RU7572U1 - Мишенное устройство - 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.

Description

Авторы: Безносов А.В., Вешняков К.Б., Орлов Ю.И.

МИШЕННОЕ УСТРОЙСТВО

Решение относится к атонной энергетике, а точнее к мишеням ускорителей элементарНЕос заряженных частиц с жидкометаллическими теплоносителями .(жнт)

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/.

В данном устройстве охлазщение осуществляется через ротор, что снижает эффективность охлаждения.

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.

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.

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.

Задачей настоящего технического ранения является совершенствование конструкции устройства для использования его при работе с жидкометаллическим теплоносителем.

1(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.

Заглушка выполнена с поверхностью вращения кривой:

ГпрСс О . . )jd (I f I

О 1 ( Ау -/

( где О - среднеквадратичное отклонение, характеризующее распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя; Го - значение аргумента, удовлетворяющего условию:

ех/э/Г-Ку У о

oL - предельный угол),

а проходное сечение каналов перфоращи профилировано пропорционально ( энерговыделению вдоль оси мишени согласно уравнению: Jjk / -Г/bj. / /yfi-Jг,/г;

( где к - коэффициент пропорЕрюнальности;

,гl. функция, обратная функции (т.е. по известному i

находим г/ ); функция, описывающая распределение плотности потока

заряженных частиц по сечению ускорителя; - макроскопическое сечение захвата заряженных частиц ядрами

Я - радиус патрубка заряженных частиц).

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 подвода

f7/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.

полый цилиндрический корпус I, внутри которого расположена рабочая камера 2. Стенка 3 рабочей камеры 2 и цилиндрический , корпус I образуют канал 4 отвода теплоносителя,

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.

Устройство для охлаждения жидкометаллической мишени помещено в бланкет II электроядернои установки.

Заглушка выполнена с поверхностью вращения кривой:

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

( (Г--Го}/(ГоУ

(где - среднеквадратичное отклонение, характеризующее распределение плотности потока заряженных частиц по сечению ускорителя; Г - значение аргумента, удовлетворяющего условию:

с, - предельный угол),

а проходное сечение каналов перфорации проарилировано пропорционально объемному энерговыделению вдоль оси мишени согласно уравнению: л

5гя)«С

где li - коэффициент пропорциональности;

)- функция, обратная функции п j (т.е. по известномуХ.

находим ); j/XJ- функция, описывающая распределение плотности потока

заряженных частиц по сечению ускорителя; - макроскопическое сечение захвата заряженных частиц

ядрами мишени;

- радиус патрубка заряженных частиц). Установка работает сле.дующим образом.

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.

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, попадает

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.

Регулирование мощности установки осуществляется плавным изменением плотности потока заряженных частиц, поступающих из ускорителя.

Вывод установки из действия осуществляется сле.дующим образом.

Прекращают пода заряженных частиц от ускорителя, затем прекращают прокачку теплоносителя через установку. Остатки теплоносителя стекают из установки через патрубок 6 отвода теплоносителя.

Повторные пуски установки осуществляются так же, как и первый. Исключается попадание теплоносителя в патрубок подвода заряженных частиц.

Источники информации.

1.Авторское свидетельство СССР № 1036233, Н05 Н6/00, 1984 г.

2.Авторское сивдетельство СССР № 1639405, Н05 Н6/00, 1993 г.- прототип.

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.

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.

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.