CN107845437B - 一种利用水负载实现高能束流吸收的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用水负载实现高能束流吸收的装置，包括球型腔体和两个对称安装在球型腔体上下两端的换水机构；所述球型腔体包括束流负载筒和储水腔；所述束流负载筒插接安装在储水腔内；所述换水机构包括接口法兰、角阀以及通水法兰；所述角阀安装在接口法兰相对于球型腔体的远端，通水法兰安装在角阀的侧口。本发明还提供了一种利用水负载实现高能束流吸收的方法，本发明通过储水腔蓄水，采用水吸收束流粒子的形式，相较与传统束流负载的束流粒子直接轰击金属材料的方式，水可更好吸收束流粒子，并对吸收过程中产生的次级粒子和射线具有一定的慢化和吸收效果，为工作人员的人身安全以及环境保护提供更好的保障，具有很好的使用和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于加速器技术领域，具体涉及到一种束流粒子吸收装置，更具体的是一种利用水负载实现高能束流吸收的装置与方法。
背景技术
回旋加速器是利用电场和磁场使质子作回旋运动，并在高频电场中反复加速到很高能量的装置。与其他类型的回旋加速器相比，等时型回旋加速器具有连续束运行和高平均流强的特点。在加速器的发展过程中，人们逐步认识到它在许多科技和国民经济领域的重要应用价值，并将其广泛应用于核物理、能源、医疗卫生等领域。
其中，加速器在核医学领域的应用今年来备受人们关注，是当前加速器应用与发展的热门领域。加速器主机的调试与验收是验证加速器性能指标的关键步骤，为加速器束流品质保证提供依据。加速器主机加工组装完成后，需对加速器进行束流性能调试、关键参数优化、加速器性能改善以及运行状态监测。
在加速器的调试与验收过程中，束流的吸收处理是安全防护保障工作人员人身安全的关键环节。加速器主机引出的质子束具有很高的能量，质子撞击在拦截材料上会与材料中的原子发生核反应，即高能质子入射到原子核内后与该核内的核子发生级联碰撞、交换能量、打出能量很高的级联中子,在激发核退激过程中又会释放出能量较低的蒸发中子,并伴随有γ射线的发射,级联中子和蒸发中子由于慢化会变成热中子。传统的束流负载采用单纯的金属拦截形式，在工作过程中会产生大量次级粒子及射线，对环境及工作人员人身安全造成危害，因此，必须采用一套可处理次级粒子及射线的更为安全的负载设备。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种利用水负载实现高能束流吸收的装置与方法，解决了束流粒子的全方位拦截与吸收问题，并在一定程度上吸收质子处理过程中衍生的次级粒子及射线，为工作人员的人身安全以及环境保护提供了保障。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种利用水负载实现高能束流吸收的装置，包括球型腔体和两个对称安装在球型腔体上下两端的换水机构；
所述球型腔体包括束流负载筒和储水腔；
所述束流负载筒为侧壁厚、底板薄的圆筒结构，束流负载筒插接安装在储水腔内；
所述换水机构包括接口法兰、角阀以及通水法兰；
所述接口法兰贯通安装在储水腔的上下两端，角阀安装在接口法兰相对于球型腔体的远端，通水法兰安装在角阀的侧口。
作为本发明进一步的方案：所述束流负载筒的底板伸入至储水腔的球心位置，实现束流粒子在储水腔内的各立体角方位吸收效果一致。
作为本发明进一步的方案：所述束流负载筒的内径比束流管道末端直径大，保证了束流管道末端插入至束流负载筒的底板时无阻力干涉。
作为本发明进一步的方案：所述储水腔为空心球状结构，储水腔用于储水使用，将穿透束流负载筒底板的束流粒子在水中消耗能量减速运动后被拦截吸收。
作为本发明进一步的方案：所述储水腔的半径大于最大能量粒子的射程，保证了对束流粒子的拦截效果。
作为本发明进一步的方案：接口法兰和通水法兰均采用相同的KF法兰，角阀采用与接口法兰和通水法兰相匹配的KF角阀，不但使角阀更换简便，而且可快速连接水管，并有效的保证了水密封性。
一种利用水负载实现高能束流吸收的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：使用水管接入到储水腔上端的通水法兰上，打开角阀，将储水腔内加满水，关闭角阀；
步骤二：将束流管道插入到束流负载筒内，使束流管道末端接触到束流负载筒底板上，使束流粒子轰击在束流负载筒的底板上，束流粒子会穿透底板射入储水腔内的水中，穿透一定距离后会停止并释放能量，被水吸收，同时产生的次级粒子及射线在水中被慢化及阻拦，即实现了高能束流的吸收；
步骤三：当储水腔内的水辐射量在达到排放限值时，打开储水腔下端的角阀，将储水腔内的水排出去后，关闭储水腔下端的角阀，重复步骤一和步骤二，对高能束流粒子的重复吸收使用。
本发明的有益效果：本发明通过储水腔蓄水，采用水吸收束流粒子的形式，相较与传统束流负载的束流粒子直接轰击金属材料的方式，水可更好吸收束流粒子，并对吸收过程中产生的次级粒子和射线具有一定的慢化和吸收效果，为工作人员的人身安全以及环境保护提供更好的保障，具有很好的使用和推广价值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种利用水负载实现高能束流吸收的装置的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种利用水负载实现高能束流吸收的装置，包括球型腔体4和两个对称安装在球型腔体4上下两端的换水机构；
所述球型腔体4包括束流负载筒5和储水腔7；
所述束流负载筒5为侧壁厚、底板6薄的圆筒结构，束流负载筒5插接安装在储水腔7上，束流负载筒5的底板6伸入至储水腔7的球心位置，实现束流粒子在储水腔7内的各立体角方位吸收效果一致；
工作时，将束流管道末端插入到束流负载筒5内，使束流粒子轰击在束流负载筒5的底板6上，在底板6较薄的条件下，束流粒子会穿透底板6射入储水腔7内的水中，穿透一定距离后会停止并释放能量，被水吸收，在工作过程中产生的次级粒子及射线也会在水中被慢化及阻拦，为安全防护提供了保障，底板6的设计，可使束流粒子正常通过底板6并较少沉积在底板6中；
采用水吸收束流粒子的形式，相较与传统束流负载的束流粒子直接轰击金属材料的方式，水可更好吸收束流粒子，并对吸收过程中产生的次级粒子和射线具有一定的慢化和吸收效果，为工作人员的人身安全以及环境保护提供更好的保障；
所述束流负载筒5的内径比束流管道末端直径大，保证了束流管道末端插入至束流负载筒5的底板6时无阻力干涉；
所述储水腔7为空心球状结构，储水腔7用于储水使用，将穿透束流负载筒5底板6的束流粒子在水中消耗能量减速运动后被拦截吸收；
所述储水腔7的半径大于最大能量粒子的射程，保证了对束流粒子的拦截效果；
所述换水机构包括接口法兰3、角阀1以及通水法兰2；
所述接口法兰3贯通安装在储水腔7的上下两端，角阀1安装在接口法兰3相对于球型腔体4的远端，通水法兰2安装在角阀1的侧口，接口法兰3和通水法兰2均采用相同的KF法兰，角阀1采用与接口法兰3和通水法兰2相匹配的KF角阀1，使用KF接口，不但使角阀1更换简便，而且可快速连接水管，并有效的保证了水密封性；
换水机构的设计，支持储水腔7内的水进行更换，当储水腔7内的水辐射量在达到排放限值时，便于及时更换，保障了环境安全，并保证了设备的可持续利用。
一种利用水负载实现高能束流吸收的方法，包括如下步骤：
步骤一：使用水管接入到储水腔7上端的通水法兰2上，打开角阀1，将储水腔7内加满水，关闭角阀1；
步骤二：将束流管道插入到束流负载筒5内，使束流管道末端接触到束流负载筒5底板6上，使束流粒子轰击在束流负载筒5的底板6上，束流粒子会穿透底板6射入储水腔7内的水中，穿透一定距离后会停止并释放能量，被水吸收，同时产生的次级粒子及射线在水中被慢化及阻拦，即实现了高能束流的吸收；
步骤三：当储水腔7内的水辐射量在达到排放限值时，打开储水腔7下端的角阀1，将储水腔7内的水排出去后，关闭储水腔7下端的角阀1，重复步骤一和步骤二，对高能束流粒子的重复吸收使用。
本发明主要通过储水腔7蓄水，采用水吸收束流粒子的形式，相较与传统束流负载的束流粒子直接轰击金属材料的方式，水可更好吸收束流粒子，并对吸收过程中产生的次级粒子和射线具有一定的慢化和吸收效果，为工作人员的人身安全以及环境保护提供更好的保障，具有很好的使用和推广价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种利用水负载实现高能束流吸收的装置，其特征在于，包括球型腔体（4）和两个对称安装在球型腔体（4）上下两端的换水机构；
所述球型腔体（4）包括束流负载筒（5）和储水腔（7）；
所述束流负载筒（5）为侧壁厚、底板（6）薄的圆筒结构，束流负载筒（5）插接安装在储水腔（7）内；
所述换水机构包括接口法兰（3）、角阀（1）以及通水法兰（2）；
所述接口法兰（3）贯通安装在储水腔（7）的上下两端，角阀（1）安装在接口法兰（3）相对于球型腔体（4）的远端，通水法兰安装在角阀（1）的侧口；
所述高能束流吸收装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：使用水管接入到储水腔（7）上端的通水法兰（2）上，打开角阀（1），将储水腔（7）内加满水，关闭角阀（1）；
步骤二：将束流管道插入到束流负载筒（5）内，使束流管道末端接触到束流负载筒（5）的底板（6）上，使束流粒子轰击在束流负载筒（5）的底板（6）上，束流粒子会穿透底板（6）射入储水腔（7）内的水中，穿透一定距离后会停止并释放能量，被水吸收，同时产生的次级粒子及射线在水中被慢化及阻拦，即实现了高能束流的吸收；
步骤三：当储水腔（7）内的水辐射量在达到排放限值时，打开储水腔（7）下端的角阀（1），将储水腔（7）内的水排出去后，关闭储水腔（7）下端的角阀（1），重复步骤一和步骤二，对高能束流粒子的重复吸收使用。
2.根据权利要求1所述的一种利用水负载实现高能束流吸收的装置,其特征在于，所述束流负载筒（5）的底板（6）伸入至储水腔（7）的球心位置。
3.根据权利要求1所述的一种利用水负载实现高能束流吸收的装置,其特征在于，所述束流负载筒（5）的内径比束流管道末端直径大。
4.根据权利要求1所述的一种利用水负载实现高能束流吸收的装置,其特征在于，所述储水腔（7）为空心球状结构。
5.根据权利要求1所述的一种利用水负载实现高能束流吸收的装置,其特征在于，所述储水腔（7）的半径大于最大能量粒子的射程。
6.根据权利要求1所述的一种利用水负载实现高能束流吸收的装置,其特征在于，接口法兰（3）和通水法兰（2）均采用相同的KF法兰，角阀（1）采用与接口法兰（3）和通水法兰（2）相匹配的KF角阀（1）。
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