CN102243900A - 一种核反应堆启动用一次中子源部件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆启动用一次中子源部件，包括包壳管、中子源、垫块、上端塞、下端塞，包壳管内部设有中子源，包壳管两端分别通过上端塞和下端塞密封，中子源为中子发射率为1.0×10⁸～1.0×10¹⁰n/s的Cf-252中子源，中子源两侧设置有压紧垫块和支撑垫块。该发明提供了一种结构简单、安全可靠、易加工的核反应堆启动用一次中子源部件。

Description

一种核反应堆启动用一次中子源部件

技术领域

本发明涉及放射性同位素制备技术领域，特别涉及一种核反应堆启动用一次中子源部件。

背景技术

核电站的反应堆启动，都必须使用同位素中子源来做初级启动。反应堆初次运行之前，或长期停堆之后，堆芯内中子很少，此时如果启动，堆芯外核仪表无法探测到堆内的中子注量率水平，为了安全启动反应堆，要严格控制有效增值因子的增长速率，必须随时掌握反应堆次临界程度，以避免反应堆达到失控的瞬发临界状态。为此，堆芯内装有中子源组件，这些中子源可以提供足够多的中子，使源量程核仪表通道能探测到堆内中子水平，以克服测量盲区，让反应堆的启动全过程置于仪器的监督之下，从而保证反应堆启动时的安全。

目前，发达国家研制生产放射性同位素中子源主要有两类放射性同位素可供选择：一种是α放射性核素，例如Po-210；另一种是自裂变放射性核素，例如Cf-252。上世纪九十年代以前，在世界发达国家，主要利用Po-210发射的α射线与轻元素Be发生(α，n)核反应来研制Po-210中子源部件用于核动力反应堆一次启动。上世纪九十年代以后，在世界发达国家，则利用Cf-252自裂变核素来制备中子源部件。

现有技术中仅有一些利用中子源启动反应堆的简单报道，包括对源芯和源棒的制造工艺的研究、应用领域的介绍等内容，国内外相关文献中还没有详细公开报道过关于中子源部件的相关具体结构。中子源部件的结构是反应堆的安全启动和安全运行的关键技术，也是中子源部件设计的技术瓶颈。

例如，1995年11月出版的《同位素》期刊中“秦山300MW核电站²¹⁰Po-Be启动源的设计和安全分析”和1997年12月出版的《核科学与工程》期刊中的“媚-铍环状中子源的制造”一文分别对核电站压水堆所需的²¹⁰Po-Be启动源进行了描述，以及对源的安全性进行了阐述，中子源部件为目前常用结构，该结构的中子源部件不易清洗，不易运输。

在《中国核科技报告》中曾公开了“秦山300MWe核电站钋-铍启动源棒”的文章，本文中曾公开了一种制造一对²¹⁰Po-Be首次启动中子源棒，对源芯(²¹⁰Po-Be源)和源棒的制造工艺研究作了阐述。

“Applied Radiation and Isotopes 53(2000)785-792”中“Production，distributionand applications of californium-252 neutron sources”一文中对Cf-252同位素的性质做了简要描述，以及对Cf-252中子源的各种用途做了笼统描述。

Applied Radiation and Isotopes Vol.48.10-12.pp.1563-1566.1997中“Californium-252 Neutron Sources”文章里公开了Cf-252子源制造的简要工艺，并介绍了Cf-252中子源在工业和医用两方面的应用，根据实际要求，可以把Cf-252子源设计成点状源和现状源。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种结构简单、安全可靠、易加工的核反应堆启动用一次中子源部件。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种核反应堆启动用一次中子源部件，包括包壳管、中子源、垫块、上端塞、下端塞，包壳管内部设有中子源，包壳管两端分别通过上端塞和下端塞密封，关键在于，中子源为中子发射率为1.0×10⁸～1.0×10¹⁰n/s的Cf-252子源，中子源两侧设置有压紧垫块和支撑垫块。

本发明还可以：

所述的Cf-252子源的中子发射率优选为3.0×10⁸～1.0×10¹⁰n/s。所述的压紧垫块由多层氧化铝垫片组成。所述的支撑垫块由多层氧化铝垫片组成。所述的上端塞与包壳管端部、下端塞与包壳管端部都通过氩弧焊焊接密封。所述的包壳管内部充有1.2MPa～1.8MPa的氦气，优选充有1.5MPa的氦气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在包壳管内部中子源两侧的压紧垫块和支撑垫块将中子源固定在包壳管内部，使中子源的安全性高，使中子源部件在运输过程和反应堆运行过程中更加安全，使中子源部件的结构更加简单，便于推广应用；其中本结构设计中活性区的中子源采用Cf-252子源，而且包壳管内中子源的发射率为1.0×10⁸～1.0×10¹⁰n/s，进一步增强了中子源的强度，节省了部件空间，提高了部件的辐射安全性能，确保堆实现安全启动，进而稳定、长期有效运行。

附图说明

图1中子源部件的结构示意图

1吊装件、2上端塞、3压紧垫块、4中子源、5支撑垫块、6下端塞、7包壳管

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的一种核反应堆启动用一次中子源部件，中子源的上端塞2与吊装件1连接，中子源部件包括包壳管7、中子源4，包壳管7内部设有中子源4的活性区，活性区的中子源4的两侧设置有压紧垫块3和支撑垫块5；包壳管7内部充有1.2MPa～1.8MPa的氦气，其中活性区的中子源5为Cf-252子源，Cf-252子源的中子发射率为1.0×10⁸～1.0×10¹⁰。下端塞6与包壳管7的端部通过氦弧焊焊接密封，上端塞2与包壳管7的另一端部也通过氦弧焊焊接密封。

其中本发明中的压紧垫块3和支撑垫块5优选采用多个片状的氧化铝垫片层层叠加组装而成。本发明优选采用的Cf-252子源的中子发射率为3.0×10⁸～1.0×10¹⁰n/s。

实施例1

一次中子源部件组装：首先确定部件活性区中组装中子源5数量，根据Cf-252自裂变中子产额，本实施例采用质量为43.3×10^-6g的中子源4，其中子源4的中子发射率为1.0×10⁸n/s，压紧垫块3采用氧化铝材质的垫片制成，支撑垫块5采用氧化铝材质的垫片制成，然后，依次装配上端塞2、压紧垫块3、中子源4、支撑垫块5，并使活性区中的中子源4固定在包壳管7内，组装后，装配下端塞6。

一次中子源部件上、下端塞2、6焊接密封在包壳管7上：首先，用氩弧焊密封部件的上、下端塞2、6。然后，从下端塞6的氦气入口，向包壳管7内部充入1.5MPa氦气。最后，用高压氦弧堵孔焊接密封下端塞6的氦气入口。

一次中子源部件的密封检验：在上述一次中子源部件组装、密封完成后，应对焊缝的质量、外观、几何尺寸等进行仔细检查、测量。最后用氦质谱检漏判别其密封的质量。

实施例2

本实施例同实施例1，其不同之处在于，本实施例采用质量为43.3×10^-6g的中子源4，其中子源4的中子发射率为1.0×10⁸n/s，然后，依次装配上端塞2、压紧垫块3、中子源4、支撑垫块5，并使活性区中的中子源4固定在包壳管7的居中位置，组装后，装配下端塞6。从下端塞6的氦气入口，向包壳管7内部充入1.5MPa氦气。

实施例3

本实施例同实施例1，其不同之处在于，本实施例采用质量为129.9×10^-6g的中子源4，其中子源4的中子发射率为3.0×10⁸n/s，压紧垫块3采用不锈钢材质的压紧垫块，支撑垫块5采用不锈钢材质的支撑垫块。依次装配上端塞2、压紧垫块3、中子源4、支撑垫块5，装配下端塞6。从下端塞6的氦气入口，向包壳管7内部充入1.2MPa氦气。

实施例4

本实施例同实施例1，其不同之处在于，本实施例采用质量为4330×10^-6g的中子源4，其中子源4的中子发射率为1.0×10¹⁰n/s，然后，依次装配上端塞2、压紧垫块3、中子源4、支撑垫块5，装配下端塞6。从下端塞6的氦气入口，向包壳管7内部充入1.8MPa氦气。

Claims (7)

1.一种核反应堆启动用一次中子源部件，包括包壳管、中子源、垫块、上端塞、下端塞，包壳管内部设有中子源，包壳管两端分别通过上端塞和下端塞密封，其特征在于，中子源为中子发射率为1.0×10⁸～1.0×10¹⁰n/s的Cf-252子源，中子源两侧设置有压紧垫块和支撑垫块。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆启动用一次中子源部件，其特征在于，所述的Cf-252子源的中子发射率为3.0×10⁸～1.0×10¹⁰n/s。

3.根据权利要求1所述的一种核反应堆启动用一次中子源部件，其特征在于，所述的压紧垫块由多层氧化铝垫片组成。

4.根据权利要求1所述的一种核反应堆启动用一次中子源部件，其特征在于，所述的支撑垫块由多层氧化铝垫片组成。

5.根据权利要求1所述的一种核反应堆启动用一次中子源部件，其特征在于，所述的上端塞与包壳管端部、下端塞与包壳管端部都通过氩弧焊焊接密封。

6.根据权利要求1所述的一种核反应堆启动用一次中子源部件，其特征在于，所述的包壳管内部充有1.2MPa～1.8MPa的氦气。

7.根据权利要求6所述的一种核反应堆启动用一次中子源部件，其特征在于，所述的包壳管内部充有1.5MPa的氦气。

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