Жидкометаллическая мишень

Жидкометаллическая мишень

Реферат

Предлагаемое техническое решение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам с жидкометаллическими мишенями.

При проектировании ускорительно управляемых систем с жидкометаллической мишенью большой и средней мощности (более 1 МВт) единственно приемлемым остается вариант конструкции мишени без прочно-плотной заглушки между полостью мишени и полостью ускорителя. Для данного варианта конструкции существенно важной является задача по созданию условий и механизмов, обеспечивающих непоступление жидкометаллического теплоносителя (ЖМТ) (например, эвтектического сплава свинец-висмут) в полость ускорителя как при нормальной эксплуатации, так и при различных аварийных ситуациях.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является мишенное устройство (Безносов А.В., Вешняков К.Б., Орлов Ю.И. Устройство для охлаждения подвижной мишени свид. №4653, Н 05 Н 6/00, 1997 г.), содержащее полую вытянутую камеру, образующую полость для размещения жидкого теплоносителя, патрубок подвода заряженных частиц, патрубок ввода и вывода теплоносителя.

Недостатком данной конструкции является возможное затекание ЖМТ в ускоритель при горизонтальной ориентации подвода пучка протонов от ускорителя, не требующей установки устройства поворота пучка протонов от ускорителя перед мишенью.

Задача, решаемая полезной моделью, - совершенствование конструкции мишенного устройства для возможности использования его в составе управляемых ускорительных систем большой мощности с высокими плотностями потока частиц больших энергий.

Технический результат - исключение затекания жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя в моменты начала и прекращения циркуляции жидкого металла через проточную часть мишени.

Этот результат достигается тем, что в жидкометаллической мишени, содержащей патрубки подвода и отвода жидкого металла, например эвтектики Pb-Bi, патрубок подвода протонов от ускорителя и рабочую камеру с проточной частью, проточная часть мишени выполнена в виде подъемного и опускного каналов, наклоненных под углом α от 95 до 110° к горизонтальной оси патрубка подвода протонов от ускорителя, объединенных верхней поворотной камерой, а суммарная ширина участков подъемного и опускного каналов, расположенных по оси патрубка подвода протонов, равна длине пробега ускоренных частиц в жидкометаллическом теплоносителе.

Этот результат достигается тем, что в жидкометаллической мишени угол β между свободной поверхностью и стенкой участка опускного канала, расположенного ниже патрубка подвода протонов, составляет 5-15°.

Предлагаемая жидкометаллическая мишень, представленная на чертеже, содержит патрубки подвода 1 и отвода 2 жидкого металла, например эвтектики Pb-Bi, патрубок 3 подвода протонов от ускорителя и рабочую камеру 4. С целью исключения затекания теплоносителя в ускоритель в момент начала и прекращения циркуляции жидкого металла проточная часть мишени выполнена в виде подъемного и опускного каналов, наклоненных под углом α от 95 до 110° к горизонтальной оси патрубка 3 подвода протонов от ускорителя, объединенных верхней поворотной камерой 5, а суммарная ширина участков патрубков 1 и 2 подъемного и опускного каналов, расположенных напротив патрубка 3 подвода протонов, равна длине пробега ускоренных частиц в жидкометаллическом теплоносителе.

Для безударного входа свободной поверхности 6 жидкого металла в участок опускного канала, расположенный ниже патрубка подвода частиц, угол β между свободной поверхностью 6 и стенкой составляет 5-15°.

Если угол α<95°, то происходит отрыв потока жидкого металла от стенки патрубка 2 отвода.

Если угол α>110°, не исключена вероятность затекания в патрубок 3 подвода протонов жидкого металла.

Если угол β<5° и β>15°,тоне обеспечивается полная эжекция ионов и молекул из полости ускорителя.

Длина пробега ускоренных частиц в жидкометаллическом теплоносителе является физически определяемой величиной для жидкометаллической мишени, которая соответствует суммарной длине диаметров патрубков 1 и 2 подвода и отвода жидкого металла.

Ввод установки в действие.

Установку разогревают до температуры, превышающей температуру плавления (свинца-висмута), и затем вводят в действие контур циркуляции через мишень: теплоноситель поступает в патрубок 1 подвода, проходит через рабочую камеру 4 и затем выходит через патрубок 2 отвода жидкого металла. В момент начала циркуляции, когда фронт металла начинает заполнять рабочую полость мишени, наличие скоса патрубка подвода частиц от ускорителя позволяет выровнить профиль скоростей в данном районе потока и исключить поступление жидкого металла из верхней части потока под действием силы гравитации в полость патрубка. Поток заряженных частиц по патрубку 3 попадает на свободную поверхность теплоносителя, циркулирующего в теле рабочей камеры 4.

Вывод установки из действия.

Прекращают подачу заряженных частиц в мишень, затем прекращают прокачку теплоносителя через мишень. Остатки теплоносителя дренируют через патрубок 2 отвода теплоносителя.

Мишенное устройство предлагаемой конструкции позволит исключить затекание жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя в момент начала и прекращения циркуляции жидкого металла и улучшить теплообмен в полости мишени.

1. Жидкометаллическая мишень, содержащая патрубки подвода и отвода жидкого металла, например, эвтектики Pb-Bi, патрубок подвода протонов от ускорителя и рабочую камеру с проточной частью, отличающаяся тем, что проточная часть мишени выполнена в виде подъемного и опускного каналов, наклоненных под углом α от 95° до 110° к горизонтальной оси патрубка подвода протонов от ускорителя, объединенных верхней поворотной камерой, а суммарная ширина участков подъемного и опускного каналов, расположенных по оси патрубка подвода протонов, равна длине пробега ускоренных частиц в жидкометаллическом теплоносителе.

2. Жидкометаллическая мишень по п.1, отличающаяся тем, что угол β между свободной поверхностью и стенкой участка опускного канала, расположенного ниже патрубка подвода протонов, составляет 5-15°.