Ампула облучательного устройства ядерного реактора

 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, касается, в частности, конструкции ампулы облучательного устройства ядерного реактора типа РБМК и может быть использовано для производства источников гамма-излучения. Задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении наработки радиоактивного кобальта в значительных объемах, с более высокой удельной активностью и в более короткие сроки. Сущность изобретения состоит в том, что в ампуле облучательного устройства ядерного реактора, состоящей из герметичного пенала с размещенными в нем таблетками из радиоактивируемого материала, облучаемые таблетки (ОТ) разблокируются таблетками-проставышами (ТП) из слабо поглощающего нейтроны материала, высота которых определена из соотношения Н_тп = (1 - 2,5)Н_от, где Н_тп - высота таблетки-проставыша, мм; Н_от - высота облучаемой таблетки, мм. Кроме того, диаметр таблетки-проставыша в ампуле может составлять 0,8-0,9 от диаметра облучаемой таблетки. Дополнительными вариантами является ампула облучательного устройства, в которой таблетки-проставыши выполнены из циркония. Предложенное техническое решение позволит значительно (до 50%) увеличить скорость наработки кобальта-60 в облучательных устройствах, используемых в реакторах РБМК. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. , 3 табл.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, касается, в частности, конструкции ампулы облучательного устройства ядерного реактора типа РБМК и может быть использовано для производства источников гамма-излучения.

В настоящее время широко используются радиоактивные источники, которые получают в процессе облучения исходных образцов в ускорителях [1] и ядерных реакторах [2] . Известны также некоторые конструкции мишеней, используемых для наработки Со-60. Например, в экспериментальных облучательных устройствах, используемых для получения радиоактивного Со-60 в реакторе БН-600, стартовый материал Со-59 в виде таблеток помещен в ампулы длиной 210 и диаметром 8,2•0,4 мм [3, 4]. Недостатком применения данной конструкции в реакторах РБМК-1000 с относительно невысокой плотностью потока тепловых нейтронов является то, что при полном заполнении ампулы стартовым материалом лишь незначительная часть его принимает "активное" участие в процессе взаимодействия с нейтронами реактора, а большая его часть остается недоступной для такого взаимодействия из-за самоблокировки в стартовом материале, из-за чего невозможно наработать кобальт-60 с высокой удельной активностью (УА). Известным методом повышения скорости накопления целевого нуклида является разблокировка стартовой мишени из облучаемого материала. Одним из способов такой разблокировки может являться применение составной мишени, в которой стартовый материал, например в виде шаров, равномерно распределен в слабо поглощающем нейтроны материале таким образом, что каждая из частей стартового материала представляет собой разблокированную мишень и облучается в реакторе независимо от других частей. Известны [5] составные мишени втулочного типа, где втулки из стартового материала вставлены одна в другую, промежуток между ними заполнен слабо поглощающим нейтроны материалом. Известны также порошкообразные мишени, в которых стартовое вещество в виде порошка смешано с порошком из слабо поглощающего нейтроны материала в различных пропорциях.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является ампула, входящая в состав поглотителя нейтронов [6]. Ампула включает в себя герметичный корпус с приваренными верхней и нижней крышками, целиком заполненный кобальтовыми таблетками, соприкасающимися основаниями.

Недостатком наиболее близкого аналога является низкая скорость накопления кобальта-60. За 5 лет удается накопить Со-60 со средней удельной активностью 65 Ки/г.

Задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении наработки радиоактивного кобальта в значительных объемах, с более высокой удельной активностью и в более короткие сроки.

Сущность изобретения состоит в том, что в ампуле облучательного устройства ядерного реактора, состоящей из герметичного пенала с размещенными в нем таблетками из радиоактивируемого материала, облучаемые таблетки (ОТ) разблокируются таблетками-проставышами (ТП) из слабо поглощающего нейтроны материала, высота которых определена из соотношения Н_тп=(1-2,5)Н_от, где Н_тп - высота таблетки-проставыша, мм; Н_от - высота облучаемой таблетки, мм.

Кроме того, диаметр таблетки-проставыша в ампуле может составлять 0,8÷0,9 от диаметра облучаемой таблетки. Дополнительными вариантами является ампула облучательного устройства, в которой таблетки-проставыши выполнены из циркония.

В таблице 1 приведены отношения расчетной УА Со-60 (Q) к максимальной УА (Qm) в зависимости от толщины единичной кобальтовой пластины, не блокированной соседними пластинами из кобальта, при облучении ее в течение 5 лет потоком тепловых нейтронов плотностью 1•10¹⁴ Н/см²•с. В таблице 2 представлены расчетные значения относительной скорости накопления Со-60 (по сравнению с ампулой, полностью заполненной кобальтом) для различных сочетаний толщин ОТ и ТП. В таблице 3 приведены экспериментальные (*) и расчетные данные относительного увеличения (по сравнению с ампулой, полностью заполненной кобальтом) скорости накопления Со-60 и общей накапливаемой активности в кобальтовых таблетках толщиной 1,5 мм при различной толщине ТП. Исходная толщина ОТ и соотношение толщины ОТ и ТП определяются на основании экспериментальных и расчетных данных с учетом следующих соображений: - достижение необходимой удельной активности Со-60; - обеспечение необходимого объема производства Со-60; - обеспечение технологичности изготовления таблеток и ампулы в целом.

Необходимой скоростью накопления кобальта-60 для реактора РБМК-1000 является скорость, позволяющая за период 5 лет получать Со-60 с удельной активностью более 90 Ки/г, при этом общий объем производства Со-60 должен быть не менее 60% от уровня, достигаемого при использовании ампул без ТП. Таким образом, для получения необходимой УА скорость накопления Со-60 должна быть поднята не менее чем в 1,4 раза. Анализ представленных в таблицах 1 и 2 данных показывает, что при толщине кобальтовой таблетки в 1,5 мм обеспечивается необходимый объем и скорость производства Со-60, а также технологичность изготовления таблеток и ампул. При толщине кобальтовой таблетки 1,5 мм оптимальной толщиной ТП является 1,5-2,0 мм. Исходя из анализа экспериментальных и расчетных данных таблицы 3 можно сделать вывод, что в общем случае зависимость толщины таблетки-проставыша (Н_тп) от толщины кобальтовой таблетки (Н_от) выражается следующим соотношением Н_тп=(1-2,5)Н_от (1) Указанные размеры ОТ и ТП и их соотношение позволяют при увеличении скорости накопления кобальта-60 более чем на 40% сохранить на необходимом уровне общий объем производства и обеспечить технологичность изготовления ампул с кобальтом. В данном изобретении дополнительно решена также задача обеспечения простоты заполнения ампулы ОТ и ТП в нужной последовательности при ее сборке. Предложено устанавливать в ампулы ТП диаметром 0,8-0,9 от диаметра ОТ, что позволяет легко чередовать ОТ и ТП и обеспечивает надежный визуальный контроль заполнения ампул.

На чертеже изображен продольный разрез ампулы облучательного устройства. Ампула состоит из корпуса 1 и двух приваренных к нему крышек 2, 3. Ампула заполнена таблетками 4 из кобальта и таблетками-проставышами 5 из слабо поглощающего нейтроны материала.

Сборку ампулы облучательного устройства осуществляют в следующей последовательности. Корпус 1 с приваренной крышкой 3 вставляют в патрон зажимного устройства (не показан), кобальтовые таблетки 4 и таблетки-проставыши 5 поочередно с помощью специального направляющего устройства (не показано) помещают внутрь корпуса 1. После заполнения приваривают крышку 2. В последующем ампулу используют в облучательном устройстве ядерного реактора.

Предложенное техническое решение позволит значительно (до 50%) увеличить скорость наработки кобальта-60 в облучательных устройствах, используемых в реакторах РБМК.

Источники информации 1. Вестник Radtech-Euroasia 1 (7), М., 1993 г.

2. В.А. Цыканов, Б.В. Самсонов. Техника облучения материалов в реакторах с высоким нейтронным потоком. М.: Атомиздат, 1973 г.

3. В.В. Мальцев, А.И. Карпенко, И.А. Чернов, В.В. Головин. Опыт наработки радионуклида Со-60 в быстром натриевом реакторе БН-600 большой мощности. Конверсия в машиностроении 3, 2000 г.

4. Вестник Radtech-Euroasia 1 (8), М., 1994 г.

5. Г.В. Киселев. Технология получения радиоактивных материалов в ядерных реакторах. Энергоатомиздат, 1990 г.

6. Патент 2107957, кл. G 21 С 7/10, 1996 г. - ближайший аналог.

Формула изобретения

1. Ампула облучательного устройства ядерного реактора, состоящая из герметичного пенала с размещенными в нем таблетками из радиоактивируемого материала, отличающаяся тем, что облучаемые таблетки разблокированы таблетками-проставышами из слабо поглощающего нейтроны материала, высота которых определена из соотношения
Н_тп = (1 - 2,5)Н_от,
где Н_тп - высота таблетки-проставыша, мм;
Н_от - высота облучаемой таблетки, мм.

2. Ампула облучательного устройства по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр таблетки-проставыша составляет 0,8 - 0,9 от диаметра облучаемой таблетки.

3. Ампула облучательного устройства по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что таблетки-проставыши выполнены из циркония.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2