CN107123445A - 一种片状结构的ads有窗散裂靶 - Google Patents

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张志擎
孔文文
孙嘉琦
成昱旻
凌晨
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张国睿
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Abstract

本发明创造提供了一种片状结构的ADS有窗散裂靶，包括质子通道管和靶件套管，质子通道管的质子出口端伸入靶件套管内部，质子通道管下方的靶件套管内部固接有靶芯，靶芯包括若干层叠设置的靶片，靶件套管上设置有用于冷却靶芯的冷却系统。本发明创造的靶芯采用片状设置，可以保证当上部的靶芯失效后，质子可以轰击下部的靶芯继续发生反应，放出中子，大大的提高散裂靶的利用率。

Description

一种片状结构的ADS有窗散裂靶
技术领域
本发明创造属于核技术领域，尤其是涉及一种片状结构的ADS有窗散裂靶。
背景技术
ADS(accelerator driven sub-critical system,加速器驱动次临界洁净核能系统)系统由质子加速装置和次临界反应堆构成。次临界反应堆由于其燃料选择无法完成自持核反应，必须由外界(即质子加速器和散裂靶)提供高能中子。该系统采用加速质子轰击重金属靶芯来产生高能中子。现有技术中的靶芯通常采用整体设置，这样当靶芯的上部失效后，靶芯的下部也不能得到有效的利用，造成资源的浪费。靶芯在轰击的过程中需要对靶芯进行冷却，避免靶芯的温度过高。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种片状结构的ADS有窗散裂靶，以提高散裂靶的利用率。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种片状结构的ADS有窗散裂靶，包括质子通道管和靶件套管，质子通道管的质子出口端伸入靶件套管内部，质子通道管下方的靶件套管内部固接有若干靶片，靶片层叠设置，靶件套管上设置有用于冷却靶片的冷却系统。
进一步的，所述冷却系统为气体冷却系统，所述靶片从上到下间隔设置，靶片上设置有若干通孔，相邻靶片的通孔交错设置。
进一步的，所述质子出口端设置有靶窗，靶窗为内凹的半球形结构。
进一步的，所述靶件套管包括靶件外套管和靶件内套管，质子通道管伸入靶件内套管内部，靶件内套管位于靶件外套管内部，靶片固接在靶件内套管下部内，靶件内套管的下端固接有靶塞，靶塞上设置有用于冷却气体通过的靶塞通孔，靶件外套管的下端固接有靶盖；
质子通道管与靶件内套管之间形成气体出气空腔，靶件内套管与靶件外套管之间形成气体进气空腔，靶件内套管的上部外侧设置有与出气空腔连通的上腔室，上腔室的侧部设置有出口法兰管，靶件外套管的上部外侧设置有与进气空腔连通的下腔室，下腔室的侧部设置有进口法兰管。
进一步的，所述靶件内套管与质子通道管同轴心，靶件外套管与靶件内套管同轴心。
进一步的，所述出口法兰管设置在与设置进口法兰管相对的一侧的上腔室的侧部。
进一步的，质子通道管下方的靶件内套管和靶件外套管的管径分别略小于其各自上方的套管的管径，靶件内套管和靶件外套管的变径处均圆滑过渡。
进一步的，位于靶件套管外部的质子通道管外侧固接有上法兰盘，靶件套管外部侧壁上固接有下法兰盘。
进一步的，所述靶片的一侧端面上设置有加强筋。
进一步的，所述加强筋有若干条，加强筋平行设置，加强筋的高度为2mm。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种片状结构的ADS有窗散裂靶具有以下优势：
(1)本发明创造的靶芯采用若干靶片的结构设置，次结构可以保证当上部的靶片失效后，质子可以轰击下部的靶片继续发生反应，放出中子，大大的提高散裂靶的利用率；此结构还可以提高散裂靶的使用寿命和安全性，方便设备的现场安装；
(2)本发明创造的质子通道管的质子出口端设置了半球形的靶窗，靶窗可允许微小粒子通过的同时可以有效阻挡质子轰击靶片后产生的核素，保证质子通道管内部的真空度。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例的结构示意图；
图2为本发明创造实施例所述的冷却系统的局部结构示意图；
图3为本发明创造实施例所述的靶窗处的结构示意图；
图4为本发明创造实施例所述的靶片的主视图；
图5为本发明创造实施例所述的靶片的侧视图。
附图标记说明：
1、质子通道管；101、质子出口端；2、靶件内套管；201、上腔室；1-2、出气空腔；3、靶件外套管；301、下腔室；2-3、进气空腔；4、靶片；401、通孔；402、加强筋；5、靶窗；6、靶塞；7、靶盖；8、出口法兰管；9、进口法兰管；10、上法兰盘；11、下法兰盘。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1所示，一种片状结构的ADS有窗散裂靶，包括质子通道管1和靶件套管。靶件套管包括靶件外套管3和靶件内套管2，质子通道管1伸入靶件内套管2内部，靶件内套管2位于靶件外套管3内部，靶芯固接在靶件内套管2下部内，靶件内套管2的下端焊接有靶塞6，靶塞6上设置有用于冷却气体通过的靶塞通孔，靶件外套管3的下端焊接有靶盖7，靶塞6与靶盖7之间留有空隙。靶件套管上设置有用于冷却靶芯的冷却系统。冷却系统为氦气冷却系统。
如图1、2、3所示，靶件内套管2与质子通道管1同轴心，靶件外套管3与靶件内套管2同轴心。质子通道管1的外管径小于靶件内套管2的内管径小于靶件外套管3的内管径。质子通道管1的质子出口端101伸入靶件内套管2内部，质子通道管1下方的靶件内套管2内部固接有靶芯。当加速质子轰击靶芯时会放出大量热量，因此必须设计单独的冷却回路。质子通道管1与靶件内套管2之间形成气体出气空腔1-2，靶件内套管2与靶件外套管3之间形成气体进气空腔2-3，靶件内套管2的上部外侧设置有与出气空腔1-2连通的上腔室201，上腔室201的侧部设置有出口法兰管8。靶件外套管3的上部外侧设置有与进气空腔2-3连通的下腔室301，下腔室301的侧部设置有进口法兰管9。为了保证冷却效果更好，出口法兰管8设置在与设置进口法兰管9相对的一侧的上腔室201的侧部。如图3所示，质子通道管1下方的靶件内套管2和靶件外套管3的管径分别略小于其各自上方的套管的管径，靶件内套管2和靶件外套管3的变径处均圆滑过渡。
如图1、3所示，质子出口端101设置有靶窗5，靶窗5为内凹的半球形结构。靶窗5材料需要保证质子通过性好，有效隔绝重金属核素，并且由于质子通过撞击通常会产生大量热量，导热迅速易于冷却也是靶窗5在设计中需要考虑的。如图1所示，靶芯包括若干层叠设置的靶片4。为了保证靶片4的强度，如图4、5所示，靶片4的一侧端面上设置有加强筋402，加强筋402有若干条，加强筋402平行等距间隔设置，加强筋402的高度为2mm。靶片4从上到下间隔设置，靶片4上设置有若干通孔401，片状结构的靶芯安装时，应该使得相邻靶片4的通孔401交错设置。位于靶件内套管2外部的质子通道管1外侧固接有上法兰盘10，靶件外套管3外部侧壁上固接有下法兰盘。11上法兰盘10和下法兰盘分别与外部的反应堆支撑台架进行连接固定。
本发明创造的工作原理：
质子通道管1的上端与质子加速器相连，质子加速器将质子加速到较快速度后通过质子通道管1。加速质子穿过靶窗5轰击片状结构的靶芯产生高能中子，中子穿过靶件内套管2和靶件外套管3与外部核燃料发生裂变反应。靶芯采用多片带通孔401的片体结构错位布置，当上部的靶芯失效后，质子轰击下部的靶芯继续发生反应，放出中子，提高散裂靶的利用率，同时也可使氦气进入起到冷却靶芯的作用。整个散裂靶在次临界反应堆中的安装位置应保证，散裂靶的中子放射区处于燃料组件的中间，以保证中子的最大利用率。
氦气通过进口法兰管9进入到下腔室301，沿着靶件内套管2与靶件外套管3之间的环状进气空腔2-3向下流动，进入到由靶塞6和靶盖7组成的底部空隙内。随后氦气由靶塞6处进入到片状结构的靶芯从下向上流动，起到冷却靶芯的作用。向上流动的氦气通过由质子通道管1和靶件内套管2之间组成的出气空腔1-2回到上腔室201中，最终通过出口法兰管8流出，完成冷却过程。需要注意的是在散裂靶系统外需要为氦气的冷却循环系统加入单独的冷凝系统以及驱动泵。
本发明创造安装在气冷ADS系统中次临界反应堆中，靶片4对应燃料组件中间位置。由反应堆的顶部加速器提供高速质子，通过质子通道管1、靶窗5后命中靶片4，产生高能中子并向外散射，次临界反应堆燃料组件内的燃料被高能中子轰击后发生裂变反应并产生能量。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：包括质子通道管(1)和靶件套管，质子通道管(1)的质子出口端(101)伸入靶件套管内部，质子通道管(1)下方的靶件套管内部固接有若干靶片(4)，靶片(4)层叠设置，靶件套管上设置有用于冷却靶片(4)的冷却系统。
2.根据权利要求1所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：所述冷却系统为气体冷却系统，所述靶片(4)从上到下间隔设置，靶片(4)上设置有若干通孔(401)，相邻靶片(4)的通孔(401)交错设置。
3.根据权利要求1所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：所述质子出口端(101)设置有靶窗(5)，靶窗(5)为内凹的半球形结构。
4.根据权利要求1所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：所述靶件套管包括靶件外套管(3)和靶件内套管(2)，质子通道管(1)伸入靶件内套管(2)内部，靶件内套管(2)位于靶件外套管(3)内部，靶片(4)固接在靶件内套管(2)下部内，靶件内套管(2)的下端固接有靶塞(6)，靶塞(6)上设置有用于冷却气体通过的靶塞通孔，靶件外套管(3)的下端固接有靶盖(7)；
质子通道管(1)与靶件内套管(2)之间形成气体出气空腔(1-2)，靶件内套管(2)与靶件外套管(3)之间形成气体进气空腔(2-3)，靶件内套管(2)的上部外侧设置有与出气空腔(1-2)连通的上腔室(201)，上腔室(201)的侧部设置有出口法兰管(8)，靶件外套管(3)的上部外侧设置有与进气空腔(2-3)连通的下腔室(301)，下腔室(301)的侧部设置有进口法兰管(9)。
5.根据权利要求4所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：所述靶件内套管(2)与质子通道管(1)同轴心，靶件外套管(3)与靶件内套管(2)同轴心。
6.根据权利要求4所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：所述出口法兰管(8)设置在与设置进口法兰管(9)相对的一侧的上腔室(201)的侧部。
7.根据权利要求4所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：质子通道管(1)下方的靶件内套管(2)和靶件外套管(3)的管径分别略小于其各自上方的套管的管径，靶件内套管(2)和靶件外套管(3)的变径处均圆滑过渡。
8.根据权利要求1所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：位于靶件套管外部的质子通道管(1)外侧固接有上法兰盘(10)，靶件套管外部侧壁上固接有下法兰盘。(11)
9.根据权利要求1所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：所述靶片(4)的一侧端面上设置有加强筋(402)。
10.根据权利要求9所述的片状结构的ADS有窗散裂靶，其特征在于：所述加强筋(402)有若干条，加强筋(402)平行设置，加强筋(402)的高度为2mm。
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