[發(fā)明專利]研究堆輻照生產(chǎn)Pu?238用含Np?237輻照靶件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710017785.7
• 申請(qǐng)日: 2017-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN106531278B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫壽華;李健;朱磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
• 主分類號(hào): G21G1/02
• 分類號(hào): G21G1/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙)51220
• 代理人: 譚新民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于放射性同位素輻照生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及到利用研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用的含Np-237輻照靶件。

背景技術(shù)

放射性同位素電池(核電池)具有體積小、能量密度大、壽命長(zhǎng)、可靠性高、不受環(huán)境影響等特點(diǎn)，可為宇宙飛船、微小衛(wèi)星、心臟起搏器等提供能源。Pu-238是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的人工合成钚同位素，具有半衰期適中、功率密度高、輻射屏蔽輕等特點(diǎn)，是一種理想的放射性同位素?zé)嵩床牧稀u-238的大規(guī)模制備依靠在反應(yīng)堆內(nèi)對(duì)靶件進(jìn)行輻照，再通過溶劑萃取和離子交換方法純化得到。目前，兩條主要的生產(chǎn)途徑為：從乏燃料中回收Np-237再輻照；直接堆照Am-241靶件。美、俄等國(guó)主要采取輻照Np-237靶件的途徑進(jìn)行生產(chǎn)。

我國(guó)目前尚不能進(jìn)行Pu-238輻照生產(chǎn)，需要依靠從國(guó)外進(jìn)口，對(duì)Pu-238輻照生產(chǎn)的研究也處于起步階段。

輻照靶件類型與反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)、所生產(chǎn)的同位素種類及其特性有關(guān)，應(yīng)當(dāng)便于在反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行布置、具有較大的轉(zhuǎn)換率，同時(shí)應(yīng)便于進(jìn)行同位素分離提純、并滿足熱工安全要求。Np-237輻照過程中吸收中子生成Np-238，Np-238衰變?yōu)镻u-238，而Np-238具有很大的裂變截面，損耗率大；Pu-238本身是一種裂變核素，靶件中有很強(qiáng)的裂變發(fā)熱，給靶件的冷卻提出了嚴(yán)格的要求；此外，Pu-238生產(chǎn)中伴隨Pu-236的生成，它衰變時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)γ輻射子體，嚴(yán)重影響Pu-238的品質(zhì)，輻照中應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。從乏燃料中提取Np-237成本高昂，為獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，要求所設(shè)計(jì)的靶件具有較高的Pu-238轉(zhuǎn)換率，從而對(duì)Np-237輻照靶件設(shè)計(jì)提出了很嚴(yán)格的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用含Np-237輻照靶件，利用本發(fā)明的輻照靶件能夠輻照出Pu-238，并且轉(zhuǎn)換率高、安全性好。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用含Np-237輻照靶件，包括靶件筒和設(shè)置在靶件筒兩端的上端頭和下端頭，所述靶件筒內(nèi)設(shè)有冷卻性能高的待輻照靶體。

所述冷卻性能高的待輻照靶體包括內(nèi)套管，所述內(nèi)套管設(shè)于靶件筒中央且其軸線與靶件筒軸線重合，靶件筒與內(nèi)套管間設(shè)有數(shù)個(gè)軸線與靶件筒軸線重合的環(huán)形靶體。

目前國(guó)外從乏燃料中回收Np-237再輻照的方式主要為，Np-237在輻照過程中吸收中子生成Np-238，Np-238衰變?yōu)镻u-238。而Np-238具有很大的裂變截面，損耗率大；Pu-238本身是一種裂變核素，靶件中有很強(qiáng)的裂變發(fā)熱，給靶件的冷卻提出了嚴(yán)格的要求。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的靶件多采用單個(gè)圓環(huán)形靶件，其靶件內(nèi)側(cè)無冷卻通道，因此冷卻液只能從靶件的外側(cè)流過，靶件內(nèi)的芯體的冷卻效率不高，若用于Np-237的輻照，安全隱患非常大，難以滿足Pu-238的輻照生產(chǎn)。

本發(fā)明的內(nèi)套管能夠在靶件筒內(nèi)形成冷卻劑內(nèi)外流道，在內(nèi)套管外設(shè)有數(shù)個(gè)環(huán)形靶體，在環(huán)形靶體與內(nèi)套管間、環(huán)形靶體與環(huán)形靶體間、環(huán)形靶體與靶件筒間形成多個(gè)冷卻流道，冷卻劑能夠從環(huán)形靶體的內(nèi)外兩側(cè)流過，增大了環(huán)形靶體與冷卻液的接觸面積，大大提高了冷卻效率。

所述環(huán)形靶體包括圓筒型的外包殼和內(nèi)包殼，外包殼和內(nèi)包殼間填充有芯體，在外包殼和內(nèi)包殼兩端設(shè)有環(huán)形的密封端塞。

所述環(huán)形靶體為一個(gè)或兩個(gè)，環(huán)形靶體與環(huán)形靶體間、環(huán)形靶體與靶件筒及內(nèi)套管間有間距，形成冷卻流道。

由于Pu-238生產(chǎn)中伴隨Pu-236的生成，它衰變時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)γ輻射子體，嚴(yán)重影響Pu-238的品質(zhì)，輻照中應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。從乏燃料中提取Np-237成本高昂，為獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，要求所設(shè)計(jì)的靶件具有較高的Pu-238轉(zhuǎn)換率，從而對(duì)Np-237輻照靶件設(shè)計(jì)提出了很嚴(yán)格的要求。

利用研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238是一個(gè)過程較為復(fù)雜的工藝，涉及到輻照反應(yīng)的多個(gè)部件和多個(gè)操作方式的改進(jìn)，而對(duì)于Np-237輻照靶件而言，提高Pu-238轉(zhuǎn)換率，則要求Np-237輻照靶件具備更高的冷卻效率。本發(fā)明在環(huán)形靶體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)有冷卻流道，并且輻照芯體填充于環(huán)形筒狀的外包殼和內(nèi)包殼內(nèi)，大大增加了冷卻液與環(huán)型靶體的接觸面，顯著提高了靶件的冷卻效果，經(jīng)發(fā)明人反復(fù)試驗(yàn)，利用本發(fā)明的輻照靶件能夠輻照生產(chǎn)Pu-238，并且具有很高的轉(zhuǎn)化率。得到了品質(zhì)較高的Pu-238，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。