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一種適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):11924263閱讀:589來(lái)源:國(guó)知局
一種適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)。通過(guò)該發(fā)明可實(shí)現(xiàn)氚靶系統(tǒng)在承載大于100kw/cm2的氘束流轟擊的同時(shí)保持靶片的較低溫度小于200℃,進(jìn)而產(chǎn)生14MeV高能聚變中子。



背景技術(shù):

超高流強(qiáng)氘氚聚變中子源利用加速器產(chǎn)生的高能強(qiáng)流氘束流轟擊氚靶,發(fā)生氘氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生14MeV單能中子,氚靶系統(tǒng)是此類中子源的核心部件,氚靶系統(tǒng)的性能直接決定了中子源性能的核心參數(shù)—中子產(chǎn)額和運(yùn)行穩(wěn)定性。超高流強(qiáng)氘氚聚變中子源的靶片,通常采用導(dǎo)熱性能良好金屬作為底襯,在厚度為毫米量級(jí)的底襯表面上鍍膜,然后利用膜吸附氚或氘,從而將氚或氘固定在靶片上。影響氚靶系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行最關(guān)鍵的因素是如何控制靶點(diǎn)的較低溫度。當(dāng)強(qiáng)流氘離子束轟擊氚靶時(shí),根據(jù)中子源強(qiáng)的不同,所需的氘束流的能量和流強(qiáng)也不同,例如針對(duì)目前較常規(guī)的到靶能力為400keV的中子源,為獲得1×1012n/s中子源強(qiáng),氘束流的流強(qiáng)需要最達(dá)到5mA,氘束流能量為2kw;為獲得1×1013n/s中子源強(qiáng),氘束流的流強(qiáng)需要最達(dá)到50mA,氘束流能量為20kw;為獲得1×1014n/s中子源強(qiáng),氘束流的流強(qiáng)需要最達(dá)到500mA,氘束流能量為200kw;中子源的氘氚反應(yīng)中,氘氚反應(yīng)消耗的能量占束流能量的比例很小,絕大部分作為熱量沉積到靶片上,針對(duì)中子源的實(shí)驗(yàn)需要,氘束流的束斑直徑一般為1~5cm,因此,針對(duì)不同源強(qiáng)的中子源,靶片所需要承受的氘束流轟擊的熱流密度為2kw/cm2至100kw/cm2及以上,針對(duì)如此高的熱量沉積,如果對(duì)靶片沒(méi)有做到有效的冷卻,靶片會(huì)瞬間融化,同時(shí)針對(duì)固態(tài)吸氘或吸氚靶片,一旦靶片溫度超過(guò)200℃,靶片中的氚或氘會(huì)大量釋放,不僅使得中子產(chǎn)額與氚靶片壽命的直線下降,而且放射性的氚會(huì)增加氚凈化系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),造成潛在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。因此靶片在承受高熱流密度情況下保持靶片較低溫度是中子源靶系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題,也是超高流強(qiáng)氘氚聚變中子源提高中子產(chǎn)額、增加運(yùn)行穩(wěn)定性的保障。

隨著先進(jìn)核能與核技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展,現(xiàn)有聚變中子源越來(lái)越難以滿足聚變能、裂變能、國(guó)防、核技術(shù)利用等領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)需求。尤其是中子產(chǎn)額在1014-1015n/s量級(jí)的超高流強(qiáng)聚變中子源將是開(kāi)展聚變中子學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證聚變中子輸運(yùn)理論、完善核截面數(shù)據(jù)的有力工具,是實(shí)現(xiàn)聚變堆材料輻照測(cè)試,研究結(jié)構(gòu)材料、絕緣材料、診斷部件等在高流強(qiáng)聚變中子輻照環(huán)境下的性能變化趨勢(shì)及機(jī)理的不可代替手段,是聚變堆走向工程應(yīng)用前解決聚變中子學(xué)及相關(guān)核技術(shù)問(wèn)題的必要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。具體舉例如下:以聚變材料輻照實(shí)驗(yàn)為例,國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆ITER赤道面第一壁中子負(fù)載達(dá)到0.78MW/m2,對(duì)應(yīng)聚變中子通量約為4×1013n/s·cm2,結(jié)構(gòu)材料所承受的輻照劑量在國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER裝置中約為1~3dpa(ITER實(shí)際D-T燃燒時(shí)間僅為2.3%),在聚變商用堆中可高達(dá)150dpa以上。要開(kāi)展聚變材料輻照損傷機(jī)理研究,獲得有參考價(jià)值的研究結(jié)果,要求輻照空間內(nèi)的中子通量與ITER第一壁處相當(dāng),材料輻照劑量至少達(dá)到1dpa量級(jí)。若使用現(xiàn)有的流強(qiáng)為1012n/s量級(jí)的中子源,中子通量最大處約1011n/s·cm2量級(jí),輻照時(shí)間約需要100年,而如果用流強(qiáng)為1014n/s量級(jí)的中子源則中子通量最大可達(dá)1013n/s·cm2量級(jí)以上,只需要1年時(shí)間。因此,即便僅是14MeV中子對(duì)材料的輻照損傷的機(jī)理研究,基于現(xiàn)有中子源也難以開(kāi)展。同時(shí)超高流強(qiáng)聚變中子源也可在核醫(yī)學(xué)與放射治療、核測(cè)井與探礦、同位素生產(chǎn)、中子照相和中子活化分析等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活直接相關(guān)的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)研究應(yīng)用。如快中子照相技術(shù):快中子具有更強(qiáng)的穿透能力,能夠分析大尺度復(fù)雜器件中元素的空間分布和材料結(jié)構(gòu)差異等信息,可滿足航空航天、核材料和軍工等領(lǐng)域需求;醫(yī)用同位素生產(chǎn):利用強(qiáng)流氘氚中子源可使用低濃縮鈾靶或98Mo靶生產(chǎn)醫(yī)用放射性核素99mTc,監(jiān)管成本低且生產(chǎn)靈活,具有廣闊的應(yīng)用前景;快中子活化分析技術(shù):利用快中子活化高精度測(cè)定痕量元素(如O、Si、P、Te、Pb等),滿足在冶金、生物、環(huán)境、地質(zhì)和考古等各方面的應(yīng)用需要。

目前國(guó)內(nèi)外中子源靶系統(tǒng)為保持靶片的溫度處于允許范圍內(nèi),一般的解決方案為采用氘束流固定不動(dòng),偏心持續(xù)轟擊靶片,靶片一定的速度(800~1100rpm)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn),同時(shí)靶片背后使用水進(jìn)行的方式,進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻從而使得靶片的溫度保持在允許范圍內(nèi)。該解決方案制約于旋轉(zhuǎn)速度的提高有限度和冷卻結(jié)構(gòu)的散熱能力,以及水對(duì)中子的慢化,因此目前僅能最高滿足約1012n/s的中子的產(chǎn)生。針對(duì)更高中子源強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)需要,目前的解決方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

基于現(xiàn)有的解決方案,在靶片承受高于100kw/cm2的熱量沉積時(shí),需要大幅度增大靶片直徑和提高靶片轉(zhuǎn)速,減少單點(diǎn)承受熱量的時(shí)間,以及提高水冷結(jié)構(gòu)的散熱能力,根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果,針對(duì)靶片承受100kw/cm2熱量沉積,需要靶片直徑至少達(dá)到500mm,轉(zhuǎn)速達(dá)到約10000rpm,針對(duì)此類高指標(biāo)參數(shù),現(xiàn)有的解決方案無(wú)法完全滿足,且轉(zhuǎn)速的提高及靶片直徑的加大對(duì)靶片散熱的有效效果存在極限值(轉(zhuǎn)速和靶片直徑達(dá)到一定量級(jí),靶片承受熱量的時(shí)間內(nèi)水冷結(jié)構(gòu)將無(wú)法及時(shí)進(jìn)行散熱),靶系統(tǒng)僅僅采用帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)直徑約200mm的靶片旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速約為1100rpm,轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高,僅僅使用帶傳動(dòng)無(wú)法達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)速,不僅為出現(xiàn)皮帶打滑,傳動(dòng)效率低下等問(wèn)題,同時(shí)大直徑薄靶片(針對(duì)實(shí)驗(yàn)需求,靶片的厚度一般為數(shù)毫米量級(jí))在高速旋轉(zhuǎn)下高壓力作用下(目前的水冷方式對(duì)靶片會(huì)造成大于0.8MPa的壓力加載)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性存在很大問(wèn)題。

針對(duì)源強(qiáng)更高的中子源靶系統(tǒng),基于現(xiàn)有的解決方案,其動(dòng)密封同樣存在較大的問(wèn)題,氘束流在傳輸過(guò)程中,需要保持一定的真空度,一般為10-3Pa~10-5Pa之間,因此需要在運(yùn)動(dòng)的靶系統(tǒng)與靜止的加速器之間使用真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu),同樣,針對(duì)運(yùn)行的靶系統(tǒng),需要使冷卻介質(zhì)動(dòng)密封,防止冷卻介質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)的靶系統(tǒng)中泄漏至外部,一方面泄漏的冷卻介質(zhì)會(huì)影響其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行,同時(shí)是滲透有放射性氚的冷卻介質(zhì)的泄漏會(huì)造成環(huán)境污染和難以回收,基于現(xiàn)有的解決方案,冷卻介質(zhì)均為水。

目前的真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu)有耐磨式填料密封和磁流體密封兩種,僅僅使用填料密封作為真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu),無(wú)論使用何種材料,均存在使用壽命短,需要定期更換的缺點(diǎn),針對(duì)靶系統(tǒng),定期更換關(guān)鍵部件會(huì)造成人員輻射防護(hù)困難、放射性廢物增加等問(wèn)題,目前使用的磁流體密封結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),即軸承與磁流體密封一體,一般軸承對(duì)稱分布兩側(cè),中間安裝有磁鐵,磁鐵的磁場(chǎng)作用將動(dòng)、靜部件之間的狹縫溝槽內(nèi)的磁液進(jìn)行束縛,達(dá)到密封的效果,磁流體密封是真空動(dòng)密封的一種較好的解決方案,但此種結(jié)構(gòu)同樣存在局限性,在較低轉(zhuǎn)速(3000rpm以下)的系統(tǒng)中,磁流體可以起到很好的密封作用,當(dāng)轉(zhuǎn)速提高或者旋轉(zhuǎn)軸直徑加大,動(dòng)密封處的線速度增大,會(huì)直接達(dá)到部件、軸承溫度升高,現(xiàn)有的磁流體結(jié)構(gòu)中的冷卻很難冷卻到密封界面處,磁流體液的耐熱溫度一般為120℃,軸承的溫度傳遞給磁液和磁鐵,會(huì)直接導(dǎo)致磁液蒸發(fā)或磁鐵退磁,失去密封效果。

目前的冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)基本上使用加長(zhǎng)真空室長(zhǎng)度和增大冷卻腔,使水進(jìn)行自由回落,配合部分填料密封作為輔助,同樣如上所說(shuō),填料密封并不適合中子源的靶系統(tǒng),到轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí),采用水自由回落的方式同樣不可取。

同樣,現(xiàn)有的解決方案中靶片的冷卻采用的是水作為冷卻介質(zhì),靶片背面使用直噴水結(jié)構(gòu),即使用一定壓力的水對(duì)靶片進(jìn)行噴射,此種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但對(duì)流換熱效率僅為3kW/m2·K左右,基于傳熱學(xué)的計(jì)算計(jì)算公式可知,針對(duì)100kw/cm2的熱量沉積,此水冷結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足要求。

另外,目前的中子源靶系統(tǒng)中的靶片目前材料銅材料,銅的導(dǎo)熱能力很好,但同樣銅的機(jī)械強(qiáng)度較低,當(dāng)靶片的直徑增大和轉(zhuǎn)速提高時(shí),靶片的機(jī)械穩(wěn)定性很難得到保證。

針對(duì)源強(qiáng)更高的中子源,現(xiàn)有的解決方案已無(wú)法滿足使用要求,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題,本發(fā)明提出一系列解決方案,可是適用于中子產(chǎn)額達(dá)到1013-1016n/s的中子源的靶系統(tǒng)設(shè)計(jì)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng),主要用于超高強(qiáng)流氘氚聚變中子源高能中子的產(chǎn)生與200℃溫度限制下大于100kw/cm2的高密度熱量的移除。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:

一種適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng),包括氘束流、束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置、靶片、靶片驅(qū)動(dòng)裝置、冷卻結(jié)構(gòu)、冷卻介質(zhì)、冷卻介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、束流傳輸腔室、冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)、真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu);

所述束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)氘束流移動(dòng);

所述氘束流位于束流傳輸腔室內(nèi)移動(dòng);

所述靶片驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)靶片移動(dòng);

所述靶片設(shè)置在氘束流的移動(dòng)路徑上;

所述氘束流轟擊所述靶片形成的靶點(diǎn);

所述冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)置在靶點(diǎn)所在的靶片區(qū)域;

所述冷卻介質(zhì)填充在冷卻結(jié)構(gòu)內(nèi);

所述冷卻介質(zhì)通過(guò)所述冷卻介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

本發(fā)明還存在以下特征:

所述束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)氘束流的移動(dòng)路徑呈現(xiàn)圓、直線、曲線中的一種或多種組合狀態(tài)。

所述靶片驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)靶片呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)中的一種或多種組合狀態(tài)。

所述束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)設(shè)置有磁場(chǎng)單元,并通過(guò)磁場(chǎng)單元的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)帶電氘束流。

所述靶片驅(qū)動(dòng)裝置為帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電機(jī)直連方式中的一種或多種組合。

可冷卻結(jié)構(gòu)為直噴型、陣列射流/噴霧、細(xì)通道方式中的一種或多種組合實(shí)現(xiàn)。

所述冷卻介質(zhì)為水、液態(tài)金屬、納米流體、低溫氣體中的一種或多種。

所述冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)為配合停車密封的迷宮密封、配合停車密封的離心密封、機(jī)械密封、配合停車密封的螺旋密封方式中的一種或多種組合實(shí)現(xiàn)。

真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu)可通過(guò)軸承分離式磁流體密封結(jié)構(gòu)、蜂窩密封結(jié)構(gòu)、配合停車密封的分子牽引動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的一種或多種組合。

靶片的材料為銅、銅合金、金剛石、石墨中的一種或多種組合。

與已有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:利用該發(fā)明可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)流氘氚聚變中子源的氚靶系統(tǒng)在承受大于100kw/cm2的氘束流轟擊下,維持靶面溫度小于200℃,保證氚靶系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運(yùn)行,進(jìn)而產(chǎn)生中子源強(qiáng)達(dá)1013-1016n/s的14MeV高能聚變中子。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解,本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:

圖1是適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2是采用帶傳動(dòng)實(shí)施例的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖3是采用齒輪傳動(dòng)實(shí)施例的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖4是采用氣動(dòng)傳動(dòng)實(shí)施例的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖5是采用電機(jī)直連裝置實(shí)施例的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖6是采用軸承分離式磁流體密封方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖7是采用蜂窩密封方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖8是采用分子牽引動(dòng)密封方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖9是采用迷宮密封方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖10是采用離心密封方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖11是采用機(jī)械密封方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖12是采用螺旋密封方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖13是采用直噴型冷卻方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖14是采用陣列射流/噴霧水冷卻方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖15是采用細(xì)通道冷卻方式實(shí)施例中的適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

其中,1-靶片;2-冷卻結(jié)構(gòu);3-靶點(diǎn);4-冷卻介質(zhì);5-冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu);6-靶片驅(qū)動(dòng)裝置;7-真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu);8-束流傳輸腔室;9-氘束流;10-束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置;11-冷卻介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng);61-帶傳動(dòng)裝置;611-從帶輪;612-主帶輪;613-傳動(dòng)帶;614-電機(jī);8-束流傳輸腔室;62-高速齒輪傳動(dòng)裝置;621-從動(dòng)齒輪;622-主動(dòng)齒輪;623-傳動(dòng)軸;624-聯(lián)軸器;625-電機(jī);8-束流傳輸腔室;63-氣動(dòng)傳動(dòng)裝置;631-氣動(dòng)轉(zhuǎn)子;632-進(jìn)氣腔;633-排氣腔;64-電機(jī)直連傳動(dòng)裝置;641-傳動(dòng)軸;642-動(dòng)密封組件;643-電機(jī);71-軸承分離式磁流體密封結(jié)構(gòu);712-磁液;713-磁鐵;72-蜂窩動(dòng)密封裝置;721-密封定子;722-蜂窩孔;73-分子牽引動(dòng)密封裝置;731-密封轉(zhuǎn)子;732-自成形密封件;733-密封螺旋槽;734-排氣口;51-迷宮密封裝置;511-迷宮齒;512-定子;52-離心密封裝置;521-密封蓋;522-甩油盤;523-回流孔;53-機(jī)械密封裝置;531-動(dòng)環(huán);532-靜環(huán);21-直噴型冷卻結(jié)構(gòu);211-進(jìn)入口;212-排出口;22-陣列射流/噴霧冷卻結(jié)構(gòu);221-進(jìn)入口;222-噴頭;223-排出口;23-細(xì)通道冷卻結(jié)構(gòu);231-進(jìn)入口;232-襯底;233-細(xì)通道流道;234-排出口。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是,在不沖突的情況下,本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

參照?qǐng)D1至圖15,對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征詳述如下:

一種適用于氘氚聚變中子源的高載熱靶系統(tǒng),包括氘束流9、束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置10、靶片1、靶片驅(qū)動(dòng)裝置6、冷卻結(jié)構(gòu)2、冷卻介質(zhì)4、冷卻介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)11、束流傳輸腔室8、冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)5、真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu)7;

所述束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置10用于驅(qū)動(dòng)氘束流9移動(dòng);

所述氘束流9位于束流傳輸腔室8內(nèi)移動(dòng);

所述靶片驅(qū)動(dòng)裝置6驅(qū)動(dòng)靶片1移動(dòng);

所述靶片1設(shè)置在氘束流9的移動(dòng)路徑上;

所述氘束流9轟擊所述靶片1形成的靶點(diǎn)3;

所述冷卻結(jié)構(gòu)2設(shè)置在靶點(diǎn)3所在的靶片1區(qū)域;

所述冷卻介質(zhì)4填充在冷卻結(jié)構(gòu)2內(nèi);

所述冷卻介質(zhì)4通過(guò)所述冷卻介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)11實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

所述束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置10驅(qū)動(dòng)氘束流9的移動(dòng)路徑呈現(xiàn)圓、直線、曲線中的一種或多種組合狀態(tài)。

所述靶片驅(qū)動(dòng)裝置6驅(qū)動(dòng)靶片1呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)中的一種或多種組合狀態(tài)。

所述束流掃描驅(qū)動(dòng)裝置10內(nèi)設(shè)置有磁場(chǎng)單元,并通過(guò)磁場(chǎng)單元的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)帶電氘束流9。

結(jié)合圖2至圖5所示,所述靶片驅(qū)動(dòng)裝置6為帶傳動(dòng)61、齒輪傳動(dòng)62、氣動(dòng)傳動(dòng)63、電機(jī)直連64方式中的一種或多種組合。

結(jié)合圖13至圖15所示,冷卻結(jié)構(gòu)2為直噴型21、陣列射流/噴霧22、細(xì)通道23方式中的一種或多種組合實(shí)現(xiàn)。

所述冷卻介質(zhì)4為水、液態(tài)金屬、納米流體、低溫氣體中的一種或多種。

結(jié)合圖8至圖12所示,所述冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)5為配合停車密封的迷宮密封51、配合停車密封的離心密封52、機(jī)械密封53、配合停車密封的螺旋密封54方式中的一種或多種組合實(shí)現(xiàn)。

結(jié)合圖6和圖7所示,所述真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu)7可通過(guò)軸承分離式磁流體密封結(jié)構(gòu)71、蜂窩密封結(jié)構(gòu)72、配合停車密封的分子牽引動(dòng)密封結(jié)構(gòu)73的一種或多種組合。

所述靶片1的材料為銅、銅合金、金剛石、石墨中的一種或多種組合。

上述的靶片1由厚度較薄、導(dǎo)熱性能良好的金屬或合金作為襯底,在襯底表面鍍覆一層Ti膜,Ti膜高溫下吸氚后用于氘氚反應(yīng),氘束流9持續(xù)轟擊靶片,氘與靶片1上的氚發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生14MeV高能中子。

氚靶系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,靶片1承受高熱量密度,靶片1的工作溫度為200℃,因此,為保證靶片1的溫度控制在范圍內(nèi),靶片1背后使用高效的冷卻結(jié)構(gòu)2對(duì)靶片進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻散熱。

上述的束流傳輸腔室8為空心圓柱體或圓錐體,用于氘束流9傳輸,為了保證氘束流9的傳輸效率,束流傳輸腔室8內(nèi)必須保持好于10-4Pa的真空度,束流傳輸腔室8與靶片1固定一起。

上述的靶片1與束流傳輸腔室8在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,靶片1背后的冷卻結(jié)構(gòu)2固定不動(dòng),因此,冷卻介質(zhì)動(dòng)密封結(jié)構(gòu)5用于實(shí)現(xiàn)靶片1與束流傳輸腔室8在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,冷卻介質(zhì)4的動(dòng)密封,保證冷卻介質(zhì)4的零泄漏,不會(huì)污染環(huán)境以及影響設(shè)備正常運(yùn)行。

上述的靶片驅(qū)動(dòng)裝置6用于驅(qū)動(dòng)靶片1與束流傳輸腔室8以一定的路徑進(jìn)行持續(xù)運(yùn)動(dòng),有多種實(shí)現(xiàn)形式。

靶片1與束流傳輸腔室8在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,為了保證氘束流9的傳輸效率,束流傳輸腔室8內(nèi)必須保持好于10-4Pa的真空度,因此,真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu)7用于保證束流傳輸腔室8與加速器之間的氣體的動(dòng)密封。

所述帶傳動(dòng)裝置61中,電機(jī)614驅(qū)動(dòng)主帶輪612運(yùn)動(dòng),進(jìn)而通過(guò)連接于主帶輪612和從帶輪611的傳動(dòng)帶613驅(qū)動(dòng)從帶輪611運(yùn)動(dòng),從帶輪611固定于束流傳輸腔室8,從而驅(qū)動(dòng)束流傳輸腔室8和靶片1運(yùn)動(dòng)。

所述高速齒輪傳動(dòng)裝置62中,電機(jī)625通過(guò)聯(lián)軸器624連接傳動(dòng)軸,驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪622運(yùn)動(dòng),主動(dòng)齒輪622驅(qū)動(dòng)從動(dòng)齒輪621旋轉(zhuǎn),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)束流傳輸腔室8運(yùn)動(dòng)。氣動(dòng)傳動(dòng)裝置63:進(jìn)氣腔632內(nèi)通入的高壓氣體驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)子631旋轉(zhuǎn),氣動(dòng)轉(zhuǎn)子631采用連接過(guò)整體加工的形式與束流傳輸腔室8形成一體,從而驅(qū)動(dòng)束流傳輸腔室8的運(yùn)動(dòng);工作氣體從排氣腔633排出。

所述電機(jī)直連傳動(dòng)裝置64中,電機(jī)643通過(guò)傳動(dòng)軸641與靶片1固定,直接驅(qū)動(dòng)靶片1和束流傳輸腔室8運(yùn)動(dòng),動(dòng)密封組件642用于對(duì)旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)軸641與固定的冷卻結(jié)構(gòu)2之間的冷卻介質(zhì)4的密封。

所述迷宮密封裝置51中,定子512的轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個(gè)依次排列的環(huán)行迷宮齒511,齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔,被密封介質(zhì)在通過(guò)曲折迷宮的間隙時(shí)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。實(shí)現(xiàn)束流傳輸腔室8運(yùn)動(dòng)時(shí),冷卻介質(zhì)4通過(guò)冷卻結(jié)構(gòu)2對(duì)靶片1進(jìn)行冷卻,冷卻后的冷卻介質(zhì)通過(guò)迷宮密封裝置51被阻隔在集水器中,實(shí)現(xiàn)冷卻水動(dòng)密封。

所述離心密封裝置52中,束流傳輸腔室8運(yùn)動(dòng)時(shí),冷卻介質(zhì)被固定于束流傳輸腔室8上的甩油盤522所阻擋,并在離心力作用下甩到密封蓋521上,最后經(jīng)回流孔523流出箱內(nèi),達(dá)到密封目的。

所述機(jī)械密封裝置53中,機(jī)械密封裝置53主要由動(dòng)環(huán)531和靜環(huán)532組成,動(dòng)環(huán)531固定于旋轉(zhuǎn)的束流傳輸腔室8上,靜環(huán)532固定于固定的冷卻結(jié)構(gòu)2上,當(dāng)束流傳輸腔室8運(yùn)動(dòng)時(shí),在一定的壓差環(huán)境下,動(dòng)環(huán)531和靜環(huán)532之間形成穩(wěn)定的液膜,阻止冷卻介質(zhì)4泄露。

所述螺旋密封裝置54中,束流傳輸腔室8運(yùn)動(dòng)時(shí),冷卻介質(zhì)4螺旋密封槽541中,旋向與束流傳輸腔室8的旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋密封槽541將冷卻介質(zhì)4反向壓回冷卻結(jié)構(gòu)2中。

所述軸承分離是磁流體動(dòng)密封結(jié)構(gòu)71中,束流傳輸腔室8外緣刻有一系列細(xì)小溝槽,溝槽內(nèi)填充有磁液712,磁液712在磁鐵713的磁場(chǎng)束縛下填滿束流傳輸腔室8與磁流體真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu)71之間的空隙,起到阻止空氣進(jìn)入束流傳輸腔室8的作用流。蜂窩動(dòng)密封結(jié)構(gòu)72:密封定子721的內(nèi)表面由一系列正六面體形狀的蜂窩孔721,當(dāng)軸系運(yùn)動(dòng)時(shí),氣流成螺旋方式向前流動(dòng),在特殊氣流流經(jīng)蜂窩孔722時(shí),被蜂窩孔722所分解,被分解的氣流在網(wǎng)格的微小空間形成一氣旋,可以高效地阻止介質(zhì)向外流動(dòng)。分子牽引真空動(dòng)密封結(jié)構(gòu)73:密封轉(zhuǎn)子與束流傳輸腔室8固定在一起運(yùn)動(dòng),開(kāi)機(jī)運(yùn)行前,自成形密封件732與密封轉(zhuǎn)子731間采用過(guò)盈配合,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行,通過(guò)自成形密封件732與密封轉(zhuǎn)子731的相互摩擦,形成無(wú)法通過(guò)裝配完成的微米量級(jí)的密封間隙,間距極小的一級(jí)密封間隙阻止了大部分的氣體進(jìn)入,少量泄露氣體進(jìn)入密封螺旋槽733內(nèi),密封螺旋槽733刻于運(yùn)動(dòng)的密封轉(zhuǎn)子731上,當(dāng)密封轉(zhuǎn)子731最高線速度達(dá)接近氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的速度,運(yùn)動(dòng)的密封轉(zhuǎn)子731將動(dòng)量傳遞給氣體分子,氣體分子在密封螺旋槽733內(nèi)被牽引沿著螺旋槽至排氣口734,通過(guò)外接真空泵將大部分氣體抽走,從而達(dá)到阻止氣體進(jìn)入束流傳輸腔室8內(nèi)的目的。

所述直噴型冷卻結(jié)構(gòu)21中,具有一定壓力的冷卻介質(zhì)4自進(jìn)入口211噴入,噴射在靶片1背面并四周散開(kāi),對(duì)靶片1進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻,然后自排出口212流出。

所述陣列射流/噴霧冷卻結(jié)構(gòu)22中,冷卻介質(zhì)4自進(jìn)入口221進(jìn)入,然后通過(guò)陣列排布于靶片1背面的噴頭222以一定壓力快速噴向靶片1背面,對(duì)靶片1形成高效換熱,將靶片1的熱量及時(shí)帶走,然后冷卻介質(zhì)4自排出口223排出,然后循環(huán)使用。

所述細(xì)通道冷卻結(jié)構(gòu)23中,與靶片1同尺寸的襯底232上刻有毫米量級(jí)的細(xì)通道流道233,靶片1與襯底232無(wú)縫隙貼合在一起,細(xì)通道流道233在靶片1與襯底232之間形成封閉空間,高效換熱液態(tài)冷卻介質(zhì)自進(jìn)入口231進(jìn)入靶片1與襯底232之間的細(xì)通道流道233循環(huán),對(duì)靶片1進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻,然后自排出口234排出,將熱量帶走。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言,顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié),而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下,能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此,無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看,均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定,因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外,應(yīng)當(dāng)理解,雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述,但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案,說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn),本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體,各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合,形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

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