[发明专利]一种用于散裂中子源的反射体

说明书

本发明涉及散裂中子源技术领域，尤指一种用于散裂中子源的反射体；反射体整体呈阶梯圆柱体状，主要包括通过长螺栓连接的反射体下段、连接环、反射体中段和反射体上段，连接环用于连接反射体下段和反射体中段下部；本发明针对目前我国的散裂中子源装置建设的实际情况，为我国散裂中子源装置量身定制的反射体，使之适用于我国现状的中子源，本发明的反射体所采用的零部件结构满足其在散裂中子源中的各项物理需求，零部件可实现加工制造，安装定位准确，在运行过程中可实时监测反射体下段内部温度，防止局部温度过高对材料的影响；本发明使用寿命长并可进行遥控维护，服役期满后可通过遥控操作实现远程拆卸与吊装，实现整个插件的远程维护操作。

技术领域

本发明涉及散裂中子源技术领域，尤指一种用于散裂中子源的反射体。

背景技术

中子和X射线都是人类探索物质微观结构的有力手段。与核反应堆中子源相比，散裂中子源具有许多独特的性能：更高的脉冲通量，丰富的高能短波中子，优越的脉冲时间结构，较低的本底，且不使用核燃料，只产生极少量活化产物。

目前，世界上正在运行或建造的脉冲式散裂中子源主要有美国的SNS、日本的J-PARC 、英国的ISIS和欧洲散裂中子源ESS等。美国橡树岭国家实验室具有一台设计束流功率为1.4 MW 的散裂中子源SNS。项目总投资14 亿美元，于2006年建成并投入使用。日本原子能研究机构与高能加速器研究机构合建了强流质子加速器研究联合装置J-PARC，工程总投资约18 亿美元，于2008年建成并投入使用。英国卢瑟福实验室的散裂中子源ISIS已良好运行20年，其第一靶站的谱仪接近饱和，因此于2003 年开始第二靶站建设。现在每年用户逾2000人，是迄今为止世界上最成功的脉冲散裂中子源。正在建设中的欧洲散裂中子源ESS将建设世界最长的质子直线加速器，602m长的直线加速器产生的质子束打击氦冷却的旋转钨靶，产生高通量宽波长范围的冷中子束流。简而言之，每个散裂中子源都必须有一台反射体，但由于各个散裂中子源的功率不同，反射体的结构也是无法相提并论。

目前，中国散裂中子源（china spallation neutron source, 以下简称“CSNS”）装置建设的主要内容包括：一台80MeV负氢离子直线加速器、一台1.6GeV快循环质子同步加速器、两条束流输运线，一个靶站和3台谱仪及相应的配套设施。

慢化器反射体系统为CSNS 靶站的核心设备之一，包括三个慢化器（退耦合窄化液氢慢化器、退耦合水慢化器和耦合液氢慢化器）和反射体插件。反射体插件位于靶站的中心位置，包围着靶体和慢化器。

高能质子轰击靶体发生散裂反应，产生高能中子。这些中子进入慢化器后能量降至适合中子散射的能量区域，一部分中子从慢化器可视面发射，进入中子束孔道，供中子散射实验使用。慢化器周围布置有反射体，反射体具有较大宏观散射截面，可以将部分从靶逸出而未进入慢化器或穿过慢化器的快中子再反射回到慢化器中，从而提高了慢化器的效率。中子在反射体中输运时将经历多次碰撞，也得到一定程度的慢化，同时还可发生(n，2n)反应而产生一定的新生中子。因此，反射体插件集反射、慢化和产生新中子的能力为一体，具有重要作用。CSNS中采用铍－不锈钢反射体，其中不锈钢反射体将同时起到反射和屏蔽的作用。

为了避免出现放射性射线的直缝泄露，反射体插件采用不等径圆柱体的外观结构形式，各圆柱体之间通过长螺栓实现相互连接。慢化器及其低温管路和反射体之间是可以分拆的机械连接结构，这样设计可以方便地实现制造和试运行阶段对慢化器及其管路的独立检测。由于核辐射热的作用，反射体下段和中段下部均设计有冷却流道，中段上部和上段为实心不锈钢锻件结构，主要起屏蔽作用。

反射体插件下段是一个结构复杂的铝合金容器，其核心安装铍反射体，铍反射体外是不锈钢反射体。铝容器及其内部反射体之间设计有冷却介质流道，冷却介质为轻水。正常运行中，换热壁面最高温度不超过90℃，冷却水出口水温不超过45℃。