[实用新型]聚变反应强流加速器中子源的旋转靶

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于聚变反应强流加速器中子源的旋转靶。本实用新型包括：电机、同步传动轮、同步传动带、水箱、靶片、水套、冷却水入口、旋转轴、真空密封、束流准直器、斜法兰、轴承、水密封圈及真空密封O圈。

背景技术

强流氘氘（D-D）和氘氚（D-T）聚变反应加速器中子源是重要的单能中子源，可广泛应用于核数据测量、核聚变堆基础研究、军工基础研究等各个方面。这种加速器中子源的基本原理是利用高压倍压式加速器将氘（D）离子束加速到400keV能量，轰击氘钛（TiD）靶或氚钛（TiT）发生氘氘（D-D）和氘氚（D-T）聚变反应产生快中子，快中子的产额与轰击在靶上的D束流强度成正比。为了实现D束流能量400keV条件下D-D反应快中子产额达到1-5×10¹⁰ s^-1和D-T反应快中子产额达到1-5×10¹² s^-1的技术指标，要求轰击在靶上的D束流强度要达到10-40mA，在靶上D束流束斑直径Ф2cm的指标要求下，靶点Ф2cm区域内D束流最大功率面密度约在5.1kw/cm²范围，D束流功率密度很高，如不采取措施，靶片会被打穿，强流加速器中子源将无法正常运行。另外，聚变反应强流加速器中子源采用的是氘钛（TiD）靶或氚钛（TiT）气体吸附靶，技术上要求将靶面温度控制在150^oC以下，以防止靶钛膜中吸附的氘或氚因靶面过热而大量释放，进而保证靶具有较长的使用寿命。

采用水冷大面积高速旋转靶装置可有效解决聚变反应强流加速器中子源中高功率密度束流轰击靶所面临的技术问题。其基本原理是：在加速器中子源运行时，使大面积靶高速旋转，让高功率密度束流在大面积靶片环形带上扫描，以有效降低单位面积上的束流平均功率密度，同时，在靶片背面采取水冷措施，以保证束流轰击造成的靶面温度不超过150^oC。在水冷大面积高速旋转靶装置中，需要解决的关键技术是高速旋转轴的旋转真空密封问题，即在旋转轴转速为1100转/分钟的高速转动条件下，要保持靶室内的真空度在10^-4 Pa量级。早先的类似旋转靶中，一般采用耐磨材料制备的机械式咬合差动抽气真空旋转密封方式，真空旋转密性能较差，旋转动态真空只能达到10^-3Pa，其不足一是真空度偏低，影响束流的传输和中子发生器的整体性能，其二是使用寿命短，耐磨材料需要经常更换。

发明内容

本实用新型提供一种可克服现有技术不足，能保证旋转轴高速旋转，同时能使工作腔体保持高于10^-3Pa以上的真空度的聚变反应加速器中子源的旋转靶。

本实用新型的聚变反应加速器中子源的旋转靶是在现有的旋转靶结构上将旋转轴上的机械咬合差动抽气式真空旋转密封改用磁流体密封装置，以实现保证旋转轴高速旋转，同时能使工作腔体保持高于10^-3Pa以上真空度的使用要求。

本实用新型采用空心大直径磁流体真空密封旋转轴，在旋转轴上设置有三级磁流体真空密封，这一技术措施克服了现有机械咬合差动抽气式真空旋转密封旋转靶系统真空度低、使用寿命短等不足，并具有旋转阻力小，真空密封性能好，使用寿命长的优点。相关的实验表明试验表明，在保证靶以1100转/分钟的转速高速旋转条件下，靶室内真空度可保持在10^-4 Pa。

附图说明    

附图1为本实用新型的结构示意图。

附图2为附图1中A部位的放大视图。

附图3为附图1中B部位的放大视图。

图中：1-电机；2-同步传动轮；3-同步传动带；4-水箱； 5-靶片；6-水套；7-冷却水入口；8-圆桶形过渡法兰，9-旋转轴；10-磁流体密封；11-束流准直器；12-束流轴线；13-旋转轴线；14-斜法兰；15-轴承；16-水密封圈；17-真空密封O圈

具体实施方式