CN104036840B - 一种扰动式液态重金属有窗靶系统 - Google Patents

一种扰动式液态重金属有窗靶系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104036840B
CN104036840B CN201410306388.8A CN201410306388A CN104036840B CN 104036840 B CN104036840 B CN 104036840B CN 201410306388 A CN201410306388 A CN 201410306388A CN 104036840 B CN104036840 B CN 104036840B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tube
outer tube
mozzle
target
proton
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410306388.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104036840A (zh
Inventor
何梅生
仇若翔
葛增芳
柏云清
吴宜灿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN201410306388.8A priority Critical patent/CN104036840B/zh
Publication of CN104036840A publication Critical patent/CN104036840A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104036840B publication Critical patent/CN104036840B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

本发明提供一种扰动式液态重金属有窗靶系统。其外管(1)、导流管(2)、质子束管(3)以及扰流板(4)；所述外管(1)、所述导流管(2)和所述质子束管(3)共轴布置，从外到内依次嵌套；所述外管(1)底部密封，所述扰流板(4)安装于所述外管(1)和所述导流管(2)的底部靠近所述质子束管(3)一侧；所述外管(1)和所述导流管(2)为变径圆柱管道，所述质子束管(3)为带有半球形封头的圆柱管道，所述质子束管(3)的所述半球形封头区域形成窗靶。本发明通过采用上述结构，可以有效地加强靶窗中心附近的流动，增强靶窗传热，降低靶窗中心温度，提高靶窗使用寿命，增强ADS系统运行安全性。

Description

一种扰动式液态重金属有窗靶系统
技术领域
本发明涉及加速器次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System；ADS)技术领域，尤其涉及一种扰动式液态重金属有窗靶系统。
背景技术
ADS是一种理想的核废料嬗变系统，由强流质子加速器、散裂靶和次临界反应堆构成。散裂靶被质子轰击产生散裂中子，提供给次临界堆芯，维持链式裂变反应，是连接ADS系统加速器和次临界反应堆的关键部件。散裂靶在承受加速器高强质子和散裂反应生成的高通量中子辐照的同时，也承受着反应堆内高温环境，运行条件极其苛刻。对此，国际上开展了众多研究。早期的散裂靶件以固态材料作为散裂靶件，但由于固态靶件中，包壳材料机械性能和冷却剂性能的限制，难以提高质子束功率与流强。
为了提高散裂中子源的中子能谱和中子通量，以适应ADS系统嬗变核废物的要求，提出了液态金属散裂靶的概念。其中铅铋合金以其良好的中子学性能、优良的抗辐照性能、传热性能和安全特性，已经成为目前ADS系统散裂靶的靶材及冷却剂的首选材料。
液态铅铋散裂靶方案分为有窗靶和无窗靶两种。有窗靶的质子束与液态重金属回路通过靶窗相互隔开；质子束穿透靶窗入射到液态重金属中，轰击重金属核，产生中子。无窗靶通过维持液态重金属形成的稳定自由界面，来保证质子束管的真空状态。由于无窗靶始终无法解决自由液面的稳定和冷却剂的蒸发问题，所以液态铅铋有窗靶仍是现有液态靶件的主要设计形式，具有更好的工程技术可达性。
但是，现有技术中的有窗靶方案，容易在有窗靶靶窗区出现热沉积，造成在靶窗附近出现滞流，降低了靶窗的寿命。
发明内容
本发明提供一种扰动式液态重金属有窗靶系统，用以解决现有ADS有窗散裂靶在有窗靶靶窗区出现热沉积，造成在靶窗附近出现滞流，降低了靶窗的寿命缺陷，提供一种结构简单，能够有效地将靶区的沉积核热有效带走，防止在靶窗附近出现滞流，从而提高靶窗的有效寿命的扰动式液态重金属有窗靶。
本发明提供一种扰动式液态重金属有窗靶系统，包括：外管、导流管、质子束管以及扰流板；所述外管、所述导流管和所述质子束管共轴布置，从外到内依次嵌套；所述外管底部密封，所述扰流板安装于所述外管和所述导流管的底部靠近所述质子束管一侧；所述外管和所述导流管为变径圆柱管道，所述质子束管为带有半球形封头的圆柱管道，所述质子束管的所述半球形封头区域形成窗靶。
可选地，如上所述的系统中，所述外管底部为椭圆形封封头。
可选地，如上所述的系统中，所述外管和所述导流管分别包括上部的直壁管、下部的直壁管和连接所述上部的直壁管和所述下部的直壁管的锥形管；且所述外管的上部的直壁管的直径大于所述外管的下部的直壁管的直径；所述导流管的上部的直壁管的直径大于所述导流管的下部的直壁管的直径。
可选地，如上所述的系统中，所述扰流板由固定支架与导流叶片组成，所述导流叶片通过所述固定支架进行支撑，所述固定支架通过焊接固定在所述外管的底部。
可选地，如上所述的系统中，所述导流叶片采用不对称的弧形设计，使得经过所述导流叶片的流体，流动不均匀，防止在所述靶窗中心最高温区域产生驻流。
可选地，如上所述的系统中，所述扰流板包括至少三个所述导流叶片。
可选地，如上所述的系统中，所述扰流板包括四个导流叶片。
可选地，如上所述的系统中，所述外管、所述导流管以及所述质子束管上部相对固定，下端自由。
本发明的扰动式液态重金属有窗靶系统，通过外管底部扰流装置，解决了均匀流动条件下，靶窗中心位置流速较小，靶窗核热无法有效带出，靶窗温度过高的现象。本发明通过采用上述结构，可以有效地加强靶窗中心附近的流动，增强靶窗传热，降低靶窗中心温度，提高靶窗使用寿命，增强ADS系统运行安全性。同时，本发明的系统，具有简单易行，还可以有效减小散裂靶回路内流动的无效铅铋量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的扰动式液态重金属有窗靶系统的剖面示意图。
图2为本发明实施例提供的扰流板的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的扰动式液态重金属有窗靶系统与反应堆耦合示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的扰动式液态重金属有窗靶系统的剖面示意图。如图1所示，本实施例的扰动式液态重金属有窗靶系统包括：外管1、导流管2、质子束管3以及扰流板4。其中外管1、导流管2和质子束管3共轴布置，也就是外管1、导流管2和质子束管3为同心管式结构，从外到内依次嵌套；外管1底部密封，导流管2底部是通的，质子束管3为带有半球形封头的圆柱管道，也就是质子束管3底部也是密封的。扰流板4安装于外管1和导流管2的底部靠近质子束管3一侧；外管1和导流管2为变径圆柱管道，质子束管3的半球形封头区域形成窗靶。
图1所示的扰动式液态重金属有窗靶系统在使用过程中，液态金属从外管1和导流管2之间的流道向下流动，经过扰流板4，扰流板4对液态金属流体充分扰动之后，使得液态金属流体向上流动，通过质子束管3底部的扰动过的流体，将质子束管3底部的沉积热量带出，向上流经导流管2和质子束管3流出，整个流程实现将有窗靶靶区核热带出的功能。
本实施例的扰动式液态重金属有窗靶系统，通过外管底部扰流装置，解决了均匀流动条件下，靶窗中心位置流速较小，靶窗核热无法有效带出，靶窗温度过高的现象。本实施例通过采用上述结构，可以有效地加强靶窗中心附近的流动，增强靶窗传热，降低靶窗中心温度，提高靶窗使用寿命，增强ADS系统运行安全性。同时，本实施例的系统，具有简单易行，还可以有效减小散裂靶回路内流动的无效铅铋量。
可选地，上述实施例的扰动式液态重金属有窗靶系统中的外管1底部为椭圆形封封头。
进一步可选地，上述实施例的扰动式液态重金属有窗靶系统中的外管1和导流管2分别包括上部的直壁管、下部的直壁管和连接上部的直壁管和下部的直壁管的锥形管；且外管1的上部的直壁管的直径大于外管1的下部的直壁管的直径；导流管2的上部的直壁管的直径大于导流管2的下部的直壁管的直径。
进一步可选地，上述实施例的扰动式液态重金属有窗靶系统中的扰流板4由固定支架与导流叶片组成，导流叶片通过固定支架进行支撑，固定支架通过焊接固定在外管的底部。
可选地，如上所述的系统中，导流叶片采用不对称的弧形设计，使得经过导流叶片的流体，流动不均匀，防止在所述靶窗中心最高温区域产生驻流。
可选地，如上所述的系统中，扰流板包括至少三个导流叶片。例如图2为本发明实施例提供的扰流板的结构示意图。如图2所示，以扰流板4包括四个导流叶片为例，扰流板4的四个导流叶片实现对液态金属流体充分扰动之后，使得液态金属流体向上流动，通过质子束管3底部的扰动过的流体，将质子束管3底部的沉积热量带出，向上流经导流管2和质子束管3流出。扰流板4由固定支架与导流叶片组成，导流叶片通过固定支架进行支撑，固定支架通过焊接固定在外管的底部，导流叶片采用不对称的弧形设计，使得经过导流叶片的流体，流动不均匀，防止在靶窗中心最高温区域产生驻流。
可选地，如上所述的系统中，扰流板包括四个导流叶片。
进一步需要说明的是，上述实施例中的外管1、导流管2以及质子束管3上部相对固定，下端自由即可。其中每两条管道之间为液态金属的流道，采用等截面的原则设计。
图3为本发明实施例提供的扰动式液态重金属有窗靶系统与反应堆耦合示意图；如图3所示，本实施例提供的是上述实施例提供的扰动式液态重金属有窗靶系统的使用场景。如图3所示，由外管1、导流管2、质子束管3和扰流板4组成的扰动式液态重金属有窗靶系统从反应堆顶部直接向下插入反应堆堆芯，固定在反应堆顶盖上，采用模块化设计，具有良好的可更换性。
使用过程中，液态金属从外管1和导流管2之间的流道向下流动，经过扰流板4，扰流板4的导流叶片对液态金属流体进行充分扰动，使得液态金属流体不均匀，使得液态金属流体向上流动，通过质子束管3底部的扰动过的流体，将质子束管3底部的沉积热量带出，向上流经导流管2和质子束管3流出，整个流程防止在靶窗中心最高温区域产生驻流，实现将有窗靶靶区核热带出的功能。
本实施例的扰动式液态重金属有窗靶系统，通过外管底部扰流装置，解决了均匀流动条件下，靶窗中心位置流速较小，靶窗核热无法有效带出，靶窗温度过高的现象。本实施例通过采用上述结构，可以有效地加强靶窗中心附近的流动，增强靶窗传热，降低靶窗中心温度，提高靶窗使用寿命，增强ADS系统运行安全性。同时，本实施例的系统，具有简单易行，还可以有效减小散裂靶回路内流动的无效铅铋量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种扰动式液态重金属有窗靶系统，其特征在于，包括：外管(1)、导流管(2)、质子束管(3)以及扰流板(4)；所述外管(1)、所述导流管(2)和所述质子束管(3)共轴布置，从外到内依次嵌套；所述外管(1)底部密封，所述扰流板(4)安装于所述外管(1)和所述导流管(2)的底部靠近所述质子束管(3)一侧；所述外管(1)和所述导流管(2)为变径圆柱管道，所述质子束管(3)为带有半球形封头的圆柱管道，所述质子束管(3)的所述半球形封头区域形成窗靶；
所述扰流板(4)由固定支架与导流叶片组成，所述导流叶片通过所述固定支架进行支撑，所述固定支架通过焊接固定在所述外管(1)的底部；
所述导流叶片采用不对称的弧形设计，使得经过所述导流叶片的流体，流动不均匀，防止在有所述窗靶的靶窗中心最高温区域产生驻流；
所述外管(1)、所述导流管(2)以及所述质子束管(3)上部相对固定，下端自由。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外管(1)底部为椭圆形封封头。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外管(1)和所述导流管(2)分别包括上部的直壁管、下部的直壁管和连接所述上部的直壁管和所述下部的直壁管的锥形管；且所述外管(1)的上部的直壁管的直径大于所述外管(1)的下部的直壁管的直径；所述导流管(2)的上部的直壁管的直径大于所述导流管(2)的下部的直壁管的直径。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扰流板(4)包括至少三个所述导流叶片。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述扰流板(4)包括四个导流叶片。
CN201410306388.8A 2014-06-28 2014-06-28 一种扰动式液态重金属有窗靶系统 Active CN104036840B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410306388.8A CN104036840B (zh) 2014-06-28 2014-06-28 一种扰动式液态重金属有窗靶系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410306388.8A CN104036840B (zh) 2014-06-28 2014-06-28 一种扰动式液态重金属有窗靶系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104036840A CN104036840A (zh) 2014-09-10
CN104036840B true CN104036840B (zh) 2017-12-29

Family

ID=51467579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410306388.8A Active CN104036840B (zh) 2014-06-28 2014-06-28 一种扰动式液态重金属有窗靶系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104036840B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733068B (zh) * 2015-03-23 2017-03-29 中国科学院合肥物质科学研究院 一种一体式可调节流量有窗靶件系统
CN106803430B (zh) * 2017-02-15 2018-09-21 清华大学天津高端装备研究院 一种ads散裂靶及核设施
CN106710662A (zh) * 2017-03-03 2017-05-24 清华大学天津高端装备研究院 一种气冷有窗靶
CN108899096B (zh) * 2018-07-10 2021-10-01 安徽大学 一种出口半径可调的叠片式无窗散裂靶及其设计方法
CN110942834A (zh) * 2019-12-25 2020-03-31 南华大学 一种铅基快堆压力容器及其下封头

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2441993A1 (fr) * 1978-11-18 1980-06-13 Kernforschungsanlage Juelich Cible pour sources de neutrons de spallation
CN103325432A (zh) * 2013-05-15 2013-09-25 中国科学院近代物理研究所 液态靶系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3353105B2 (ja) * 1998-02-26 2002-12-03 株式会社日立製作所 中性子発生装置
FR2806206B1 (fr) * 2000-03-08 2002-04-26 Commissariat Energie Atomique Procede d'incineration d'elements chimiques transuraniens et reacteur nucleaire mettant en oeuvre ce procede
FR2811857B1 (fr) * 2000-07-11 2003-01-17 Commissariat Energie Atomique Dispositif de spallation pour la production de neutrons
JP2005024457A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加速器駆動核変換システム、照射装置およびフローガイド
JP4105740B2 (ja) * 2006-10-06 2008-06-25 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 中性子発生装置用液体金属ターゲット

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2441993A1 (fr) * 1978-11-18 1980-06-13 Kernforschungsanlage Juelich Cible pour sources de neutrons de spallation
CN103325432A (zh) * 2013-05-15 2013-09-25 中国科学院近代物理研究所 液态靶系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Heavy density liquid metal spallation target studies for indian ADS programme;P Satyamurthy el at.;《Journal of Physics》;20070228;第68卷(第2期);第343-353页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104036840A (zh) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104036840B (zh) 一种扰动式液态重金属有窗靶系统
CN105551530B (zh) 一种基于高温熔盐冷却的聚变堆钨偏滤器结构
WO2016119292A1 (zh) 流量分配装置及具有该装置的核反应堆组件
CN107170493A (zh) 一种非能动安全壳热量导出系统
CN102446564A (zh) 一种非能动自然循环铅铋换热装置及导出堆芯热量的方法
CN203325479U (zh) 一种压水堆反应堆压力容器
CN102708936B (zh) 一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统
CN206574489U (zh) 一种形成大面积均匀稳定锂膜流的结构
CN104766644B (zh) 核反应堆冷却剂中颗粒物的脱除装置及颗粒物脱除方法
CN106981320A (zh) 一种自然循环冷却液态重金属反应堆
CN106816181A (zh) 一种聚变裂变反应堆的包层系统
CN104039066B (zh) 一种绕丝型有窗靶系统
CN106601309B (zh) 非贯穿式散裂靶与反应堆耦合系统
CN204558040U (zh) 核反应堆冷却剂中颗粒物的脱除装置
CN103096610A (zh) 加速器与无窗散裂靶界面耦合系统及液面稳定方法
CN206684099U (zh) 一种新型三电极体系电解槽
CN207302649U (zh) 一种含有y型循环管的液态无窗散裂结构
Lyublinski et al. Development of lithium and tungsten limiters for test on T-10 tokamak at high heat load condition
CN107481770A (zh) 有窗散裂靶和加速器驱动次临界系统
CN206672645U (zh) 一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构
CN203289731U (zh) 用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶
CN104344758B (zh) 一种螺旋流式防沉积倒u型管
CN106875986B (zh) 一种铅铋环境下反应堆一回路的防颗粒物沉积装置
CN207006955U (zh) 一种可快速充装的相变装置
CN206961525U (zh) 一种铅铋环境下反应堆一回路的防颗粒物沉积装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant