CiADS固态功率源的可用性设计与分析

发布时间：2020-11-15 03:37

　　 加速器驱动次临界系统(ADS,Accelerator Driven Sub-critical System)被认为是一种清洁的可持续发展的能源系统之一;不仅能够将高放射性乏燃料嬗变成短寿命核废料,实现乏燃料的安全处理,而且次临界反应堆可以在嬗变乏燃料的同时输出电能,变废为宝。ADS加速器面临的一大挑战是高可用性要求。目前要对整个ADS超导加速器进行可用性设计与分析是困难的。根据各系统造成设备停机时间占比,对CiADS(China Initiative Accelerator Driven System)的可用性要求进行了分配,固态功率源的分配为0.999。然后对固态功率源进行了初步可用性设计,包括现场可更换单元设计以及初步可靠性设计,建立了可靠性框图模型进行分析。固态功率源的主放是其薄弱点,对固态功率源的可靠性有极大的影响,所以对其进行了冗余设计,然后使用Reliasoft软件建立了固态功率源各种冗余模型的可靠性框图,分析结果显示:当其他元件的平均故障间隔时间达到171702小时,25/28冗余设计可以满足0.999的可用性要求。本文的另一项工作是CADS-25MeV超导加速器稳定性研究,为以后CiADS超导加速器的建造设计提供依据。首先对CADS-25MeV超导加速器分别进行了脉冲束可靠性试验和连续束可靠性试验,发现高频系统和控制系统是影响加速器可靠性的两大主要原因。然后对CADS-25MeV超导加速器进行了维修性试验,发现电源系统和射频四极场(RFQ)加速器是影响加速器维修性的两大主要原因。最后,对CADS-25MeV超导加速器的失束次数进行了统计,造成失束的主要原因也是高频系统和控制系统。本文详细讨论了各个系统故障的原因以及提高超导加速器稳定性的措施。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL507
【部分图文】：

CiADS 固态功率源的可用性设计与分析目前国际上认为有两种方法可以产生嬗变，一是快中子反应堆（轻水堆、液态属燃料堆和聚变堆）[2,3,4,5,6,7,8]，二是利用加速器产生快中子，即加速器驱动次界系统（ADS）。ADS 由超导质子直线加速器、散裂靶和次临界堆组成，加速器产生高功率质子束流，轰击重金属靶产生快中子，驱动和维持次临界堆的核反应，对核废进行嬗变，同时得到一定能量的输出。图 1.1 为 ADS 原理图[1]。

绪论第二阶段，从 2017 年到 2024 年建成 500MeV@10mA 超导质子直线加速器粒流散裂靶和 10MW 次临界堆的 ADS 实验装置。第三阶段，到 2030 建成 1000MeV@15mA 超导质子直线加速器、颗粒流靶和 500MW 次临界堆的 ADS 工业示范装置。第四阶段，2030 年以后进行商业推广。

图 1.3 SNS 对失束次数的统计2010 年美国六大实验室出版的 ADS 白皮书对工业应用型 ADS 所需要的 1项技术做了一个评估：4 项技术目前能实现，8 项技术可能实现，4 项技术不能实现；其中 4 项不能实现的技术都是 ADS 可用性技术，在 8 项可能实现的技术中可用性技术占 2 项。由此可见可用性技术对 ADS 重要性。ADS 加速器对可用性要求比其他类型的加速器高是因为 ADS 发展的最终目的是商用，要盈利，必须满足一定的可用性，不然无法获得利润。ADS 白皮书披露的 ADS 对可用性要求如表 1.3 所示。表 1.3ADS 对可用性要求研究装置 工业示范装置 工业应用装置束流功率 1-2MW 10-75MW 10-75MW可用性 ＞50% ＞70% ＞85%
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 詹文龙;徐瑚珊;;未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J];中国科学院院刊;2012年03期

2 郭俊盛;加速器驱动的嬗变技术及应用──一个关于核能发展的热门话题[J];原子核物理评论;1999年04期

3 杨永伟;高放废物嬗变研究发展及前景[J];核动力工程;1996年03期

本文编号：2884294