[发明专利]具有微小散热通道的高功率中子产生靶

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生核反应的靶技术领域，尤其涉及一种具有微小散热通道的高功率中子产生靶。

背景技术

基于加速器驱动的硼中子俘获治疗癌症装置，需要在非常有限靶体空间内产生高通量的中子。加速器产生驱动的高能质子轰击靶体产生中子是目前中子研究和应用的发展方向。增加质子束功率能够有效提高，但中子产生过程中引起的高热流密度制约其功率提升。采用锂作为中子产生材料是硼中子俘获治疗癌症采用的靶材料的一种发展方向，但是锂熔点低，单位面积上的热流密度达到数MW/m²，需要非常高效的冷却才能将靶体的温度控制在熔点以下。已有的专利采用锥形靶体和V型靶体降低单位热流密度达到降低锂温度的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有微小散热通道的高功率中子产生靶，所述产生靶通过微小散热通道和高强度支撑实现有效冷却和真空密封，延长了靶材料的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具有微小散热通道的高功率中子产生靶，其特征在于：包括支撑件、盖板、冷却基地和靶材料，所述支撑件上设有下端开口面积大于上端开口面积的过孔，所述盖板将所述过孔的下端开口封闭，与过孔构成腔体结构，所述过孔上端开口的左、右两侧支撑件上设有进液管和出液管，所述进液管和出液管与所述腔体结构相连通，所述过孔上端的开口内设有冷却基地，所述冷却基地包括上层基底层、中间翅片层和下层固定层，所述上层基底层与所述过孔的上端开口焊接连接，将所述过孔的上端开口封闭，所述上层基底层的上表面设有靶材料，所述下层连接层与所述盖板焊接连接，所述腔体结构内设有冷却液，所述中间翅片层上的单个散热翅沿左右方向设置，相邻的散热翅之间形成微小散热通道。

进一步的技术方案在于：所述冷却基地的制作材料为无氧铜。

进一步的技术方案在于：所述上层基底层和中间翅片层为一体成型结构。

进一步的技术方案在于：所述靶材料为金属锂。

进一步的技术方案在于：所述中间翅片层和下层固定层之间采用焊接连接，加工成冷却基地后与上层基底层为一个整体结构。

进一步的技术方案在于：所述盖板通过焊接与所述支撑件固定连接，下层固定层与盖板通过焊接紧密连接。

进一步的技术方案在于：所述腔体的高度大于翅片层的高度，腔体的上表面与上层基底层的下表面平齐。

进一步的技术方案在于：所述进液管和出液管平行于质子束管道，并逆向于所述质子束的入射方向。

进一步的技术方案在于：所述冷却基地为方形，所述冷却基地的上表面凹入支撑件的上表面，其凹入的深度与靶体材料的厚度相同。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用具有微小散热通道的靶体，且采用热导率高的无氧铜作为冷却基地，基地中的基底层和翅片层采用整体加工，避免焊接产生的热阻。比如：基地层2mm高、翅片层5mm高、流道宽度与散热翅宽度相同情况下，以总功率30kW，靶体上反应尺寸为直径D＝100mm为例，基地表面最大的温度如图4所示。如果采用金属锂作为靶材料，其熔点为433K，可以看出较窄的微小散热通道对温度降低具有很好地效果，在微通道尺寸为0.5mm、肋宽0.5mm、流道高5mm，基底层厚度2mm，采用去离子水作为冷却工质，通道内流速为4m/s时，冷却基地表面最高温度为370K，其压损也在可接受范围内。

翅片层下焊接相同材料的固定层，能有效固定薄翅片之间的相对位置，且加工为冷却基地重新整合为一个整体，能提高冷却基地强度，在一侧真空情况下，可有效降低基地变形，避免基地出现应力过大，变形过大导致靶体材料脱落。

采用6-10个螺栓，能保证真空密封，而较小影响冷却水在翅片中的分配。为避免螺栓孔位置位于流道中间，螺栓孔布置如图1所示。螺栓孔不能离冷却基地太近，否者会引起靠近螺栓的流道中冷却液分配较少，出现局部流道温度过高，影响冷却效果。

在支撑件内的冷却液高度高于翅片层流道高度。进、出液管平行于质子束管道，逆向于质子束入射方向。采用方形的基地，沿着流动方向流道为相同长度。支撑件与质子束通道采用圆环底座密封。基地嵌入支撑件并焊接后，基地表面凹入支撑件表面，用于放置靶材料，其凹入深入根据靶体材料的厚度确定。在支撑件的冷却液高度高于基地流道高度，能增加散热翅入口换热。

综上，所述产生靶通过微小散热通道和高强度支撑实现有效冷却和真空密封，延长了靶材料的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；