प्रोटॅान लिनेक विकास प्रभाग
1 गीगा इलेक्ट्रॉन वोल्ट प्रोटॉन बीम के लिए स्पैलेशन टारगेट का डिजाइन

स्पैलेशन प्रक्रिया से न्यूट्रॉन के उत्पादन के लिए 1 गीगा इलेक्ट्रॉन वोल्ट के चार्ज कण, उच्च परमाणु घनत्व वाले सामग्री पर बमबारी किए जाएगें । इन उत्पन्न न्यूट्रॉनों को, न्यूट्रॉन ट्यूबों के जरिये निर्देशित कर , विभिन्न अनुसंधान और विकास प्रयोजनों के लिए किया जाएगा । इस स्पैलेशन प्रक्रिया के दौरान, न्यूट्रॉन के अलावा भारी मात्रा में गर्मी का भी उत्पादन होता है, जिसे हटाने की जरूरत होती है। स्पैलेशन न्यूट्रॉन स्रोत में सस्पैलेशन टारगेट उस तत्व के बने होते हैं जो कि उच्च ऊर्जा प्रोटोन बीम के साथ विकिरण पर न्यूट्रॉन उत्पन्न करते हैं। प्रोटोन बीम, टारगेट सामग्री के साथ क्रिया करता है और उसमें से न्यूट्रॉन बाहर निकाल देता है। इस प्रक्रिया में प्रोटोन बीम अपने अंदर निहित ऊर्जा को टारगेट सामग्री में जमा कर देता है, जिससे टारगेट सामग्री गर्म हो जाती है । प्रोटोन बीम ऊर्जा सैकड़ों किलोवाट से मेगावाट तक होती है, जिसके कारण तापीय प्रबंधन एक महत्वपूर्ण कार्य है । किलोवाट वर्ग बीम के लिए ठोस टारगेट का उपयोग किया जाता है और मेगावाट वर्ग बीम के लिए, तरल और घूमते हुए ठोस टारगेट का उपयोग किया जाता है।

  • घूमने वाले स्पैलेशन टारगेट का डिजाइन
  • विकिरण क्षति और गर्मी को कम करने के लिए घूमते हुए ठोस टारगेट का उपयोग एक नयी अवधारणा है। चित्र -1 में घूमते हुए ठोस टारगेट का मॉडल दर्शाया गया है। टंगस्टन ब्लेड लाल रंग से इंगित हैं। आवरण एल्यूमीनियम का है और अन्य संरचनात्मक पार्ट स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं। हीलियम गैस का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है। चित्र -2 में सिम्युलेटेड, आंतरिक विकसित रे-ट्रेसिंग कोड का उपयोग करके गणना किए गए, घूमने वाले स्पैलेशन टारगेट पर प्रोटोन बीम द्वारा जमा किए ऊर्जा को दिखाया गया है। चित्र-3 परिणामस्वरूप तापमान वृद्धि प्रोफ़ाइल को दर्शा रहा है और चित्र-4 , परिणामस्वरूप थर्मल और इनर्सियल स्ट्रेस प्रोफ़ाइल को दर्शा रहा है। स्थिर अवस्था अधिकतम तापमान (88oC),और टंगस्टन ब्लेड पर समकक्ष तनाव (76 मेगा पास्कल ) घूर्णन स्पैलेशन टारगेट की अवधारणा की व्यवहार्यता का सुझाव देता है।

    चित्र -1 : घूमने वाले ठोस स्पैलेशन टारगेट का मॉडल
    चित्र -2 : घूमने वाले स्पैलेशन टारगेट पर प्रोटोन बीम द्वारा जमा किया ऊर्जा
    चित्र-3 : घूर्णन स्पैलेशन टारगेट में तापमान वृद्धि प्रोफ़ाइल
    चित्र-4 : थर्मल और जड़त्वीय भार के कारण घूर्णन स्पैलेशन टारगेट पर स्ट्रेस
  • तरल धातु टारगेट के लिए डिजाइन विश्लेषण
  • उच्च गर्मी हटाने की क्षमताओं के कारण फ्लोइंग लिक्विड मेटल, टारगेट स्टेशन के लिए एक अच्छे विकल्प हैं। आपतित बीम, टारगेट स्टेशन के बहुत छोटे हिस्से पर पड़ता है और उसी हिस्से के चारों तरफ छोटे क्षेत्र में गर्मी उत्पन्न करता है। इस गर्मी को हटाने की जरूरत होती है जिससे तापमान को एक सीमा के अंदर रखा जा सके । फ्लोइंग लिक्विड मेटल, आपतित बीम क्षेत्र से दूर, गर्मी को स्थानांतरित करने और इसे ठंडा करने की गुंजायश प्रदान करता है। उच्च परमाणु घनत्व के कारण पारा को तरल मेटल के रूप में तरजीह दिया जाता है इसके अतिरिक्त यह कमरे के तापमान पर भी तरल होता है। लिक्विड मेटल टारगेट के लिए प्रवाह पथ को डिजाइन किया गया है। चित्र-5 टारगेट स्टेशन में प्रवाह पथ दिखा रहा है। प्रवाह पथ की प्रभावशीलता की जांच करने के लिए कंप्युटेसनल फ्लुयड डायनमिक्स (सीएफडी ) विश्लेषण 1 मेगावाट के निरंतर गर्मी स्रोत के साथ किया गया है। वर्तमान डिजाइन के लिए प्रवाह पथ और तापमान का पूर्वानुमान किया गया है। चित्र-6 तरल मेटल टारगेट में आयतनिक गर्मी का जमाव दिखाता है। चित्र-7 और 8 क्रमशः टारगेट मॉड्यूल में वेग और तापमान वितरण दिखाते हैं ।

    चित्र-5 : तरल मेटल टारगेट का मॉडल और प्रवाह पथ
    चित्र-6 : आयतनिक गर्मी स्रोत (वाट/मी 3) द्रव डोमेन में
    चित्र-7 : तरल धातु टारगेट में वेग वितरण
    चित्र-8 : तरल धातु टारगेट में तापमान वितरण

    Best viewed in 1024x768 resolution