氚鈦靶系統(tǒng)靶溫升瞬態(tài)分析的方法研究

2014-07-26 曹文鋼 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院

  完成了中子發(fā)生器的關(guān)鍵裝置———真空氚鈦靶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并對影響氚鈦靶壽命的各個(gè)因素及靶溫升對氚鈦靶壽命的影響做了介紹,著重研究旋轉(zhuǎn)靶的溫度變化瞬時(shí)分析的新方法。該方法將旋轉(zhuǎn)靶的受熱區(qū)域分為若干個(gè)相等的受熱點(diǎn),利用循環(huán)往復(fù)的“跳格”加熱的方式完成旋轉(zhuǎn)靶的瞬態(tài)分析,計(jì)算結(jié)果表明: 通過該方法,能夠控制旋轉(zhuǎn)靶的靶點(diǎn)溫升在允許溫度范圍之內(nèi)。

  中子在原子能、冶煉、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、食品、環(huán)境、核數(shù)據(jù)測量、地質(zhì)勘探等各個(gè)方面被廣泛應(yīng)用,中子源主要之一是氘氚聚變反應(yīng)中子發(fā)生器,而氚靶是中子發(fā)生器的極其重要的部件。氚靶通常是由鈦、鋯等吸氚膜材料吸附氚制備而成,由于鈦價(jià)格較低且鈦膜制作相對簡單,一般常用它做中子發(fā)生器的吸氚膜材料,這就是氚鈦靶。在運(yùn)行過程中,氘離子流轟擊靶片,使氚靶溫度迅速提升,特別是密封中子管的氚靶,有時(shí)能升高至150℃,若長期持續(xù)工作,真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)認(rèn)為維持氚靶有高的氚密度和熱穩(wěn)定性非常重要。

  本文給出了真空氚鈦靶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,著重研究了旋轉(zhuǎn)靶溫升瞬時(shí)分析方法和過程。

  氚鈦靶壽命的影響因素

  通常認(rèn)為影響氚鈦靶系統(tǒng)的使用壽命因素主要有以下三個(gè)方面: 氚靶中的氚被氘離子置換、氘離子流對氚靶的濺射以及靶的溫度。當(dāng)氘離子束轟擊靶片時(shí),溫度會(huì)急劇升高,其中的氚會(huì)從靶片以氣態(tài)大量釋放,這是影響靶片使用壽命的主要因素之一。由氘吸附在鈦膜上形成的氘化鈦,其明顯分解溫度為343℃,當(dāng)溫度達(dá)到343℃,其中的氘開始大量釋放,而氫化鈦的明顯分解溫度為380℃左右,為了防止溫度過熱而造成氚氣從靶片釋放,通常認(rèn)為必須將溫度控制在200℃以下。

  現(xiàn)在對于溫度因素的處理辦法為采用水冷大面積高速旋轉(zhuǎn)氚鈦靶技術(shù),旋轉(zhuǎn)靶的原理是通過旋轉(zhuǎn)大大增加有效使用靶面積,進(jìn)而控制靶片溫度,提高靶片的壽命。

  結(jié)論

  通過上述分析結(jié)果可知,靶面溫度能有效的降低,靶點(diǎn)最大溫度在160℃左右,并在第20 周期趨于穩(wěn)定,并控制溫度在200℃以下,利用循環(huán)往復(fù)的“跳格”加熱的方式能夠完成旋轉(zhuǎn)靶的瞬態(tài)分析,且根據(jù)所列參數(shù),得出的旋轉(zhuǎn)靶的靶點(diǎn)溫升在控制溫度范圍內(nèi)。