[发明专利]一种模拟混合堆裂变包层的一维实验装置

说明书

本发明公开了一种模拟混合堆裂变包层的一维实验装置，该装置包括上、下两个分离的刚性的半球壳、中子源靶室及铀基套筒，每个半球壳包括从外至内同心设置并依次交替排列的铀基金属半球壳和碳氢聚合物半球壳；铀基金属半球壳的层数m≥2，碳氢聚合物半球壳的层数n≥1。所述装置中的铀基金属球壳、碳氢聚合物球壳、中子源靶室与铀基套筒通过公差配合装配为一体。本发明的一维实验装置能够更好地模拟混合堆裂变包层的中子学性能和封闭的包层结构形态，并实现铀水比（核子）的可调，满足对不同的混合堆裂变包层设计概念的验证需求，并且使用效率高、验证成本低，具有工程可实现、铀氢比易调、建模精确等优点。

技术领域

本发明属于中子学实验领域，具体涉及一种模拟混合堆裂变包层的一维实验装置。

背景技术

为开发新型能源系统，基于聚变裂变混合型次临界能源堆（简称混合堆）的多种概念设计被提出。作为混合堆，能量放大倍数M是物理设计关心的重要物理量之一。燃料、慢化剂的装载情况决定着混合堆的能谱，从而直接影响其能量放大及燃耗。为了分析之间的关系，科学家们将燃料、慢化剂的装载情况通过铀水比（核子）作为表征来进行分析。概念设计的可行与否、理论分析的可靠与否以及必要的设计裕量怎么判断，验证实验势在必行，关键在于建立一种模拟混合堆裂变包层的一维实验装置。比如，一个包层的能量放大因子M设计值为11，考虑到安全系数、设计可靠因素，这个包层的能量放大因子M实际值可能提高到12。目前，国外同行采用长方形的锂块、石墨块，通过搭积木的方式构建过类似的实验装置，其存在明显的缺点：结构的精确分析有困难，后期建模不够准确。由于外边界和内部交替边界为异型，这类装置在理论计算时难以准确描述其结构，实验布点上也存在困难。

综上，当前亟需发展一种能解决分析不够精确、铀氢比易调、建模不够准确、实验布点困难等缺陷的模拟混合堆裂变包层的实验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种铀氢比易调、工程可实现、建模精确的模拟混合堆裂变包层的一维实验装置。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：一种模拟混合堆裂变包层的一维实验装置，其特点是：包括铀基金属半球壳、碳氢聚合物半球壳、中子源靶室和铀基金属套筒；

所述的一维实验装置包括上、下两个分离的半球壳，每个半球壳包括从外至内同心设置并依次交替排列的铀基金属半球壳和碳氢聚合物半球壳，最内层的半球壳为铀基金属半球壳；铀基金属半球壳的层数m≥2，碳氢聚合物半球壳的层数n≥1；

所述的上、下两个分离的刚性的半球壳的接触面开有放置中子源靶室的凹槽，组合后铀基金属半球壳、碳氢聚合物半球壳、中子源靶室形成一个封闭的球体；中子源靶室的靶头位于半球壳中心；

所述的上半球壳内固定有指向半球壳中心的铀基金属套筒，铀基金属套筒内放置有与上半球壳分层排列的铀基金属半球壳、碳氢聚合物半球壳对应的铀基塞块、碳氢聚合物塞块；

所述的铀基金属材料，根据实验测试要求可为贫化铀、浓缩铀、氧化铀、铀锆合金及铀钼合金。所述的碳氢聚合物材料可为聚乙烯、聚丙烯。

优选的，所述的铀基金属半球壳、碳氢聚合物半球壳为刚性实心结构。

优选的，所述的铀基金属半球壳、碳氢聚合物半球壳为刚性空心，且内充液体、粉末或颗粒材料中的一种结构。

优选的，所述的铀基金属半球壳的层厚范围为4cm~5cm，碳氢聚合物半球壳的层厚范围为1c~3cm。

优选的，所述的中子源靶室的材料为不锈钢。

优选的，所述的铀基金属套筒的顶端通过卡环固定，铀基金属套筒的尾端直径减小并封闭。

优选的，所述的铀基塞块、碳氢聚合物塞块的厚度范围为5mm~20mm。