强流离子束包络模拟软件开发及强流中子发生器的物理设计

发布时间：2021-11-13 22:00

　　本文总结了强流D-T/D-D中子发生器的现状及其重要应用,研究了束流传输理论,开发了强流离子束包络模拟计算软件,设计了强流中子发生器的主要部件,完成了400kV强流中子发生器的物理设计。首先,研究和总结了束流传输理论,并以强流束旁轴包络方程为模型,结合采用Poisson/Superfish软件模拟得到的加速管电场分布,对强流离子束包络模拟程序IONB中的加速管束流包络计算模块进行了升级,得到了升级版的强流离子束包络模拟软件IONB1.0,同时,采用FORTRAN,VB和Matlab混合编程的方法,开发了IONB1.0软件的可视化人机交互界面。其次,采用IONB1.0软件,模拟了400kV强流中子发生器40mA氘束流在传输系统中的束包络,给出了强流中子发生器的整体设计方案。分别设计了两条束流传输线,一条是非分析束传输线,另一条是分析束传输线,根据两条传输线的氘束流包络模拟结果,确定了各传输元件的参数。最后,研究了强流中子发生器的主要组成部件,采用国际通用的电磁场模拟软件Poisson/Superfish和自主开发的强流束包络模拟软件IONB1.0,完成了高压电极、离子源、加速管、空间电荷... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 中子物理与中子应用技术
    1.2 中子源的类型及基本特性
        1.2.1 中子源的类型及描述中子源特性的基本参数
        1.2.2 同位索中子源及其特性
        1.2.3 反应堆中子源及其特性
        1.2.4 加速器中子源及其特性
    1.3 强流D-T/D-D中子发生器研制的背景和意义
        1.3.1 对科学研究的重要性和必要性
        1.3.2 应用前景分析
        1.3.3 国内外研究现状和发展趋势
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 束流传输理论及强流离子束传输包络模拟软件开发
    2.1 束流传输理论及强流束旁轴包络方程
        2.1.1 束流相空间传输理论
        2.1.2 强流离子束旁轴包络方程的普遍形式
    2.2 强流离子束传输包络模拟软件开发
        2.2.1 束流包络的数值模拟方法
            2.2.1.1 非电场区域束流包络的数值模拟方法
            2.2.1.2 加速电场区束流包络的数值模拟方法
        2.2.2 IONB1.0程序可视化界面设计
            2.2.2.1 设计思想
            2.2.2.2 基于VB6.0的参数输入界面开发
            2.2.2.3 VB6.0与FORTRAN混合编程的一般方法
            2.2.2.4 VB6.0与Matlab混合编程的一般方法
        2.2.3 程序设计结果和使用简介
            2.2.3.1 程序界面
            2.2.3.2 程序使用简介
第三章 强流D束包络模拟及强流中子发生器束流传输系统物理设计
    3.1 强流中子发生器非分析D束传输系统物理设计
        3.1.1 强流中子发生器非分析D束流传输线设计方案
        3.1.2 非分析传输线D束流包络模拟及传输元件参数确定
    3.2 强流中子发生器分析D束传输系统物理设计
        3.2.1 强流中子发生器分析D束流传输线方案设计
        3.2.2 分析传输线D束流包络模拟及传输元件参数确定
第四章 强流中子发生器结构设计及元件设计
    4.1 强流中子发生器结构设计简介
    4.2 高压电极
        4.2.1 高压电极区域电场模拟
            4.2.1.1 Poisson/Superfish软件简介
            4.2.1.2 模拟模型的建立
        4.2.2 高压电极区域电场模拟结果
            4.2.2.1 高压电极端的电场强度分布(空气中)
            4.2.2.2 变压器油中电场强度分布
            4.2.2.3 环氧支撑柱表面电场强度分布(空气中)
            4.2.2.4 聚四氟乙烯表面附近电场分布
    4.3 离子源
        4.3.1 双等离子体离子源的结构
        4.3.2 双等离子体离子源的磁场分布模拟
        4.3.3 双等离子体离子源的供电系统
    4.4 加速管
        4.4.1 加速管的结构
        4.4.2 加速管的真空度和绝缘环
        4.4.3 加速管的屏蔽电极
        4.4.4 加速管中电子负载抑制
        4.4.5 加速管电场分布的模拟
            4.4.5.1 瓷环表面附近电场强度
            4.4.5.2 加速管外部电场强度分布(空气中)
            4.4.5.3 加速管内部电场强度分布(真空中)
            4.4.5.4 加速管轴线上的电场强度和电位分布
    4.5 空间电荷透镜
        4.5.1 空间电荷透镜的聚束原理
        4.5.2 空间电荷透镜的设计方案
        4.5.3 空间电荷透镜的电磁场分布模拟
        4.5.4 空间电荷透镜的聚焦性能
    4.6 三重四极磁透镜
        4.6.1 三重四极磁透镜的聚束原理
        4.6.2 三重四极磁透镜的结构
        4.6.3 三重四极磁透镜的磁场模拟
    4.7 分析磁铁
        4.7.1 分析磁铁的工作原理
        4.7.2 双聚焦分析磁铁对束流的聚焦作用
        4.7.3 双聚焦分析磁铁的结构设计
        4.7.4 双聚焦磁铁磁场强度计算
        4.7.5 分析磁铁的动量分辨率
        4.7.6 分析磁铁磁场分布的模拟
    4.8 旋转靶系统
第五章 强流中子发生器研制进展
第六章 总结与展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]400kV强流中子发生器的物理设计[J]. 卢小龙,姚泽恩,杨尧,闫思齐,何雄英,严晓军.  原子能科学技术. 2012(12)
[2]VB和Fortran混合编程在工程计算中的应用[J]. 李险峰.  锅炉技术. 2011(02)
[3]环氧及其复合材料气固界面快脉冲闪络特性[J]. 陈玉,成永红,阴玮,李维康,孟国栋,王增彬,周稼斌,吴锴.  西安交通大学学报. 2008(06)
[4]钍资源的核能利用问题探讨[J]. 顾忠茂.  核科学与工程. 2007(02)
[5]环氧树脂基真空绝缘材料的制备和性能测试[J]. 汤俊萍,张磊,邱爱慈,李盛涛,董勤晓,李静雅,王海洋.  强激光与粒子束. 2006(03)
[6]直流高压加速管轴向绝缘的优化设计[J]. 杨肖,毛本将,何小海.  强激光与粒子束. 2005(10)
[7]高速旋转氚钛靶系统设计和靶温度的数值模拟[J]. 姚泽恩,陈尚文,苏桐龄,曹磊,陈勤.  核技术. 2004(10)
[8]真空中氧化铝陶瓷表面耐压试验研究[J]. 雷杨俊,肖定全.  绝缘材料. 2004(03)
[9]用VB和Fortran混合编程开发科学计算软件[J]. 张学胜.  计算机应用. 2003(S1)
[10]95%氧化铝陶瓷性能检测与评估[J]. 曾桂生.  真空电子技术. 2003(04)

博士论文
[1]S波段电子直线加速器高功率同轴负载的研究[D]. 孙袁.中国科学技术大学 2011
[2]D-T/D-D中子发生器技术研究[D]. 张宇.兰州大学 2011
[3]1MeV强流中子发生器供电系统研究[D]. 张义民.兰州大学 2006

硕士论文
[1]基于VB和Fortran混合编程的有机半导体双端器件载流子输运特性分析软件研究[D]. 汪润生.兰州大学 2010



本文编号：3493800