[发明专利]一种呼吸式准直器

说明书

技术领域

本发明属于机械设备和核技术领域，特别涉及一种呼吸式准直器。

背景技术 

散裂中子源（CSNS）是国家重大科技基础设施建设项目。是我国“十一五”期间重点建设的大科学装置，已列入国家中长期科学和技术发展规划。经国务院批准，将建造一个质子束功率达100kW、有效脉冲中子通量居世界前列的散裂中子源装置。国家支持建设经费约12亿元，建设期为7年。中国散裂中子源（CSNS）项目，落户于广东省东莞市松山湖科技园区，是建在中国的第一座基于加速器加速高能质子轰击金属靶而产生大量散射中子的中子源。在这个装置中，高能量的质子轰击金属靶，引起金属原子的散裂反应。顾名思义，散裂，一分为多，金属靶在这个反应中会释放出大量的中子，这些中子被安全地引出到实验测量装置上，供科学和工业研究用。2011年建设的中国散裂中子源（CSNS）作为发展中国家的第一台散裂中子源，将进入世界四大散裂中子源行列。CSNS是开展前沿学科及高新技术研究的先进大型实验平台，能够为我国的多学科创新在国际上占领一席之地提供良好的机遇。主准直器是CSNS RCS关键设备之一。CSNS的束流准直器分别放置在环（RCS）和输运线（LRBT、RTBT）的特定位置，以消除不在预定轨道或动量有偏差的质子，同时使质子捕获激发的二次粒子和放射性同位素在束流准直器内吸收，这样就可以补偿环和输运线元件的偏差。在CSNS的RCS中，设置有一个主准直器、四个次准直器和一个动量准直器，在LRBT设置有一个动量准直器、RTBT设置有四个动量准直器，它们是确保CSNS高质量运行的关键设备。

为了减少机器运行过程中束流准直器对周围元件的活化，束流准直器需要有高的冷却传热性能、抗辐射能力，其定位精度要求高，为了保证维护人员安全操作，在设计中还要充分考虑准直器的远程操作和维护，尽可能减少辐射照射。同时由于准直器要吸收、捕获粒子，这决定了在束流准直器工作区域为高辐射区域，因此束流准直器的结构设计与研制需要重点考虑辐射防护问题。准直器作为高通量粉末衍射谱仪的关键部件之一，对于谱仪的正常运行以及谱仪分辨率等性能的提高具有不可忽视的作用。目前国际上主要存在两种类型的准直器，以日本为代表的高真空准直器，准直器内部处于真空状态，这就对准直器的材料性能与强度提出了很高的要求。另一种就是以国内正在研制的通气准直器，准直器内部通入性质不活泼气体，可以降低对准直器材料的性能要求。充入气体如果不能在准直器内部完成良好循环，将会造成气体活化，这是在设计中应该极力避免的。

发明内容

本发明的目的是提供结构简单，便于控制的呼吸式准直器。涉及到的原理和方程有流体力学的流动原理，热泳力原理，理想气体模型方程。采用通入气体的方法可以减低腔体承受压力，减小壁厚，在一定程度上降低腔体结构设计的难度和材料成本。水平插板可以形成内部的中子通道，少量的插板数不仅可以使设计简单，也可以使通入气体更好的完成内部的循环，避免活化作用。同时水平插板采用发热板，由于温度梯度所造成了热泳力，使气流中微粒不容易附着在板面上。并且可以使用时变发热板，使箱内温度不断变化。由于通入箱内的是性质不活泼气体，可视为理想气体。利用理想气体状态方程PV=nRT，得出在箱内气体体积不变的情况下，理想气体温度发生变化，箱内气体压强会随之变化，当气体被加热后，压强会增大。同时考虑到气体被加热后有膨胀因素以及气体流速变化的影响，气体被加热后，压强会进一步增大。于是温度不断变化，气体压强不断的变化就类似于人体肺部的呼吸动作，这样就迫使残留的部分气体排出，从而达到设计要求。同时适当的调节进气速度和发热板温度的变化，会使气体循环效果更好。

本发明提供的呼吸式准直器，其特征在于该准直器包括一个外壳，所述外壳含有一个大端口和一个小端口，大端口的面积大于小端口的面积，大端口和小端口分别位于外壳相对的两个侧面上；

所述外壳上设有循环气体入口和循环气体出口；

在所述外壳内设置有若干个水平插板， 水平插板之间形成内部的中子通道并作为气体导向板。

水平插板的设置使气体从循环气体入口进入后先后流经由水平插板分隔的空间，最后循环气体从循环气体出口流出。

大端口连接中子发生装置，小端口与样品腔相连。

所述的外壳根据装置抗压以及抗辐射的要求，其材料应具有良好的抗辐射性，同时外壳需要有良好的密封性能，壳厚在2mm~10mm之间。