本发明的实施例涉及核工程领域，特别涉及一种靶装置。
背景技术：
通过将加速器等装置产生的束流作用于靶装置的靶体，从而在靶体内发生核反应等物理过程，可以获得自然界中难以获取的粒子流或核素产物以便加以利用。在核反应过程中，束流的能量在靶体内转化为热能，导致靶体温度持续升高，因此需要对靶体进行冷却。目前的冷却方式主要包括气冷或水冷方式。
由于多种束流在进入靶体后，其能量呈指数衰减，导致束流初入靶体的区域能量损失更快，在靶体上产生更高功率密度的热量，致使局部的换热困难，并使得靶体上热量分布不均，影响靶装置的性能。
此外，如果针对靶体不同部分，均匀地增大散热能力，会导致产物粒子流的通量或者产物同位素的浓度降低，有损靶装置的实用价值。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种靶装置，以解决上述技术问题中的至少一个方面。
根据本发明的一个方面，提出了一种靶装置，包括：壳体；具有多孔结构的靶体，所述靶体设于所述壳体内，并用于接受束流照射；以及换热工质，设置为从所述靶体的孔隙流过，以对所述靶体进行换热；其中，所述靶体的孔隙率沿所述束流的入射方向逐渐减小。
根据一些实施方式，所述壳体为两端开口的管状结构，所述换热工质在所述壳体内的流动方向与所述束流的入射方向垂直。
根据一些实施方式，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体为两端开口的管状结构，所述第二壳体为一端封闭的管状结构，所述第一壳体设于所述第二壳体内，所述靶体设于所述第一壳体内，所述束流照射所述第二壳体的封闭端，所述换热工质从所述壳体的同一侧流入流出。
根据一些实施方式，所述壳体为盒状结构，所述换热工质在所述壳体内积聚，并将所述靶体完全浸没于所述换热工质中。
根据一些实施方式，所述壳体包括多个入口和多个出口，所述换热工质从所述多个入口流入，并从所述多个出口流出。
根据一些实施方式，所述壳体包括入射区域，用于供所述束流透过。
根据一些实施方式，所述壳体包括入射开口，用于供所述束流通过，并且所述靶装置还包括前置结构，用于封闭所述入射开口。
根据一些实施方式，所述靶体为一体结构；或者所述靶体由多个具有不同孔隙率的部分组成。
根据一些实施方式，所述靶体的不同部分具有不同的等效密度，其中最高等效密度为最低等效密度的两倍以上。
根据一些实施方式，所述靶体的尺寸根据所述束流的穿透深度和所述束流的截面尺寸确定。
在根据本发明的实施例的靶装置中，通过将靶体设置为其孔隙率沿束流的入射方向逐渐减小，使得靶体的散热能力沿束流的入射方向逐渐减小，从而能够对束流初入区域的较高功率密度的热量进行更大幅度的扩散，而对束流后入区域的较低功率密度的热量进行更小幅度的扩散，保证热量及时、均匀地散失，有利于提高靶装置的性能。并且，束流后入区域的靶体的孔隙率小，可以防止产物粒子流的通量或者产物同位素的浓度大幅降低，有利于保证靶装置的实用价值。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的靶装置的示意图；
图2示出了图1的靶装置的靶体的多孔结构的示意图；
图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的靶装置的示意图；
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的靶装置的示意图；以及
图5示出了根据本发明的另一示例性实施例的靶装置的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。
在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的靶装置100的示意图，如图1所示，靶装置100包括：壳体1；具有多孔结构的靶体2，靶体2设于壳体1内，并用于接受束流照射；以及换热工质3，设置为从靶体2的孔隙流过，以对靶体2进行换热；其中，靶体2的孔隙率沿束流的入射方向a逐渐减小。
孔隙率是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。束流可以为质子、电子、光子或光束、中子及其他微观带电粒子。换热工质3可以为液态金属、液态合金、水或者气体。在根据本发明的实施例的靶装置100中，通过将靶体2设置为其孔隙率沿束流的入射方向a逐渐减小，使得靶体2的散热能力沿束流的入射方向a逐渐减小，从而能够对束流初入区域的较高功率密度的热量进行更大幅度的扩散，而对束流后入区域的较低功率密度的热量进行更小幅度的扩散，保证热量及时、均匀地散失，有利于提高靶装置100的性能。并且，束流后入区域的靶体2的孔隙率小，可以防止产物粒子流的通量或者产物同位素的浓度大幅降低，有利于保证靶装置100的实用价值。
图2示出了图1的靶装置100的靶体2的多孔结构的示意图，具体为多孔结构的剖面图。通过将靶体2设置为多孔结构，使得换热工质3能够从靶体2的孔隙流过，由于孔隙遍布靶体2的内外，因此换热工质3与靶体2之间具有大的接触面积，接触范围广泛，有利于提高散热能力。靶体2的孔隙率越大，换热比表面积越大，散热能力越强。其中，比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。并且，多孔结构使得换热工质3能够在其中依靠毛细作用扩散，扩散速度快。多孔结构可以为堆积球结构，堆积球中间的空隙形成多孔结构的孔隙。多孔结构可以为空间网状结构，空间网状结构中的空腔形成多孔结构的孔隙。多孔结构可以通过对材料进行加工获得，其孔隙分布情况可以按需设计。
在一些实施例中，靶体2可以为一体结构，即在整块靶体2上形成具有渐变孔隙率的多孔结构。在一些实施例中，靶体2可以由多个具有不同孔隙率的部分组成，不同部分可以具有一定厚度，由此能够组合出具有多种孔隙率的多孔结构。参照图2，靶体2具有三个等级的孔隙率，从上到下孔隙率依次减小。可以根据具体情况确定孔隙率的等级数量，并针对各个等级，确定相应的孔隙率大小。
孔隙率的不同导致材料等效密度的不同，靶体2的不同部分具有不同的等效密度，在本发明的实施例中，最高等效密度可以为最低等效密度的两倍以上。例如，对于材料为钨合金的靶体2，靶体2的最低等效密度可以为3克每立方厘米，最高等效密度可以为10克每立方厘米。
靶体2可以选用能够承受一定外力的硬质材料制成，例如，对于用于生产99mo同位素的靶装置，其靶体2的材料可以选用金属钼或铀基合金。对于用于生产中子的靶装置，其靶体2的材料可以选用钨基合金。
靶体2的尺寸可以根据所述束流的穿透深度和所述束流的截面尺寸确定。
再次参照图1，在该实施例中，壳体1为两端开口的管状结构，换热工质3在壳体1内的流动方向与束流的入射方向a垂直。靶体2的上下两端可以分别安装至管状结构的上下管壁，管状结构作为换热工质3的流道，起到限制换热工质3流动的作用。由此，管状结构内的换热工质3可以经由靶体2的侧面流入流出，换热工质3进入靶体2的孔隙，与靶体2进行换热。管状结构上可以设置入射区域，用于供束流透过，靶体2可以对应于所述入射区域放置，使得束流可以透过管状结构的管壁而照射到靶体2上。靶体2靠近所述入射区域一端的孔隙率较大，换热比表面积较大，散热能力更强，相应地带走该部分产生的大量热量；靶体2远离所述入射区域一端的孔隙率较小，换热比表面积较小，散热能力更弱，相应地带走该部分产生的少量热量。由此整个靶体2的热量均匀分布。
图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的靶装置200的示意图。如图3所示，壳体1包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11为两端开口的管状结构，第二壳体12为一端封闭的管状结构，第一壳体11设于第二壳体12内，靶体2设于第一壳体11内，束流照射第二壳体12的封闭端，换热工质3从壳体1的同一侧流入流出。
第二壳体12的封闭端可以为曲面结构，即第二壳体12的截面可以为u形。第一壳体11的管径小于第二壳体12的管径，第一壳体11的中心线与第二壳体12的中心线可以重合，由此在第一壳体11的外壁与第二壳体12的内壁之间形成换热工质3的流动空间。靶体2的上下两端可以分别安装至第一壳体11的上下管壁，换热工质3经由靶体2的侧面流入流出。第二壳体12的封闭端可以设置入射区域，用于供束流透过。所述入射区域的位置可以对应于第一壳体11的开口，由此束流透过封闭端照射到设于第一壳体11内的靶体2上。
换热工质3可以从第一壳体11的开口流入，并在第一壳体11的管状结构中流动，换热工质3流经靶体2，进入靶体2的孔隙，与靶体2进行换热，之后到达第二壳体12的封闭端，在封闭端的阻挡下折回，从第一壳体11的外壁与第二壳体12的内壁之间形成的流动空间流出。换热工质3在壳体1内的流动方向与束流的照射方向a平行。靶体2靠近所述入射区域一端的孔隙率较大，散热能力更强，相应地带走该部分产生的大量热量；靶体2远离所述入射区域一端的孔隙率较小，散热能力更弱，相应地带走该部分产生的少量热量。由此整个靶体2的热量均匀分布。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的靶装置300的示意图。如图4所示，壳体1为盒状结构，换热工质3在壳体1内积聚，并将靶体2完全浸没于换热工质3中。不同于图1和图3的管状结构沿一个方向延伸，图3的盒状结构为三维方向上均有延伸。换热工质3从入口进入壳体1，并在其中不断积聚，靶体2的两端和侧面均与壳体1之间留有间隙，换热工质3可以将靶体2淹没其中，即靶体2的设置为沉浸式的，换热工质3在与靶体2完成换热之后从出口流出。
壳体1的顶部可以设置入射区域，用于供束流透过，靶体2可以对应于所述入射区域放置，使得束流可以穿过壳体1的顶壁而照射到靶体2上。靶体2靠近所述入射区域一端的孔隙率较大，散热能力更强，相应地带走该部分产生的大量热量；靶体2远离所述入射区域一端的孔隙率较小，散热能力更弱，相应地带走该部分产生的少量热量。由此整个靶体2的热量均匀分布。
图5示出了根据本发明的另一示例性实施例的靶装置400的示意图。如图5所示，靶装置400与靶装置300的结构相似，都是盒状结构。不同之处在于：靶装置400的壳体1包括多个入口11和多个出口12，换热工质3从多个入口11流入，并从多个出口12流出；并且，壳体1包括入射开口13，用于供束流通过，同时靶装置400还包括前置结构4，用于封闭入射开口13。通过设置多个入口11和多个出口12，可以加速换热工质3的流动，提高换热能力。靶装置400还可以包括后置结构5，设于靶体2远离前置结构4的一端。前置结构4和后置结构5可以具有其他独立功能，例如作为转换靶使用。
在一些实施例中，还可以利用探测器对壳体内的换热工质3进行检测，以实时了解换热情况，监测靶装置是否正常运行。
根据以上描述，本发明的靶装置至少能够实现以下技术效果：
(1)换热工质进入靶体孔隙与靶体进行换热，换热工质与靶体之间接触面积大，接触范围广，换热充分；
(2)换热能力沿束流的入射方向逐渐减小，使得对于产热集中的区域进行大幅散热，对于产热较小的区域进行小幅散热，保证靶体上的热量均匀分布；
(3)靶体的孔隙率沿束流的入射方向逐渐减小，对于产热较小的部分无需制造大量孔隙，避免产物粒子流的通量或者产物同位素的浓度降低，有利于保证靶装置的实用价值。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。
虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
1.一种靶装置，包括：
壳体(1)；
具有多孔结构的靶体(2)，所述靶体(2)设于所述壳体(1)内，并用于接受束流照射；以及
换热工质(3)，设置为从所述靶体(2)的孔隙流过，以对所述靶体(2)进行换热；
其中，所述靶体(2)的孔隙率沿所述束流的入射方向(a)逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，所述壳体(1)为两端开口的管状结构，所述换热工质(3)在所述壳体(1)内的流动方向与所述束流的入射方向(a)垂直。
3.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，所述壳体(1)包括第一壳体(11)和第二壳体(12)，所述第一壳体(11)为两端开口的管状结构，所述第二壳体(12)为一端封闭的管状结构，所述第一壳体(11)设于所述第二壳体(12)内，所述靶体(2)设于所述第一壳体(11)内，所述束流照射所述第二壳体(12)的封闭端，所述换热工质(3)从所述壳体(1)的同一侧流入流出。
4.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，所述壳体(1)为盒状结构，所述换热工质(3)在所述壳体(1)内积聚，并将所述靶体(2)完全浸没于所述换热工质(3)中。
5.根据权利要求4所述的靶装置，其特征在于，所述壳体(1)包括多个入口(11)和多个出口(12)，所述换热工质(3)从所述多个入口(11)流入，并从所述多个出口(12)流出。
6.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，所述壳体包括入射区域，用于供所述束流透过。
7.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，所述壳体包括入射开口(13)，用于供所述束流通过，并且所述靶装置还包括前置结构(4)，用于封闭所述入射开口(13)。
8.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，
所述靶体(2)为一体结构；或者
所述靶体(2)由多个具有不同孔隙率的部分组成。
9.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，所述靶体(2)的不同部分具有不同的等效密度，其中最高等效密度为最低等效密度的两倍以上。
10.根据权利要求1所述的靶装置，其特征在于，所述靶体(2)的尺寸根据所述束流的穿透深度和所述束流的截面尺寸确定。
技术总结