本發(fā)明涉及加速器驅(qū)動(dòng)次臨界堆散裂靶技術(shù)，屬于加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆的安全技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆是目前致力于嬗變放射性核廢物、有效利用核資源及產(chǎn)出核能量的理想裝置。主要由質(zhì)子加速器、散裂靶、次臨界反應(yīng)堆三個(gè)部分組成，是一種鉛鉍冷卻的池式快堆。其基本原理是：由加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流轟擊設(shè)在次臨界堆中的重金屬靶件(鉛鉍合金)，引起散裂反應(yīng)，再通過(guò)核內(nèi)級(jí)聯(lián)和核外級(jí)聯(lián)產(chǎn)生中子，1個(gè)能量為1GeV的質(zhì)子在厚靶上約產(chǎn)生30個(gè)中子，散裂靶為次臨界堆提供外源中子。散裂靶是加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆中質(zhì)子加速器與次臨界反應(yīng)堆的耦合部件，加速器產(chǎn)生的高能質(zhì)子束打到散裂靶上會(huì)產(chǎn)生大量中子，用于維持次臨界反應(yīng)堆的中子鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，與此同時(shí)，大部分質(zhì)子束能力會(huì)在此時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能，帶來(lái)靶結(jié)構(gòu)材料的冷卻問(wèn)題和相關(guān)的安全問(wèn)題。散裂靶的安全問(wèn)題直接關(guān)系到整個(gè)次臨界反應(yīng)堆能否安全運(yùn)行，加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆的散裂靶主要分為三大類：第一類，固態(tài)散裂靶，固態(tài)散裂靶一般體積較大、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，冷卻劑導(dǎo)熱性能差，功率??；第二類，液態(tài)無(wú)窗散裂靶，液態(tài)無(wú)窗散裂靶是近年來(lái)新提出的一種高功率的加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆的散裂靶解決方案，由于其采用了無(wú)窗靶的設(shè)計(jì)方案，使得靶系統(tǒng)能夠承受較高能量的質(zhì)子束轟擊，極大的提高了散裂中子的產(chǎn)額，而且不存在靶窗材料的疲勞問(wèn)題，但是無(wú)窗靶的缺點(diǎn)也非常明顯：(1)設(shè)計(jì)建造難度高；(2)運(yùn)行非常不穩(wěn)定，對(duì)次臨界反應(yīng)堆會(huì)產(chǎn)生不良影響；(3)液態(tài)散裂靶對(duì)加速器的要求很高，現(xiàn)有加速器可靠性水平遠(yuǎn)不能滿足無(wú)窗散裂靶的要求。世界上尚無(wú)建成的液態(tài)無(wú)窗散裂靶。第三類，液態(tài)有窗散裂靶，液態(tài)散裂靶可有效解決固態(tài)散裂靶中結(jié)構(gòu)材料的能量移出、散列材料損傷和靶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大等問(wèn)題和液態(tài)無(wú)窗散裂靶的不穩(wěn)定性、無(wú)法保證加速器安全運(yùn)行問(wèn)題。其特點(diǎn)在于：靶回路結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)計(jì)、建造的難度小，但是由于靶窗要包容質(zhì)子束流，因此要承受一定的溫度。同時(shí)，現(xiàn)有加速器運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，加速器的質(zhì)子束流會(huì)頻繁喪失，因而會(huì)導(dǎo)致靶窗溫度的頻繁變化，長(zhǎng)此以往，靶窗可能會(huì)因?yàn)闊釕?yīng)力循環(huán)而導(dǎo)致材料疲勞，最終靶結(jié)構(gòu)的破壞，這對(duì)于加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)和散裂靶都是極為不利的。目前有窗散裂靶靶窗都經(jīng)受著熱疲勞風(fēng)險(xiǎn)的考驗(yàn)，而現(xiàn)有加速器的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，加速器質(zhì)子束會(huì)頻繁喪失，質(zhì)子束喪失時(shí)間從0.1s到幾百秒不等，根據(jù)現(xiàn)有加速器運(yùn)行數(shù)據(jù)的估計(jì)，質(zhì)子束切斷時(shí)間在10s內(nèi)的質(zhì)子束喪失大約為1.5X104次/年，質(zhì)子束切斷時(shí)間在10s～5min內(nèi)的質(zhì)子束喪失大約為4X104次/年，而大于5min的質(zhì)子束喪失頻率為4X103次/年，如此高的質(zhì)子束喪失頻率，靶窗和堆內(nèi)其他部件很可能會(huì)因?yàn)闊崞谂c蠕變?cè)斐刹考茐模虼艘P(guān)注由于質(zhì)子束頻繁喪失導(dǎo)致的部件熱疲勞問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有的加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆有窗靶靶窗可能在加速器的質(zhì)子束頻繁喪失的情況下發(fā)生熱疲勞的問(wèn)題，提供一種可以在加速器質(zhì)子束喪失后保持靶窗溫度恒定，具有高效性、實(shí)時(shí)性的維持加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆靶窗在失束后溫度恒定的系統(tǒng)本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種維持加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆靶窗溫度恒定的系統(tǒng)，包括加速器、電流傳感器、質(zhì)子束流變壓器(DCCT)、臺(tái)架、旋塞、質(zhì)子束管、導(dǎo)流管、外套管、冷卻劑和靶固定塞、自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈、靶窗、次臨界反應(yīng)堆堆芯，反應(yīng)堆容器及堆芯下柵板；其中質(zhì)子束管、導(dǎo)流管、外套管和靶窗構(gòu)成加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆的散裂靶，質(zhì)子束管、導(dǎo)流管、外套管嵌套安裝，靶窗為質(zhì)子束管底部結(jié)構(gòu)，散裂靶通過(guò)臺(tái)架的固定，通過(guò)旋塞豎直安裝于次臨界反應(yīng)堆堆芯，并且下部由靶固定塞支撐，臺(tái)架與旋塞均固定于反應(yīng)堆容器的壁上，反應(yīng)堆容器為圓筒形結(jié)構(gòu)用于包容次臨界堆芯及散裂靶的部分結(jié)構(gòu)；次臨界堆芯豎直安裝在下柵板上并整體置于反應(yīng)堆容器中，靶固定塞豎直安裝在下柵板上；自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈通過(guò)靶固定塞上的通道安裝在外套管底部；靶窗下方裝有冷卻劑；電流傳感器與自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈相連；加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流從靶窗上方注入，當(dāng)在加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流喪失后，束流變壓器(DCCT)測(cè)得質(zhì)子束流變小后反饋信號(hào)給自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈，自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈在接受到觸發(fā)信號(hào)后迅速開(kāi)始工作，高效迅速的加熱靶窗下方的冷卻劑，在自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈溫度控制系統(tǒng)的反饋下，保持靶窗下方冷卻劑的溫度穩(wěn)定，進(jìn)而使得靶窗在質(zhì)子束流喪失后溫度不會(huì)大幅降低，因而在質(zhì)子束流喪失的狀況下，可使靶窗的熱應(yīng)力保持恒定，減少了由于加速器頻繁喪失質(zhì)子束流而導(dǎo)致的靶窗材料疲勞風(fēng)險(xiǎn)。所述的散裂靶的類型為有窗靶。所述自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈通過(guò)靶固定塞上的通道以螺旋方式安裝在外套管下部。本發(fā)明的原理：在散裂靶的外套管底部裝有電磁感應(yīng)線圈及溫度傳感器，在加速器質(zhì)子束流喪失后，束流變壓器(DCCT)測(cè)得質(zhì)子束流變小后可反饋信號(hào)給電磁線圈觸發(fā)開(kāi)關(guān)，電磁線圈在接受到觸發(fā)信號(hào)后迅速開(kāi)始工作，高效迅速的加熱靶窗下方的冷卻劑，在溫度傳感器的反饋下，保持靶窗下方冷卻劑的溫度穩(wěn)定，進(jìn)而使得靶窗在質(zhì)子束流喪失后溫度不會(huì)大幅降低，因而在質(zhì)子束流喪失的狀況下，可使靶窗的熱應(yīng)力保持恒定，減少了由于加速器頻繁喪失質(zhì)子束流而導(dǎo)致的靶窗材料疲勞風(fēng)險(xiǎn)。所述溫度穩(wěn)定系統(tǒng)具有高效性、快速性的特點(diǎn)。本發(fā)明利用自動(dòng)溫控原理，設(shè)計(jì)了靶窗溫度加熱系統(tǒng)，可以使靶窗下方的冷卻劑在質(zhì)子束喪失后繼續(xù)加熱靶窗，使得靶窗的溫度不致降低，從而不會(huì)有熱應(yīng)力的大幅度變化，這樣就避免了靶窗因質(zhì)子束頻繁喪失而導(dǎo)致的熱疲勞風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)保證了靶回路的安全性，進(jìn)而保證了加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆的安全性。所述電磁感應(yīng)線圈加熱速度快，電磁線圈本身不發(fā)熱，使用壽命長(zhǎng)，功率密度不受限制，加熱線圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，易安裝，不存在老化壽命問(wèn)題，保溫容易，加熱效率高。被加熱溫度范圍寬，可達(dá)到1400℃以上，并且電磁感應(yīng)加熱節(jié)能效率高，可大大節(jié)約維護(hù)成本。所述電磁感應(yīng)加熱線圈采用可自動(dòng)溫控的電磁感應(yīng)線圈，可以根據(jù)需要設(shè)置恒定溫度值，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到溫度低于一定的限值后電磁線圈便開(kāi)始工作。所述系統(tǒng)的加速器束流變壓器(DCCT)為加速器的基本裝置，是加速器質(zhì)子束流測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明利用束流變壓器的電流信號(hào)，將其作為電磁感應(yīng)線圈的觸發(fā)信號(hào)，從而達(dá)到信號(hào)觸發(fā)和溫度控制的作用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明具有二個(gè)特點(diǎn)：第一，高效性：電磁感應(yīng)加熱速度快，加熱效率高，加之靶窗下方區(qū)域空間本來(lái)就不大，因此可以非常有效的加熱靶窗下方的冷卻劑；第二，優(yōu)越性：由于電磁感應(yīng)線圈裝于靶外套管外部，并且可不與靶外套管接觸，因此可避免電磁感應(yīng)線圈與靶外套管接觸產(chǎn)生的局部接觸應(yīng)力，減少了局部應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)，避免了熱電偶加熱因?yàn)槁袢爰訜岫螌?dǎo)致的應(yīng)力集中。綜上，本發(fā)明具有簡(jiǎn)易實(shí)用和高可靠性的特點(diǎn)，能滿足維持靶窗在質(zhì)子束流喪失后靶窗溫度恒定的能力。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖：圖2為自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明工作原理圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括加速器1、電流傳感器3、質(zhì)子束流變壓器DCCT4、靶回路臺(tái)架5、旋塞6、質(zhì)子束管7、導(dǎo)流管8、外套管9、冷卻劑10和靶固定塞11、自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13、靶窗14、次臨界反應(yīng)堆堆芯15、反應(yīng)堆容器16及堆芯下柵板12。其中質(zhì)子束管7、導(dǎo)流管8、外套管9和靶窗14構(gòu)成加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆的散裂靶，散裂靶連接加速器1和次臨界堆堆芯15兩部分。自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13與靶回路獨(dú)立，可以在靶加工完成后再后期加入。質(zhì)子束流變壓器為加速器的固定配置裝置，電流傳感器3以束流變壓器電流減小為觸發(fā)信號(hào)輸入給自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13，從而使自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13開(kāi)始工作。次臨界堆堆芯15反應(yīng)了散裂靶在加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)的相對(duì)位置。靶固定塞11是支撐散裂靶的裝置，位于次臨界堆芯15中間，并豎直安裝于下柵板12上。下柵板12為支撐散裂靶及次臨界堆芯15的裝置，并與反應(yīng)堆堆容器16相連接，次臨界堆芯與靶固定塞垂直安裝在下柵板上。加速器驅(qū)動(dòng)次臨界堆由三部分構(gòu)成：加速器1、次臨界堆堆芯15，以散裂靶連接兩部分。次臨界堆芯15豎直安裝在下柵板12上，靶固定塞11豎直安裝在下柵板上，散裂靶穿過(guò)次臨界堆芯豎直安裝在靶固定塞上，旋塞6用以將次臨界堆芯與外部氣體隔絕開(kāi)形成相對(duì)封閉的空間，臺(tái)架5用以約束散裂靶的水平位移，旋塞6與臺(tái)架5均與反應(yīng)堆容器16相連接。加速器1在次臨界堆外部，束流變壓器4與加速器相連接安裝于堆芯外部用以監(jiān)測(cè)質(zhì)子束流強(qiáng)度。自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13通過(guò)靶固定塞11上的通道以螺旋方式安裝在外套管9下部，電流傳感器3將束流變壓器4與自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13通過(guò)靶固定塞11上的通道從堆芯外部相連接。自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13的布置方式：自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13可通過(guò)靶固定塞11的通道17進(jìn)行安裝，還可以可將連接自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13與電流傳感器3的線路通過(guò)靶固定塞11下方的通道布置于次臨界堆芯外部并通過(guò)鋼管等裝置對(duì)連接線路進(jìn)行保護(hù)。靶固定塞11將自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13與堆內(nèi)鉛鉍冷卻劑10及靶回路的鉛鉍冷卻劑隔離開(kāi)來(lái)，避免了鉛鉍泄露導(dǎo)致的線路腐蝕，一旦靶回路破裂，鉛鉍泄露，泄露的鉛鉍也可通過(guò)靶固定塞上的通道引流，不會(huì)擴(kuò)散到堆芯其他部件。保護(hù)線路的鋼管與靶固定塞11采用螺紋連接方式，該連接方式使線圈易于安裝，線路易于檢查更換。如圖2所示，自動(dòng)溫控電磁加熱裝置工作原理如下：自動(dòng)溫控電磁線圈13均勻繞于散裂靶外套管9外壁，自動(dòng)溫控電磁線圈13兩端與溫控電磁感應(yīng)器18連接，溫控電磁控制器18與電流傳感器3相連，19為連接各裝置的線路，通220V交流電。當(dāng)加速器質(zhì)子束流2喪失后，質(zhì)子束流變壓器4電流減小，電流傳感器3將此信號(hào)作為自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13的觸發(fā)信號(hào)，使自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13開(kāi)始工作，當(dāng)達(dá)到設(shè)置值線圈停止加熱，或者當(dāng)束流變壓器4的電流恢復(fù)正常大小時(shí)，沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)輸入給自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13時(shí)，自動(dòng)溫控電磁感應(yīng)線圈13也自動(dòng)停止加熱。如圖3所示，本發(fā)明工作流程圖如下：下面以某加速器驅(qū)動(dòng)次臨界反應(yīng)堆的靶回路為參考，提供幾種在加速器質(zhì)子束喪失后電磁加熱系統(tǒng)的響應(yīng)方式，以便闡述該系統(tǒng)的具體工作方式和所提供的技術(shù)方案。當(dāng)反應(yīng)堆正常運(yùn)行，加速器質(zhì)子束流2不喪失時(shí)，本發(fā)明系統(tǒng)處于備用狀態(tài)，當(dāng)加速器質(zhì)子束流2喪失后，與束流變壓器4相連的電流傳感器3將觸發(fā)信號(hào)通過(guò)線路19將信號(hào)傳遞給電磁加熱線圈13。由于電磁感應(yīng)線圈13加熱效率高，且不會(huì)與靶外套管9產(chǎn)生接觸應(yīng)力，因此可以迅速加熱靶窗14下方的冷卻劑10，進(jìn)而加熱靶窗14，使加速器1在質(zhì)子束流2喪失后，靶窗14的溫度依然保持恒定。備用工況散裂靶7、8、9、14相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1，事故信號(hào)下散裂靶相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。從表2可以看出，在事故信號(hào)下，可以很好的維持靶窗14溫度保持基本不變，該溫度下的靶窗14熱應(yīng)力不會(huì)造成結(jié)構(gòu)材料的疲勞和破壞。表1備用工況時(shí)散裂靶的主要技術(shù)特性和參數(shù)表2工作工況時(shí)散裂靶的主要技術(shù)特性和參數(shù)。