专利名称:散裂靶件的自由液面形成构件及自由液面形成方法
技术领域：
本发明涉及高放射性废物处理的散裂靶件，更具体地说，涉及ー种散裂靶件的自由液面形成构件及自由液面形成方法。
背景技术：
人们在享受核电带来的巨大好处的同时，也不得不面对核电产生的核废料尤其是长寿命核废料的处理、处置难题。
为此出现了对核废料进行处理的次临界驱动系统(ADS)，该系统包括质子加速器、外源中子产生靶和次临界反应堆。由加速器产生的质子束流轰击设在次临界堆中的重金属 散裂靶件(如液态铅或铅铋合金)，引起散裂反应，为次临界堆提供外源中子。
现有的次临界驱动系统的无窗结构散裂靶件的典型结构如图I所示，该散裂靶件大致呈圆柱状，侧壁设有多层流道I。多层流道I的下部为收缩段，形成环形的流动喷嘴2。
液态金属流体从散裂靶件的上部沿筒内的流道I向下流动，由于流体是贴壁下降流动的，当流体到达收缩段时，呈液膜状下流的流体会汇聚一起，从而形成一个完整的自由液面。
在这种无窗结构散裂靶件设计中，流体是通过环状的多层流道I向下流入靶件区，由于入流是靠喷嘴2来控制的，因此，自由液面的形成与如流的流速，喷嘴2的间隙尺寸，以及喷嘴2本身的形状，均有关系。在技术上需要非常精细的设计，难以形成稳定且理想的自由液面，而该自由液面的不稳定，会对散裂靶件的工作造成不利影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在干，针对现有技术的散裂靶件形成的自由液面不稳定的缺陷，提供一种能够提供可靠的自由液面的散裂靶件的自由液面形成构件。
本发明所要解决的另一技术问题在于，提供ー种可形成可靠自由液面的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造ー种散裂靶件的自由液面形成构件，包括靶件主体，所述靶件主体中设有贯通的流体通道，所述流体通道包括连续的圆柱段和渐扩段；在所述圆柱段的进ロ位置处设置有叶轮，所述叶轮的轴线与所述圆柱段的轴线平行，并且所述叶轮具有若干倾斜设置的叶片。
在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述圆柱段与所述渐扩段的长度比例为 3 1-7 I。
在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述叶片包括连续的导入段以及倾斜段；所述导入段与所述叶轮的轴线方向相平行；所述倾斜段与所述叶轮的轴线方向形成
一定夹角。
在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述叶轮包括供所述叶片安装在外围的芯轴，所述芯轴位于所述叶轮下游侧的一端为圆锥状。
在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述叶轮通过安装支架安装在所述靶件主体的圆柱段内。
在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述安装支架为设置在所述圆柱段的进ロ位置处的十字支架；所述叶轮的芯轴通过紧固件安装在所述十字支架上。
本发明还提供ー种使用上述任一散裂靶件的自由液面形成构件的自由液面形成方法，包括以下步骤
SI :入流流体从靶件主体的圆柱段的进ロ流入所述靶件主体；
S2:入流流体在叶轮的倾斜设置的叶片的作用下产生旋动，获得切向的速度分量;
S3:获得切向速度分量的流体继续在所述圆柱段内向上流动，到达渐扩段时，在切向速度的作用下，流体沿渐扩段侧壁流动，并在离心力作用下，流体获得径向速度分量，并在该径向速度分量作用下，离开所述靶件主体，形成中间低、四周高的自由液面形状。
在本发明的自由液面形成方法中，通过改变入流流体的入流速度，来改变形成的自由液面形状。
实施本发明具有以下有益效果本发明通过叶轮使得入流流体具有切向的速度分量，并在离心力作用下，流体获得径向速度分量，并在该径向速度分量作用下，离开所述靶件主体，形成中间低、四周高的自由液面形状；自由液面的形状可以通过调节叶轮的结构来实现，因此容易获得理想的自由液面；而且，由于径向速度的控制是由叶轮来控制，因此不论入流流速高低，均可以获得稳定的自由液面。另外，现有技术环形喷嘴的制造精度要求高，而叶轮技术在エ业上的广泛应用，其技术成熟度及制造难度，较环形喷嘴的要求要低，从而降低了装置的研发难度及制造难度。
下面将结合附图及实施例对本发明作进ー步说明，附图中
图I是现有技术的无窗结构散裂靶件的典型结构示意图；
图2是本发明散裂靶件的自由液面形成构件的结构示意图；
图3是本发明散裂靶件的自由液面形成构件的叶轮的结构示意图；
图4是本发明散裂靶件的自由液面形成构件在不同入流流速的自由液面形状示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的散裂靶件的自由液面形成构件的ー个具体实施例中，可以用于次临界驱动系统中。该散裂靶件的自由液面形成构件包括靶件主体10，该靶件主体10的大致呈圆柱状。当然，该靶件主体10的外轮廓还可以根据需要设计成其他形状。
在该靶件主体10中设置有贯通的流体通道，该流体通道包括连续的圆柱段11和渐扩段12。该圆柱段11的下部为进ロ，而渐扩段12的顶部为出口，液态金属流体从进ロ进入，依次经过圆柱段11和渐扩段12后，从出口流出，并在出口处形成自由液面30。在本实 施例中，该圆柱段11与渐扩段12的长度比例约为5 I ;当然，圆柱段11和渐扩段12的长度比例可以根据流速、需要形成的自由液面30形状等进行调整，例如3 1、4 1、6 I、7 : I 等。[0028]在圆柱段11的进ロ位置处进ー步的设置有叶轮20。如图3所示，该叶轮20包括芯轴21、在芯轴21的圆周设置的叶片22。该叶轮20的轴线与靶件主体10的圆柱段11的轴线相平行，而叶片22则倾斜设置，从而当流体流过叶轮20时，流体会产生旋动，而使得流体获得切向速度分量。
在本实施例中，该叶片22包括连续的导入段以及倾斜段。该导入段与叶轮20的轴线方向相平行，而倾斜段则与叶轮20的轴线方向形成一定夹角。通过导入段能够将流体顺利地导入到叶轮20，并通过倾斜段改变流体的流动方向，产生切向速度分量。可以理解的，该导入段和倾斜段的表面可以根据需要做成平面、曲面等。
而该芯轴21作为叶片22的安装件(图未示)，供叶片22固定设置在其外国。进一歩的，为了减小对流体流动的影响，该芯轴21位于叶片22倾斜段外侧(即叶轮的下游侧)的一端设置为圆锥状，从而使得流体能够平滑的流动，使得流体的流动更加的稳定。
另外，在本实施例中，通过在圆柱段11的进ロ位置处设置有十字支架，叶轮20的芯轴21通过紧固件安装在十字支架上。该紧固件可以选用螺母、螺钉、螺栓、铆钉等各种固定方式进行固定。可以理解的，支架的形状也可以根据需要进行调整、选择。
使用上述散裂靶件的自由液面形成构件的形成自由液面30吋，首先将具有一定流速的入流流体从靶件主体10的圆柱段11的进ロ引入到靶件主体10 ;然后，入流流体经过叶片22的导入段进入叶轮20，并在倾斜段的导向下产生旋动，获得切向速度分量，流出叶轮20 ;然后，获得切向速度分量的流体继续在所述圆柱段11内、以螺旋的轨迹向上流动；到达渐扩段12时，在切向速度的作用下，流体沿渐扩段12侧壁流动，并在离心力作用下，流体获得径向速度分量，并在该径向速度分量作用下，离开所述靶件主体10。由于出口流体具有切向运动，而出ロ渐扩段12筒壁的边沿控制了液面的高度，因此涡旋运动会在出ロ自由液面区形成一个中间低，四周高的自由液面30形状，并且在自由液面30的外侧形成真空区。
进ー步的，可以通过改变入流流体的入流速度，来改变形成的自由液面30形状；如图4中，a、b、c分别是在入流速度为10m/s、8m/s和6m/s所形成的自由液面30的形状。
权利要求
1.一种散裂靶件的自由液面形成构件，其特征在于，包括靶件主体，所述靶件主体中设有贯通的流体通道，所述流体通道包括连续的圆柱段和渐扩段；在所述圆柱段的进ロ位置处设置有叶轮，所述叶轮的轴线与所述圆柱段的轴线平行，并且所述叶轮具有若干倾斜设置的叶片。
2.根据权利要求
I所述的散裂靶件的自由液面形成构件，其特征在干，所述圆柱段与所述渐扩段的长度比例为3 1-7 I。
3.根据权利要求
I所述的散裂靶件的自由液面形成构件，其特征在于，所述叶片包括连续的导入段以及倾斜段；所述导入段与所述叶轮的轴线方向相平行；所述倾斜段与所述叶轮的轴线方向形成一定夹角。
4.根据权利要求
3所述的散裂靶件的自由液面形成构件，其特征在于，所述叶轮包括供所述叶片安装在外围的芯轴，所述芯轴位于所述叶片的倾斜段外侧的一端为圆锥状。
5.根据权利要求
4所述的散裂靶件的自由液面形成构件，其特征在干，所述叶轮通过安装支架安装在所述靶件主体的圆柱段内。
6.根据权利要求
5所述的散裂靶件的自由液面形成构件，其特征在于，所述安装支架为设置在所述圆柱段的进ロ位置处的十字支架；所述叶轮的芯轴通过紧固件安装在所述十字支架上。
7.ー种使用权利要求
1-6的任一散裂靶件的自由液面形成构件的自由液面形成方法，其特征在于，包括以下步骤 51:入流流体从靶件主体的圆柱段的进ロ流入所述靶件主体； 52:入流流体在叶轮的倾斜设置的叶片的作用下产生旋动，获得切向速度分量； S3:获得切向速度分量的流体继续在所述圆柱段内向上流动，到达渐扩段时，在切向速度的作用下，流体沿渐扩段侧壁流动，并在离心力作用下，流体获得径向速度分量，并在该径向速度分量作用下，离开所述靶件主体，形成中间低、四周高的自由液面形状。
8.根据权利要求
7所述的自由液面形成方法，其特征在于，通过改变入流流体的入流速度，来改变形成的自由液面形状。
专利摘要
本发明涉及一种应用于次临界驱动系统(ADS)散裂靶件的自由液面形成构件以及自由液面形成方法。该构件包括靶件主体，靶件主体中设有贯通的流体通道，流体通道包括连续的圆柱段和渐扩段；在圆柱段的进口位置处设置有叶轮，叶轮的轴线与圆柱段的轴线平行，并且叶轮具有若干倾斜设置的叶片。自由液面的形状可以通过调节叶轮的结构来实现，因此容易获得理想的自由液面；而且，由于径向速度的控制是由叶轮来控制，因此不论入流流速高低，均可以获得稳定的自由液面。另外，现有技术环形喷嘴的制造精度要求高，而叶轮技术在工业上的广泛应用，其技术成熟度及制造难度，较环形喷嘴的要求要低，从而降低了装置的研发难度及制造难度。
文档编号G21F9/00GKCN101950591SQ201010219368
公开日2012年8月29日 申请日期2010年7月2日
发明者卢冬华 申请人:中国广东核电集团有限公司, 中科华核电技术研究院有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (2), 非专利引用 (3),