本实用新型的实施例涉及一种用于同位素或中子产生装置的靶装置和具有该靶装置的同位素或中子产生装置。
背景技术：
在高能高通量中子产生装置中，靶体中的束流热沉积功率密度极高，其热量移除问题无法使用冷却剂热交换冷却的方法完全得以解决。在这样的工作环境下，固态靶体已无法适应靶体工作的需求。目前的固态靶体基本运行于kw/cm3以下束流耦合环境中。
技术实现要素：
本实用新型的实施例的目的是提供一种用于同位素或中子产生装置的靶装置和具有该靶装置的同位素或中子产生装置，由此例如可以改善对靶装置的冷却效果。
本实用新型的实施例提供一种用于同位素或中子产生装置的靶装置，该靶装置包括：壳体，在该壳体中形成反应腔室；至少一部分设置在反应腔室中的靶体；以及形成在壳体中的排放孔，该排放孔用于从反应腔室至少排出汽化的靶体的靶材料。
根据本实用新型的实施例，所述的用于同位素或中子产生装置的靶装置还包括：引入孔，该引入孔用于将冷却介质引入反应腔室中，且所述排放孔还用于从反应腔室排出对靶体进行冷却后的冷却介质。
根据本实用新型的实施例，所述的用于同位素或中子产生装置的靶装置还包括：通过管道与排放孔相连的泵。
根据本实用新型的实施例，所述的用于同位素或中子产生装置的靶装置还包括：通过管道与引入孔和排放孔中的一个相连的回路或泵。
根据本实用新型的实施例，靶体具有柱状形状，且具有使冷却介质进入靶体的散热结构。
根据本实用新型的实施例，所述散热结构包括多孔表面结构、内部开放式多孔结构和毛细流道中的至少一种。
根据本实用新型的实施例，所述的用于同位素或中子产生装置的靶装置还包括：固定进给部件，该固定进给部件用于固定靶体并在靶体消耗预定量后将靶体进给到预定位置。
本实用新型的实施例还提供一种同位素或中子产生装置，该同位素或中子产生装置包括上述的靶装置。
本实用新型的实施例还提供一种利用靶装置产生同位素或中子的方法，所述靶装置包括：壳体，在该壳体中形成反应腔室；至少一部分设置在反应腔室中的靶体；以及形成在壳体中的排放孔，所述方法包括：通过排放孔从反应腔室排出汽化的靶体的靶材料。
根据本实用新型的实施例，靶装置还包括引入孔，所述方法包括通过引入孔将冷却介质引入反应腔室中，且通过排放孔在从反应腔室排出汽化的靶体的靶材料的同时从反应腔室排出对靶体进行冷却后的冷却介质。
根据本实用新型的实施例，靶装置还包括固定进给部件，所述方法包括随着靶体的消耗，将固定于固定进给部件的靶体进给到预定位置。
采用根据本实用新型的实施例的用于同位素或中子产生装置的靶装置，具有该靶装置的同位素或中子产生装置以及利用靶装置产生同位素或中子的方法，例如可以改善对靶装置的冷却效果。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为根据本实用新型的实施例的靶装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
装置实施例
如图1所示，根据本实用新型的实施例的同位素或中子产生装置(例如加速器驱动的中子产生装置)包括：靶装置和加速器系统。
加速器系统产生束流线B，用于提供加速器入射束流，束流的分布可根据需要设置为均匀分布、类高斯单峰分布、双峰分布等；粒子束的单核子能量范围可以为数KeV至数MeV；其强度由中子源需要的中子强度决定，束流密度可在数微安到数毫安每平方厘米之间进行变化。该加速器系统可以采用任何常用的加速器系统，束流耦合界面1用于隔开加速器束流B和壳体3中形成的靶体反应腔室7内可能的气体环境，根据束流条件不同可能使用多种方案，其位置也可较为远离固体靶体。
参见图1，根据本实用新型的实施例的用于同位素或中子产生装置的靶装置包括：壳体3，在该壳体3中形成反应腔室7；至少一部分设置在反应腔室7中的靶体2；以及形成在壳体3中的排放孔5，该排放孔5用于从反应腔室7至少排出汽化的靶体2的靶材料。靶体2由固体靶材料2形成。入射束流B轰击靶体2，会在反应腔体中发生初级散裂反应和级联反应产生大量同位素粒子或中子。
参见图1，根据本实用新型的实施例，靶装置还包括：引入孔4，该引入孔4用于将冷却介质引入反应腔室7中，且所述排放孔5还用于从反应腔室7排出对靶体2进行冷却后的冷却介质。靶装置还可以包括：通过管道与引入孔4和排放孔5中的一个相连的回路或泵，或循环泵组。冷却介质可以是气体，例如氦气等。靶体2可以具有柱状形状(例如，圆柱型状)且具有使冷却介质进入靶体2的散热结构。所述散热结构可以包括多孔表面结构、内部开放式多孔结构和毛细流道中的至少一种。通过采用较小直径的靶体2，也可以提高散热效果。靶体2可以由具有高熔点、低热导率的材料制成，如二硒化钨等。
参见图1，根据本实用新型的实施例，靶装置还包括：固定进给部件6，该固定进给部件6用于固定靶体2并在靶体消耗预定量后将靶体2进给到预定位置。例如，与束流线B进行耦合的位置。所述固定进给部件6可以包括：通道(例如该通道由管状件形成)，该通道穿过壳体3的壁；以及进给装置，用于通过所述通道向反应腔室7中移动靶体2以将靶体2进给到预定位置。该管状件穿过形成在壳体3的壁中的通孔，并且壳体3可设置在一个更大的外壳内，进给装置可设置在壳体3外且外壳内。例如，进给装置可以包括用于夹持靶体2的夹持件，电机，减速器，形成在夹持件的外表面上的螺纹，以及具有螺纹内孔的固定的部件，由此通过旋转夹持件将靶体2进给到预定位置，此外，也可以在夹持件的外表面上形成齿条，利用齿轮驱动齿条，将靶体2进给到预定位置。在没有外壳的情况下，固定进给部件6设置在壳体3内。此外，根据本实用新型的一个实施例，靶体2也可以是固定不动的。如图1所示，在靶体反应腔室7与入射束流B相对的一侧设置进给部件6，用于固定烧蚀性固体靶材料的靶体2，并缓慢推进靶体2。
参见图1，根据本实用新型的实施例，引入孔4可以用于注入冷却气体，例如通过反应腔室7内的导流件或通过引入孔4朝向靶体2，冷却气体快速流经固体靶材料的靶体2的表面或其内部冷却孔道，起到辅助冷却的作用，从而延长烧蚀性固体靶材料的靶体2的使用周期。
排放孔5用于将固体靶材料的靶体2受入射束流B照射后逐渐汽化形成的气体、以及冷却气体冷却靶体2后形成的高温气体引出靶体反应腔室3。为提高换热效率，可以在引入孔4和排放孔5处设置有诸如气体泵的泵。
入射束流B的粒子可选用各种可使用加速器加速粒子，束流B的入射方向可与靶体反应腔室7及固体靶材料2的轴向相一致。引入孔4和排放孔5方向相对且轴向一致，例如引入孔4和排放孔5分别与管道连接，与引入孔4和排放孔5分别连接的管道同轴设置。固体靶材料的靶体2的主要部分是固体颗粒，其主要材料可根据需求选择陶瓷材料或其他无机材料以产生所需同位素或中子。固体靶材料的靶体2为固体颗粒压结而成，其形状可为柱状，横截面可为圆形，可具有微米级的多孔表面结构、内部开放式多孔结构、毛细流道、小直径等一种或多种散热结构，或使用毫米级小直径线棒体，以利于与流动的冷却气体发生热交换。该材料可以具有较好的绝热特性，以及较好的高温力学特性。
此外该靶系统还可以根据实际需求在上述结构的基础上根据运行需要在靶体反应腔体的内部和外部增加测量探测器，与其他功能改进和完善设备。另外通过束流耦合作用产生的气相物质具有复杂的成分和较强的放射性，通过其他外部设备进行处理。
方法实施例
下面描述根据本实用新型的实施例的利用靶装置产生同位素或中子的方法。所述靶装置包括：壳体3，在该壳体3中形成反应腔室7；至少一部分设置在反应腔室7中的靶体2；以及形成在壳体3中的排放孔5，所述方法包括：通过排放孔5从反应腔室3排出汽化的靶体2的靶材料。
参见图1，根据本实用新型的实施例，靶装置还包括引入孔4，所述方法包括通过引入孔4将冷却介质引入反应腔室中，且通过排放孔5在从反应腔室7排出汽化的靶体的靶材料的同时从反应腔室7排出对靶体2进行冷却后的冷却介质。
参见图1，根据本实用新型的实施例，靶装置还包括固定进给部件6，所述方法包括随着靶体2的消耗，将固定于固定进给部件6的靶体2进给到预定位置。
靶装置可以是上述的靶装置。
参见图1，根据本实用新型的实施例，基于上述实施例的同位素或中子产生装置，提供了一种束流耦合方法，束流耦合方法包括以下步骤：将固体靶材料2通过固定进给部件6固定；将束流B作用在固体靶材料的靶体2上；通过靶体材料的汽化和冷却气体的循环进行散热；在靶体2的靶材料达到预定烧蚀程度后停机维护。
当束流B作用在固体颗粒的靶体2上的同时，固体靶材料的靶体2局部达到极高的温度，从而汽化并带走热量，另外也可通过气体的流动循环带走部分热量，降低烧蚀量，延长靶体寿命；同时，由于材料的绝热特性，热量向内传递很慢，因此靶体整体可以维持较好的结构力学状况，保持寿期的运行可靠性。对于较长时间的运行，可通过固定进给部件6将靶材料推进或挤入靶体反应腔室7内，不断输送靶材料或调整靶材料的位置。
参见图1，根据本实用新型的实施例，本实用新型的实施例提供了一种高功率束流耦合方法，包括以下步骤：
S10：通过固定进给部件6将固体靶材料的靶体2固定于反应腔室3内；
S20：在反应腔室3中，束流B与固体颗粒的靶体2发生核反应释放出需要的同位素；
S30：高功率的束流B在固体颗粒的靶体2上沉积高功率的能量；
S40：靶体2的靶材料汽化，带走热量，这一过程可以通过从引入孔4中引入的冷却气体进行辅助冷却；
S50：反应后的汽化的气体及换热后的气体冷却剂从排放孔5排出靶反应腔室3，进行后续处理；
S60：靶材料的靶体2达到预设烧蚀量时停机维护。
通过上述的工作过程，该装置即达到与高功率束流的耦合，运行周期由束流功率、烧蚀量、与冷却气体循环速度决定。
综上所述，本实用新型的上述实施例的同位素或中子产生装置及高功率束流耦合方法，可以运用于各种高热量密度靶的应用领域，如核电能源系统(包括核废料嬗变和核材料增殖)、同位素生产、中子治癌和材料辐照等；具有可承受功率密度高，系统体积小，结构简单，建设与后处理成本低的特点。
本实用新型上述各实施例的同位素或中子产生装置及高功率束流耦合方法，提供了一种能够在高功率束流条件下使用的散裂中子产生装置(即加速器驱动的中子产生装置)，该加速器驱动的中子产生装置同时提高了靶装置在高功率束流作用下的寿命。该加速器驱动的中子产生装置结构简单，各类部件在工业领域技术成熟，且制造难度较低，在相关领域可以开展实际应用。
从上述内容可以看出，本实用新型的实施例中通过将中子产生装置中的靶体设置成为由多个固体颗粒压结而成的、内部具有孔道的、具有烧蚀性的固体靶材料，可以更好地克服现有技术中，在极端热流密度沉积下热量无法使用冷却剂通过热交换完全得以冷却的缺陷；靶体的固体靶材料的烧蚀性使得束流经照射后靶颗粒可以汽化，因很大程度减少了建造及维护成本。
本实用新型的实施例提出了一种用于同位素或中子产生装置的靶装置、同位素或中子产生装置及一种利用靶装置产生同位素或中子的方法，由此避免了极端束流热沉积下靶体冷却失效。
本实用新型的实施例提出了一种用于同位素或中子产生装置的靶装置、同位素或中子产生装置及一种利用靶装置产生同位素或中子的方法，由此在极端束流热沉积下靶提能够持续运行。
根据本实用新型的一些实施方式，避免了靶装置在极端束流热沉积下的靶冷却失效，从而实现高功率密度下的热量移除、并使得靶装置寿期运行可靠。
除了上述的结构外，可以使用任何其它合适的固定进给部件(诸如工业机器人等)、任何其它合适的冷却设备(诸如工业中冷却工件的设备)、以及任何其它合适的检测设备。因此，本实用新型不限于上述实施例。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。