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一种适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统.pdf

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一种 适用于 聚变 中子源 高载热靶 系统
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摘要
申请专利号:

CN201611223179.2

申请日:

2016.12.27

公开号:

CN106683736A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G21G 4/02申请日:20161227|||公开
IPC分类号: G21G4/02 主分类号: G21G4/02
申请人: 中国科学院合肥物质科学研究院
发明人: 吴宜灿
地址: 230031 安徽省合?#36866;?#34560;山区蜀山湖路350号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 合?#36866;?#19978;嘉专利代理事务所(普通合伙) 34125 代理人: 王伟
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611223179.2

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2018.05.01|||2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种氘氚聚变中子源的高载热靶系统,包括氘束流、束流扫描驱动装置、靶片、靶片驱动装置、冷却结构、冷却介质、冷却介质循环系统、束流传输腔室、冷却介质动密封结构、真空动密封结构;束流扫描驱动装置用于驱动氘束流移动;氘束流位于束流传输腔室内移动;靶片驱动装置驱动靶片移动;靶片设置在氘束流的移动路径上;氘束流轰击所述靶片形成的靶点;冷却结构设置在靶点所在的靶片区域;冷却介质填充在冷却结构内;冷却介质通过所述冷却介质循环系统实现循环,利用该发明可实现强流氘氚聚变中子源的氚靶系统在承受大于100kw/cm2的氘束流轰击下,维持靶面温度小于200℃,保证氚靶系统的稳定正常运行,进而产生中子源强达1013??1015n/s的14MeV高能聚变中子。

权利要求书

1.一种适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:包括氘束流(9)、束流扫
描驱动装置(10)、靶片(1)、靶片驱动装置(6)、冷却结构(2)、冷却介质(4)、冷却介质循环系
统(11)、束流传输腔室(8)、冷却介质动密封结构(5)、真空动密封结构(7);
所述束流扫描驱动装置(10)用于驱动氘束流(9)移动;
所述氘束流(9)位于束流传输腔室(8)内移动;
所述靶片驱动装置(6)驱动靶片(1)移动;
所述靶片(1)设置在氘束流(9)的移动路径上;
所述氘束流(9)轰击所述靶片(1)形成的靶点(3);
所述冷却介质(4)填充在冷却结构(2)内;
所述冷却介质(4)通过所述冷却介质循环系统(11)实现循环。
2.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述束
流扫描驱动装置(10)驱动氘束流(9)的移动路径呈现圆、直线、曲线中的一种或多种组合状
态。
3.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述靶
片驱动装置(6)驱动靶片(1)呈?#20013;?#36716;、摆动、直线往复运动中的一种或多种组合状态。
4.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述束
流扫描驱动装置(10)内设置有磁场单元,并通过磁场单元的磁场驱动带电氘束流(9)。
5.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述靶
片驱动装置(6)为带传动(61)、齿轮传动(62)、气动传动(63)、电机直连(64)方式中的一种
或多种组合。
6.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:可冷却
结构(2)为直喷型(21)、阵列射流/喷雾(22)、细通道(23)方式中的一种或多种组合实现。
7.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述冷
却介质(4)为水、液态金属、纳米流体、低温气体中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述冷
却介质动密封结构(5)为配合停车密封的迷宫密封(51)、配合停车密封的离心密封(52)、机
械密封(53)、配合停车密封的螺旋密封(54)方式中的一种或多种组合实现。
9.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述真
空动密封结构(7)可通过轴承分离式磁流体密封结构(71)、蜂窝密封结构(72)、配合停车密
封的分子牵引动密封结构(73)的一种或多种组合。
10.根据权利要求1所述的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,其特征在于:所述
靶片(1)的材料为铜、铜合金、金刚石、石墨中的一种或多种组合。

说明书

一种适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统

技术领域

本发明涉及氘氚聚变中子源的高载热靶系统。通过该发明可实现氚靶系统在承载
大于100kw/cm2的氘束流轰击的同时保持靶片的?#31995;?#28201;度小于200℃,进而产生14MeV高能
聚变中子。

背景技术

超高流强氘氚聚变中子源利用加速器产生的高能强流氘束流轰击氚靶,发生氘氚
聚变反应产生14MeV单能中子,氚靶系统是此类中子源的核心部件,氚靶系统的性能直接决
定了中子源性能的核心参数—中子产额和运?#24418;?#23450;性。超高流强氘氚聚变中子源的靶片,
通常采用导热性能良好金属作为底衬,在厚度为毫米量级的底衬表面上镀膜,然后利用膜
吸附氚或氘,从而将氚或氘固定在靶片上。影响氚靶系统稳定运行最关键的因素是如何控
制靶点的?#31995;?#28201;度。当强流氘离子束轰击氚靶时,根据中子源强的不同,所需的氘束流的能
量和流强也不同,例如针?#38405;?#21069;较常规的到靶能力为400keV的中子源,为获得1×1012n/s中
子源强,氘束流的流强需要最达到5mA,氘束流能量为2kw;为获得1×1013n/s中子源强,氘束
流的流强需要最达到50mA,氘束流能量为20kw;为获得1×1014n/s中子源强,氘束流的流强
需要最达到500mA,氘束流能量为200kw;中子源的氘氚反应中,氘氚反应消耗的能?#31354;?#26463;流
能量的比例很小,绝大部分作为热量沉积到靶片上,针对中子源的实验需要,氘束流的束斑
?#26412;?#19968;般为1~5cm,因此,针?#22278;?#21516;源强的中子源,靶片所需要承受的氘束流轰击的热流密
度为2kw/cm2至100kw/cm2及以上,针对如此高的热量沉积,如果对靶片没有做到有效的冷
却,靶片会瞬间融化,同时针对固态吸氘或吸氚靶片,一旦靶片温度超过200℃,靶片中的氚
或氘会大量释放,不仅使得中子产额与氚靶片寿命的直线下降,而且放射性的氚会增加氚
净化系统的负担,造成潜在的环境污染风险。因此靶片在承受高热流密度情况下保持靶片
?#31995;?#28201;度是中子源靶系统设计的关键问题,也是超高流强氘氚聚变中子源提高中子产额、
增加运?#24418;?#23450;性的保障。

随着先进核能与核技术应用的发展,现有聚变中子源越来越难以满足聚变能、裂
变能、国防、核技术利用等领域?#25214;?#22686;长的实验需求。尤其是中子产额在1014-1015n/s量级
的超高流强聚变中子源将是开展聚变中子学实验来验证聚变中子输运理论、完善?#31169;?#38754;数
据的有力工具,是实现聚变堆材料辐照测试,研究结构材料、绝缘材料、诊断部件等在高流
强聚变中子辐照环境下的性能变化趋势及机理的不可代替手段,是聚变堆走向工程应用前
解决聚变中子学及相关核技术问题的必要实验平台。具体举例如下:以聚变材料辐照实验
为例,国际热核实验堆ITER赤道面第一壁中子负载达到0.78MW/m2,对应聚变中子通量?#22025;?br />4×1013n/s·cm2,结构材料所承受的辐照剂量在国际热核聚变实验堆ITER装置中?#22025;?~
3dpa(ITER实际D-T燃烧时间仅为2.3%),在聚变商用堆中可高达150dpa以上。要开展聚变
材料辐照损伤机理研究,获得有参?#25216;?#20540;的研究结果,要求辐照空间内的中子通量与ITER
第一壁处相当,材料辐照剂量至少达到1dpa量级。若使用现有的流强为1012n/s量级的中子
源,中子通量最大处约1011n/s·cm2量级,辐照时间约需要100年,而如果用流强为1014n/s量
级的中子源则中子通量最大可达1013n/s·cm2量级以上,只需要1年时间。因此,即便仅是
14MeV中子?#22278;?#26009;的辐照损伤的机理研究,基于现有中子源也难以开展。同时超高流强聚变
中子源也可在核医学与放射治疗、核测井与探矿、同位素生产、中子照相和中子活化分析等
国民经济和人民生活直接相关的领域实现研究应用。如快中子照相技术:快中子具有更强
的穿透能力,能?#29615;治?#22823;尺度复杂器件中元素的空间分布和材料结构差异等信息,可满足
航空航天、核材料和军工等领域需求;医用同位素生产:利用强流氘氚中子源可使用低浓缩
铀靶或98Mo靶生产医用放射性核素99mTc,监管成本低且生产灵活,具有广阔的应用前景;快
中子活化分析技术:利用快中子活化高精度测定痕量元素(如O、Si、P、Te、Pb等),满足在冶
金、生物、环?#22330;?#22320;质和考古等各方面的应用需要。

目前国内外中子源靶系统为保持靶片的温?#21364;?#20110;?#24066;矸段?#20869;,一般的解决方案为
采用氘束流固定不动,偏心?#20013;?#36720;击靶片,靶片一定的速度(800~1100rpm)进行高速旋转,
同时靶片背后使用水进行的方式,进行实时冷却从而使得靶片的温度保持在?#24066;矸段?#20869;。
该解决方案制约于旋转速度的提高有限度和冷却结构的散热能力,以及水对中子的慢化,
因此目前仅能最高满足约1012n/s的中子的产生。针对更高中子源强的实验需要,目前的解
决方案无法实现。

基于现有的解决方案,在靶片承受高于100kw/cm2的热量沉积时,需要大幅度增大
靶片?#26412;?#21644;提高靶片转速,减少单点承受热量的时间,以及提高水冷结构的散热能力,根据
数?#30340;?#25311;分析结果,针对靶片承受100kw/cm2热量沉积,需要靶片?#26412;?#33267;少达到500mm,转速
达到约10000rpm,针?#28304;?#31867;高指标参数,现有的解决方案无法完全满足,且转速的提高及靶
片?#26412;?#30340;加大对靶片散热的有效效果存在极限值(转速和靶片?#26412;?#36798;到一定量级,靶片承
受热量的时间内水冷结构将无法及时进行散热),靶系统仅仅采用带传动驱动?#26412;对?00mm
的靶片旋转,转速?#22025;?100rpm,转速继续提高,仅仅使用带传动无法达到预期转速,不仅为
出?#21046;?#24102;打滑,传动效?#23454;?#19979;等问题,同时大?#26412;?#34180;靶片(针对实验需求,靶片的厚度一般
为数毫米量级)在高速旋转下高压力作用下(目前的水冷方式对靶片会造成大于0.8MPa的
压力加载)的结构稳定?#28304;?#22312;很大问题。

针对源强更高的中子源靶系统,基于现有的解决方案,其动密封同样存在较大的
问题,氘束流在传输过程中,需要保持一定的真空度,一般为10-3Pa~10-5Pa之间,因此需要
在运动的靶系统与静止的加速器之间使用真空动密封结构,同样,针对运行的靶系统,需要
使冷却介质动密封,防止冷却介质高速旋转的靶系统中泄漏至外部,一方面泄漏的冷却介
质会影响其他系统的正常运行,同时是渗透有放射性氚的冷却介质的泄漏会造成环境污染
和难以回收,基于现有的解决方案,冷却介质均为水。

目前的真空动密封结构有耐磨式填料密封和磁流体密封两种,仅仅使用填料密封
作为真空动密封结构,无论使用何种材料,均存在使用寿命短,需要定期更换的缺点,针对
靶系统,定期更?#36824;?#38190;部件会造成人员辐射防护困?#36873;?#25918;射性废物增加等问题,目前使用的
磁流体密封结构为传统结构,即轴承与磁流体密封一体,一般轴承对称分?#21058;?#20391;,中间安装
有磁铁,磁铁的磁场作用将动、静部件之间的狭缝沟槽内的磁液进行束缚,达到密封的效
果,磁流体密封是真空动密封的一种较好的解决方案,但此种结构同样存在局限性,在?#31995;?br />转速(3000rpm以下)的系统中,磁流体可以起到很好的密封作用,当转速提高或者旋转轴直
径加大,动密封处的线速度增大,会直接达到部件、轴?#24418;?#24230;升高,现有的磁流体结构中的
冷却很难冷却到密封界面处,磁流体液的耐热温度一般为120℃,轴承的温?#21364;?#36882;给磁液和
磁铁,会直接导致磁液蒸发或磁铁退磁,失去密封效果。

目前的冷却介质动密封结构基本上使用加长真空室长度和增大冷却腔,使水进行
自由回落,配合部分填料密封作为辅助,同样如上所说,填料密封并不适合中子源的靶系
统,到转速过高时,采用水自由回落的方式同样不可取。

同样,现有的解决方案中靶片的冷却采用的是水作为冷却介质,靶片背面使用直
喷水结构,即使用一定压力的水对靶片进?#20449;?#23556;,此种结构简单,但对流换热效?#24335;?#20026;3kW/
m2·K左右,基于传热学的计算计算公式可知,针对100kw/cm2的热量沉积,此水冷结构无法
满足要求。

另外,目前的中子源靶系统中的靶片目前材料铜材料,铜的导热能力很好,但同样
铜的机械强度?#31995;停?#24403;靶片的?#26412;对?#22823;和转速提高时,靶片的机械稳定性很难得到保证。

针对源强更高的中子源,现有的解决方案已无法满足使用要求,针对现有技术的
问题,本发明提出一系列解决方案,可是适用于中子产额达到1013-1016n/s的中子源的靶系
统设计。

发明内容

针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种适用于氘氚聚变中子源的高载热
靶系统,主要用于超高强流氘氚聚变中子源高能中子的产生与200℃温度限制下大于
100kw/cm2的高密?#28909;?#37327;的移除。

本发明解决技术问题采用如下技术方案:

一种适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,包括氘束流、束流扫描驱动装置、靶
片、靶片驱动装置、冷却结构、冷却介质、冷却介质循环系统、束流传输腔室、冷却介质动密
封结构、真空动密封结构;

所述束流扫描驱动装置用于驱动氘束流移动;

所述氘束流位于束流传输腔室内移动;

所述靶片驱动装置驱动靶片移动;

所述靶片设置在氘束流的移动路径上;

所述氘束流轰击所述靶片形成的靶点;

所述冷却结构设置在靶点所在的靶片区域;

所述冷却介质填充在冷却结构内;

所述冷却介质通过所述冷却介质循环系统实现循环。

本发明还存在以下特征:

所述束流扫描驱动装置驱动氘束流的移动路径呈现圆、直线、曲线中的一种或多
种组合状态。

所述靶片驱动装置驱动靶片呈?#20013;?#36716;、摆动、直线往复运动中的一种或多种组合
状态。

所述束流扫描驱动装置内设置有磁场单元,并通过磁场单元的磁场驱动带电氘束
流。

所述靶片驱动装置为带传动、齿轮传动、气动传动、电机直连方式中的一种或多种
组合。

可冷却结构为直喷型、阵列射流/喷雾、细通道方式中的一种或多种组合实现。

所述冷却介质为水、液态金属、纳米流体、低温气体中的一种或多种。

所述冷却介质动密封结构为配合停车密封的迷宫密封、配合停车密封的离心密
封、机械密封、配合停车密封的螺旋密封方式中的一种或多种组合实现。

真空动密封结构可通过轴承分离式磁流体密封结构、蜂窝密封结构、配合停车密
封的分子牵引动密封结构的一种或多种组合。

靶片的材料为铜、铜合金、金刚石、石墨中的一种或多种组合。

与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:利用该发明可实现强流氘氚聚变中
子源的氚靶系统在承受大于100kw/cm2的氘束流轰击下,维持靶面温度小于200℃,保证氚
靶系统的稳定正常运行,进而产生中子源强达1013-1016n/s的14MeV高能聚变中子。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统的结构示意图;

图2是采用带传动实施例的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结构图;

图3是采用齿轮传动实施例的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结构图;

图4是采用气动传动实施例的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结构图;

图5是采用电机直连装置实施例的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结构
图;

图6是采用轴承分离式磁流体密封方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载
热靶系统结构图;

图7是采用蜂窝密封方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结构
图;

图8是采用分子牵引动密封方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系
统结构图;

图9是采用迷宫密封方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结构
图;

图10是采用离心密封方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结
构图;

图11是采用机械密封方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结
构图;

图12是采用螺旋密封方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统结
构图;

图13是采用直喷型冷却方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统
结构图;

图14是采用阵列射流/喷雾水冷却方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载
热靶系统结构图;

图15是采用细通道冷却方式实施例中的适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统
结构图。

其中,1-靶片;2-冷却结构;3-靶点;4-冷却介质;5-冷却介质动密封结构;6-靶片
驱动装置;7-真空动密封结构;8-束流传输腔室;9-氘束流;10-束流扫描驱动装置;11-冷却
介质循环系统;61-带传动装置;611-从带轮;612-主带轮;613-传动带;614-电机;8-束流传
输腔室;62-高速齿轮传动装置;621-从动齿轮;622-主动齿轮;623-传动轴;624-联轴器;
625-电机;8-束流传输腔室;63-气动传动装置;631-气动转子;632-进气腔;633-排气腔;
64-电机直连传动装置;641-传动轴;642-动密封组件;643-电机;71-轴承分离式磁流体密
封结构;712-磁液;713-磁铁;72-蜂窝动密封装置;721-密封定子;722-蜂窝孔;73-分子牵
引动密封装置;731-密封转子;732-自成形密封件;733-密封螺旋槽;734-排气口;51-迷宫
密封装置;511-迷宫齿;512-定子;52-离心密封装置;521-密封?#29301;?22-甩油盘;523-回流
孔;53-机械密封装置;531-动环;532-静环;21-直喷型冷却结构;211-进入口;212-排出口;
22-阵列射流/喷雾冷却结构;221-进入口;222-喷头;223-排出口;23-细通道冷却结构;
231-进入口;232-衬底;233-细通道流道;234-排出口。

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1至图15,对本发明的结构特征详述如下:

一种适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统,包括氘束流9、束流扫描驱动装置
10、靶片1、靶片驱动装置6、冷却结构2、冷却介质4、冷却介质循环系统11、束流传输腔室8、
冷却介质动密封结构5、真空动密封结构7;

所述束流扫描驱动装置10用于驱动氘束流9移动;

所述氘束流9位于束流传输腔室8内移动;

所述靶片驱动装置6驱动靶片1移动;

所述靶片1设置在氘束流9的移动路径上;

所述氘束流9轰击所述靶片1形成的靶点3;

所述冷却结构2设置在靶点3所在的靶片1区域;

所述冷却介质4填充在冷却结构2内;

所述冷却介质4通过所述冷却介质循环系统11实现循环。

所述束流扫描驱动装置10驱动氘束流9的移动路径呈现圆、直线、曲线中的一种或
多种组合状态。

所述靶片驱动装置6驱动靶片1呈?#20013;?#36716;、摆动、直线往复运动中的一种或多种组
合状态。

所述束流扫描驱动装置10内设置有磁场单元,并通过磁场单元的磁场驱动带电氘
束流9。

结合图2至图5所示,所述靶片驱动装置6为带传动61、齿轮传动62、气动传动63、电
机直连64方式中的一种或多种组合。

结合图13至图15所示,冷却结构2为直喷型21、阵列射流/喷雾22、细通道23方式中
的一种或多种组合实现。

所述冷却介质4为水、液态金属、纳米流体、低温气体中的一种或多种。

结合图8至图12所示,所述冷却介质动密封结构5为配合停车密封的迷宫密封51、
配合停车密封的离心密封52、机械密封53、配合停车密封的螺旋密封54方式中的一种或多
种组合实现。

结合图6和图7所示,所述真空动密封结构7可通过轴承分离式磁流体密封结构71、
蜂窝密封结构72、配合停车密封的分子牵引动密封结构73的一种或多种组合。

所述靶片1的材料为铜、铜合金、金刚石、石墨中的一种或多种组合。

上述的靶片1由厚度较薄、导热性能良好的金属或合金作为衬底,在衬底表面镀覆
一层Ti膜,Ti膜高温下吸氚后用于氘氚反应,氘束流9?#20013;?#36720;击靶片,氘?#27674;?#29255;1上的氚发生
反应产生14MeV高能中子。

氚靶系统在运行过程中,靶片1承受高热量密度,靶片1的工作温度为200℃,因此,
为保证靶片1的温度控制在?#27573;?#20869;,靶片1背后使用高效的冷却结构2对靶片进行实时冷却
散热。

上述的束流传输腔室8为空?#33041;?#26609;体或圆锥体,用于氘束流9传输,为了保证氘束
流9的传输效?#21097;?#26463;流传输腔室8内必须保持好于10-4Pa的真空度,束流传输腔室8?#27674;?#29255;1固
定一起。

上述的靶片1与束流传输腔室8在运动过程中,靶片1背后的冷却结构2固定不动,
因此,冷却介质动密封结构5用于实现靶片1与束流传输腔室8在运动过程中,冷却介质4的
动密封,保证冷却介质4的零泄漏,不会污染环境以及影响设备正常运行。

上述的靶片驱动装置6用于驱动靶片1与束流传输腔室8以一定的路径进行?#20013;?#36816;
动,有多种实?#20013;?#24335;。

靶片1与束流传输腔室8在运动过程中,为了保证氘束流9的传输效?#21097;?#26463;流传输腔
室8内必须保持好于10-4Pa的真空度,因此,真空动密封结构7用于保证束流传输腔室8与加
速器之间的气体的动密封。

所述带传动装置61中,电机614驱动主带轮612运动,进而通过连接于主带轮612和
从带轮611的传动带613驱动从带轮611运动,从带轮611固定于束流传输腔室8,从而驱动束
流传输腔室8和靶片1运动。

所述高速齿轮传动装置62中,电机625通过联轴器624连接传动轴,驱动主动齿轮
622运动,主动齿轮622驱动从动齿轮621旋转,进而驱动束流传输腔室8运动。气动传动装置
63:进气腔632内通入的高压气体驱动气动转子631旋转,气动转子631采用连接过整体加工
的形式与束流传输腔室8形成一体,从而驱动束流传输腔室8的运动;工作气体?#20248;?#27668;腔633
排出。

所述电机直连传动装置64中,电机643通过传动轴641?#27674;?#29255;1固定,直接驱动靶片
1和束流传输腔室8运动,动密封组件642用于对旋转的传动轴641与固定的冷却结构2之间
的冷却介质4的密封。

所述迷宫密封装置51中,定子512的转轴周围设若干个?#26469;?#25490;列的环行迷宫齿
511,齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔,被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产
生节流效应而达到阻漏的目的。实现束流传输腔室8运动时,冷却介质4通过冷却结构2对靶
片1进行冷却,冷却后的冷却介质通过迷宫密封装置51被阻隔在集水器中,实现冷却水动密
封。

所述离心密封装置52中,束流传输腔室8运动时,冷却介质被固定于束流传输腔室
8上的甩油盘522所阻挡,并在离心力作用?#28388;?#21040;密封盖521上,最后经回流孔523流出箱内,
达到密封目的。

所述机械密封装置53中,机械密封装置53主要由动环531和静环532组成,动环531
固定于旋转的束流传输腔室8上,静环532固定于固定的冷却结构2上,当束流传输腔室8运
动时,在一定的压差环境下,动环531和静环532之间形成稳定的液膜,阻止冷却介质4泄露。

所述螺旋密封装置54中,束流传输腔室8运动时,冷却介质4螺旋密封槽541中,旋
向与束流传输腔室8的旋转方向相反的螺旋密封槽541将冷却介质4反向压回冷却结构2中。

所述轴承分离是磁流体动密封结构71中,束流传输腔室8外缘刻有一系列细小沟
槽,沟槽内填充有磁液712,磁液712在磁铁713的磁场束缚下填满束流传输腔室8与磁流体
真空动密封结构71之间的空隙,起到阻止空气进入束流传输腔室8的作用流。蜂窝动密封结
构72:密封定子721的内表面由一系列正六面体形状的蜂窝孔721,当轴系运动时,气流成螺
旋方式向前流动,在特殊气流流经蜂窝孔722时,?#29615;?#31389;孔722所分解,?#29615;纸?#30340;气流在网格
的微小空间形成一气旋,可以高效地阻止介质向外流动。分子牵引真空动密封结构73:密封
转子与束流传输腔室8固定在一起运动,开机运行前,自成形密封件732与密封转子731间采
用过盈配合,经过一段时间的旋转运行,通过自成形密封件732与密封转子731的相互摩擦,
形成无法通过装配完成的微米量级的密封间隙,间距极小的一级密封间隙阻止了大部分的
气体进入,少量泄露气体进入密封螺旋槽733内,密封螺旋槽733刻于运动的密封转子731
上,当密封转子731最高线速?#21364;?#25509;近气体分子热运动的速度,运动的密封转子731将动量
传递给气体分子,气体分子在密封螺旋槽733内被牵引沿着螺旋槽至排气口734,通过外接
真空泵将大部分气体抽走,从而达到阻止气体进入束流传输腔室8内的目的。

所述直喷型冷却结构21中,具有一定压力的冷却介质4自进入口211喷入,喷射在
靶片1背面并四周散开,对靶片1进行实时冷却,然后自排出口212流出。

所述阵列射流/喷雾冷却结构22中,冷却介质4自进入口221进入,然后通过阵列排
布于靶片1背面的喷头222以一定压力快速喷向靶片1背面,对靶片1形成高效换热,将靶片1
的热量及时带走,然后冷却介质4自排出口223排出,然后循环使用。

所述细通道冷却结构23中,?#27674;?#29255;1同尺寸的衬底232上刻有毫米量级的细通道流
道233,靶片1与衬底232无缝?#30701;?#21512;在一起,细通道流道233在靶片1与衬底232之间形成封
闭空间,高效换热液态冷却介质自进入口231进?#27674;?#29255;1与衬底232之间的细通道流道233循
环,对靶片1进行实时冷却,然后自排出口234排出,将热量带走。

本发明未详细阐述的部?#36136;?#20110;本领域公知技术。

本发明未详细阐述部?#36136;?#20110;本领域公知技术。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的?#38468;冢?#32780;且在
不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论
从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的?#27573;?#30001;所附权
利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和?#27573;?#20869;的所有
变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包
含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。

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本文标题:一种适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统.pdf
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