CN109313949A - 辐照靶处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够根据需要辐照材料以在核反应堆堆芯内产生期望的嬗变产物的装置。该装置提供了一种监测器件，用于监测被辐照材料附近的中子通量以允许确定所产生的嬗变产物的量。该装置能够将被辐照的材料插入反应堆中并保持在期望的轴向位置处并在需要时从反应堆中取出而无需反应堆停工。该装置的大部分可以重新用于随后的辐照。该装置还能够将未被辐照的靶材料简单快速地附接到装置的传递动力的部分，以将靶材料插入和取出反应堆以及从装置中快速分离所述被辐照的材料，以进行处理。

Description

辐照靶处理装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月14日提交的序列号为No.15/210,231的美国专利申请的权益，其全部内容在此通过引用并入本申请。
技术领域
本发明总体涉及用于将物品插入核反应堆堆芯中和将物品从核反应堆堆芯中取出的装置，更具体地说，涉及一种提供受控制的插入和取出的可重复使用的装置。
背景技术
许多运行中的核反应堆采用可移动的堆芯内检测器系统，诸如美国专利No.3,932,211中所述的系统。可移动的检测器系统通常包括四个、五个或六个检测器/驱动器组件，这取决于设备的尺寸(两个、三个或四个环路)，所述检测器/驱动器组件以一种方式相互连接，使得它们可以评估堆芯内通量套管的各种组合。为了获得套管互连能力，每个检测器都使其与五路径和十路径旋转机械转移装置相联。通过转移装置选择驱动检测器的特定套管来制作堆芯映射(mapping)。为了最小化映射时间，每个检测器能够高速(每分钟72英尺)地从其取出位置运行到堆芯正下方的点。此时，检测器速度降低到每分钟12英尺，检测器遍历堆芯到达堆芯顶部，反转方向，检测器遍历堆芯到达堆芯底部。然后将检测器速度增加到每分钟72英尺，并将检测器移动到其取出位置。通过使转移装置旋转来选择新的通量套管用于映射，并重复上述过程。
图1示出了用于插入可移动微型检测器的基本系统。微型检测器12被驱动到可伸缩的套管10中，该可伸缩的套管10采取大致如图所示的路线。通过导管将套管插入反应堆堆芯14中，所述导管从反应堆容器16的底部延伸穿过混凝土屏蔽区域18然后向上直到套管密封台20。由于可移动的检测器套管在前端部(反应堆)处封闭，因此其内部干燥。因此，套管用作反应堆水压(2500psig设计)和大气之间的压力屏障。可伸缩套管和导管之间的机械密封设置在密封台20处。导管22基本上是反应堆容器16的延伸部分，其中套管允许插入堆芯内仪器可移动微型检测器。在运行期间，套管10是静止不动的，并且在再添加燃料操作或维护操作期间仅在减压条件下缩回。如果需要在容器内部构件上工作，则也可能将套管抽出到反应堆容器的底部。
用于插入微型检测器的驱动系统基本上包括驱动单元24、限位开关组件26、五路径旋转转移装置28、十路径旋转转移装置30和隔离阀32，如图所示。
每个驱动单元将空心螺旋缠绕的驱动电缆推入堆芯中，其中微型检测器附接到驱动电缆的前端，小直径同轴电缆连通检测器输出并且穿过中空中心部返回到驱动电缆的尾端部。
用于产生辐照所需的中子活化和嬗变产物(诸如医疗手术中使用的同位素)的可移动的堆芯内检测器系统通量套管10需要一种装置以从位于反应堆堆芯14中的通量套管内部插入和取出待辐照的材料。优选地，所使用的装置使得在生产过程中对人员的辐射暴露的可能性最小化，并且还使得在该过程期间产生的放射性废物的量最小化。为了精确地监测由靶材料所接收的中子暴露以确保正产生的激活或嬗变产物的量是足够的，该装置必须允许连续地测量靶材料附近的中子通量的指示。理想地，所使用的装置与目前用来在商用核反应堆堆芯内插入和取出传感器的系统兼容。本发明描述了一种满足上述所有重要考虑因素的同位素生产线缆组件。
发明内容
本发明提供一种具有同位素生产电缆组件的辐照靶处理装置，该同位素生产电缆组件包括驱动电缆，该驱动电缆构造成与用于在核反应堆堆芯内插入和取出传感器的电缆驱动系统的现有核反应堆驱动机构的驱动机构要求兼容。驱动电缆具有螺旋缠绕的自供电辐射检测器，该自供电辐射检测器在一个端部附近围绕驱动电缆的轴向长度缠绕，该端部设计成插入核反应堆的堆芯中的通量套管中。自供电辐射检测器的长度足以提供预选信号输出和从螺旋部的端到端最小轴向长度，因此自供电辐射检测器提供表示在反应堆堆芯中的自供电辐射检测器位置处的反应堆通量的输出，使得能够优化由驱动电缆的所述一个端部支撑和靠近驱动电缆的所述一个端部的靶材料的轴向位置。
快速断开联接器的凹形端部或凸形端部中的一者附接到驱动电缆的所述一个端部；靶保持器元件电缆组件具有快速断开联接器的附接在靶保持器元件电缆组件的一个端部的凹形端部或凸形端部中的另一者并且构造成附接到凹形端部或凸形端部中的所述一者上或从凹形端部或凸形端部中的一者上拆卸下来。靶保持器元件电缆组件还具有靶材料支撑隔室，该靶材料支撑隔室构造成在驱动电缆插入通量套管内和通过通量套管抽出时牢固地保持靶材料。
在一个实施例中，靶保持器元件电缆组件包括金属丝网的中空圆柱体，所述中空圆柱体的长度足以将靶材料保持在通量套管的范围内。优选地，靶保持器元件组件由基本上不具有钴的材料构成，并且金属丝网与在穿过通量套管时支撑靶材料所需的一样薄。理想地，中空网状圆柱体的一个端部由快速断开联接器盖住，另一个端部由盖盖住。在一个这样的实施例中，盖用环形夹固定在适当位置，并且一个这样的断开联接器可以是球扣钩联接器，也称为球链联接器。
在一个这样的实施例中，驱动机构是现有的堆芯内可移动检测器系统的一部分，其中自供电辐射检测器的信号输出引线轴向地穿过驱动电缆中的开口布线。
本发明还包括照射靶材料以产生期望的嬗变产物的方法。该方法包括将靶材料固定到靶材料保持器元件的步骤，该靶材料保持器元件的尺寸设计成在核反应堆堆芯的通量套管内行进。该方法利用快速断开联接器将靶材料保持器元件固定到驱动电缆的要插入通量套管内的一个端部，并且其中，驱动电缆具有位于驱动电缆上的靠近所述一个端部的自供电辐射检测器，其中，自供电辐射检测器输出部沿驱动电缆的轴向长度布线到通量套管外部的监测位置。该方法然后将驱动电缆和靶材料保持器元件驱动到通量套管内的预选轴向位置。然后在核反应堆堆芯外部的监测位置处监测自供电辐射检测器输出部，以确定靶材料的嬗变状态。当靶材料实现期望的嬗变产物时，从通量套管中取出靶材料保持器元件。然后将靶材料保持器元件从驱动电缆上拆下并运送到处理设备。在处理设备处，从靶材料保持器元件移除靶材料并进行处理。
优选地，该方法包括重新使用驱动电缆与新的靶材料保持器元件的步骤。在一个这样的实施例中，断开联接器是球扣钩联接器。在另一个实施例中，靶材料保持器是网状圆柱体，该网状圆柱体的一个端部由快速断开联接器盖住，而第二远端由盖盖住，所述方法包括用环形夹固定盖的步骤。在后述实施例中，在处理设备处执行移除环形夹来移除盖以接近靶材料进行处理的步骤。
附图说明
当结合附图阅读优选实施例的以下描述时，可以获得对本发明的进一步理解，附图中：
图1是可以与本发明一起使用的现有技术的可移动堆芯内检测器装置的透视图；
图2是本发明的同位素生产电缆组件的驱动电缆组件的一个实施例的示意图；
图3是靶保持器元件和快速断开器的凹形部分的平面图，该快速断开器将靶保持器元件电缆组件连接到图2中所示的驱动电缆组件；
图4是图2中所示的驱动电缆组件的在堆芯插入侧上所示的快速断开器的凸形部分的正视图；和
图5是图2和4中所示的快速断开器的凸形部分的侧视图。
具体实施方式
图2至-图5中所示的同位素生产电缆组件由两个主要元件组成，即，驱动器电缆组件36和靶保持器元件38。主要部件是驱动电缆组件36。驱动电缆组件36包括一种电缆，所述电缆构造成与用于在商用核反应堆堆芯14内插入和取出传感器12的现有电缆驱动系统的驱动机构(例如图1中示意性示出的Westinghouse可移动堆芯内检测器系统)的要求兼容。驱动电缆组件36内部包含用于自供电检测器元件45的信号引线42。自供电检测器45的有源部分是围绕驱动电缆40的插入端的外部缠绕的螺旋部，螺旋部的长度足以提供稳健的信号输出和端到端最小轴向位置差。来自自供电检测器45的输出用于识别反应堆堆芯14中的自供电检测器位置处的反应堆通量，以允许优化靶材料的轴向位置。
作为联接有微型检测器12的现有驱动电缆的替代品的驱动电缆组件36使用由图2至图5中由附图标记48和50表示的球扣钩装置(也成为球链联接器)附接到靶保持器元件电缆组件38。球扣钩装置具有球形部分或凸形部分48，如图2、4和5所示，所述球形部分或凸形部分48连接到驱动电缆组件36的反应堆插入端。图2示出了球形部分48的平面图，图4示出了正视图，图5示出了侧视图。扣钩部分50利用连接销52附接到靶保持器元件电缆组件38上的靶材料保持器42。快速断开联接器的球形部分48设计成装配在扣钩部分50内并且可被扣钩部分50可拆卸地捕获。靶保持器元件电缆组件38包括靶材料保持器43，该靶材料保持器是非常薄的金属网的中空圆柱体，所述中空圆柱体的长度足以将期望量的靶材料保持在活性反应堆芯14的范围内。在从反应堆中取出靶材料之后，靶保持器元件电缆组件38可以容易且快速地从驱动电缆组件36断开，从而可以将整个靶保持器元件电缆组件运送到处理设备。在靶保持器元件电缆组件38的插入端上进行指示的盖44通过环形夹46保持就位。环形夹46设计成易于在处理设备处移除。一旦将其移除，就可以从靶保持器元件电缆组件的内部移除被辐照的材料。在辐照之后仅仅丢弃靶保持器元件电缆组件38。只要在机械上实用，驱动电缆组件36就可以重复使用。
因此，本发明能够使用用于堆芯内仪器的现有商用反应堆电缆驱动系统来生产有价值的激活和嬗变产物。虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员将意识到的是，可以根据本公开的总体教导开发出针对那些细节的各种修改和替换。因此，所公开的特定实施例仅仅是说明性的，并不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任何和所有等效方案的全部范围给出。

Claims (14)

1.一种具有同位素生产电缆组件(34)的辐照靶处理装置(34)，所述同位素生产电缆组件包括：
驱动电缆(36)，所述驱动电缆构造成与用于在核反应堆堆芯(14)内插入和取出传感器(12)的电缆驱动系统的现有核反应堆驱动机构的驱动机构要求兼容，所述驱动电缆具有螺旋缠绕的自供电辐射检测器(41)，所述自供电辐射检测器在一个端部附近围绕所述驱动电缆(40)的轴向长度缠绕，所述一个端部设计成插入核反应堆的堆芯(14)中的通量套管(10)中，其中，所述自供电辐射检测器的长度足以在螺旋部的端到端最小轴向长度的情况下提供预选信号输出，因此所述自供电辐射检测器提供表示在反应堆堆芯中的自供电辐射检测位置处的反应堆通量的输出，使得能够优化由所述驱动电缆的所述一个端部支撑且靠近所述驱动电缆的所述一个端部的靶材料的轴向位置；
附接到所述驱动电缆(40)的所述一个端部的快速断开联接器的凹形端部或凸形端部中的一者(48)；和
靶保持器元件电缆组件(38)，所述靶保持器元件电缆组件在所述靶保持器元件电缆组件的一个端部处具有快速断开联接器的凹形端部或凸形端部中的另一者(50)，所述另一者构造成附接到所述凹形端部或凸形端部中的所述一者(48)以及从所述凹形端部或凸形端部中的所述一者(48)拆卸下来，所述靶保持器元件电缆组件具有靶材料支撑隔室(43)，所述靶材料支撑隔室构造成在所述驱动电缆(40)插入所述通量套管(10)中和通过所述通量套管(10)抽出时牢固地保持所述靶材料。
2.根据权利要求1所述的辐照靶处理装置(34)，其中，所述靶保持器电缆组件(38)包括金属网制的中空圆柱体(43)，所述中空圆柱体的长度足以将所述靶材料保持在所述通量套管(10)的范围内。
3.根据权利要求2所述的辐照靶处理装置(34)，其中，所述靶保持器元件电缆组件(38)由基本上没有钴的材料构成。
4.根据权利要求2所述的辐射靶处理装置(34)，其中，所述金属网与在行进穿过所述通量套管(10)时支撑所述靶材料的合理需要一样薄。
5.根据权利要求2所述的辐照靶处理装置(34)，其中，所述金属网制的中空圆柱体(43)的一个端部由所述快速断开联接器(50)盖住，另一端部由盖(44)盖住。
6.根据权利要求5所述的辐照靶处理装置(34)，其中，所述盖(44)用环形夹(46)固定就位。
7.根据权利要求1所述的辐照靶处理装置(34)，其中，所述快速断开联接器(48，50)是球扣钩联接器。
8.根据权利要求1所述的辐射靶处理装置(34)，其中，所述驱动机构是现有的堆芯内可移动检测器系统的一部分。
9.根据权利要求1所述的辐照靶处理装置(34)，其中，所述自供电辐射检测器(41)的信号输出引线(42)轴向布线穿过所述驱动电缆(40)中的开口。
10.一种辐照靶材料以产生期望的嬗变产物的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述靶材料固定到靶材料保持器元件(38)上，所述靶材料保持器元件(38)的尺寸设计成在核反应堆堆芯(14)的通量套管(10)内行进；
利用快速断开联接器(48，50)将所述靶材料保持器元件(38)紧固到将要插入所述通量套管(10)内的驱动电缆(40)的一个端部，所述驱动电缆具有自供电辐射检测器(41)，所述自供电辐射检测器靠近所述一个端部位于所述驱动电缆上，其中，自供电辐射检测器输出部(42)沿所述驱动电缆(40)的轴向长度布线到所述通量套管(10)外部的监测位置；
将所述驱动电缆(36)和所述靶材料保持器元件(38)驱动到所述通量套管(10)内的预选轴向位置；
监测在所述监测位置处的所述自供电辐射检测器输出部(42)以确定所述靶材料的嬗变状态；
当所述靶材料实现期望的嬗变产物时，从所述通量套管(10)中取出所述靶材料保持元件(38)；
将所述靶材料保持元件(38)从所述驱动电缆(36)上拆卸下来；
将所述靶材料保持器元件与所述靶材料一起运送到处理设备；
从所述靶材料保持元件(38)上移除所述靶材料；和
在所述处理设备处处理靶材料。
11.根据权利要求10所述的辐照靶材料以产生期望的嬗变产物的方法，所述方法包括重新使用所述驱动电缆(36)和新的靶材料保持元件(38)的步骤。
12.根据权利要求10所述的辐照靶材料以产生期望的嬗变产物的方法，其中，所述快速断开联接器(48，50)是球扣钩联接件。
13.根据权利要求10所述的辐照靶材料以产生期望的嬗变产物的方法，其中，所述靶材料保持器(38)是网状圆柱体，所述网状圆柱体的一个端部由快速断开联接器盖住，第二远端由盖(44)盖住，所述方法包括用环形夹(46)固定所述盖的步骤。
14.根据权利要求13所述的辐照靶材料以产生期望的嬗变产物的方法，所述方法包括在所述处理设备处移除所述环形夹(46)以移除所述盖(44)从而接近所述靶材料进行处理的步骤。
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