专利名称：由冷却液体驱动的固体转动靶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种被特大功率的高能粒子轰击的靶体装置，尤其适用于特大功率散裂中子源的靶体装置。
背景技术：
目前，功率为一百六十千瓦以下的散裂中子源的靶体都采用液体冷却的固定的固体片状靶结构。其靶体是静止不动的，长方体的片状靶之间有水槽可允许冷却液体流通，质子加速器发生的高能质子轰击到靶上产生的高热量是由冷却液体带走的。靶材一般采用钨，钽，铅。冷却液体则采用重水。这种靶的优点是中子产出率高，体积小，结构简单。其缺点是不能承受四百千瓦以上超大功率高能质子的轰击。
随着散裂中子源技术的发展，美国和日本正在各自建造兆瓦级的散裂中子源工程项目。一种新型的流动液体靶正在建造中。该靶的设计采用液态的汞作为靶材，不锈钢的管路引导汞在不锈钢的冷却容器和靶体之间循环流动。流动的汞可以把被高能质子轰击而产生的热量带到靶体外面进行热交换，这样可使靶体承受的功率大大提高。但是，液态汞流动靶有一个很大的缺陷汞在受到脉冲高能质子轰击时将对其靶体的不锈钢外壳产生严重的腐蚀作用。这将大大降低其使用寿命，而且一旦汞泄露出来，将造成极其严重的环境污染。在此期间，欧洲的科学家们也讨论了用电机带动的转动固体靶的可行性，但是由于下列两条原因而被否定1)由于电机是不能被置于高能粒子的轰击之下，因而必须远离靶体，这就使得传动机构变得非常复杂；2)为了减少中子被冷却液的吸收，大多采用价格极为昂贵的重水作为冷却液，因此冷却液必须要在密封的系统内循环，而电机的密封传动又是极难制作的。
发明内容
为了解决固体固定靶不能承受特大功率高能质子轰击和液体汞流动靶使用寿命很短的不足的问题，本发明提供一种由冷却液体驱动的固体转动靶。
为了达到上述目的，本发明提供的一种由冷却液体驱动的固体转动靶包括壳体、靶体，壳体上设置有冷却液的入口和出口，靶体可转动安装在壳体内，靶体上设置有若干个绕靶体回转轴呈螺旋状分布，并与冷却液输入方向相适配的缝隙，该缝隙沿靶体厚度方向倾斜延伸，形成一与靶体回转轴线之间具有适当夹角的、以利于冷却液驱动的倾斜面，所述缝隙在靶体厚度方向任一断面均与其对应的直径夹角为10°～60°。
进一步地，所述靶体的材料选自铅、钽或钨中的一种。
进一步地，所述壳体上冷却液的入口与所述靶体之间还设置有一冷却液导向器。
进一步地，所述导向器上设置有若干个与靶体上的缝隙倾斜面相适配的缝隙。
进一步地，所述壳体上冷却液的入口相对壳体倾斜设置，其倾斜角度与所述靶体上的缝隙相适配。
进一步地，所述靶体为至少两层的层状结构，相临两层靶体上相对应的缝隙相接，并沿靶体厚度方向形成一道道弯折的冷却液缝隙通道。
进一步地，所述靶体为两层，两层靶体相对应的缝隙相接，形成一道道放倒的V字形冷却液缝隙通道。
进一步地，所述靶体为三层，中间一层靶体上的缝隙沿靶体厚度方向垂直设置，上下靶体上的缝隙分别与中间靶体上相对应的缝隙相连，形成一道道放倒的并带有平底的V字形冷却液缝隙通道。
本发明由于采用了液体驱动靶体，因此既保留了固体固定靶中子产出率高，体积小，结构简单的优点，又兼备了液体流动靶能够承受特大功率高能质子轰击的特点。
图1是本发明实施例1的总装示意图；图2是本发明实施例2的总装示意图；图3是圆盘靶的俯视图；图4是图3中圆盘靶上缝隙的A向剖视图；图5是扇形导向器的示意图；图6为图5中扇型导向器上缝隙的B向剖视图；图7是圆柱形导向器的示意图；图8为图7中圆柱形导向器上缝隙的C向剖视图；图9为圆盘靶采用三层结构的示意图；图10为采用三层结构的圆盘靶上缝隙的剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1如图1所示，圆盘靶1的轴心安装一转轴2，转轴2通过轴承31、32固定在不锈钢壳体4内，冷却液进口管5焊接在不锈钢壳体4的上面板上，冷却液出口管6焊接在不锈钢壳体4的下面板上，扇型导向器7通过螺母8固定在壳体4内。如图5、图6所示，扇型导向器7的内部开有与圆盘靶1上的缝隙长宽和分布相同的缝隙16条。如图3、图4所示，圆盘靶1的上下盘上分别开有45条呈螺旋状分布的缝隙，每条缝隙的长度为100毫米，宽度为2毫米，在圆盘靶体任一断面上每条缝隙均与该缝隙在圆盘靶上对应的直径的夹角为15°。圆盘靶1上盘的缝隙倾斜面与圆盘靶1的回转轴线夹角为30°，下盘的缝隙倾斜面与圆盘靶1的轴向夹角为330°，上盘与下盘的缝隙对齐形成放倒的V字形。圆盘靶1的直径为400毫米，厚度为50毫米，材料为铅。不锈钢外套4的内径为401毫米，内空间高度为90毫米。冷却液进口管5和冷却液出口管6的管径为80毫米。冷却液从进口管5流入，经扇型导向器7后进入圆盘靶1上的缝隙，最后从出口管6内流出。由于冷却液在缝隙内流经的路线为V字型，因此与圆盘靶1有一个动量交换，从而推动圆盘靶1转动。当特大功率的高能粒子沿径向轰击转动圆盘靶1时，不同瞬间轰击的靶体部位不同，但冷却液却自始至终在对圆盘靶1的各个部位进行冷却，从而使靶体承受高能粒子轰击的能力大大提高。此外，由于这些缝隙在靶体上各断面都与其所对应的直径有一个夹角，因此避免了在质子轰击时有某个瞬间直接穿透这些缝隙。
如图9、图10所示，圆盘靶1还可以采用3层结构，上下层与图3、4的结构相同，中间层为垂直缝隙，与上下层的缝隙形成放倒的带有平底的缝隙结构，其作用在于让冷却液能够更好地在缝隙中流动并驱动靶体旋转。
实施例2如图2、图7、图8所示，柱型导向器9固定在进口管5内，其内部开有与圆盘靶1上的缝隙宽度相同的缝隙6条，均布在柱型导向器9内并与原盘靶1的缝隙倾斜面相适配；其余结构与实施例1中的相同。
实施例3冷却液进口管5倾斜焊接在不锈钢壳体4的上面板上，其倾斜角度为30°，与圆盘靶1上的缝隙相适配，因而省去导向器，其余结构与实施例1中的相同。
权利要求
1.一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，包括壳体、靶体，壳体上设置有冷却液的入口和出口，靶体可转动安装在壳体内，靶体上设置有若干个绕靶体回转轴呈螺旋状分布，并与冷却液输入方向相适配的缝隙，该缝隙沿靶体厚度方向倾斜延伸，形成一与靶体回转轴线之间具有适当夹角的、以利于冷却液驱动的倾斜面，所述缝隙在靶体厚度方向任一断面均与其对应的直径夹角为10°～60°。
2.根据权利要求1所述的一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，所述靶体的材料选自铅、钽或钨中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，所述壳体上冷却液的入口与所述靶体之间还设置有一冷却液导向器。
4.根据权利要求3所述的一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，所述导向器上设置有若干个与靶体上的缝隙倾斜面相适配的缝隙。
5.根据权利要求1所述的一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，所述壳体上冷却液的入口相对壳体倾斜设置，其倾斜角度与所述靶体上的缝隙相适配。
6.根据权利要求1所述的一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，所述靶体为至少两层的层状结构，相临两层靶体上相对应的缝隙相接，并沿靶体厚度方向形成一道道弯折的冷却液缝隙通道。
7.根据权利要求6所述的一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，所述靶体为两层，两层靶体相对应的缝隙相接，形成一道道放倒的V字形冷却液缝隙通道。
8.根据权利要求6所述的一种由冷却液体驱动的固体转动靶，其特征在于，所述靶体为三层，中间一层靶体上的缝隙沿靶体厚度方向垂直设置，上下靶体上的缝隙分别与中间靶体上相对应的缝隙相连，形成一道道放倒的并带有平底的V字形冷却液缝隙通道。
全文摘要
本发明公开了一种由冷却液体驱动的固体转动靶包括壳体、靶体，壳体上设置有冷却液的入口和出口，靶体可转动安装在壳体内，靶体上设置有若干个绕靶体回转轴呈螺旋状分布，并与冷却液输入方向相适配的缝隙，该缝隙沿靶体厚度方向倾斜延伸，形成一与靶体回转轴线之间具有适当夹角的、以利于冷却液驱动的倾斜面，所述缝隙在靶体厚度方向任一断面均与其对应的直径夹角为10°～60°。本发明由于采用了液体驱动靶体，因此既保留了固体固定靶中子产出率高，体积小，结构简单的优点，又兼备了液体流动靶能够承受特大功率高能质子轰击的特点。
文档编号G12B15/02GK1564645SQ20041003379
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月20日 优先权日2004年4月20日
发明者严启伟, 刘孟禹, 赵德启, 俞伯良, 沈仲毅 申请人:中国科学院物理研究所