氚钛靶系统靶温升瞬态分析的方法研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥工业大学机械与汽车工程学院 作者:曹文钢

  完成了中子发生器的关键装置———真空氚钛靶系统的设计方案,并对影响氚钛靶寿命的各个因素及靶温升对氚钛靶寿命的影响做了介绍,着重研究旋转靶的温度变化瞬时分析的新方法。该方法将旋转靶的受热区域分为若干个相等的受热点,利用循环往复的“跳格”加热的方式完成旋转靶的瞬态分析,计算结果表明: 通过该方法,能够控制旋转靶的靶点温升在允许温度范围之内。

  中子在原子能、冶炼、生物化学、医学、食品、环境、核数据测量、地质勘探等各个方面被广泛应用,中子源主要之一是氘氚聚变反应中子发生器,而氚靶是中子发生器的极其重要的部件。氚靶通常是由钛、锆等吸氚膜材料吸附氚制备而成,由于钛价格较低且钛膜制作相对简单,一般常用它做中子发生器的吸氚膜材料,这就是氚钛靶。在运行过程中,氘离子流轰击靶片,使氚靶温度迅速提升,特别是密封中子管的氚靶,有时能升高至150℃,若长期持续工作,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为维持氚靶有高的氚密度和热稳定性非常重要。

  本文给出了真空氚钛靶系统的结构设计方案,着重研究了旋转靶温升瞬时分析方法和过程。

  氚钛靶寿命的影响因素

  通常认为影响氚钛靶系统的使用寿命因素主要有以下三个方面: 氚靶中的氚被氘离子置换、氘离子流对氚靶的溅射以及靶的温度。当氘离子束轰击靶片时,温度会急剧升高,其中的氚会从靶片以气态大量释放,这是影响靶片使用寿命的主要因素之一。由氘吸附在钛膜上形成的氘化钛,其明显分解温度为343℃,当温度达到343℃,其中的氘开始大量释放,而氢化钛的明显分解温度为380℃左右,为了防止温度过热而造成氚气从靶片释放,通常认为必须将温度控制在200℃以下。

  现在对于温度因素的处理办法为采用水冷大面积高速旋转氚钛靶技术,旋转靶的原理是通过旋转大大增加有效使用靶面积,进而控制靶片温度,提高靶片的寿命。

  结论

  通过上述分析结果可知,靶面温度能有效的降低,靶点最大温度在160℃左右,并在第20 周期趋于稳定,并控制温度在200℃以下,利用循环往复的“跳格”加热的方式能够完成旋转靶的瞬态分析,且根据所列参数,得出的旋转靶的靶点温升在控制温度范围内。

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