УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МИШЕНИ ПРОТОННОГО УСКОРИТЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам охлаждения мишеней для получения радиоактивных нуклидов, используемых в ядерной медицине. [G21G 1/00, Н05Н13/00]
Из уровня техники известен ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР [US 4666651 (A), опубл. 19.05.1987 г.], содержащий источник заряженных частиц с уровнем энергии, равным по меньшей мере 15 МэВ, мишень, состоящую из двух элементов дейтерида лития, толщина которых такова, что под воздействием заряженных частиц образуются нейтроны с энергией  до 15 МэВ, в основном в прямом направлении, и целевое охлаждающее устройство для циркуляции газа, который не вступает в химическую реакцию с дейтеридом лития.
Недостатком данного аналога является использование воздушного охлаждения для отведения тепла от мишени, которое характеризуется небольшой удельной мощностью теплоотвода на единицу площади, что препятствует использовать известное техническое решение с источниками заряженных частиц с энергией 70 и более МэВ.
Также из уровня техники известен НЕЙТРОНОПРОДУЦИРУЮЩИЙ МИШЕННЫЙ УЗЕЛ С МИШЕНЬЮ, ПЕРЕМЕЩАЕМОЙ ОТНОСИТЕЛЬНО ПОТОКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ - ПРОТОНОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ УСКОРИТЕЛЕМ [US 4582667 (A), опубл. 15.04.1986 г.], содержащий подвижную мишень с активным материалом, на котором производится ядерная реакция, выполненную в форме вращающегося диска, корпус для размещения мишени с входным окном, предназначенным для ввода заряженных частиц от ускорителя, и с выходным коллимирующим окном, предназначенным для вывода нейтронов, а также привод мишени в движение и устройства ее охлаждения, при этом для охлаждения непосредственно в мишени выполняется разветвленная сеть охлаждающих каналов.
Недостатком данного аналога является то, что охлаждение ведется через тело мишени, т.е. недостаточно эффективно. Кроме того, при больших мощностях технологически достаточно сложно организовать охлаждение большой площади активного материала.
Наиболее близким по технической сущности является НЕЙТРОНОПРОДУЦИРУЮЩИЙ МИШЕННЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ИСТОЧНИКА НЕЙТРОНОВ НА ОСНОВЕ УСКОРИТЕЛЯ [RU 2282908 C2, опубл. 23.07.2005 г.], содержащий мишень из активного материала, на котором производится ядерная реакция, корпус для размещения мишени с входным окном, предназначенным для ввода заряженных частиц от ускорителя, и с выходным коллимирующим окном, предназначенным для вывода нейтронов, а также устройство для приведения мишени во вращательное движение и средство ее охлаждения , отличающийся тем, что мишень выполнена в виде тонкостенной оболочки вращения, диаметр которой существенно больше размеров входного окна, при этом полость корпуса, в которой размещена мишень, заполнена охлаждающей средой и снабжена средством, препятствующим попаданию охлаждающей среды из полости корпуса в объем входного окна.
Основной технической проблемой прототипа является использование специальных устройств, реализующих перемещение рабочего тела мишени и потока частиц с целью повышения эффективности отведения тепла от мишени, что обуславливает увеличение конструктивной сложности устройства и снижение надежности использования. Кроме того, вращение мишени, выполненной в виде тонкостенной оболочки вращения недостаточно эффективно позволяет устранять эффект пленочного кипения, который снижает эффективность теплопередачи от мишени к окружающей ее жидкости.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности отведения тепла от мишени, упрощение конструкции устройства.
Указанный технический результат полезной модели достигается за счет того, что устройство для охлаждения мишени протонного ускорителя, содержащее мишенную камеру с входным окном, предназначенным для ввода заряженных частиц от ускорителя и устройство  жидкостного охлаждения, отличающееся тем, что дополнительно содержит насадку струйного обдува, выполненную в виде вертикального параллелепипеда с фланцем в нижней части, внутри насадки струйного обдува расположены вертикальные каналы – передний, средний и задний, при этом сверху насадки струйного обдува с помощью пазового соединения и винта прикреплена мишенная камера, в которой выполнена вертикальная выемка прямоугольного сечения в горизонтальной плоскости с округлым основанием, в котором выполнены каналы, соединяющие внутренний объем мишенной камеры и каналы насадки струйного обдува, спереди в вертикальной выемке выполнено прямоугольное окошко, сверху мишенной камеры с помощью винта установлена крышка, нижняя часть которой выполнена округлой и вместе с округлым основанием выемки образует цилиндрическую поверхность, ответную по форме цилиндрической поверхности мишени, но большего диаметра, при этом средний канал сообщается с объемом вокруг цилиндрической поверхности и выводным каналом, передний канал сообщается с объемом окошка перед мишенью, а задний канал ограничен перегородками и соединяется с выводным каналом.
В частности, мишень выполнена в виде таблетки.
Осуществление полезной модели.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан вид сбоку в разрезе устройства для охлаждения мишени протонного ускорителя.
На фиг.2 показан разрез А-А устройства для охлаждения мишени протонного ускорителя.
На фиг.3 показан разрез Б-Б устройства для охлаждения мишени протонного ускорителя.
На фиг.4 показан разрез В-В устройства для охлаждения мишени протонного ускорителя.
На фигурах обозначено: 1 – насадка струйного обдува, 2 – фланец, 3 – вертикальные каналы в насадке струйного обдува, 4 – пазовое соединение между насадкой струйного обдува и мишенной камерой, 5 – винты, 6 – мишенная камера, 7 – вертикальная выемка в мишенной камере, 8 – округлое основание в вертикальной выемке, 9 – каналы в основании выемки мишенной камеры, 10 – прямоугольное окошко в вертикальной выемке, 11 – крышка, 12 – мишень, 13 – спиральный канал в таблетке мишени, 14 – теплоотводной канал, 15 – дополнительная труба в крышке, 16 – перегородки в канале насадки струйного обдува, 17 – выводной канал.
Осуществление полезной модели.
Устройство для охлаждения мишени протонного ускорителя содержит насадку струйного обдува 1, выполненную в виде вертикального параллелепипеда с фланцем 2 в нижней части. Внутри насадки струйного обдува 1 расположены 3 вертикальных канала 3 – передний, средний и задний, при этом сверху насадки струйного обдува 1 с помощью пазового соединения 4 и винта 5 прикреплена мишенная камера 6, в которой выполнена вертикальная выемка 7 прямоугольного сечения в горизонтальной плоскости с округлым основанием 8, в котором выполнены каналы 9, сообщающие внутренний объем мишенной камеры 6 и каналы 3 насадки струйного обдува 1. Спереди в вертикальной выемке 6 выполнено прямоугольное окошко 10. Сверху мишенной камеры с помощью винта 5 установлена крышка 11, нижняя часть которой выполнена округлой и вместе с округлым основанием 8 выемки 7 образует цилиндрическую поверхность, ответную по форме цилиндрической поверхности мишени 12, но большего диаметра.
Мишень 12 может быть выполнена в виде таблетки, при этом внутри таблетки мишени 12 может дополнительно иметь спиральный канал 13 и теплоотводной канал 14. Мишень 12 может быть выполнена, например, в виде прессованных таблеток из RbCl или электролитически нанесенного на медную подложку металлического таллия. После облучения мишень 12 извлекается.
Средний канал 9 также сообщается с объемом вокруг цилиндрической поверхности мишени 12 и выводными каналами 17.
Передний канал 3 сообщается с объемом окошка 10 перед мишенью 12 (см. Фиг.1 и Фиг.2).
Задний канал 3 ограничен перегородками 16, которые ограждают его от выводных полостей 17 (см. Фиг.4).
Устройство для охлаждения мишени протонного ускорителя работает следующим образом.
Перед использованием насадку струйного обдува 1 через фланец 2 устанавливают на коллекторе подвода воды винтами в корпусе мишенной станции (на чертежах не указаны).
После этого в вертикальной выемке 7 устанавливают мишень 12, закрывают крышку 11 и фиксируют ее винтом 5. Мишень 12 устанавливают таким образом, чтобы средний канал 3 насадки струйного обдува сообщался с выводным каналом 17.
Затем мишенную станцию заполняют водой.
Перед облучением мишени 12 через коллектор в каналы 3 насадки струйного обдува 1 начинают подавать поток воды.
Во время облучения мишень 12 начинает интенсивно выделять тепло, которое отводят раздельными потоками воды (на чертежах указаны линиями со стрелками):
- через передний канал 3 насадки струйного обдува 1 отводят тепло от передней поверхности мишени 12 (см. Фиг.2);
- через средний канал 3 насадки струйного обдува 1 отводят тепло от цилиндрической поверхности мишени 12 (см. Фиг.3);
- через задний канал 3 насадки струйного обдува 1 отводят тепло от задней поверхности мишени 12 (см. Фиг.4).
При наличии в таблетке мишени 12 спирального канала 13, через теплоотводной канал 14 также выводят внутреннее тепло мишени через трубу 15, дополнительно выполненную в крышке.
Интенсивный нагрев мишени 12 при ее нагреве приводит к образованию пузырьков на ее поверхности, которые снимаются указанными выше принудительными потоками воды, что  обеспечивает устойчивый режим пузырькового кипения и высокую эффективность отведения тепла.
Указанный технический результат достигается за счет принудительного омывания/обдува охлаждающей жидкостью передней, задней и цилиндрической поверхностей мишени 12, что обеспечивает высокоэффективный теплоотвод и препятствует образованию пленочного кипения. При этом конструкция заявленного технического решения не содержит вращающихся частей и является достаточно простой.