Численное моделирование процессов охлаждения локально наклонной мишени с мишенным модулем Nirta Solid Compact

Abstract

Разработаны новые мишени локально-наклонного типа для производства медицинских изотопов, которые можно использовать при облучении пучками протонов высокой интенсивности. Приводятся результаты численного анализа тепловых процессов в локально-наклонных мишенях из прессованного порошка молибдена с подложками из ниобия для мишенного модуля Nirta Solid Compact Model TS06. Такие мишени используются при производстве медицинского радиоизотопа Tc-99m. Расчёты проведены с помощью инженерного пакета Fluent Flow (Fluent) программной платформы ANSYS Workbench 18.2. для вариантов мишеней с линейными и аксиально-симметричными гофрами в зоне облучения протонами. Показано, что на различных моделях локально-наклонных мишеней с увеличенной в 2.37 раз площадью охлаждения можно добиться увеличения тока облучения в 1.34–1.46 раз по сравнению со стандартной плоской мишенью. Проведен анализ распределения тепловых потоков и температур в мишенях. Աշխատանքը նվիրված է բժշկական իզոտոպների արտադրության համար նոր՝ լոկալ թեք տեսակի թիրախների մշակմանը, որոնք կարող են օգտագործվել պրոտոնային մեծ ինտենսիվությամբ փնջերով ճառագայթելիս: Աշխատանքում ներկայացված են ջերմային պրոցեսների թվային մոդելավորման արդյունքները լոկալ թեք թիրախներում, որոնք պատրաստված են մամլված մոլիբդենի փոշուց՝ նիոբիումե հենարանի վրա Nirta Solid Compact Model TS06 թիրախային մոդուլի համար: Հաշվարկներն իրականացվել են ANSYS Workbench 18.2 ծրագրի Fluent Flow (Fluent) ինժեներական փաթեթի միջոցով պրոտոնային ճառագայթման գոտում գծային և առանցքային սիմետրիկ ակոսներով թիրախների տարբերակների համար։ Ցույց է տրվել, որ օգտագործելով 2.37 անգամ ավելացած հովացման տարածք ունեցող լոկալ թեք թիրախների տարբեր մոդելներ, հնարավոր է հասնել ճառագայթման հոսանքի 1.34–1.46 անգամ աճի՝ համեմատած ստանդարտ հարթ թիրախի: Կատարվել է թիրախներում ջերմային հոսքերի և ջերմաստիճանների բաշխման վերլուծություն։ The work is devoted to the development of locally inclined targets for the production of medical radioisotopes, which can be used for high-intensity proton beam irradiations. The paper presents the results of a numerical analysis of thermal processes in locally inclined targets made of pressed molybdenum powder with a niobium target holder for the Nirta Solid Compact Model TS06 target module. Calculations were carried out using the Fluent Flow (Fluent) engineering package of the ANSYS Workbench 18.2 software platform for variants of targets with linear and axially symmetric grooves in the proton irradiation zone. It has been shown that using various models of locally inclined targets with a cooling area increased by 2.37 times, it is possible to achieve an increase in the irradiation current by 1.34–1.46 times compared to a standard flat target. An analysis of the distribution of heat flows and temperatures in the targets was carried out.