一种ADS散裂靶及核设施的制作方法

本发明创造属于核设备技术领域，尤其是涉及一种ADS散裂靶及核设施。

背景技术：

加速器驱动次临界嬗变系统(ADS)是国际公认在嬗变长寿命核废物、从根本上处置核废物的一个极有前途的新型核系统。ADS系统由强流质子加速器、散裂靶件和次临界堆芯构成。散裂靶件通过高能质子轰击重金属的散裂反应，为次临界堆芯提供维持运行所需的外部高能外部中子源。作为加速器和次临界堆芯的耦合部件，散裂靶件对系统整体的运行安全起到了至关重要的作用，是ADS系统研发的关键技术之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种ADS散裂靶，以提出一种新的ADS散裂靶的架构。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种ADS散裂靶，包括质子流道、内筒、外筒和靶件外套管，质子流道的外径小于内筒的内径，内筒的外径小于外筒的内径，质子流道伸入内筒内部，内筒伸入外筒内部，外筒位于靶件外套管内部；

靶件外套管内还设置有套设在质子流道上的直管换热器，直管换热器包括若干竖直设置的直管和与直管对应的套管，直管的两端开口，套管的上端开口下端密封，直管位于套管内部，直管外壁与套管内壁之间留有缝隙，直管的下端与套管的内部下端之间不接触，直管的上端固定在进气室的进气底板上，直管与进气室连通，套管的上端固定在包裹住进气室的出气室的出气底板上，套管与出气室连通，进气底板设置在出气底板的上方并且与出气底板不接触，出气室固定在靶件外套管的内壁上，进气室嵌在出气室内，进气室的上端连接有进气管路，出气室的上端连接有出气管路；

远离质子流道的直管换热器一侧的出气底板与外筒的上端固接，内筒的上端固定在外筒与直管换热器之间的出气底板的下端面上，直管换热器与外筒之间的内筒侧壁上设置有若干内筒通孔，内筒的下端不密封，质子流道的下端设置有用于质子穿过的靶窗，外筒的下端密封，内筒的下端与外筒的底部不接触，外筒与内筒之间设置有用于提升靶材的提升泵。

进一步的，所述进气管路围绕着质子流道螺旋设置。

进一步的，所述出气管路围绕着质子流道螺旋设置，进气管路的圈数大于出气管路的圈数。

进一步的，所述直管换热器靠近质子流道一侧的出气底板的下端固接有环状的第一固定板，第一固定板围绕着质子流道，直管换热器的下方设置有环形的第二固定板，第一固定板的下端与第二固定板的一侧固接，第二固定板的另外一侧与内筒的内壁固接，套管的下端固接在第二固定板上，套管与套管之间的第二固定板上设置有第二固定板通孔，内筒通孔设置在第二固定板上方的内筒侧壁上。

进一步的，所述质子流道的下端延伸到靠近内筒下端的位置但不穿过内筒，所述内筒下端延伸到靠近外筒下端的位置，内筒下端为喇叭口结构。

进一步的，所述直管换热器下方的与质子流道重叠的内筒的内径小于与直管换热器重叠的内筒的内径且大于质子流道下方的内筒的内径，所述内筒在变径的连接处光滑过渡。

进一步的，所述质子流道、内筒、外筒和靶件外套管同轴心，外筒与内筒之间的空间为上流道，内筒与质子流道之间的空间为下流道。

进一步的，与靶窗对应的靶件外套管的外部设置有围绕着靶件外套管的圆周均匀分布的燃料棒。

进一步的，所述内筒通孔在直管换热器与外筒之间的内筒侧壁上围绕着内筒的圆周上下均匀设置。

本发明创还题解了一种包括上述ADS散裂靶的核设施。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种ADS散裂靶具有以下优势：

(1)本发明创造将核设施的换热系统与堆芯冷却系统整合于一体，结构紧凑的同时降低了成本，而且工作效果好；

(2)本发明创造的进气管道和出气管道采用了螺旋式结构，可以吸收管道的震动，提高结构的安全性。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例的结构示意图；

图2为图1中的俯视图；

图3为图1中的B-B向的剖视图；

图4为图1中的C-C向的剖视图；

图5为图1中的E-E向的剖视图；

图6为图1中的G-G向的剖视图；

图7为图1中的M处的放大图；

图8为图1中的N处的放大图；

图9为图1中的P处的放大图；

图10为直管换热器处的放大图。

附图标记说明：

1-质子流道；101-靶窗；2-内筒；201-内筒通孔；202-喇叭口；3-外筒；4-靶件外套管；5-直管换热器；501-直管；502-套管；503-进气室；5031-进气底板；504-出气室；5041-出气底板；505-进气管路；506-出气管路；507-第一固定板；508-第二固定板；5081-第二固定板通孔；6-燃料棒。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1至10所示，一种ADS散裂靶，包括质子流道1、内筒2、外筒3和靶件外套管4，质子流道1的外径小于内筒2的内径，内筒2的外径小于外筒3的内径，质子流道1伸入内筒2内部，内筒2伸入外筒3内部，外筒3位于靶件外套管4内部。靶件外套管4内还设置有套设在质子流道1上的直管换热器5，直管换热器5包括若干竖直设置的直管501和与直管501对应的套管502。直管501的两端开口，套管502的上端开口下端密封，直管501位于套管502内部，直管501外壁与套管502内壁之间留有缝隙，直管501的下端与套管502的内部下端之间不接触。直管501的上端固定在进气室503的进气底板5031上，直管501与进气室503连通，套管502的上端固定在包裹住进气室503的出气室504的出气底板5041上，套管502与出气室504连通。进气底板5031设置在出气底板5041的上方并且与出气底板5041不接触，出气室504固定在靶件外套管5024的内壁上，进气室503嵌在出气室504内，出气室504包裹住进气室503。进气室503的上端连接有进气管路505，出气室504的上端连接有出气管路506，进气管路505、出气管路506分别延伸到靶件外套管4外部。

远离质子流道1的直管换热器5一侧的出气底板5041的下端与外筒3的上端固接，外筒3的外侧壁与出气室504的外侧壁在同一平面上。内筒2的上端固定在外筒3与直管换热器5之间的出气底板5041的下端面上，直管换热器5与外筒3之间的内筒2侧壁上设置有若干内筒通孔201，内筒通孔201在直管换热器5与外筒3之间的内筒2侧壁上围绕着内筒2的圆周上、下均匀设置。内筒2的下端不密封，质子流道1的下端设置有用于质子穿过的靶窗101，外筒3的下端密封，内筒2的下端与外筒3的底部不接触，外筒3与内筒2之间设置有用于提升靶材的提升泵(图中未示)。

如图1所示，进气管路505围绕着质子流道1螺旋设置，出气管路506围绕着质子流道1螺旋设置，进气管路505的圈数大于出气管路506的圈数，目的在于吸收震动，提高设备的安全性。

直管501换热器5靠近质子流道1一侧的出气底板5041的下端固接有环状的第一固定板507，第一固定板507围绕着质子流道1且与质子流道1同轴心。直管换热器5的下方设置有环形的第二固定板508，第一固定板507的下端与第二固定板508的一侧固接，第二固定板508的另外一侧与内筒2的内壁固接。套管502的下端固接在第二固定板508上，套管502与套管502之间的第二固定板508上设置有第二固定板5081通孔，内筒通孔201设置在第二固定板508上方的内筒2侧壁上。

质子流道1的下端延伸到靠近内筒2下端的位置但不穿过内筒2，内筒2下端延伸到靠近外筒3下端的位置，内筒2下端为喇叭口202结构，可以有效的防止回流。直管换热器5下方的与质子流道1重叠的内筒2的内径小于与直管换热器5重叠的内筒2的内径且大于质子流道1下方的内筒2的内径，内筒2在变径的连接处光滑过渡。质子流道1、内筒2、外筒3和靶件外套管4同轴心，外筒3与内筒2之间的空间为上流道，内筒2与质子流道1之间的空间为下流道。与靶窗101对应的靶件外套管4的外部设置有围绕着靶件外套管4的圆周均匀分布的燃料棒6。

本发明创造还提及了一种核设施，包括上述的ADS散裂靶。

本发明创造的工作原理：

质子通过质子流道1加速，向下经过靶窗101撞击靶材铅铋合金，激发出中子，中子撞击燃料棒6发生临界反应，铅铋合金是靶材的同时也是一回路冷却剂。本发明创造设计了一种新型的冷却方式，不同于一般的有窗靶系统，本发明创造将核反应的换热系统与堆芯的冷却系统整合于一体，一回路的冷却剂为液态铅铋合金，按图1中箭头所示方向流动，靶窗101附近的铅铋合金冷却剂经堆芯散热加热后，沿着外筒3与内筒2之间的上流道流向上部的直管换热器5，经过加热的铅铋合金通过内筒2的内筒通孔201进入直管换热器5之间的缝隙中与直管501充分接触换热，然后经由直管换热器5下部的第二固定板通孔5081在重力的作用下向下流动，流向堆芯继续冷却，完成一回路冷却剂循环。直管换热器5中，需要加热的气体经由进气管路505进入进气室503，经过进气室503后进入直管501中并向下运动，然后从套管502与直管501之间的缝隙进入出气室504，气体在直管501和套管502内经过充分的换热，最后由出气管路506排出，实现热循环。进入直管,换热器5前进气管路505设计成螺旋盘管形式而不是通常的直管形式，目的在于吸收震动，提高安全性。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。