[发明专利]一种钨合金颗粒散裂靶材料

说明书

本公开提供了一种钨合金颗粒散裂靶材料，所述钨合金为钨镍铁合金，钨镍铁合金颗粒呈球状。钨合金颗粒散裂靶材料具有高的中子产额、高的耐磨性、高的抗辐照性、耐力学冲击和热冲击的疲劳性、优秀的热学和磁学性能、加工制备成本低等，其综合性能优异。

技术领域

本公开涉及核能系统中的散裂靶材料技术领域，尤其涉及一种钨合金颗粒散裂靶材料。

背景技术

“加速器驱动嬗变研究装置(ADS)”是一种先进的洁净核能系统，2015年12月由国家发改委批准立项，这将有力推进未来ADS向工业化方向的发展。其中，重金属散裂靶是一种高功率的散裂中子源，是ADS系统中非常关键的组成部分，主要功能是产生高能中子并将质子束轰击靶材料产生的热量快速移除。

散裂靶一般有固态金属和液态金属两种类型。在ADS中，由于应用的是高功率散裂靶，并且需要把反应热量快速移除，固态靶受到散热等问题的限制，研究较多的是液态金属靶(如液态铅铋合金)，它还可以兼做冷却剂。但是液态金属靶存在流体力学不稳定性、泄露安全风险以及对结构材料的腐蚀问题。另外，还涉及到高能强质子束轰击液态靶产生的冲击波对结构材料耐受性的考验。这些难以克服的困难使得液态靶的发展空间受到很大的限制，而最近新提出的颗粒流靶作为新一代高功率散裂中子源具有许多的优势，这种由大量的金属小球组成的流化固体靶，中子学性能好，与结构材料兼容性好，不存在上述液态金属靶的问题，而且热量移除能力明显优于液态金属靶和固体靶。

但是高功率颗粒流靶对靶材的要求比较苛刻：中子产额要高、机械性能优异、具有高的耐磨性、耐力学冲击和热冲击的疲劳性、以及好的磁学性能等，此外，由于靶材用量大，还必须考虑靶材的经济性。

目前，钨是最常见的固体靶材料，多个散裂中子源项目都采用其作为靶材料，如日本高能加速器研究机构(KEK)的KENS，中国东莞散裂中子源(100kW束流功率，已建成)、欧洲散裂中子源(5MW束流功率，规划建设中)均采用钨作为靶材料。但纯钨并不适用于颗粒流靶，其散热、机械性能等均达不到ADS高功率颗粒流散裂靶的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的上述问题，本公开提供了一种钨合金颗粒散裂靶材料，具有高的中子产额、高的耐磨性、高的抗辐照性、耐力学冲击和热冲击的疲劳性、优秀的热学和磁学性能、加工制备成本低等，其综合性能优异。

(二)技术方案

本公开提供了一种钨合金颗粒散裂靶材料，所述钨合金为钨镍铁合金，钨镍铁合金颗粒呈球状。

在本公开的一些实施例中，所述钨镍铁合金中，钨的含量大于70％，其余为NiFe组织相。

在本公开的一些实施例中，球状钨镍铁合金颗粒的尺寸范围为

在本公开的一些实施例中，钨的含量为93％，NiFe组织相的含量为7％。

在本公开的一些实施例中，钨镍铁合金颗粒的延展性≥10％，硬度≥26HRC，屈服强度≥800MPa，拉伸强度≥950MPa，弹性模量≥350GPa。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开的钨合金颗粒散裂靶材料具有以下有益效果：优异的机械力学性能、高的抗力学疲劳性能、高的中子产额、最佳的综合流动性和换热性能、好的耐磨性、高的抗辐照损伤性能。

附图说明

图1显示了各种靶材料的中子产额。

图2显示了93W7(NiFe)球的磁导率测试结果。

图3和图4分别为600℃下260keV质子注入钨镍铁合金在不同辐照量下的SEM图。

具体实施方式