Ампула облучательного устройства ядерного реактора
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции ампулы облучательного устройства ядерного реактора, и предназначено для производства источников гамма-излучения. Ампула облучательного устройства ядерного реактора состоит из герметичного цилиндрического пенала. В нем размещены таблетки из радиоактивируемого материала. Таблетки разблокированы проставышами из слабо поглощающего нейтроны материала. Каждый проставыш выполнен в виде пружинящего кольца с радиальной прорезью. Отношение радиальной толщины кольца к диаметру кольца составляет от 0.05 до 0.1. Отношение диаметрального сжатия кольца при сборке ампулы к диаметру кольца составляет от 0.008 до 0.02. Изобретение направлено на уменьшение теплового перепада между таблетками из радиоактивируемого материала и теплоносителем, на повышение допустимой температуры охлаждающего ампулу теплоносителя и на получение возможности облучать ампулы с кобальтом в реакторах с водой под давлением. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции ампулы облучательного устройства ядерного реактора и может быть использовано для производства источников гамма-излучения.
Известна ампула, входящая в состав поглотителя нейтронов, при этом ампула включает в себя герметичный корпус с приваренными верхней и нижней крышками, целиком заполненный кобальтовыми таблетками, соприкасающимися основаниями (см. патент RU №2107957, кл. G21С 7/10, 27.03.1998).
Недостатком этой ампулы является низкая скорость накопления кобальта-60 из-за самоэкранирования потока нейтронов в стартовом материале из кобальта-59.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ампула облучательного устройства ядерного реактора, состоящая из герметичного цилиндрического пенала с размещенными в нем таблетками из радиоактивируемого материала, чередующимися с таблетками-проставышами из слабо поглощающего нейтроны материала (см. патент RU №2190269, кл. G21С 23/00, 27.09.2002). В данной ампуле достигнуто повышение скорости накопления кобальта-60 в 1,4 раза путем ослабления самоэкранирования потока нейтронов в стартовом материале из кобальта-59.
Недостатком описанных ампул является низкая теплопроводность газового зазора между таблетками радиоактивируемого материала и стенками ампулы. На газовый зазор приходится существенная часть теплового перепада между таблетками и охлаждающим ампулу теплоносителем ядерного реактора. Максимальная допустимая температура таблеток из кобальта-59 ограничена температурой фазового перехода в кристаллическом строении этого материала, сопровождающегося изменением геометрических размеров. Поэтому максимальная температура охлаждающего ампулу теплоносителя ограничена допустимой температурой таблеток из кобальта-59 за вычетом теплового перепада между этими таблетками и теплоносителем. Такое ограничение максимальной температуры реакторного теплоносителя затрудняет использование технологии облучения кобальта в реакторах с водой под давлением, имеющих более высокую температуру теплоносителя, чем реакторы с кипящей водой.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является уменьшение теплового перепада между таблетками и теплоносителем.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является увеличение производительности получения источников гамма-излучения с кобальтом-60 за счет возможности использования для облучения ампул реакторов с более высокой температурой теплоносителя, например реакторов с водой под давлением.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что ампула облучательного устройства ядерного реактора состоит из герметичного цилиндрического пенала с размещенными в нем таблетками из радиоактивируемого материала, разблокированными проставышами из слабо поглощающего нейтроны материала, при этом каждый проставыш выполнен в виде пружинящего кольца с радиальной прорезью, причем отношение радиальной толщины кольца к диаметру кольца составляет от 0.05 до 0.1, а отношение диаметрального сжатия кольца при сборке ампулы к диаметру кольца составляет от 0.008 до 0.02.
Внутри герметичного пенала может быть размещена, по крайней мере, одна пружина для прижатия проставышей к таблеткам в направлении продольной оси ампулы.
Уменьшение теплового перепада между таблетками и теплоносителем здесь достигается непосредственным контактом пружинящих проставышей и внутренней поверхности пенала, а также непосредственным контактом таблеток радиоактивируемого материала и проставышей. В вертикальном положении ампулы каждая таблетка прижата к соседнему проставышу силой тяжести, а при наличии пружины каждая таблетка прижата к соседним проставышам силой упругости пружины независимо от положения ампулы.
Расчет показывает, что при внутреннем диаметре ампулы, составляющем от 6.8 до 8.0 мм, допустимое по пределу временной прочности отношение диаметрального сжатия кольца при сборке ампулы к диаметру кольца из применяемого в ядерных реакторах циркониевого сплава при отношении радиальной толщины кольца к диаметру кольца от 0.05 до 0.1 составляет соответственно от 0.02 до 0.008. Более тонкие кольца хуже отводят тепло из-за меньшей площади контакта с таблеткой и сложнее в изготовлении, а более толстые кольца требуют трудновыполнимой точности изготовления по наружному диаметру для обеспечения требуемого диаметрального поджатия.
Предлагаемое решение по сравнению с прототипом не усложняет заполнения ампулы в нужной последовательности при ее сборке, поскольку проставыши визуально отличаются от таблеток, а усилие диаметрального поджатия колец при отношении радиальной толщины кольца к диаметру кольца (0.05-0.1) и высоте кольца 2 мм не превышает соответственно (1.8-7)Н.
На фиг.1 изображен продольный разрез ампулы облучательного устройства, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Ампула состоит из корпуса 1 и двух приваренных к нему крышек 2. Ампула заполнена таблетками 3 из кобальта-59 и проставышами из циркониевого сплава в виде пружинящих колец 4 с радиальной толщиной «b». В гнездах крышек 2 ампулы установлены пружины 5 для прижатия проставышей 4 к таблеткам 3 в направлении продольной оси ампулы.
При облучении ампул нейтронами кобальт-59 в таблетках превращается в гамма-активный кобальт-60. После достижения необходимой гамма-активности ампулы извлекаются из облучательного устройства и передаются потребителю.
Настоящее изобретение может быть использовано в атомной энергетике при производстве источников гамма-облучения.
1. Ампула облучательного устройства ядерного реактора, состоящая из герметичного цилиндрического пенала с размещенными в нем таблетками из радиоактивируемого материала, разблокированными проставышами из слабо поглощающего нейтроны материала, отличающаяся тем, что каждый проставыш выполнен в виде пружинящего кольца с радиальной прорезью, причем отношение радиальной толщины кольца к диаметру кольца составляет от 0,05 до 0,1, а отношение диаметрального сжатия кольца при сборке ампулы к диаметру кольца составляет от 0,008 до 0,02.
2. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что внутри герметичного пенала размещена, по крайней мере, одна пружина для прижатия проставышей к таблеткам в направлении продольной оси ампулы.
