[發(fā)明專利]一種出口半徑可調(diào)的疊片式無窗散裂靶及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810747999.4
• 申請(qǐng)日: 2018-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN108899096B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程德勝;汪衛(wèi)華;祁俊力;儲(chǔ)德林;蘆偉;劉勝;楊錦宏;張輝;王申浩;陳志鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G21C1/30
• 分類號(hào): G21C1/30;G21G4/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種出口半徑可調(diào)的疊片式無窗散裂靶及其設(shè)計(jì)方法，該無窗散裂靶由無窗靶組件、激光器測(cè)距儀、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、出口段疊片等組成。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于無窗靶出口段由半圓環(huán)疊片組成，半圓環(huán)的內(nèi)徑大小漸進(jìn)過渡，半圓環(huán)可以對(duì)稱關(guān)聯(lián)在兩側(cè)左右移動(dòng)展開和閉合。本發(fā)明采用激光測(cè)距儀獲得自由液面的高度，根據(jù)自由液面的實(shí)測(cè)高度與理想高度之差，由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)散裂靶出口段的半圓環(huán)疊片的張開和閉合，控制出口半徑的大小，出口半徑越小，自由液面的相對(duì)高度越高，反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)自由控制無窗靶自由液面高度的目的。本發(fā)明原理清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作控制容易，效果明顯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng)散裂靶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種出口半徑可調(diào)的疊片式無窗散裂靶及其設(shè)計(jì)方法，用于自由控制無窗散裂靶液態(tài)鉛鉍合金自由液面的高度，為無窗靶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)定型、實(shí)驗(yàn)研究和ADS的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行提供技術(shù)支持。

背景技術(shù)

加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng)(ADS)是一種高效嬗變處理高放核廢料并兼顧發(fā)電的核裝置。高能質(zhì)子束直接射入散裂靶件中轟擊重金屬，通過質(zhì)子與重金屬在散裂靶件內(nèi)部的散裂反應(yīng)產(chǎn)生的中子來維持次臨界堆芯中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并驅(qū)動(dòng)反應(yīng)堆運(yùn)行。耦合次臨界堆芯和質(zhì)子加速器的散裂靶件是ADS的關(guān)鍵。散裂靶主要分為無窗靶和有窗靶，有窗靶中，靶窗壁將液態(tài)重金屬和加速器分隔開，用來隔開質(zhì)子束真空和液態(tài)散裂材料LBE，但是有窗靶的靶窗受到高能、高流強(qiáng)質(zhì)子轟擊和強(qiáng)中子輻照，存在窗的脆化和壽命，窗的冷卻，蠕變條件下窗的熱負(fù)荷，腐蝕性的環(huán)境，窗材料中由質(zhì)子和快中子誘導(dǎo)的輻照損傷等問題，因此，靶的壽命和系統(tǒng)的安全性受到考驗(yàn)。長(zhǎng)期的高能質(zhì)子束轟擊和輻照損傷會(huì)給窗壁材料選擇帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，無窗靶獲得了越來越多的關(guān)注。

無窗靶用質(zhì)子束流直接轟擊液態(tài)金屬，通過維持液態(tài)重金屬形成的穩(wěn)定自由界面和重金屬的低飽和壓力來確保質(zhì)子束流管的高真空狀態(tài)，同時(shí)，自由界面流動(dòng)還將帶走高能質(zhì)子束轟擊所產(chǎn)生的核熱，避免液態(tài)重金屬的揮發(fā)。無窗靶與有窗靶相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：輻射損傷問題很小，不需要開發(fā)高能質(zhì)子和中子流強(qiáng)的耐磨材料；散裂反應(yīng)效率提高，不存在靶窗的冷卻和質(zhì)子能量減小的問題；無需開發(fā)承受高能質(zhì)子和強(qiáng)中子輻照的窗結(jié)構(gòu)材料；靶單元壽命可以與燃料組件相匹配。可見，無窗靶能夠解決有窗靶存在的致命問題，因此成為現(xiàn)在散裂靶的重點(diǎn)研究方向。然而，無窗靶的靶區(qū)表面蒸汽的存在會(huì)使真空惡化，外界干擾可能造成LBE進(jìn)入真空束流管道，無窗靶自由液面不穩(wěn)定還可能會(huì)影響中子分布及次臨界堆的物理和熱工性能。因此，無窗靶對(duì)自由液面(質(zhì)子束流的最前端)穩(wěn)定性的要求比較高，自由液面的形成和穩(wěn)定控制是無窗靶設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一，目前對(duì)自由液面形成和控制問題的研究還未獲得理想的解決方案。基于這一應(yīng)用背景，在安徽省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“加速器驅(qū)動(dòng)次臨界堆無窗靶液態(tài)金屬鉛鉍流動(dòng)與傳熱機(jī)理研究”的支持下，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：1)通過設(shè)計(jì)無窗散裂靶出口半徑可調(diào)的方式，自由控制液態(tài)鉛鉍在散裂靶區(qū)形成自由液面的高度，保持無窗散裂靶自由液面的高度的穩(wěn)定。2)使用激光測(cè)距儀測(cè)得液態(tài)金屬自由液面的相對(duì)高度，用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制出口半圓環(huán)疊片的移動(dòng)，克服液態(tài)金屬高溫環(huán)境下不宜使用復(fù)雜控制電路的問題。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易操作控制、實(shí)用性強(qiáng)，可在無窗散裂靶區(qū)獲得穩(wěn)定的自由液面。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種出口半徑可調(diào)的疊片式無窗散裂靶的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

步驟101、根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突駻DS系統(tǒng)散裂靶的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)置無窗靶入口段的結(jié)構(gòu)尺寸和運(yùn)行參數(shù)；

步驟102、設(shè)置出口段的高度和疊片的數(shù)量，以及出口半徑變化的曲線函數(shù)；

步驟103、液態(tài)鉛鉍合金從入口流入在散裂靶區(qū)形成自由液面；

步驟104、使用激光測(cè)距機(jī)獲取自由液面的相對(duì)高度；