中子学分析对聚变堆尤其是其氚增殖包层的设计和安全运行具有重要意义,基于蒙特卡罗方法的模拟是聚变中子学分析的常用手段。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)为研究对象,研究蒙特卡罗程序GEANT4在...中子学分析对聚变堆尤其是其氚增殖包层的设计和安全运行具有重要意义,基于蒙特卡罗方法的模拟是聚变中子学分析的常用手段。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)为研究对象,研究蒙特卡罗程序GEANT4在聚变中子学分析中的应用,开展截面库基准测试计算,验证G4NDL截面库在聚变中子学分析中的适用性。采用编程方式和借助McCAD转换方式在GEANT4中分别建立CFETR一维柱壳模型和三维模型,并设置中子源和计数方式,实现了GEANT4中CFETR中子学分析模型的建立。在GEANT4中自主开发了新的物理过程,设置反射面边界,计算获得了中子壁负载。结果表明:GEANT4与MCNP计算结果差异小于1%,验证了反射面设置的有效性和GEANT4在聚变中子学工程分析中应用的可行性。展开更多
聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成DAGMC(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分...聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成DAGMC(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分析效率。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineerging Test Reactor,CFETR)为对象,开展OpenMC在聚变中子学分析中的应用研究。基于CFETR一维柱壳模型验证OpenMC与MCNP计数结果的一致性。根据等离子体空间分布特点,基于源扩展接口自定义源类和源函数准确描述复杂聚变中子源。利用DAG-OpenMC的CAD几何功能成功建立了CFETR的三维模型,并计算获得了中子壁负载分布、氚增殖率和核热沉积等物理量。结果表明:DAG-OpenMC与MCNP的计算结果具有极好的一致性。在建立复杂的聚变堆工程模型时,基于CAD几何功能极大地提高了建模效率。DAG-OpenMC在聚变中子学应用中关键问题的验证表明了其处理复杂工程结构条件下聚变中子学问题的可行性。展开更多
离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF...离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明:ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。展开更多
针对可能存在的单次脉冲高γ射线与中子比、10 ns级γ射线和10 m s级聚变中子辐射场,根据射线与物质的相互作用原理,初步提出了综合利用电流和计数模式的方法对辐射场中的γ射线和聚变中子进行探测。该辐射场中的γ射线脉冲比聚变中子...针对可能存在的单次脉冲高γ射线与中子比、10 ns级γ射线和10 m s级聚变中子辐射场,根据射线与物质的相互作用原理,初步提出了综合利用电流和计数模式的方法对辐射场中的γ射线和聚变中子进行探测。该辐射场中的γ射线脉冲比聚变中子提前到达,从而降低了辐射探测背景,更有利于信号的提取。展开更多
The magnetic proton recoil（MPR）spectrometer is a novel diagnostic instrument with high perfor-mance for measurements of neutron spectra in inertial confinement fusion（ICF）experiments and high power fusion devices....The magnetic proton recoil（MPR）spectrometer is a novel diagnostic instrument with high perfor-mance for measurements of neutron spectra in inertial confinement fusion（ICF）experiments and high power fusion devices.A compact MPR-type spectrometer dedicated to the research of pulsed deuterium-tritium（DT）neutron spectroscopy of special experimental conditions is currently under design.Analyses of the main parameters and performance of the magnetic analysis system through 3-D particle transport calculations and MonteCarlo simulations and calibration of the system performance as a test using CR-39 solid track detector and α particle from 239pu and 226Ra radioactive sources are presented in this paper.The results indicate that the magnetic analysis system will achieve a detection efficiency level of 10-5-10-4 at an energy resolution of 1.5%-2.1%,and fulfills the design goals of the spectrometer.展开更多
文摘中子学分析对聚变堆尤其是其氚增殖包层的设计和安全运行具有重要意义,基于蒙特卡罗方法的模拟是聚变中子学分析的常用手段。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)为研究对象,研究蒙特卡罗程序GEANT4在聚变中子学分析中的应用,开展截面库基准测试计算,验证G4NDL截面库在聚变中子学分析中的适用性。采用编程方式和借助McCAD转换方式在GEANT4中分别建立CFETR一维柱壳模型和三维模型,并设置中子源和计数方式,实现了GEANT4中CFETR中子学分析模型的建立。在GEANT4中自主开发了新的物理过程,设置反射面边界,计算获得了中子壁负载。结果表明:GEANT4与MCNP计算结果差异小于1%,验证了反射面设置的有效性和GEANT4在聚变中子学工程分析中应用的可行性。
文摘聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成DAGMC(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分析效率。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineerging Test Reactor,CFETR)为对象,开展OpenMC在聚变中子学分析中的应用研究。基于CFETR一维柱壳模型验证OpenMC与MCNP计数结果的一致性。根据等离子体空间分布特点,基于源扩展接口自定义源类和源函数准确描述复杂聚变中子源。利用DAG-OpenMC的CAD几何功能成功建立了CFETR的三维模型,并计算获得了中子壁负载分布、氚增殖率和核热沉积等物理量。结果表明:DAG-OpenMC与MCNP的计算结果具有极好的一致性。在建立复杂的聚变堆工程模型时,基于CAD几何功能极大地提高了建模效率。DAG-OpenMC在聚变中子学应用中关键问题的验证表明了其处理复杂工程结构条件下聚变中子学问题的可行性。
文摘离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明:ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。
基金Supported by Science and Technology Development Foundation of China Academy of Engineering Physics (2008B0103003)
文摘The magnetic proton recoil（MPR）spectrometer is a novel diagnostic instrument with high perfor-mance for measurements of neutron spectra in inertial confinement fusion（ICF）experiments and high power fusion devices.A compact MPR-type spectrometer dedicated to the research of pulsed deuterium-tritium（DT）neutron spectroscopy of special experimental conditions is currently under design.Analyses of the main parameters and performance of the magnetic analysis system through 3-D particle transport calculations and MonteCarlo simulations and calibration of the system performance as a test using CR-39 solid track detector and α particle from 239pu and 226Ra radioactive sources are presented in this paper.The results indicate that the magnetic analysis system will achieve a detection efficiency level of 10-5-10-4 at an energy resolution of 1.5%-2.1%,and fulfills the design goals of the spectrometer.
