МИШЕННЫЙ КОНТУР Российский патент 2002 года по МПК H05H6/00 

Предлагаемое техническое решение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам.

При проектировании установок большой и средней мощности (более 10 МВт) единственно приемлемым является вариант использования жидкометаллической мишени без прочноплотной заглушки, разделяющей полость ускорителя и жидкометаллический теплоноситель. Для данного варианта конструкции мишени существенно важным является то, что давление над свободной поверхностью теплоносителя равно давлению в вакуумной полости ускорителя с обеспечением условий непоступления теплоносителя в ускоритель при эксплуатации установки. Необходимо также учитывать тот факт, что при давлениях, близких к вакууму, возможно разрушение защитных оксидных покрытий, что инициирует процессы коррозионно-эрозионных разрушений конструкционных материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа является устройство для охлаждения подвижной мишени (свидетельство на полезную модель 4653, Н 05 Н 6/00, опуб. 16.07.97), содержащее полую вытянутую камеру, образующую полость для жидкого теплоносителя, теплообменник, аккумулирующую емкость (компенсатор объема) для жидкого теплоносителя, со свободным уровнем теплоносителя, трубопровод подвода теплоносителя, циркуляционный насос и патрубок подвода в полость мишени заряженных частиц.

Недостатком данной конструкции является не определяемое точно взаимное расположение элементов оборудования мишенного контура для получения давления над поверхностью теплоносителя, равного давлению в ускорителе 10^-3 Па и менее при давлении в остальных элементах контура: насосах, теплообменниках, аккумулирующих емкостях, трубопроводах и др., превышающем атмосферное, то есть значительно большем, чем давление в полости ускорителя, что создает возможность поступления теплоносителя в ускоритель.

Предлагаемое техническое решение направлено на совершенствование конструкции мишенного контура, для возможности использования его в составе установок большой мощности с высокими плотностями потока частиц больших энергий.

Технический результат - исключение поступления теплоносителя в ускоритель благодаря созданию и поддержанию давления над свободной поверхностью теплоносителя в мишени, равного давлению в ускорителе, и сохранение защитных покрытий конструкционных материалов контура.

Этот технический результат достигается тем, что в мишенном контуре, содержащем жидкометаллическую мишень, состоящую из рабочей камеры, патрубка подвода заряженных частиц, напорной камеры, а также циркуляционный насос, компенсатор объема, теплообменник, трубопроводы теплоносителя, основное оборудование контура: теплообменник, циркуляционный насос, компенсатор объема расположены ниже уровня свободной поверхности теплоносителя в жидкометаллической мишени на величину ΔH≥H_газа+ΔР (м), где Н_газа - давление защитного газа в компенсаторе объема (метров столба жидкометаллического теплоносителя); ΔР - гидравлическое сопротивление трассы между мишенью и компенсатором объема (метров столба жидкометаллического теплоносителя).

На чертеже представлен предлагаемый мишенный контур, содержащий жидкометаллическую мишень 1, состоящую из рабочей камеры 2, патрубка подвода заряженных частиц 3, напорной камеры 4, патрубка подвода теплоносителя 5, а также циркуляционный насос 6, компенсатор объема 7, теплообменник 8, трубопровод теплоносителя 9. Основное оборудование контура: теплообменник 8, циркуляционный насос 6, компенсатор объема 7, расположены ниже уровня 10 свободной поверхности теплоносителя в жидкометаллической мишени на величину ΔH≥H_газа+ΔР (м), где H_газа - давление защитного газа в компенсаторе объема (м. ст. жидкометаллического теплоносителя); ΔР - гидравлическое сопротивление трассы между мишенью и компенсатором объема (м. ст. жидкометаллического теплоносителя).

Выбор расстояния ΔH позволяет при давлении над свободной поверхностью теплоносителя в компенсаторе объема, обеспечивающем противокавитационный подпор на всасе, получить давление над свободной поверхностью теплоносителя в жидкометаллической мишени, равное давлению в полости ускорителя протонов, тем самым обеспечив условия для нормальной эксплуатации основного оборудования контура: теплообменника, циркуляционного насоса, компенсатора объема.

Ввод установки в действие
Установку разогревают до температуры, превышающей температуру плавления жидкометаллического теплоносителя (эвтектического сплава свинец-висмут), затем вводят в действие контур циркуляции жидкометаллического теплоносителя через мишень: теплоноситель через компенсатор объема подается в трубопровод 9 и через патрубок 5 - в мишень, где проходит через рабочую камеру 2 и сливается в компенсатор объема 7. Поток заряженных частиц (протонов) от ускорителя через патрубок 3 попадает на свободную поверхность теплоносителя в камере 2, где взаимодействует с теплоносителем. В результате реакции (р⁺, 20n) в мишени генерируются высокоэнергетические нейтроны, которые используются в бланкете для трансмутации долгоживущих биологически опасных радионуклидов, либо для воспроизводства топлива, либо для получения энергии за счет деления тяжелых ядер.

Вывод установки из действия
Прекращают подачу заряженных частиц в мишень, затем прекращают прокачку теплоносителя через мишень. Теплоноситель сливается в компенсатор объема 7. Наличие гидрозатвора (около 1.0 м) в трубопроводах связи жидкометаллической мишени и остального контура исключает "прорыв" защитного газа из газовой полости компенсатора объема 7 в патрубок 3 подвода частиц от ускорителя.

В предлагаемой конструкции обеспечивается нормальная работоспособность мишенного контура и исключается поступление теплоносителя в полость ускорителя.

Мишенный контур может быть использован в установках большой мощности и высокими плотностями потока частиц больших энергий.

Изобретение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам. Мишенное устройство содержит жидкометаллическую мишень, состоящую из напорной камеры, патрубка подвода заряженных частиц, а также циркуляционный насос, компенсатор объема, теплообменник и трубопроводы теплоносителя. Основное оборудование контура: теплообменник, циркуляционный насос, компенсатор объема - расположены ниже уровня свободной поверхности теплоносителя в жидкометаллической мишени на величину ΔН ≥ Н_газа + ΔР (м), где Н_газа - давление защитного газа в компенсаторе объема, ΔР - гидравлическое сопротивление трассы между мишенью и компенсатором объема. Технический результат - выбор расстояния ΔН позволяет при давлении над свободной поверхностью теплоносителя в компенсаторе объема, обеспечивающем работу контура, добиться давления над свободной поверхностью теплоносителя в жидкометаллической мишени, равного давлению в ускорителе, и обеспечить условия для нормальной эксплуатации основного оборудования контура теплообменника, циркуляционного насоса, компенсатора объема, а также исключить поступление теплоносителя в полость ускорителя. 1 ил.

Мишенный контур, содержащий жидкометаллическую мишень, состоящую из рабочей камеры, патрубка подвода заряженных частиц, напорной камеры, а также циркуляционный насос, компенсатор объема, теплообменник, трубопроводы теплоносителя, отличающийся тем, что основное оборудование контура: теплообменник, циркуляционный насос, компенсатор объема - расположены ниже уровня свободной поверхности теплоносителя в жидкометаллической мишени на величину ΔН≥Н_газа+ΔР(м), где Н_газа - давление защитного газа в компенсаторе объема (м ст. жидкометаллического теплоносителя); ΔР - гидравлическое сопротивление трассы между мишенью и компенсатором объема (м ст. жидкометаллического теплоносителя).