一种用于中子源的辐射转化靶

技术领域

本发明属于中子物理及中子源技术领域，具体地说涉及一种用于中子源的辐射转化靶。

背景技术

白光中子源是一个极其有用的核数据测量研究工具，可以为核天体物理研究、核能开发及引用提供所需的核数据测量，在中子照相、中子治疗及中子辐照效应(例如材料辐照损伤、生物效应等)等核技术方面有着广泛的应用。基于强流的电子直线加速器是采用高流强的电子束轰击高原子序数的辐射转化靶而产生高能的γ射线，高能的γ射线再次轰击辐射转化靶而产生中子。在靶材料选定的情况下，白光中子源采用提高电子束流强的方式提高中子产额。高能的电子束在轰击辐射转化靶时，大部分电子束能量被沉积在靶体上，仅有少量通过γ射线和中子方式传递出去,导致靶体温度瞬间升高，使辐射转化靶体被融化而损坏，因此，热耐受能力成为辐射转化靶的主要指标之一。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种用于中子源的辐射转化靶，其在高能电子束轰击下具有高产额的白光中子，同时，利于散热。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于中子源的辐射转化靶，包括靶体，所述靶体由多个靶片堆叠而成，相邻的靶片之间存在供冷却液流通的靶片间隙。

本技术方案进一步设置为，沿着电子束流的传递方向，多个靶片的厚度按照由薄至厚的趋势变化。

本技术方案进一步设置为，所述靶片间隙的宽度为1-2mm。

本技术方案进一步设置为，所述靶片的材料为钨。

本技术方案进一步设置为，所述靶片的表面镀有耐腐蚀层，所述耐腐蚀层的材料为Cr-N、Cr-C或Cr-C-N。

本技术方案进一步设置为，还包括靶托，所述靶托的内部设有用于装载靶体的容纳腔，沿着电子束流的传递方向，所述靶托的端部设有与所述容纳腔相连通的贯通孔。

本技术方案进一步设置为，所述容纳腔的腔壁上设有多个凸出其表面的卡凸，相邻的卡凸之间形成容纳靶片的卡槽。

本技术方案进一步设置为，所述靶托的顶部设有安装口，所述安装口沿着靶托长度方向延伸。

本技术方案进一步设置为，所述靶托的底部设有冷却液流通缝隙，所述冷却液流通缝隙与所述靶片间隙相连通。

本技术方案进一步设置为，所述靶托的材料为铝。

本发明的有益效果是：

1、靶体采用多个靶片组成叠片靶结构，冷却液可从相邻的靶片之间流通，以降低靶片温度，利于靶体散热。

2、按照靶体中电子束能量沉积密度变化趋势，靶片的厚度从薄到厚依次变化，使电子束能量沉积密度高的靶片得到更好的冷却，在保证高中子产额的同时，达到保护辐射转化靶的目的。

3、靶片与靶托的装配方式采用插拔式，可根据电子束能量、中子产额需求更换不同厚度、不同数量的靶片，可选择性以及适用性更广。

4、冷却液在靶片间隙中由上向下单向流动，以冷却、浸泡靶片的被轰击端面，保证对靶片进行完全冷却。

5、被电子束电离后的冷却液对靶片具有一定的腐蚀性，在靶片的外表面镀有耐腐蚀层，从而提高靶片的耐腐蚀性以及耐磨性，提高辐射转化靶的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中靶体的结构示意图；

图3是本发明中靶托的结构示意图；

图4是图1的纵向剖视图；

图5是电子束轰击靶体的示意图；

图6是本发明与进水水套的装配示意图。

附图中：100-靶体、101-靶片、102-靶片间隙、200-靶托、201-容纳腔、202-贯通孔、203-卡凸、204-卡槽、205-冷却液流通缝隙、300-进水水套、301-靶托安装孔。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1-图5所示，一种用于中子源的辐射转化靶，包括靶体100，所述靶体100由多个靶片101堆叠而成，相邻的靶片101之间存在供冷却液流通的靶片间隙102。

值得说明的是，靶体100采用多个靶片101组成叠片靶结构，冷却液可从相邻的靶片之间(即靶片间隙102)流通，降低靶片101的温度，利于靶体100散热。

本技术方案进一步设置为，沿着电子束流的传递方向，多个靶片101的厚度按照由薄至厚的趋势变化。

值得说明的是，大功率的电子束轰击在靶体100上，其能量大部分都转换为热量沉积在靶体100上，仅有少部分能量通过γ射线和中子方式传递出去。根据电子束在靶体100上能量沉积密度分布规律，位于靶体100前端部分(先被电子束轰击的部分)的电子束能量沉积密度最高，位于靶体100后端部分(后被电子束轰击的部分)的电子束能量沉积密度逐渐降低，将靶体100切分为不同厚度，并依次按照从薄到厚间隙排列，目的是使靶体100中电子束能量沉积密度高的靶片101得到更好的冷却，降低靶片101工作温度，在保证高中子产额的同时，达到保护辐射转化靶的目的。

具体的，靶体100的总厚度由蒙卡计算的中子产额确定，中子产额最大时的厚度为靶体100的总厚度。单个靶片101的厚度由蒙卡计算的电子束能量沉积密度分布和热工计算的温度分布迭代优化得到。位于靶体100前端部分的靶片101中的电子束能量沉积密度较高，最高的能量沉积密度可达到3×10

本技术方案进一步设置为，所述靶片间隙102的宽度为1-2mm。

值得说明的是，冷却液以7m/s、8m/s甚至10m/s或者更高流速通过靶片间隙102，带走靶片101上电子束沉积的热量，以保证靶片101的工作温度低于其熔点，不会被损坏。

本技术方案进一步设置为，所述靶片101的材料为钨。

本技术方案进一步设置为，所述靶片101的表面镀有耐腐蚀层，所述耐腐蚀层的材料为Cr-N、Cr-C或Cr-C-N。

值得说明的是，被电子束电离后的冷却液对靶片101具有一定的腐蚀性，在靶片101的外表面镀有耐腐蚀层，从而提高靶片的耐腐蚀性以及耐磨性，提高辐射转化靶的使用寿命。

具体的，冷却液一般采用纯水，受高能电子束或者中子等离子辐照后的纯水会产生腐蚀靶片101的不良物质，例如过氧化氢、氢气等产物，因此，利用Cr-N、Cr-C以及Cr-C-N具有抗过氧化氢腐蚀、耐高温、耐磨损等特性，在靶片101表面镀一层厚度0.06mm、0.08或0.1mm的耐腐蚀层，以达到提高辐射转化靶的耐腐蚀寿命(约提高6-10年)。

本技术方案进一步设置为，还包括靶托200，所述靶托200的内部设有用于装载靶体100的容纳腔201，沿着电子束流的传递方向，所述靶托200的端部设有与所述容纳腔201相连通的贯通孔202。

值得说明的是，靶托200可为矩形、圆形或椭圆形，靶托200的前后贯通，保证电子束不会被靶托200所阻挡。

本技术方案进一步设置为，所述容纳腔201的腔壁上设有多个凸出其表面的卡凸203，相邻的卡凸203之间形成容纳靶片101的卡槽204。

值得说明的是，卡凸203沿着靶托200的高度方向设置，同时，多个卡凸203沿着靶托200的长度方向间隔排布，卡槽204用于确保靶片101的装载位置。

本技术方案进一步设置为，所述靶托200的顶部设有安装口，所述安装口沿着靶托200长度方向延伸。

值得说明的是，靶片101自安装口装入容纳腔201中，靶片101与靶托200的装配方式采用插拔式，可根据电子束能量、中子产额需求更换不同厚度、不同数量的靶片101，可选择性以及适用性更广。

本技术方案进一步设置为，所述靶托200的底部设有冷却液流通缝隙205，所述冷却液流通缝隙205与所述靶片间隙102相连通。

值得说明的是，靶托200的前后贯通、上下贯通且左右封闭，冷却液在靶片间隙102中由上向下单向流动，以冷却、浸泡靶片101的被轰击端面，保证对靶片101进行完全冷却，流经靶片101被轰击端面的冷却液经冷却液流通缝隙205排出靶托200。

具体的，靶托200的底部与卡槽204相接处为实心结构，以装载靶片101，冷却液流通缝隙205位于相邻的卡槽204之间，卡凸203位于冷却液流通缝隙205内部，促使冷却液流通缝隙205与靶片间隙102相对设置。

本技术方案进一步设置为，所述靶托200的材料为铝，减小靶的活化。

如图6所示，装载完靶片101的靶托200将安装在进水水套300下端部的靶托安装孔301内，进水水套300的外围套设有出水水套，进水水套300与出水水套之间形成冷却液的流通通道，同时，出水水套固定设置于辐射屏蔽层内部。辐射屏蔽层主要有γ射线屏蔽与中子屏蔽，γ射线屏蔽层主要采用铸铁和铅进行防护，中子屏蔽采用含硼聚乙烯吸收多余的中子，整个辐射屏蔽层外形呈现六方形，几何中心掏孔以安装出水水套，辐射屏蔽层中设有电子束真空管道，保证对电子束无阻挡，同时，辐射屏蔽层中设有中子传输孔道。靶托安装孔301与靶托200间隙配合，从而使得冷却液依然从靶片间隙102流过，使每个靶片101都被高流速的冷却液所浸泡，从而带走靶片101沉积的热量。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：

电子束能量为35MeV、流强为2mA时，靶片101共有10个，同时，沿着电子束流的传递方向，10个靶片101的厚度分布为2mm、4mm、4mm、4mm、4mm、5mm、6mm、7mm、9mm、15mm，靶片之间靶片间隙102的宽度为1.5mm，冷却水以8m/s的流速通过，带走靶片101上电子束沉积的热量，以保证靶片101工作温度低于其熔点，不会被损坏。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。