• 大面积SiPM阵列混合模式读出电子学的设计

    分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-07-04

    摘要: 放射性物质的准确定位对于寻找“孤儿源”、核设施去污和退役、辐射防护最优化等至关重要。硅光电倍增器(Silicon Photomultiplier,SiPM)已经广泛应用于闪烁体探测系统。为实现低成本大视野高分辨探测系统,设计验证了将电阻网络、前置放大电路和ASIC模块相结合的混合模式读出电路。为了提高定位的鲁棒性,先用单根硅酸钇镥闪烁晶体(LYSO)标定了定位阈值,进一步更换掺铈钆铝镓石榴石晶体(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet, GAGG(Ce))阵列,用241Am点源检验标定实验的结果,测试结果显示:读出电路RMS噪声约为3mV,很好地保留了信号的能量和位置信息,平均能量分辨率约为12.13%。设计的混合模式读出电路将64路SiPM信号简化为4路,探测器输出信号通道数减少16倍,单个ASIC模块能同时读出1024个SiPM单元,能大大降低大面积SiPM阵列读出的成本。

  • 放射性测量中重要参数计算方法研究

    分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-06-28

    摘要: 放射性测量广泛存在于核技术应用的各个领域,测量不确定度、置信区间、探测限等是放射性测量的重要参数,其计算结果直接影响相关决策。利用偏导数方法和蒙特卡洛方法研究α粒子活度浓度测量中的重要参数:首先对测量结果不确定度来源进行分析,再利用偏导数和MC(Monte Carlo)方法计算α粒子活度浓度不确定度、置信区间、判定阈和探测限等。结果表明:当输入量不确定度高于10%时,两种计算方法所得置信区间与不确定度结果相对偏差大于15%;输入量相对不确定度较小时,探测限约判定阈的2倍。偏导数方法应用较广,但未考虑输入量的概率分布形式,不适用于复杂和特殊输入量的模型,据此可借助蒙特卡罗方法得到更加可靠的计算结果,这两种方法可以互补应用。 

  • 双输出SiPM前置放大器设计与分析

    分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-05-21

    摘要: 为了适配闪烁体与硅光电倍增管(Silicon photomultiplier, SiPM)耦合探测器的不同应用场景,设计了基于OPA855芯片的跨阻放大器(Transimpedance Amplifier, TIA)和电压反馈放大器(Voltage Feedback Amplifier, VFB)。跨阻放大器的带宽为101MHz低于电压反馈放大器的381MHz,但其基线噪声 σnoise≅ 448.32μV优于电压反馈放大器的 σnoise≅ 680.96μV。实验结果表明:两类前置放大器均可提供高带宽和低输入噪声,并用于SiPM不同的输出模式。室温下,采用SiPM耦合掺铈钆铝镓石榴石(Cerium-doped Gadolinium Aluminum Gallium Garnet, GAGG(Ce))探头对 241Am源进行信号测量,分析了SiPM标准输出脉冲和快输出脉冲的影响因素和适用场景。

  • TMSR熔盐泵实时异常监测系统设计与开发

    分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2024-05-20

    摘要: 熔盐泵是2 MW液态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel,TMSR-LF1)回路系统的主要设备之一,承担着驱动熔盐在回路中循环的重要职责。熔盐泵运行的安全性和可靠性直接影响到反应堆运行的安全性和经济性,而状态监测是保证系统运行安全性和经济性的有效手段。为了能够及时发现设备及系统的运行异常,帮助操作员更快速掌握设备运行情况信息,为视情检修提供依据,基于Windows呈现基础(Windows Presentation Foundation, WPF)框架,采用MVVM(Model-View-ViewModel)模式开发了熔盐泵实时异常监测系统,实现了熔盐泵监测模型管理、实时监测与报警、异常信号定位、日志查询等功能。测试结果表明,该系统准确有效,且具有较高的稳定性,能够为操作和运行人员提供有效信息,辅助运行决策。相较于传统的DCS阈值报警,提高了异常检测的及时性和有效性,为后续智能运行支持的应用实现奠定基础。

  • 熔盐堆用U型管壳式换热器的传热与流动特性模拟分析

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2024-05-12

    摘要: 为更好的理解和掌握熔盐换热器的运行特征,并给熔盐堆中换热器的设计和运行累积经验,本文以美国橡树岭国家实验室10MWt熔盐实验堆(MSRE)用的主换热器为研究对象,基于该换热器的设计参数,应用管壳式换热器的理论计算方法(包括Kern方法和Bell-Delaware方法)、换热器设计软件HTRI Xchanger Suite和计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)对换热器的关键性能指标(如换热系数、压降和换热功率)分别进行了计算分析,并与MSRE主换热器的实验数据进行比较分析。结果表明:两种理论计算方法(Kern方法、Bell-Delaware方法)、HTRI软件及CFD仿真模拟的结果与实验结果的差异均在可接受范围内,其中Kern方法与MSRE实验所得的换热量相差最大、约为15%,HTRI软件模拟与MSRE实验所得的总换热系数相差最小、为0.16%;理论计算方法、换热器设计软件及CFD仿真均不同程度适用于熔盐-熔盐换热器设计,且CFD仿真还可对换热器内部传热和流动细节进行直观描述。

  • 基于TMSR-PNS的宽能区中子束流监测器的模拟研究

    分类: 核科学技术 >> 核探测技术与核电子学 提交时间: 2024-05-11

    摘要: 针对钍基熔盐堆白光中子源(TMSR-PNS)在运行过程中出现中子束流掉束或打火导致的束流不稳定的问题,有必要设计研发一种具有高计数率、低中子束流影响、高中子/伽马甄别性能的中子束流监测器。基于蒙特卡洛模拟软件Geant4系统研究了薄膜塑料闪烁中子束流监测器的中子转换层厚度、闪烁体厚度、以及外壳材料等关键参数对薄膜闪烁体的影响规律,分析结果表明:闪烁体中子转换层厚度约为2 um时具有相对合适的本征探测效率,闪烁体厚度为2 mm、甄别阈值为0.1 MeV时监测器具备伽马射线不灵敏性能。同时,通过对比不同外壳材料对于γ射线产生电子的影响,选取电子产生较少的铁作为外壳材料。研究结果可为后续的中子束流监测器实物制备提供理论依据。

  • 熔盐堆流体动力学模型降阶方法适用性分析

    分类: 核科学技术 >> 裂变堆工程技术 提交时间: 2024-04-07

    摘要: 对于熔盐堆全堆高保真流体动力学计算,即使借助超级计算机的并行计算能力在面对快速甚至实时求解的问题仍然面临效率的巨大挑战,引入和采用模型降阶方法(Reduced Order Modeling,ROM),将能够有效解决这类问题。基于本征正交分解方法(Proper Orthogonal Decomposition, POD)与Galerkin投影法,引入基于有限体积的模型降阶方法(ROM based on Finite Volume approximation,FV-ROM)和上确界稳定模型降阶方法(ROM with supremizer stabilization,SUP-ROM),针对液态燃料熔盐堆(Liquid Fuel Molten Salt Reactor,LFMSR)层流和湍流瞬态工况开展适用性分析。结果表明,FV-ROM方法在速度误差和计算效率方面占有明显优势,层流和湍流瞬态速度平均L2相对误差低于0.5%和0.6%,且单步长的加速比分别为1500和1000倍左右;相比之下,SUP-ROM方法在压力预测方面表现出显著的优势,层流和湍流瞬态压力平均L2相对误差低至0.20%和0.38%。因此,通过FV-ROM和SUP-ROM两种方法相结合的方式进行熔盐堆流体动力学速度场和压力场预测,能够更加有效地提高流体动力学仿真的效率和确保瞬态模拟过程计算可靠性和精确度。

  • 利用22Na+p 厚靶弹性散射研究23Mg 质子共振态

    分类: 物理学 >> 核物理学 提交时间: 2024-01-09

    摘要: 22Na(p, )23Mg 和 19Ne(, p) 22Na 是新星环境下 NeNa-MgAl 循环以及 rp-过程的两个关键反应,对于理解 新星的演化和元素核合成有重要意义。因为涉及奇 A 核 23Mg 质子分离阈上的众多共振能级,目前这两个反 应的反应率仍有较大分歧。在兰州重离子加速器国家实验室的 RIBLL1 放射性束流线上,利用 22Na+p 厚靶逆 运动学弹性散射方法对复合核23Mg 的质子共振态进行了测量,获得了质心系能量1.5~4 MeV 区间 22Na(p,p) 的激发函数,发现了复合核 23Mg 明显的质子共振态结构,为进一步的 R-矩阵理论分析奠定了基础。

  • 一种热管熔盐堆塔式温差发电系统设计及分析

    分类: 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间: 2023-06-21

    摘要: 熔盐堆作为第四代先进反应堆的重要堆型之一,以高沸点熔盐为核燃料,具有高温输出、常压操作等特点。而基于温差发电的热管熔盐堆,兼具了熔盐堆、热管和温差发电的优势,具有输出温度高、热电转换效率高、结构简单及安全可靠等优点。故该堆型在能源系统领域具有极大的优势,是外太空及深海探测任务的理想能源。但因堆芯熔盐低热导率而形成的热管密集排布给热管冷凝段温差发电传热设计带来了难题。针对该堆型设计需求,本文提出适于熔盐堆的热管-温差发电耦合系统结构并进行了传热分析。堆芯热管冷凝段采用塔式温差发电系统结构设计,整体热端座与堆芯热管冷凝端相配合,形成从下至上的第1层至第N层热段套;冷端座套设于热端座外,内设冷端热管通道;热端座的外侧壁与冷端座的内侧壁之间贴有温差发电片,发电片间隙采用保温棉减少漏热。采用Ansys Workbench开展了适于热管熔盐堆的四层塔式温差发电系统传热仿真模拟,分析表明,系统运行时,整体塔座温度分布均匀,热量有效利用率大于 96%,系统漏热量小于4%,发电片两侧温差大于490℃,利于提高热电转换效率,设计具有可行性,有利于推动温差发电在热管熔盐堆中的应用。

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