CN107093485B - 一种用于散裂中子源的反射体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散裂中子源技术领域，尤指一种用于散裂中子源的反射体；反射体整体呈阶梯圆柱体状，主要包括通过长螺栓连接的反射体下段、连接环、反射体中段和反射体上段，连接环用于连接反射体下段和反射体中段下部；本发明针对目前我国的散裂中子源装置建设的实际情况，为我国散裂中子源装置量身定制的反射体，使之适用于我国现状的中子源，本发明的反射体所采用的零部件结构满足其在散裂中子源中的各项物理需求，零部件可实现加工制造，安装定位准确，在运行过程中可实时监测反射体下段内部温度，防止局部温度过高对材料的影响；本发明使用寿命长并可进行遥控维护，服役期满后可通过遥控操作实现远程拆卸与吊装，实现整个插件的远程维护操作。

Description

一种用于散裂中子源的反射体

技术领域

本发明涉及散裂中子源技术领域，尤指一种用于散裂中子源的反射体。

背景技术

中子和X射线都是人类探索物质微观结构的有力手段。与核反应堆中子源相比，散裂中子源具有许多独特的性能：更高的脉冲通量，丰富的高能短波中子，优越的脉冲时间结构，较低的本底，且不使用核燃料，只产生极少量活化产物。

目前，世界上正在运行或建造的脉冲式散裂中子源主要有美国的SNS、日本的J-PARC 、英国的ISIS和欧洲散裂中子源ESS等。美国橡树岭国家实验室具有一台设计束流功率为1.4 MW 的散裂中子源SNS。项目总投资14 亿美元，于2006年建成并投入使用。日本原子能研究机构与高能加速器研究机构合建了强流质子加速器研究联合装置J-PARC，工程总投资约18 亿美元，于2008年建成并投入使用。英国卢瑟福实验室的散裂中子源ISIS已良好运行20年，其第一靶站的谱仪接近饱和，因此于2003 年开始第二靶站建设。现在每年用户逾2000人，是迄今为止世界上最成功的脉冲散裂中子源。正在建设中的欧洲散裂中子源ESS将建设世界最长的质子直线加速器，602m长的直线加速器产生的质子束打击氦冷却的旋转钨靶，产生高通量宽波长范围的冷中子束流。简而言之，每个散裂中子源都必须有一台反射体，但由于各个散裂中子源的功率不同，反射体的结构也是无法相提并论。

目前，中国散裂中子源（china spallation neutron source, 以下简称“CSNS”）装置建设的主要内容包括：一台80MeV负氢离子直线加速器、一台1.6GeV快循环质子同步加速器、两条束流输运线，一个靶站和3台谱仪及相应的配套设施。

慢化器反射体系统为CSNS 靶站的核心设备之一，包括三个慢化器（退耦合窄化液氢慢化器、退耦合水慢化器和耦合液氢慢化器）和反射体插件。反射体插件位于靶站的中心位置，包围着靶体和慢化器。

高能质子轰击靶体发生散裂反应，产生高能中子。这些中子进入慢化器后能量降至适合中子散射的能量区域，一部分中子从慢化器可视面发射，进入中子束孔道，供中子散射实验使用。慢化器周围布置有反射体，反射体具有较大宏观散射截面，可以将部分从靶逸出而未进入慢化器或穿过慢化器的快中子再反射回到慢化器中，从而提高了慢化器的效率。中子在反射体中输运时将经历多次碰撞，也得到一定程度的慢化，同时还可发生(n，2n)反应而产生一定的新生中子。因此，反射体插件集反射、慢化和产生新中子的能力为一体，具有重要作用。CSNS中采用铍－不锈钢反射体，其中不锈钢反射体将同时起到反射和屏蔽的作用。

为了避免出现放射性射线的直缝泄露，反射体插件采用不等径圆柱体的外观结构形式，各圆柱体之间通过长螺栓实现相互连接。慢化器及其低温管路和反射体之间是可以分拆的机械连接结构，这样设计可以方便地实现制造和试运行阶段对慢化器及其管路的独立检测。由于核辐射热的作用，反射体下段和中段下部均设计有冷却流道，中段上部和上段为实心不锈钢锻件结构，主要起屏蔽作用。

反射体插件下段是一个结构复杂的铝合金容器，其核心安装铍反射体，铍反射体外是不锈钢反射体。铝容器及其内部反射体之间设计有冷却介质流道，冷却介质为轻水。正常运行中，换热壁面最高温度不超过90℃，冷却水出口水温不超过45℃。

在整个装置运行期间材料会发生辐照损伤，因此靶站的关键部件例如慢化器、反射体等都有不同程度的寿命问题，必须考虑运行期间的遥控维护。反射体的设计寿命为10年，服役期满后整体需拆卸并吊至指定位置存放。

发明内容

本发明针对目前我国的散裂中子源装置建设的实际情况，旨在提供一种为我国散裂中子源装置量身定制的反射体，使之适用于我国现状的中子源，尤指一种服役使用寿命长，且便于遥控维护的一种用于散裂中子源的反射体。

本发明采用的技术方案是：一种用于散裂中子源的反射体，所述的反射体整体呈阶梯圆柱体状，主要包括通过长螺栓连接的反射体下段、连接环、反射体中段和反射体上段，连接环用于连接反射体下段和反射体中段下部。

所述的反射体下段整体形状呈圆柱体结构，主要包括反射体下段本体、下段入水管和下段出水管，其中反射体下段本体主要包括外层密闭铝容器和从下往上纵向安装在铝容器内部的下部反射体、中部反射体和上部反射体；所述的下部反射体主要包括下部铍反射体、下部不锈钢反射体和下部蓄水槽，所述下部不锈钢反射体安装在下部铍反射体外围，下部蓄水槽安装在下部铍反射体下方；所述的中部反射体主要包括高能中子通道、中部铍反射体、中部不锈钢反射体和中部铝容器外圈；所述高能中子通道为带底板的开口盒子结构，盒子的内孔为方孔，高能中子通道的底面紧贴在铝容器靶体孔道外侧，同靶体之间有间隔；所述的上部反射体包括上部铍反射体、上部不锈钢反射体和上部蓄水槽；上部不锈钢反射体安装在上部铍反射体外围，上部蓄水槽安装在上部铍反射体上方；所述铝容器整体呈横截面非整圆的圆柱体状，在质子入射角度左30.7°及右25°侧面开设有两个U型槽从上到下贯穿整个铝容器，铝容器在垂直方向设置有三个慢化器插槽。

所述的连接环内部腔体为两个耦合慢化器管道和下段入水管留出空间，连接环与反射体下段连接后，通过连接环上的吊装螺孔可将反射体下段和连接环一起吊起。

所述的反射体中段主要包括反射体中段下部和反射体中段上部，内部设计有两层冷却流道，每层冷却流道成螺旋形结构，通过中心的通孔相连接。

所述反射体上段是由一不锈钢实心圆柱体屏蔽块和四个条形管道槽插件组成，与反射体中段上部连接，管道槽插件上方通过方形搭扣实现垂直安装时的定位，通过螺栓与屏蔽块连接。

所述的下部反射体中的下部铍反射体和下部不锈钢反射体均呈圆环状，其中下部铍反射体的中心设置有耦合慢化器安装空间；下部蓄水槽中心设置有耦合慢化器安装空间；所述的中部反射体中的中部铍反射体和中部不锈钢反射体保证同心度安装，并与高能中子通道一起安装在铝容器中部的间隙内，将中部反射体密封在内部；所述的上部反射体中的上部铍反射体中心设置有两个退耦合慢化器的安装空间；上部蓄水槽中心为两个退耦合慢化器留出安装空间。

所述的慢化器插槽中，其中两个退耦合慢化器插槽位于铝容器中分面以上，一个耦合慢化器插槽位于铝容器中分面以下，铝容器在水平方向有八个孔道，其中铝容器的中分面上有靶体孔道、质子束孔道和高能中子束孔道，另外，以铝容器中分面高程为0，高程135.5mm的位置上有三条中子束孔道，高程-139mm的位置上有两条中子束孔道。

所述的反射体中段下部主要包括一圆柱形结构的反射体中段下部本体、中段下部入水管和中段下部出水管，反射体中段下部本体反射体中段下部本体两端分别与连接环和反射体中段上部连接；另外反射体中段上部与反射体中段下部和反射体上段连接。

所述铝容器为一铝制压力容器，包括上盖、上部内圈、上部外圈、下部内圈、下部外圈、下盖、底座、中部通道和质子束孔道，

所述上盖与连接环相连，上盖中间为两个慢化器安装留出空间，上部内圈焊接后形成两个退耦合慢化器的安装孔道；下部内圈为一圆管焊接后形成耦合慢化器的安装孔道；上部外圈焊接后形成铝容器的上部外筒体；下部外圈焊接后形成铝容器的下部外筒体；下盖为铝容器的底部盖板焊接后使铝容器形成一个封闭的容器，底座为与下盖连接，保护从铝容器下部伸出的耦合慢化器氢管和下段入水管管路。

所述中部通道从结构上可划分为上、中、下三个部分，中部通道的上部中心为两个退耦合慢化器安装留出孔道，延退耦合慢化器中子引出面为三条中子束孔道，并填入反射体下段的上部反射体，设计有条形凸台；中部通道的中部为三个腔体，设计成能贯通的结构，中间腔体为靶体孔道和质子束孔道，两侧腔体内安装中部反射体，中部通道的下部中心为耦合慢化器安装的圆形孔道，延耦合慢化器中子引出面为两条中子束孔道，并填入反射体下段的下部反射体，中部通道的下部腔体也设计有条形凸台以及圆弧槽孔。

所述的上盖和上部蓄水槽之间，下盖与下部蓄水槽之间，设计有凹凸密封槽结构，在上盖和上部蓄水槽之间增加密封结构。

所述密封结构是在上盖设计有凸块，上部蓄水槽设计有凹槽，凹凸块之间的间隙装入铝箔，利用铝箔的压缩实现密封。

所述反射体中段下部本体和反射体中段上部均呈圆柱体状，其中反射体中段下部本体两端分别与连接环和反射体中段上部连接，反射体中段上部两端分别与反射体中段下部和反射体上段连接。

对一种用于散裂中子源的反射体中的反射体下段的温度进行实时监测，所述的监测方案主要包括以下步骤：

首先，共设置了六个热电偶，其中两个热电偶安装在铝容器内部，分别位于靶体孔道上方和质子孔道上方，另外四个热电偶分别安装在质子束线入口处的上下左右四个方位，采用不锈钢片点焊的方法将热电偶紧贴在所述铝容器外壁面上。

然后，使得热电偶导线在铝容器内部反射体下段中间穿行，从下段出水管引出，热电偶连线穿过卡套，卡套的固定端与下段出水管焊接固定，拧紧卡套的接头部分即可完成密封；六条热电偶的连线附着在下段入水管和下段出水管上，最终引到反射体插件的顶面与控制系统连接。

最后，运行过程中通过六个热电偶的温度数据可实时监测反射体下段内部和表面温度，防止局部温度过高对材料的影响。

对一种用于散裂中子源的反射体进行遥控维护的方法，所述的遥控维护的方法主要包括以下步骤：

首先确定吊装部件及维护工具：所述的反射体采用长螺栓和吊装螺柱进行吊装，反射体的顶部为球面，吊装螺柱安装在反射体每个分部件的顶面中心；

然后确定维护工艺：在对所述反射体插件进行遥控维护操作时，首先用气动扳手拆卸所述反射体插件上段与反射体中段上部之间连接的四个所述长螺栓，然后用专用吊具连接所述吊装螺柱，将反射体上段吊起移到指定地点，重复拆卸长螺栓和连接吊装螺柱的步骤，将反射体中段上部、反射体中段下部、连接环和反射体下段联合体依次拆卸吊出，即完成所述反射体插件的遥控维护操作。

本发明的有益效果是：本发明针对目前我国的散裂中子源装置建设的实际情况，为我国散裂中子源装置量身定制的反射体，使之适用于我国现状的中子源，本发明的反射体所采用的零部件结构满足其在散裂中子源中的各项物理需求，零部件可实现加工制造，安装定位准确，铝容器各项性能指标满足JB4734-2002 铝制焊接容器中的相关项目；在运行过程中可实时监测反射体下段内部温度，防止局部温度过高对材料的影响；本发明使用寿命长并可进行遥控维护，服役期满后可通过遥控操作实现远程拆卸与吊装，实现整个插件的远程维护操作。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明中反射体下段的立体结构示意图。

图3是本发明中反射体下段本体的剖开结构示意图。

图4是本发明中反射体下段本体的中部反射体的结构示意图。

图5是本发明中反射体下段本体的中部铍反射体的部分结构示意图。

图6是本发明中连接环的剖面结构示意图。

图7是本发明中反射体中段下部的结构示意图。

图8是本发明中反射体中段上部的结构示意图。

图9是本发明中反射体上段的结构示意图。

附图标注说明：1- 反射体下段，2 连接环，3-反射体中段下部，31-中段下部入水管，32-中段下部出水管，33-反射体中段下部本体，4-反射体中段上部，5-反射体上段，51-屏蔽块，52-管道槽插件，11 -反射体下段本体，12-下段入水管，13-下段出水管，14-凸台，111- 铝容器，112-中部反射体，113-上部反射体，1111 -上盖，1112-上部内圈，1113-上部外圈1114-中部通道，1115-质子束孔道，1116-下部内圈，1117-下部外圈，1118-下盖，1119-底座， 1121-高能中子通道，，1122-中部铍反射体，1123-中部不锈钢反射体，1124-中部铝容器外圈，1131-上部蓄水槽，1132-上部铍反射体，1133-上部不锈钢反射体，1134-不锈钢反射体定位销，1135-铍反射体定位销，114-下部反射体，1141-下部铍反射体，1142-下部不锈钢反射体，1143-下部蓄水槽。

具体实施方式

下面结合说明书附图详细说明本发明的具体实施方式：

如图1所示，一种用于散裂中子源的反射体，所述的反射体整体呈阶梯圆柱体状，主要包括通过长螺栓连接的反射体下段1、连接环2、反射体中段和反射体上段5，连接环2用于连接反射体下段1和反射体中段下部3。

如图2-5所示，所述的反射体下段1整体形状呈圆柱体结构，主要包括反射体下段本体11、下段入水管12和下段出水管13，其中反射体下段本体11主要包括外层密闭铝容器111和从下往上纵向安装在铝容器111内部的下部反射体114、中部反射体112和上部反射体113。

所述的下部反射体114主要包括下部铍反射体1141、下部不锈钢反射体1142和下部蓄水槽1143，所述下部铍反射体1141由五块金属铍组成，高度为287mm，截面为外径φ550mm、内径φ253mm的圆环，中心为耦合慢化器安装留出空间，所述下部不锈钢反射体1142由五块不锈钢零件组成，高度为407.5mm，截面为外径为φ940mm、内径为φ520mm的圆环；下部蓄水槽1143由不锈钢锻件加工而成，高度为115mm，最大外径为φ540mm，最小内径为φ253mm，中心为耦合慢化器安装留出空间；所述下部不锈钢反射体1142安装在所述下部铍反射体1141外围，所述下部蓄水槽1143安装在下部铍反射体1141下方，保证在铍反射体的周围包裹不锈钢反射体，所述下部反射体114之间的定位方式采用接触定位或圆柱销定位，在有冷却流道经过的位置，采用特殊定位方式，定位的同时保证流道宽度为5mm，在直径方向采用厚度为5mm小凸台14进行定位，例如下部不锈钢反射体1142在高度方向采用带5mm支撑垫块的不锈钢反射体定位销1134和铍反射体定位销1135。

所述的中部反射体112主要包括高能中子通道1121、中部铍反射体1122、中部不锈钢反射体1123和中部铝容器111外圈；按照物理要求，质子打靶后发生散裂反应产生的高能中子，有一部分不用经过慢化器慢化，通过所述高能中子通道1121直接进入中子导管，提供给相应谱仪，为了降低高能中子束线的能量损耗，所述高能中子通道1121与靶体之间的间隔物应尽量少，最优的情况为高能中子通道1121与所述铝容器111靶体孔道直通，但这将增加制造焊接难度，在加工工艺方面无法实现，因此，综合考虑物理要求与加工工艺性，将所述高能中子通道1121设计为带5mm底板的开口盒子结构，由铝合金拼焊而成，盒子的内孔为80mm×80mm的方孔，安装到位后，高能中子通道1121的底面紧贴在铝容器111靶体孔道外侧，同靶体之间的间隔为20mm的铝合金，满足物理要求；所述中部铍反射体1122为两块R270mm的扇形和半圆形金属铍；所述中部不锈钢反射体1123为三块不锈钢反射体，内径R270mm，外径R475mm，所述中部铝容器111外圈为五块独立的圆弧形铝合金容器外壁，外径R500，壁厚25mm；中部铍反射体1122和中部不锈钢反射体1123通过配合保证同心度，与高能中子通道1121一起安装在所述铝容器111中部的间隙内，焊接中部铝容器111外圈将中部反射体112密封在内部。

所述的上部反射体113包括上部铍反射体1132、上部不锈钢反射体1133和上部蓄水槽1131；所述上部铍反射体1132由六块金属铍块组装而成，外形为一φ550mm×287mm的圆柱体，中心设置有两个退耦合慢化器的安装空间；所述上部不锈钢反射体1133由七块不锈钢零件组装而成，高度为497.50mm，截面为一圆环，外径为940mm，内径为520mm。所述上部蓄水槽1131由不锈钢锻件加工而成，外形为一φ540mm×205mm的圆柱体，中心为两个退耦合慢化器留出安装空间。上部不锈钢反射体1133安装在所述上部铍反射体1132外围，上部蓄水槽1131安装在上部铍反射体1132上方，保证在铍反射体的周围包裹不锈钢反射体，所述上部反射体113之间的定位方式采用接触定位或圆柱销定位，在有冷却流道经过的位置，采用特殊定位方式，定位的同时保证流道宽度为5mm，在直径方向采用厚度为5mm小凸台14进行定位，例如上部不锈钢反射体1133在高度方向采用带5mm支撑垫块的不锈钢反射体定位销1134和铍反射体定位销1135。

所述铝容器111为一铝制压力容器，整体呈圆柱体状，由九个铝合金加工而成的零部件组成，包括上盖1111、上部内圈1112、上部外圈1113、中部通道1114、质子束孔道1115、下部内圈1116、下部外圈1117、下盖1118和底座1119。

铝容器111工作压力为0.45MPa，设计压力为0.55MPa，打压测试压力为0.65MPa，工作介质为去离子水，最高工作温度为70℃，设计温度为100℃，工作环境温度为40±3℃，地震设防烈度8度，设备总重约5吨，设计寿命为10年。铝容器111最大外形尺寸为φ1150mm×1384mm，筒体的外径为φ1000mm，壁厚25mm；但所述铝容器111的截面并非是整圆，在质子入射角度左30.7°及右25°侧面开设有两个U型槽从上到下贯穿整个铝容器111。所述下段入水管12安装完毕后，管路位于右边25°槽内，耦合氢慢化器安装完毕后，其氢管位于左边30.7°槽内；在慢化器反射体系统整体吊装时，保证各管道位于铝容器111管槽内，不突出φ1000mm的圆柱面，从而达到保护管路的作用；所述铝容器111在垂直方向有三个慢化器插槽，其中两个退耦合慢化器插槽位于铝容器111中分面以上，另外一个耦合慢化器插槽位于铝容器111中分面以下。所述铝容器111在水平方向有八个孔道，靶体孔道、质子束孔道1115和高能中子束孔道位于铝容器111的中分面上；若以铝容器111中分面高程为0，高程135.5mm的位置上有三条中子束孔道，高程-139mm的位置上有两条中子束孔道；所述上盖1111为一圆形法兰盘结构，最大外形尺寸φ1150mm×189mm。上盖1111法兰下表面设计有十三个沉头孔与所述连接环2相连，保证十三个螺钉拧紧后螺钉头不突出法兰下表面；上盖1111中间为两个慢化器安装留出空间，用于安装和固定两个退耦合慢化器，慢化器的安装面设计为一个φ450mm高度为5mm的平台，便于后续对安装面进行精加工，与两个慢化器的连接均是通过两个圆柱销定位、四个M10螺钉紧固。

所述上部内圈1112为一异形截面的长管，高度为385.5mm，壁厚为10mm，上端面与上盖1111焊接，下端面与中部通道1114焊接，形成两个退耦合慢化器的安装孔道；下部内圈1116为一圆管，高度为223mm，壁厚为15mm，上端面与中部通道1114焊接，下端面与下盖1118焊接，形成耦合慢化器的安装孔道。

所述上部外圈1113为高度为330.5mm，壁厚为25mm的筒体，上端面与上盖1111焊接，下端面与所述中部通道1114焊接，形成铝容器111的上部外筒体。下部外圈1117高度为213mm，壁厚为25mm，上端面与中部通道1114焊接，下端面与下盖1118焊接，形成铝容器111的下部外筒体。

所述的中部通道1114为本发明中结构最复杂、加工难度最大的零件。为了提高中子性能，物理要求中部通道1114的结构壁厚尽可能薄，慢化器和中子束孔道尽可能接近铍反射体和不锈钢反射体，尽可能减少铝合金所占的空间体积。将所述中部通道1114从结构上可划分为上、中、下三个部分，中部通道1114的上部中心为两个退耦合慢化器安装留出孔道，延慢化器中子引出面为三条中子束孔道，孔道高度为108mm，孔道的壁面厚度为15mm，其余空间的铝合金全部加工去除，填入上部反射体113；为了减薄质子束孔道1115和靶体孔道周围的铝合金材料，在腔体底面两个孔道对应的部分各去除一部分铝合金，用铍和不锈钢金属替代，改善了物理性能。在有流道通过的位置设计了条形凸台，垫起上部反射体113的相应分块，保证5mm的冷却流道间隙；在腔体圆周部分，设计有5mm宽的圆弧槽孔，将上部腔体和中部腔体的冷却水相联通。为了保证中部通道1114的刚性，避免发生较大变形，圆弧槽孔之间不能联通，同时为了提高加工工艺性，圆弧槽孔与内壁面间留出了一定的间隙，方便铣刀加工。

中部通道1114中部为三个腔体，为了方便线切割加工，设计成能贯通的结构；中间截面为长方形的腔体为靶体孔道和质子束孔道1115，孔道两个开口宽度不同，呈喇叭形；两侧腔体内安装中部反射体112，外壁部分分别保留了一部分外壁面作为加强筋结构，保证在加工安装过程中所述中部通道1114的刚性。所述中部通道1114的下部中心为耦合慢化器安装的圆形孔道，延慢化器中子引出面为两条中子束孔道，束道高度为106mm，束道的壁面厚度为15mm。其余空间的铝合金全部加工去除，填入下部反射体114。与所述中部通道1114的上部腔体类似，下部腔体的大部分铝合金也通过加工方法去除，尽可能将铝合金用铍或不锈钢反射体替代，从而实现更好的物理性能。与所述中部通道1114的上部腔体类似，下部腔体也设计有5mm高的条形凸台14以及5mm宽的圆弧槽孔。

为了改善线切割加工工艺性，所述中部通道1114的质子束孔道1115与靶体孔道做成了一个喇叭状的孔道，但物理要求靶体孔道的水平截面为梯形，而质子束孔道1115的水平截面为正方形，靶体孔道与质子束孔道1115之间通过一个台阶区分。因此质子束孔道1115设计成方框形，竖直截面为75mm×175mm的长方形，由铝合金制成。从较大的喇叭口深入孔道，端面与较小的喇叭口端面进行焊接，满足了物理要求。

所述下盖1118为所述铝容器111的底部盖板，高度为73mm，下盖1118的内圈与下部内圈1116进行焊接，下盖1118的外圈与所述下部外圈1117进行焊接，使铝容器111形成一个封闭的容器。

所述底座1119由四个圆弧形铝合金分块组成，与下盖1118之间通过螺钉连接。所述底座1119的作用主要是保护从铝容器111下部伸出的耦合慢化器氢管和所述下段入水管12管路。

为了控制冷却水的串流，所述上盖1111和上部蓄水槽1131之间，所述下盖1118与下部蓄水槽1143之间，设计有凹凸密封槽结构。以所述上盖1111和所述上部蓄水槽1131为例，详细介绍凹凸密封槽。根据冷却流道的设计，冷却水沿上部蓄水槽1131和上部不锈钢反射体1133之间的间隙流动，方向为从上向下，沿上部蓄水槽1131和上部内圈1112之间的间隙流动，方向为从下向上。上部蓄水槽1131和上部铍反射体1132之间通过重力接触在一起，理论上认为水无法通过，由于上盖1111为焊接件，无法保证与上部蓄水槽1131之间紧密接触，在正式运行时较易引起串流，因此有必要在上盖1111和上部蓄水槽1131之间增加密封结构，由于上盖1111为焊接结构，不能给密封圈提供足够的压力，密封圈的压缩量过大还会对焊缝强度造成影响，因此普通的密封圈不适用，故SNS采用了一种特殊的密封圈，经过调研，该密封圈订货周期长且价格昂贵，本发明设计了一种凹凸密封槽结构，有效解决了上盖1111和上部蓄水槽1131之间的密封问题，上盖1111设计有9.6mm×9.2mm的凸块，上部蓄水槽1131设计有10mm×10mm的凹槽，凹凸块之间的间隙装入铝箔，利用铝箔的压缩实现密封，从而有效控制串流。

如图6所示，所述连接环2整体呈圆柱体形，用于连接反射体下段1和反射体中段下部3，连接环2外形尺寸为φ1150mm×286mm，内部腔体为两个耦合慢化器管道和下段入水管12留出空间，连接环2与反射体下段1通过底面的定位销定位和螺纹紧固，与反射体中段下部3通过顶面的定位销定位和长螺栓紧固，与反射体下段1连接后，通过连接环2上的吊装螺孔可将反射体下段1和连接环2一起吊起；更具体的是由于结构所限，所述反射体下段1自身无法进行吊装操作，所述连接环2的主要作用是与反射体下段1连接后，通过连接环2上的吊装螺孔可将反射体下段1和连接环2一起吊起；通过连接环2，连接反射体下段1和反射体中段下部3；与所述反射体下段1通过底面的两个定位销定位和十三个M24的螺纹紧固。与所述反射体中段下部3通过顶面的两个定位销定位和四个M42的长螺栓紧固。

如图7-8所示，所述的反射体中段外形整体呈圆柱体状，主要包括反射体中段下部3和反射体中段上部4，其中反射体中段下部3主要包括一圆柱形结构的反射体中段下部本体33、中段下部入水管31和中段下部出水管32，所述反射体中段下部本体33外形尺寸为φ1150mm×850mm，由三块实心不锈钢组成，内部设计有两层冷却流道，每层冷却流道成螺旋形结构，通过中心的通孔相连接。所述反射体中段下部本体33两端分别与连接环2和反射体中段上部4连接，然后通过两个定位销定位和四个M42长螺栓紧固；反射体中段上部4为外形尺寸为φ1150mm×850mm的实心不锈钢结构，与所述反射体中段下部3和所述反射体插件上段的连接均是通过两个定位销定位和四个M42长螺栓紧固。

如图9所示，所述反射体上段5是由一不锈钢实心圆柱体屏蔽块51和四个条形管道槽插件52组成，整体外形尺寸为1730mm×1730mm×1240mm，总重13.5吨，是整个反射体插件中最重的部件，与反射体中段上部4的连接也是通过两个定位销定位和四个M42长螺栓紧固。所述连接环2、反射体中段下部3和反射体中段上部4在圆周方向布有四个管道槽，慢化器和反射体插件冷却水管全部安装完毕后，所有管路均隐藏在这四个管道槽内，保证在整个慢化器反射体系统安装过程中不会发生磕碰。在反射体上段5部分，所有管路离开管道槽，为了防止放射性射线从管道槽和管路之间的间隙泄露，所述反射体上段5安装有管道槽插件52，所述管道槽插件52上方通过方形搭扣实现垂直安装时的定位，通过M33的螺栓与所述反射体上段5屏蔽块51连接。

实施例一：对所述的一种用于散裂中子源的反射体中的反射体下段1的温度进行实时监测

为了实时监测所述反射体下段1的内部温度和表面温度，共设置了六个热电偶，其中两个热电偶安装在铝容器111内部，分别位于靶体孔道上方和质子孔道上方，热电偶导线在铝容器111内部反射体中间穿行，从下段出水管13引出，由于下段出水管13中充满冷却水，热电偶的表面不能进行焊接操作，本发明采用卡套解决热电偶的引出点密封问题；即热电偶连线穿过卡套，卡套的固定端与下段出水管13焊接固定，拧紧卡套的接头部分即可完成密封。另外四个热电偶分别安装在质子束线入口处的上下左右四个方位，采用不锈钢片点焊的方法将热电偶紧贴在铝容器111外壁面上，六条热电偶的连线附着在下段入水管12和下段出水管13上，最终引到反射体插件的顶面与控制系统连接。运行过程中通过六个热电偶的温度数据可实时监测反射体下段1内部和表面温度，防止局部温度过高对材料的影响。

实施例二：对一种用于散裂中子源的反射体进行遥控维护

本发明中的反射体插件的设计寿命为十年，服役期满后需要进行拆卸吊出，由于反射体插件属于高放射性部件，整个拆卸与吊出的过程必须通过远程遥控操作；本发明采用了特殊的长螺栓和吊装螺柱，实现了反射体插件的遥控维护。

首先确定吊装部件及维护工具：反射体插件整体包括三组M42的长螺栓，每组四个，长度有860mm和1330mm两个规格；所述长螺栓的六角头尺寸为标准M42外六角螺栓头尺寸，保证所述长螺栓的通用性，为了便于气动扳手遥控定位，六角头的高度加高到120mm，顶部改为球面，方吊装螺柱安装在反射体插件每个分部件的顶面中心。所述吊装螺柱上段是M30的螺杆，与遥控维护专用吊具配合；所述吊装螺柱的中段是六边形结构，可以用管钳紧固，六边形结构的上表面做成锥面，方便专用吊具的遥控定位；所述吊装螺柱的下段拧入反射体插件每个分部件的顶面中心螺纹孔中，根据每个分部件的重量不同，所述吊装螺柱的下段分为M42和M56两个规格。

然后确定维护工艺：在对反射体插件进行遥控维护操作时，首先用气动扳手拆卸所述反射体上段5与反射体中段上部4之间连接的四个所述长螺栓，然后用专用吊具连接吊装螺柱，将所述反射体插件上段吊起移到指定地点。重复拆卸长螺栓和连接吊装螺柱的步骤，将所述反射体中段上部4、所述反射体中段下部3、所述连接环2和反射体下段1联合体依次拆卸吊出，即完成所述反射体插件的遥控维护操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述的反射体整体呈阶梯圆柱体状，主要包括通过长螺栓连接的反射体下段、连接环、反射体中段和反射体上段，连接环用于连接反射体下段和反射体中段下部；

所述的反射体下段整体形状呈圆柱体结构，主要包括反射体下段本体、下段入水管和下段出水管，其中反射体下段本体主要包括外层密闭铝容器和从下往上纵向安装在铝容器内部的下部反射体、中部反射体和上部反射体；所述的下部反射体主要包括下部铍反射体、下部不锈钢反射体和下部蓄水槽，所述下部不锈钢反射体安装在下部铍反射体外围，下部蓄水槽安装在下部铍反射体下方；所述的中部反射体主要包括高能中子通道、中部铍反射体、中部不锈钢反射体和中部铝容器外圈；所述高能中子通道为带底板的开口盒子结构，盒子的内孔为方孔，高能中子通道的底面紧贴在铝容器靶体孔道外侧，同靶体之间有间隔；所述的上部反射体包括上部铍反射体、上部不锈钢反射体和上部蓄水槽；上部不锈钢反射体安装在上部铍反射体外围，上部蓄水槽安装在上部铍反射体上方；所述铝容器整体呈横截面非整圆的圆柱体状，在质子入射角度左30.7°及右25°侧面开设有两个U型槽从上到下贯穿整个铝容器，铝容器在垂直方向设置有三个慢化器插槽；

所述的连接环内部腔体为两个耦合慢化器管道和下段入水管留出空间，连接环与反射体下段连接后，通过连接环上的吊装螺孔可将反射体下段和连接环一起吊起；

所述的反射体中段主要包括反射体中段下部和反射体中段上部，内部设计有两层冷却流道，每层冷却流道成螺旋形结构，通过中心的通孔相连接；

所述反射体上段是由一不锈钢实心圆柱体屏蔽块和四个条形管道槽插件组成，与反射体中段上部连接，管道槽插件上方通过方形搭扣实现垂直安装时的定位，通过螺栓与屏蔽块连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述的下部反射体中的下部铍反射体和下部不锈钢反射体均呈圆环状，其中下部铍反射体的中心设置有耦合慢化器安装空间；下部蓄水槽中心设置有耦合慢化器安装空间；所述的中部反射体中的中部铍反射体和中部不锈钢反射体保证同心度安装，并与高能中子通道一起安装在铝容器中部的间隙内，将中部反射体密封在内部；所述的上部反射体中的上部铍反射体中心设置有两个退耦合慢化器的安装空间；上部蓄水槽中心为两个退耦合慢化器留出安装空间。

3.根据权利要求1所述的一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述的慢化器插槽中，其中两个退耦合慢化器插槽位于铝容器中分面以上，一个耦合慢化器插槽位于铝容器中分面以下，铝容器在水平方向有八个孔道，其中铝容器的中分面上有靶体孔道、质子束孔道和高能中子束孔道，另外，以铝容器中分面高程为0，高程135.5mm的位置上有三条中子束孔道，高程-139mm的位置上有两条中子束孔道。

4.根据权利要求1所述的一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述的反射体中段下部主要包括一圆柱形结构的反射体中段下部本体、中段下部入水管和中段下部出水管，反射体中段下部本体两端分别与连接环和反射体中段上部连接；另外反射体中段上部与反射体中段下部和反射体上段连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述铝容器为一铝制压力容器，包括上盖、上部内圈、上部外圈、下部内圈、下部外圈、下盖、底座、中部通道和质子束孔道，

所述上盖与连接环相连，上盖中间为两个慢化器安装留出空间，上部内圈焊接后形成两个退耦合慢化器的安装孔道；下部内圈为一圆管焊接后形成耦合慢化器的安装孔道；上部外圈焊接后形成铝容器的上部外筒体；下部外圈焊接后形成铝容器的下部外筒体；下盖为铝容器的底部盖板且焊接后使铝容器形成一个封闭的容器，底座为与下盖连接，保护从铝容器下部伸出的耦合慢化器氢管和下段入水管管路；

所述中部通道从结构上可划分为上、中、下三个部分，中部通道的上部中心为两个退耦合慢化器安装留出孔道，沿着退耦合慢化器中子引出面为三条中子束孔道，并填入反射体下段的上部反射体，中部通道的上部内设计有条形凸台；中部通道的中部为三个腔体，设计成能贯通的结构，中间腔体为靶体孔道和质子束孔道，两侧腔体内安装中部反射体，中部通道的下部中心为耦合慢化器安装的圆形孔道，沿着耦合慢化器中子引出面为两条中子束孔道，并填入反射体下段的下部反射体，中部通道的下部腔体也设计有条形凸台以及圆弧槽孔。

6.根据权利要求5所述的一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述的上盖和上部蓄水槽之间，下盖与下部蓄水槽之间，设计有凹凸密封槽结构，在上盖和上部蓄水槽之间增加密封结构。

7.根据权利要求6所述的一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述密封结构是在上盖设计有凸块，上部蓄水槽设计有凹槽，凹凸块之间的间隙装入铝箔，利用铝箔的压缩实现密封。

8.根据权利要求1所述的一种用于散裂中子源的反射体，其特征在于：所述反射体中段下部本体和反射体中段上部均呈圆柱体状，其中反射体中段下部本体两端分别与连接环和反射体中段上部连接，反射体中段上部两端分别与反射体中段下部和反射体上段连接。

9.对权利要求1-8任一项所述的一种用于散裂中子源的反射体中的反射体下段的温度进行实时监测方法，其特征在于：所述的监测方法主要包括以下步骤：

首先，共设置了六个热电偶，其中两个热电偶安装在铝容器内部，分别位于靶体孔道上方和质子束孔道上方，另外四个热电偶分别安装在质子束线入口处的上下左右四个方位，采用不锈钢片点焊的方法将热电偶紧贴在所述铝容器外壁面上；

然后，使得热电偶导线在铝容器内部反射体下段中间穿行，从下段出水管引出，热电偶连线穿过卡套，卡套的固定端与下段出水管焊接固定，拧紧卡套的接头部分即可完成密封；六条热电偶的连线附着在下段入水管和下段出水管上，最终引到反射体插件的顶面与控制系统连接；

最后，运行过程中通过六个热电偶的温度数据可实时监测反射体下段内部和表面温度，防止局部温度过高对材料的影响。

10.对权利要求1-8任一项所述的一种用于散裂中子源的反射体进行遥控维护的方法，其特征在于：所述的遥控维护的方法主要包括以下步骤：

首先确定吊装部件及维护工具：所述的反射体采用长螺栓和吊装螺柱进行吊装，反射体的顶部为球面，吊装螺柱安装在反射体每个分部件的顶面中心；

然后确定维护工艺：在对所述反射体进行遥控维护操作时，首先用气动扳手拆卸所述反射体上段与反射体中段上部之间连接的四个所述长螺栓，然后用专用吊具连接所述吊装螺柱，将反射体上段吊起移到指定地点，重复拆卸长螺栓和连接吊装螺柱的步骤，将反射体中段上部、反射体中段下部、连接环和反射体下段联合体依次拆卸吊出，即完成所述反射体的遥控维护操作。