CN108335776A - 一种可销毁的镅铍中子源 - Google Patents

一种可销毁的镅铍中子源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于核技术应用领域的一种可销毁的镅铍中子源。本发明设计了一种装置结构使得镅铍中子源需要销毁时，利用强碱溶液浸泡放射源源芯，将源芯中的金属铍溶解，然后用滤网将源芯中的AmO2与金属铍分离，从而阻止241Am出射的α粒子轰击到金属铍，停止9Be(α,n)12C反应从而使中子的产生终止。本发明可以比较便利地将报废的镅铍中子源销毁，使其不再出射中子，减小其对人体的危害，降低对废弃镅铍中子源的处理成本，同时可以将剩余的AmO2作为低能γ源使用，实现了放射性废料的重复利用。

Description

一种可销毁的镅铍中子源
技术领域
本发明属于核技术应用领域，是一种可将镅铍分离开从而停止中子产生的可销毁中子源。
技术背景
镅铍中子源是目前最常用的中子源之一，其原理是利用α源241Am衰变出射的α粒子轰击铍金属，发生(α,n)反应：产生中子，常见的制作方法为，将AmO2和铍粉充分混合后分多次注入在模具中的源壳，每次注入后用撞锤以1.5t/cm2以上的压力进行压缩制成压片，从模具中取出源壳放上源盖进行焊封。镅铍中子源的半衰期就是α源241Am的半衰期约433年，中子产额平均为2.2×106中子/s·Ci，即活度为1Ci的241Am与铍粉混合后每秒产生2.2×106个中子，中子能量范围为0.1～11.2MeV，平均能量为4.5MeV。镅铍中子源的优点是半衰期长出射稳定，γ本底低，241Am出射的γ射线主要是59keV的低能γ射线，容易屏蔽，241Am衰变为237Np，半衰期为2.14×106年，出射能量11.9～22.2keV的Lx射线，因此241Am也是良好的低能γ和X射线源，广泛用于X荧光分析和穆斯堡尔分析。
中子由于不带电，对物体的穿透性极高，与原子核发生非弹性散射、辐射俘获等作用会产生大量γ射线，因此中子辐射对人体的危害比相同剂量的γ射线或X射线要大得多。镅铍中子源半衰期为433年，在可预期的时间内，中子产额不会变化太大，当放射源需要报废销毁时，一般只能做为Ⅰ类放射性废物进行深地处置，理论上需要深地埋藏一万年以上才能达到豁免水平，处理成本极高且泄漏后危险极大。
发明内容
本发明的目的在于当镅铍中子源被废弃后，可以比较便利地将报废的镅铍中子源销毁，使其不再出射中子，减小其对人体的危害，降低对废弃镅铍中子源的防护等级和处理成本。
为实现上述目标本发明使用化学方法将AmO2和铍分离，阻止(α,n)反应的发生，使镅铍中子源停止出射中子。镅铍中子源的源芯由AmO2粉末和金属铍粉末按质量比1:12混合压制而成，当放射源需要销毁时，用NaOH溶液浸泡源芯，NaOH与AmO2不发生反应，但可以与金属铍发生如下反应：
Be+2NaOH＝Na2BeO2+H2↑
源芯中的金属铍被NaOH溶液溶解为Na2BeO2就可以与固态AmO2粉末能够以固、液态形式分离开，将源芯用机械强度较好的高强度水滤膜包裹，源芯被NaOH溶液浸泡后AmO2粉末留在膜内，Na2BeO2溶液可以透过滤膜排出。为减轻NaOH溶液对容器的腐蚀，将NaOH粉末与水分开储存，按照铍与NaOH反应的摩尔数比，将质量为源芯中金属铍9倍的NaOH粉末用在强碱条件下可正常工作的耐碱水滤膜包裹，按照常温下NaOH的溶解度，将与NaOH等质量的水装入水容器内密封，当需要NaOH溶液时，刺破水容器使水流出，经过孔道到达被耐碱水滤膜包裹的NaOH粉末，将NaOH溶解，NaOH溶液经孔道即可到达源芯处。
本发明能够在不破坏源壳的情况下将源芯中的AmO2和铍干净的分离开，剩余的AmO2仍然可以作为低能γ和X源使用，但Am源的辐射防护比镅铍中子源要容易得多，实现了对废弃放射性材料的重复利用。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图。
1-源芯，2-高强度水滤膜，3-螺柱，4-偏孔转轮，5-偏孔转轮，6-固态强碱，7-耐碱水滤膜，8-带尖螺柱，9-偏孔转轮，10-偏孔转轮，11-水，12-水容器，13-源壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种可销毁的镅铍中子源如图1所示，源芯(1)被高强度水滤膜(2)包裹，其下方偏孔转轮(4)和偏孔转轮(5)中心由螺柱(3)串起，并且两个偏孔转轮可以围绕螺柱自由转动使两偏孔转轮上的偏孔对齐连通形成通道；固态强碱(6)被耐碱水滤膜(7)包裹，其下方由偏孔转轮(9)、偏孔转轮(10)和带尖螺柱(8)组成可旋转的通道开关；水(11)密封在水容器内，整个装置外部为源壳(13)。
当镅铍中子源需要被销毁时，先将源体倒置，转动偏孔转轮(9)、偏孔转轮(10)使偏孔对齐形成通道，因为偏孔转轮转动使带尖螺柱(8)螺旋前进其尖端转出，刺破水容器(12)，水(11)经转动偏孔转轮(9)和偏孔转轮(10)上的偏孔通道进入耐碱水滤膜(7)内将固态强碱(6)溶解，形成强碱溶液，转动偏孔转轮(4)、偏孔转轮(5)使偏孔对齐形成通道，强碱溶液通过通道进入高强度水滤膜(2)开始溶解由AmO2和铍粉混合形成的源芯(1)，强碱溶液与铍粉发生反应使铍溶解为以BeO2 2-离子形式存在的溶液状态，待反应结束后，将源体重新正放，含BeO2 2-的溶液通过高强度水滤膜(2)流出而固态的AmO2留在膜内，溶液借助自身重力通过两个偏孔通道回到水容器(12)，静置足够长时间后，旋转转动偏孔转轮(4)、偏孔转轮(5)和偏孔转轮(9)、偏孔转轮(10)关闭两个通道，将溶液和AmO2粉末隔离开，因为AmO2出射的α粒子不能穿透偏孔转轮组成的开关，产生中子的反应被终止，同时AmO2出射的低能γ射线和X射线仍可穿透源壳，因此该装置仍可以作为低能γ和X放射源使用。
所述源芯(1)为AmO2与金属铍粉按重量比为1:12的混合物，其中铍粉的颗粒度为200目(74μm)。
所述高强度水滤膜(2)为标号大于140#的不锈钢滤网，即不锈钢滤网孔径小于71μm，耐碱水滤膜(7)为尼龙微孔滤膜。
所述螺柱(3)、带尖螺柱(8)、偏孔转轮(4)、偏孔转轮(5)、偏孔转轮(9)、偏孔转轮(10)及源壳(13)材质为奥氏体不锈钢，保证足够的机械强度使源体内部不受外力损伤。
所述固态强碱(6)为粉末状的NaOH或KOH，质量为源芯中铍质量的9倍，水容器(12)材质为PE-Xa，使用年限超过50年，水(11)的质量与固态强碱(6)相同，保证强碱在常温下完全溶解。

Claims (5)

1.一种可销毁的镅铍中子源，其特征在于，源芯(1)被高强度水滤膜(2)包裹，其下方偏孔转轮(4)和偏孔转轮(5)中心由螺柱(3)串起，并且两个偏孔转轮可以围绕螺柱自由转动使两偏孔转轮上的偏孔对齐连通形成通道；固态强碱(6)被耐碱水滤膜(7)包裹，其下方由偏孔转轮(9)、偏孔转轮(10)和带尖螺柱(8)组成可旋转的通道开关；水(11)密封在水容器内，整个装置外部为源壳(13)。
2.根据权利要求1所述一种可销毁的镅铍中子源，其特征在于所述源芯(1)为AmO2与金属铍粉按重量比为1:12的混合物，其中铍粉的颗粒度为200目(74μm)。
3.根据权利要求1所述一种可销毁的镅铍中子源，其特征在于所述高强度水滤膜(2)为孔径小于71μm的不锈钢滤网，耐碱水滤膜(7)为尼龙微孔滤膜。
4.根据权利要求1所述一种可销毁的镅铍中子源，其特征在于所述螺柱(3)、带尖螺柱(8)、偏孔转轮(4)、偏孔转轮(5)、偏孔转轮(9)、偏孔转轮(10)及源壳(13)材质为奥氏体不锈钢。
5.根据权利要求1所述一种可销毁的镅铍中子源，其特征在于所述固态强碱(6)为粉末状的NaOH或KOH，质量为源芯中铍质量的9倍，水容器(12)材质为PE-Xa，使用年限超过50年，水(11)的质量与固态强碱(6)相同。
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