[發明專利]一種用于散裂中子源的反射體

有效

• 申請號: 201710486164.3
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107093485B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 杜文婷;胡春明
• 申請（專利權）人: 東莞中子科學中心
• 主分類號: G21G4/02
• 分類號: G21G4/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及散裂中子源技術領域，尤指一種用于散裂中子源的反射體；反射體整體呈階梯圓柱體狀，主要包括通過長螺栓連接的反射體下段、連接環、反射體中段和反射體上段，連接環用于連接反射體下段和反射體中段下部；本發明針對目前我國的散裂中子源裝置建設的實際情況，為我國散裂中子源裝置量身定制的反射體，使之適用于我國現狀的中子源，本發明的反射體所采用的零部件結構滿足其在散裂中子源中的各項物理需求，零部件可實現加工制造，安裝定位準確，在運行過程中可實時監測反射體下段內部溫度，防止局部溫度過高對材料的影響；本發明使用壽命長并可進行遙控維護，服役期滿后可通過遙控操作實現遠程拆卸與吊裝，實現整個插件的遠程維護操作。

技術領域

本發明涉及散裂中子源技術領域，尤指一種用于散裂中子源的反射體。

背景技術

中子和X射線都是人類探索物質微觀結構的有力手段。與核反應堆中子源相比，散裂中子源具有許多獨特的性能：更高的脈沖通量，豐富的高能短波中子，優越的脈沖時間結構，較低的本底，且不使用核燃料，只產生極少量活化產物。

目前，世界上正在運行或建造的脈沖式散裂中子源主要有美國的SNS、日本的J-PARC 、英國的ISIS和歐洲散裂中子源ESS等。美國橡樹嶺國家實驗室具有一臺設計束流功率為1.4 MW 的散裂中子源SNS。項目總投資14 億美元，于2006年建成并投入使用。日本原子能研究機構與高能加速器研究機構合建了強流質子加速器研究聯合裝置J-PARC，工程總投資約18 億美元，于2008年建成并投入使用。英國盧瑟福實驗室的散裂中子源ISIS已良好運行20年，其第一靶站的譜儀接近飽和，因此于2003 年開始第二靶站建設?，F在每年用戶逾2000人，是迄今為止世界上最成功的脈沖散裂中子源。正在建設中的歐洲散裂中子源ESS將建設世界最長的質子直線加速器，602m長的直線加速器產生的質子束打擊氦冷卻的旋轉鎢靶，產生高通量寬波長范圍的冷中子束流。簡而言之，每個散裂中子源都必須有一臺反射體，但由于各個散裂中子源的功率不同，反射體的結構也是無法相提并論。

目前，中國散裂中子源（china spallation neutron source, 以下簡稱“CSNS”）裝置建設的主要內容包括：一臺80MeV負氫離子直線加速器、一臺1.6GeV快循環質子同步加速器、兩條束流輸運線，一個靶站和3臺譜儀及相應的配套設施。

慢化器反射體系統為CSNS 靶站的核心設備之一，包括三個慢化器（退耦合窄化液氫慢化器、退耦合水慢化器和耦合液氫慢化器）和反射體插件。反射體插件位于靶站的中心位置，包圍著靶體和慢化器。

高能質子轟擊靶體發生散裂反應，產生高能中子。這些中子進入慢化器后能量降至適合中子散射的能量區域，一部分中子從慢化器可視面發射，進入中子束孔道，供中子散射實驗使用。慢化器周圍布置有反射體，反射體具有較大宏觀散射截面，可以將部分從靶逸出而未進入慢化器或穿過慢化器的快中子再反射回到慢化器中，從而提高了慢化器的效率。中子在反射體中輸運時將經歷多次碰撞，也得到一定程度的慢化，同時還可發生(n，2n)反應而產生一定的新生中子。因此，反射體插件集反射、慢化和產生新中子的能力為一體，具有重要作用。CSNS中采用鈹－不銹鋼反射體，其中不銹鋼反射體將同時起到反射和屏蔽的作用。

為了避免出現放射性射線的直縫泄露，反射體插件采用不等徑圓柱體的外觀結構形式，各圓柱體之間通過長螺栓實現相互連接。慢化器及其低溫管路和反射體之間是可以分拆的機械連接結構，這樣設計可以方便地實現制造和試運行階段對慢化器及其管路的獨立檢測。由于核輻射熱的作用，反射體下段和中段下部均設計有冷卻流道，中段上部和上段為實心不銹鋼鍛件結構，主要起屏蔽作用。

反射體插件下段是一個結構復雜的鋁合金容器，其核心安裝鈹反射體，鈹反射體外是不銹鋼反射體。鋁容器及其內部反射體之間設計有冷卻介質流道，冷卻介質為輕水。正常運行中，換熱壁面最高溫度不超過90℃，冷卻水出口水溫不超過45℃。