粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及散熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是為核應(yīng)用或技術(shù)中的粒子產(chǎn)生靶體進(jìn)行冷卻的一種粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置；包括內(nèi)錐殼體、中間錐殼體和外錐殼體，所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體的錐底部密封連接，所述中間錐殼體固定安裝在所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體之間，所述中間錐殼體的錐底部與所述內(nèi)錐殼體的錐底部之間具有空隙，所述中間錐殼體與所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體之間分別具有空隙形成進(jìn)流通道和回流通道，所述中間錐殼體的錐頂部連接有進(jìn)液管，所述外錐殼體的錐頂部連接有出液管，所述進(jìn)液管和所述出液管同軸固定設(shè)置；本發(fā)明的尺寸較小，對高斯分布的熱源有很好的冷卻效果。
【專利說明】粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及散熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是為核應(yīng)用或技術(shù)中的粒子產(chǎn)生靶體進(jìn)行冷卻的一種粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]加速器產(chǎn)生高能質(zhì)子轟擊靶體產(chǎn)生中子是目前中子研究和應(yīng)用的發(fā)展方向。在中子產(chǎn)生區(qū)域的靶體會沉積大量的熱量，使靶體的溫度不斷升高，為降低靶體的工作溫度，提高靶體功率，目前一般采用微通道冷卻、射流冷卻等效率更高的冷卻方案或者采用液態(tài)金屬等熱導(dǎo)率較高的冷卻介質(zhì)結(jié)合靶體的結(jié)構(gòu)對靶體進(jìn)行冷卻。
[0003]現(xiàn)有的靶體一般有平面靶體、楔形靶體和錐形靶體。平面靶體加工簡單，是最常見的靶體，為了滿足高功率要求，采用微通道等高效冷卻方案，為提高靶體功率，需要將質(zhì)子束均勻化，同時冷卻結(jié)構(gòu)需要以最高峰值為做設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上提高了加速器對質(zhì)子束均勻化的要求。
[0004]在均勻束的基礎(chǔ)上，發(fā)展了楔形靶體和錐形靶體。楔形靶體和錐形靶體是非平面的靶體，通過提高反應(yīng)面積，降低了單位面積上的熱流密度，從而降低靶體的溫度。
[0005]歐洲專利2？1895819八1所揭示的一種硼中子俘獲治療中子產(chǎn)生裝置，采用楔形靶體，降低了單位面積的熱負(fù)荷，同時采用微通道冷卻方案，進(jìn)一步提高了冷卻效率，提高了靶體功率，但是該靶體要求質(zhì)子束的形狀必須是均勻的，分為兩側(cè)進(jìn)行轟擊靶體，對質(zhì)子束有一定的要求。
[0006]美國專利…20100067640“揭示的一種高能量密度鋰靶，采用錐形靶體，設(shè)計功率達(dá)到了 50欣。但是該專利的錐形靶體，需要采用環(huán)形束斑，需要將高斯束斑轉(zhuǎn)換為環(huán)形束斑，對加速器的要求非常高，對束流損失也增加。另外，冷卻介質(zhì)在錐頂部分的冷卻效果較差，在錐頂位置，容易形成氣穴，不利于靶體的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0007]綜上所述，在現(xiàn)有的技術(shù)方案中雖然通過改善靶體的形狀以及采用一定的冷卻手段能夠降低靶體單位面積的熱負(fù)荷，提高靶體功率，但是由于加速器產(chǎn)生的質(zhì)子的束斑的原始形狀呈高斯分布，這種束斑形狀結(jié)構(gòu)在沒有進(jìn)行均勻化之前，如果直接轟擊靶體，會在靶體產(chǎn)生類似高斯束斑的熱沉積分布，特別是峰值部分的熱流將導(dǎo)致靶體燒毀。因此在使用前均需對質(zhì)子束斑進(jìn)行均勻化處理或轉(zhuǎn)換為環(huán)形束斑，但是這些處理會帶來一定的束流損失，且需要增加相應(yīng)的裝置對加速器的要求較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的為了解決目前加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束斑的初始形狀為高斯分布，為避免熱量集中，均需對質(zhì)子束斑進(jìn)行均勻化處理或者轉(zhuǎn)化為環(huán)形束斑，導(dǎo)致束流損失等問題而提供的更適合于高斯分布質(zhì)子束斑的一種粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置。
[0009]為達(dá)到上述功能，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0010]一種粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，包括內(nèi)錐殼體、中間錐殼體和外錐殼體，所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體的錐底部密封連接，所述中間錐殼體固定安裝在所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體之間，所述中間錐殼體的錐底部與所述內(nèi)錐殼體的錐底部之間具有空隙，所述中間錐殼體與所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體之間分別具有空隙形成進(jìn)流通道和回流通道，所述中間錐殼體的錐頂部連接有進(jìn)液管，所述外錐殼體的錐頂部連接有出液管，所述進(jìn)液管和所述出液管同軸固定設(shè)置。
[0011]優(yōu)選地，所述內(nèi)錐殼體的錐頂呈圓弧形。
[0012]優(yōu)選地，所述內(nèi)錐殼體的錐頂呈拋物線形。
[0013]優(yōu)選地，所述出液管的出液口處的直徑小于所述出液管的內(nèi)徑。
[0014]優(yōu)選地，所述出液口處的直徑小于8臟。
[0015]優(yōu)選地，所述內(nèi)錐殼體的外表面從錐頂部以下設(shè)置有若干片換熱翅片，相鄰兩片所述的換熱翅片設(shè)置有允許液體冷卻介質(zhì)通過的通道。
[0016]優(yōu)選地，所述進(jìn)液管的最低處高于所述內(nèi)錐殼體的錐頂。
[0017]優(yōu)選地，所述進(jìn)液管和所述出液管之間固定安裝有支持環(huán)，所述支持環(huán)上均勻設(shè)置有若干個通孔。
[0018]優(yōu)選地，所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體的錐底部之間設(shè)置有密封件。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]1、內(nèi)錐殼體、中間錐殼體和外錐殼體為錐形殼體且進(jìn)液管和出液管同軸設(shè)置有利于降低本發(fā)明的外形尺寸；
[0021]2、在峰值較高的區(qū)域，采用射流冷卻方式，對高斯束具有獨(dú)特的冷卻效果；
[0022]3、通過設(shè)置支持環(huán)對中間錐殼體進(jìn)行準(zhǔn)確定位，同時提高液體冷卻介質(zhì)在進(jìn)液通道和出液通道分配的均勻性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為圖2的八-六剖面圖；
[0026]圖4為支持環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖1至附圖4對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述:
[0028]實(shí)施例一:
[0029]如圖1所示的一種粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，包括內(nèi)錐殼體1、中間錐殼體2和外錐殼體3，內(nèi)錐殼體1和外錐殼體3的錐底部密封連接，在本實(shí)施例中，內(nèi)錐殼體1和外錐殼體3的錐底部之間設(shè)置有密封件4，并通過相配合的螺栓和螺母把內(nèi)錐殼體1和外錐殼體3緊固在一起，密封件4采用橡膠墊片。中間錐殼體2固定安裝在內(nèi)錐殼體1和外錐殼體3之間，中間錐殼體2的錐底部與內(nèi)錐殼體1的錐底部之間具有空隙，中間錐殼體2與內(nèi)錐殼體1和外錐殼體3之間分別具有空隙形成允許液體冷卻介質(zhì)通過的進(jìn)流通道12和回流通道23，中間錐殼體2的錐頂部連接有進(jìn)液管5，外錐殼體3的錐頂部連接有出液管6，進(jìn)液管5和出液管6同軸固定設(shè)置。
[0030]進(jìn)液管5和出液管6之間固定安裝有支持環(huán)7，支持環(huán)7分別與進(jìn)液管5的外壁和出液管6的內(nèi)壁焊接在一起，如圖4所示，支持環(huán)7上均勻設(shè)置有若干個通孔71。支持環(huán)7既能夠使中間錐殼體2保持準(zhǔn)確的定位，又能夠通過調(diào)節(jié)出液管6圓周方向液體冷卻介質(zhì)均勻地流動，來達(dá)到對整個內(nèi)錐殼體1圓周方向均勻降溫的目的。
[0031]內(nèi)錐殼體1的錐頂?shù)目v截面呈圓弧形或拋物線形等曲面形狀，在本實(shí)施例中，內(nèi)錐殼體1的錐頂縱截面優(yōu)先選用拋物線的形狀，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用拋物線的形狀更有利于內(nèi)維殼體1的維頂處散熱，同時，為了進(jìn)一步提聞散熱能力，提聞液體冷卻介質(zhì)的流動速度，出液管6與內(nèi)錐殼體1結(jié)合的部位設(shè)置有喉部，喉部處的出液口處的直徑小于出液管6的內(nèi)徑。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表面，出液口處的直徑小于8皿時，更有利于加快對內(nèi)錐殼體1的冷卻。
[0032]實(shí)施例二:
[0033]本實(shí)施例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，以下僅對與實(shí)施例一不同的地方進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0034]在本實(shí)施例，如圖2和圖3所示內(nèi)錐殼體1的外表面從錐頂部以下沿著圓周方向均勻設(shè)置有若干片換熱翅片8，相鄰兩片所述的換熱翅片8設(shè)置有允許液體冷卻介質(zhì)通過的微通道9。通過換熱翅片8能增大散熱面積，提高熱交換的速度。
[0035]本發(fā)明主要運(yùn)用于加速器驅(qū)動的中子產(chǎn)生靶，在本發(fā)明的內(nèi)錐殼體1的內(nèi)表面貼附重金屬層，即可形成中子產(chǎn)生靶的靶體，另外，本發(fā)明也以應(yīng)用于其他熱源為高斯分布條件下的換熱和冷卻。
[0036]以下對本發(fā)明的冷卻過程進(jìn)行說明，為了描述的方便我們把整個冷卻過程按冷卻介質(zhì)的流動過程分為冷卻介質(zhì)進(jìn)入段、射流冷卻段、微通道段、集液段和回流段進(jìn)行說明。
[0037]冷卻介質(zhì)進(jìn)入段:冷卻介質(zhì)通過進(jìn)液管5進(jìn)行冷卻。經(jīng)計算表明，進(jìn)液管5的最低處高于內(nèi)錐殼體1的錐頂時能夠提高冷卻效果。由于錐頂?shù)男螤顬閳A弧型或拋物線等曲面形狀，如果進(jìn)液管5的最低處低于錐頂，射流冷卻沒有形成良好的流速分布，在錐頂處邊界層較厚，換熱效果差。
[0038]射流冷卻段:在錐頂部分，沒有設(shè)置換熱翅片8，待冷卻壁面直接暴露在冷卻介質(zhì)中，經(jīng)過高速冷卻介質(zhì)的沖擊冷卻(即射流冷卻在錐頂處熱邊界層最薄，對流換熱系數(shù)最高，換熱效果最好。高斯分布的質(zhì)子束轟擊該外在該處的形成的熱量最高，在射流冷卻的作用下，溫度較微通道冷卻更低。
[0039]微通道段:所謂的微通道在本發(fā)明中是指相鄰換熱翅片8之間橫截面積較小的通道。冷卻介質(zhì)冷卻完錐頂部分后，進(jìn)入微通道段。在該處換熱面積大幅提高，同時，高斯分布的熱源在該處急劇降低，通過微通道冷卻，提高換熱面積以提高換熱特性。
[0040]集液段和回流段:冷卻介質(zhì)通過微通道部分后，完成冷卻，需要將將冷卻介質(zhì)回收，為降低本發(fā)明占用空間，采用進(jìn)液管5和出液管6同軸的方式。
[0041]以上所述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)例，并非來限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:包括內(nèi)錐殼體、中間錐殼體和外錐殼體，所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體的錐底部密封連接，所述中間錐殼體固定安裝在所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體之間，所述中間錐殼體的錐底部與所述內(nèi)錐殼體的錐底部之間具有空隙，所述中間錐殼體與所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體之間分別具有空隙形成進(jìn)流通道和回流通道，所述中間錐殼體的錐頂部連接有進(jìn)液管，所述外錐殼體的錐頂部連接有出液管，所述進(jìn)液管和所述出液管同軸固定設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述內(nèi)錐殼體的錐頂呈圓弧形。
3.如權(quán)利要求1所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述內(nèi)錐殼體的錐頂呈拋物線形。
4.如權(quán)利要求1所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述出液管的出液口處的直徑小于所述出液管的內(nèi)徑。
5.如權(quán)利要求4所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述出液口處的直徑小于 8mm η
6.如權(quán)利要求2或3所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述內(nèi)錐殼體的外表面從錐頂部以下設(shè)置有若干片換熱翅片，相鄰兩片所述的換熱翅片設(shè)置有允許液體冷卻介質(zhì)通過的通道。
7.如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述進(jìn)液管的最低處高于所述內(nèi)錐殼體的錐頂。
8.如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述進(jìn)液管和所述出液管之間固定安裝有支持環(huán)，所述支持環(huán)上均勻設(shè)置有若干個通孔。
9.如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的粒子產(chǎn)生靶的冷卻裝置，其特征在于:所述內(nèi)錐殼體和所述外錐殼體的錐底部之間設(shè)置有密封件。
【文檔編號】H05H6/00GK104470190SQ201410624357
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】童劍飛, 梁天驕, 傅世年, 于全芝, 殷雯, 姚從菊, 陸友蓮 申請人:東莞中子科學(xué)中心