Жидкометаллическая мишень

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

Предложенная Жидкометаллическая мишень, содержит герметичный корпус, рабочую полость, патрубок подвода частиц от ускорителя, снаружи которого расположен коаксиальный кольцевой канал, патрубки ввода и вывода жидкометаллического теплоносителя (эвтектический сплав свинец-висмут). Плоскость выходного сечения патрубка подвода частиц от ускорителя выполнена в виде сечения, наклоненного под углом к плоскости, нормальной к оси патрубка.

В предложенной конструкции исключается затекание жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя, благодаря наличию скоса патрубка подвода частиц от ускорителя и улучшается теплообмен в полости мишени.

Жидкометаллическая мишень может быть использована в установках большой мощности с высокими плотностями потока частиц больших энергий.

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 прочноплотной заглушки между полостью мишени и полостью от 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., H 05 H 6/00, 1997 г.), содержащее полую вытянутую камеру, образующую полость для размещения жидкого теплоносителя, патрубок подвода заряженных частиц, патрубки 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 установок большой мощности с высокими плотностями потока частиц больших энергий.

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

Этот результат достигается тем, что в жидкометаллической мишени, содержащей герметичный корпус, рабочую полость, патрубок подвода заряженных частиц от ускорителя с горизонтально расположенной общей осью, коаксиальный кольцевой канал, патрубки ввода и вывода жидкометаллического теплоносителя, плоскость выходного сечения патрубка подвода частиц от ускорителя выполнена в виде сечения, наклоненного под углом к плоскости, нормальной к оси патрубка подвода частиц от ускорителя, тангенс которого равен отношению произведения удельного веса жидкометаллического теплоносителя на полусумму диаметров патрубка и рабочей полости к разности величин давления в потоке жидкометаллического теплоносителя и в патрубке ускорителя.

Предлагаемая жидкометаллическая мишень, представленная на чертеже, содержит герметичный корпус 1, в котором размещена рабочая полость 2,

корпус 1 снабжен патрубком 3 ввода и патрубком 4 вывода теплоносителя, а также цилиндрическим патрубком 5 подвода частиц от ускорителя с горизонтально расположенной осью, внутри которого расположен коаксиальный кольцевой канал 6. С целью исключения затекания теплоносителя в ускоритель, в момент начала и прекращения циркуляции жидкого металла, полость выходного сечения патрубка 5 подвода частиц от ускорителя выполнена в виде сечения, наклоненного к плоскости, нормальной к оси патрубка, под углом а, тангенс которого равен отношению произведения удельного веса на диаметр патрубка к разности величин давления в потоке теплоносителя и в патрубке ускорителя.

где - удельный вес жидкого металла,

d - диаметр патрубка ускорителя,

Р_ж - давление в потоке теплоносителя,

Р_уск - давление в патрубке подвода частиц от ускорителя.

Ввод установки в действие.

Установку разогревают до температуры, превышающей температуру плавления жидкометаллического теплоносителя (свинца-висмута), и затем вводят в действие контур циркуляции жидкометаллического теплоносителя через мишень: теплоноситель поступает в патрубок 3 ввода, проходит через рабочую полость 2 и затем выходит через патрубок 4 вывода из корпуса 1. В момент начала циркуляции, когда фронт жидкого 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 сил гравитации в полость патрубка. Поток заряженных частиц по патрубку 5 попадает в рабочую полость 2, где взаимодействует с жидкометаллическим теплоносителем.

Вывод установки из действия.

Прекращают подачу заряженных частиц в мишень, затем прекращают прокачку теплоносителя через мишень. Остатки теплоносителя дренируют через патрубок 4 вывода 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.

Жидкометаллическая мишень, содержащая герметичный корпус, рабочую полость, патрубок подвода заряженных частиц от ускорителя с горизонтально расположенной общей осью, коаксиальный кольцевой канал, патрубки ввода и вывода жидкометаллического теплоносителя, отличающаяся тем, что плоскость выходного сечения патрубка подвода частиц от ускорителя выполнена в виде сечения, наклоненного под углом к плоскости, нормальной к оси патрубка подвода частиц от ускорителя, арктангенс которого равен отношению произведения удельного веса жидкометаллического теплоносителя на полусумму диаметров патрубка и рабочей полости к разности величин давления в потоке жидкометаллического теплоносителя и в патрубке ускорителя.