Шариковый холодный замедлитель нейтронов



Шариковый холодный замедлитель нейтронов
Шариковый холодный замедлитель нейтронов

Владельцы патента RU 2492538:

Объединенный Институт Ядерных Исследований (RU)

Изобретение относится к средствам обеспечения нужного спектра нейтронов в пучках исследовательских реакторов или нейтронно-производящих мишеней ускорителей. В заявленном устройстве шнековый узел заменятся воронкой с отводной трубкой специальной формы, помещенной в нижней торцевой части камеры замедлителя и обеспечивающей квазиравномерный выброс шариков под действием гравитации. Средняя частота выброса шариков определяется диаметром и длиной горловины воронки и углом наклона ее к горизонту. Техническим результатом является упрощение конструкции узла за счет непрерывного удаления отработавших шариков из камеры замедлителя и повышения его надежности и срока эксплуатации. 2 ил.

 

Изобретение относится к замедлителям нейтронов на исследовательских реакторах и нейтронно-производящих мишенях ускорителей и предназначено для получения во внешних пучках нейтронов низкой энергии (холодных нейтронов). В большинстве случаев действующим веществом холодных замедлителей являются водородосодержащие вещества в жидкой фазе, но для достижения низких температур используют вещества в твердой фазе (метан, ароматические углеводороды, твердый дейтерий). Твердые водородосодержащие вещества подвержены сильному радиационному разложению под действием быстрых нейтронов источника, с сопутствующими нежелательными эффектами. Поэтому вещество замедлителя необходимо периодически заменять свежим, при этом работу источника нейтронов приходится приостанавливать, если замена производится одновременно во всей камере замедлителя. Диспергированная, шариковая структура рабочего вещества холодного замедлителя нейтронов дает возможность непрерывной смены замедляющего нейтроны вещества и позволяет использовать замедлитель неограниченно долго в отличие от традиционных замедлителей.

Известен шариковый холодный замедлитель нейтронов с непрерывной сменой твердых шариков метана, состоящий из криогенной камеры замедлителя, расположенной вблизи интенсивного источника быстрых нейтронов - нейтронопроизводящей мишени ускорителя, тракта непрерывной подачи свежих твердых шариков метана в камеру, узла удаления отработавших шариков из камеры и системы регенерации метана и производства шариков, описанный в работе А.Т. Lucas, G.S. Bauer, C.D. Sulfredge, A pelletized solid methane moderator for a medium-to-high power neutron source, Proc. of the 13th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources, ICANS XIII, Villigen, Switzerland, November 1995, публикация: G.S. Bauer, R. Bercher (Eds.), Paul Scherrer Institut Proceedings 95-02, vol. II, 1996, p.644-652.

Схема этого известного замедлителя представлена в приложении, где 1 - камера замедлителя, 2 - тракт подачи свежих шариков из генератора шариков, 3, 4 - узел удаления отработанных шариков, выполненный в виде шнека.

Недостаток этого устройства - наличие механического активного узла вращающегося шнека. Это определяет ненадежность шнекового узла из-за его работы в условиях сильных полей быстрых нейтронов и низкой температуры (20-40 К), и затрудненный доступ для его профилактики, ремонта или замены. Выход из строя шнекового узла будет приводить, скорее всего, к полной замене камеры замедлителя с прилегающими частями тракта подачи и отбора шариков.

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить высокую надежность работы узла отбора отработавших шариков с сохранением непрерывности и периодичности (или квазипериодичности) выброса шариков из камеры.

Поставленная задача решается тем, что в шариковом холодном замедлителе нейтронов, включающем криогенную камеру замедлителя, расположенную вблизи интенсивного источника быстрых нейтронов' (например, исследовательского ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя), генератор «свежих» твердых шариков замедляющего нейтроны вещества, тракт непрерывной подачи свежих твердых шариков в камеру и узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры, узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры выполнен в виде воронки с отводной изогнутой трубкой в нижней торцевой части камеры замедлителя, при этом размеры и форма воронки и отводной трубки определяются расчетными методами математического моделирования из условия обеспечения нужной средней скорости выброса шариков с последующим экспериментальным подтверждением.

Принципиальная схема конструкции предлагаемого узла непрерывного удаления отработанных твердых шариков приведена на рис. 1, где 1 - цилиндрический участок (отсек камеры замедлителя), 2 - воронка, 3 - прямая часть отводной трубки, 4 - изогнутая часть трубки, 5 - наклонная восходящая часть трубки, α - угол наклона восходящей части отводной трубки.

Принцип работы предлагаемого узла непрерывного удаления отработанных твердых шариков таков. В камере холодного замедлителя шарики замедляющего вещества (мезитилен, метан) заполняют отсеки камеры замедлителя до определенной высоты. Под действием гравитации и динамического напора потока охлаждающего гелия через конусный и трубный участок узла отбора они удаляются из камеры с установленной частотой, и с такой же частотой в камеру подсыпают «свежие» шарики (принцип подачи шариков в камеру может быть таким же или иным; это не является задачей данной работы) с тем, чтобы высота засыпки оставалась постоянной. При этом диаметр выпускной трубки должен быть выбран таким, чтобы не возникали заторы в движении шариков. После прохождения прямой части трубки шарики испытывают постепенно увеличивающееся сопротивление в изогнутой части трубки, а потом в ходе прохождения наклонной части трубки сопротивление становится максимальным. Таким образом, выбором высоты подъема и длины наклонной части трубки можно достигнуть динамического равновесия между сопротивлением шариков и гравитационной нагрузкой от всех шариков, заполняющих отсек камеры. При этом, очевидно, средний расход шариков достигнет стабильного, требуемого значения.

Для шариков твердого метана диаметром 4 мм, извлекаемых со средней частотой 1 шарик/с, приведенные на рисунке 1 размеры, рассчитанные по программе PCF, должны быть примерно такими, как в Таблице 1. Подробное изложение методики расчета см. в Приложении 2.

Таблица 1
Параметры узла отбора шариков Размер, мм
Минимум внутренний диаметр выпускной трубки 13 мм
Высота конусного участки (L1) 50 мм
Высота прямой части выпускной трубки (L2) 30 мм
Радиус части изогнутой выпускной трубки(R) 70 мм
Горизонтальная проекция длины части наклонной трубки (L3) 90 мм
Вертикальная проекция длины части наклонной трубки (Н) 19 мм
Угол наклона выпускной трубки (α) α≈12°

Принципиальная схема предлагаемого шарикового холодного замедлителя нейтронов с непрерывной сменой твердых шариков метана дана на рис. 2, где 1 - источник быстрых нейтронов, 2 - водяной предзамедлитель, 3 - камера холодного замедлителя, 4 - пневмотракт подачи свежих шариков метана в камеру, 5 - генератор твердых шариков метана, 6 - магистраль подачи жидкого метана, 7 - ожижитель газообразного очищенного метана, 8 - обогащающая камера, 9 - нагревательный блок, 10 - тракт сброса отработанных шариков, 11 - холодная ловушка радиолитического водорода, 12 - гелиевая газодувка, 13 - узел дозированного отбора отработанных шариков из камеры.

Установка работает следующим образом. Из генератора шариков твердого метана 5 (его принцип и конструкция здесь не описываются) с определенной частотой шарики подаются по пневмотракту 4 движущимся холодным газом гелия 20-30 К в верхнюю часть камеры замедлителя 3, непосредственно примыкающей к источнику нейтронов 1 и водяному предзамедлителю 2. Температура гелия поддерживается холодильной гелиевой машиной (в схеме не показана) через теплообменник 11. К плоскому донышку прямоугольной или овальной в горизонтальном сечении камеры примыкают несколько (3- 5) воронок конической формы с отводными трубками - узел отбора 13 (см. также рис. 1). Шарики, высыпающиеся из отводных трубок с частотой, равной частоте подачи «свежих» шариков, по общей трубе 10 попадают в нагревательный блок 9 с температурой 90-100 К, который служит сепаратором радиолитического водорода. Из блока 9 газообразный водород и гелий прокачиваются через гелиевый ожижитель водорода 11, который одновременно является теплообменником между гелием холодильной машины и гелием пневмотранспортного контура шариков метана. Охлажденный гелий прогоняется через тракт подачи шариков и камеру замедлителя газодувкой-циркулятором 12. Жидкий метан с более тяжелыми продуктами его разложения из бункера 9 переливается в обогащающую камеру 8 с температурой более 120 К, где отогнанный газообразный метан после ожижения жидким азотом 7 возвращается в генератор 5 по трубке 6. Цикл повторяется.

Надежность продолжительной работы такого замедлителя обеспечивается отсутствием движущихся механических частей в зоне сильной радиации, и наличием нескольких отборных воронок - в случае блокировки шариков в одной или двух отборных трубках шарики будут продолжать сбрасываться из других, а работоспособность первых легко восстанавливается путем подогрева трубок до температуры плавления метана (на трубках можно предусмотреть электрические нагреватели).

Литература

1. K.D. Wilkinson, A.T. Lucas, A combined H2/CH4 cold moderator for a short-pulsed neutron source. Proceedings of the 10th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS X), Institute of Physics Conference Series Number 97, Los Alamos National laboratory. Institute of Physics, October 1988, p.559.

2. H. Stelzer, H. Bamert-Wiemer and N.Bayer. J.Neutron Res., 11 1-2 (2003), p.99. Full Text via CrossRef.

3. G.S. Bauer. Pulsed Neutron Source Cold Moderators: Concepts, Design and Engineering. In: Proc. of International Workshop on Cold Moderators for Pulsed Neutron Sources. ANL, USA, Sept. 29 - Oct. 1997. Edition of OECD. 1998, pp.27-42.

4. Shabalin, E.P., et al., Pelletized Cold Neutron Moderators for the IBR-2M reactor. In: Proc. of the 6th International Workshop on UCN&CN Physics and Sources, S. Petersburg-Moscow, 1-7 July 2007: http://cns.pnpi.spb.ru/ucn/articles/Shabalin.pdf.

5. Kulikov, S.A., Shabalin, E.P. «New Complex of Moderators for Condensed Matter Research at the IBR-2M Reactor». Rom. Journ. Phys., Vol. 54, No 3-4, pp.361-367, Bucharest, 2009.

6. Kulikov, S.A., et al., R&D of productive pelletized cold neutron moderators (status), Proc. of the Second Research Co-cordination Meeting, IAEA, Kuala Lumpur, Malaysia, p. 171-175, 2009.

7. Physics of Particles and Nuclei Letters, 2010, Vol. 7, No. 1, pp.57-60.

Шариковый холодный замедлитель нейтронов, включающий криогенную камеру замедлителя, расположенную вблизи интенсивного источника быстрых нейтронов, например, исследовательского ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя, генератор «свежих» твердых шариков замедляющего нейтроны вещества, тракт непрерывной подачи свежих твердых шариков в камеру и узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры, отличающийся тем, что узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры выполнен в виде воронки с отводной изогнутой трубкой в нижней торцевой части камеры замедлителя, при этом размеры и форма воронки и отводной трубки определяются расчетными методами математического моделирования из условия обеспечения нужной средней скорости выброса шариков с последующим экспериментальным подтверждением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к детектору рентгеновского излучения. .

Изобретение относится к области оптической микроскопии и оптической микроманипуляции. .

Изобретение относится к устройствам для генерации импульсных потоков быстрых нейтронов, в частности к малогабаритным запаянным нейтроногенерирующим трубкам, и может быть использовано в низковольтной ускорительной технике, в частности при разработке импульсных генераторов нейтронов для нейтронно-активационного анализа, неразрушающего контроля, систем безопасности, а также для исследования геофизических и промысловых скважин методом импульсного нейтронного каротажа.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам радиационной терапии. .

Изобретение относится к компьютерной томографии. .

Изобретение относится к рентгеновской оптике, а именно к технике управления рентгеновским излучением с использованием рентгеновских монохроматоров, и может найти применение в рентгеновском структурном анализе при исследовании кристаллических структур, в том числе в технике рентгеновской спектрометрии, рентгеновской дифрактометрии, рентгеновской топографии и др.
Изобретение относится к медицине, точнее к радиологии, и может найти применение в лучевой терапии онкологических больных. .

Изобретение относится к области преобразования энергии. .

Изобретение относится к области ядерной физики, в частности к устройствам доставки низкоэнергетических нейтронов от источников нейтронов до объектов исследований или экспериментальных установок.

Изобретение относится к отражательной рентгеновской оптике, а более конкретно, к технологии изготовления рентгенооптических осесимметричных фокусирующих элементов.

Изобретение относится к средствам дозирования сыпучего материала в виде твердых шариков, в частности шариков из замороженных ароматических углеводородов, и предназначено для подачи рабочего вещества (шариков) в пневматический тракт с холодным газом гелия для последующей доставки их в камеру холодного замедлителя быстрых нейтронов интенсивного источника (ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя). Изобретение направлено на улучшение стабильности температуры в дозаторе и на обеспечение контролируемой скорости дозирования шариков. В заявленном устройстве стенки бункера и часть подводящей гелий трубы выполнены из меди, а дозирующий элемент представляет собой один тонкий металлический диск с отверстиями определенного диаметра, расположенный в нижней торцевой части бункера вместо донышка. При неподвижном диске шарики не высыпаются из бункера. В режиме дозирования диск приводится в прерывистое вращение управляемым шаговым двигателем, скорость высыпания определяется размером шага вращения диска, частотой повторения шагов и количеством отверстий в диске. Высокая теплопроводность меди обеспечивает низкую температуру в бункере и на диске, близкую к температуре гелия в пневмотракте. Технический результат заключается в исключении принудительного охлаждения бункера жидким азотом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам для регулирования дозы облучения пациента во время СТ-сканирования. Система для ограничения дозы облучения содержит источник рентгеновского излучения, динамический и стационарный коллиматоры и рентгеновский детектор. Источник выполнен с возможностью аксиального перемещения параллельно VOI на стационарной опоре объекта. Динамический коллиматор расположен между источником рентгеновского излучения и VOI. Рентгеновский детектор расположен противоположно источнику рентгеновского излучения и коллиматору. При этом в способе уменьшения дозы коллиматор открывается и закрывается согласованно с осевым перемещением, по мере того, как коллиматор приближается к положению выключения рентгеновского излучения, система заканчивает получение СТ для VOI. Полный конический рентгеновский пучок, пропускаемый через динамический коллиматор, на конце VOI ограничен стационарным коллиматором. В способе сканирования VOI перемещают конический пучок излучения от первого конца VOI ко второму концу вдоль спирального пути, срезают задний участок конического пучка, смежный с первым концом VOI, и передний участок конического пучка, смежный со вторым концом VOI. Система для управления излучением во время СТ-сканирования содержит динамический коллиматор и два аксиально неподвижных коллиматора. Динамический коллиматор содержит заднюю и переднюю шторку затвора. Первый аксиально неподвижный коллиматор расположен между положением включения излучения и первым концом VOI. Второй аксиально неподвижный коллиматор расположен между положением выключения излучения и вторым концом VOI. Использование изобретения обеспечивает минимизацию дозы облучения пациента рентгеновским излучением. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для дистанционной лучевой терапии. Коллиматор содержит корпус с основанием, крышкой и боковинами, в котором параллельно основанию на равной высоте расположены два блока из набора пластин, каждая из которых установлена с возможностью перемещения посредством индивидуального привода параллельно основанию и перпендикулярно оси симметрии коллиматора. Приводы выполнены индивидуальными для каждой из пластин и связаны с наиболее удаленными от геометрической оси коллиматора торцами пластин через индивидуальные винтовые передачи. Пластины имеют одинаковую толщину, П-образный профиль по ширине пластины и собраны в блоках. Нижние пластины блоков имеют двояковыпуклый П-образный профиль, а внутренние поверхности основания и крышки снабжены углублениями для размещения в них выступающих частей профиля соответствующих пластин. Каждый участвующий в формировании апертуры пучка торец пластины выполнен в виде чередующихся П-образных выступов и впадин, при этом выступы и впадины пластин одного блока совпадают, а выступы и впадины пластин другого блока расположены по отношению к ним в шахматном порядке. Использование изобретения позволяет повысить быстроту и точность формирования заданной апертуры пучка. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение может использоваться в квантовой радиофизике, при изготовлении коллиматоров атомно-лучевых трубок, необходимых для формирования атомных пучков, например, в квантовых стандартах частоты. Способ изготовления многокапиллярного коллиматора для атомно-лучевой трубки включает изготовление перфорированных металлических пластин, сборку их в пакет и последующую фиксацию. Изготовление упомянутых пластин проводят методами гальванопластики. Сборку пакета осуществляют совмещением по знакам двух и более пластин с помещенным между ними прозрачным полимером, преимущественно фоторезистом. Фиксацию пластин проводят после полимеризации последнего путем сварки каждой пластины с соседними, после чего полимер удаляют и на поверхности сборки, в том числе на внутренней поверхности сквозных отверстий, образующих капилляры, химическим осаждением наращивают слой металла. Сварка пластин с соседними может проводиться по их торцам внутри знаков совмещения на установке сварки расщепленным электродом. Удаление полимера осуществляют путем плазмохимического травления. Техническим результатом является возможность изготовления коллиматора с капиллярами требуемого диаметра и количества при оптимальном расстоянии между ними и улучшение их вертикальности и качества внутренней поверхности. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области рентгенотехники. Переносная рентгеновская система (200) имеет воспринимающее средство, чтобы обнаруживать, прикреплена ли отсеивающая решетка (230) к переносному детектору (240) или нет. Система выполнена с возможностью изменения автоматическим образом настроек (265а, 265b, 265с, 265d) по умолчанию экспозиции, когда решетка (230) удаляется или прикрепляется к переносному детектору (240). Технический результат - снижение риска недо- или переэкспозиции изображения. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерным технологиям, в частности к получению моноэнергетических нейтронов с низкой энергией. Заявленный способ включает облучение пучком протонов с энергией, превышающей 1,920 МэВ, нейтроногенерирующей мишени, при этом пучок моноэнергетических нейтронов формируют из нейтронов, распространяющихся в направлении, обратном направлению распространения пучка протонов. Варьируя энергию протонов и угол испускания нейтронов, создают моноэнергетический нейтронный пучок с любой требуемой энергией. Для исключения нейтронов с другими энергиями, случайно попавших в пучок, на пути пучка возможно размещение фильтра. Способ калибровки детектора темной материи с жидким Ar в качестве рабочего вещества состоит в том, что его облучают пучком моноэнергетических нейтронов с энергией 74-82 кэВ, полученных при облучении мишени 7Li(p,n)7Be пучком протонов с энергией, превышающей 1,920 МэВ, и сформированном по вышеприведенному способу с использованием серного фильтра с последующей регистрацией произведенной ионизации жидкого аргона. Техническим результатом является возможность получения пучка моноэнергетических нейтронов, предназначенного для калибровки детектора темной материи, с различными энергиями без рассеяния пучка. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области нейтронной физики, а именно к технике измерений энергетических спектров нейтронов, применяемой как в физических исследованиях, так и в решении ряда прикладных задач с использованием пучков нейтронов и, в частности, пучков поляризованных медленных нейтронов. В заявленном способе осуществляют модуляцию интенсивности пучка поляризованных нейтронов путем подачи импульсов постоянного тока на фольгу для создания резкой границы направления магнитных полей до и после фольги. Одновременно после фольги на пучок прошедших нейтронов действуют дополнительным магнитным полем, чтобы организовать адиабатический поворот поляризации на 180 градусов. Измеряют время пролета каждого модулированного нейтрона фиксированного расстояния «фольга-детектор», из чего определяют их скорость или энергию. Техническим результатом является повышение временного разрешения, расширение диапазона измеряемых длин волн тепловых нейтронов и упрощение способа. 7 ил.

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для получения холодных нейтронов с помощью низкотемпературного замедлителя в горизонтальном канале на исследовательском реакторе. В заявленном способе тепловые нейтроны реактора термализуются в камере с криогенным водородным замедлителем, который охлаждают жидким гелием вне реактора и который принудительно циркулирует. Криогенный водородный замедлитель поддерживают в камере в жидкой фазе при давлении, близком к атмосферному. Технический результат заключается в упрощении способа без снижения эффективности. 1 ил.

Изобретение относится к системам получения заряженных частиц больших энергий и предназначено для применения в области ядерной физики и ядерных технологий. Ускоритель заряженных частиц содержит вакуумную камеру в форме участка кольцевой трубы, на торцах которого внутри находятся источник заряженных частиц и мишень. Источник заряженных частиц выполнен в виде соосно расположенных цилиндров с кромками в форме лезвия. Вне вакуумной камеры расположена система, создающая переменное магнитное поле в виде электрических контуров, соединенных с высокочастотным генератором переменного тока, с возможностью получения фокусирующего и одновременно ускоряющего переменного магнитного поля, зависящего от радиуса ρ орбиты заряженных частиц в соответствии с выражением Н~ρ-α, где Н - напряженность магнитного поля частотой 105-107 Гц, α=0,45-0,55. Электрические контуры установлены с возможностью перемещения в продольном и поперечном направлениях. Источник заряженных частиц и мишень установлены с возможностью перемещения по орбите заряженных частиц. Соосно расположенные цилиндры установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль образующей. Технический эффект заключается в получении большой плотности мощности потока заряженных частиц на мишени, что расширяет функциональные возможности применения ускорителя в области ядерной физики, например технологии получения трансурановых материалов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к изготовлению решетки для селективного пропускания электромагнитного излучения, в частности рентгеновского излучения. Решетка содержит конструктивный элемент со стенками, содержащими множество частиц, содержащих первый поглощающий излучение материал. Частицы спечены вместе с образованием между соседними частицами пор. Указанные поры, по меньшей мере, частично заполнены вторым твердым материалом, содержащим поглощающий излучение материал. Заполнение пор осуществляют введением в них второго материала в жидком, предпочтительно расплавленном виде. Повышается механическая стабильность решетки и повышаются ее свойства к поглощению излучения. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2013-09-10 2013-09-10T11:37:55
Наверх