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中科院研發(fā)出世界Z強(qiáng)氘氚中子源News
中科院研發(fā)出世界Z強(qiáng)氘氚中子源
更新時間:2018-02-01 點(diǎn)擊次數(shù):1330次

核能是20世紀(jì)人類zui偉大的成就之一。中子被稱為核能系統(tǒng)的“靈魂”,是反應(yīng)堆中核反應(yīng)的觸發(fā)粒子和能量載體,也是產(chǎn)生核熱能和引發(fā)放射性的源頭。中子源是產(chǎn)生、研究、利用中子的*科學(xué)裝置,也是開展中子物理與輻射安全、先進(jìn)核能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及核技術(shù)交叉應(yīng)用等研究的重要實(shí)驗(yàn)平臺。

據(jù)《科技日報(bào)》2月1日報(bào)道,日前,中科院核能安全技術(shù)研究所FDS鳳麟核能團(tuán)隊(duì)的科研人員,在中子輸運(yùn)物理與技術(shù)方面取得突破性創(chuàng)新研究成果。該團(tuán)隊(duì)研發(fā)出強(qiáng)流氘氚中子源實(shí)驗(yàn)裝置HINEG,其中子源強(qiáng)度創(chuàng)現(xiàn)行同類裝置中的世界*。那么,這個“世界zui強(qiáng)氘氚中子源”究竟強(qiáng)在哪呢?

HINEG-I離子注入系統(tǒng)(圖:中科院)

*中子靶,承受的熱流密度是太陽表面的3倍

“中子靶是HINEG的核心系統(tǒng)之一,強(qiáng)流離子加速器產(chǎn)生的高功率氘離子束轟擊含有氚的中子靶,在靶上發(fā)生氘氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生中子。”中科院核能安全技術(shù)研究所所長、FDS鳳麟核能團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建人吳宜燦研究員告訴科技日報(bào)記者。為了產(chǎn)生強(qiáng)流的中子束,靶需要承受高功率離子束的轟擊,從而帶來靶上高強(qiáng)熱流散出的難題。

“HINEG中子靶承受的熱流密度是太陽表面熱流密度的3倍。如果散熱問題解決不好,靶溫度迅速升高,其內(nèi)含有的氚會快速釋放,就無法實(shí)現(xiàn)中子的持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生。靶溫升高過快時,甚至?xí)霈F(xiàn)瞬間被熔穿燒毀的情形。”吳宜燦說。

針對中子靶的散熱難題,F(xiàn)DS鳳麟核能團(tuán)隊(duì)發(fā)明了陣列射流耦合強(qiáng)剪切場的散熱技術(shù),并通過反復(fù)驗(yàn)證測試,成功實(shí)現(xiàn)了散熱,將靶的溫度控制在200℃以內(nèi)。

不帶電的中子也能做到調(diào)控

氘氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生14兆電伏(MeV)的單能中子,為模擬再現(xiàn)先進(jìn)核能系統(tǒng)的復(fù)雜中子能譜環(huán)境,需要對產(chǎn)生的單能中子進(jìn)行調(diào)控以便開展各類實(shí)驗(yàn)研究,這無疑是另一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

“我們知道,電子、質(zhì)子是帶電粒子,可以利用電場或磁場對這些帶電粒子進(jìn)行控制,但中子是不帶電的,無法用電磁場對其進(jìn)行調(diào)控,不過可以通過中子與特定材料中原子核的反應(yīng)過程來進(jìn)行調(diào)控,這就需要的理論方法與實(shí)驗(yàn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。”吳宜燦告訴記者。

FDS鳳麟核能團(tuán)隊(duì)以中子輸運(yùn)理論研究成果為基礎(chǔ),發(fā)明了中子輸運(yùn)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)核能系統(tǒng)的復(fù)雜中子能譜環(huán)境的準(zhǔn)確再現(xiàn),對先進(jìn)核能系統(tǒng)研究具有重要意義。

核能及核技術(shù)交叉應(yīng)用研究的重要平臺

與傳統(tǒng)核反應(yīng)堆相比,先進(jìn)核能系統(tǒng)可極大提高資源利用率,并降低核廢料的產(chǎn)生。HINEG可以真實(shí)再現(xiàn)多種類型先進(jìn)核能系統(tǒng)的復(fù)雜中子能譜環(huán)境,開展理論與程序驗(yàn)證、核數(shù)據(jù)測量與驗(yàn)證、反應(yīng)堆部件核性能驗(yàn)證等實(shí)驗(yàn)研究。

中子照相是一種檢測物質(zhì)內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)的“顯微探測”技術(shù),它利用中子在不同物質(zhì)中穿透能力的差異來洞察物體內(nèi)部結(jié)構(gòu),在檢測含氫材料、重金屬組件結(jié)構(gòu)、放射性材料等方面彌補(bǔ)了X光等其他無損檢測技術(shù)的不足。HINEG產(chǎn)生的強(qiáng)流中子束可用于開展高精度的無損檢測,服務(wù)于我國航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展。

中子治癌是目前正在快速發(fā)展的癌癥治療方法,該方法是一種身具固有安全性的生物靶向放射治療模式,對患者正常組織損傷小,可有效提高患者的生命質(zhì)量,開創(chuàng)了人類攻克惡性腫瘤的新途徑。有專家表示,在癌癥領(lǐng)域,20世紀(jì)可以說是X射線的世紀(jì),而21世紀(jì)將是中子治療的世紀(jì)。HINEG可作為中子治癌技術(shù)研究的重要平臺,可促進(jìn)我國在中子治癌領(lǐng)域的發(fā)展。


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