當(dāng)粒子束擊中同位素生產(chǎn)設(shè)施中的目標(biāo)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量通過(guò)水通道排出。目標(biāo)和流動(dòng)的水之間的熱量傳遞會(huì)產(chǎn)生過(guò)冷流動(dòng)沸騰。這是一種蒸發(fā)和冷凝同時(shí)發(fā)生的情況。如果沒(méi)有足夠的冷卻，溫度就會(huì)達(dá)到臨界點(diǎn)，從而熔化并摧毀目標(biāo)。
研究人員希望測(cè)試同位素生產(chǎn)設(shè)施中冷卻系統(tǒng)的極限。然而，目標(biāo)輻照期間的輻射水平太高，無(wú)法進(jìn)行真實(shí)世界的測(cè)量。相反，研究人員建造了一個(gè)模擬裝置來(lái)收集溫度和沸騰的高速視頻。他們用深度學(xué)習(xí)工具分析了測(cè)量結(jié)果，并利用結(jié)果驗(yàn)證了一個(gè)預(yù)測(cè)這些復(fù)雜系統(tǒng)中沸騰的模型。
該項(xiàng)研究成果發(fā)表在《國(guó)際傳熱與傳質(zhì)雜志》上。
同位素生產(chǎn)設(shè)施使用靶材來(lái)制造支持醫(yī)學(xué)成像、癌癥治療和其他應(yīng)用的同位素。粒子加速器和同位素生產(chǎn)設(shè)施依靠冷卻來(lái)確保靶材系統(tǒng)在輻照期間正常運(yùn)行。洛斯阿拉莫斯中子科學(xué)中心 (LANSCE) 同位素生產(chǎn)設(shè)施的靶材系統(tǒng)依靠靶材系統(tǒng)中的一系列水通道在靶材輻照時(shí)去除熱量。
考慮到與生物學(xué)的聯(lián)系，研究人員使用一種原本設(shè)計(jì)用于跟蹤生物細(xì)胞活動(dòng)的深度學(xué)習(xí)工具來(lái)研究水冷卻。該工具分析了水中的氣泡作為沸騰的指標(biāo)，跟蹤了氣泡的形成、大小和運(yùn)動(dòng)。
利用改進(jìn)后的算法，該團(tuán)隊(duì)從高速視頻中提取了臨界氣泡參數(shù)，使研究人員能夠開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證一個(gè)框架來(lái)預(yù)測(cè)完整的沸騰曲線。研究人員隨后證實(shí)，目前的運(yùn)行情況遠(yuǎn)低于預(yù)測(cè)的臨界熱通量。
該模型可擴(kuò)展用于復(fù)雜多目標(biāo)和冷卻通道幾何形狀的全面建模，并可能使世界各地不同加速器缺乏光束監(jiān)測(cè)的其他粒子加速器靶應(yīng)用和同位素生產(chǎn)設(shè)施受益。
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