用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置、加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置及其束流耦合方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置、加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置及束流耦合方法。靶裝置包括：用作靶體的多個固體顆粒；以及用于容納多個固體顆粒的靶體反應腔室。本發(fā)明所述加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置及束流耦合方法中，對循環(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒進行處理，可以克服現(xiàn)有技術中熱交換低、運行壽命短、穩(wěn)定性差和應用范圍小等缺陷，以實現(xiàn)熱交換高、運行壽命長、穩(wěn)定性好和應用范圍廣的優(yōu)點。
【專利說明】用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置、加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置
及其束流耦合方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置、一種加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置及其束流耦合方法。
【背景技術】
[0002]中子產(chǎn)生裝置中，冷卻劑與固態(tài)靶材料之間的熱交換是制約其發(fā)展的主要因素。隨著加速器束流功率的不斷提高，固態(tài)靶已無法適應靶工作的需求。目前的固態(tài)靶基本運行于I兆瓦以下束流耦合環(huán)境中。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置、加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置及其束流耦合方法，由此例如解決束流轟擊時移動熱載體的選擇及熱移除的技術問題。
[0004]本發(fā)明的另一個目的在于，提出一種加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的束流耦合方法，由此例如解決現(xiàn)有靶裝置在高功率束流中不能長期使用的技術問題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置，該靶裝置包括:用作靶體的多個固體顆粒；以及用于容納多個固體顆粒的靶體反應腔室。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述固體顆粒具有圓球體形狀、橢圓球體形狀和多面體形狀中的至少一種形狀。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述固體顆粒包括鎢、鎢合金材料、鈾、鈾合金、鈾陶瓷材料、釷、釷合金和釷陶瓷材料中的任意一種材料。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述靶體反應腔室具有限定注入口的注入管道和限定引出口的引出管道，所述固體顆粒通過注入口注入靶體反應腔室，并且所述固體顆粒通過所述引出口從靶體反應腔室移出。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，靶體反應腔室的直徑與所述多個固體顆粒的粒徑的比例范圍為5: 1-30: I ;和/或，注入管道的管徑與靶體反應腔室的直徑的比例范圍為1: 1-1: 10;和/或，引出管道的管徑與祀體反應腔室的直徑的比例范圍為1:1-1: 10。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，該加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置包括:用于容納固體顆粒的靶體反應腔室，所述固體顆粒用作靶體；以及固體顆粒傳送裝置，所述固體顆粒傳送裝置用于將固體顆粒注入靶體反應腔室。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置還包括:冷卻裝置，該冷卻裝置在所述固體顆粒從靶體反應腔室移出之后，對固體顆粒進行冷卻，然后固體顆粒傳送裝置將固體顆粒注入靶體反應腔室。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置還包括:分揀裝置，該分揀裝置構造成在所述固體顆粒從靶體反應腔室移出之后，選擇預定標準的固體顆粒，然后將預定標準的固體顆粒注入靶體反應腔室。預定標準可以是固體顆粒的粒度、或其它質量指標等，這些指標可以借助于各種檢測裝置進行檢測。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述固體顆粒具有圓球體形狀、橢圓球體形狀和多面體形狀中的至少一種形狀。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置還包括:設置在固體顆粒注入口和引出口中的至少一個處的用于暫時存儲固體顆粒的緩沖室。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述固體顆粒傳送裝置構造成在束流作用在固體顆粒上的同時，使固體顆粒以從靶體反應腔室內部、經(jīng)過靶體反應腔室外部、再到靶體反應腔室內部的方式進行循環(huán)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置還包括:冷卻裝置和分揀裝置，冷卻裝置對循環(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒進行冷卻，并且分揀裝置從循環(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒中選擇預定標準的固體顆粒。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的束流耦合方法，該方法包括:將用作靶體的固體顆粒注入靶體反應腔室，以及將束流作用在固體顆粒上。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一方面，當束流作用在固體顆粒上的同時，固體顆粒以從靶體反應腔室內部、經(jīng)過靶體反應腔室外部、再到靶體反應腔室內部的方式進行循環(huán)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一方面，對循環(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒進行處理。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述處理包括冷卻固體顆粒和選擇預定標準的固體顆粒。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的束流耦合方法可以是用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的低功率束流耦合方法，或用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的高功率束流耦合方法。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，本發(fā)明可以解決現(xiàn)有靶裝置在高功率束流轟擊時的熱移除的技術問題，從而實現(xiàn)熱交換高、運行壽命長、穩(wěn)定性好和應用范圍廣的優(yōu)點。
[0023]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。
[0024]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0026]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的方框圖；
[0027]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的離線系統(tǒng)的方框圖；
[0028]圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的離線系統(tǒng)的示意圖；
[0029]圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例的靶主體的結構示意圖；[0030]圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施例的靶主體中靶體反應腔室和固體顆粒的結構示意圖。
[0031]結合附圖，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0032]11-靶體反應腔室；12_固體顆粒注入段；13_固體顆粒引出段；14_質子束入射管道；15-束流掃描及安全保護裝置；16_固體顆粒。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0034]裝置實施例
[0035]如圖1至圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置100包括:第I子系統(tǒng)S1、第2子系統(tǒng)S2、第3子系統(tǒng)S3、第4子系統(tǒng)S4和第5子系統(tǒng)S5。
[0036]第I子系統(tǒng)SI為加速器系統(tǒng)，用于提供加速器入射束流，束流的分布可根據(jù)需要設置為均勻分布、類高斯單峰分布、雙峰分布等；粒子束的能量范圍可以為IOOMeV至數(shù)個GeV;其強度由中子源需要的中子強度決定，束流強度可在0.1mA到數(shù)百個mA之間進行變化。第I子系統(tǒng)SI中可以包括束流彎曲磁鐵、束流真空保護系統(tǒng)等組件。作為第I子系統(tǒng)SI的加速器系統(tǒng)可以采用任何公知的加速器系統(tǒng)。
[0037]第2子系統(tǒng)S2為用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置100A(參見圖4和5)，由靶體反應腔室11與固體顆粒16構成，入射束流轟擊固體顆粒16組成的靶體，會在反應腔體11中發(fā)生初級散裂反應和級聯(lián)反應產(chǎn)生大量中子。在靶體反應腔室11的一端設置固體顆粒注入段12，此注入段12可以與用于暫存固體顆粒16的第3子系統(tǒng)S3相連接，固體顆粒16將從第3子系統(tǒng)S3輸入注入段12，在靶體反應腔室11的另一端設置有固體顆粒引出段13，此引出段13可連接至第4子系統(tǒng)S4，第4子系統(tǒng)S4用于暫存固體顆粒16。
[0038]第3子系統(tǒng)S3可以包括固體顆粒傳輸裝置和分揀裝置，在這里固體顆粒將被檢驗并針對各種情況進行分流處理；
[0039]第4子系統(tǒng)S4是固體顆粒暫存系統(tǒng)，可以包括固體顆粒傳輸裝置及熱交換器等，在這里熱交換器將冷卻固體顆粒；
[0040]第5子系統(tǒng)S5為中子應用系統(tǒng)，可接受從第2子系統(tǒng)S2中輸運過來的中子并進行各種可能的中子應用，如發(fā)電等。
[0041]入射束流的粒子可選用質子，氘離子，氚離子，氦離子等粒子，束流的入射方向與腔體的軸向相一致。靶體的主要部分是固體顆粒，其主要材料可根據(jù)散裂中子需求選擇金屬鎢或鎢合金等金屬材料，或者選取鈾與鈾合金或其陶瓷材料、釷與釷合金或其陶瓷材料以產(chǎn)生更多地中子。固體顆粒具有圓球體形狀、橢圓球體形狀和多面體形狀中的至少一種形狀。固體顆粒可以具有任何合適的其它形狀。
[0042]如圖3、4、5所示，本實施例的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置100包括用于容納固體顆粒16的靶體反應腔室11，加速器系統(tǒng)及安全保護裝置15，連接在靶體反應腔室11的中部與加速器系統(tǒng)及安全保護裝置15的中部之間的質子束入射管道14，以及與靶體反應腔室11配合的離線處理系統(tǒng)C，離線處理系統(tǒng)C包括固體顆粒傳送裝置，所述固體顆粒傳送裝置用于將固體顆粒注入靶體反應腔室。如圖1、2所示，圖1中的第3子系統(tǒng)S3和第4子系統(tǒng)S4構成圖2中的離線系統(tǒng)C，該系統(tǒng)用于使固體顆粒16以從靶體反應腔室內部、經(jīng)過靶體反應腔室外部、再到靶體反應腔室內部的方式進行循環(huán)。離線處理系統(tǒng)C還可以包括殼體CH。
[0043]如圖3、4、5所示，固體顆粒傳送裝置包括:大致水平設置的第一固體顆粒傳送裝置Cl，固體顆粒16可以從靶體反應腔室11排出而落在第一固體顆粒傳送裝置Cl上。離線處理系統(tǒng)C還可以包括冷卻裝置30。該冷卻裝置在所述固體顆粒從靶體反應腔室移出之后，對固體顆粒進行冷卻，然后固體顆粒傳送裝置將固體顆粒注入靶體反應腔室。例如冷卻裝置30是鼓風機，由此對固體顆粒16進行冷卻。此外，第一固體顆粒傳送裝置Cl也可以浸沒在液體中，由此在輸送固體顆粒16的同時，對固體顆粒16進行冷卻。此外，離線處理系統(tǒng)C還可以包括分揀裝置，例如滾動篩，用于篩除破碎的顆粒，固體顆粒16可以從靶體反應腔室11排出而落入分揀裝置。該分揀裝置構造成在所述固體顆粒從靶體反應腔室11移出之后，選擇預定標準的固體顆粒，然后將預定標準的固體顆粒注入靶體反應腔室11。預定標準可以是固體顆粒的粒度、或其它質量指標等，這些指標可以借助于各種檢測裝置進行檢測。
[0044]此外，冷卻裝置30和分揀裝置可以設置在離線處理系統(tǒng)C的任何合適的部分。在靶體反應腔室11不是豎直放置的情況下，例如水平放置，可以利用諸如螺旋輸送機的豎直輸送裝置或拾取裝置(例如機械臂或機器人)將固體顆粒16裝載在第一固體顆粒傳送裝置Cl或分揀裝置上。
[0045]此外，在一些實施例中，中子產(chǎn)生裝置可以不設置冷卻裝置和分揀裝置，例如顆粒在固體顆粒傳送裝置中可以散去熱量，顆粒產(chǎn)生較少的破損或碎顆粒等，此外在低功率下，可以不使用冷卻裝置。
[0046]如圖2、3所示，固體顆粒傳送裝置還包括:作為豎直提升傳送裝置的第二固體顆粒傳送裝置C3，第二固體顆粒傳送裝置C3包括豎直輸送固體顆粒的螺旋傳送裝置C31、水平傳送裝置C32，以及氣動提升機C33。固體顆粒傳送裝置還包括:第三固體顆粒傳送裝置C5。
[0047]第一固體顆粒傳送裝置Cl、水平傳送裝置C32、第三固體顆粒傳送裝置C5可以是任何合適的輸送機，例如利用重力輸送固體顆粒的滑道、刮板式輸送機或帶式輸送機。
[0048]此外，固體顆?？梢岳弥亓陌畜w反應腔室11排出，并且可以直接落在第一固體顆粒傳送裝置Cl上。
[0049]該靶體反應腔室11可以是大致圓筒形，或其它任何合適的形狀，例如具有橢圓型橫截面等。
[0050]該靶體反應腔室11的中軸線與水平面之間的夾角可以大于O度且小于等于90度，也就是說靶體反應腔室可以近水平放置也可以垂直放置。靶體反應腔室11的軸向尺寸或縱向尺寸與靶體反應腔室的徑向尺寸(直徑)或橫向尺寸的比例范圍為3: 1-10: 1，能夠根據(jù)束流的強度進行調節(jié)。多個固體顆粒中每個固體顆粒的直徑或粒徑與靶體反應腔室的徑向尺寸(直徑)或橫向尺寸的比例范圍為5: 1-30: I。多個固體顆粒注入段中每個固體顆粒注入段的注入管道12的管徑與靶體反應腔室的徑向尺寸(直徑)或橫向尺寸的比例范圍為1: 1-1: 10。固體顆粒引出段的引出管道13的管徑與靶體反應腔室的徑向尺寸(直徑)或橫向尺寸的比例范圍為1: 1-1: 10。多個固體顆粒至少能夠選用鎢、鎢合金材料、鈾、鈾合金、鈾陶瓷材料、釷、釷合金和釷陶瓷材料中任意一種材料。固體顆粒的直徑或粒度在亞毫米至數(shù)厘米量級之間，具體大小由靶體反應腔室的徑向大小決定。
[0051]加速器系統(tǒng)用于控制束流轟擊固體顆粒的橫向分布，通過預先確定的方式掃描使得熱量分布均勻化。安全保護裝置15用于防止意外狀態(tài)下的壓力氣體向加速器方向的泄漏，保證加速器束流管道處于能夠工作的真空范圍之內。
[0052]如圖2、3所示，上述離線系統(tǒng)C包括設置在相應固體顆粒注入段的注入口 12處的緩沖室C7，分揀系統(tǒng)用于在多個固體顆粒注入之前，多個固體顆粒經(jīng)過分揀系統(tǒng)被檢驗并針對預先設置的各種情況進行分流處理，將合格的固體顆粒傳輸至緩沖室C7。例如，選擇預定粒度的顆粒，把破碎的固體顆粒濾去。螺旋輸送機C31同時有分揀和除塵作用、氣動提升機C33同時有分揀和除塵作用，
[0053]緩沖室C7可以具有大致漏斗狀，用于暫存固體顆粒。
[0054]在上述實施例的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置中，靶體反應腔室11中的靶體由多個移動固體顆粒構成，當束流轟擊靶體時會產(chǎn)生高通量的中子流。
[0055]固體顆粒材料選用鎢或其合金材料、鈾與鈾合金或其陶瓷材料、釷與釷合金或其陶瓷材料等其他特性符合應用要求的材料，固體顆粒材料特性為:耐高溫、高熱容量、高中子產(chǎn)額等，并將固體顆粒放置于靶體反應腔室中。固體顆粒注入段:固體顆粒經(jīng)緩沖室進入注入段，由注入段注入反應腔室中。固體顆粒引出段:該段的作用是將沉積了高功率能量的固體顆粒移出反應腔室，同時傳輸固體顆粒至熱交換系統(tǒng)移除高功率的沉積能量。固體顆粒熱交換系統(tǒng):移除固體顆粒高功率的沉積能量。固體顆粒傳輸裝置和分揀系統(tǒng):在固體顆粒注入段與熱交換系統(tǒng)之間，在固體顆粒傳輸裝置和分揀系統(tǒng)中，固體顆粒將被檢驗并針對各種情況進行分流處理。束流入射管道:該管道的作用為加速器束流的入射通道，將束流引入該裝置。入射束流粒子可為質子、氘離子、氚離子或氦離子等粒子，束流的入射方向與腔體的軸向相一致。束流掃描及安全保護裝置:束流掃描裝置可以控制束流轟擊固體顆粒的橫向分布，通過確定的方式掃描使得熱量分布均勻化；安全保護裝置可以防止裝置意外狀態(tài)下的壓力氣體向加速器方向的泄漏，保證加速器束流管道處于可工作的真空范圍之內。
[0056]靶體反應腔室兩端分別為固體顆粒注入段和固體顆粒引出段，靶體反應腔室設計有多個固體顆粒注入段接口，用戶可根據(jù)具體需求選擇接口數(shù)量并進行連接。緩沖室C7可以是套在束流管道外圍的圓環(huán)形腔室，靶體反應腔室11的注入口開始時可以是關閉的，諸如傳送帶的第三固體顆粒傳送裝置C5將顆粒先注入緩沖室C7，將緩沖室C7灌滿至一定高度，然后再打開靶體反應腔室11的注入口，靶體反應腔室11的注入口的打開個數(shù)根據(jù)束流強度等參數(shù)決定，在運轉中可以控制。打開靶體反應腔室11的注入口之后，顆粒受重力作用或通過氣體混合驅動落入靶體反應腔室11的注入口。例如，可在緩沖室C7上方加吹氣口，使顆粒落入靶體反應腔室11的注入口。利用注入口的打開個數(shù)決定注入和移出顆粒的速度，以保證靶體反應腔室11內保持預定量的顆粒。
[0057]參見圖1，在本發(fā)明的一個具體實例中，加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的主體部分包括:靶體反應腔室11、固體顆粒注入段12、固體顆粒引出段13、質子束入射管道14、束流掃描及安全保護裝置15。
[0058]靶體反應腔室11下部連接固體顆粒引出段13，上部連接固體顆粒注入段12，同時質子束入射管道14也連接在注入段12與靶體反應腔室11中軸部，在束流入射管道14遠離反應腔室11處與束流掃描及安全保護裝置相連接。此靶裝置設計有多個固體顆粒注入段接口，用戶可根據(jù)具體需求選擇接口數(shù)量并進行連接，以向靶體反應腔室中注入多個固體顆粒；注入后的多個固體顆粒，在靶體反應腔室中與束流發(fā)生初級散裂反應與級聯(lián)反應，產(chǎn)生大量中子。
[0059]該靶可近水平放置也可垂直放置使用。進一步地，所述靶體反應腔室的中軸線與水平面之間的夾角大于O度且小于等于90度。
[0060]參見圖5，靶主體部分由靶體反應腔室11和固體顆粒16組成，固體顆粒16經(jīng)固體顆粒注入段12注入后，在靶體反應腔室11中與束流發(fā)生初級散裂反應與級聯(lián)反應，產(chǎn)生大量中子。此靶系統(tǒng)的束流掃描及安全保護裝置15安裝在靶體反應腔室體的上端，束流掃描可以控制束流轟擊固體顆粒的橫向分布，通過確定的方式掃描束流使得熱量分布均勻化。安全保護裝置用于保護加速器系統(tǒng)，當靶體在事故工況下有氣體泄漏時，有壓氣體會通過安全保護裝置的入口與其連接，在這里氣體將被等離子化并與上端裝置壓力差分系統(tǒng)共同工作，對加速器系統(tǒng)形成有效保護。
[0061]束流掃描裝置由四極磁鐵系統(tǒng)或者偏轉電極系統(tǒng)構成，可以工作在幾十至幾百赫茲，并且盡可能提高掃描頻率，束流掃描裝置接口通過管道與安全保護裝置相連接；安全保護裝置的材料由耐高溫固體材料組成；束流掃描與安全保護裝置構成一個整體。
_2] 方法實施例
[0063]根據(jù)本發(fā)明實施例，基于上述實施例的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，提供了一種高功率束流耦合方法，包括以下步驟:將用作靶體的固體顆粒注入靶體反應腔室，以及將束流作用在固體顆粒上。
[0064]當束流作用在固體顆粒上的同時，固體顆粒以從靶體反應腔室內部、經(jīng)過靶體反應腔室外部、再到靶體反應腔室內部的方式進行循環(huán)?？梢詫ρh(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒進行處理。所述處理包括冷卻固體顆粒和選擇預定標準的固體顆粒。
[0065]本發(fā)明提供了一種高功率束流耦合方法，包括以下步驟:
[0066]SlO:例如，通過重力或氣動方式，使作為靶體的固體顆粒經(jīng)緩沖室進入注入段，由注入段注入反應腔室中；
[0067]S20:在反應腔室中，束流與固體顆粒發(fā)生核反應(初級散裂反應與級聯(lián)反應)并釋放出大量中子；
[0068]S30:高功率束流在固體顆粒上沉積高功率的能量；
[0069]S40:沉積高功率能量的固體顆粒由引出段移出反應腔室并傳輸至固體顆粒至熱交換系統(tǒng)，高功率的沉積能量也被移出反應腔室；
[0070]S50:在固體顆粒至熱交換系統(tǒng)中，固體顆粒高功率的沉積能量被移除，具體地，固體球在通過分揀系統(tǒng)時進行氣冷的降溫，也可后接一個液體傳熱系統(tǒng)將熱量進一步交換，降低至室溫；
[0071]S60:在固體顆粒注入之前，固體顆粒經(jīng)過傳輸線和分揀系統(tǒng)被檢驗并針對各種情況進行分流處理，合格的固體顆粒被傳輸至緩沖室，具體地:由固體顆粒引出段導出的固態(tài)球經(jīng)有不同孔的水平機械傳送帶(板)把破碎的固體顆粒濾去，同時進行氣冷的熱交換，之后通過螺旋輸送機和氣動提升機進行進一步的分揀和除塵，最后使用連續(xù)式機械提升機將合格的固體顆粒傳送到靶系統(tǒng)上端的緩沖室內。[0072]通過上述的循環(huán)過程，加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置即達到與高功率束流的耦合，循環(huán)速度由束流功率與熱交換速度決定，束流功率越大則循環(huán)速度越快。該加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的結構和特性，可參見上述裝置實施例和圖1-圖5的相關說明，在此不再贅述。
[0073]上述高功率束流耦合方法，主要包括以下步驟:固體顆粒由注入段(即固體顆粒注入段)注入反應腔室(即靶體反應腔室)中；束流與靶主體的多個固體顆粒反應產(chǎn)生中子；沉積了高功率能量的固體顆粒經(jīng)引出段(即固體顆粒引出段)移出反應腔室；通過熱交換系統(tǒng)固體顆粒移除高功率的能量；束流入射管道(即質子束入射管道)為加速器束流的入射通道；安全保護裝置可以防止加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置意外狀態(tài)下的壓力氣體向加速器方向的泄漏。加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的離線處理使得其所在系統(tǒng)的整體維護便捷，各部件在工業(yè)制造中的技術成熟度較高，從而降低了加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的制造與應用難度。
[0074]綜上所述，本發(fā)明上述各實施例的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置及高功率束流耦合方法，可以運用于加速器中子源應用領域，如核電能源系統(tǒng)(包括核廢料嬗變和核材料增殖)、同位素生產(chǎn)、中子治癌和材料輻照等；具有離線處理的特色，對于放射性要求嚴格的應用，固體顆粒材料可選用鎢或其合金材料，通過簡單的離線處理可以實現(xiàn)較為簡單的運行維護。對于放射性要求低的應用，固體顆粒材料可選用鈾與鈾合金或其陶瓷材料、釷與釷合金或其陶瓷材料，其運行維護設施將較為復雜，離線處理也有助于降低這一復雜性。
[0075]本發(fā)明上述各實施例的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置及高功率束流耦合方法，針對現(xiàn)有固態(tài)靶裝置在冷卻劑與固態(tài)靶材料之間熱交換和比例系數(shù)中存在的制約因素及液態(tài)靶面臨的各種高溫液態(tài)金屬腐蝕、束窗結構材料損傷、兩相流體穩(wěn)定性、加速器束流管道真空保持等難題，提供一種能夠在高功率束流條件下使用的散裂中子產(chǎn)生裝置(即加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置)，該加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置同時提高了靶裝置在高功率束流作用下的壽命。該加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置結構簡單，各類部件在工業(yè)領域技術成熟，且制造難度較低，在相關領域可以開展實際應用。
[0076]從上述內容可以看出，本發(fā)明通過將中子產(chǎn)生裝置的靶裝置設置成包括用作靶體的多個固體顆粒；以及用于容納多個固體顆粒的靶體反應腔室。由此，可以方便靶裝置的靶體的更換。
[0077]此外，通過固體顆粒以從靶體反應腔室內部、經(jīng)過靶體反應腔室外部、再到靶體反應腔室內部的方式進行循環(huán)，可以在靶體反應腔室外部對固體顆粒進行冷卻、檢測、篩選
等處理。
[0078]除了上述的結構外，可以使用任何其它合適的運輸設備(諸如運輸散料和物品的設備、工業(yè)機器人等)、任何其它合適的冷卻設備(諸如工業(yè)中冷卻工件的設備)、以及任何其它合適的檢測設備。因此，本發(fā)明不限于上述實施例。
[0079]最后應說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置，包括: 用作靶體的多個固體顆粒；以及 用于容納多個固體顆粒的靶體反應腔室。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置，其中 所述固體顆粒具有圓球體形狀、橢圓球體形狀和多面體形狀中的至少一種形狀。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置，其中，所述固體顆粒包括鎢、鎢合金材料、鈾、鈾合金、鈾陶瓷材料、娃、娃合金和娃陶瓷材料中的任意一種材料。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置，其中 所述靶體反應腔室具有限定注入口的注入管道和限定引出口的引出管道，所述固體顆粒通過注入口注入靶體反應腔室，并且所述固體顆粒通過所述引出口從靶體反應腔室移出。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于中子產(chǎn)生裝置的靶裝置，其中 靶體反應腔室的直徑與所述多個固體顆粒的粒徑的比例范圍為5: 1-30: 1;和/或， 注入管道的管徑與祀體反應腔室的直徑的比例范圍為1: 1-1: 10 ;和/或， 引出管道的管徑與靶體反應腔室的直徑的比例范圍為1: 1-1: 10。
6.一種加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，包括: 用于容納固體顆粒的靶體反應腔室，所述固體顆粒用作靶體；以及 固體顆粒傳送裝置，所述固體顆粒傳送裝置用于將固體顆粒注入靶體反應腔室。
7.根據(jù)權利要求6所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，還包括: 冷卻裝置，該冷卻裝置在所述固體顆粒從靶體反應腔室移出之后，對固體顆粒進行冷卻，然后固體顆粒傳送裝置將固體顆粒注入靶體反應腔室。
8.根據(jù)權利要求6所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，還包括: 分揀裝置，該分揀裝置構造成在所述固體顆粒從靶體反應腔室移出之后，選擇預定標準的固體顆粒，然后將預定標準的固體顆粒注入靶體反應腔室。
9.根據(jù)權利要求6所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，其中 所述固體顆粒具有圓球體形狀、橢圓球體形狀和多面體形狀中的至少一種形狀。
10.根據(jù)權利要求6所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，還包括:設置在固體顆粒注入口處的用于暫時存儲固體顆粒的緩沖室。
11.根據(jù)權利要求6所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，其中 所述固體顆粒傳送裝置構造成在束流作用在固體顆粒上的同時，使固體顆粒以從靶體反應腔室內部、經(jīng)過靶體反應腔室外部、再到靶體反應腔室內部的方式進行循環(huán)。
12.根據(jù)權利要求11所述的加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置，還包括:冷卻裝置和分揀裝置，冷卻裝置對循環(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒進行冷卻，并且分揀裝置從循環(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒中選擇預定標準的固體顆粒。
13.一種用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的束流耦合方法，包括: 將用作靶體的固體顆粒注入靶體反應腔室，以及 將束流作用在固體顆粒上。
14.根據(jù)權利要求13所述的用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的束流耦合方法，其中當束流作用在固體顆粒上的同時，固體顆粒以從靶體反應腔室內部、經(jīng)過靶體反應腔室外部、再到靶體反應腔室內部的方式進行循環(huán)。
15.根據(jù) 權利要求14所述的用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的束流耦合方法，其中對循環(huán)中的正處于靶體反應腔室外部的固體顆粒進行處理。
16.根據(jù)權利要求15所述的用于加速器驅動的中子產(chǎn)生裝置的束流耦合方法，其中所述處理包括冷卻固體顆粒和選擇預定標準的固體顆粒。
【文檔編號】H05H3/06GK103533740SQ201310068408
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年3月4日 優(yōu)先權日:2013年3月4日
【發(fā)明者】詹文龍, 徐瑚珊, 楊磊 申請人:中國科學院近代物理研究所