议论文集[C];2003年
3 陈东风;刘蕴韬;柳卫平;赵志祥;;中国先进研究堆中子散射谱仪建设的新进展[A];第三届散裂中子源多学科应用研讨会论文集[C];2006年
4 程贺;韩志超;;小角中子散射及其在软物质研究中的应用[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 郭立平;孙凯;陈东风;张百生;杜红林;成之绪;;中子散射谱仪的模拟技术和应用[A];Hyperfine Interaction and Nuclear Solid State Physics--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2001年
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7 ;会议日程[A];Application of Spallation Neutron Source--Proceedings of CCAST(World Laboratory) Workshop[C];2004年
8 李峻宏;Jan.aroun;高建波;李际周;祖勇;刘荣灯;刘蕴韬;陈东风;;中国先进研究堆中子残余应力谱仪模拟与优化[A];第十四届全国核物理大会暨第十届会员代表大会论文集[C];2010年
9 ;前言[A];Application of Spallation Neutron Source--Proceedings of CCAST(World Laboratory) Workshop[C];2004年
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1 记者 唐先武 通讯员 李枭雄;中德中子散射联合实验室揭牌[N];科技日报;2010年
2 记者 唐先武;我国自主设计建造中国先进研究堆首次临界[N];科技日报;2010年
3 中国原子能科学研究院党委书记 张昌明;60年为我国核科技发展建功立业[N];科技日报;2010年
4 记者 唐先武;先进堆中子束应用关键技术研究启动[N];科技日报;2010年
5 记者 唐先武 通讯员 陈晓鹏 李枭雄;中科院要加强与原子能院密切合作[N];科技日报;2009年
6 本报记者 段心鑫 国核上海核工程研究设计院院长 郑明光;中国原子能科学研究院院长赵志祥:积极建设完整核科技创新体系[N];中国能源报;2010年
7 何悟理;我国核基础研究获长足发展[N];科技日报;2006年
8 冷剑阁;纳米燃油技术获多国发明专利[N];科技日报;2004年
9 本报通讯员  陈钟麟 陈琴 岳维宏;以国家核科学技术发展为己任[N];科技日报;2006年
10 国家家用电器质量监督检验中心综合检验部主任 鲁建国;家用洗衣机能效标识的检测[N];中国质量报;2007年
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1 王洪立;中子导管的设计和优化[D];中国原子能科学研究院;2004年
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10 肖红文;中子单色器晶体的模型、性能和生产检测工艺的研究[D];中国原子能科学研究院;2006年
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1 张明葵;CARR数字化保护系统测试系统的研制[D];中国原子能科学研究院;2004年
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