[發明專利]一種鎢合金顆粒散裂靶材料

在審

• 申請號: 201811654310.X
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109785987A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 龐立龍;王志光;孫建榮;崔明煥;臺鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G21G4/02
• 分類號: G21G4/02;C22C27/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供了一種鎢合金顆粒散裂靶材料，所述鎢合金為鎢鎳鐵合金，鎢鎳鐵合金顆粒呈球狀。鎢合金顆粒散裂靶材料具有高的中子產額、高的耐磨性、高的抗輻照性、耐力學沖擊和熱沖擊的疲勞性、優秀的熱學和磁學性能、加工制備成本低等，其綜合性能優異。

技術領域

本公開涉及核能系統中的散裂靶材料技術領域，尤其涉及一種鎢合金顆粒散裂靶材料。

背景技術

“加速器驅動嬗變研究裝置(ADS)”是一種先進的潔凈核能系統，2015年12月由國家發改委批準立項，這將有力推進未來ADS向工業化方向的發展。其中，重金屬散裂靶是一種高功率的散裂中子源，是ADS系統中非常關鍵的組成部分，主要功能是產生高能中子并將質子束轟擊靶材料產生的熱量快速移除。

散裂靶一般有固態金屬和液態金屬兩種類型。在ADS中，由于應用的是高功率散裂靶，并且需要把反應熱量快速移除，固態靶受到散熱等問題的限制，研究較多的是液態金屬靶(如液態鉛鉍合金)，它還可以兼做冷卻劑。但是液態金屬靶存在流體力學不穩定性、泄露安全風險以及對結構材料的腐蝕問題。另外，還涉及到高能強質子束轟擊液態靶產生的沖擊波對結構材料耐受性的考驗。這些難以克服的困難使得液態靶的發展空間受到很大的限制，而最近新提出的顆粒流靶作為新一代高功率散裂中子源具有許多的優勢，這種由大量的金屬小球組成的流化固體靶，中子學性能好，與結構材料兼容性好，不存在上述液態金屬靶的問題，而且熱量移除能力明顯優于液態金屬靶和固體靶。

但是高功率顆粒流靶對靶材的要求比較苛刻：中子產額要高、機械性能優異、具有高的耐磨性、耐力學沖擊和熱沖擊的疲勞性、以及好的磁學性能等，此外，由于靶材用量大，還必須考慮靶材的經濟性。

目前，鎢是最常見的固體靶材料，多個散裂中子源項目都采用其作為靶材料，如日本高能加速器研究機構(KEK)的KENS，中國東莞散裂中子源(100kW束流功率，已建成)、歐洲散裂中子源(5MW束流功率，規劃建設中)均采用鎢作為靶材料。但純鎢并不適用于顆粒流靶，其散熱、機械性能等均達不到ADS高功率顆粒流散裂靶的要求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術存在的上述問題，本公開提供了一種鎢合金顆粒散裂靶材料，具有高的中子產額、高的耐磨性、高的抗輻照性、耐力學沖擊和熱沖擊的疲勞性、優秀的熱學和磁學性能、加工制備成本低等，其綜合性能優異。

(二)技術方案

本公開提供了一種鎢合金顆粒散裂靶材料，所述鎢合金為鎢鎳鐵合金，鎢鎳鐵合金顆粒呈球狀。

在本公開的一些實施例中，所述鎢鎳鐵合金中，鎢的含量大于70％，其余為NiFe組織相。

在本公開的一些實施例中，球狀鎢鎳鐵合金顆粒的尺寸范圍為

在本公開的一些實施例中，鎢的含量為93％，NiFe組織相的含量為7％。

在本公開的一些實施例中，鎢鎳鐵合金顆粒的延展性≥10％，硬度≥26HRC，屈服強度≥800MPa，拉伸強度≥950MPa，彈性模量≥350GPa。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本公開的鎢合金顆粒散裂靶材料具有以下有益效果：優異的機械力學性能、高的抗力學疲勞性能、高的中子產額、最佳的綜合流動性和換熱性能、好的耐磨性、高的抗輻照損傷性能。

附圖說明

圖1顯示了各種靶材料的中子產額。

圖2顯示了93W7(NiFe)球的磁導率測試結果。

圖3和圖4分別為600℃下260keV質子注入鎢鎳鐵合金在不同輻照量下的SEM圖。

具體實施方式