[发明专利]一种上旋式液态金属无窗散裂靶构件

说明书

本发明提供一种用于加速器驱动次临界系统的上旋式液态金属无窗散裂靶构件，包括内导流管、起旋叶轮、导流叶片、外导流管及束流管，所述起旋叶轮固定于所述内导流管的内壁，所述导流叶片固定于所述内导流管的上端，所述外导流管套设于所述内导流管及导流叶片的外侧，所述束流管设置于所述内导流管的上方并与所述外导流管固定连接，所述内导流管包括流通段及排出段，所述排出段包括缩口段及扩口段。本发明通过结构优化设计，改善了靶件内部流场分布，极大地减小了自由液面区域的回流滞止区，从而增强了散裂靶件的热输运能力。

技术领域

本发明涉及处理核废料的加速器驱动次临界嬗变系统，更具体地说，涉及一种上旋式液态金属无窗散裂靶构件。

背景技术

加速器驱动次临界嬗变系统(Accelerator Driven Sub-critical System，ADS)是目前国际公认的最安全有效的核废料处置技术方案。ADS使用加速器提供的强流质子束轰击重金属靶，产生的高能散裂中子驱动并维持次临界反应堆的运行，用来嬗变高放射性长寿命核素，达到增殖利用的目的。ADS主要包括加速器、散裂靶及反应堆三个部分，其中，散裂靶是实现“加速器-反应堆”耦合的关键部件，决定着整体系统的功率水平，对系统整体的性能及安全有着举足轻重的作用。

散裂靶根据其物质形态主要分为固态散裂靶及液态散裂靶两类，其中，液态散裂靶又分为液态有窗散裂靶和液态无窗散裂靶两种。近年来，液态金属无窗散裂靶越来越得到核科学专家的青睐，它的独特性在于，液态金属既作为发生散裂反应的靶材料，又作为传输沉积热量的冷却介质。液态金属无窗散裂靶通过形成稳定的自由液面来维持加速器内部的高真空状态，保证束流有效传输并通过自由液面直接加载到液态金属流体中发生散裂反应。

根据自由液面形成方式，液态无窗散裂靶有多种类型，上旋靶是其中一种。该靶件竖直安装在反应堆内的燃料组件中央，液态金属从靶件底部由下向上流入，经过叶轮后变为螺旋流动，在壁面约束下边旋转边上升，当壁面约束解除后向外喷散而形成自由液面。然而，上旋靶在形成自由液面的过程中，由于中心区域的流体流速较小，在自由液面中心处容易形成滞留，从而产生回流滞止区，进而影响散裂靶中束流沉积热量的导出，对靶件的正常工作造成威胁。

发明内容

鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种上旋式液态金属无窗散裂靶构件。

本发明提供一种上旋式液态金属无窗散裂靶构件，包括内导流管、起旋叶轮、导流叶片、外导流管及束流管，所述起旋叶轮固定于所述内导流管的内壁，所述导流叶片固定于所述内导流管的上端，所述外导流管套设于所述内导流管及导流叶片的外侧，所述束流管设置于所述内导流管的上方并与所述外导流管固定连接，所述内导流管包括流通段及排出段，所述排出段包括缩口段及扩口段。

根据一些实施方式，所述缩口段为按圆弧状连续缩小的渐缩管道，所述扩口段为按圆弧状连续扩大的渐扩管道。

根据一些实施方式，所述缩口段的最小内径处直径为所述流通段的内径的0.7-0.9倍，所述扩口段的最大内径处直径为所述流通段的内径的1.1-1.5倍。

根据一些实施方式，所述起旋叶轮包括中轴及沿所述中轴圆周方向均匀分布的叶片，所述中轴的外径为所述内导流管的流通段的内径的1/5，所述中轴的长度为其外径的10-15倍。

根据一些实施方式，所述中轴为圆柱形，其两端为具有椭圆形光滑过渡的尖端。

根据一些实施方式，所述叶片为螺旋形叶片，包括与轴向平行部分、沿螺旋线倾斜部分以及中间光滑过渡部分。

根据一些实施方式，所述叶片两侧相对于中心轴线的夹角为100-140度。

根据一些实施方式，所述导流叶片为月牙形状，其两侧相对于中心轴线的夹角为15-60度。