Устройство для охлаждения подвижной мишени

 

Использование: ядерная техника, при разработке мишенных узлов экспериментальных физических установок, предназначенных для работы с пучками ускоренных частиц высокой интенсивности, а также мишеней для производства радиоизотопов. Сущность изобретения: тепло, выделяемое в мишени 4 от действия пучка ускоренных частиц, отводится через стенку полого вала 1 и с помощью теплоносителя передается на охлаждаемую неподвижную головку 5. Съем тепла с охлаждаемой головки 5 производится водой, которая поступает по трубке 8 и отводится через хвостовик. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)ю Н 05 H 6/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4715106/21 (22) 07.07.89 (46) 07.05.92. Бюл. hL 17 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Г.Н. Иванов и В.Б. Галинский (53) 621.384(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬВ 831040, кл. Н 05 Н 6/00, 1980.

Патент США

hL 3694685, кл. Н 01 J 35/10, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОДВИЖНОЙ МИШЕНИ

„„9. „„1732502 А1 (57) Использование: ядерная техника, при разработке мишенных узлов экспериментальных физических установок, предназначенных для работы с пучками ускоренных частиц высокой интенсивности, а также мишеней для производства радиоизотопов.

Сущность изобретения: тепло, выделяемое в мишени 4 от действия пучка ускоренных частиц, отводится через стенку полого вала

1 и с помощью теплоносителя передается на охлаждаемую неподвижную головку 5. Съем тепла с охлаждаемой головки 5 производится водой, которая поступает по трубке 8 и отводится через хвостовик. 1 ил.

1732502

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при разработке мишенных узлов экспериментальных физических установок, предназначенных для работы с пучками ускоренных частиц высокой интенсивности, а также мишеней для производства радиоизотопов.

Известно устройство охлаждения подвижной мишени, содержащее мишень, закрепленную на конце штока, установленного на опорных подшипниках в неподвиж. ном кожухе и соединенного с приводом вращения, Шток выполнен в виде полого цилиндра с дном, внтури которого закреплена трубка, а в боковой стенке имеются отверстия, выходящие внутрь двух герметичных камер со скользящими уплотнениями, причем к одной из камер подсоединен патрубок для подвода, а к другой — для отвода воды.

Основным недостатком указанного устройства является наличие в его конструкции большого числа скользящих уплотнений. По этой причине устройство имеет низкую на. дежность, которая определяется надежностью уплотнительных пар. а из-за.износа скользящих уплотнений требует постоянного контроля с целью поддержания его в работоспособном состоянии. Кроме того. устройство обладает высоким моментом сопротивления вращению, что является причиной больших энергозатрат при его эксплуатации.

Известно также устройство охлаждения подвижной мишени. содержащее полый вал с посадочной поверхностью для мишени, установленный с помощью подшипников на опорной конструкции мишенной камеры, охлаждаемую неподвижную головку с хвостовиком, расположенную внутри полого вала и образующую с ним полость, необходимую для размещения теплоносителя.

Известное устройство обладает рядом существенных недостатков, связанных с тем, что полость, в которой находится жидкий теплоноситель, сообщается с рабочим обьемом мишенной камеры. Эта особенность конструкции приводит к необходимости использования теплоносителя, который, наряду с высокими теплофизическими свойствами, должен иметь низкое давление насыщенных паров при рабочей температуре устройства. В настоящее, время известен единственный теплоноситель, обладающий комплексом указанных свойств. — жидкий металлический сплав индий-галлий-олово.

Однако использование этого. сплава связано с большими трудностями, обусловленными высокой химической активностью галлия, который взаимодействует с боль5

50 шинством металлов и сплавов, растворяя их. Это приводит к разрушению элементов конструкции устройства и влечет за собой ухудшение теплофиэических и динамических свойств самого сплава, Конструкция выполнена таким образом, что не позволяет избежать потерь теплоносителя в процессе эксплуатации, элементы контроля количества теплоносителя отсутствуют. Все эти причины исключают возможность использования устройства в случаях, когда требуется высокая точность поддержания температуры мишени, Кроме того, способность галлия вступать в химическое взаимодействие с различными газами ограничивает возможность использования устройства во многих газосодержащих средах.

Целью изобретения является повышение точности поддержания температуры мишени, расширение номенклатуры рабочих сред мишенной камеры устройства и повышение его надежности.

Цель достигается тем, что известное устройство, содержащее полый вал с посадочной поверхностью для мишени, установленный с помощью подшипников на опорной конструкции мишенной камеры, охлаждаемую неподвижную головку с хвостовиком, расположенную внутри полого вала и образующую с ним полость, необходимую для размещения жидкого теплоносителя, снабжено аккумулирующей емкостью для жидкого теплоносителя, дренажной трубкой, трубопроводом с вмонтированным в него управляемым запорным элементом, причем один конец трубопровода соединен с аккумулирующей емкостью, другой выведен в радиальный зазор между охлаждаемой головкой и внутренней поверхностью полого вала, а наружная поверхность полого вала с помощью уплотнения герметично сопряжена с мишенной камерой, На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство для охлаждения подвижной мишени содержит полый вал 1, установленный с помощью подшипников 2 в опорной конструкции мишенной камеры 3, и мишень

4, закрепленную на посадочной поверхности полого вала 1, Внутрь полого вала 1 помещена охлаждаемая неподвижная головка 5 .с хвостовиком. В рабочую полость, образованную внутренней поверхностью полого вала 1 и охлаждаемой головкой 5, помещается жидкий теплоноситель 6. Между опорной конструкцией мишенной камеры 3 и наружной поверхностью полого вала

1 установлено уплотнение 7, Внутри охлаждаемой головки 5 расположены: трубка 8, дренажная трубка 9 и трубопровод 10 для

1732502 подачи жидкого теплоносителя 6. Один конец трубопровода 10 выходит в радиальный зазор между охлаждаемой неподвижной головкой 5 и внутренней поверхностью полого вала 1, а другой соединен с аккумулирующей емкостью 11 через управляемый запорный элемент 12. Для приведения в движение полого вала 1 на его свободном конце установлен шкив 13.

Устройство работает следующим обра.зом, Жидкий теплоноситель 6 заливается в аккумулирующую емкость 11. В качестве теплоносителя может быть использована любая жидкость, однако предпочтение следует отдавать жидкостям с меньшей кинематической вязкостью и большей теплопроводностью, Управляемый запорный элемент 12 нормально закрыт и перекрывает доступ жидкого теплоносителя 6 в рабочую полость установки, Одновременно с включением электропривода, вращающего через шкив 13 полый вал 1 с мишенью 4, открывается управляемый запорный элемент 12.

Жидкий теплоноситель из аккумулирующей емкости 11 по трубопроводу 10 поступает в рабочую полость установки, заполняя радиальный зазор между охлаждаемой неподвижной головкой 5 и полым валом 1, Заполнение рабочей полости будет происходить до тех пор, пока гидростатическое давление столба жидкости Н не уравнове.сится гидродинамическим давлением, воз никающим при вращении слоя теплоносителя толщиной z (Н вЂ” расстояние между поверхностью свободного уровня теплоносителя в аккумулирующей емкости 11 и срезом трубопровода 10, а z — толщина слоя жидкости от поверхности свободного уровня теплоносителя в рабочей полости до среза трубопровода 10).

Восполнение потерь теплоносителя из рабочей полости устройства, связанных с испарением и распылением во время работы, производится автоматически иэ аккумулирующей емкости. Дренажная трубка 9 служит для поддержания атмосферного давления в торцовой части рабочей полости устройства. Тепло, выделяемое в мишени 4 от действия пучка ускоренных частиц, отводится через стенку полого вала 1 и с помощью теплоносителя передается на охлаждаемую неподвижную головку 5. Съем тепла с охлаждаемой головки 5 производится водой, которая поступает по трубке 8 и отводится через хвостовик. По окончании работ электропривод обесточивается, вращение полого вала прекращается.

Одновременно с отключением привода

5 закрывается управляемый эапорный злемент 12, прекращая доступ теплоносителя

40 из аккумулирующей емкости в рабочую полость устройства. Жидкий теплоноситель, находящийся в рабочей полости. сливается в нижнюю ее часть.

При повторных включениях устройство работает аналогичным образом. Отличие заключается в том, что после предыдущего включения в рабочей полости уже находится теплоноситель в количестве, необходимом для работы устройства. После включения привода вращения управляемый эапорный элемент 12 открывается и дополнительный объем теплоносителя поступает в рабочую полость устройства. По мере набора валом

1 рабочего числа оборотов подача теплоносителя прекращается и в дальнейшем происходит выдавливание излишков теплоносителя из рабочей полости в аккумулирующий обьем, Процесс происходит до тех пор, пока не установится равновесие между гидростатическим давлением столба жидкости Н и гидродинамическим давлением слоя z.

Формула изобретения

Устройство для охлаждения подвижной мишени, содержащее полый вал с посадочной поверхностью для мишени, установленный с помощью подшипников на опорной конструкции мишенной камеры, охлаждаемую неподвижную головку с хвостовиком, расположенную внутри полого вала и образующую с ним полость для размещения жидкого теплоносителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания температуры мишени, расширения номенклатуры рабочих сред мишенной камеры устройства и повышения его надежности, устройство снабжено аккумулирующей емкостью для жидкого теплоносителя, дренажной трубкой, трубопроводом с вмонтированным в него управляемым запорным элементом, причем один конец трубопровода соединен с аккумулирующей емкостью, другой выведен в радиальный зазор между охлаждаемой головкой и внутренней поверхностью полого вала, а наружная поверхность полого вала с помощью уплотнения герметично сопряжена с мишенной камерой.