Жидкометаллическая мишень

Авторы патента:

H05H6 - Мишени для проведения ядерных реакций (опоры для мишеней или объектов, подлежащих облучению, G21K 5/08)

Владельцы патента RU 2284676:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУВПО НГТУ) (RU)

Изобретение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам с жидкометаллическими мишенями. Технический результат заключается в исключении затекания жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя в момент начала и прекращения циркуляции жидкого металла и улучшении теплообмена в полости мишени. Предложенная жидкометаллическая мишень содержит 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 к горизонтальной оси патрубка подвода протонов от ускорителя, объединенных верхней поворотной камерой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

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°.

Похожие патенты:

Способ получения нейтронов // 2282909

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Нейтронопродуцирующий мишенный узел // 2282908

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках надтепловых нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Узел мишенный // 2243610

Изобретение относится к области физики и техники ускорителей заряженных частиц, а именно к устройствам для установки и замены твердотельных мишеней при проведении экспериментов в физике высоких энергий для получения пучков вторичных излучений.

Способ наполнения микрооболочек газом // 2228579

Способ изготовления мишени нейтронной трубки // 2222064

Изобретение относится к области изготовления титано-тритиевой мишени, применяемой в импульсной вакуумной нейтронной трубке, которая предназначена для генерации потоков нейтронов и используется в скважинной геофизической аппаратуре для каротажа нефтяных и газовых месторождений, а также в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа.

Мишенный контур // 2192107

Изобретение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам. .

Турбинная мишень // 2192058

Изобретение относится к области ядерной физики, более конкретно к источникам нейтронов для ядерных исследований и трасмутации радиоактивных отходов. .

Лазерно-плазменный метод инициирования ядерных реакций // 2183389

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для производства изотопов с заданными свойствами, протонной терапии, материаловедения, дефектоскопии и фундаментальных исследований в ядерной физике.

Устройство для облучения мишеней // 2176831

Изобретение относится к радиационной технике и может использоваться для облучения внутриобъектовых мишеней. .

Нейтронорождающая мишень // 2158450

Изобретение относится к источникам нейтронов для ядерных исследований, а более конкретно к электроядерным установкам (ЭЯУ) с энергией протонов ускорителя-драйвера не выше 75-100 МэВ или дейтронов до энергий 30-50 МэВ, и может быть использовано в мишенно-бланкетном комплексе с тяжеловодным замедлителем и теплоносителем.

Мишень импульсного ускорителя электронов // 2310296

Изобретение относится к области ускорительной техники, а точнее к технике получения высокоинтенсивного импульсного тормозного излучения

Мишенный узел индукционного ускорителя электронов // 2373672

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в мишенных устройствах линейных индукционных ускорителей (ЛИУ) с импульсным продольным магнитным полем при решении задачи, связанной с эффективным преобразованием энергии ~100 кДж сильноточного релятивистского электронного пучка (РЭП) с импульсным током ~100 кА и энергией электронов от 10 до 40 МэВ в тормозное излучение (ТИ)

Мишень для получения радионуклидов и способ ее изготовления (варианты) // 2393564

Изобретение относится к ядерной технологии и предназначено для получения радиоактивных изотопов для медицинских целей

Источник протонов или нейтронов высокой энергии // 2496285

3аявленное изобретение относится к источникам протонов или нейтронов высокой энергии для производства медицинских изотопов и осуществления других процессов, включая превращение ядерных отходов. Осуществление заявленной группы изобретений предполагает наличие ионного источника, ускорителя и мишенной установки. При этом мишенная установка функционально связана с указанным ускорителем и содержит облучаемый материал мишени для извлечения ядерных частиц, который реагирует с ускоренным пучком для излучения ядерных частиц, при этом мишенная установка имеет форму и размеры: а) магнитной мишенной камеры, б) линейной мишенной камеры, функционально связанной с высокоскоростным синхронизированным насосом, или в) линейной мишенной камеры, функционально связанной с системой извлечения изотопов. Техническим результатом является обеспечение возможности получения изотопов в малых и отдаленных районах и уменьшение капитальных вложений в крупное оборудование. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 1 табл., 21 ил.

Способ исследования радиационной стойкости конструкционных материалов и контейнер для его осуществления // 2507725

Изобретение относится к реакторному материаловедению, в частности к способу исследования радиационной стойкости конструкционных и топливных материалов при высоких и предельных уровнях облучения для активных зон атомных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Техническим результатом является увеличение объема и достоверности информации по свойствам облученных образцов. Изготавливают образцы различных видов и размещают их в выемном контейнере, который размещают в активной зоне реактора. По высоте контейнера формируют три зоны облучения образцов. Нижнюю и верхнюю зоны облучения образцов формируют в области наибольшего градиента интенсивности нейтронного потока и повреждающих доз облучения по высоте активной зоны реактора. Температуру образцов нижней и средней зоны формируют с заданным потоком теплоносителя. Температуру образцов верхней зоны формируют за счет их нагрева при облучении в среде статического теплоносителя в герметичной ампуле, термоизолированной от проточного теплоносителя. Средняя зона включает несколько групп идентичных образцов, которые попарно размещены по высоте выемного контейнера. После облучения образцов извлекают выемной контейнер с образцами из активной зоны реактора. Проводят измерения, испытания и исследования свойств облученных образцов и устанавливают зависимости механических, физических свойств и радиационной стойкости исследуемых материалов от температуры и дозы облучения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Способ изготовления металло-тритиевой мишени // 2529399

Изобретение относится к технологии изготовления металло-тритиевых мишеней, в частности к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, которые могут быть использованы для получения моноэнергетических потоков нейтронов. Заявляемый способ заключается в напылении слоя гидридобразующего металла на подложку магнетронным методом с использованием газа-носителя, нагревании металла на подложке до температуры 450-500°C, насыщении слоя гидридобразующего металла тритием из газовой фазы и охлаждении полученной мишени. В качестве газа-носителя используют аргон, содержащий кислород в количестве 0,05…0,1 об. %, а охлаждение мишени проводят в камере насыщения в среде трития. Технический результат заключается в упрощении процесса насыщения мишеней за счет исключения операции контроля степени насыщения слоя гидридобразующего металла, необходимости прерывания процесса насыщения и удаления трития из камеры насыщения при высоких температурах, а также в повышении безопасности условий работы персонала.

Система производства изотопов с разделенным экранированием // 2543613

Изобретение относится к области ускорительной техники. Система производства изотопов содержит циклотрон с ярмом магнита, которое окружает ускорительную камеру. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена вблизи ярма магнита. Система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени и содержит радиационный экран, который проходит между ярмом магнита и местом размещения мишени. Радиационный экран имеет размер и форму, которые способствуют ослаблению гамма-излучения и нейтронного излучения, испускаемых из материала мишени в направлении ярма магнита. Система производства изотопов также содержит проход для пучка, который проходит от ускорительной камеры к месту расположения мишени. Проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и радиационным экраном системы мишени. Технический результат - снижение радиационного воздействия. 3 н. и 23 з.п.ф-лы, 12 ил.

Способ изготовления титан-тритиевой мишени // 2561499

Изобретение относится к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, применяемых в вакуумной нейтронной трубке. В заявленном способе предусмотрена активация слоя гидридообразующего металла (титана), нанесенного на подложку, в камере насыщения путем нагрева до 300-500°С и подача трития в камеру насыщения с последующим ее охлаждением. Тритий в камеру насыщения подают перед активацией слоя гидридообразующего металла, при этом активацию проводят в среде трития. Количество поглощенного трития рассчитывают из условия достижения атомного отношения T/Ti, равного 1,5-1,7, а нагрев и охлаждение камеры насыщения проводят со скоростью 2-3°С/мин. Техническим результатом является повышение точности измерения количества трития, поглощенного мишенью, упрощение процесса насыщения мишеней за счет совмещения операций активации и насыщения, а также упрощение контроля степени насыщения титанового слоя, снижение вероятности отслоения тритида титана от подложки и, соответственно, радиационного загрязнения технологического оборудования, и повышение безопасности условий работы персонала. 1 пр.

Способ изготовления оболочечной мишени (варианты) // 2587164

Изобретение относится к технологии изготовления полимерных оболочечных мишеней для инерциального термоядерного синтеза. Технический результат - обеспечение возможности серийного изготовления оболочечной мишени при требуемой воспроизводимости заданных параметров мишени с повышенными прочностными характеристиками. Способ изготовления оболочечной мишени по его первому варианту включает формирование полимерной оболочки, легированной присадками, на первом этапе изготавливают первую, внутреннюю, и вторую, внешнюю, пленки-заготовки, затем осуществляют зонное легирование отдельно первой и второй пленок-заготовок частицами присадок различного типа соответственно для первой и второй пленок-заготовок так, что длина зоны легирования частиц присадок соответствует длине первой и второй пленок-заготовок соответственно, а заданную ширину зон легирования выбирают таким образом, что реализуют заданное распределение частиц присадок по радиусу оболочечной мишени; на втором этапе осуществляют перфорацию первой пленки-заготовки, далее создают выступы заданной высоты и конфигурации на первой пленке-заготовке; на третьем этапе осуществляют нарезку первой и второй пленки-заготовки так, что обеспечивают их заданную ширину и длину так, что обеспечивают заданное число слоев оболочечной мишени; на четвертом этапе осуществляют соединение первой и второй пленок заготовок по их длине с заданной адгезией; на пятом этапе сворачивают соединенные пленки-заготовки в рулон таким образом, что образующая рулона параллельна линии соединения пленок так, что первая пленка-заготовка образует рабочие активные слои, а вторая пленка-заготовка образует внешние, абляционные слои. Первый из абляционных слоев плотно прилегает к наружному витку первой пленки-заготовки, при таком сворачивании в рулон заданное число слоев первой пленки-заготовки определяет размер активной области мишени, а число слоев второй пленники-заготовки определяет толщину абляционного слоя мишени, после чего фиксируют внешний край рулона, получая оболочечную мишень; на шестом этапе осуществляют одновременно нарезку получившегося цилиндрического рулона до требуемой длины и формируют торцевые поверхности заготовок мишеней. Осуществление способа изготовления оболочечной мишени по его второму варианту аналогично описанному выше способу по его первому варианту до выполнения шестого этапа. Отличие заключается в том, что после осуществления пятого этапа, на котором формируют цилиндрическую заготовку оболочечной мишени, выполняют шестой этап. На этом этапе цилиндрическую заготовку оболочечной мишени сжимают с двух противоположных сторон. Для обеспечения равномерного распределения силы по площади заготовку оболочечной мишени помещают между двумя плоскими пластинами, прочность которых выше прочности заготовки мишени. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство автоматической регенерации литиевой мишени и способ автоматической регенерации литиевой мишени // 2597879

Изобретение относится к средствам автоматической регенерации литиевой мишени. Заявленные способ и устройство предусматривают наличие функции измерения толщины пленки лития литиевой мишени и возможность автоматической регенерации расходуемой литиевой мишени посредством перемещения источника осаждения из паровой фазы к литиевой мишени. Устройство (106) автоматической регенерации литиевой мишени обеспечивает автоматическую регенерацию лития литиевой мишени, при этом устройство (106) включает в себя блок (1) осаждения лития из паровой фазы для осаждения лития из паровой фазы на литиевой мишени. Блок (1) осаждения лития из паровой фазы обеспечивает осаждение лития из паровой фазы на литиевой мишени, двигаясь к стороне литиевой мишени. Техническим результатом является отсутствие необходимости в замене литиевой мишени по мере расхода лития в данной мишени, а также возможность локальной или полной регенерации лития в литиевой мишени в автоматическом режиме. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.