摘要:射频四极场加速器(Radio Frequency Quadrupole,RFQ)广泛应用于质子加速器装置中,高频率、紧凑型RFQ的发展可以推动质子加速器装置的小型化,同时也面临调谐困难的问题。紧凑型RFQ的性能对腔体尺寸的敏感度高,基于理论物理特性的传统调谐算法难以取得良好效果,而基于腔体实际物理特性的调谐算法则可以解决紧凑型RFQ的调谐难点。本文提出了一种基于响应矩阵和最小二乘法的调谐算法,该算法可以限定求解的范围,避免计算结果超出调谐器可调谐范围的问题;为二极场分量赋予权重,可以高效地降低二极场误差,解决二极场分量难以调谐的问题。根据新的调谐算法分别在模拟环境下的RFQ样机上完成了调谐实验,在搭建的测量平台获得的结果显示:初始状态下二、四极场误差分别为24.09%和1.57%,经过5次调谐后两者误差分别降为2.33%和1.39%,验证了调谐算法的有效性。该调谐算法具有普适性,也可以用于其他频率的RFQ,将来还可以促进质子加速器装置的小型化,推动医用质子装置的普及。
摘要:氮化镓功率器件凭借优异性能被抗辐照应用领域重点关注,为探究氮化镓功率器件抗γ射线辐照损伤能力,明确其辐射效应退化机制,针对增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)器件开展不同偏置(开态、关态和零偏置)条件下的γ射线辐照与不同温度的退火试验,分析器件电学性能同偏置条件和退火环境之间的响应规律。结果表明:随着γ射线辐照剂量的增加,器件阈值电压负漂,跨导峰值、饱和漏电流和反向栅泄漏电流逐渐增加,且在开态偏置条件下器件的电学特性退化更加严重;此外,高温环境下退火会导致器件的电学性能恢复更加明显。分析认为γ射线辐照剂量越高,产生的辐照缺陷越多,同时栅极偏压会降低辐照引发的电子-空穴对的初始复合率,逃脱初始复合的空穴数量增多,进一步增加了缺陷电荷的浓度;而高温环境会导致器件发生隧穿退火或热激发退火,有助于器件性能恢复。氮化镓功率器件的辐照损伤过程及机理研究,为其空间环境应用的评估验证提供了数据支撑。
摘要:针对测量系统本身导致的脉冲截断给脉冲高度分析带来的挑战,本研究提出一种复合神经网络模型,用于预测产生了截断的脉冲高度。该模型将长短期记忆模型(Long and Short-term Memory,LSTM)嵌入UNet结构,采用模拟脉冲数据集对模型进行训练,使用相对误差指标对模型性能进行评估。结果显示:在对模拟脉冲序列进行脉冲高度估计时,UNet-LSTM模型的平均相对误差约为2.31%,相较于传统的梯形成形算法的平均相对误差降低了1.91%;在粉末铁矿样品和粉末岩石样品的实际测量中,不同截断率的实测脉冲序列也进一步验证了UNet-LSTM模型的脉冲高度估计性能,在两种样品、8组离线脉冲序列的高度估计中得到的平均相对误差为2.36%,表明该模型可以准确估计截断脉冲的高度。
摘要:核电仿真技术被广泛地应用于反应堆设计、安全分析、独立安全评价、事故缓解措施、控制与保护系统设计与优化、先进主控室设计验证、操作员培训等方面的研究,有效地提高了核电厂的安全性和经济性。为满足液态燃料熔盐堆实时建模与仿真需求,基于实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的开源、开放式架构,集成了具备实时动态交互功能的液态燃料熔盐堆系统分析程序RELAP5-TMSR和图形化人机交互界面模块,扩展了可视化控制与保护系统模块,开发了适用于液态燃料熔盐堆的开放式实时建模与仿真平台ThorTypography。以熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)的启泵、停泵、自然循环和反应性引入实验作为基准题,对ThorTypography平台开展了正确性验证和实时性测试。验证和测试结果表明:ThorTypography实时建模与仿真平台的计算结果和RELAP5-TMSR独立计算结果基本一致,均与MSRE实验数据符合较好;实时性测试数据显示,平台具有良好的实时性能。ThorTypography适用于液态燃料熔盐堆系统实时建模与仿真,能够为熔盐堆设计、运行和安全分析提供有效的支持。
摘要:基于斯特林技术的千瓦级热管反应堆实验(Kilowatt Reactor Using Stirling Technology,KRUSTY)开展了目前国内外唯一完成且公开发表的热管冷却反应堆带核实验,实验开展的工况包括冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故等,这些工况下的带核实验数据对于热管堆瞬态分析程序的验证至关重要。本文自主研发了适用于热管反应堆的瞬态分析程序TAPIRS-D,采用KRUSTY带核实验数据对该程序展开了验证,对实验开展的冷态启动、负载变化、热管失效、反应性引入及热阱丧失事故进行了模拟计算和对比。验证结果表明:TAPIRS-D程序计算结果与实验数据符合较好,各工况下模型计算燃料温度的最大相对误差小于2%,整体功率的计算平均误差小于10%,预测的堆芯功率与温度瞬态响应与实验数据趋势符合一致,验证了TAPIRS-D程序的准确性与可靠性。本文研究可为其他新开发的热管堆热工安全分析程序的验证工作提供参考。
摘要:熔盐堆作为第四代先进核能系统之一,在安全性、经济性、防核扩散和可持续性等方面具有独特的优势。为了保障熔盐堆运行安全,需要快速、准确地识别瞬态工况,目前的瞬态识别方法主要依赖于操作员人工识别,这会引入较大的人为因素,严重影响核电安全。为了减少熔盐堆系统瞬态识别过程中引入的人为因素,提高熔盐堆运行安全,使用RELAP5-TMSR程序对美国橡树岭国家实验室建造运行的熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)的瞬态工况进行建模与仿真,产生数据集,基于K近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)机器学习方法,建立了熔盐堆系统瞬态识别模型,并对识别模型在噪声下的鲁棒性进行了分析和优化。结果显示:基于KNN方法建立的熔盐堆系统瞬态识别模型在测试集上的F1分数达到99.99%;在噪声下的识别F1分数达到94.32%,具有较高的鲁棒性;进一步优化后的熔盐堆系统瞬态识别模型在噪声下的F1分数达到99.73%,能较为准确地识别MSRE的瞬态工况,满足熔盐堆系统瞬态识别需求。基于KNN方法的熔盐堆系统瞬态识别模型能够有效识别系统瞬态工况,可应用于熔盐堆智能运维,确保熔盐堆运行安全。
摘要:反应堆发生严重事故后,将堆芯熔融物滞留在压力容器内的策略(In-vessel Retention,IVR)是作为缓解严重事故的一项重要措施,该策略已成功应用于AP1000、华龙一号和CAP1400等先进压水堆的严重事故管理中。在实施IVR策略时,下封头受到高温熔融物的热负荷会发生变形,下封头的变形改变堆腔的冷却流道,这会直接影响压力容器外部冷却的排热能力和IVR策略的成功实施,有必要对下封头变形展开研究和应用。针对ISAA(Integrated Severe Accident Analysis)程序LHTCM(Lower Head Thermal Creep Module)模型简化薄膜应力模型十分简单和缺乏计算变形模块的问题,本文从机理出发,基于Timoshenko板壳理论、Nortron蠕变定律和大变形塑性理论开发了机理模型—下封头大变形模型,并将该模型集成到一体化严重事故分析程序ISAA中对FOREVER-EC2实验进行应用,预测失效时间与实验的误差仅为1.9%,预测底部伸长量与实验测量值较为符合,破口位置与实验一致。分析结果表明该模型能准确预测在堆芯熔化严重事故中下封头所受应力、失效时间、整体形变和破口位置。