EP0069341A1 - Liquid metal target for a spallation neutron source - Google Patents

Liquid metal target for a spallation neutron source Download PDF

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Publication number
EP0069341A1
EP0069341A1 EP82105848A EP82105848A EP0069341A1 EP 0069341 A1 EP0069341 A1 EP 0069341A1 EP 82105848 A EP82105848 A EP 82105848A EP 82105848 A EP82105848 A EP 82105848A EP 0069341 A1 EP0069341 A1 EP 0069341A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
proton beam
inlet opening
liquid
target according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP82105848A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Josef Dr. Fassbender
Gerhard Dr. Meister
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH, Kernforschungsanlage Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP0069341A1 publication Critical patent/EP0069341A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H6/00—Targets for producing nuclear reactions

Definitions

  • the invention relates to a target for a spallation neutron source, which is formed using liquid metal, which rotates in a channel with a circulation pump arranged therein and a heat exchanger, a high-energy proton beam intended for the release of high-energy neutrons being provided by an uncovered channel in the channel Entry opening strikes a free surface of the liquid metal, and the channel being connected to a heating device for heating the flowing metal to an operating temperature above its melting temperature before the neutron source is started up.
  • Spallation neutron sources are devices in which a proton beam of high energy (order of magnitude: 1 Gev) is enclosed in a suitable substance to generate neutrons.
  • the proton beam is generated by an accelerator, the acceleration section of which is under high vacuum.
  • proton energies and proton currents are required at which generate powers of the order of a few MW within a volume of a few 100 cm 3 of the target material.
  • Targets for spallation neutron sources are known in various embodiments. They can be designed as solid targets, evaporation targets or liquid metal targets. As a result of the high proton energy required to generate spallation neutrons, one of the problems is that there is sufficient heat dissipation from the area of interaction between the proton beam and the target at the point where the proton beam hits the target guarantee. With solid targets, the heat is dissipated by heat conduction at temperatures below the melting point of the target material. As a result, the amount of heat that can be dissipated is limited.
  • the known prior art includes an embodiment in which a liquid metal jet flows through a vertical tube from top to bottom. The proton beam is shot vertically into the liquid column from above.
  • Targets of this type are e.g. in the designations No. 1 589 431 and 1 289 923.
  • the proton accelerator must either be arranged vertically or, if the proton accelerator beam is arranged horizontally, it must be deflected by 90 °. Because of the large overall length of the accelerator in one case and because of the difficulty in deflecting high-energy beams through large angles in the other case, considerable structural problems arise.
  • the invention is therefore based on the object of a target essentially formed by a liquid metal stream (in a flow channel) for a spallation neutron source in which the proton beam strikes the target horizontally or almost horizontally (ie inclined up to about 45 ") without deflection, without it being necessary to provide a disk covering the entry opening for the proton beam.
  • the free surface of the liquid metal stream which the proton beam strikes and which is to run essentially perpendicular to the proton beam, must therefore run essentially vertically or have a considerable vertical component.
  • the thickness of the liquid metal stream in the direction of the proton beam should be sufficient so that the proton energy is completely or substantially absorbed within the liquid metal.
  • the object on which the invention is based is achieved in the case of a target for a spallation neutron source of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in that the plane of the proton beam inlet opening is arranged vertically or almost vertically and the channel in the region of the inlet opening has a shape which at least deflects of part of the liquid metal flow, and that the power of the pump is sufficient to bring about such a flow rate that liquid metal is prevented from escaping from the inlet opening.
  • a vertical component of the liquid level in the area of the inlet opening is thus forced through the use of hydrodynamic forces, whereby at the same time the fact is used that the liquid metal flow in the area of interaction with the proton beam anyway must have such a speed that the temperature increase due to energy absorption remains below values at which the vapor pressure of the liquid comes close to the Iloch vacuum pressure values.
  • the invention also makes use of the knowledge that, because of the external vacuum in the area of the proton beam inlet opening, there is no friction between the liquid flow and the surrounding gas. It is therefore not possible for vortices to form on the free liquid surface, which could impair the formation of a constant free surface of the metallic liquid in the area of impact of the proton beam.
  • a vertical or almost vertical free liquid metal surface is also created behind the plane formed by the entrance plane for the proton beam.
  • this surface is an isobaric surface on which the external pressure prevails everywhere. Under the given conditions, this external pressure is equal to the vacuum pressure of the proton accelerator.
  • the forces acting in steady-state operation maintain the difference between the external pressure and the pressure within the liquid metal.
  • the almost vertical free surface of the liquid metal flow that forms in the area of the entry opening for the proton beam enables the inclusion of a horizontal or almost horizontal proton beam without the need for a disk to cover the entry opening during stationary operation to be provided for the proton beam.
  • an expedient embodiment of the target according to the invention is that the channel is connected to a reservoir with an adjustable liquid level.
  • This shutter is opened as soon as the intended throughput is reached and the proton accelerator is switched on.
  • An undesirable refinement of the target according to the invention consists of liquid metal emerging from the inlet opening for the proton beam in an undesirable manner, that a collecting device connected to the circuit for the metallic liquid or the optionally provided storage container, for example, is approximately below the inlet opening for the proton beam the entrance opening for the proton beam emerging liquid metal is provided.
  • This collecting device is expediently designed such that it is connected to a heater by means of which the metal is retained in the liquid state and is conveyed back into the circuit or the reservoir via a pump arranged in a line connected to the circuit or the reservoir.
  • a very advantageous embodiment of the target according to the invention consists in that a cross-sectional narrowing of the channel is provided, which causes the flow to constrict perpendicular to the direction of flow.
  • the cross-sectional constriction is arranged upstream above the edge of the inlet opening that runs perpendicular to the direction of flow and extends at least over the width of the inlet opening.
  • the narrowing of the flow channel results in a local increase in the flow velocity and consequently a decrease in the local pressure within the liquid.
  • the cross section of the channel is approximately perpendicular to the flow direction extending edge of the inlet opening for the proton beam, from which the liquid metal flows out of the inlet opening, extended towards the upstream part of the channel.
  • the consequence of the expansion of the flow cross-section provided for the proton beam in the direction of flow is a local detachment of the liquid metal flow from the wall.
  • the liquid jet expands transversely to the direction of flow.
  • a channel zone is created behind the narrowest point of the flow, within which the flow does not require a wall that completely surrounds it. The entry opening for the proton beam is thus provided at this point in the channel wall.
  • the expansion of the channel can, for fluidic reasons, extend to the pump in the flow circuit. However, it can also be limited to a distance which is sufficient to catch liquid metal which otherwise emerges in the flow direction from the inlet opening for the proton beam.
  • the channel guide in which a cross-sectional narrowing of the channel is provided perpendicular to the direction of flow, can accordingly be perpendicular to the respective case of need, it can also run horizontally or be inclined with respect to the horizontal.
  • the channel has a curvature which causes centrifugal forces in the liquid flow, through which a stable free surface of the liquid jet is formed in the area of the entry opening for the proton beam, the entry opening for the proton beam in the inner wall the channel curvature is provided.
  • the channel for the liquid flow in the region of the inlet opening for the proton beam is thus a curved piece of pipe which causes centrifugal forces directed outwards in the direction of the radius of curvature and away from the inlet opening.
  • the centrifugal forces in the curved part of the channel cancel the gravitational and other compressive forces acting on the stocking liquid to such an extent that the liquid cannot escape from the inlet opening for the proton beam.
  • the dimensioning and shape of the inlet opening for the proton beam are chosen taking into account that the free liquid surface takes on such a shape that the resultant from the gravitational and centrifugal force is perpendicular to the free liquid surface at every point so that the part of the free one Surface on which the proton beam occurs is almost vertical.
  • the liquid surface has the shape of a parabola as shown in FIG. 6 when the liquid flows within the curved pipe section at a spatially constant angular velocity. Wall friction effects can cause deviations from the parabolic shape, but they are not essential. The greater the flow velocity and thus the centrifugal force compared to the gravitational force, the greater the steepness of the parabola. As can also be seen from FIG. 6, the filling of the flow channel must not be complete.
  • a certain empty volume in the area of the curved pipe section is essential so that, given the steepness of the free surface determined by the flow velocity, the height Z o of the starting point of the free liquid surface on the channel wall in which the window is located is lower or at most the same height as that Bottom edge of the window is.
  • the approach height z o of the liquid surface becomes smaller the higher the flow velocity at a given local degree of filling. Conversely, the lower the local degree of filling, the smaller it is for a given flow rate.
  • the pump inlet should then expediently be at the lowest point of the circuit so that the pressure at this point is as high as possible.
  • the formation of a constant free surface of the flowing liquid in the region of the inlet opening for the proton beam in stationary operation is made considerably easier if, after an expedient further development of the target according to the invention, at the inlet opening for the proton beam extends over the width of the edge into the Flow protruding flow guide profile is provided, through which an additional lacing of the metallic liquid current is caused.
  • the channel wall is expediently shaped and / or a flow guide profile is provided such that the liquid only passes behind the downstream edge after passing through the area of the inlet opening for the proton beam creates the wall of the canal.
  • the depth of the channel for the liquid flow in the direction of the proton beam in the region of the entry opening for the proton beam in this embodiment of the target according to the invention at least according to the range of the protons in the metal used.
  • the range depends on the energy of the beam. The values in question are between 30 cm and 50 cm.
  • the local heat production density in the flowing liquid is not constant; on the contrary, it decreases exponentially within the proton beam with increasing distance from the surface of the liquid and quickly goes to zero after reaching the range of the proton beams. In the exponential range, the power density drops by more than an order of magnitude.
  • the high heat dissipation rate caused by convection is therefore only required in the front part of the target facing the proton beam source.
  • a very advantageous embodiment of the target according to the invention is that on the wall of the channel opposite the inlet opening for the proton beam, a solid body connected to a cooling system and usable as a target with a surface facing the inlet opening for the proton beam of at least the cross section of the proton beam is arranged.
  • the solid body mentioned above is part of the wall of the channel at the point opposite the entry opening for the proton beam.
  • the dimensions of the solid body are expediently such that the heat generated during the spallation is dissipated below the temperature by a cooling system provided for cooling the solid body, at which the material of the solid body melts and / or dissolves in the metal liquid.
  • the cooling takes place by gas or by a liquid. It is expedient to measure the cross-sectional dimension of the channel in the direction of the proton beam from the free surface of the liquid flow in order to reduce the part of the solid body which is effective in the spallation in depth.
  • a neutron multiplying material such as uranium, for example uranium-238, as the material for the solid body.
  • liquid metal 2 flows through a channel 1 with a rectangular cross section in the target according to the invention.
  • a lead or a lead bismuth eutectic can be used as the liquid metal.
  • the proton beam P enters the interior of the channel through an inlet opening 3, which is located in its direction and is arranged vertically in the channel wall, and strikes the flowing metal liquid there.
  • a cross-sectional constriction 4 is provided above the inlet opening 3 arranged in the vertically guided channel 1. This causes a constriction of the liquid flow 2 that extends over the inlet opening 3.
  • the liquid jet expands in the area of the cross sectional widening 5 of the channel 1 in a way that it only becomes after one predetermined distance behind the cross-sectional expansion on the wall of the channel 1. In this way it is achieved that no delimiting wall is required for the proton beam in the region of the inlet opening 3.
  • a liquid surface 6 is formed opposite the inlet opening 3 and has only a slight inclination with respect to the vertical.
  • the channel 1 It is not necessary to guide the channel 1 vertically, as shown in FIG. 1, but if necessary, the channel can also be arranged horizontally or inclined with respect to the horizontal. In these cases too, the inlet opening 3 for the proton beam P is arranged in a vertical channel wall.
  • FIG reproduced of the target according to the invention Another embodiment is shown in FIG reproduced of the target according to the invention.
  • the channel 1, which has a rectangular cross section, is curved for the liquid metal flow in the region of the inlet opening 3 for the proton beam P.
  • the inlet opening 3 for the proton beam P is arranged on the vertical inner wall of the channel 1.
  • centrifugal forces directed radially outward are exerted on the liquid flowing therein in the direction of the curvature radius.
  • the flow velocity of the liquid and curvature are coordinated so that the centrifugal forces in the curved part of the channel 1 cancel the gravitational and other compressive forces to such an extent that the metallic liquid 2 cannot emerge from the inlet opening 3 for the proton beam P.
  • the free surface 6 of the flowing metallic liquid 2 assumes such a shape that the resulting R from the gravitational force G and the centrifugal force Z is perpendicular to the surface at each point of the surface 6.
  • a flow guide profile 7 extending across the width of the window dimension perpendicular to the flow direction is arranged on the upstream edge of the inlet opening 3 for the proton beam P.
  • this flow guide profile has an edge which projects into the flow and narrows the cross section of the flow.
  • the channel wall is shaped in such a way that the liquid, after passing through the region of the inlet opening 3 for the proton beam P, only touches the wall behind the edge 8 of the inlet opening 3 located downstream and perpendicular to the flow of channel 1 creates.
  • a further embodiment of the target according to the invention is that the channel 1 for the liquid metal 2 has a reduced cross section in the direction of the extension of the proton beam P in the region of the inlet opening 3 for the proton beam, and that on the rear part of the channel 1, a solid body 11 suitable as a solid target is provided. As can not be seen from the drawing, the solid body 11 has at least the dimension of the cross section of the proton beam P.
  • a cooling system 12 To dissipate the heat generated during operation of the spallation neutron source in the solid body 11 is a cooling system 12, in which the cooling either by flowing gas or flowing Liquid is provided.
  • the cooling system 12 surrounds - as can be seen from FIG.
  • the dimensions are chosen so that the heat production in the solid body 11 remains sufficiently small and in such a way that the heat generated there can be dissipated below the melting temperature of the target material.

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Abstract

The subject of the invention is a liquid metal target for a spallation source, consisting of a flow channel (1) in which liquid metal (2) flows at a sufficiently high speed, the flow channel having an opening for the entry of the proton beam (P) and suitable forming of the channel causing deflection of the liquid flow, to produce inertia forces such that an outflow of the liquid metal from the window is prevented. This is achieved in that the inertia forces acting in conjunction with the gravitational forces in the region of the window result in the formation of a free liquid surface (6), detached from the channel wall, which is approximately parallel to the channel wall in which the beam window (opening) is located. This can be implemented, according to the invention, by a curved channel piece with the window arranged in the wall facing the centre point of the curvature, or by constriction of the liquid flow before the window and subsequent expansion after the window. The combination of both methods is also possible according to the invention (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Target für eine Spallationsneutronenquelle, das unter Verwendung von flüssigem Metall gebildet wird, welches in einem Kanal mit darin angeordneter Umwälzpumpe sowie einem Wärmetauscher umläuft, wobei ein zur Freisetzung energiereicher Neutronen vorgesehener Protonenstrahl hoher Energie durch eine im Kanal angebrachte, unabgedeckte Eintrittsöffnung auf eine freie Oberfläche des flüssigen Metalls auftrifft, und wobei der Kanal mit einer Heizvorrichtung zum Aufheizen des strömenden Metalls auf eine oberhalb seiner Schmelztemperatur liegende Betriebstemperatur vor der Inbetriebnahme der Neutronenquelle in Verbindung steht.The invention relates to a target for a spallation neutron source, which is formed using liquid metal, which rotates in a channel with a circulation pump arranged therein and a heat exchanger, a high-energy proton beam intended for the release of high-energy neutrons being provided by an uncovered channel in the channel Entry opening strikes a free surface of the liquid metal, and the channel being connected to a heating device for heating the flowing metal to an operating temperature above its melting temperature before the neutron source is started up.

Spallationsneutronenquellen sind Vorrichtungen, bei denen ein Protonenstrahl hoher Energie (Größenordnung: 1 Gev) zur Erzeugung von Neutronen in eine geeignete Substanz eingeschlossen wird. Der Protonenstrahl wird von einem Beschleuniger erzeugt, dessen Beschleunigungsstrecke unter Hochvakuum steht. Um die angestrebten hohen Neutronenquellstärken zu erreichen, werden Protonenenergien und Protonenströme benötigt, bei denen innerhalb eines Volumens von einigen 100 cm3 des Targetmaterials Leistungen in der Größenordnung von einigen MW erzeugt werden.Spallation neutron sources are devices in which a proton beam of high energy (order of magnitude: 1 Gev) is enclosed in a suitable substance to generate neutrons. The proton beam is generated by an accelerator, the acceleration section of which is under high vacuum. In order to achieve the desired high neutron source strengths, proton energies and proton currents are required at which generate powers of the order of a few MW within a volume of a few 100 cm 3 of the target material.

Targets für Spallationsneutronenquellen sind in verschiedener Ausführungsform bekannt. Sie können als Feststoff-Targets, Verdampfungs-Targets oder Flüssigmetall-Targets ausgebildet sein. Infolge der hohen Protonen-Energie, die zur Erzeugung von Spallations-Neutronen erforderlich ist, liegt eines der Probleme darin, eine hinreichende Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Wechselwirkung zwischen Protonenstrahl und dem Target an der Stelle, an der der Protonenstrahl auf das Target auftrifft, zu gewährleisten. Bei Feststoff-Targets wird die Wärme durch Wärmeleitung bei unterhalb des Schmelzpunktes des Targetmaterials liegenden Temperaturen abgeführt. Das hat zur Folge, daß die abführbare Wärmemenge begrenzt ist. Um diesem Nachteil zu begegnen, ist daher auch schon eine Targetanordnung für Spallationsneutronenquellen vorgeschlagen worden, bei der kontinuierlich Targetmaterial dadurch am Auftreffpunkt des Protonenstrahls vorbeigeführt wird, daß das Targetmaterial am Umfang eines rotierenden, innen gekühlten Rades angeordnet ist (vgl. DE-OS 28 50 069). Platzbedarf und Gewicht einer derartigen Konstruktion sind jedoch erheblich, da der notwendige Raddurchmesser bei etwa 2,5 m liegt. Nachteilig ist ferner, daß das Kühlmittel zur Kühlung des Targets über Rotationskupplungen, die an der Radwelle angeordnet sind, zu- und abgeführt werden muß.Targets for spallation neutron sources are known in various embodiments. They can be designed as solid targets, evaporation targets or liquid metal targets. As a result of the high proton energy required to generate spallation neutrons, one of the problems is that there is sufficient heat dissipation from the area of interaction between the proton beam and the target at the point where the proton beam hits the target guarantee. With solid targets, the heat is dissipated by heat conduction at temperatures below the melting point of the target material. As a result, the amount of heat that can be dissipated is limited. In order to counter this disadvantage, a target arrangement for spallation neutron sources has therefore already been proposed, in which target material is continuously guided past the point of impact of the proton beam by arranging the target material on the circumference of a rotating, internally cooled wheel (cf. DE-OS 28 50 069). Space requirements and weight of such a construction are considerable, however, since the necessary wheel diameter is approximately 2.5 m. Another disadvantage is that the coolant for cooling the target must be supplied and removed via rotary couplings which are arranged on the wheel shaft.

In Betracht gezogen wurden auch schon sogenannte Verdampfungs-Targets, bei denen die erzeugte Wärme ganz oder zum Teil durch Verdampfung von Targetmaterial abgeführt wird. Problematisch ist hierbei jedoch die Entwicklung von Metalldampf, der vom Protonenbeschleuniger ferngehalten werden muß.So-called evaporation targets have also been considered, in which the heat generated is entirely or partially removed by evaporation of target material. The problem here is the development of metal vapor, which must be kept away from the proton accelerator.

Zur Lösung des Problems der Abführung der beim Betreiben einer Spallationsneutronenquelle entstehenden Wärme hat man daher auch schon vorgeschlagen, Targets aus(bei Betriebstemperatur) flüssigem Metall(wie Blei oder Blei-Wismuth-Entektikum) zu verwenden, weil dabei die Wärme durch (Zwangs)-Konvektion an ein Kühlsystem abgeführt werden kann. So gehört zum bekannten Stande der Technik eine Ausführungsform, bei der ein Flüssigmetall-Strahl durch ein senkrechtes Rohr von oben nach unten strömt. Dabei wird der Protonenstrahl senkrecht von oben in die Flüssigkeitssäule eingeschossen. Targets dieses Typs sind z.B. in den Auslegeschriften Nr. 1 589 431 und 1 289 923 beschrieben. Vorteilhaft ist dabei zwar, daß ein materielles Fenster zwischen Protonenstrahl und Flüssigmetall nicht erforderlich ist, nachteilig ist jedoch, daß der Protonenbeschleuniger entweder vertikal angeordnet oder aber bei horizontaler Anordnung der Strahl des Protonenbeschleunigers um 90° umgelenkt werden muß. Wegen der großen Baulünge des Beschleunigers im einen Falle und wegen der Schwierigkeit der Umlenkung hochenergetischer Strahlen um große Winkel im anderen Falle entstehen dadurch nicht unerhebliche bauliche Probleme.To solve the problem of dissipating the heat generated during the operation of a spallation neutron source, it has therefore already been proposed to use targets made of (at operating temperature) liquid metal (such as lead or lead bismuth entectic), because the heat is caused by (forced) Convection can be dissipated to a cooling system. For example, the known prior art includes an embodiment in which a liquid metal jet flows through a vertical tube from top to bottom. The proton beam is shot vertically into the liquid column from above. Targets of this type are e.g. in the designations No. 1 589 431 and 1 289 923. Although it is advantageous that a material window between the proton beam and liquid metal is not necessary, it is disadvantageous that the proton accelerator must either be arranged vertically or, if the proton accelerator beam is arranged horizontally, it must be deflected by 90 °. Because of the large overall length of the accelerator in one case and because of the difficulty in deflecting high-energy beams through large angles in the other case, considerable structural problems arise.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein im wesentlichen durch einen Flüssigmetallstrom(in einem Strömungskanal) gebildetes Target für eine Spallationsneutronenquelle zu schaffen, bei dem der Protonenstrahl ohne Umlenkung horizontal oder nahezu horizontal (d.h. bis etwa 45" geneigt) auf das Target auftrifft, ohne daß es notwendig ist, eine die Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl abdeckende Scheibe vorzusehen. Die freie Oberfläche des Flüssigmetallstromes, auf die der Protonenstrahl auftrifft und die im wesentlichen senkrecht zum Protonenstrahl verlaufen soll, muß daher im wesentlichen vertikal verlaufen oder doch eine beachtliche Vertikalkomponente aufweisen.The invention is therefore based on the object of a target essentially formed by a liquid metal stream (in a flow channel) for a spallation neutron source in which the proton beam strikes the target horizontally or almost horizontally (ie inclined up to about 45 ") without deflection, without it being necessary to provide a disk covering the entry opening for the proton beam. The free surface of the liquid metal stream , which the proton beam strikes and which is to run essentially perpendicular to the proton beam, must therefore run essentially vertically or have a considerable vertical component.

Dabei soll die Mächtigkeit des Flüssigmetallstroms in Protonenstrahlrichtung ausreichen, so daß die Protonenenergie vollständig oder zu wesentlichen Teilen innerhalb des flüssigen Metalls absorbiert wird.The thickness of the liquid metal stream in the direction of the proton beam should be sufficient so that the proton energy is completely or substantially absorbed within the liquid metal.

Die der Erfindung zugrunde_liegende Aufgabe wird bei einem Target für eine Spallationsneutronenquelle der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ebene der Protonenstrahl-Eintrittsöffnung senkrecht oder nahezu senkrecht angeordnet ist und der Kanal im Bereich der Eintrittsöffnung eine Formgebung hat, die eine Umlenkung zumindest eines Teils des Flüssigmetallstromes erzwingt, und daß die Leistung der Pumpe für die Herbeiführung einer solchen Strömungsgeschwindigkeit ausreicht, daß ein Austreten von Flüssigmetall aus der Eintrittsöffnung verhindert wird.The object on which the invention is based is achieved in the case of a target for a spallation neutron source of the type mentioned at the outset in accordance with the invention in that the plane of the proton beam inlet opening is arranged vertically or almost vertically and the channel in the region of the inlet opening has a shape which at least deflects of part of the liquid metal flow, and that the power of the pump is sufficient to bring about such a flow rate that liquid metal is prevented from escaping from the inlet opening.

Gemäß der Erfindung wird also durch Ausnutzung hydrodynamischer Kräfte eine Vertikalkomponente des Flüssigkeitsspiegels im Bereich der Eintrittsöffnung erzwungen, wobei gleichzeitig die Tatsache ausgenutzt wird, daß der Flüssigmetallstrom im Bereich der Wechselwirkung mit dem Protonenstrahl ohnehin eine solche Geschwindigkeit haben muß, daß die durch Energieabsorption bedingte Temperaturerhöhung unterhalb von Werten bleibt, bei denen der Dampfdruck der Flüssigkeit in die Nähe der Ilochvakuum-Druckwerte kommt.According to the invention, a vertical component of the liquid level in the area of the inlet opening is thus forced through the use of hydrodynamic forces, whereby at the same time the fact is used that the liquid metal flow in the area of interaction with the proton beam anyway must have such a speed that the temperature increase due to energy absorption remains below values at which the vapor pressure of the liquid comes close to the Iloch vacuum pressure values.

Die Erfindung nutzt ferner die Erkenntnis aus, daß wegen des äußeren Vakuums im Bereich der Protonenstrahl-Eintrittsöffnung eine Reibung zwischen Flüssigkeitsstrom und umgebendem Gas entfällt. An der freien Flüssigkeitsoberfläche kann es daher auch nicht zur Bildung von Wirbeln kommen, die die Ausbildung einer gleichbleibenden freien Oberfläche der metallischen Flüssigkeit im Auftreffbereich des Protonenstrahls beeinträchtigen könnte.The invention also makes use of the knowledge that, because of the external vacuum in the area of the proton beam inlet opening, there is no friction between the liquid flow and the surrounding gas. It is therefore not possible for vortices to form on the free liquid surface, which could impair the formation of a constant free surface of the metallic liquid in the area of impact of the proton beam.

Unter dem Einfluß der zur Wirkung gebrachten Kräfte wird hinter der von der Eintrittsebene für den Protonenstrahl gebildeten Ebene eine ebenfalls senkrechte oder nahezu senkrechte freie flüssigmetalloberfläche erzeugt. Diese Oberfläche ist bei dem larget gemäß der Erfindung eine isobare Fläche, auf der überall der Außendruck herrscht. Unter den gegebenen Bedingungen ist dieser Außendruck gleich dem Vakuumdruck des Protonen-Beschleunigers. Dabei wird also durch die zur Wirkung kommenden Kräfte im stationären Betrieb die Differenz zwischen dem Außendruck und dem Druck innerhalb des Flüssigkeitsmetalls aufrechterhalten. Die sich dabei im Bereich der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl ausbildende, nahezu senkrechte freie Oberfläche der Flüssigmetall-Strömung ermöglicht den Einschluß eines horizontalen oder nahezu horizontalen Protonenstrahls, ohne daß es erforderlich ist, während des stationären Betriebs eine Scheibe zur Abdeckung der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl vorzusehen. Wenn an dieser Stelle ein Druck im Hochvakuumbereich von beispielsweise 10-6 Torr herrscht und Blei (F. 327.5°) als Targetflüssigkeit dient, so muß dessen Temperatur (gemäß der Dampfdruckkurve) unter etwa 425 °C gehalten werden. Daraus ergibt sich bei Hochleistungstargets eine Mindest-Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Wechselwirkung zwischen Protonenstrahl und dem Flüssigkeitsmetall in der Größenordnung von einigen Metern pro Sekunde.Under the influence of the forces brought about, a vertical or almost vertical free liquid metal surface is also created behind the plane formed by the entrance plane for the proton beam. In the case of the larget according to the invention, this surface is an isobaric surface on which the external pressure prevails everywhere. Under the given conditions, this external pressure is equal to the vacuum pressure of the proton accelerator. The forces acting in steady-state operation maintain the difference between the external pressure and the pressure within the liquid metal. The almost vertical free surface of the liquid metal flow that forms in the area of the entry opening for the proton beam enables the inclusion of a horizontal or almost horizontal proton beam without the need for a disk to cover the entry opening during stationary operation to be provided for the proton beam. If there is a pressure in the high vacuum range of 10 -6 Torr at this point and lead (F. 327.5 °) is used as the target liquid, then its temperature (according to the vapor pressure curve) must be kept below about 425 ° C. For high-performance targets, this results in a minimum flow velocity in the range of the interaction between the proton beam and the liquid metal in the order of a few meters per second.

Um beim Betreiben der Spallationsneutronenquelle ständig eine optimale Füllung des in dem Kanalkreislauf des Targets geführten Flüssigkeitsstroms zu erreichen, besteht eine zweckmäßige Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung darin, daß der Kanal mit einem Vorratsbehälter mit einstellbarem Flüssigkeitspegel verbunden ist.In order to constantly achieve an optimal filling of the liquid flow carried in the channel circuit of the target when operating the spallation neutron source, an expedient embodiment of the target according to the invention is that the channel is connected to a reservoir with an adjustable liquid level.

Es ist ferner zweckmäßig, für die Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl eine fernbedienbare Abdeckung vorzusehen, damit während der Dauer, die benötigt wird, um dem Flüssigmetall die für den Betriebszustand erforderliche Mindestgeschwindigkeit zu erteilen, der Austritt von Flüssigmetall aus der Eintrittsöffnung des Kanals für den Protonenstrahl verhindert wird. Dieser Verschluß wird geöffnet, sobald der vorgesehene Durchsatz erreicht und der Protonenbeschleuniger eingeschaltet wird.It is furthermore expedient to provide a remote-controllable cover for the entry opening for the proton beam, so that during the time required to give the liquid metal the minimum speed required for the operating state, the escape of liquid metal from the entry opening of the channel for the proton beam is prevented becomes. This shutter is opened as soon as the intended throughput is reached and the proton accelerator is switched on.

Da während des Betreibens der Spallationsneutronenquelle Störungen des Flüssigkeitsdurchsatzes auftreten können, die dazu führen könnten, daß aus der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl in unerwünschter Weise Flüssigmetall austritt, besteht eine vorteilhafte Weiterausgestaltung des Targets gemäß der Erfindung darin, daß unterhalb der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl eine mit dem Kreislauf für die metallische Flüssigkeit oder dem gegebenenfalls vorgesehenen Vorratsbehälter in Verbindung stehende Auffangvorrichtung für etwa aus der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl austretendes flüssiges Metall vorgesehen ist. Diese Auffangvorrichtung ist zweckmäßig so ausgestaltet, daß sie mit einer Heizung verbunden ist, durch die das Metall im flüssigen Zustand erhalten bleibt und über eine in einer mit dem Kreislauf oder dem Vorratsbehälter verbundenen Leitung angeordnete Pumpe in den Kreislauf oder den Vorratsbehälter zurückbefördert wird.Since during the operation of the spallation neutron source, disturbances in the liquid throughput can occur, which could lead to the fact that An undesirable refinement of the target according to the invention consists of liquid metal emerging from the inlet opening for the proton beam in an undesirable manner, that a collecting device connected to the circuit for the metallic liquid or the optionally provided storage container, for example, is approximately below the inlet opening for the proton beam the entrance opening for the proton beam emerging liquid metal is provided. This collecting device is expediently designed such that it is connected to a heater by means of which the metal is retained in the liquid state and is conveyed back into the circuit or the reservoir via a pump arranged in a line connected to the circuit or the reservoir.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Targets gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine Querschnittsverengung des Kanals vorgesehen wird, welche eine Einschnürung der Strömung senkrecht zur Strömungsrichtung bewirkt. Die Querschnittsverengung ist stromaufwärts oberhalb der senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden Kante der Eintrittsöffnung angebracht und erstreckt sich mindestens über die Breite der Eintrittsöffnung. Die Verengung des Strömungskanals hat eine lokale Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit und infolgedessen eine Absenkung des lokalen Drucks innerhalb der Flüssigkeit zur Folge. Dabei ist nach einer bevorzugten Weiterausgestaltung dieser Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung der Querschnitt des Kanals etwa von der senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden Kante der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl ab, von der das Flüssigmetall von der Eintrittsöffnung abströmt, gegenüber dem stromaufwärts liegenden Teil des Kanals, erweitert. Die Folge der in Strömungsrichtung hinter der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl vorgesehenen Erweiterung des Strömungsquerschnittes ist eine lokale Ablösung des FlüssigmetallStroms von der Wand. Zwar expandiert der Flüssigkeitsstrahl im erweiterten Teil des Strömungsquerschnitts quer zur Strömungsrichtung. Das geschieht jedoch in der Weise, daß der Flüssigkeitsstrahl sich erst nach einer von dem Maße der Erweiterung und der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Strecke wieder an die Wand des Kanals anlegt. Bei dieser Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung entsteht somit hinter der engsten Stelle der Strömung eine Kanalzone, innerhalb derer die Strömung keine sie vollständig umgreifende Wandung benötigt. An dieser Stelle in der Kanalwandung ist also die Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl vorgesehen.A very advantageous embodiment of the target according to the invention consists in that a cross-sectional narrowing of the channel is provided, which causes the flow to constrict perpendicular to the direction of flow. The cross-sectional constriction is arranged upstream above the edge of the inlet opening that runs perpendicular to the direction of flow and extends at least over the width of the inlet opening. The narrowing of the flow channel results in a local increase in the flow velocity and consequently a decrease in the local pressure within the liquid. According to a preferred further development of this embodiment of the target according to the invention, the cross section of the channel is approximately perpendicular to the flow direction extending edge of the inlet opening for the proton beam, from which the liquid metal flows out of the inlet opening, extended towards the upstream part of the channel. The consequence of the expansion of the flow cross-section provided for the proton beam in the direction of flow is a local detachment of the liquid metal flow from the wall. In the expanded part of the flow cross-section, the liquid jet expands transversely to the direction of flow. However, this is done in such a way that the liquid jet only touches the wall of the channel again after a distance dependent on the extent of the expansion and the flow velocity. In this embodiment of the target according to the invention, a channel zone is created behind the narrowest point of the flow, within which the flow does not require a wall that completely surrounds it. The entry opening for the proton beam is thus provided at this point in the channel wall.

Die Erweiterung des Kanals kann aus strömungstechnischen Gründen bis zu der im Strömungskreislauf liegenden Pumpe reichen. Doch kann sie auch auf eine Strecke begrenzt sein, die zum Auffangen von in Strömungsrichtung aus der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl anderenfalls austretendem flüssigen Metall hinreichend ist.The expansion of the channel can, for fluidic reasons, extend to the pump in the flow circuit. However, it can also be limited to a distance which is sufficient to catch liquid metal which otherwise emerges in the flow direction from the inlet opening for the proton beam.

Bei der Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung, bei der eine Querschnittsverengung des Kanals senkrecht zur Strömungsrichtung vorgesehen ist, kann die Kanalführung entsprechend dem jeweiligen Bedarfsfalle senkrecht sein, sie kann auch horizontal verlaufen oder gegenüber der Horizontalen geneigt sein.In the embodiment of the target according to the invention, in which a cross-sectional narrowing of the channel is provided perpendicular to the direction of flow, the channel guide can accordingly be perpendicular to the respective case of need, it can also run horizontally or be inclined with respect to the horizontal.

Eine andere Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Kanal eine in dem Flüssigkeitsstrom Zentrifugalkräfte hervorrufende Krümmung aufweist, durch die sich im Bereich der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl eine stabile freie Oberfläche des Flüssigkeitsstrahls ausbildet, wobei die Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl in der Innenwandung der Kanalkrümmung vorgesehen ist. Dabei ist also der Kanal für die Flüssigkeitsströmung im Bereich der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl ein gekrümmtes Rohrstück, das in Richtung des Krümmungsradius'nach außen und von der Eintrittsöffnung weg gerichtete Zentrifugalkräfte hervorruft. In diesem Falle heben bei hinreichend großer Strömungsgeschwindigkeit die Zentrifugalkräfte im gekrümmten Teil des Kanals die Gravitations- und sonstigen auf die strümende Flüssigkeit einwirkenden Druckkräfte soweit auf, daß die Flüssigkeit aus der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl nicht austreten kann. Bemessung und Formgebung der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl sind unter der Berücksichtigung, daß die freie Flüssigkeitsoberfläche eine solche Form annimmt, daß die Resultierende aus der Gravitations- und der Zentrifugalkraft in jedem Punkt senkrecht auf der freien Flüssigkeitsoberfläche steht, so gewählt, daß der Teil der freien Oberfläche, auf den der Protonenstrahl auftritt, nahezu senkrecht steht.Another embodiment of the target according to the invention is that the channel has a curvature which causes centrifugal forces in the liquid flow, through which a stable free surface of the liquid jet is formed in the area of the entry opening for the proton beam, the entry opening for the proton beam in the inner wall the channel curvature is provided. The channel for the liquid flow in the region of the inlet opening for the proton beam is thus a curved piece of pipe which causes centrifugal forces directed outwards in the direction of the radius of curvature and away from the inlet opening. In this case, with a sufficiently high flow velocity, the centrifugal forces in the curved part of the channel cancel the gravitational and other compressive forces acting on the stocking liquid to such an extent that the liquid cannot escape from the inlet opening for the proton beam. The dimensioning and shape of the inlet opening for the proton beam are chosen taking into account that the free liquid surface takes on such a shape that the resultant from the gravitational and centrifugal force is perpendicular to the free liquid surface at every point so that the part of the free one Surface on which the proton beam occurs is almost vertical.

Bei einer Kanalanordnung mit vertikaler Krümmungsachse hat die Flüssigkeitsoberfläche die Form einer Parabel wie in Fig. 6 dargestellt, wenn die Flüssigkeit innerhalb des gekrümmten Rohrstücks mit räumlich konstanter Winkelgeschwindigkeit fließt. Wandreibungseffekte können Abweichungen von der Parabelform bewirken, die aber nicht wesentlich sind. Die Steilheit der Parabel ist um so größer, je größer die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Zentrifugalkraft im Vergleich zur Gravitationskraft ist. Wie aus der Fig. 6 auch ersichtlich ist, darf die Füllung des Strömungskanals nicht vollständig sein. Ein bestimmtes Leervolumen im Bereich des gekrümmten Rohrstücks ist unerläßlich, damit bei der durch die Strömungsgeschwindigkeit bestimmten Steilheit der freien Überfläche die Höhe Zo des Ansatzpunktes der freien Flüssigkeltsuberfläche an der Kanalwand, in der sich das Fenster befindet, niedriger oder allenfalls in gleicher Höhe wie die Unterkante des Fensters liegt. Die Ansatzhöhe zo der Flüssigkeitsoberfläche wird bei vorgegebenen lokalen Füllgrad um so kleiner, je höher die Strömungsgeschwindigkeit ist. Umgekehrt ist sie bei vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit um so kleiner, je geringer der lokale Füllgrad ist.In the case of a channel arrangement with a vertical axis of curvature, the liquid surface has the shape of a parabola as shown in FIG. 6 when the liquid flows within the curved pipe section at a spatially constant angular velocity. Wall friction effects can cause deviations from the parabolic shape, but they are not essential. The greater the flow velocity and thus the centrifugal force compared to the gravitational force, the greater the steepness of the parabola. As can also be seen from FIG. 6, the filling of the flow channel must not be complete. A certain empty volume in the area of the curved pipe section is essential so that, given the steepness of the free surface determined by the flow velocity, the height Z o of the starting point of the free liquid surface on the channel wall in which the window is located is lower or at most the same height as that Bottom edge of the window is. The approach height z o of the liquid surface becomes smaller the higher the flow velocity at a given local degree of filling. Conversely, the lower the local degree of filling, the smaller it is for a given flow rate.

Eine ungewollte Überschreitung des Ansatzpunktes zo der Flüssigkeitsoberfläche über die untere Fensterkante hinaus, etwa bedingt durch eine unbeabsichtigte Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit, führt dazu, daß Flüssigkeit vorübergehend aus dem Fenster austritt, bis durch den dadurch bewirkten geringeren Füllgrad der Ansatzpunkt zo wieder auf die Höhe der unteren Fensterkante abgesunken ist. Wenn am Fenster eine geeignete Auffangvorrichtung für austretendes Flüssigmetall vorgesehen wird, kann also durch Aufrechterhaltung eines geringen Überschusses an Flüssigmetall (der über die Unterkante des Fensters abfließt) ein stets optimaler Füllgrad erreicht werden.An unintentional exceeding of the starting point z o of the liquid surface beyond the lower window edge, for example due to an unintentional reduction in the flow rate, leads to the presence of liquid emerges from the window until the starting point z o has dropped back to the height of the lower window edge due to the resulting lower degree of filling. If a suitable collecting device for escaping liquid metal is provided on the window, an optimal degree of filling can always be achieved by maintaining a small excess of liquid metal (which flows over the lower edge of the window).

Die Notwendigkeit, daß der Füllgrad des Kanals im Bereich des gekrümmten Rohrstücks nicht vollständig sein darf, im Rest des Kanals, insbesondere am Pumpeneintritt aber vollständig sein soll, bedingt, daß das gekrümmte Rohrstück den hochsten Punkt des Gesamtkreislaufes einnehmen muß. Der Pumpeneintritt sollte dann zweckmäßigerweise am tiefsten Punkt des Kreislaufs liegen, damit der Druck an dieser Stelle möglichst hoch ist.The necessity that the degree of filling of the channel in the area of the curved pipe section must not be complete, but should be complete in the rest of the channel, especially at the pump inlet, means that the curved pipe section must occupy the highest point of the overall circuit. The pump inlet should then expediently be at the lowest point of the circuit so that the pressure at this point is as high as possible.

Wesentlich erleichtert wird die Ausbildung einer gleichbleibenden freien Oberfläche der strömenden Flüssigkeit im Bereich der Lintrittsöffnung für den Protonenstrahl im stationären Betrieb, wenn nach einer zweckmäßigen Weiterausgestaltung des Targets gemäß der Erfindung an der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl ein sich über die Breite der Kante erstreckendes, in die Strömung hineinragendes Strömungsleitprofil vorgesehen ist, durch das zusätzlich eine Linschnürung des metallischen Flüssigkeitsstromes hervorgerufen wird. An der stromabwärts gelegenen, senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden Kante der Lintrittsüffnung für den Protonenstrahl ist die Kanalwandung zweckmäßig so geformt und/oder ein so geformtes Strömungsleitprofil vorgesehen, daß sich die Flüssigkeit nach Durchlaufen des Bereichs der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl erst hinter der stromabwärts gelegenen Kante an die Wandung des Kanals anlegt. Es ist also in vorteilhafter Weise möglich, beide in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen des Targets gemäß der Erfindung in der Weise miteinander zu kombinieren, daß neben einer Querschnittsverengung des Kanals zugleich auch eine Krümmung im Bereich der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl vorgesehen ist, falls dies gewünscht wird.The formation of a constant free surface of the flowing liquid in the region of the inlet opening for the proton beam in stationary operation is made considerably easier if, after an expedient further development of the target according to the invention, at the inlet opening for the proton beam extends over the width of the edge into the Flow protruding flow guide profile is provided, through which an additional lacing of the metallic liquid current is caused. At the downstream edge of the inlet opening for the proton beam, which runs perpendicular to the direction of flow, the channel wall is expediently shaped and / or a flow guide profile is provided such that the liquid only passes behind the downstream edge after passing through the area of the inlet opening for the proton beam creates the wall of the canal. It is therefore advantageously possible to combine the two embodiments of the target according to the invention shown in FIGS. 1 and 2 in such a way that, in addition to narrowing the cross-section of the channel, a curvature is also provided in the region of the inlet opening for the proton beam, if so desired.

Wegen der Haftung der Flüssigkeit an der Wand des Kanals sind dort die Zentrifugalkräfte parallel und senkrecht zur Wand gleich Null; sie steigen erst mit zunehmender Entfernung von der Wandung und zwar in dem Maße an, wie auch die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt. Dieser Bereich entspricht etwa der Dicke der laminaren Grenzschicht der Strömung. Auftretende Wandeffekte werden dadurch kompensiert, daß an beiden, parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Rändern der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl die Beeinflussung der Strömung im Bereich der freien Oberfläche ausschließende, ein Mehrfaches der laminaren Grenzschicht betragende Leitprofile vorgesehen sind.Because of the adhesion of the liquid to the wall of the channel, the centrifugal forces there parallel and perpendicular to the wall are zero; they only increase with increasing distance from the wall, to the extent that the flow rate also increases. This range corresponds approximately to the thickness of the laminar boundary layer of the flow. Occurring wall effects are compensated for by the fact that on both edges of the inlet opening for the proton beam which run parallel to the direction of flow, guide profiles which exclude the influence of the flow in the region of the free surface and which are a multiple of the laminar boundary layer are provided.

Dem jeweiligen Bedarfsfall entsprechend ist es möglich, den Kanal im Bereich der Krümmung so zu führen, daß er gegenüber der Waagerechten eine beliebige Neigung aufweist.Is according to the respective need it is possible to guide the channel in the region of the curvature so that it has any inclination with respect to the horizontal.

Es ist ferner zweckmäßig, die Tiefe des Kanals für den Flüssigkeitsstrom in Richtung des Protonenstrahls im Bereich der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl bei dieser Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung mindestens entsprechend der Reichweite der Protonen in dem verwendeten Metall zu wählen. Die Reichweite ist abhängig von der Energie des Strahls. Die infrage kommenden Werte liegen etwa zwischen 30 cm und 50 cm.It is also expedient to choose the depth of the channel for the liquid flow in the direction of the proton beam in the region of the entry opening for the proton beam in this embodiment of the target according to the invention at least according to the range of the protons in the metal used. The range depends on the energy of the beam. The values in question are between 30 cm and 50 cm.

Nun ist aber die lokale Wärmeproduktionsdichte in der strömenden Flüssigkeit nicht konstant; sie nimmt vielmehr innerhalb des Protonenstrahls mit zunehmendem Abstand von der Flüssigkeitsflache zunächst exponentiell ab und geht nach Lrreichen der Reichweite der Protonenstrahlen rasch gegen Null. Im exponentiellen Bereich fällt die Leistungsdichte um mehr als eine Größenordnung. Daher ist die hohe, durch Konvektion bewirkte Wärmeabfuhrrate nur im vorderen, der Protonenstrahlquelle zugewandten Teil des Targets erforderlich. Aus diesem Grunde besteht eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Targets gemäß der Erfindung darin, daß an der der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl gegenüberliegenden Wandung des Kanals ein mit einem Kühlsystem in Verbindung stehender, als Target verwendbarer Feststoffkörper mit einer der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl zugekehrten Fläche von mindestens dem Querschnitt des Protonenstrahls angeordnet ist. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung besteht darin, daß oben erwähnte Feststoffkörper Teil der Wandung des Kanals an der der Eintrittsöffnung für den Protonenstrahl gegenüberliegenden Stelle ist. Die Abmessungen des Feststoffkörpers sind dabei zweckmäßig so bemessen, daß die bei der Spallation entstehende Wärme durch ein zur Kühlung des Feststoffkörpers vorgesehenes Kühlsystem unterhalb der Temperatur abgeführt wird, bei der das Material des Feststoffkörpers schmilzt und/oder in der Metallflüssigkeit in Lösung geht.However, the local heat production density in the flowing liquid is not constant; on the contrary, it decreases exponentially within the proton beam with increasing distance from the surface of the liquid and quickly goes to zero after reaching the range of the proton beams. In the exponential range, the power density drops by more than an order of magnitude. The high heat dissipation rate caused by convection is therefore only required in the front part of the target facing the proton beam source. For this reason, a very advantageous embodiment of the target according to the invention is that on the wall of the channel opposite the inlet opening for the proton beam, a solid body connected to a cooling system and usable as a target with a surface facing the inlet opening for the proton beam of at least the cross section of the proton beam is arranged. Another advantageous embodiment of the target according to the invention is that the solid body mentioned above is part of the wall of the channel at the point opposite the entry opening for the proton beam. The dimensions of the solid body are expediently such that the heat generated during the spallation is dissipated below the temperature by a cooling system provided for cooling the solid body, at which the material of the solid body melts and / or dissolves in the metal liquid.

Die Kühlung erfolgt durch Gas oder durch eine Flüssigkeit. Zweckmäßig ist es, die Querschnittsabmessung des Kanals in Richtung des Protonenstrahls von der freien Überfläche des Flüssigkeitsstroms aus gemessen, um den Teil des Feststoffkörpers, der bei der Spallation der Tiefe nach zur Wirkung kommt, zu verringern. Um die Neutronenausbeute der Neutronenquelle zu verstärken, ist es vorteilhaft, als Material für den Feststoffkörper ein neutronenvervielfachendes Material wie Uran, beispielsweise Uran-238, zu verwenden.The cooling takes place by gas or by a liquid. It is expedient to measure the cross-sectional dimension of the channel in the direction of the proton beam from the free surface of the liquid flow in order to reduce the part of the solid body which is effective in the spallation in depth. In order to increase the neutron yield of the neutron source, it is advantageous to use a neutron multiplying material such as uranium, for example uranium-238, as the material for the solid body.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Targets gemäß der Erfindung schematisch als Prinzipskizzen wiedergegeben und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

  • Fig. 1 ein Target mit Querschnittsverengung des Strömungskanals im Längsschnitt;
  • Fig. 2 ein Target mit gekrümmter Kanalführung in perspektivischer Darstelluny;
  • Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines Targets mit gekrümmter Kanalführung im Längsschnitt;
  • Fig. 4 einen Schnitt durch die Ausführungsform des Targets nach Fig. 3, nach der Linie A-B; .
  • Fig. 5 ein Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Targets unter Verwendung eines Feststoffkörpers;
  • Fig. 6 eine Skizze zur Veranschaulichung der Flüssigkeitsoberfläche und des "Ansatzpunktes".
In the drawing, some exemplary embodiments of the target according to the invention are shown schematically as schematic diagrams and are explained in more detail below. Show it
  • 1 shows a target with cross-sectional narrowing of the flow channel in longitudinal section.
  • Fig. 2 shows a target with a curved channel guided tour in perspective;
  • 3 shows another embodiment of a target with a curved channel guide in longitudinal section;
  • 4 shows a section through the embodiment of the target according to FIG. 3, along the line AB; .
  • 5 shows a cross section through another embodiment of the target using a solid body;
  • Fig. 6 is a sketch to illustrate the liquid surface and the "starting point".

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird bei dem Target gemäß der Erfindung ein Kanal 1 mit rechteckigem Querschnitt von Flüssigmetall 2 durchströmt. Als Flüssigmetall kann dabei beispielsweise Blei oder ein Blei-Wismuth-Eutektikum verwendet werden. Der durch einen Pfeil gekennzeichnete Protonenstrahl P gelangt durch eine in seiner Richtung liegende, senkrecht in der Kanalwandung angeordnete Eintrittsöffnung 3 in das Kanalinnere und trifft dort auf die strömende Metallflüssigkeit auf. Dabei ist bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung oberhalb der in dem senkrecht geführten Kanal 1 angeordneten Eintrittsöffnung 3 eine Querschnittsverengung 4 vorgesehen. Dadurch wird eine die Eintrittsöffnung 3 übergreifende Einschnürung des Flüssigkeitsstromes 2 hervorgerufen. Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, ist der sich in Strömungsrichtung der metallischen Flüssigkeit 2 an die Lintrittsöffnung 3 anschließende Teil des Kanals 1 gegenüber dem oberhalb der Querschnittsverengung 4 liegenden leil des Kanals 1 erweitert. Querschnittsverengung 4 und Querschnittserweiterung 5 wirken dabei in der Weise zusammen, daß im Bereich der querschnittsverengung die Strömungsgeschwindigkeit vergrößert wird und infolgedessen eine Absenkung des lokalen Druckes innerhalb der Flüssigkeit eintritt. Die Kanalerweiterung 5 und infolgedessen die Erweiterung des Querschnitts der Strömung führt zu einer lokalen Ablösung des Flüssigmetallstroms von der Wandung des Kanalbereichs 5. Dabei expandiert der Flüssigkeitsstrahl im Bereich der Querschnittserweiterung 5 des Kanals 1 quer zur Strörnungsrichtung in der Weise, daß er sich erst nach einer vorbestimmten Strecke hinter der Querschnittserweiterung an die Wandung des Kanals 1 anlegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß im Bereich der Lintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl keine begrenzende Wandung erforderlich ist. Gegenüber der Lintrittsöffnung 3 bildet sich eine Flüssigkeitsoberfläche 6 aus, die gegenüber der Senkrechten nur eine geringe Neigung aufweist.As can be seen from the drawing, liquid metal 2 flows through a channel 1 with a rectangular cross section in the target according to the invention. For example, lead or a lead bismuth eutectic can be used as the liquid metal. The proton beam P, indicated by an arrow, enters the interior of the channel through an inlet opening 3, which is located in its direction and is arranged vertically in the channel wall, and strikes the flowing metal liquid there. In the embodiment of the target according to the invention shown in FIG. 1, a cross-sectional constriction 4 is provided above the inlet opening 3 arranged in the vertically guided channel 1. This causes a constriction of the liquid flow 2 that extends over the inlet opening 3. As can also be seen from FIG. 1, it is in the direction of flow of the metallic liquid 2 to the Part of the channel 1 adjoining the inlet opening 3 is expanded compared to the part of the channel 1 lying above the cross-sectional constriction 4. Cross-sectional constriction 4 and cross-sectional widening 5 interact in such a way that the flow velocity is increased in the area of the cross-sectional constriction and, as a result, the local pressure within the liquid decreases. The channel widening 5 and, consequently, the widening of the cross section of the flow leads to a local detachment of the liquid metal flow from the wall of the channel area 5. The liquid jet expands in the area of the cross sectional widening 5 of the channel 1 in a way that it only becomes after one predetermined distance behind the cross-sectional expansion on the wall of the channel 1. In this way it is achieved that no delimiting wall is required for the proton beam in the region of the inlet opening 3. A liquid surface 6 is formed opposite the inlet opening 3 and has only a slight inclination with respect to the vertical.

Es ist nicht notwendig, den Kanal 1, wie in Fig. 1 dargestellt, senkrecht zu führen, vielmehr kann der Kanall im Bedarfsfalle auch waagerecht oder geneigt gegenüber der Waagerechten angeordnet sein. Auch in diesen Fällen ist die Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P in einer senkrechten Kanalwandung angeordnet.It is not necessary to guide the channel 1 vertically, as shown in FIG. 1, but if necessary, the channel can also be arranged horizontally or inclined with respect to the horizontal. In these cases too, the inlet opening 3 for the proton beam P is arranged in a vertical channel wall.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Targets gemäß der Erfindung wiedergegeben. Dabei ist der einen rechteckigen Querschnitt aufwesende Kanal 1 für die Flüssigmetall-Strömung im Bereich der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P gekrümmt geführt. Dabei ist die Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P an der senkrechten Innenwandung des Kanals 1 angeordnet. Infolge der Krümmung des Kanals 1 werden auf die darin strömende Flüssigkeit in Richtung des Krümmurrysradius radial nach außen gerichtete Zentrifugalkrafte ausgeübt. Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und Krümmung sind so aufeinander abgestimmt, daß die Zentrifugalkräfte im gekrümmten teil des Kanals 1 die Gravitations- und sonstigen Druckkräfte soweit aufheben, daβ die metallische Flüssigkeit 2 nicht aus der Eintritsöffnung 3 für den Protonenstrahl P austreten kann.Another embodiment is shown in FIG reproduced of the target according to the invention. The channel 1, which has a rectangular cross section, is curved for the liquid metal flow in the region of the inlet opening 3 for the proton beam P. The inlet opening 3 for the proton beam P is arranged on the vertical inner wall of the channel 1. As a result of the curvature of the channel 1, centrifugal forces directed radially outward are exerted on the liquid flowing therein in the direction of the curvature radius. The flow velocity of the liquid and curvature are coordinated so that the centrifugal forces in the curved part of the channel 1 cancel the gravitational and other compressive forces to such an extent that the metallic liquid 2 cannot emerge from the inlet opening 3 for the proton beam P.

Wie am besten aus Fig. 4 zu entnehmen ist, nimmt die freie Überfläche 6 der strömenden metallischen Flüssigkeit 2 eine solche Form an, daß in jedem Punkt der Uberfläche 6 die resultierende R aus der Gravitationskraft G und der Zentrifugalkraft Z auf der Überflache senkrecht steht.As can best be seen from FIG. 4, the free surface 6 of the flowing metallic liquid 2 assumes such a shape that the resulting R from the gravitational force G and the centrifugal force Z is perpendicular to the surface at each point of the surface 6.

Außerdem ist - wie aus Fig. 3 hervorgeht - an der stromaufwärts liegenden Kante der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P ein über die Breite der Fensterabmessung senkrecht zur Strömungsrichtung sich erstreckendes Strömungsleitprofil 7 angeordnet. Dieses Strömungsleitprofil weist, wie aus Fig. 3 hervorgeht, eine in die Strömung hineinragende, den Querschnitt der Strömung verengende Kante uuf. An der stromabwärts gelegenen Kante 8 der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P ist die Kanalwand so geformt, daß sich die Flüssigkeit nach Durchlaufen des Bereichs der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P erst hinter der stromabwärts gelegenen und senkrecht zur Strömung geführten Berandung 8 der Eintrittsöffnung 3 an die Wandung des Kanals 1 anlegt.In addition, as can be seen from FIG. 3, a flow guide profile 7 extending across the width of the window dimension perpendicular to the flow direction is arranged on the upstream edge of the inlet opening 3 for the proton beam P. As can be seen from FIG. 3, this flow guide profile has an edge which projects into the flow and narrows the cross section of the flow. On the river Downward edge 8 of the inlet opening 3 for the proton beam P, the channel wall is shaped in such a way that the liquid, after passing through the region of the inlet opening 3 for the proton beam P, only touches the wall behind the edge 8 of the inlet opening 3 located downstream and perpendicular to the flow of channel 1 creates.

Um darüberhinaus eine Beeinflussung der Strömung durch Wandreibungseffekte auszuschließen, sind an den beiden einander gegenüberliegenden, parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Rändern der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P - wie aus Fig. 4 hervorgeht - sich über die Länge der Kanten hinweg erstreckende winkelförmige Leitprofile 9 und 10 so angeordnet, daß der eine Schenkel jeweils senkrecht zu der Kante der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P verläuft und der andere Schenkel parallel zu der Wandung des Kanals 1 verlaufend, senkrecht zur Lintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P in das Innere des Kanals 1 hineinragt. Die senkrecht zu den Kanten der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl P angeordneten Schenkel der Leitprofile 9 und 10 weisen eine mindestens ein Mehrfaches der laminaren Grenzschicht an der Wandung des Kanals 1 betragende Breite auf. Durch diese Formgebung wird erreicht, daß alle Flächen, an denen Wandreibung auftritt, so innerhalb des Kanals 1 liegen, daß sie zur Einschnürung der strömenden Flüssigkeit 2 infolge der zur Anwendung gebrachten Zentrifugalkräfte nicht beitragen, so daß an der freien Flüssigkeitsoberfläche 6 die Strömung durch Wandreibung nicht oder nur unwesentlich beeinflußt wird.In order to further rule out an influence on the flow by wall friction effects, at the two opposite edges of the inlet opening 3 for the proton beam P, which run parallel to the flow direction - as can be seen from FIG. 4 - there are angular guide profiles 9 and 10 extending over the length of the edges arranged so that one leg extends perpendicular to the edge of the inlet opening 3 for the proton beam P and the other leg extends parallel to the wall of the channel 1, perpendicular to the line opening 3 for the proton beam P, into the interior of the channel 1. The legs of the guide profiles 9 and 10 arranged perpendicular to the edges of the inlet opening 3 for the proton beam P have a width of at least a multiple of the laminar boundary layer on the wall of the channel 1. This design ensures that all surfaces on which wall friction occurs lie within the channel 1 so that they do not contribute to the constriction of the flowing liquid 2 due to the centrifugal forces used, so that the free liquid surface 6, the flow is not affected by wall friction or only slightly.

Wie aus Figur 5 hervorgeht, besteht eine weitere Ausführungsform des Targets gemäß der Erfindung darin, daß der Kanal 1 für das Flüssigmetall 2 in Richtung der Verlängerung des Protonenstrahls P im Bereich der Eintrittsöffnung 3 für den Protonenstrahl einen verminderten Querschnitt aufweist, und daß am rückwärtigen Teil des Kanals 1 ein als Feststofftarget geeigneter Feststoffkörper 11 vorgesehen ist. Wie aus der Zeichnung nicht zu entnehmen ist, hat der Feststoffkörper 11 mindestens die Abmessung des Querschnitts des Protonenstrahls P. Zum Abführen der beim Betreiben der Spallationsneutronenquelle in dem Feststoffkörper 11 entstehenden Wärme ist ein Kühlsystem 12, bei dem die Kühlung entweder durch strömendes Gas oder strömende Flüssigkeit erfolgt, vorgesehen. Das Kühlsystem 12 umgibt - wie aus Fig. 5 hervorgeht - die von der Fläche des Kanals 1, mit der der Feststoffkörper 11 in Verbindung steht, abgewandten Flächen. Die Abmessungen sind so gewählt, daß die Wärmeproduktion in dem Feststoffkörper 11 hinreichend klein bleibt und zwar so, daß die dort entstehende Wärme unterhalb der Schmelztemperatur des Targetmaterials abgeführt werden kann.As can be seen from FIG. 5, a further embodiment of the target according to the invention is that the channel 1 for the liquid metal 2 has a reduced cross section in the direction of the extension of the proton beam P in the region of the inlet opening 3 for the proton beam, and that on the rear part of the channel 1, a solid body 11 suitable as a solid target is provided. As can not be seen from the drawing, the solid body 11 has at least the dimension of the cross section of the proton beam P. To dissipate the heat generated during operation of the spallation neutron source in the solid body 11 is a cooling system 12, in which the cooling either by flowing gas or flowing Liquid is provided. The cooling system 12 surrounds - as can be seen from FIG. 5 - the surfaces facing away from the surface of the channel 1 with which the solid body 11 is connected. The dimensions are chosen so that the heat production in the solid body 11 remains sufficiently small and in such a way that the heat generated there can be dissipated below the melting temperature of the target material.

Claims (16)

1. Target für eine Spallationsneutronenquelle, das unter Verwendung von flüssigem Metall gebildet wird, welches in einem Kanal mit darin angeordneter Umwälzpumpe sowie einem Wärmetauscher umläuft, wobei ein zur Freisetzung energiereicher Neutronen vorgesehener Protonenstrahl hoher Energie durch eine im Kanal angebrachte, unabgedeckte Eintrittsöffnung auf eine freie Oberfläche des flüssigen Metalls auftrifft und wobei der Kanal mit einer Heizvorrichtung zum Aufheizen des strömenden Metalls auf eine oberhalb seiner Schmelztemperatur liegende Betriebstemperatur vor der Inbetriebnahme der Neutronenquelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , daß die Ebene der Protonenstrahl-Eintrittsöffnung (3) senkrecht oder nahezu senkrecht angeordnet ist und der Kanal (1) im Bereich der Eintrittsöffnung (3) eine Formgebung hat, die eine Umlenkung zumindest eines Teils des Flüssigmetallstromes (2) erzwingt, und daß die Leistung der Pumpe für die Herbeiführung einer solchen Strömungsgeschwindigkeit ausreicht, daß ein Austreten von Flüssigmetall aus der Eintrittsöffnung (3) verhindert wird.1. Target for a spallation neutron source, which is formed using liquid metal, which rotates in a channel with a circulation pump arranged therein and a heat exchanger, a high-energy proton beam intended for the release of high-energy neutrons being provided by an uncovered inlet opening in the channel onto a free entry opening Surface of the liquid metal strikes and the channel is connected to a heating device for heating the flowing metal to an operating temperature above its melting temperature before the neutron source is started up, characterized in that the plane of the proton beam inlet opening (3) is perpendicular or almost perpendicular is arranged and the channel (1) in the region of the inlet opening (3) has a shape which forces a deflection of at least part of the liquid metal stream (2), and that the performance of the pump for bringing about such a flow rate t is sufficient to prevent liquid metal from escaping from the inlet opening (3). 2. Target nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (1) in Strömungsrichtung vor der Protonenstrahl-Eintrittsöffnung (3) eine Querschnittsverengung (4) aufweist, daß sich der anschließend an die Einschnürung wieder expandierende Flüssigkeitsstrom (2) erst jenseits der Eintrittsöffnung (3) wieder an die Kanalwand anlegt.2. Target according to claim 1, characterized in that the channel (1) has a cross-sectional constriction (4) in the flow direction in front of the proton beam inlet opening (3) such that the liquid stream (2) which then expands again after the constriction does not touch the channel wall until beyond the inlet opening (3). 3. Target nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt des Kanals jenseits der Eintrittsöffnung (3) eine Querschnittserweiterung (5) aufweist.3. Target according to claim 2, characterized in that the cross section of the channel beyond the inlet opening (3) has a cross-sectional widening (5). 4. Target nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (1) eine Krümmung aufweist, die derart beschaffen ist, daß sich im Bereich der Protonenstrahl-Eintrittsöffnung (3) durch Zentrifugalkräfte eine stabile freie Oberfläche des Flüssigkeitsstroms (2) ausbildet, wobei die Eintrittsöffnung (3) in derjenigen Kanalwand liegt, die der Krümmungsachse zugewandt ist.4. Target according to one of the preceding claims, characterized in that the channel (1) has a curvature which is such that a stable free surface of the liquid flow (2) is formed in the region of the proton beam inlet opening (3) by centrifugal forces , wherein the inlet opening (3) lies in the channel wall which faces the axis of curvature. 5. Target nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Krümmungsachse senkrecht verläuft und der Krümmer am höchsten Punkt des Kanals (1) liegt.5. Target according to claim 4, characterized in that the axis of curvature is perpendicular and the manifold is at the highest point of the channel (1). 6. Target nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (1) im Bereich der Protonenstrahl-Eintrittsöffnung (3) einen Querschnitt hat, dessen Abmessung in Strahlrichtung größer als senkrecht dazu ist.6. Target according to one of the preceding claims, characterized in that the channel (1) in the region of the proton beam inlet opening (3) has a cross section, the dimension of which in the beam direction is greater than perpendicular to it. 7. Target nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt des Kanals (1) rechteckig ist.7. Target according to claim 6, characterized in that the cross section of the channel (1) is rectangular. 8. Target nach einem der vorangehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die untere in Strömungsrichtung liegende Begrenzungskante der Eintrittsöffnung (3) gegenüber der unteren Kanalwand so weit angehoben ist, daß ein auf Wandreibungseffekte zurückgehendes Ausfließen von Flüssigmetall im stationären Betrieb vermieden wird.8. Target according to any one of the preceding claims and in particular according to claim 5, characterized in that the lower boundary edge of the inlet opening (3) lying in the direction of flow is raised so far relative to the lower channel wall that a backflow of liquid metal due to wall friction effects is avoided in stationary operation becomes. 9. Target nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Protonenstrahl-Eintrittsöffnung eine fernbedienbare Abdeckung aufweist.9. Target according to one of the preceding claims, characterized in that the proton beam inlet opening has a remote-controllable cover. 10. Target nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb der Protonenstrahl-Eintrittsöffnung ein Auffang für gegebenenfalls austretendes Flüssigmetall vorgesehen ist.10. Target according to one of the preceding claims, characterized in that below the proton beam entry opening, a catch is provided for any liquid metal that may escape. 11. Target nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (1) mit einem Vorratsbehälter mit einstellbarem Flüssigkeitspegel verbunden ist.11. Target according to one of the preceding claims, characterized in that the channel (1) is connected to a reservoir with an adjustable liquid level. 12. Target nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß an der der Eintrittsöffnung (3) für den Protonenstrahl (P) gegenüberliegenden Wandung des Kanals (1) ein ebenfalls als Target verwendbarer, mit einem Kühlsystem in Berührung stehender Feststoffkürper (11) mit einer der Eintrittsöffnung (3) für den Protonenstrahl (P) zugewandten Fläche von mindestens dem Querschnitt des Protonenstrahls (P) angeordnet ist.12. Target according to one of claims 1 to 11, characterized in that at the inlet opening (3) for the proton beam (P) opposite wall the channel (1), a solid body (11), which can also be used as a target and is in contact with a cooling system, is arranged with a surface of at least the cross section of the proton beam (P) facing the inlet opening (3) for the proton beam (P). 13. Target nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß ein der Eintrittsöffnung (3) für den Protonenstrahl (P) gegenüberliegender Teil der Wandung des Kanals (1) von einem ebenfalls als Target verwendbaren, mit einem Kühlsystem (12) in Berührung stehenden Feststoffkörper (11) mit einer dem Protonenstrahl (P) zugewandten Fläche von mindestens dem Querschnitt des Protonenstrahls (P) gebildet wird.13. Target according to one of claims 1 to 11, characterized in that one of the inlet opening (3) for the proton beam (P) opposite part of the wall of the channel (1) of a also usable as a target with a cooling system (12) in Solid body (11) in contact is formed with a surface of at least the cross section of the proton beam (P) facing the proton beam (P). 14. Target nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Feststoffkörpers (11) so bemessen sind, daß die bei der Spallation entstehende Wärme durch das zur Kühlung des Feststoffkörpers (11) vorgesehene Kühlsystem (12) bis auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur abgeführt wird, bei der das Material des Feststoffkörpers (11) schmilzt und/oder in der Metallflüssigkeit (2) in Lösung geht.14. Target according to claim 13, characterized in that the dimensions of the solid body (11) are dimensioned such that the heat generated during spallation by the cooling system provided for cooling the solid body (11) (12) to a temperature below the temperature is removed, in which the material of the solid body (11) melts and / or dissolves in the metal liquid (2). 15. Target nach einem der Ansprüche 1.2 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Querschnittsabmessung des Kanals (1) in Richtung des Protonenstrahls (P) von der freien Oberfläche (6) des Flüssigkeitsstroms (2) aus gemessen um den Teil des Feststoffkörpers (11), der bei der Spallation der Tiefe nach zu Wirkung kommt, verringert ist.15. Target according to one of claims 1.2 to 14, characterized in that the cross-sectional dimension of the channel (1) in the direction of the proton beam (P) from the free surface (6) of the liquid flow (2) measured by the part of the solid body pers (11), which is effective when spalling in depth, is reduced. 16. Target nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Feststoffkörper (11) aus einem neutronenvervielfachenden Material wie Uran besteht.16. Target according to one of claims 12 to 15, characterized in that the solid body (11) consists of a neutron multiplying material such as uranium.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6446522B1 (en) 1999-09-11 2002-09-10 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Gmbh Automated transmission systems
WO2012069861A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 Szegedi Tudományegyetem Liquid-anode radiation source
DE102011012737B3 (en) * 2011-02-24 2012-08-30 Forschungszentrum Jülich GmbH Targets for the generation of secondary radiation from a primary radiation, device for the transmutation of radioactive waste and methods of operation
CN109257864A (en) * 2018-11-19 2019-01-22 中国科学院近代物理研究所 A kind of rotating windowless spallation target structure of liquid metal

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3453175A (en) * 1966-06-10 1969-07-01 Ronald I Hodge System for extracting heat from a liquid metal target
US3993910A (en) * 1975-12-02 1976-11-23 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research & Development Administration Liquid lithium target as a high intensity, high energy neutron source
FR2441993A1 (en) * 1978-11-18 1980-06-13 Kernforschungsanlage Juelich TARGET FOR SPALLATION NEUTRON SOURCES

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3500098A (en) * 1965-04-27 1970-03-10 Ca Atomic Energy Ltd Intense neutron generator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3453175A (en) * 1966-06-10 1969-07-01 Ronald I Hodge System for extracting heat from a liquid metal target
US3993910A (en) * 1975-12-02 1976-11-23 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research & Development Administration Liquid lithium target as a high intensity, high energy neutron source
FR2441993A1 (en) * 1978-11-18 1980-06-13 Kernforschungsanlage Juelich TARGET FOR SPALLATION NEUTRON SOURCES

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS *
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS, Band 145, Nr. 1, August 1977, Seiten 49-76, Amsterdam (NL); *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6446522B1 (en) 1999-09-11 2002-09-10 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Gmbh Automated transmission systems
WO2012069861A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 Szegedi Tudományegyetem Liquid-anode radiation source
DE102011012737B3 (en) * 2011-02-24 2012-08-30 Forschungszentrum Jülich GmbH Targets for the generation of secondary radiation from a primary radiation, device for the transmutation of radioactive waste and methods of operation
CN109257864A (en) * 2018-11-19 2019-01-22 中国科学院近代物理研究所 A kind of rotating windowless spallation target structure of liquid metal

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