Rotating Water-Jet-Cooled Target for Compact Neutron Source

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Compact neutron sources, including those based on bombardment of beryllium by a proton beam (for instance, DARIA project), assume using of targets with high thermal loading (~10 kW). To dissipate this heating power, we previously developed a concept of a rotating water-cooled target. Each proton pulse hit a new beryllium plate allowing distributing heating power over a large area and achieving good heat removal from the system. However, the cooling was not ideal; high water flow was required leading to significant pressures near beryllium segments and creating a threat of their destruction during the operation of the device. Here, we consider a new and more efficient concept of water cooling suggesting that water flows normally to the cooled surfaces (jet cooling). Thermodynamical numerical simulations allowed us to estimate maximum temperature of targets and water pressure near the beryllium segments depending on the cooling water flow. We showed a significant improvement of all parameters of the device compared to the old concept of target assembly.

About the authors

P. V Shvets

I. Kant Baltic Federal University

Author for correspondence.
Email: pshvets@kantiana.ru
Research and Educational Center "Functional Nanomaterials" Kaliningrad, Russia

P. A Prokopovich

I. Kant Baltic Federal University

Email: pshvets@kantiana.ru

Research and Educational Center "Functional Nanomaterials"

Kaliningrad, Russia

E. I Fatyanov

I. Kant Baltic Federal University

Email: pshvets@kantiana.ru

Research and Educational Center "Functional Nanomaterials"

Kaliningrad, Russia

S. F Sidorkin

Institute for Nuclear Research RAS

Email: pshvets@kantiana.ru
Moscow, Russia

A. Yu Goihman

I. Kant Baltic Federal University

Email: pshvets@kantiana.ru

Research and Educational Center "Functional Nanomaterials"

Kaliningrad, Russia

References

  1. Iyengar P.K. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 1987. V. 255. № 1–2. P. 253. https://www.doi.org/10.1016/0168-9002(87)91111-9
  2. Carpenter J.M. // EPJ Web Conf. 2020. V. 231. P. 01001. https://www.doi.org/10.1051/epjconf/202023101001
  3. Grigoriev S.V., Kovalenko N.A., Pavlov K.A., Moskvin E.V., Syromyatnikov V.G., Grigoryeva N.A. // Bull. RAS: Phys. 2023. V. 87. № 11. P. 1561. https://www.doi.org/10.3103/S1062873823703690
  4. Subbotina V.V., Pavlov K.A., Kovalenko N.A., Konik P.I., Voronin V.V., Grigoriev S.V. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2021. V. 1008. P. 165462. https://www.doi.org/10.1016/j.nima.2021.165462
  5. Skalyga V.A., Izotov I.V., Vybin S.S., Kulevoy T.V., Kropachev G.N., Sitnikov A.L., Grigoriev S.V. // J. Phys: Conf. Series. 2022. V. 2244. P. 012092. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/2244/1/012092
  6. Pavlov K.A., Konik P.I., Kovalenko N.A., Kulevoy T.V., Serebrennikov D.A., Subbotina V.V., Pavlova A.E., Grigorev S.V. // Crystallography Reports. 2022. V. 67. P. 3. https://www.doi.org/10.1134/S1063774522010096
  7. Kropachev G.N., Kulevoy T.V., Sitnikov A.L., Vinogradov S.V., Khabibullina E.R., Skachkov V.S., Sergeeva O.S. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2023. V. 17. P. 759. https://www.doi.org/10.1134/S1027451023040079
  8. Kilmetova I.V., Kozlov A.V., Kropachev G.N., Kulevoy T.V., Liakin D.A., Sergeeva O.S., Skachkov V.S., Stasevich Yu.B. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. V. 17. № 4. P. 772. https://www.doi.org/10.1134/s1027451023040067
  9. Yamagata Y., Hirota K., Ju J., Wang S., Morita S., Kato J., Otake Y., Takeami A., Seki Y., Yamada M., Ota H., Bautista U., Jia Q. // J. Radioanalyt. Nucl. Chem. 2015. V. 305. P. 787. https://www.doi.org/10.1007/s10967-015-4059-8
  10. Moroz A.R., Kovalenko N.A., Grigoriev S.V. // J. Neutron Res. 2022. V. 24. P. 1. https://www.doi.org/10.3233/JNR-220025
  11. Baxter D., Gutberler T., Otake Y., Ott F., Wang X. // J. Neutron Res. 2021. V. 23. P. 99. https://www.doi.org/10.3233/JNR-210012
  12. Terroh S., Sordo F., Magán M., Ghiglino A., Martinez F., de Vicente P.J., Vivanco R., Thomsen K., Períado J.M., Bermejo F.J., Abdnades A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 2013. V. 724. P. 34. https://doi.org/10.1016/j.nima.2013.04.072
  13. Shvets P.V., Prokopovich P.A., Fatyanov E.I., Clemeniyev E.S., Moroz A.R., Kovalenko N.A., Golhman A.Yu. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2023. V. 17. P. 792. https://www.doi.org/10.1134/S102745102304016X
  14. Agostini B., Fabbri M., Park J.E., Wojtan L., Thome J.R., Bruno M. // Heat Transfer Engineering. 2007. V. 28. № 4. P. 258. https://www.doi.org/10.1080/01457630601117799
  15. COMSOL Multiphysics → v. 6.1 (2022). COMSOL AB, Швеция. www.comsol.com. Дата посещения 31.01.2025
  16. Abraham J.P., Sparrow E.M., Tong J.C.K. // Int. J. Heat Mass Transf. 2009. V. 52. P. 557. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.07.009

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».