RU7572U1 - TARGET DEVICE - Google Patents

Abstract

1. Мишенное устройство, содержащее герметичный корпус, рабочую камеру, патрубок подвода заряженных частиц, патрубки подвода и отвода теплоносителя и выходной канал, отличающееся тем, что патрубок подвода заряженных частиц снабжен фигурной заглушкой, входящей в рабочую камеру встречно патрубку подвода теплоносителя, стенка рабочей камеры перфорирована в зоне прохода заряженных частиц, выходной канал выполнен между стенкой рабочей камеры и стенкой корпуса, который снабжен заплечиками в месте подсоединения патрубка подвода заряженных частиц.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заглушка выполнена с поверхностью вращения кривойгде σ - среднеквадратичное отклонение, характеризующее распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя;r- значение аргумента, удовлетворяющего условиюα - предельный угол.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорация выполнена пропорционально объемному энерговыделению вдоль оси мишени согласно уравнениюгде К - коэффициент пропорциональности;r(z) - функция, обратная функции y(r) (т.е. по известному z находим r);f(r) - функция, описывающая распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя;ε - макроскопическое сечение захвата заряженных частиц ядрами мишени;R - радиус патрубка заряженных частиц.1. The target device containing a sealed enclosure, a working chamber, a nozzle for supplying charged particles, a nozzle for supplying and removing coolant and an output channel, characterized in that the nozzle for supplying charged particles is equipped with a figured plug that enters the working chamber opposite the nozzle for supplying coolant, the wall of the working chamber perforated in the zone of passage of charged particles, the output channel is made between the wall of the working chamber and the wall of the housing, which is equipped with shoulders at the junction of the inlet of charged particles stits. 2. The device according to claim 1, characterized in that the plug is made with a surface of rotation of the curve where σ is the standard deviation characterizing the distribution of the density of the flow of charged particles over the accelerator cross section; r is the value of the argument satisfying the condition α is the limiting angle. The device according to claim 1, characterized in that the perforation is proportional to the volume of energy released along the axis of the target according to the equation where K is the proportionality coefficient; r (z) is the inverse function of the function y (r) (i.e., we find r from the known z); f (r) is a function describing the distribution of the flux density of charged particles over the cross section of the accelerator; ε is the macroscopic cross section for the capture of charged particles by target nuclei; R is the radius of the tube of charged particles.

Description

Авторы: Безносов А.В., Вешняков К.Б., Орлов Ю.И.Authors: Beznosov AV, Veshnyakov KB, Orlov Yu.I.

МИШЕННОЕ УСТРОЙСТВОTARGET DEVICE

Решение относится к атонной энергетике, а точнее к мишеням ускорителей элементарНЕос заряженных частиц с жидкометаллическими теплоносителями .(жнт)The solution relates to atomic energy, and more specifically to targets of accelerators of elementary NEOS charged particles with liquid metal coolants. (WNT)

Известно мишенное устройство для циклотрона, содеркащее мишень, закрепленную на охлащдаемом вращающемся роторе, выполненном в форме усеченного конуса, верошее и нижнее основание которого пер пендшкулярно истоку. Вокруг штока происходит вращение ротора, и он выполнен в виде коаксиально расположенных труб для пропускания хладагента /I/.Known target device for a cyclotron containing a target mounted on a cooled rotating rotor made in the form of a truncated cone, the top and bottom base of which is perpendicular to the source. Around the rod, the rotor rotates, and it is made in the form of coaxially arranged pipes for passing refrigerant / I /.

В данном устройстве охлазщение осуществляется через ротор, что снижает эффективность охлаждения.In this device, the cooling is carried out through the rotor, which reduces the cooling efficiency.

Наиболее близким к предлагаемсэду является мишенное устройство /2/, содержащее герметичный корпус, рабочую камеру, патрубок подвода заряженных частиц, патрубки подвода и отвода теплоносителя и выходной канал.Closest to the proposed site is the target device / 2 / containing a sealed enclosure, a working chamber, a pipe for supplying charged particles, pipes for supplying and removing coolant and an output channel.

Рабочим веществом мишени является газ. Стенка корпуса выполнена в виде недорасширенного сопла Яаваля, в гщиндрическом центральном теле (рабочей камере)которого шполнен канал для пропускания заряженных частиц и канал для отсоса пограничного слоя (выходной канал). Газ мишени попадает во входное сопло, ускоряется и далее поступает в мишени, через канал меядцу центральным телом и внешней оболочкой сопла, а поток заряженных частиц подается через канал центрального тела. Движение их осуществляется в одном направлении.The working substance of the target is gas. The wall of the casing is made in the form of an underexpanded Javal nozzle, in which a channel for passing charged particles and a channel for suction of the boundary layer (output channel) are filled in the main cylindrical body (working chamber). The gas of the target enters the inlet nozzle, accelerates, and then enters the target through the channel with the central body and the outer shell of the nozzle, and the flow of charged particles is supplied through the channel of the central body. Their movement is carried out in one direction.

Описанное устройство работает с газовым теплоносителем и не может быть использовано при работе с жидкометаллическим теплоносителем, из-за возмоЕжности попадания теплоносителя в патрубок подвода заряженных частиц, хотя при работе с жидкометаллическим теплоносителем охлаждение было бы более эффективным.The described device works with a gas coolant and cannot be used when working with a liquid metal coolant, due to the possibility of the coolant entering the nozzle for supplying charged particles, although cooling would be more effective when working with a liquid metal coolant.

Задачей настоящего технического ранения является совершенствование конструкции устройства для использования его при работе с жидкометаллическим теплоносителем.The objective of this technical injury is to improve the design of the device for use when working with a liquid metal coolant.

1(01 (0

Этот технический результат достигается тем, что в мишенном устройстве, содеркащен рер1етичный корпус, рабочую камеру, патрубок подвода заряженных частиц, патрубки подвода и отвода теплоносителя и ВБпсодной канал, патру($ок подвода заряженных частиц снабжен 1урной заглушкой, входящей в рабочую камеру встречно патрубку подвода теплоносителя, стенка рабочей камеры перфорирована в зоне прохода заряженных частиц, выходной канал выполнен меящу стенкой рабочей камеры и стенкой корпуса, который снабжен заплечиками в месте подсоединения патрубка подвода заряженных частиц.This technical result is achieved by the fact that in the target device there is a recirculating housing, a working chamber, a nozzle for supplying charged particles, a nozzle for supplying and removing coolant and a WB-one channel, a patr ($ ok for supplying charged particles is equipped with a 1-stop plug entering the working chamber opposite coolant, the wall of the working chamber is perforated in the zone of passage of charged particles, the output channel is made by a wall of the working chamber and the wall of the housing, which is equipped with shoulders at the connection point How to supply charged particles.

Заглушка выполнена с поверхностью вращения кривой:The plug is made with a surface of rotation of the curve:

ГпрСс О . . )jd (I f IGprSs Oh. . ) jd (I f I

О 1 ( Ау -/O 1 (Au - /

( где О - среднеквадратичное отклонение, характеризующее распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя; Го - значение аргумента, удовлетворяющего условию:(where 0 is the standard deviation characterizing the distribution of the flux density of charged particles over the accelerator cross section; G0 is the value of the argument satisfying the condition:

ех/э/Г-Ку У о ex / e / g-ku u o

oL - предельный угол),oL - limit angle),

а проходное сечение каналов перфоращи профилировано пропорционально ( энерговыделению вдоль оси мишени согласно уравнению: Jjk / -Г/bj. / /yfi-Jг,/г;and the passage section of the perforation channels is profiled proportionally (energy release along the axis of the target according to the equation: Jjk / -Г / bj. / / yfi-Jг, / g;

( где к - коэффициент пропорЕрюнальности;(where k is the coefficient of proportionality;

,гl. функция, обратная функции (т.е. по известному i, gl. function inverse of the function (i.e., according to the known i

находим г/ ); функция, описывающая распределение плотности потокаwe find r); function describing the distribution of flux density

заряженных частиц по сечению ускорителя; - макроскопическое сечение захвата заряженных частиц ядрами charged particles over the cross section of the accelerator; - macroscopic cross section for capture of charged particles by nuclei

Я - радиус патрубка заряженных частиц).I am the radius of the nozzle of charged particles).

Выполнение центральной части заглушки (рис.2(а)) с поверхностью вращения кривой, удовлетворяющей условию равенства объемных энерговыделений в заглушке при воздействии на нее потока заряженных частиц (протонов), распределенных по сечению патрубка подводаFulfillment of the central part of the plug (Fig. 2 (a)) with a surface of rotation of the curve satisfying the condition of equality of volume energy releases in the plug when exposed to a stream of charged particles (protons) distributed over the cross section of the supply pipe

f7/W/ af7 / w / a

т 1 HyiJ- - з аряженных частиц согласно уравнения Гаусса (нормальное распределение), обеспечивает максимально возможное вытягивание заглушки вдоль оси устройства npi объемных энергошделениях в ней, не превышающих максимальное локальное объемное энерговыделение при любых других формах поверхности заглушки, что, в свою очередь, позволит растянуть энерговыделения в объеме жидкометанлического теплоносителя в мишени. При этом обеспечивается равенство температур в материале заглушки и исключается локальное вскипание ШМТ в мишени Выполнение периферийной части заглушки (рис.2(б)) с поверхностью вращения прямой (коническая поверхность) вызвано необходимостью недопущения уменьшения угла между касательной к поверхности заглушки и осью заглушки меньше предельного угла / , т.к. это приводит к ухудшению омывания заглушки теплоносителем (возможном} отрыву потока) и к необоснованноцу увеличению объзшшх энергок делений (данная область заглушки находится в потоке относительно малой плотности потока частиц, где отпадает необходимость растягивания энерговвщелений в ЖМТ путеы удлиннения заглушки в осевсни направлении). Предельный угол JL выбирается из условия безотрывного обтекания заглушки теплоносителем (6-12). Граница ыезкру центральной и перяфе|Я1йной частями заглушки находится из условия уменьшения угла мещду касательной к поверхности заглушки и осью заглушки до предельного угла , чем достигается плавность перехода центральной части в периферийную. Описанная выше форма заглушки является, по мнению авторов, оптимальной с точки зрения уменьшения воздействия на нее потока заряженных частиц и улучшения теплоотвода с нее за счет эффективного омывания теплоносителем. Выполнение каналов (перфораций) в цилиндрической перегородке позволит отводить из рабочей камеры часть расхода ЖШ, а вместе с ним тепло, выделяющееся в ЖМГ под действием потока заряженных частиц, что, в свою очередь, даст возможность омывать заглушку более холодным теплоносителем, путем увеличения расхода ЖМТ через установку, скорость движения которого ограничена из соображений недопущшшя эрозионного износа конструкционных материалов. Профилирование каналов вдоль оси устройства согласно условия пропорциональности площади проходного сечения каналов энерговыделениям, неравномерно распределенным вдоль оси устройства, позволяет отводить тепло согласно энерговьщелениям в рабочей камере мишени. t 1 HyiJ- - of charged particles according to the Gauss equation (normal distribution), provides the maximum possible elongation of the plug along the device’s axis npi volume energy releases in it, not exceeding the maximum local volume energy release for any other forms of the surface of the plug, which, in turn, will allow stretch the energy release in the volume of liquid-metal coolant in the target. This ensures equal temperatures in the plug material and eliminates local boiling of CMT in the target. The peripheral part of the plug (Fig. 2 (b)) with the surface of rotation of the straight line (conical surface) is caused by the need to prevent the angle between the tangent to the surface of the plug and the axis of the plug being less than the limit angle /, since this leads to a deterioration in washing the plug with coolant (possible separation of the flow) and to an unreasonable increase in the energy of fission (this region of the plug is in the flow of a relatively low particle flux density, where there is no need to stretch the energy deposition in the MMT to extend the plug in the entire direction). The limiting angle JL is selected from the condition of continuous flow of coolant around the plug (6-12). The boundary between the central and pinnacle parts of the stub is found from the condition of decreasing the angle between the tangent to the surface of the stub and the axis of the stub to the limit angle, which ensures a smooth transition of the central part to the peripheral. The above-described form of the plug is, in the authors' opinion, optimal from the point of view of reducing the impact of the flow of charged particles on it and improving heat removal from it due to the effective washing of the coolant. The implementation of channels (perforations) in a cylindrical partition will allow to divert part of the liquid flow rate from the working chamber, and with it the heat released in the LMH under the action of a charged particle stream, which, in turn, will make it possible to wash the plug with a cooler coolant, by increasing the LMW consumption through the installation, the speed of which is limited for reasons of inadmissible erosion wear of structural materials. Profiling the channels along the axis of the device according to the condition of the proportionality of the area of the passage section of the channels to energy releases unevenly distributed along the axis of the device allows heat to be removed according to the energy depositions in the target working chamber.

полый цилиндрический корпус I, внутри которого расположена рабочая камера 2. Стенка 3 рабочей камеры 2 и цилиндрический , корпус I образуют канал 4 отвода теплоносителя,a hollow cylindrical body I, inside which the working chamber 2 is located. A wall 3 of the working chamber 2 and a cylindrical, body I form a channel 4 for removal of the coolant,

В качестве теплоносителя используются свинец-висмут, свинец или .другие металлы и сплавы в жидкой фазе. В торцевой части стенки 3 смонтирован патрубок 5 подвода теплоносителя, а корпус I снабжен патрубком 6 отвода теплоносителя. Соосно стенке 3 к корпусу I подсоединен патрубок 7 подвода заряженных частиц, внутренняя полость которого отделена от рабочей камеры 2 заглушкой 8, находящейся под воздействием (прямым) заряженных частиц. Заглушка 8 выполнена комбинированной и состоит из центральной части (а), поверхность которой профилирована из условия равенства в ней объёмных энерговыделений, плавно переходящей в периферийную часть (б), представляющую собой конус, для уменьшения объемных энерговыделений в ней. В стенке- 3 выполнены каналы 9, причем проходное сечение каналов профилировано в осевом направлении пропорционально энерговьщелениям в рабочей камере 2. Заплечики 10 на торце корпуса I поворачивают поток теплоносителя в канал 4.Lead-bismuth, lead, or other metals and alloys in the liquid phase are used as a heat carrier. In the end part of the wall 3, a nozzle 5 for supplying a coolant is mounted, and the housing I is equipped with a nozzle 6 for removing the coolant. Coaxially to the wall 3, a nozzle 7 for supplying charged particles is connected to the housing I, the inner cavity of which is separated from the working chamber 2 by a plug 8, which is under the influence of (direct) charged particles. The plug 8 is made combined and consists of the central part (a), the surface of which is profiled from the condition that the volume energy releases are equal in it, smoothly passing into the peripheral part (b), which is a cone, to reduce the volume energy releases in it. In the wall 3, channels 9 are made, and the passage section of the channels is axially profiled in proportion to the energy depositions in the working chamber 2. The shoulders 10 at the end of the housing I turn the coolant flow into the channel 4.

Устройство для охлаждения жидкометаллической мишени помещено в бланкет II электроядернои установки.A device for cooling a liquid metal target is placed on blanket II of the nuclear installation.

Заглушка выполнена с поверхностью вращения кривой:The plug is made with a surface of rotation of the curve:

. , , /ЛР О Г r.jfearcc.5€ pA-Ay 6 -97t/Л и(г)- 1о I. ,, / ЛР О Г r.jfearcc. 5 € pA-Ay 6 -97t / Л и (г) - 1о I

( (Г--Го}/(ГоУ  ((Г - Го} / (ГУУ

(где - среднеквадратичное отклонение, характеризующее распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя; Г - значение аргумента, удовлетворяющего условию:(where is the standard deviation characterizing the distribution of the flux density of charged particles over the cross section of the accelerator; G is the value of the argument satisfying the condition:

с, - предельный угол),s, is the limiting angle),

а проходное сечение каналов перфорации проарилировано пропорционально объемному энерговыделению вдоль оси мишени согласно уравнению: лand the bore of the perforation channels is proportional to the volumetric energy release along the axis of the target according to the equation:

5гя)«С 5g) "C

где li - коэффициент пропорциональности;where li is the coefficient of proportionality;

)- функция, обратная функции п j (т.е. по известномуХ.) is the inverse of the function η j (i.e., according to the known X.

находим ); j/XJ- функция, описывающая распределение плотности потокаfind); j / XJ- function describing the distribution of flux density

заряженных частиц по сечению ускорителя; - макроскопическое сечение захвата заряженных частицcharged particles over the cross section of the accelerator; - macroscopic cross section for the capture of charged particles

ядрами мишени;target nuclei;

- радиус патрубка заряженных частиц). Установка работает сле.дующим образом. is the radius of the nozzle of charged particles). Installation works as follows.

Одним из известных способов устройство разогревают до температуры большей, чем температура плавления теплоносителя. Организуют прокачку теплоносителя через установку: теплоноситель через патрубок 5 подвода теплоносителя поступает в рабочую камеру 2 и двигается в осевом направлении в сторону заглушки 8, часть теплоносителя через каналы 9 поступает в канал 4 отвода теплоносителя, оставшаяся часть теплоносителя, до конца стенки 3, совершает поворот и так же поступает в канал 4 отвода теплоносителя, из которого через патрубок б теплоноситель выходит из установки.One of the known methods of the device is heated to a temperature greater than the melting temperature of the coolant. Organize pumping the coolant through the installation: the coolant through the nozzle 5 for supplying the coolant enters the working chamber 2 and moves axially towards the plug 8, part of the coolant through the channels 9 enters the channel 4 of the coolant, the remaining part of the coolant, to the end of the wall 3, rotates and also enters the channel 4 of the coolant, from which through the pipe b the coolant leaves the installation.

После организации прокагши теплоносителя в установке через патрубок 7 подвода заряженных частиц в мишень подают поток высокоэнергетических заряженных частиц, который проходит через заглушку 8, нагревая ее за счёт взаимодействия с частицами, попадаетAfter organizing the coolant in the installation through the pipe 7 for supplying charged particles, a stream of high-energy charged particles is fed into the target, which passes through the plug 8, heating it due to interaction with particles,

в рабочую камеру 2, где взаимодействует с ядрами теплоносителя, нагревая его. В результате реакции (Р, 20Г1о на свинце в рабочей камере образуется большое количество /t Q которое, разлетаясь в разные стороны, попадает в бланкет II, окружающий устройство. Теплоноситель, протекающий в рабочей камере 2, нагревается под действием потока заряженных частиц приблизительно на , и, омывая заглушку, охлалщает ее.into the working chamber 2, where it interacts with the cores of the coolant, heating it. As a result of the reaction (P, 20G1o on lead, a large amount of / t Q is formed in the working chamber, which, scattering in different directions, enters blanket II surrounding the device. The coolant flowing in the working chamber 2 is heated by approximately and, washing the plug, it cools.

Регулирование мощности установки осуществляется плавным изменением плотности потока заряженных частиц, поступающих из ускорителя.The power of the installation is controlled by smoothly changing the flux density of charged particles coming from the accelerator.

Вывод установки из действия осуществляется сле.дующим образом.The installation is deactivated as follows.

Прекращают пода заряженных частиц от ускорителя, затем прекращают прокачку теплоносителя через установку. Остатки теплоносителя стекают из установки через патрубок 6 отвода теплоносителя.Stop the supply of charged particles from the accelerator, then stop pumping the coolant through the installation. The remaining coolant flows from the installation through the pipe 6 of the coolant.

Повторные пуски установки осуществляются так же, как и первый. Исключается попадание теплоносителя в патрубок подвода заряженных частиц.Re-starts of the installation are carried out in the same way as the first. The coolant is not allowed to enter the nozzle for supplying charged particles.

Источники информации.Sources of information.

1.Авторское свидетельство СССР № 1036233, Н05 Н6/00, 1984 г.1. The author's certificate of the USSR No. 1036233, H05 H6 / 00, 1984

2.Авторское сивдетельство СССР № 1639405, Н05 Н6/00, 1993 г.- прототип.2. The author's certificate of the USSR № 1639405, Н05 Н6 / 00, 1993 - prototype.

Claims (3)

1. Мишенное устройство, содержащее герметичный корпус, рабочую камеру, патрубок подвода заряженных частиц, патрубки подвода и отвода теплоносителя и выходной канал, отличающееся тем, что патрубок подвода заряженных частиц снабжен фигурной заглушкой, входящей в рабочую камеру встречно патрубку подвода теплоносителя, стенка рабочей камеры перфорирована в зоне прохода заряженных частиц, выходной канал выполнен между стенкой рабочей камеры и стенкой корпуса, который снабжен заплечиками в месте подсоединения патрубка подвода заряженных частиц.1. The target device containing a sealed enclosure, a working chamber, a nozzle for supplying charged particles, a nozzle for supplying and removing coolant and an output channel, characterized in that the nozzle for supplying charged particles is equipped with a figured plug that enters the working chamber opposite the nozzle for supplying coolant, the wall of the working chamber perforated in the zone of passage of charged particles, the output channel is made between the wall of the working chamber and the wall of the housing, which is equipped with shoulders at the junction of the inlet of charged particles stits. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заглушка выполнена с поверхностью вращения кривой

где σ - среднеквадратичное отклонение, характеризующее распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя;
r₀ - значение аргумента, удовлетворяющего условию

α - предельный угол.2. The device according to claim 1, characterized in that the plug is made with a surface of rotation of the curve

where σ is the standard deviation characterizing the distribution of the density of the flow of charged particles over the cross section of the accelerator;
r ₀ is the value of the argument satisfying the condition

α is the limiting angle. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорация выполнена пропорционально объемному энерговыделению вдоль оси мишени согласно уравнению

где К - коэффициент пропорциональности;
r₁(z) - функция, обратная функции y(r) (т.е. по известному z находим r₁);
f(r) - функция, описывающая распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя;
ε - макроскопическое сечение захвата заряженных частиц ядрами мишени;
R - радиус патрубка заряженных частиц.

3. The device according to claim 1, characterized in that the perforation is made proportional to the volume of energy released along the axis of the target according to the equation

where K is the coefficient of proportionality;
r ₁ (z) is the inverse of the function y (r) (i.e., from the known z we find r ₁ );
f (r) is a function describing the distribution of the flux density of charged particles over the cross section of the accelerator;
ε is the macroscopic cross section for capture of charged particles by target nuclei;
R is the radius of the nozzle of charged particles.