CN103000243B - 一种中子准直器气体流通装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于机械设备和核技术领域的一种中子准直器气体流通装置。在准直器锥体外壳内，N条准直器的竖直插板与M条准直器的水平插板正交固定，将准直器内部分成不同的小格通道，这些小格通道供中子水平穿过和气体流通；循环气体入口设置在准直器大端口顶面上，循环气体出口设置在准直器小端口端的底面上。中子准直器气体流通装置分别放置在环和输运线的特定位置，以消除不在预定轨道或动量有偏差的质子，这种方法可以补偿环和输运线元件的偏差。本发明基于气体流动原理，进行结构优化处理，很好的满足了其气体循环的要求，使得内部气体的活化在可接受的范围内。该装置具有流通效果好，循环效率强，气体利用率高。<!--1-->

Description

一种中子准直器气体流通装置
技术领域
本发明属于机械设备和核技术领域，特别涉及一种中子准直器气体流通装置。
背景技术
散裂中子源(CSNS)是国家重大科技基础设施建设项目。2011年中国建设的散裂中子源(CSNS)作为发展中国家的第一台散裂中子源，将进入世界四大散裂中子源行列。CSNS是开展前沿学科及高新技术研究的先进大型实验平台，能够为我国的多学科创新在国际上占领一席之地提供良好的机遇。主准直器是CSNSRCS关键设备之一。CSNS的束流准直器分别放置在环(RCS)和输运线(LRBT、RTBT)的特定位置，以消除不在预定轨道或动量有偏差的质子，同时希望质子捕获激发的二次粒子和放射性同位素在束流准直器内吸收，通过这种方法来补偿环和输运线元件的偏差。在CSNS的RCS中，设置有一个主准直器、4个次准直器和1个动量准直器，在LRBT设置有1个动量准直器、RTBT设置有4个动量准直器，它们是确保CSNS高质量运行的关键设备。
由于准直器要吸收、捕获粒子，这决定了在束流准直器工作区域为高辐射区域，因此束流准直器的结构设计与研制需要重点考虑辐射防护问题。为了减少机器运行过程中束流准直器对周围元件的活化，束流准直器需要有高的冷却传热性能、抗辐射能力，其定位精度要求高，为了保证维护人员安全操作，在设计中还要充分考虑准直器的远程操作和维护，尽可能减少辐射照射。准直器作为高通量粉末衍射谱仪的关键部件之一，对于谱仪的正常运行以及谱仪分辨率等性能的提高具有不可忽视的作用。目前国际上主要存在两种类型的准直器，以日本为代表的高真空准直器，准直器内部处于真空状态，这就对准直器的材料性能与强度提出了很高的要求。另一种就是以国内正在研制的通气准直器，准直器内部通入惰性气体，可以降低对准直器材料的性能要求。充入气体如果不能在准直器内部完成良好循环，将会造成气体活化，这是在设计中应该极力避免的。该准直器装置通过设计良好的出入口条件，可以使气体在准直器内部完成良好的循环。既降低了对准直器材料的性能要求，又避免了气体在准直器内部的活化作用。
发明内容
本发明的目的是提出一种中子准直器气体流通装置，其特征在于，在外壳1的一端为准直器大端口7，另一端为准直器小端口6；外壳1内纵向固定N条准直器的竖直插板2，将外壳1分隔成N+1个扁形通道；M条准直器的水平插板3与竖直插板2正交固定，将准直器内部分成不同的小格通道，这些小格通道供中子水平穿过和气体流通；N+1个循环气体入口5分别设置在准直器大端口7端的通道顶面上；N+1个循环气体出口4设置在准直器小端口6端的通道底面上；为了实现通入气体的良好循环，水平插板与竖直插板数量作适当更改，甚至部分去除，保证气体在循环过程中通过所有的小格空间，并且需要避免循环死区的存在。
所述N为2‐6片；M为0‐6片。
所述循环气体为氮气或氩气，或者氮气和氩气的混合气体；以靠所充入的循环气体来缓解结构压力。
所述的外壳壳厚在2mm～10mm之间；该壳厚应该满足装置抗压以及抗辐射的要求，其材料应具有良好的抗辐射性。
所述的竖直插板同样需要满足抗辐射的要求，其材料应具有良好的抗辐射性，板的厚度在1mm～3mm之间；竖直插板的布置及数量对于装置的性能具有重要的影响：插板的存在势必会造成气体漩涡的产生，及其分布的不均匀，但是插板作为准直器的加强筋，他的存在可以使准直器的结构优化，加上充入的微正压的气体，可以使准直器造价降低。
所述外壳为方锥体。
本发明的有益效果：本发明采用通入气体的方法可以减低腔体承受压力，减小壁厚，在一定程度上降低腔体结构设计的难度。横竖插板可以形成内部的中子通道，适当减少插板数不仅是设计更加方便，也可以使通入气体更好的完成内部的循环，避免活化作用。本发明的目的是提供结构简单，准确度高的准直器装置。作用降低准直器内气体的活化水平，降低制造难度。
附图说明
图1为目前通气准直器装置示意图。
图2为去掉水平插板的通气准直器装置示意图。
图中，1‐外壳；2-准直器的竖直插板；3-准直器的水平插板(必要时可去除)；5‐循环气体入口；4‐循环气体出口；6‐准直器小端口；7‐准直器大端口。
具体实施方式
本发明提出一种中子准直器气体流通装置，下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
图1-2所示为目前通气准直器装置示意图。
图中，在方锥体外壳1的一端为准直器大端口7，另一端为准直器小端口6；外壳1内纵向固定两条准直器的竖直插板2，将方锥形外壳1分隔成三个扁形通道；四条准直器的水平插板3与竖直插板2垂直平行固定，三个循环气体入口5分别设置在准直器大端口7端的三个扁形通道顶面上；三个循环气体出口4设置在准直器小端口6端的三个扁形通道底面上。在孔径给定的情况下，则只需要考虑在壳上开孔的位置。
所述的外壳壳厚在2mm～10mm之间；该壳厚应该满足装置抗压以及抗辐射的要求，其材料应具有良好的抗辐射性。
所述的竖直插板同样需要满足抗辐射的要求，其材料应具有良好的抗辐射性，板的厚度在1mm～3mm之间；竖直插板的布置及数量对于装置的性能具有重要的影响：插板的存在势必会造成气体漩涡的产生，及其分布的不均匀，但是插板作为准直器的加强筋，他的存在可以使准直器的结构优化，加上充入的微正压的气体，可以使准直器造价降低。
实施例
中子探测器与准直器大端口7相连，小端口6与样品腔相连。中子从大端口7进入准直器内部，水平穿过准直器的竖直插板2与准直器的水平插板3构成的水平通道，然后从小端口6离开准直器，进入样品腔。
为了降低准直器装置的设计难度，通过向准直器内部通入气体的方式来平衡准直器的内外压差。所通入的气体可以为氮气、氩气等惰性气体。
所涉及的准直器的竖直插板2，准直器的水平插板3可以适当减少，尤其的是横插板，必要时可以完全去除(如图2所示)。
所涉及的循环气体入口5，供循环气体进入准直器，通过竖直插板2，准直器的水平插板3改变流通，在整个空间内流动。所涉及的循环气体出口4，供循环气体离开准直器。整个过程保证准直器空间内不存在不流动的死角(如图1所示)。

Claims (6)

1.一种中子准直器气体流通装置，其特征在于，在外壳(1)的一端为准直器大端口(7)，另一端为准直器小端口(6)；外壳(1)内纵向固定N条准直器的竖直插板(2)，将外壳(1)分隔成N+1个扁形通道；M条准直器的水平插板(3)与竖直插板(2)正交固定，将准直器内部分成不同的小格通道，这些小格通道供中子水平穿过和气体流通；N+1个循环气体入口(5)分别设置在准直器大端口(7)端的通道顶面上；N+1个循环气体出口(4)设置在准直器小端口(6)端的通道底面上；为了实现通入气体的良好循环，水平插板与竖直插板数量作适当更改，保证气体在循环过程中通过所有的小格空间，并且需要避免循环死区的存在。
2.根据权利要求1所述一种中子准直器气体流通装置，其特征在于，所述N为2-6片；M为0-6片。
3.根据权利要求1所述一种中子准直器气体流通装置，其特征在于，所述循环气体为氮气或氩气，或者氮气和氩气的混合气体；以靠所充入的循环气体来缓解结构压力。
4.根据权利要求1所述一种中子准直器气体流通装置，其特征在于，所述的外壳壳厚在2mm～10mm之间；该壳厚应该满足装置抗压以及抗辐射的要求，其材料应具有良好的抗辐射性。
5.根据权利要求1所述一种中子准直器气体流通装置，其特征在于，竖直插板板的厚度在1mm～3mm之间；竖直插板的布置及数量对于装置的性能具有重要的影响：竖直插板的存在势必会造成气体漩涡的产生，及其分布的不均匀，但是竖直插板作为准直器的加强筋，他的存在可以使准直器的结构优化，加上充入的微正压的气体，可以使准直器造价降低。
6.根据权利要求1所述一种中子准直器气体流通装置，其特征在于，所述外壳为方锥体。
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