研究堆冷中子源冷包的强度分析

2016-08-24 by:CAE仿真在线来源:互联网

研究堆冷中子源冷包的强度分析

从20世纪50年代第1个研究堆冷中子源(CNS)在BEPO上诞生以来,CNS已得到广泛应用。目前,在国家攀登计划、重大自然科学基金、核工业基金等各类科技项目中,可用中子散射技术作为研究手段的高达40%-50%。在核反应堆中,冷中子源是研究堆中子散射实验的重要组成部分。通常,热中子反应堆堆芯提供的是冷中子所占份额很小的热中子,这些中子通过冷包慢化剂进一步慢化,冷中子的密度增加,最后由中子导管引出冷中子束。

冷包是冷中子源中最重要的部件,它距堆芯近,因受核发热影响,它的壁厚受到严格限制,使得它承受的应力大,工作条件苛刻。冷包壁一般由5052,6061等铝合金制成,相对于不锈钢材料,这类铝合金的抗拉强度较低。冷包除承受较大的应力外,还要承受不同工况下的交变应力。因此,冷包的工作应力不宜过大。针对上述情况,本工作对冷包初始设计结构,进行有限元分析计算,旨在为冷包工程设计提供重要参考。

该冷包由氢包、氦包、导流片、输氢管、进氦管、排氦管组成。氢包和氦包均由圆柱壳和半椭球封头组成。导流片位于氢包与氦包之间,将氢包与氦包之间的通道分隔成4部分。为减小导流片与氦包、氢包间的相互作用,将导流片沿包体的轴线方向从中间切开,与氢包相连的部分称为导流片1,与氦包相连的部分称为导流片2,导流片1,2之间相互搭接,以达到分隔通道空间的作用。氢包用来冷却热中子,然后从中子导管中引出冷中子,而氦包则冷却氢气,保证氢包中的氢气始终保持液态,以达到慢化热中子的效果。图中,氢包和氦包的顶盖与底盖均为标准椭球,即长半轴与短半轴比值为2。

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