[发明专利]用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶结构，属于核能技术领域。

背景技术

ADS是加速器驱动次临界洁净核能系统（Accelerator Driven Sub-critical System）的缩写，它是利用加速器加速的高能质子与重靶核（如铅或钨等）发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂反应产生的中子作为中子源来驱动次临界包层系统，使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。

散裂靶是ADS系统中的一个重要部件，加速器产生的高能质子与散裂靶材料碰撞后，发生散裂反应，才能产生中子。中子作为中子源驱动次临界堆，使之维持链式反应，并嬗变核废料。

对于ADS系统，靶系统的功能就是将高能入射粒子流转变成为驱动次临界包层达临界的中子，对于靶的基本要求可以归结为以下几点：（1）结构紧凑，易于与包层相结合；（2）运行功率高，功率水平在10至100MW之间；（3）中子产额效率高；（4）可进行可靠和低廉的维护操作；（5）可进行安全和低危害的操作；（6）产生较少的废物。

从满足以上需求出发，现今认为熔融的液态铅和铅铋共熔合金（LBE）是目前较好的选择。对于铅铋共熔合金，其突出的问题是放射性产物，由于金属铋活化后产生的钋元素是一种化学毒性很强的放射性核素，并且钋易挥发，所以在事故工况下钋会在高温下从铅铋共熔合金中快速的挥发出来，造成严重的放射性后果。对于铅，其通过核反应产生钋的量极少，但铅必须工作在较高的温度之下，对于靶材的选择需要更多的实验研究来最终确定最优的选择。

散裂靶的设计有多种形式：（1）美国布鲁克海文国家实验室提出了许多加速器增殖靶的概念，包括钠冷快堆靶件、熔盐靶、气冷靶等概念；（2）欧核中心团队概念设计方案——“能量放大器”采用液态铅靶；（3）比利时MYRRHA计划采用液态无窗铅铋共熔合金散裂靶；（4）欧盟XT-ADS计划通过无窗的方式轰击液态铅铋金属散裂靶；（5）意大利TRIGA计划结合处于次临界状态的TRIGA反应堆使用一个固体钨靶；（6）意大利TRASCO计划使用加压铅铋共熔合金散裂靶。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶。以解决ADS系统中采用气冷堆方案后，提供一种可靠的固体散裂靶结构，保证能够满足ADS系统对散裂靶的要求，并能够承受一定压力、承受温度变化。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案，一种用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶，其主要特点在于：包括有在质子束流通道的内腔端头设有靶体，在靶体上设有多排冷却通孔，在多排冷却通孔的一端设有氦气入口联箱，氦气入口联箱与氦气入口联箱连接管连接；在另一端设有冷却氦气出口联箱，氦气出口联箱与氦气出口联箱连接管连接。

所述的用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶，所述的靶体上设有的多排冷却通孔为在水平的两个方向上的多排圆孔，分别在一端连接氦气入口联箱、在另一端连接冷却氦气出口联箱。

所述的用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶，所述的氦气入口联箱、氦气出口联箱在箱体的上方设有连接接头，在与靶体连接的端面上设有与靶体多排冷却通孔一一对应的通孔。

所述的用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶，所述的靶体为长方体或正方体。

所述的用于加速器驱动次临界核能系统的固体散裂靶，所述的靶体、氦气入口联箱，氦气入口联箱连接管、冷却氦气出口联箱与出口联箱连接管采用的材料为固体钨。

本发明的有益效果是固体散裂靶结构，容易加工制造，由于采用同一种材料，焊接比较容易，结构满足ADS系统对散裂靶提出的其他功能方面的要求，如（1）靶材料要具有比较高的寿命，靶方便进行冷却，带出嬗变产生的热量。采用本发明的固体散裂靶结构，冷却剂既可以采用与反应堆一样的氦气，也可以采用其他液体进行冷却，散裂靶的整体设计上更加灵活；（2）结构紧凑，易于与包层相结合；（3）运行功率高，功率水平在10至100MW之间；（4）中子产额效率高；（5）可进行可靠和低廉的维护操作；（6）可进行安全和低危害的操作；（7）产生较少的废物。

附图说明

图1为本发明主视示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明所述散裂靶长方体靶体的立体示意图；

图4为本发明冷却氦气入口联箱、冷却氦气出口联箱的立体示意图。

具体实施方式