加速器驱动次临界系统可将核废料中的长寿命高放射性核素嬗变成为短寿命核素或稳定元素;也可以利用核裂变能发电;还可以通过辐照地球上含量丰富的元素生产出可裂变材料,供临界或者次临界系统中使用。加速器驱动次临界系统由高功率质子加速器、重金属散裂靶和次临界反应堆组成。高功率质子束轰击散裂靶产生散裂中子来驱动次临界反应堆。散裂靶在产生散裂中子的过程中会同时产生巨大的能量沉积,而积聚的能量会使散裂靶靶芯温度急剧升高,使靶材料性质发生变化,同时太高的温度会损坏靶体。因此需要将沉积在靶体中的热量移除,且保证散裂靶温度保持在一个有效合理的区间。本文研究了加速器驱动次临界系统中散裂靶的温度控制技术。本文首先根据颗粒间传热模型和颗粒碰撞模型建立了仿真计算模型,开发了仿真计算程序。其次,利用传热模型计算分析了靶温度随束流强度和冷却剂流动速度的变化规律。该传热模型充分考虑了冷却剂之间的热传导、热辐射、热对流和热源等,其中热源项为质子束轰击散裂靶产生的能量沉积。散裂靶的计算模型为圆柱体颗粒流靶,其半径为120毫米,靶垂直放置于反应堆的中心,250MeV的加速器质子束从上往下垂直轰击散裂靶。仿真计算中考虑了两种形式的束流,第一种是用高斯分布的质子束轰击靶,第二种是让质子束在靶表面扫描,束流扫描可以保持辐照过程中靶温度的均匀性,亦避免了靶中心的温度过高。计算结果表明,与高斯分布束流相比,采用束流扫描方法时,靶温度曲线变得平坦。而且,能够大大降低靶内最高温度。此外,仿真计算结果显示,在固定的束流强度下,靶内最高温度随冷却剂流速的增加而降低;在固定的冷却剂流动速度下,最高温度随束流强度的减小而降低。当温度非常高时,可以通过增加冷却剂的速度或降低束流强度来降低靶芯温度。因此,需要设置一个最大温度值Tmax和最大冷却剂流动速度Vmax来限制温度的升高,在达到相应的阈值时需要调节束流强度或颗粒流速,甚至启动保护系统。当靶内最高温度高于设定的T_max时,增加冷却剂的流动速度,当冷却剂的最高流速高于设定的Vmax时,降低束流强度。本论文还利用传热模型研究了颗粒流靶在异常堵流状态下靶温的时空演化规律。结果表明,随着加速器束流辐照时间的增加,靶内部的最高温度急剧上升。当冷却剂堵塞在靶中心时,使用束流强度为1毫安的质子束流扫描,仅需4秒最高温度就可达到1000K。因此,为了保护散裂靶免受加速器束流的异常辐射,当冷却剂的速度急剧趋于零时,立即启动保护系统使加速器停束以保护散裂靶。根据上述计算结果,本文设计了一套靶温度控制系统。靶温控制系统分为两个子系统,分别用于控制冷却剂流动的速度和束流强度。冷却剂流速控制子系统负责监测靶入口和出口处冷却剂的温度和流动速度,然后,将测量的温度值与设定的最大温度值进行比较,以确定冷却剂的流动速度是否应该增加,并将测量的冷却剂流速与设定的最大值进行比较,以确定是否应该降低束流强度。而束流强度控制子系统则根据束流强度测量值和束流强度设定值来确定是否需要调节束流强度,其中的束流强度设定值既可以在控制室内手动设定,也可以是冷却剂流速控制子系统提供的自动调节信号。