CN116489860A - 一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，涉及高产额中子发生器技术领域。包括高产额中子管、靶、换热器、导管和陶瓷泵；靶封接在高产额中子管的端部，靶远离高产额中子管的一端与换热器的外壁紧密接触；换热器的入水口和出水口通过导管相连通，导管上设置有陶瓷泵。本发明采用换热器、管道、陶瓷泵、红外测温仪及控制器构成的密闭循环冷却系统即自动悬浮式冷却系统，这套系统放置在与地之间的绝缘强度大于200kV之处就可以安全工作。这样在靶端仍然加‑120KV～‑200KV的负加速高压，不需要隔离变压器，简化电源及控制电路的设计，进而可以消除靶接地散热装置带来的隐患和不足。
Description
技术领域
本发明涉及高产额中子发生器技术领域，具体为一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置。
背景技术
中子管是一种小型加速器中子源，它把离子源、加速系统、靶和气压调节系统全部密封在陶瓷管内，构成结构简单紧凑、使用方便的电真空器件。目前国内生产的中子管都是采用引出正离子的潘宁(PIG)离子源，在靶端加-120KV～-200KV的负高压将离子源产生的氘(D)离子和氚(T)离子加速，并在靶上发生核聚变反应产生14MeV中子。在产生中子的同时，靶上会产生大量的热量，如果不及时采取冷却措施，靶温会急剧升高，靶上嵌入的氘、氚会释放出，降低靶上氘、氚的浓度及中子管内部的真空度，容易造成高压放电以及绝缘性能和中子产额的大幅度下降。
以往在高产额中子发生器中采用的冷却装置是将中子管靶接地，这样在靶所在的位置用流动的水或其他冷却液实现冷却。这种机构给中子管的电源设计和控制带来极大的不便和不稳定性。因为要想使中子管产生中子，储存器电源和离子源电源都必须悬浮在120KV～200KV的正加速高压上，为了便于在低压端对储存器电源和离子源电源进行调解，需要使用体积庞大的隔离变压器。存在的隐患和不足是，如果隔离变压器的隔离强度变弱，会导致所有电子、电器部分和中子管烧毁，更有可能给操作人员造成伤害。另外，通过隔离变压器使离子源工作在脉冲方式，要想获得比较好的脉冲波形及脉冲序列很困难。
发明内容
为了克服原有高产额中子发生器靶接地散热装置带来的隐患和不足，本发明提供了一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置。
为达上述目的，本发明提供了一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，包括高产额中子管、靶、换热器、导管和陶瓷泵；其中，所述靶封接在所述高产额中子管的端部，所述靶远离所述高产额中子管的一端与所述换热器的外壁紧密接触；所述换热器的入水口和出水口通过导管相连通，所述导管上设置有陶瓷泵。
进一步的，还包括红外测温仪和控制器，所述红外测温仪对准所述换热器的出水口，用于监测出水口处的水温，所述控制器分别与所述红外测温仪、陶瓷泵电连接。
进一步的，冷却液在换热器、导管和陶瓷泵组成的密闭系统中循环流动，按确定的控制算法实施流量控制，且整个自动散热装置对地是悬浮的。
进一步的，所述控制器根据换热器出水口的水温，按照公式(1)调整陶瓷泵的转速：
其中，t0为温度目标值，t为当前的温度，v0为当温度小于t0时的恒定转速，v为温度高于t0时的转速，k为比例系数，单位为转速/度。
进一步的，自动散热装置安放于对地的绝缘强度大于200kV的位置，构成悬浮式绝缘散热装置。
进一步的，靶端加负高压，储存器电源和离子源电源不需要悬浮，不需要隔离变压器。
进一步的，在靶端加-120KV～-200KV的负加速高压。
本发明的有益效果在于：
本发明提出了一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，采用换热器、管道、陶瓷泵、红外测温仪及控制器构成的密闭循环冷却系统即自动悬浮式冷却系统，这套系统放置在与地之间的绝缘强度大于200kV之处就可以安全工作。这样在靶端仍然加-120KV～-200KV的负加速高压，不需要隔离变压器，简化电源及控制电路的设计，进而可以消除靶接地散热装置带来的隐患和不足。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，图中：
1-高产额中子管；2-靶；3-换热器；4-导管；5-陶瓷泵；6-红外测温仪；7-控制器。
具体实施方式
为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，结合附图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能。
如图1所示，本发明提供了一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，包括高产额中子管1、靶2、换热器3、导管4和陶瓷泵5；其中，所述靶2封接在所述高产额中子管1的端部，所述靶2远离所述高产额中子管1的一端与所述换热器3的外壁紧密接触；所述换热器3的入水口和出水口通过导管4相连通，所述导管4上设置有陶瓷泵5，导管4将陶瓷泵5的进水口和出水口紧密连接起来。其中导管4采用无缝钢管或者耐热、耐腐蚀的橡胶管。
本发明还包括红外测温仪6和控制器7，所述红外测温仪6对准所述换热器3的出水口，用于监测出水口处的水温，所述控制器7分别与所述红外测温仪6、陶瓷泵5电连接。冷却液在换热器、导管和陶瓷泵组成的密闭系统中循环流动，按确定的控制算法实施流量控制，且整个自动散热装置对地是悬浮的，控制算法为：控制器7根据换热器3出水口的水温，按照公式(1)调整陶瓷泵5的转速，把热量迅速带走：
其中，t0为温度目标值，t为当前的温度，v0为当温度小于t0时的恒定转速，v为温度高于t0时的转速，k为比例系数，单位为转速/度。
冷却液在密闭的系统中循环流动，按确定的控制算法实施流量控制，且整个循环冷却系统对地是悬浮的。
本实施例中，自动散热装置安放于对地的绝缘强度大于200kV的位置，构成悬浮式绝缘散热装置。靶端加-120KV～-200KV负高压，储存器电源和离子源电源不需要悬浮，不需要隔离变压器，使电源及控制电路的设计得到简化，进而消除靶接地散热装置带来的隐患和不足。本发明将靶所产生的热量，从负高压端安全、快速地传导出来，实现对靶的冷却。
本装置采用具有良好散热性能的换热器放置于中子管的靶端，并紧密接触。将换热器通过无缝钢管或者耐热、耐腐蚀的橡胶管链接到陶瓷泵上，陶瓷泵的传动部分和冷却液驱动部分用绝缘连接杆隔离，红外测温仪对准换热器的出水口，控制器根据出水口的温度自动调节陶瓷泵的转速，构成密闭式自动绝缘散热系统。这套系统安放于距离地的绝缘强度大于200kV的位置，构成悬浮式自动绝缘散热装置。这样就不需要靶接地，便于中子发生器储存器电源、离子源电源及高压电源的设计，同时也便于对离子源电源工作于脉冲方式的控制。本发明采用将换热器、导管、红外测温仪及控制器、陶瓷泵连接成密闭、循环、绝缘的散热系统，在该系统中使用的冷却剂是水或者其它冷却液，它们在陶瓷泵的驱动下流动。将该系统安放于与地之间的绝缘强度大于200kV的地点，处于悬浮状态。既解决了散热问题，又解决了对地绝缘的问题，还实现了自动控制。
本发明提出了一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，采用换热器、管道、陶瓷泵、红外测温仪及控制器构成的密闭循环冷却系统即自动悬浮式冷却系统，这套系统放置在与地之间的绝缘强度大于200kV之处就可以安全工作。这样在靶端仍然加-120KV～-200KV的负加速高压，不需要隔离变压器，简化电源及控制电路的设计，进而可以消除靶接地散热装置带来的隐患和不足。
本发明高产额中子管靶端加负高压，便于中子发生器储存器电源、离子源电源及高压电源的设计，同时也便于对离子源电源工作于脉冲方式的控制。这种结构的中子发生器，其寿命、稳定性指标得到明显改善。以Φ70管为例，采用这种散热装置的高产额中子发生器，在相同高压和束流下的寿命(在-180KV的高压和1.2mA束流下的寿命)比以往靶接地散热装置提高大约1个数量级，中子产额的波动不大于3％。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，其特征在于，包括高产额中子管、靶、换热器、导管和陶瓷泵；其中，所述靶封接在所述高产额中子管的端部，所述靶远离所述高产额中子管的一端与所述换热器的外壁紧密接触；所述换热器的入水口和出水口通过导管相连通，所述导管上设置有陶瓷泵。
2.如权利要求1所述的一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，其特征在于，还包括红外测温仪和控制器，所述红外测温仪对准所述换热器的出水口，用于监测出水口处的水温，所述控制器分别与所述红外测温仪、陶瓷泵电连接。
3.如权利要求2所述的一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，其特征在于，冷却液在换热器、导管和陶瓷泵组成的密闭系统中循环流动，按确定的控制算法实施流量控制，且整个自动散热装置对地是悬浮的。
4.如权利要求3所述的一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，其特征在于，所述控制器根据换热器出水口的水温，按照公式(1)调整陶瓷泵的转速：
其中，t0为温度目标值，t为当前的温度，v0为当温度小于t0时的恒定转速，v为温度高于t0时的转速，k为比例系数，单位为转速/度。
5.如权利要求1所述的一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，其特征在于，自动散热装置安放于对地的绝缘强度大于200kV的位置，构成悬浮式绝缘散热装置。
6.如权利要求5所述的一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，其特征在于，靶端加负高压，储存器电源和离子源电源不需要悬浮，不需要隔离变压器。
7.如权利要求6所述的一种高产额中子发生器用悬浮式自动散热装置，其特征在于，在靶端加-120KV～-200KV的负加速高压。
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