专利名称：聚变反应强流加速器中子源的旋转靶的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于聚变反应强流加速器中子源的旋转靶。本实用新型包括:电机、同步传动轮、同步传动带、水箱、靶片、水套、冷却水入口、旋转轴、真空密封、束流准直器、斜法兰、轴承、水密封圈及真空密封O圈。
背景技术：
强流氘氘(D-D)和氘氚(D-T)聚变反应加速器中子源是重要的单能中子源，可广泛应用于核数据测量、核聚变堆基础研究、军工基础研究等各个方面。这种加速器中子源的基本原理是利用高压倍压式加速器将氘(D)离子束加速到400keV能量，轰击氘钛(TiD)靶或氣钛(TiT)发生氣氣(D-D)和氣氣(D-T)聚变反应产生快中子,快中子的产额与轰击在靶上的D束流强度成正比。为了实现D束流能量400keV条件下D-D反应快中子产额达到1-5 X 101° s—1和D-T反应快中子产额达到1-5 X IO12 s—1的技术指标，要求轰击在靶上的D束流强度要达到10-40mA，在靶上D束流束斑直径Φ2(:πι的指标要求下，靶点Φ2(:πι区域内D束流最大功率面密度约在5.lkw/cm2范围，D束流功率密度很高，如不采取措施，靶片会被打穿，强流加速器中子源将无法正常运行。另外，聚变反应强流加速器中子源采用的是氘钛(TiD)靶或氚钛(TiT)气体吸附靶，技术上要求将靶面温度控制在150°C以下，以防止靶钛膜中吸附的氘或氚因靶面过热而大量释放，进而保证靶具有较长的使用寿命。采用水冷大面积高速旋转靶装置可有效解决聚变反应强流加速器中子源中高功率密度束流轰击靶所面临的技术问题。其基本原理是:在加速器中子源运行时，使大面积靶高速旋转，让高功率密度束流在大面积靶片环形带上扫描，以有效降低单位面积上的束流平均功率密度，同时，在靶片背面采取水冷措施，以保证束流轰击造成的靶面温度不超过150°C。在水冷大面积高速旋转靶装置中，需要解决的关键技术是高速旋转轴的旋转真空密封问题，即在旋转轴转速为1100转/分钟的高速转动条件下，要保持靶室内的真空度在10_4Pa量级。早先的类似旋转靶中，一般采用耐磨材料制备的机械式咬合差动抽气真空旋转密封方式，真空旋转密性能较差，旋转动态真空只能达到10_3Pa，其不足一是真空度偏低，影响束流的传输和中子发生器的整体性能，其二是使用寿命短，耐磨材料需要经常更换。
发明内容本实用新型提供一种可克服现有技术不足，能保证旋转轴高速旋转，同时能使工作腔体保持高于10_3Pa以上的真空度的聚变反应加速器中子源的旋转靶。本实用新型的聚变反应加速器中子源的旋转靶是在现有的旋转靶结构上将旋转轴上的机械咬合差动抽气式真空旋转密封改用磁流体密封装置，以实现保证旋转轴高速旋转，同时能使工作腔体保持高于10_3Pa以上真空度的使用要求。本实用新型采用空心大直径磁流体真空密封旋转轴，在旋转轴上设置有三级磁流体真空密封，这一技术措施克服了现有机械咬合差动抽气式真空旋转密封旋转靶系统真空度低、使用寿命短等不足，并具有旋转阻力小，真空密封性能好，使用寿命长的优点。相关的实验表明试验表明，在保证靶以1100转/分钟的转速高速旋转条件下，靶室内真空度可保持在 IO-4 Pa。
附图1为本实用新型的结构示意图。附图2为附图1中A部位的放大视图。附图3为附图1中B部位的放大视图。图中:1-电机；2-同步传动轮；3-同步传动带；4-水箱；5-靶片；6-水套；7-冷却水入口 ；8_圆桶形过渡法兰，9-旋转轴；10_磁流体密封；11_束流准直器；12_束流轴线；13-旋转轴线；14_斜法兰；15_轴承；16_水密封圈；17_真空密封O圈
具体实施方式
本实用新型结合附图说明。附图1为一个旋转靶的基本结构，其中:电机1、同步传动轮2和同步传动带3等组成靶旋转传动系统，其功能是为磁流体旋转轴提供旋转动力；旋转轴9为空心大直径磁流体真空密封旋转轴，由两个轴承支撑并在同步传动带3的驱动下转动，其使用中的转速为1100转/分钟；靶片5由锆铜合金材料冲压成球壳形，靶片5直径Φ 202mm ;为了保证良好热传导,祀片厚度取为1.5mm,祀片内表面Φ 176-Φ 116mm的环形带上镀5 μ m厚的钛膜，用以吸附氚(T )或氘(D )，靶片5通过法兰和“ O”型真空密封圈17安装在一圆桶形过渡法兰8上。圆桶形过渡法兰8的另一端通过法兰和“O”型真空密封圈安装在旋转轴9上，随转轴9以1100转/分钟的转速转动；水套6、水箱4、进水口 7、出水口(位于水箱4底部)组成靶片的水冷系统，其中水套6由1.5mm不锈钢板冲压而成，中心区域成球壳形，边沿区域为平板，通过法兰和水密封橡胶圈与水箱连成一体，水套中心区域球壳与靶片球壳吻合安装，它们之间预 留1.5mm间隙作为冷却水流间隙，当靶片旋转时，水套6和水箱4固定不动，4公斤压力的冷却从水套中心区域管道7进入，经1.5mm间隙在水压和靶旋转离心力的共同作用下，从靶片四周甩出进入水箱4，再经水箱4底部所开的两个Φ60mm管道自然流出，水箱为合金铝材料制成的长方体，其外形尺寸为:长360mmX宽IOOmmX高400mmo由空心大直径磁流体真空密封旋转轴9和10提供旋转真空密封，其结构外形尺寸为:外径Φ264_，长166_ ;由水冷束流准直器11和斜法兰14组成束流准直系统，水冷束流准直器有两个功能:一是防止束流轰击在密封的轴体内表面，造成轴温度升高引起退磁，另一个功能是准直强流D束流在靶片上形成Φ 20mm束斑。斜法兰功能为:使束流轴线和旋转轴线成12°夹角,确保束流中心轰击在圆形祀片边沿距圆心半径为73_的位置，当革巴片随轴旋转时，Φ20μ 束斑将在靶片Φ 166-Φ 126mm区域的环形带上扫描。水冷束流准直器系统法兰采用真空密封”0”圈与中子发生器束流管道法兰对接，使旋转靶室内保持高真空。以上各结构与现有的中子源的旋转靶相似，但本实用新型与现有技术中不同的是在旋转轴9上设置有三级的磁流体密封10。其优点是:旋转阻力小，真空密封性能好，使用寿命长，同时保障旋转轴的正常高速转动。本实用新型采用空心大直径磁流体真空密封旋转轴实现了高速旋转真空密封问题，实际的试验表明，在工作时，旋转轴在1100转/分钟的旋转条件下，靶室真空度可保持在lX10_4Pa ;与耐磨材料咬合差动抽气真空旋转密封方式相比，流体真空密封旋转轴使用 寿命长,可达10000小时,按中子发生器每年运行1000小时计算,使用寿命可达10年。
权利要求1.聚变反应强流加速器中子源的旋转靶，包括:电机、同步传动轮、同步传动带、水箱、靶片、水套、冷却水入口、旋转轴、真空密封、束流准直器、斜法兰、轴承、水密封圈及真空密封O圈，其特征在于旋转轴真空密封为磁流体密封。
2.根据权利要求1所述的聚变反应加速器中子源的旋转靶，其特征在于旋转轴上设置有三级磁流体密封。
专利摘要本实用新型涉及一种用于聚变反应强流加速器中子源的旋转靶。本实用新型的聚变反应加速器中子源的旋转靶是在现有的旋转靶结构上将旋转轴上的机械咬合差动抽气式真空旋转密封改用磁流体密封装置，以实现保证旋转轴高速旋转，同时能使工作腔体保持高于10-3Pa以上真空度的使用要求。本实用新型发明采用空心大直径磁流体真空密封旋转轴，具有旋转阻力小，真空密封性能好，使用寿命长的优点，相关的实验表明试验表明，在保证靶以1100转/分钟的转速高速旋转条件下，靶室内真空度可保持在10-4Pa。
文档编号H05H6/00GK203057673SQ201320042078
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月27日 优先权日2013年1月27日
发明者姚泽恩 申请人:兰州大学