[发明专利]一种扰动式液态重金属有窗靶系统

说明书

技术领域

本发明涉及加速器次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System；ADS)技术领域，尤其涉及一种扰动式液态重金属有窗靶系统。

背景技术

ADS是一种理想的核废料嬗变系统，由强流质子加速器、散裂靶和次临界反应堆构成。散裂靶被质子轰击产生散裂中子，提供给次临界堆芯，维持链式裂变反应，是连接ADS系统加速器和次临界反应堆的关键部件。散裂靶在承受加速器高强质子和散裂反应生成的高通量中子辐照的同时，也承受着反应堆内高温环境，运行条件极其苛刻。对此，国际上开展了众多研究。早期的散裂靶件以固态材料作为散裂靶件，但由于固态靶件中，包壳材料机械性能和冷却剂性能的限制，难以提高质子束功率与流强。

为了提高散裂中子源的中子能谱和中子通量，以适应ADS系统嬗变核废物的要求，提出了液态金属散裂靶的概念。其中铅铋合金以其良好的中子学性能、优良的抗辐照性能、传热性能和安全特性，已经成为目前ADS系统散裂靶的靶材及冷却剂的首选材料。

液态铅铋散裂靶方案分为有窗靶和无窗靶两种。有窗靶的质子束与液态重金属回路通过靶窗相互隔开；质子束穿透靶窗入射到液态重金属中，轰击重金属核，产生中子。无窗靶通过维持液态重金属形成的稳定自由界面，来保证质子束管的真空状态。由于无窗靶始终无法解决自由液面的稳定和冷却剂的蒸发问题，所以液态铅铋有窗靶仍是现有液态靶件的主要设计形式，具有更好的工程技术可达性。

但是，现有技术中的有窗靶方案，容易在有窗靶靶窗区出现热沉积，造成在靶窗附近出现滞流，降低了靶窗的寿命。

发明内容

本发明提供一种扰动式液态重金属有窗靶系统，用以解决现有ADS有窗散裂靶在有窗靶靶窗区出现热沉积，造成在靶窗附近出现滞流，降低了靶窗的寿命缺陷，提供一种结构简单，能够有效地将靶区的沉积核热有效带走，防止在靶窗附近出现滞流，从而提高靶窗的有效寿命的扰动式液态重金属有窗靶。

本发明提供一种扰动式液态重金属有窗靶系统，包括：外管、导流管、质子束管以及扰流板；所述外管、所述导流管和所述质子束管共轴布置，从外到内依次嵌套；所述外管底部密封，所述扰流板安装于所述外管和所述导流管的底部靠近所述质子束管一侧；所述外管和所述导流管为变径圆柱管道，所述质子束管为带有半球形封头的圆柱管道，所述质子束管的所述半球形封头区域形成窗靶。

可选地，如上所述的系统中，所述外管底部为椭圆形封封头。

可选地，如上所述的系统中，所述外管和所述导流管分别包括上部的直壁管、下部的直壁管和连接所述上部的直壁管和所述下部的直壁管的锥形管；且所述外管的上部的直壁管的直径大于所述外管的下部的直壁管的直径；所述导流管的上部的直壁管的直径大于所述导流管的下部的直壁管的直径。

可选地，如上所述的系统中，所述扰流板由固定支架与导流叶片组成，所述导流叶片通过所述固定支架进行支撑，所述固定支架通过焊接固定在所述外管的底部。

可选地，如上所述的系统中，所述导流叶片采用不对称的弧形设计，使得经过所述导流叶片的流体，流动不均匀，防止在所述靶窗中心最高温区域产生驻流。

可选地，如上所述的系统中，所述扰流板包括至少三个所述导流叶片。

可选地，如上所述的系统中，所述扰流板包括四个导流叶片。

可选地，如上所述的系统中，所述外管、所述导流管以及所述质子束管上部相对固定，下端自由。

本发明的扰动式液态重金属有窗靶系统，通过外管底部扰流装置，解决了均匀流动条件下，靶窗中心位置流速较小，靶窗核热无法有效带出，靶窗温度过高的现象。本发明通过采用上述结构，可以有效地加强靶窗中心附近的流动，增强靶窗传热，降低靶窗中心温度，提高靶窗使用寿命，增强ADS系统运行安全性。同时，本发明的系统，具有简单易行，还可以有效减小散裂靶回路内流动的无效铅铋量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的扰动式液态重金属有窗靶系统的剖面示意图。

图2为本发明实施例提供的扰流板的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的扰动式液态重金属有窗靶系统与反应堆耦合示意图。

具体实施方式