[发明专利]散裂靶件的自由液面形成构件及自由液面形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及高放射性废物处理的散裂靶件，更具体地说，涉及一种散裂靶件的自由液面形成构件及自由液面形成方法。

背景技术

人们在享受核电带来的巨大好处的同时，也不得不面对核电产生的核废料尤其是长寿命核废料的处理、处置难题。

为此出现了对核废料进行处理的次临界驱动系统(ADS)，该系统包括质子加速器、外源中子产生靶和次临界反应堆。由加速器产生的质子束流轰击设在次临界堆中的重金属散裂靶件(如液态铅或铅铋合金)，引起散裂反应，为次临界堆提供外源中子。

现有的次临界驱动系统的无窗结构散裂靶件的典型结构如图1所示，该散裂靶件大致呈圆柱状，侧壁设有多层流道1。多层流道1的下部为收缩段，形成环形的流动喷嘴2。

液态金属流体从散裂靶件的上部沿筒内的流道1向下流动，由于流体是贴壁下降流动的，当流体到达收缩段时，呈液膜状下流的流体会汇聚一起，从而形成一个完整的自由液面。

在这种无窗结构散裂靶件设计中，流体是通过环状的多层流道1向下流入靶件区，由于入流是靠喷嘴2来控制的，因此，自由液面的形成与如流的流速，喷嘴2的间隙尺寸，以及喷嘴2本身的形状，均有关系。在技术上需要非常精细的设计，难以形成稳定且理想的自由液面，而该自由液面的不稳定，会对散裂靶件的工作造成不利影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的散裂靶件形成的自由液面不稳定的缺陷，提供一种能够提供可靠的自由液面的散裂靶件的自由液面形成构件。

本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种可形成可靠自由液面的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种散裂靶件的自由液面形成构件，包括靶件主体，所述靶件主体中设有贯通的流体通道，所述流体通道包括连续的圆柱段和渐扩段；在所述圆柱段的进口位置处设置有叶轮，所述叶轮的轴线与所述圆柱段的轴线平行，并且所述叶轮具有若干倾斜设置的叶片。

在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述圆柱段与所述渐扩段的长度比例为3∶1-7∶1。

在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述叶片包括连续的导入段以及倾斜段；所述导入段与所述叶轮的轴线方向相平行；所述倾斜段与所述叶轮的轴线方向形成一定夹角。

在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述叶轮包括供所述叶片安装在外围的芯轴，所述芯轴位于所述叶轮下游侧的一端为圆锥状。

在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述叶轮通过安装支架安装在所述靶件主体的圆柱段内。

在本发明的散裂靶件的自由液面形成构件中，所述安装支架为设置在所述圆柱段的进口位置处的十字支架；所述叶轮的芯轴通过紧固件安装在所述十字支架上。

本发明还提供一种使用上述任一散裂靶件的自由液面形成构件的自由液面形成方法，包括以下步骤：

S1：入流流体从靶件主体的圆柱段的进口流入所述靶件主体；

S2：入流流体在叶轮的倾斜设置的叶片的作用下产生旋动，获得切向的速度分量；

S3：获得切向速度分量的流体继续在所述圆柱段内向上流动，到达渐扩段时，在切向速度的作用下，流体沿渐扩段侧壁流动，并在离心力作用下，流体获得径向速度分量，并在该径向速度分量作用下，离开所述靶件主体，形成中间低、四周高的自由液面形状。

在本发明的自由液面形成方法中，通过改变入流流体的入流速度，来改变形成的自由液面形状。

实施本发明具有以下有益效果：本发明通过叶轮使得入流流体具有切向的速度分量，并在离心力作用下，流体获得径向速度分量，并在该径向速度分量作用下，离开所述靶件主体，形成中间低、四周高的自由液面形状；自由液面的形状可以通过调节叶轮的结构来实现，因此容易获得理想的自由液面；而且，由于径向速度的控制是由叶轮来控制，因此不论入流流速高低，均可以获得稳定的自由液面。另外，现有技术环形喷嘴的制造精度要求高，而叶轮技术在工业上的广泛应用，其技术成熟度及制造难度，较环形喷嘴的要求要低，从而降低了装置的研发难度及制造难度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的无窗结构散裂靶件的典型结构示意图；

图2是本发明散裂靶件的自由液面形成构件的结构示意图；

图3是本发明散裂靶件的自由液面形成构件的叶轮的结构示意图；

图4是本发明散裂靶件的自由液面形成构件在不同入流流速的自由液面形状示意图。

具体实施方式