一種呼吸式準直器的製作方法
2023-10-18 10:14:24
專利名稱:一種呼吸式準直器的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械設備和核技術領域：
，特別涉及一種呼吸式準直器。
背景技術：
散裂中子源(CSNS)是國家重大科技基礎設施建設項目。是我國「十一五」期間重點建設的大科學裝置，已列入國家中長期科學和技術發展規劃。經國務院批准，將建造一個質子束功率達100kw、有效脈衝中子通量居世界前列的散裂中子源裝置。國家支持建設經費約12億元，建設期為7年。中國散裂中子源(CSNS)項目，落戶於廣東省東莞市松山湖科技園區，是建在中國的第一座基於加速器加速高能質子轟擊金屬靶而產生大量散射中子的中子源。在這個裝置中，高能量的質子轟擊金屬靶，引起金屬原子的散裂反應。顧名思義，散裂，一分為多，金屬靶在這個反應中會釋放出大量的中子，這些中子被安全地引出到實驗測量裝置上，供科學和工業研究用。2011年建設的中國散裂中子源(CSNS)作為發展中國家的第一臺散裂中子源，將進入世界四大散裂中子源行列。CSNS是開展前沿學科及高新技術研究的先進大型實驗平臺，能夠為我國的多學科創新在國際上佔領一席之地提供良好的機遇。主準直器是CSNS RCS關鍵設備之一。CSNS的束流準直器分別放置在環(RCS)和輸運線(LRBT、RTBT)的特定位置，以消除不在預定軌道或動量有偏差的質子，同時使質子捕獲激發的二次粒子和放射性同位素在束流準直器內吸收，這樣就可以補償環和輸運線元件的偏差。在CSNS的RCS中，設置有一個主準直器、四個次準直器和一個動量準直器，在LRBT設置有一個動量準直器、RTBT設置有四個動量準直器，它們是確保CSNS高質量運行的關鍵設備。
為了減少機器運行過程中束流準直器對周圍元件的活化，束流準直器需要有高的冷卻傳熱性能、抗輻射能力，其定位精度要求高，為了保證維護人員安全操作，在設計中還要充分考慮準直器的遠程操作和維護，儘可能減少輻射照射。同時由於準直器要吸收、捕獲粒子，這決定了在束流準直器工作區域為高輻射區域，因此束流準直器的結構設計與研製需要重點考慮輻射防護問題。準直器作為高通量粉末衍射譜儀的關鍵部件之一，對於譜儀的正常運行以及譜儀解析度等性能的提高具有不可忽視的作用。目前國際上主要存在兩種類型的準直器，以日本為代表的高真空準直器，準直器內部處於真空狀態，這就對準直器的材料性能與強度提出了很高的要求。另一種就是以國內正在研製的通氣準直器，準直器內部通入性質不活潑氣體，可以降低對準直器材料的性能要求。充入氣體如果不能在準直器內部完成良好循環，將會造成氣體活化，這是在設計中應該極力避免的。
發明內容
本發明的目的是提供結構簡單，便於控制的呼吸式準直器。涉及到的原理和方程有流體力學的流動原理，熱泳力原理，理想氣體模型方程。採用通入氣體的方法可以減低腔體承受壓力，減小壁厚，在一定程度上降低腔體結構設計的難度和材料成本。水平插板可以形成內部的中子通道，少量的插板數不僅可以使設計簡單，也可以使通入氣體更好的完成內部的循環，避免活化作用。同時水平插板採用發熱板，由於溫度梯度所造成了熱泳力，使氣流中微粒不容易附著在板面上。並且可以使用時變發熱板，使箱內溫度不斷變化。由於通入箱內的是性質不活潑氣體，可視為理想氣體。利用理想氣體狀態方程PV=nRT，得出在箱內氣體體積不變的情況下，理想氣體溫度發生變化，箱內氣體壓強會隨之變化，當氣體被加熱後，壓強會增大。同時考慮到氣體被加熱後有膨脹因素以及氣體流速變化的影響，氣體被加熱後，壓強會進一步增大。於是溫度不斷變化，氣體壓強不斷的變化就類似於人體肺部的呼吸動作，這樣就迫使殘留的部分氣體排出，從而達到設計要求。同時適當的調節進氣速度和發熱板溫度的變化，會使氣體循環效果更好。
本發明提供的呼吸式準直器，其特徵在於該準直器包括一個外殼，所述外殼含有一個大埠和一個小埠，大埠的面積大於小埠的面積，大埠和小埠分別位於外殼相對的兩個側面上；
所述外殼上設有循環氣體入口和循環氣體出口 ；
在所述外殼內設置有若干個水平插板，水平插板之間形成內部的中子通道並作為氣體導向板。
水平插板的設置使氣體從循環氣體入口進入後先後流經由水平插板分隔的空間，最後循環氣體從循環氣體出口流出。
大埠連接中子發生裝置，小埠與樣品腔相連。
所述的外殼根據裝置抗壓以及抗輻射的要求，其材料應具有良好的抗輻射性，同時外殼需要有良好的密封性能，殼厚在2mnTl0mm之間。
所述的水平插板同樣需要滿足抗輻射的要求，其材料需要具有良好的抗輻射性。同時水平插板的布置及數量對於裝置的性能具有重要的影響。水平插板交替與大埠和小埠留有空隙，以利循環氣體通過。水平插板的厚度在10mnTl2mm之間。
水平插板為可發熱板。
每個水平插板均由三塊板組成，中間一層為雲母板，其上布置發熱線圈，另外兩塊板為導熱板。
所述導熱板可以使用不鏽鋼，也可以使用導熱係數更好的材料。
雲母板中線圈的布置按一般發熱板的布置即可。
考慮到外殼的密封性，水平插板的接線從循環氣體入口或者從循環氣體出口引出。
水平插板數量優選3個。
所述的循環氣體入口、循環氣體出口是該裝置的重要設計部分。在孔徑給定的情況下，則只需要考慮在殼上開孔的位置。根據設計結果，開口的方案是循環氣體入口在外殼上部，循環氣體出口在外殼下部，也可以根據具體情況在其他位置布置開口。
本發明的有益效果降低準直器內氣體的活化水平，降低製造成本和加工難度。本發明的準直器裝置通過設計良好的出入口條件，合理的水平插板布置和合適的溫度變化，利用控制溫度變化產生壓強和動能變化，這樣就類似於人體肺部呼吸作用。可以使氣體在準直器內部完成充分良好的循環。既降低了對準直器材料的性能要求，又避免了氣體在準直器內部的活化作用。
[0021]圖1為呼吸式準直器裝置示意圖；
圖2為呼吸式準直器裝置主視圖；
圖3為呼吸式準直器的水平插板示意圖；
圖4為呼吸式準直器的水平插板透視圖；
圖中標號1_外殼；2-第一水平插板；3_第二水平插板；4_第二水平插板；5-循環氣體入口 ；6_循環氣體出口 ；7_大埠 ；8_小埠。
具體實施方式
下面的實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。
實施例1
一種呼吸式準直器，該準直器包括一個外殼1，所述外殼I含有一個大埠 7和一個小埠 8，大埠的面積大於小埠的面積，大埠和小埠分別位於外殼相對的兩個側面上；
所述外殼上設有循環氣體入口 5和循環氣體出口 6 ;所述的循環氣體入口 5、循環氣體出口 6是該裝置的重要設計部分。在孔徑給定的情況下，則只需要考慮在殼上開孔的位置。根據設計結果，開口的方案是循環氣體入口在外殼上部，循環氣體出口在外殼下部，二者的相對位置如圖1所示，也可以根據具體情況在其他位置布置開口 ；
在所述外殼內設置有若干個水平插板，水平插板之間形成內部的中子通道並作為氣體導向板。
水平插板的設置使氣體從循環氣體入口 5進入後先後流經由水平插板分隔的空間，最後循環氣體從循環氣體出口 6流出。
水平插板為可發熱板。每個水平插板均由三塊板組成(如圖3所示，a板、b板和c板)，中間一層(b板)為雲母板，其上布置發熱線圈，另外兩塊板(a板和c板)為導熱板。所述導熱板(a板、c板)使用不鏽鋼。雲母板中線圈的布置按一般發熱板的布置即可。同時a板、b板、c板的厚度可以適當調整。水平插板數量為3個。水平插板交替與大埠和小埠留有空隙，以利循環氣體通過。如圖2所示。第一水平插板2與小埠留有空隙，第二水平插板3與大埠留有空隙，-第三水平插板4與小埠留有空隙。
為了保證外殼I的密封性，水平插板的接線從循環氣體入口 5或者從循環氣體出口 6引出。
大埠連接中子發生裝置，小埠 8與樣品腔相連。
所述的外殼I根據裝置抗壓以及抗輻射的要求，其材料應具有良好的抗輻射性，同時外殼I需要有良好的密封性能，殼厚為2mm。
所述的水平插板同樣需要滿足抗輻射的要求，其材料需要具有良好的抗輻射性。同時水平插板的布置及數量對於裝置的性能具有重要的影響。水平插板的厚度為10_。
本準直器的工作流程由中子流程和氣體流程兩部分組成。中子水平射入樣品腔；氣體從循環氣體入口 5進入最終由循環氣體出口 6流出。
所涉及的中子的運動過程是準直器的大埠 7與中子發生裝置相連，小埠 8與樣品腔相連，中子從大埠 7進入準直器內部，水平插板之間形成內部的中子通道，然後中子從小埠 8離開準直器，進入樣品腔。
所涉及的氣體的流通過程是水平插板作為氣體導向板，使氣體從循環氣體入口5進入後先後流經由第一水平插板2、第二水平插板3、第三水平插板4分隔的空間，最後循環氣體從循環氣體出口 6流出。在氣體流經第一水平插板2、第二水平插板3、第三水平插板4的過程中，水平插板會發熱。利用熱泳力的作用，氣體內細小微粒不滯留在壁面，從而避免氣體滯留。同時合理控制發熱量的變化，使箱內溫度不斷變化。由於通入箱內的是性質不活潑氣體，可視為理想氣體。利用理想氣體狀態方程PV=nRT，得出在箱內氣體體積不變的情況下，理想氣體溫度發生變化，箱內氣體壓強會隨之變化，當氣體被加熱後，壓強會增大。同時考慮到氣體被加熱後有膨脹因素以及氣體流速變化的影響，氣體被加熱後，壓強會進一步增大。於是溫度不斷變化，氣體壓強不斷的變化就類似於人體肺部的呼吸動作，這樣就迫使殘留的部分氣體排出從而達到設計要求。
所涉及的循環氣體類型應為氮氣或氦氣等性質不活潑氣體，這樣通過向準直器內部通入氣體的方式來平衡內外壓差，可以降低準直器的設計難度和所需材料強度。
所涉及的循環氣體出入口布置方式為循環氣體入口 5，供循環氣體進入準直器，通過內板改變流動方向，在整個空間內流動。循環氣體出口 6，供循環氣體離開準直器。整個過程保證準直器空間內不存在不流動的死角。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求
的保護範圍為準。
權利要求
1.一種呼吸式準直器,其特徵在於該準直器包括一個外殼(I )，所述外殼(I)含有一個大埠(7)和一個小埠(8)，大埠的面積大於小埠的面積，大埠和小埠分別位於外殼相對的兩個側面上； 所述外殼上設有循環氣體入口(5)和循環氣體出口(6); 在所述外殼內設置有若干個水平插板，水平插板之間形成內部的中子通道並作為氣體導向板。
2.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於設置的水平插板使氣體從循環氣體入口(5)進入後先後流經由水平插板分隔的空間，最後循環氣體從循環氣體出口(6)流出。
3.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於大埠(7)連接中子發生裝置，小埠(8)與樣品腔相連。
4.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於水平插板交替與大埠和小埠留有空隙，以利循環氣體通過。
5.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於水平插板為可發熱板。
6.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於水平插板的接線從循環氣體入口(5)或者從循環氣體出口(6)引出。
7.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於每個水平插板均由三塊板組成，中間一層為雲母板，其上布置發熱線圈，另外兩塊板為導熱板。
8.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於水平插板數量為3個。
9.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於循環氣體入口在外殼上部，循環氣體出口在外殼下部。
10.根據權利要求
1所述的準直器，其特徵在於所述外殼殼厚在2mnTl0mm之間，水平插板的厚度在10mnTl2mm之間。
專利摘要
本發明公開了屬於機械設備和核技術領域：
的一種呼吸式準直器。該準直器包括一個外殼，所述外殼含有一個大埠和一個小埠，大埠的面積大於小埠的面積，大埠和小埠分別位於外殼相對的兩個側面上；所述外殼上設有循環氣體入口和循環氣體出口；在所述外殼內設置有若干個水平插板， 水平插板之間形成內部的中子通道並作為氣體導向板。本發明提供的呼吸式準直器可以使氣體在準直器內部完成充分良好的循環。既降低了對準直器材料的性能要求，又避免了氣體在準直器內部的活化作用。
文檔編號G21K1/02GKCN103021495SQ201210540842
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日
發明者周濤, 劉亮, 李精精, 李雲博, 何倫華 申請人:華北電力大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan