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军事:中国研发出世界最强氘氚中子源 热流密度是太阳3倍

2018-02-02 10:00 来源:新浪综合

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  来源:观察者网

  核能是20世纪人类最伟大的成就之一。中子被称为核能系统的“灵魂”,是反应堆中核反应的触发粒子和能量载体,也是产生核热能和引发放射性的源头。中子源是产生、研究、利用中子的必备科学装置,也是开展中子物理与辐射安全、先进核能系统关键技术及核技术交叉应用等研究的重要实验平台。

  据《科技日报》2月1日报道,日前,中科院核能安全技术研究所FDS凤麟核能团队的科研人员,在中子输运物理与技术方面取得突破性创新研究成果。该团队研发出强流氘氚中子源实验装置HINEG,其中子源强度创现行同类装置中的世界第一。那么,这个“世界最强氘氚中子源”究竟强在哪呢?

HINEG-I离子注入系统(图:中科院)

HINEG-I离子注入系统(图:中科院)

  超强中子靶,承受的热流密度是太阳表面的3倍

  “中子靶是HINEG的核心系统之一,强流离子加速器产生的高功率氘离子束轰击含有氚的中子靶,在靶上发生氘氚聚变反应产生中子。”中科院核能安全技术研究所所长、FDS凤麟核能团队创建人吴宜灿研究员告诉科技日报记者。为了产生强流的中子束,靶需要承受高功率离子束的轰击,从而带来靶上高强热流散出的难题。

  “HINEG中子靶承受的热流密度是太阳表面热流密度的3倍。如果散热问题解决不好,靶温度迅速升高,其内含有的氚会快速释放,就无法实现中子的持续稳定产生。靶温升高过快时,甚至会出现瞬间被熔穿烧毁的情形。”吴宜灿说。

  针对中子靶的高效散热难题,FDS凤麟核能团队发明了阵列射流耦合强剪切场的高效散热技术,并通过反复验证测试,成功实现了高效散热,将靶的温度控制在200℃以内。

  不带电的中子也能做到精准调控

  氘氚聚变反应产生14兆电伏(MeV)的单能中子,为模拟再现先进核能系统的复杂中子能谱环境,需要对产生的单能中子进行精确调控以便开展各类实验研究,这无疑是另一项严峻挑战。

  “我们知道,电子、质子是带电粒子,可以利用电场或磁场对这些带电粒子进行控制,但中子是不带电的,无法用电磁场对其进行调控,不过可以通过中子与特定材料中原子核的反应过程来进行调控,这就需要精确的理论方法与实验技术来实现。”吴宜灿告诉记者。

  FDS凤麟核能团队以中子输运理论研究成果为基础,发明了中子输运精准调控关键技术,实现了先进核能系统的复杂中子能谱环境的准确再现,对先进核能系统研究具有重要意义。

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