粒子产生靶的冷却装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及散热器【技术领域】，特别是为核应用或技术中的粒子产生靶体进行冷却的一种粒子产生靶的冷却装置；包括内锥壳体、中间锥壳体和外锥壳体，所述内锥壳体和所述外锥壳体的锥底部密封连接，所述中间锥壳体固定安装在所述内锥壳体和所述外锥壳体之间，所述中间锥壳体的锥底部与所述内锥壳体的锥底部之间具有空隙，所述中间锥壳体与所述内锥壳体和所述外锥壳体之间分别具有空隙形成进流通道和回流通道，所述中间锥壳体的锥顶部连接有进液管，所述外锥壳体的锥顶部连接有出液管，所述进液管和所述出液管同轴固定设置；本发明的尺寸较小，对高斯分布的热源有很好的冷却效果。
【专利说明】粒子产生靶的冷却装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及散热器【技术领域】，特别是为核应用或技术中的粒子产生靶体进行冷却的一种粒子产生靶的冷却装置。
【背景技术】
[0002]加速器产生高能质子轰击靶体产生中子是目前中子研究和应用的发展方向。在中子产生区域的靶体会沉积大量的热量，使靶体的温度不断升高，为降低靶体的工作温度，提高靶体功率，目前一般采用微通道冷却、射流冷却等效率更高的冷却方案或者采用液态金属等热导率较高的冷却介质结合靶体的结构对靶体进行冷却。
[0003]现有的靶体一般有平面靶体、楔形靶体和锥形靶体。平面靶体加工简单，是最常见的靶体，为了满足高功率要求，采用微通道等高效冷却方案，为提高靶体功率，需要将质子束均匀化，同时冷却结构需要以最高峰值为做设计标准，在一定程度上提高了加速器对质子束均匀化的要求。
[0004]在均匀束的基础上，发展了楔形靶体和锥形靶体。楔形靶体和锥形靶体是非平面的靶体，通过提高反应面积，降低了单位面积上的热流密度，从而降低靶体的温度。
[0005]欧洲专利2？1895819八1所揭示的一种硼中子俘获治疗中子产生装置，采用楔形靶体，降低了单位面积的热负荷，同时采用微通道冷却方案，进一步提高了冷却效率，提高了靶体功率，但是该靶体要求质子束的形状必须是均匀的，分为两侧进行轰击靶体，对质子束有一定的要求。
[0006]美国专利…20100067640“揭示的一种高能量密度锂靶，采用锥形靶体，设计功率达到了 50欣。但是该专利的锥形靶体，需要采用环形束斑，需要将高斯束斑转换为环形束斑，对加速器的要求非常高，对束流损失也增加。另外，冷却介质在锥顶部分的冷却效果较差，在锥顶位置，容易形成气穴，不利于靶体的稳定运行。
[0007]综上所述，在现有的技术方案中虽然通过改善靶体的形状以及采用一定的冷却手段能够降低靶体单位面积的热负荷，提高靶体功率，但是由于加速器产生的质子的束斑的原始形状呈高斯分布，这种束斑形状结构在没有进行均匀化之前，如果直接轰击靶体，会在靶体产生类似高斯束斑的热沉积分布，特别是峰值部分的热流将导致靶体烧毁。因此在使用前均需对质子束斑进行均匀化处理或转换为环形束斑，但是这些处理会带来一定的束流损失，且需要增加相应的装置对加速器的要求较高。
【发明内容】
[0008]本发明的为了解决目前加速器产生的质子束斑的初始形状为高斯分布，为避免热量集中，均需对质子束斑进行均匀化处理或者转化为环形束斑，导致束流损失等问题而提供的更适合于高斯分布质子束斑的一种粒子产生靶的冷却装置。
[0009]为达到上述功能，本发明提供的技术方案是:
[0010]一种粒子产生靶的冷却装置，包括内锥壳体、中间锥壳体和外锥壳体，所述内锥壳体和所述外锥壳体的锥底部密封连接，所述中间锥壳体固定安装在所述内锥壳体和所述外锥壳体之间，所述中间锥壳体的锥底部与所述内锥壳体的锥底部之间具有空隙，所述中间锥壳体与所述内锥壳体和所述外锥壳体之间分别具有空隙形成进流通道和回流通道，所述中间锥壳体的锥顶部连接有进液管，所述外锥壳体的锥顶部连接有出液管，所述进液管和所述出液管同轴固定设置。
[0011]优选地，所述内锥壳体的锥顶呈圆弧形。
[0012]优选地，所述内锥壳体的锥顶呈抛物线形。
[0013]优选地，所述出液管的出液口处的直径小于所述出液管的内径。
[0014]优选地，所述出液口处的直径小于8臟。
[0015]优选地，所述内锥壳体的外表面从锥顶部以下设置有若干片换热翅片，相邻两片所述的换热翅片设置有允许液体冷却介质通过的通道。
[0016]优选地，所述进液管的最低处高于所述内锥壳体的锥顶。
[0017]优选地，所述进液管和所述出液管之间固定安装有支持环，所述支持环上均匀设置有若干个通孔。
[0018]优选地，所述内锥壳体和所述外锥壳体的锥底部之间设置有密封件。
[0019]本发明的有益效果在于:
[0020]1、内锥壳体、中间锥壳体和外锥壳体为锥形壳体且进液管和出液管同轴设置有利于降低本发明的外形尺寸；
[0021]2、在峰值较高的区域，采用射流冷却方式，对高斯束具有独特的冷却效果；
[0022]3、通过设置支持环对中间锥壳体进行准确定位，同时提高液体冷却介质在进液通道和出液通道分配的均匀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为实施例一的结构示意图；
[0024]图2为实施例二的结构示意图；
[0025]图3为图2的八-六剖面图；
[0026]图4为支持环的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图1至附图4对本发明作进一步阐述:
[0028]实施例一:
[0029]如图1所示的一种粒子产生靶的冷却装置，包括内锥壳体1、中间锥壳体2和外锥壳体3，内锥壳体1和外锥壳体3的锥底部密封连接，在本实施例中，内锥壳体1和外锥壳体3的锥底部之间设置有密封件4，并通过相配合的螺栓和螺母把内锥壳体1和外锥壳体3紧固在一起，密封件4采用橡胶垫片。中间锥壳体2固定安装在内锥壳体1和外锥壳体3之间，中间锥壳体2的锥底部与内锥壳体1的锥底部之间具有空隙，中间锥壳体2与内锥壳体1和外锥壳体3之间分别具有空隙形成允许液体冷却介质通过的进流通道12和回流通道23，中间锥壳体2的锥顶部连接有进液管5，外锥壳体3的锥顶部连接有出液管6，进液管5和出液管6同轴固定设置。
[0030]进液管5和出液管6之间固定安装有支持环7，支持环7分别与进液管5的外壁和出液管6的内壁焊接在一起，如图4所示，支持环7上均匀设置有若干个通孔71。支持环7既能够使中间锥壳体2保持准确的定位，又能够通过调节出液管6圆周方向液体冷却介质均匀地流动，来达到对整个内锥壳体1圆周方向均匀降温的目的。
[0031]内锥壳体1的锥顶的纵截面呈圆弧形或抛物线形等曲面形状，在本实施例中，内锥壳体1的锥顶纵截面优先选用抛物线的形状，实验数据表明，采用抛物线的形状更有利于内维壳体1的维顶处散热，同时，为了进一步提闻散热能力，提闻液体冷却介质的流动速度，出液管6与内锥壳体1结合的部位设置有喉部，喉部处的出液口处的直径小于出液管6的内径。实验数据表面，出液口处的直径小于8皿时，更有利于加快对内锥壳体1的冷却。
[0032]实施例二:
[0033]本实施例是在实施例一的基础上进行进一步的优化，以下仅对与实施例一不同的地方进行详细的描述。
[0034]在本实施例，如图2和图3所示内锥壳体1的外表面从锥顶部以下沿着圆周方向均匀设置有若干片换热翅片8，相邻两片所述的换热翅片8设置有允许液体冷却介质通过的微通道9。通过换热翅片8能增大散热面积，提高热交换的速度。
[0035]本发明主要运用于加速器驱动的中子产生靶，在本发明的内锥壳体1的内表面贴附重金属层，即可形成中子产生靶的靶体，另外，本发明也以应用于其他热源为高斯分布条件下的换热和冷却。
[0036]以下对本发明的冷却过程进行说明，为了描述的方便我们把整个冷却过程按冷却介质的流动过程分为冷却介质进入段、射流冷却段、微通道段、集液段和回流段进行说明。
[0037]冷却介质进入段:冷却介质通过进液管5进行冷却。经计算表明，进液管5的最低处高于内锥壳体1的锥顶时能够提高冷却效果。由于锥顶的形状为圆弧型或抛物线等曲面形状，如果进液管5的最低处低于锥顶，射流冷却没有形成良好的流速分布，在锥顶处边界层较厚，换热效果差。
[0038]射流冷却段:在锥顶部分，没有设置换热翅片8，待冷却壁面直接暴露在冷却介质中，经过高速冷却介质的冲击冷却(即射流冷却在锥顶处热边界层最薄，对流换热系数最高，换热效果最好。高斯分布的质子束轰击该外在该处的形成的热量最高，在射流冷却的作用下，温度较微通道冷却更低。
[0039]微通道段:所谓的微通道在本发明中是指相邻换热翅片8之间横截面积较小的通道。冷却介质冷却完锥顶部分后，进入微通道段。在该处换热面积大幅提高，同时，高斯分布的热源在该处急剧降低，通过微通道冷却，提高换热面积以提高换热特性。
[0040]集液段和回流段:冷却介质通过微通道部分后，完成冷却，需要将将冷却介质回收，为降低本发明占用空间，采用进液管5和出液管6同轴的方式。
[0041]以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
【权利要求】
1.一种粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:包括内锥壳体、中间锥壳体和外锥壳体，所述内锥壳体和所述外锥壳体的锥底部密封连接，所述中间锥壳体固定安装在所述内锥壳体和所述外锥壳体之间，所述中间锥壳体的锥底部与所述内锥壳体的锥底部之间具有空隙，所述中间锥壳体与所述内锥壳体和所述外锥壳体之间分别具有空隙形成进流通道和回流通道，所述中间锥壳体的锥顶部连接有进液管，所述外锥壳体的锥顶部连接有出液管，所述进液管和所述出液管同轴固定设置。
2.如权利要求1所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述内锥壳体的锥顶呈圆弧形。
3.如权利要求1所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述内锥壳体的锥顶呈抛物线形。
4.如权利要求1所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述出液管的出液口处的直径小于所述出液管的内径。
5.如权利要求4所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述出液口处的直径小于 8mm η
6.如权利要求2或3所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述内锥壳体的外表面从锥顶部以下设置有若干片换热翅片，相邻两片所述的换热翅片设置有允许液体冷却介质通过的通道。
7.如权利要求1至5任意一项所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述进液管的最低处高于所述内锥壳体的锥顶。
8.如权利要求1至5任意一项所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述进液管和所述出液管之间固定安装有支持环，所述支持环上均匀设置有若干个通孔。
9.如权利要求1至5任意一项所述的粒子产生靶的冷却装置，其特征在于:所述内锥壳体和所述外锥壳体的锥底部之间设置有密封件。
【文档编号】H05H6/00GK104470190SQ201410624357
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】童剑飞, 梁天骄, 傅世年, 于全芝, 殷雯, 姚从菊, 陆友莲 申请人:东莞中子科学中心