[發明專利]一種上旋式液態金屬無窗散裂靶構件

在審

• 申請號: 201811375101.1
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109257864A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 楊偉峰;張雪熒
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H05H6/00
• 分類號: H05H6/00;G21C1/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明提供一種用于加速器驅動次臨界系統的上旋式液態金屬無窗散裂靶構件，包括內導流管、起旋葉輪、導流葉片、外導流管及束流管，所述起旋葉輪固定于所述內導流管的內壁，所述導流葉片固定于所述內導流管的上端，所述外導流管套設于所述內導流管及導流葉片的外側，所述束流管設置于所述內導流管的上方并與所述外導流管固定連接，所述內導流管包括流通段及排出段，所述排出段包括縮口段及擴口段。本發明通過結構優化設計，改善了靶件內部流場分布，極大地減小了自由液面區域的回流滯止區，從而增強了散裂靶件的熱輸運能力。

技術領域

本發明涉及處理核廢料的加速器驅動次臨界嬗變系統，更具體地說，涉及一種上旋式液態金屬無窗散裂靶構件。

背景技術

加速器驅動次臨界嬗變系統(Accelerator Driven Sub-critical System，ADS)是目前國際公認的最安全有效的核廢料處置技術方案。ADS使用加速器提供的強流質子束轟擊重金屬靶，產生的高能散裂中子驅動并維持次臨界反應堆的運行，用來嬗變高放射性長壽命核素，達到增殖利用的目的。ADS主要包括加速器、散裂靶及反應堆三個部分，其中，散裂靶是實現“加速器-反應堆”耦合的關鍵部件，決定著整體系統的功率水平，對系統整體的性能及安全有著舉足輕重的作用。

散裂靶根據其物質形態主要分為固態散裂靶及液態散裂靶兩類，其中，液態散裂靶又分為液態有窗散裂靶和液態無窗散裂靶兩種。近年來，液態金屬無窗散裂靶越來越得到核科學專家的青睞，它的獨特性在于，液態金屬既作為發生散裂反應的靶材料，又作為傳輸沉積熱量的冷卻介質。液態金屬無窗散裂靶通過形成穩定的自由液面來維持加速器內部的高真空狀態，保證束流有效傳輸并通過自由液面直接加載到液態金屬流體中發生散裂反應。

根據自由液面形成方式，液態無窗散裂靶有多種類型，上旋靶是其中一種。該靶件豎直安裝在反應堆內的燃料組件中央，液態金屬從靶件底部由下向上流入，經過葉輪后變為螺旋流動，在壁面約束下邊旋轉邊上升，當壁面約束解除后向外噴散而形成自由液面。然而，上旋靶在形成自由液面的過程中，由于中心區域的流體流速較小，在自由液面中心處容易形成滯留，從而產生回流滯止區，進而影響散裂靶中束流沉積熱量的導出，對靶件的正常工作造成威脅。

發明內容

鑒于上述技術問題，為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種上旋式液態金屬無窗散裂靶構件。

本發明提供一種上旋式液態金屬無窗散裂靶構件，包括內導流管、起旋葉輪、導流葉片、外導流管及束流管，所述起旋葉輪固定于所述內導流管的內壁，所述導流葉片固定于所述內導流管的上端，所述外導流管套設于所述內導流管及導流葉片的外側，所述束流管設置于所述內導流管的上方并與所述外導流管固定連接，所述內導流管包括流通段及排出段，所述排出段包括縮口段及擴口段。

根據一些實施方式，所述縮口段為按圓弧狀連續縮小的漸縮管道，所述擴口段為按圓弧狀連續擴大的漸擴管道。

根據一些實施方式，所述縮口段的最小內徑處直徑為所述流通段的內徑的0.7-0.9倍，所述擴口段的最大內徑處直徑為所述流通段的內徑的1.1-1.5倍。

根據一些實施方式，所述起旋葉輪包括中軸及沿所述中軸圓周方向均勻分布的葉片，所述中軸的外徑為所述內導流管的流通段的內徑的1/5，所述中軸的長度為其外徑的10-15倍。

根據一些實施方式，所述中軸為圓柱形，其兩端為具有橢圓形光滑過渡的尖端。

根據一些實施方式，所述葉片為螺旋形葉片，包括與軸向平行部分、沿螺旋線傾斜部分以及中間光滑過渡部分。

根據一些實施方式，所述葉片兩側相對于中心軸線的夾角為100-140度。

根據一些實施方式，所述導流葉片為月牙形狀，其兩側相對于中心軸線的夾角為15-60度。