ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ МИШЕНЬ УСКОРИТЕЛЬНО УПРАВЛЯЕМОЙ СИСТЕМЫ

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в составе мишенных контуров ускорительно управляемых систем.
При проектировании ускорительно управляемых систем с ускорителями большой и средней мощности (более 10МВт) единственно приемлемым является вариант использования жидкометаллической мишени без прочноплотной заглушки, разделяющей ускоритель и жидкометаллический теплоноситель. Для данного варианта конструкции мишени существенно важным является то, что для обеспечения условия непоступления теплоносителя в полость ускорителя давление в рабочей камере над поверхностью теплоносителя должно быть равно или меньше давления в полости ускорителя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является Жидкометаллическая мишень ускорительно управляемой системы (свидетельство на полезную модель №22286, Н05Н, 6/00 опуб. 10.03.2002), содержащая корпус, патрубки ввода и вывода жидкометаллического теплоносителя, рабочую камеру с патрубком подвода частиц от ускорителя протонов, на наружной поверхности которого, в зазоре между корпусом и патрубкам подвода частиц от ускорителя установлены ребра, закручивающие поток теплоносителя на конце подвода частиц от ускорителя установлен сопловой насадок.
Недостатком данной конструкции является то, что при горизонтальном расположении оси ускорителя протонов возможно поступление радиоактивною жидкометаллического теплоносителя в полость укорителя, а так же то, что при возможном локальном перегреве жидкого металла с образованием паровых пузырей и последующим их схлопывании (конденсации) возможен эрозионный кавитационный износ элементов мишени и возникновение гидравлических ударов в проточной части мишени.
Предлагаемое техническое решение направлено на совершенствование конструкции мишени, на повышение надежности ее работы.
Технический результат - исключение поступления радиоактивного теплоносителя в ускоритель благодаря исключению подъема жидкого металла до нижнего обреза патрубка завода потока частиц от ускорителя, а также исключение эрозионного кавитационного износа, изнашивания и гидравлических ударов в проточной части мишени за счет исключения образования и последующего схлапывания пузырей паров жидкометаллического теплоносителя в объеме рабочей камеры мишени.
Этот технический результат достигается тем, что в жидкометаллической мишени ускорительно управляемой системы, содержащей корпус, патрубки ввода и вывода жидкометаллического теплоносителя, рабочую камеру, патрубки подвода пучка частиц от ускорителя протонов.
в верхней части корпуса образована отделенная от рабочей камеры стенкой с отверстиями напорная камера, к которой подключен патрубок ввода жидкометаллического теплоносителя, а отверстия выполнены с возможностью перекрытия пучка частиц от ускорителя протонов.
На чертеже представлена конструкционная схема предлагаемой жидкометаллической мишени ускорительно управляемой системы, содержащей корпус 1, патрубок 2 ввода жидкометаллического теплоносителя, подключенный к напорной камере 3. В перфорированной стенке 4 напорной камеры 3 выполнены отверстия 5. Через отверстия 5 в рабочую камеру 6 истекают струи 7 жидкого металла. К рабочей камере 6 подключен патрубок 8 подвода потока протонов от ускорителя частиц. Струи жидкого металла 7 в поле гравитации падают на свободный уровень, 9 жидкого металла в рабочей камере 6. Взаимное расположение отверстий 5 и истекающих из них струй 7 таково, что объем жидкого металла падающих струй 7 взаимно перекрывает друг друга в направлении движения пучка заряженных частиц от ускорителя протонов. Теплоноситель из объема 10 под свободным уровнем 9 поступает в патрубок 11 его вывода из мишени.
Выше свободного уровня 9 жидкого металла и ниже патрубка 8 подвода ускоренных протонов размещен уровнемер 12, подключенный к системе управления и защиты частиц и к системе управления жидкометаллическим теплоносителем корпусе мишени.
Ввод жидкометаллической мишени в действие.
Жидкометаллическая мишень в составе мишенного контура разогревают до температуры плавления жидкометаллического теплоносителя (эвтектического сплава свинец-висмут). Через патрубок 2 в напорную камеру 3 подают от насоса мишенного контура теплоноситель, который, проходя, через отверстия 5, поступает в рабочую камеру 6 мишени в виде струй 7. Падая на свободную поверхность свободною уровня
+
n
9. струи 7 эжектируют газ из полости рабочей камеры 6. Теплоноситель с эжектируемым газом из объема 10 поступает через патрубок 11 в трубопровод мишенного контура. После выравнивания давлений в полостях ускорителя и рабочей камеры 6 мишени вводится в действие ускоритель частиц. Поток заряженных частиц (протонов) от ускорителя через патрубок 8 поступает в рабочую камеру 6, где взаимодействует с тяжелыми ядрами свинца и висмута жидкометаллического теплоносителя. В результате реакции (р, 20) в мишени генерируются высокоэнергетические нейтроны. Эти нейтроны используются в бланкете для трансмутации долгоживущих биологически опасных радионуклидов, либо для воспроизводства ядерного топлива, либо для получения энергии за счет деления тяжелых ядер или др. В случае аварийного отклонения параметров установки с перегревом и локальным вскипанием части объема жидкометаллического теплоносителя, испарение и конденсация паров жидкого металла осуществляется на свободных поверхностях падающих струй, что исключает эрозионный кавитационный износ элементов конструкций и гидроудары в проточной части мишени. В случае аварийного повышения уровня 9 в рабочей камере 6 мишени по сигналу от уpoвнемера 12 система управления и защиты отключает ускоритель. Система управления расходом теплоносителя через мишень (изменение оборотов циркуляционного насоса, прикрытием клапана на входе теплоносителя в мишени) уменьшает ,затем прекращает циркуляцию теплоносителя через мишень.
Вывод установки из действия.
Прекращается подача заряженных частиц от ускорителя в мишень, затем прекращается прокачка теплоносителя через мишень.
В предлагаемой конструкции исключается затекание радиоактивного жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя, обеспечивается эффективная эжекция паров и газов из рабочей камеры мишени над ее свободным уровнем и исключается эрозийный кавитационный износ элементов конструкции мишени и гидроудары в ее проточной части.
Жидкометаллическая мишень может быть использована в установках с ускорительно управляемыми системами большой мощности и высоких плотностных потоков частиц больших энергий.