本申請(qǐng)涉及離子束流轟擊裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氚靶裝置。

背景技術(shù)：

氘氚聚變中子發(fā)生器是利用高速氘離子束轟擊氚靶發(fā)生氘氚聚變反應(yīng)，形成氦原子并釋放出中子。氚靶是中子發(fā)生器中的重要部件。其一般以熱導(dǎo)率較高的銅或其合金為基體，厚度一般為幾mm(毫米)，其表面鍍有吸附有氚的鈦膜，厚度一般為幾μm(微米)。高速氘離子束正是與鈦膜中的氚原子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生中子。反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量沉積于靶片中，再通過(guò)靶片背部的冷卻流體帶走。由于束流轟擊時(shí)的熱流密度最高可達(dá)幾十kw/cm²(千瓦每平方厘米)，若不能及時(shí)散出，將會(huì)引起靶片溫度過(guò)高，不僅會(huì)造成氚原子的逃逸損失，降低中子發(fā)生器性能，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)使靶片的燒毀。

目前的強(qiáng)流中子發(fā)生器所采用的氚靶結(jié)構(gòu)形式主要為旋轉(zhuǎn)靶。相較于早期的固定靶結(jié)構(gòu)，氘離子束流不再是對(duì)靶片上的某一固定點(diǎn)進(jìn)行轟擊，而是隨著氚靶的旋轉(zhuǎn)，連續(xù)轟擊靶片的不同位置，這就避免了對(duì)同一個(gè)位置連續(xù)轟擊導(dǎo)致局部溫度過(guò)高。顯然，當(dāng)束流功率一定時(shí)，靶片直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，其溫度也就越低。目前普遍采用的旋轉(zhuǎn)靶轉(zhuǎn)速一般為1000～5000rpm(轉(zhuǎn)每分鐘)，直徑一般為200～500mm，靶片背部循環(huán)冷卻水的流量通常為10～30l/min(升每分鐘)，以維持整個(gè)靶片的最高溫度不超過(guò)200℃。隨著人們對(duì)中子束流功率要求的不斷提高，現(xiàn)有技術(shù)很難滿足要求，繼續(xù)提高靶片直徑和轉(zhuǎn)速會(huì)受到機(jī)械強(qiáng)度、密封技術(shù)等限制。

因此，本技術(shù)領(lǐng)域亟需提供一種新的氚靶裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種氚靶裝置，能夠有效地控制靶片的溫度，避免工作時(shí)原子的逃逸損失、避免降低裝置的性能，并能有效地保護(hù)裝置，此外無(wú)需增加靶片的直徑和提高靶片的轉(zhuǎn)速，而且能保證裝置的機(jī)械強(qiáng)度等。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種氚靶裝置，所述氚靶裝置包括靶主體和加速器接口，所述靶主體包括靶片，所述靶片包括基底以及設(shè)于所述基底上具備高熱導(dǎo)率性能的金剛石層，其中，當(dāng)氘離子束流經(jīng)所述加速器接口射入轟擊所述靶片時(shí)，釋放的熱能經(jīng)由所述金剛石層吸收擴(kuò)散后傳遞給所述基底。

上述氚靶裝置，通過(guò)在靶片的基底上設(shè)置具備高熱導(dǎo)率性能的金剛石層，從而利用金剛石的超高熱導(dǎo)率，使熱量迅速擴(kuò)散，以避免局部溫度過(guò)高。通過(guò)這種方式，本申請(qǐng)能夠有效地控制靶片的溫度，避免工作時(shí)氚原子的逃逸損失、避免降低裝置的性能，并能有效地保護(hù)裝置，此外無(wú)需增加靶片的直徑和提高靶片的轉(zhuǎn)速，而且能保證裝置的機(jī)械強(qiáng)度等。

附圖說(shuō)明

圖1為一實(shí)施例中氚靶裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中，還顯示了氘離子束流的氘離子束入射方向；

圖2為圖1所示氚靶裝置的ⅱ部分放大結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1和圖2，圖1為一實(shí)施例中氚靶裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中，還顯示了氘離子束流的氘離子束入射方向，圖2為圖1所示氚靶裝置的ⅱ部分放大結(jié)構(gòu)示意圖。

在本實(shí)施例中，所述氚靶裝置包括但不限于靶主體100和加速器接口400，所述靶主體100包括靶片110，所述靶片110包括基底111以及設(shè)于所述基底111上具備高熱導(dǎo)率性能的金剛石層112，其中，當(dāng)氘離子束流經(jīng)所述加速器接口400射入轟擊所述靶片110時(shí)，釋放的熱能經(jīng)由所述金剛石層112吸收擴(kuò)散后傳遞給所述基底111。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例氚靶裝置的最小構(gòu)成結(jié)構(gòu)可以?xún)H為上述的靶主體100和加速器接口400，其只需在基底111上形成金剛石層112即可利用金剛石的超高熱導(dǎo)率性能進(jìn)行及時(shí)散熱，達(dá)到相關(guān)的技術(shù)效果，上述最小構(gòu)成結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到任一種類(lèi)型的氚靶裝置中，包括但不限于圖1所示的氚靶裝置。

值得注意的是，本實(shí)施例的所述金剛石層112優(yōu)選地為金剛石鍍膜，其中，其可以完全覆蓋形成于基底111，也可以針對(duì)溫度較高的區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性設(shè)置，在此不作限定。

優(yōu)選地，所述金剛石鍍膜形成于氘離子束流轟擊所述基底111時(shí)的環(huán)形轟擊區(qū)域的內(nèi)表面上，并呈環(huán)帶狀。具體而言，氘離子束流轟擊所述基底111的外圓周位置的環(huán)形轟擊區(qū)域，因此為了更好地傳導(dǎo)熱能，本實(shí)施例的金剛石鍍膜形成于被轟擊的一側(cè)的內(nèi)表面上，對(duì)應(yīng)地，為了能較大限度地實(shí)現(xiàn)散熱效果，金剛石鍍膜沿該環(huán)形轟擊區(qū)域覆蓋設(shè)置，以形成上述的環(huán)帶狀。

需要說(shuō)明的是，所述靶片110還包括吸氚鈦膜113，所述吸氚鈦膜113設(shè)于所述金剛石鍍膜位于氘離子束流轟擊側(cè)的表面上，使得所述金剛石鍍膜夾設(shè)于所述基底111和所述吸氚鈦膜113之間，不難理解的是，所述吸氚鈦膜113也可以與金剛石鍍膜對(duì)應(yīng)地為環(huán)帶狀。其中，在工作過(guò)程中，氘離子束流對(duì)吸氚鈦膜113轟擊，產(chǎn)生中子，同時(shí)聚變釋放的熱量先由金剛石鍍膜吸收，然后傳遞給基底111。

為了更好地實(shí)現(xiàn)散熱效果，在其他實(shí)施例中，所述氚靶裝置還包括冷卻結(jié)構(gòu)200，所述冷卻結(jié)構(gòu)200包括擋板210、形成于所述擋板210上的冷卻介質(zhì)入口220和冷卻介質(zhì)出口230，所述擋板210與所述基底111相鄰設(shè)置且兩者之間形成有用于注入冷卻介質(zhì)的收容空間。對(duì)應(yīng)地，聚變釋放的熱量先由金剛石鍍膜吸收后傳遞給基底111，接著通過(guò)冷卻結(jié)構(gòu)200冷卻帶走。

本申請(qǐng)的氚靶裝置可以為固定式氚靶裝置或旋轉(zhuǎn)式氚靶裝置，優(yōu)選地，所述氚靶裝置為旋轉(zhuǎn)式氚靶裝置，所述氚靶裝置還包括空心轉(zhuǎn)軸120、與所述空心轉(zhuǎn)軸120相連接以驅(qū)動(dòng)所述靶主體100旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)300，所述空心轉(zhuǎn)軸120與所述靶片110之間連接設(shè)置，所述擋板210與所述空心轉(zhuǎn)軸120之間設(shè)有動(dòng)密封結(jié)構(gòu)240，以使得所述空心轉(zhuǎn)軸120、所述靶片110和所述擋板210之間密封連接。

值得注意的是，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)300可以為同步帶輪，以驅(qū)動(dòng)所述靶主體100高速旋轉(zhuǎn)，所述動(dòng)密封結(jié)構(gòu)240優(yōu)選地可以為機(jī)械動(dòng)密封。

如圖1所示，所述加速器接口400包括加速器連接法蘭410和真空密封結(jié)構(gòu)420，所述加速器連接法蘭410沿軸向方向形成有用于射入氘離子束流的法蘭入口，所述加速器連接法蘭410和所述空心轉(zhuǎn)軸120之間通過(guò)所述真空密封結(jié)構(gòu)420相連接，以使得所述法蘭入口到所述靶片110之間維持形成的真空空間。

需要說(shuō)明的是，所述真空密封結(jié)構(gòu)420采用磁流體密封。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述基底111呈球冠狀，所述擋板210的形狀與所述基底111對(duì)應(yīng)呈球冠狀，所述冷卻介質(zhì)入口220為多個(gè)噴嘴并沿所述擋板210的圓周方向間隔排列設(shè)置，以使得冷卻介質(zhì)經(jīng)由所述多個(gè)噴嘴射入沖擊所述基底111對(duì)應(yīng)的多個(gè)區(qū)域。優(yōu)選地，所述冷卻介質(zhì)入口220可以為十二、或十六個(gè)噴嘴，以通過(guò)更密集的方式進(jìn)行高效的沖擊散熱效果。其中，冷卻介質(zhì)經(jīng)由所述多個(gè)噴嘴射入沖擊所述基底111對(duì)應(yīng)的多個(gè)區(qū)域后，經(jīng)由冷卻介質(zhì)出口230流出。

對(duì)應(yīng)地，冷卻介質(zhì)出口230可以與冷卻介質(zhì)入口220的個(gè)數(shù)一致并一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，也可以一對(duì)多或多對(duì)一的方式進(jìn)行區(qū)別設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)較好的快速流出散熱效果。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述基底111的材料包括銅或銅合金，所述空心轉(zhuǎn)軸120與所述靶片110之間通過(guò)螺紋或螺栓連接設(shè)置。本實(shí)施例的基底111采用銅或銅合金材料，能夠滿足靶片110所需的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)又具有很好的機(jī)械加工性能。

本實(shí)施例還提供一種采用上述任一實(shí)施例涉及的氚靶裝置的中子發(fā)生器。

綜上所述，本申請(qǐng)通過(guò)在靶片110的基底111上設(shè)置具備高熱導(dǎo)率性能的金剛石層112，從而利用金剛石的超高熱導(dǎo)率，使熱量迅速擴(kuò)散，以避免局部溫度過(guò)高。通過(guò)這種方式，本申請(qǐng)能夠有效地控制靶片110的溫度，避免工作時(shí)氚原子的逃逸損失、避免降低裝置的性能，并能有效地保護(hù)裝置，此外無(wú)需增加靶片的直徑和提高靶片的轉(zhuǎn)速，而且能保證裝置的機(jī)械強(qiáng)度等。

以上所述僅為本申請(qǐng)的實(shí)施例，并非因此限制本申請(qǐng)的專(zhuān)利范圍，凡是利用本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本申請(qǐng)的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。