[發明專利]用于高功率粒子加速器的束流收集器

在審

• 申請號: 202110823770.6
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113556859A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 何源;牛海華;袁辰彰;賈歡;蔡漢杰;張勛超;王鋒鋒;張斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 張月娟

本發明涉及一種用于高功率粒子加速器的束流收集器，包括內錐筒、冷卻筒組件、進水管組件及出水管組件；內錐筒為尖端封閉的錐體結構；冷卻筒組件包括冷卻筒外筒、導流錐和冷卻筒端蓋，導流錐套設在所述內錐筒外，且導流錐的大口端與內錐筒的大口端密封連接；進水管組件的第一端與所述導流錐的小口端連接，進水管組件的第二端為進水口；導流錐的大口端的錐面上設置有冷卻水導出孔；冷卻筒外筒套設在導流錐外，且其一端與冷卻筒端蓋的外邊沿密封連接，其另一端與導流錐的大口端密封連接；出水管組件的第一端與冷卻筒端蓋固定連接焊接，并與冷卻筒外筒連通，出水管組件的第二端為出水口。

技術領域

本發明涉及核能技術中粒子加速器的束流收集技術領域，具體是關于一種用于高功率粒子加速器的束流收集器。

背景技術

在核能技術領域，束流收集器是粒子加速器的核心部件之一，位于粒子加速器束線的末端，用于收集粒子加速器產生的高功率粒子。

束流收集器的主要難點是需要將粒子加速器運行產生的大量高功率粒子收集并將產生的大量熱量導出，確保束流收集器在高功率粒子輻照下產生的活化劑量低，耐輻照，對加速器束線其他設備造成的感生放射低，以確保粒子加速器的安全可靠運行。因此，就高功率粒子束流收集器的而言，機械結構的設計及材料選擇尤為關鍵。目前，束流收集器常用的結構主要有雙層嵌套螺旋水冷套錐筒結構、V型平板結構以及平板結構三種，材料主要有銅、鎢、鎳、鋁等，采用的加工及焊接方法為常規的車削、銑削、鏜削、釬焊、氬弧焊等，適用于大錐角、大夾角或者平板型的結構，然而，現有的束流收集器由于機械結構及使用材料的限制多用于低功率粒子加速器，在高功率粒子加速器中使用時換熱性能差，耐輻照性能差，活化劑量高，嚴重時會造成材料的擊穿及融化，不能夠滿足高功率粒子加速器的運行要求。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種用于高功率粒子加速器的束流收集器，其換熱性能強、所用材料耐輻照性能好、活化劑量低，以滿足高功率粒子加速器的長期可靠穩定運行，避免因高溫高劑量造成束流收集器本身及加速器束線其他設備損壞的情況發生。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發明所述的用于高功率粒子加速器的束流收集器，包括內錐筒、冷卻筒組件、進水管組件及出水管組件；所述內錐筒為尖端封閉的錐體結構；所述冷卻筒組件包括冷卻筒外筒、導流錐和冷卻筒端蓋，所述導流錐為兩端開口的錐體結構；所述導流錐套設在所述內錐筒外，且所述導流錐的大口端與所述內錐筒的大口端密封連接，以使所述導流錐的內錐面與所述內錐筒的外錐面形成冷卻水進水的進水通道；所述進水管組件的第一端與所述導流錐的小口端連接，所述進水管組件的第二端為進水口；所述導流錐的大口端的錐面上設置有冷卻水導出孔；所述冷卻筒外筒套設在所述導流錐外，且其一端與所述冷卻筒端蓋的外邊沿密封連接，其另一端與所述導流錐的大口端密封連接，以使所述冷卻筒外筒與所述導流錐的外錐面之間形成冷卻水出水的出水通道；所述出水管組件的第一端與所述冷卻筒端蓋固定連接焊接，并與所述冷卻筒外筒連通，所述出水管組件的第二端為出水口。

所述的用于高功率粒子加速器的束流收集器，優選地，所述內錐筒的大口端的外錐面上設置有冷卻水密封法蘭，所述導流錐的大口端的外錐面上設置有連接法蘭，所述冷卻水密封法蘭與所述連接法蘭通過連接件連接。

所述的用于高功率粒子加速器的束流收集器，優選地，所述內錐筒的大口端的外錐面上設置有真空密封法蘭，所述真空密封法蘭用于與加速器束線上游其它設備的真空法蘭連接，以使所述內錐筒內部形成束流通過的真空密封空間。

所述的用于高功率粒子加速器的束流收集器，優選地，所述導流錐包括導流錐小錐段、導流錐中間段以及導流錐大錐段，所述導流錐小錐段的第一端與所述進水管組件的第一端連接，所述導流錐小錐段的第二端與所述導流錐中間段的第一端連接，所述導流錐中間段的第二端與所述導流錐大錐段的第一端連接，所述導流錐大錐段的第二端與所述內錐筒的大口端密封連接。