ADS用新型等离子体束窗关键技术的研究

束窗用于密封加速器真空并将其与散裂靶隔开，是加速器驱动次临界系统（ADS）的一个重要部件。它由于受到强流质子束和中子束的轰击，是ADS系统中使用条件最为苛刻的部件。通常束窗使用的是固体束窗材料，很多国家将束窗材料的抗辐照和抗冷却剂腐蚀性能问题作为ADS项目的重要研究课题。尽管如此，束窗的寿命以及冷却液活化问题仍旧是困扰ADS项目的一个难题。等离子体束窗是一种新型的束窗，该束窗和传统固体束窗相比有几项优点：1. 等离子体窗没有冷却问题。2. 等离子体窗造成的束流能损很小。3. 不需要对活化的冷却液进行处理。目前等离子体窗虽然已经有相关实验报道，但仍存在孔径小，能耗高等问题。本项目拟对等离子体窗的内部机制进行深入研究，改善其性能，提高它的稳定性，探索将等离子体窗应用在ADS项目上的可行性。

等离子体窗是一种新型的真空密封装置，它利用等离子体来隔离真空和高气压区域。目前国际上已经成功的应用在非真空电子束焊接和无窗氘气体靶装置上。但等离子体窗具有它的局限性，孔径只有2-3mm。本项目的研究内容是进行等离子体窗在ADS装置的无窗液态金属靶中应用的可行性研究，探索能否增大等离子体窗的孔径，改善等离子体窗的密封性能。分别进行了实验和模拟两方面的工作：在实验方面，国际上已经有几个等离子体窗的实验装置，但国内还没有类似装置，参考国外的文献，研究确定了等离子体窗的设计方案，搭建了等离子体窗实验平台。分别进行了3mm和6mm孔径的等离子体窗的放电实验。系统的研究了等离子体窗孔径、电流、流量等参数对密封性能的影响。在模拟方面：我们利用流体软件建立了等离子体窗的磁流体模型，并进行了模拟计算。模拟结果与实验结果相符合。从而建立起了一套利用模拟方法对等离子体窗特性进行研究的方法，可用于进行大孔径等离子体窗及特殊形状等离子体窗的模拟计算。发表SCI文章两篇。参加IPAC国际会议两次，并在IPAC2013上做了分组报告，发表国际会议论文2篇。申请专利两项，目前获批一项，正在公示一项。培养博士、硕士研究生各一名。硕士已毕业。