CN107481770A - 有窗散裂靶和加速器驱动次临界系统 - Google Patents

有窗散裂靶和加速器驱动次临界系统 Download PDF

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范德亮
张璐
陈康
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孟海燕
唐延泽
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Abstract

本发明的实施例公开了一种用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶和一种具有该有窗散裂靶的加速器驱动次临界系统。有窗散裂靶包括：束流管，所述束流管包括构成靶窗的封闭的下端；以及外管，所述束流管的一部分插入所述外管中，所述外管作为有窗散裂靶的构成液态金属通道的最外部管，所述外管具有在高度方向上位于所述束流管的下端之上的第一部分，所述外管的所述第一部分和所述束流管之间形成单个环形的通道。通过采用根据本发明的实施例的有窗散裂靶和加速器驱动次临界系统，由此例如可以提高对靶窗的冷却效率。

Description

有窗散裂靶和加速器驱动次临界系统
技术领域
本发明的实施例涉及一种用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶和一种具有该有窗散裂靶的加速器驱动次临界系统。
背景技术
传统的用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶中液态金属既是散裂材料同时也是冷却剂。由于散裂靶置于堆芯，不可避免地会与堆芯存在着传热，堆芯的热量会有一部分传至靶内，U型靶同轴套管内外之间还会发生热传导，这些都将导致冷却剂温度上升，不利于对靶窗的冷却，会极大地限制总靶功率的提升。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供一种用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶和一种具有该有窗散裂靶的加速器驱动次临界系统，由此例如可以提高对靶窗的冷却效率。
本发明的实施例提供了一种用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，该有窗散裂靶包括：束流管，所述束流管包括构成靶窗的封闭的下端；以及外管，所述束流管的一部分插入所述外管中，所述外管作为有窗散裂靶的构成液态金属通道的最外部管，所述外管具有在高度方向上位于所述束流管的下端之上的第一部分，所述外管的所述第一部分和所述束流管之间形成单个环形的通道。
根据本发明的实施例，液态金属从外管的下端流入并从所述束流管和所述外管的第一部分之间的通道向上流动。
根据本发明的实施例，所述外管的下端伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部或者所述外管的下端用于与液态金属管道连接，该液态金属管道向下伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部。
根据本发明的实施例，所述外管还具有在高度方向上位于第一部分之下的过渡段和在高度方向上位于过渡段之下的第二部分，所述外管的第二部分的直径小于第一部分的直径。
根据本发明的实施例，所述外管的所述过渡段的直径逐渐缩小。
根据本发明的实施例，所述外管的第二部分的直径小于束流管的直径。
根据本发明的实施例，所述外管和所述束流管同轴设置。
本发明的实施例提供了一种加速器驱动次临界系统，该加速器驱动次临界系统包括：堆芯；以及插入堆芯的有窗散裂靶，有窗散裂靶包括：束流管，所述束流管包括构成靶窗的封闭的下端；以及外管，所述束流管的一部分插入所述外管中，所述外管作为有窗散裂靶的构成液态金属通道的最外部管，所述外管具有在高度方向上位于所述束流管的下端之上的第一部分，所述外管的所述第一部分和所述束流管之间形成单个环形的通道。
根据本发明的实施例，液态金属从外管的下端流入并从所述束流管和所述外管的第一部分之间的通道向上流动。
根据本发明的实施例，所述外管的下端伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部或者所述外管的下端用于与液态金属管道连接，该液态金属管道向下伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部。
根据本发明的实施例，所述外管还具有在高度方向上位于第一部分之下的过渡段和在高度方向上位于过渡段之下的第二部分，所述外管的第二部分的直径小于第一部分的直径。
根据本发明的实施例，所述外管的所述过渡段的直径逐渐缩小。
根据本发明的实施例，所述外管的第二部分的直径小于束流管的直径。
根据本发明的实施例，所述外管和所述束流管同轴设置。
根据本发明的实施例，所述的加速器驱动次临界系统还包括：液态金属循环系统，该液态金属循环系统包括设置在堆芯外部的用于冷却液态金属的换热器以及驱动液态金属循环的驱动泵，所述束流管和所述外管的第一部分之间的通道的上端以及所述外管的下端与液态金属循环系统连接，使冷却后的液态金属从堆芯的底部向上流动，并从堆芯的顶部流出。
通过采用根据本发明的实施例的一种用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶和一种具有该有窗散裂靶的加速器驱动次临界系统，由此例如可以提高对靶窗的冷却效率。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的加速器驱动次临界系统的示意图；以及
图2是根据本发明的实施例的有窗散裂靶的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和2所示，根据本发明的实施例的加速器驱动次临界系统包括：堆芯1；以及插入堆芯1的有窗散裂靶2。有窗散裂靶2包括：束流管21，所述束流管21包括构成靶窗的封闭的下端210；以及外管22，所述束流管21的一部分插入所述外管22中，所述外管22作为有窗散裂靶的构成液态金属通道的最外部管，所述外管22具有在高度方向上位于所述束流管21的下端之上的第一部分221，所述外管22的所述第一部分221和所述束流管21之间形成单个环形的通道3。根据本发明的实施例，液态金属从外管22的下端流入并从所述束流管21和所述外管22的第一部分221之间的通道3向上流动。
根据本发明的实施例，所述外管22的下端伸出加速器驱动次临界系统的堆芯1的底部或者所述外管22的下端用于与液态金属管道50连接，该液态金属管道50向下伸出加速器驱动次临界系统的堆芯1的底部。所述外管22和所述束流管21可以同轴设置。所述外管22和束流管21的上端或上部从堆芯1的顶部伸出。
根据本发明的实施例，加速器驱动次临界系统中的液态金属有窗靶，通过靶回路的管道在堆内的布置降低了靶回路与堆芯的传热，提高了靶窗的的冷却效率，有利于提高整个靶系统的靶功率。
根据本发明的实施例，参见图2，所述外管22还具有在高度方向上位于第一部分221之下的过渡段222和在高度方向上位于过渡段222之下的第二部分223，所述外管22的第二部分223的直径小于第一部分221的直径。所述外管22的所述过渡段222的直径可以逐渐缩小。所述外管22的第二部分223的直径可以小于束流管21的直径。
作为选择，所述外管22的第一部分221、过渡段222和第二部分223可以具有大致相同的直径。
根据本发明的实施例，参见图1，所述加速器驱动次临界系统还可以包括：液态金属循环系统，该液态金属循环系统包括设置在堆芯1外部的用于冷却液态金属的换热器52以及驱动液态金属循环的驱动泵51，所述束流管21和所述外管22的第一部分221之间的通道3的上端以及所述外管22的下端210与液态金属循环系统连接，使冷却后的液态金属从堆芯1的底部向上流动，并从堆芯1的顶部流出。液态金属循环系统构成了靶回路。
根据本发明的实施例，如图1、2所示，加速器驱动次临界系统还包括围绕堆芯1的堆芯围筒4、在堆芯1上方的上腔室41、在堆芯1下方的下腔室42。图2所示的有窗散裂靶2的部分构成靶头。
根据本发明的实施例，靶回路从堆芯活性区下部自下而上穿过堆芯1，从堆芯1的上部穿出，经过换热器52，然后从堆芯1的外围冷区到达堆芯底部，形成一个回路。使得堆芯和靶的传热减小，对靶窗的冷却效率更高，有助于提升总的靶功率。
如图1、2所示，靶头位于堆芯1的中部，加速器产生的质子束沿着作为真空质子束管的束流管6，穿透束窗轰击靶头区域的液态金属，发生散裂反应，产生大量散裂中子，散裂靶作为一个很强的外源中子驱动次临界堆。由于质子束穿过靶窗时，质子与靶窗结构材料的原子发生碰撞，质子的能量有一部分沉积在薄壁靶窗上，导致靶窗内部形成一个很高的内热源，需要依靠冷却剂带走靶窗的热量保证靶窗的温度不超过安全限值。液态金属有窗靶有一个独立的回路，依靠泵驱动靶回路循环。回路里面的液态金属在靶头被加热后温度上升，沿着管道从堆芯上部穿出，在泵的驱动下经过靶回路的换热器后温度降低，沿着反应堆容器的外侧到达堆芯底部，通过这样的管道布置，使得靶回路管道的热端和反应堆的上腔室(热腔室)相对应，靶回路的冷端和反应堆的下腔室(冷腔室)相对应，降低了靶与堆之间的传热，提高了靶回路的换热效率，有利于将靶功率做的更大。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (15)

1.一种用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，包括：
束流管，所述束流管包括构成靶窗的封闭的下端；以及
外管，所述束流管的一部分插入所述外管中，所述外管作为有窗散裂靶的构成液态金属通道的最外部管，所述外管具有在高度方向上位于所述束流管的下端之上的第一部分，所述外管的所述第一部分和所述束流管之间形成单个环形的通道。
2.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，其中：
液态金属从外管的下端流入并从所述束流管和所述外管的第一部分之间的通道向上流动。
3.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，其中：
所述外管的下端伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部或者所述外管的下端用于与液态金属管道连接，该液态金属管道向下伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部。
4.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，其中：
所述外管还具有在高度方向上位于第一部分之下的过渡段和在高度方向上位于过渡段之下的第二部分，所述外管的第二部分的直径小于第一部分的直径。
5.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，其中：
所述外管的所述过渡段的直径逐渐缩小。
6.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，其中：
所述外管的第二部分的直径小于束流管的直径。
7.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界系统的有窗散裂靶，其中：
所述外管和所述束流管同轴设置。
8.一种加速器驱动次临界系统，包括：
堆芯；以及
插入堆芯的有窗散裂靶，有窗散裂靶包括：
束流管，所述束流管包括构成靶窗的封闭的下端；以及
外管，所述束流管的一部分插入所述外管中，所述外管作为有窗散裂靶的构成液态金属通道的最外部管，所述外管具有在高度方向上位于所述束流管的下端之上的第一部分，所述外管的所述第一部分和所述束流管之间形成单个环形的通道。
9.根据权利要求8所述的加速器驱动次临界系统，其中：
液态金属从外管的下端流入并从所述束流管和所述外管的第一部分之间的通道向上流动。
10.根据权利要求8所述的加速器驱动次临界系统，其中：
所述外管的下端伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部或者所述外管的下端用于与液态金属管道连接，该液态金属管道向下伸出加速器驱动次临界系统的堆芯的底部。
11.根据权利要求8所述的加速器驱动次临界系统，其中：
所述外管还具有在高度方向上位于第一部分之下的过渡段和在高度方向上位于过渡段之下的第二部分，所述外管的第二部分的直径小于第一部分的直径。
12.根据权利要求8所述的加速器驱动次临界系统，其中：
所述外管的所述过渡段的直径逐渐缩小。
13.根据权利要求8所述的加速器驱动次临界系统，其中：
所述外管的第二部分的直径小于束流管的直径。
14.根据权利要求8所述的加速器驱动次临界系统，其中：
所述外管和所述束流管同轴设置。
15.根据权利要求8所述的加速器驱动次临界系统，还包括：
液态金属循环系统，该液态金属循环系统包括设置在堆芯外部的用于冷却液态金属的换热器以及驱动液态金属循环的驱动泵，所述束流管和所述外管的第一部分之间的通道的上端以及所述外管的下端与液态金属循环系统连接，使冷却后的液态金属从堆芯的底部向上流动，并从堆芯的顶部流出。
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