一种气冷有窗靶的制作方法

本发明创造属于核设备技术领域，尤其是涉及一种气冷有窗靶。

背景技术：

ADS(Accelerator Driven Sub-critical system)系统由质子加速器、散裂靶和次临界反应堆构成。次临界反应堆由于其燃料选择无法完成自持核反应，必须由外界(即质子加速器和散裂靶)提供高能中子。该系统采用加速质子轰击重金属靶标来产生高能中子。这个过程中容易产生重金属核素，若进入加速轨道则影响真空度，使质子加速器效率下降。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种气冷有窗靶，以保证质子轨道的真空度和避免靶标处的温度过高。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种气冷有窗靶，包括竖直设置的质子轨道，质子轨道的上端为轨道入口，质子轨道的下端设置有半球形靶窗，质子轨道的外部套设有内筒，设置有质子轨道的内筒的内径大于质子轨道的外径，质子轨道的上端与内筒的上端固接，靠近内筒上端的内筒侧壁上设有出口，出口上设置有第一阀门，质子轨道下方的内筒内设置有散裂靶件，内筒的下端设置有开口，内筒的外部套有外筒，外筒的内径大于内筒的外径，外筒的上端与内筒固接，外筒的下端密封，靠近外筒上端的外筒侧壁上设有进口，进口上设置有第二阀门，开口将外筒与内筒连通成冷却回路，外筒与内筒之间为冷却剂外流道，内筒与质子轨道之间为冷却剂内流道。

进一步的，所述质子轨道、内筒、外筒的轴心线重合。

进一步的，所述外筒的外部套设有隔离套筒。

进一步的，靠近进口的外筒侧壁上固接有第二连接法兰盘，隔离套筒的上端固接有第三连接法兰盘，第二连接法兰盘与第三连接法兰盘固接。

进一步的，所述隔离套筒的外部固接有用于与反应堆固接的第四连接法兰盘。

进一步的，所述开口为开口朝下的喇叭口结构，开口延伸到靠近外筒内部底部的位置。

进一步的，所述靶窗下方的内筒的内径小于含有质子轨道的内筒的内径，两者之间通过倒锥形段过度。

进一步的，靠近靶窗的内筒内侧壁上固接有第一固定件，第一固定件固定在质子轨道的外壁上，靠近靶窗的外筒内侧壁上固接有第二固定件，第二固定件固定在内筒的外壁上。

进一步的，靠近轨道入口处的质子轨道通过第一连接法兰盘与内筒的上端固定。

进一步的，所述外筒的上端向上延伸到靠近出口处的位置。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种气冷有窗靶具有以下优势：

(1)本发明创造设计了靶窗结构，能够有效阻挡轰击后产生的核素，保证质子加速轨道的真空度，同时该有窗靶采用密封式设计，采用气冷回路，结构简单，保证了设备的安全性；

(2)本发明创造的内筒下端采用喇叭口结构的开口，有效的防止了冷却剂的回流。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例的纵向剖视图；

图2为本发明创造实施例的上半部分的结构示意图；

图3为本发明创造实施例的下半部分的结构示意图。

附图标记说明：

1-质子轨道；101-轨道入口；102-靶窗；2-内筒；201-出口；202-冷却剂内流道；203-第一固定件；204-倒锥形段；205-开口；3-外筒；301-进口；302-冷却剂外流道；303-第二固定件；4-隔离套筒；5-第一连接法兰盘；6-第二连接法兰盘；7-第三连接法兰盘；8-第四连接法兰盘；9-散裂靶件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1至3所示，一种气冷有窗靶，包括竖直设置的质子轨道1，质子轨道1的上端为轨道入口101，质子轨道1的下端设置有半球形靶窗102。质子轨道1的外部套设有内筒2，设置有质子轨道1的内筒2的内径大于质子轨道1的外径，质子轨道1的上端与内筒2的上端固接。靠近轨道入口101处的质子轨道1通过第一连接法兰盘5与内筒2的上端固定。靠近内筒2上端的内筒2侧壁上设有出口201，出口201上设置有第一阀门，质子轨道1下方的内筒2内设置有散裂靶件9，内筒2的下端设置有开口205。内筒2的外部套有外筒3，外筒3的内径大于内筒2的外径，外筒3的上端与内筒2固接，外筒3的上端向上延伸到靠近出口201处的位置。外筒3的下端密封，靠近外筒3上端的外筒3侧壁上设有进口301，进口301上设置有第二阀门，开口205将外筒3与内筒2连通成冷却回路。质子轨道1、内筒2、外筒3的轴心线重合。外筒3的外部套设有隔离套筒4。隔离套筒4在散裂靶外层有效隔绝一回路中带有放射性的冷却剂。靠近进口301的外筒3侧壁上固接有第二连接法兰盘6，隔离套筒4的上端固接有第三连接法兰盘7，第二连接法兰盘6与第三连接法兰盘7固接。隔离套筒4的外部固接有用于与反应堆固接的第四连接法兰盘8。

为了防止冷却剂回流，开口205为开口205朝下的喇叭口结构，开口205延伸到靠近外筒3内部底部的位置。为了提高质子的速度，靶窗102下方的内筒2的内径小于含有质子轨道1的内筒2的内径，两者之间通过倒锥形段204过度。为了防止质子轨道1和内筒2在质子轰击散裂靶件9时晃动，在靠近靶窗102的内筒2内侧壁上固接有第一固定件203，第一固定件203固定在质子轨道1的外壁上，靠近靶窗102的外筒3内侧壁上固接有第二固定件303，第二固定件303固定在内筒2的外壁上。

本发明创造的工作原理：

轨道入口101与质子加速器相连，质子加速器将质子加速到较快速度后进入质子轨道1，在质子轨道1末端添加了半球状靶窗102。靶窗102材料需要保证质子通过性好，有效隔绝重金属核素，并且由于质子通过撞击通常会产生大量热量，导热迅速易于冷却也是在设计中需要考虑的。综上，通常采用高性能马氏体钢材(如T91)作为靶窗102选材。靶窗102下部在内筒2内的散裂靶件9选材通常为钨，铅铋合金等重金属。整个散裂靶在次临界反应堆中的安装位置应保证，靶件的安装位置与燃料组件的安装位置处在同一高度，以保证散裂靶的最大工作效率。

散裂靶件9在工作时——尤其是在质子轰击靶标的过程中——会放出大量热量。冷却剂(通常选择氦气)从第二阀门进入，沿内筒2与外筒3之间的冷却剂外流道302向下运动，在通过底部喇叭口之后进入内筒2，流入在内筒2与质子轨道1之间的冷却剂内流道202并向上运动，最终通过第一阀门流出。需要注意的是在散裂靶系统外需要为冷却循环加入单独的冷凝系统以及驱动泵。

本发明创造安装在气冷ADS系统中次临界反应堆中，散裂靶件9的位置对应燃料组件中间。由顶部加速器提供高速质子，通过质子轨道1、靶窗102后命中散裂靶件9，产生高能中子并向外散射，次临界反应堆燃料组件内的燃料被高能中子轰击后发生裂变反应并产生能量。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。