Анализ тепловых характеристик локально наклонных мишеней при облучении протонными пучками c гауссовым распределением тока - Даллакян, Р.; Добровольский, Н.; Григорян, А.; Манукян, А.; Синенко, И.; Аршакян, Д.
Обоснована применимость ступенчатой аппроксимации Гауссова распределения плотности тока при расчётах тепловых свойств плоских и локально наклонных мишеней (ЛНМ) в программе ANSYS. В рамках шести-зонной модели проведено численное моделирование температуры плоской и аксиальносимметричной ЛНМ при однородном распределении плотности облучающего тока и нескольких вариантах Гауссова распределения. Анализ полученных температурных зависимостей для плоской мишени показал, что они представляют собой сумму двух вкладов: постоянного (не зависящего от координаты) и переменного (Гауссова). Показано, что при переходе от однородного распределения плотности тока к Гауссовому, температурные режимы обоих мишеней изменяются схожим образом. Проведён сравнительный анализ тепловых потоков от подложек мишеней в воду для различных вариантов Гауссова распределения плотности облучающего тока. Показано, что максимальный выигрыш в критических значениях тепловых потоков в воду при переходе к ЛНМ достигается при однородном распределении плотности тока через мишень, где коэффициент эффективности, т.е. отношение предельно допустимых токов, равен 1.45. При Гауссовых распределениях плотности тока выигрыш монотонно уменьшается по мере уменьшения параметра среднеквадратичного отклонения Sigma, но остаётся на приемлемом с практической точки зрения уровне вплоть до минимального рассмотренного значения Sigma = 3.14 мм, при котором коэффициент эффективности опускается до значения 1.29. The applicability of the stepwise approximation of the Gaussian current density distribution is justified for calculating the thermal properties of flat and locally inclined targets (LIT) in the ANSYS program. Within the framework of a six-zone model, numerical simulation of the temperature of flat and axially symmetric LIT was carried out for uniform and several variations of Gaussian distributions of the irradiating current density. The analysis of the obtained temperature dependencies for the flat target variant showed that they represent the sum of two contributions — a constant one, independent of the coordinate, and a variable, Gaussian one. It has been shown that transitioning from a uniform current density distribution to a Gaussian one results in similar changes in the temperature regimes of both targets. This prevents additional risks of LIT overheating due to the combined influence of the target’s corrugated surface and the inhomogeneity of the irradiating current in its Gaussian distribution. A comparative analysis of heat fluxes from the target holder into the water was carried out for various Gaussian distributions of the irradiating current density. It has been shown that the maximum gain in critical heat flux values into the water when choosing LIT is achieved in case of uniform current density distribution through the target, where the efficiency coefficient, i.e., the ratio of the maximum allowed currents, is 1.45. For Gaussian current density distributions, the gain monotonically decreases when the standard deviation parameter Sigma decreases but remains practically acceptable, with an efficiency coefficient of 1.29, down to the minimum considered value of Sigma = 3.14 mm.
Keywords: Физика