CN111128431B - 用于生产放射性同位素的靶件制备方法、靶体及用于承载靶件的组件 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种用于生产放射性同位素的靶件制备方法，包括以下步骤：将靶材装入靶体；对靶体进行密封。本发明的实施例还提供了一种用于生产放射性同位素的靶体，包括：内腔体、外腔体以及盖子；内腔体设置于外腔体内部，靶材装入内腔体；盖子封闭外腔体。本发明还提供了一种用于承载靶件的组件，包括：筒体，筒体侧部设置有开口，靶件通过开口被放入筒体或者从筒体取出；活动件，活动件设置成相对于筒体轴向方向运动，使得在靶件放入筒体后，活动件将靶件压紧，使得靶件在筒体的轴向方向固定。本发明的靶件制备方法工序简单；靶体结构便于靶材进行封装；组件使靶件进出反应堆更加便捷。

Description

用于生产放射性同位素的靶件制备方法、靶体及用于承载靶 件的组件

技术领域

本发明的实施例涉及一种用于生产放射性同位素的靶件制备方法、用于生产放射性同位素的靶体以及用于承载靶件的组件。

背景技术

放射性同位素应用于不同领域，例如工业领域、农业领域以及国防军工领域。现有技术中一般通过将合适的靶材在核反应堆或回旋加速器的中子通量中暴露适当的时间，来生产人造放射性同位素。

现有技术中，用于生产放射性同位素的靶件制备方法比较复杂；靶材的封装结构也鲜有披露；尚无较佳的组件可以将靶件快速、便捷的放入核反应堆或者从核反应堆取出。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于生产放射性同位素的靶件制备方法、用于生产放射性同位素的靶体以及用于承载靶件的组件，用以改进放射性同位素的生产。

根据本发明的第一方面，其提供一种用于生产放射性同位素的靶件制备方法，所述方法包括以下步骤：将靶材装入靶体；对靶体进行密封。

根据本发明的实施例，所述方法还包括以下步骤：将靶材装入靶体之前，对靶材进行压缩处理。

根据本发明的实施例，在所述靶材的压缩处理步骤中，将靶材在30Mpa压力下作用2-5分钟。

根据本发明的实施例，所述方法还包括以下步骤：将靶材装入靶体之前，对靶材的处理过程在真空干燥环境下完成。

根据本发明的实施例，所述方法还包括以下步骤：在将所述靶材装入所述靶体之后，将所述靶体密封之前，对所述靶体抽真空，并充入惰性气体。

根据本发明的实施例，所述靶材为纯度大于97％的氮化铝。

根据本发明的实施例，所述惰性气体为氦气。

根据本发明的实施例，所述靶体包括内腔体、外腔体以及盖子；所述内腔体设置于外腔体内部，所述靶材装入所述内腔体；所述盖子封闭外腔体；在将靶体密封的步骤中，将盖子与外腔体之间采用环焊方式。

根据本发明的实施例，所述内腔体与外腔体之间留有空隙。

根据本发明的实施例，所述盖子与外腔体之间配合连接。

根据本发明的实施例，所述盖子设置有孔，利用所述孔进行抽真空以及充入惰性气体。

根据本发明的实施例，在所述对靶体进行密封的步骤中，将所述盖子的孔封闭后进行堵孔焊。

根据本发明的实施例，在所述盖子上设置把持部。

根据本发明的第二方面还提供一种用于生产放射性同位素的靶体，所述靶体包括：内腔体、外腔体以及盖子；所述内腔体设置于外腔体内部，所述靶材装入所述内腔体；所述盖子封闭所述外腔体。

根据本发明的实施例，所述内腔体与外腔体之间留有空隙。

根据本发明的实施例，所述盖子与外腔体之间配合连接。

根据本发明的实施例，所述盖子与外腔体之间环焊密封。

根据本发明的实施例，所述盖子设置有孔，利用所述孔进行抽真空以及充入惰性气体。

根据本发明的实施例，所述盖子的孔封闭后采用堵孔焊密封。

根据本发明的实施例，所述盖子上设置有把持部。

根据本发明的第三方面还提供一种用于承载靶件的组件，所述组件包括：筒体，所述筒体侧部设置有开口，所述靶件通过所述开口被放入所述筒体或者从所述筒体取出；活动件，所述活动件设置成相对于所述筒体轴向方向运动，使得在所述靶件放入所述筒体后，所述活动件将靶件压紧，使得所述靶件在所述筒体的轴向方向固定。

根据本发明的实施例，所述筒体在所述开口下方的筒壁上设置多个孔。

根据本发明的实施例，所述筒体在所述开口的上方、在垂直于所述筒体轴向方向设置壁部；所述壁部设置有孔；所述活动件穿过所述孔，并且设置成沿所述孔、在所述筒体的轴向方向运动。

根据本发明的实施例，所述活动件包括本体部以及在本体部两端设置的、在本体部径向方向凸出的凸出部，其中，所述凸出部中的之一与所述孔配合，其径向长度大于所述孔的径向长度，使得所述活动件相对于所述筒体轴向方向运动时，所述凸出部始终位于所述孔的上方；所述凸出部中的另一个设置成用于压紧所述靶件；与所述孔配合的所述凸出部与所述本体部可拆卸连接。

根据本发明的实施例，所述本体压紧所述靶件的一端设置成通孔。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为根据本发明示例性实施例的靶体的结构示意图；

图2为根据本发明示例性实施例的组件的结构示意图；

图3为图2的组件中活动件的结构示意图；以及

图3(a)为本体部和凸出部之一，图3(b)为另一凸出部。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

根据本发明总的技术构思，其提供了用于生产放射性同位素的靶件制备方法，包括以下步骤：将靶材装入靶体；对靶体进行密封。

靶材为经辐照用于生产放射性同位素的固体、液体或气体材料。靶体为装载靶材的介质，并且对靶材进行密封。装入靶材的靶体密封后形成靶件，靶件用于暴露于运行的反应堆或者其他环境形成的中子通量场中，经辐照后转化产生所需的放射性同位素。针对不同种类的靶材，对其密封性要求不同。

本申请中所记载的靶材以及靶体仅是示例性举例，不构成对本发明的限定，利用上述方法，可以降低靶件制备的复杂程度，从而提高靶件的制备效率。本领域技术人员可以采用合适的方式，以将靶材装入靶体，以及采用合适的方式对装入靶材后的靶体进行密封。

根据本发明的实施例，靶件制备方法还包括：将靶材装入靶体之前，对靶材进行压缩处理的步骤。

例如对于为固体粉末材料的靶材，为增加靶材在靶体中的装载量，在靶材装入靶体之前，先对靶材进行压缩处理。例如对于在空气中易发生水解或氧化的靶材，对其进行压缩处理，不仅可以提高装载量，还能减少靶材粉末之间的空隙，减少空气对其稳定不利。

可以理解的是，对靶材进行压缩处理，压缩参数例如压力大小、压力作用时间根据实际需求设置，以达到上述技术效果。

根据本发明的实施例，靶件制备方法还包括：将靶材装入靶体之前，对靶材的处理过程在真空干燥环境下完成。例如对于在空气中易发生水解或氧化的靶材，制备过程中需要保持其处于真空干燥环境下，避免空气将其变质。例如在将靶材装入靶体之前，将靶材暂存入真空干燥箱内，以便保持其性质稳定。

根据本发明的实施例，靶件制备方法还包括：在将靶材装入靶体之后，将靶体密封之前，对靶体抽真空，并充入惰性气体的步骤。为进一步改善靶体内的气体氛围，为靶材创造有利稳定的环境，在靶体密封之前，对靶体抽真空并充入惰性气体，避免靶体内空气对靶材造成氧化等不利影响；另外，对靶体先进行抽真空，可排除靶体内的空气，避免在辐照过程中空气被电离产生对靶材不利的物质，降低对靶材的影响，并进一步采用惰性气体对靶材形成保护。

根据本发明的实施例，根据需要生产的放射性同位素的种类，选择合适的靶材。例如生产碳14材料，可采用高纯氮化铝作为靶材。高纯氮化铝为灰白色粉末，理论密度3.26g/cm³，导热性好，热膨胀系数小，在潮湿的空气中易发生水解或氧化。

高纯氮化铝的含量例如要求纯度大于97％。靶材参与核反应，对其的纯度要求，一方面可根据靶材的含量计算预期获得的放射性同位素的产量，另一方面，靶材的纯度越高，有利于降低杂质在辐照过程中产生的放射性废物的量，减小对环境的影响，同时减少操作人员对辐照后的物料进行处理的工作量。

根据本发明的实施例，以高纯氮化铝生产碳14材料为例，结合图1，以下描述本发明的优选实施例，其提供一种用于生产放射性同位素的靶件制备方法，包括以下步骤：

(1)将购买的真空包装的高纯氮化铝粉末拆封，暂存入真空干燥箱内保存；准备用于高纯氮化铝进行压缩的模具和压缩机，可以根据实际压缩需要来选择合适的模具；

(2)根据实际需要，称量预定重量的高纯氮化铝粉末，将其装入准备好的模具中，进行压缩；例如采用30Mpa压力压缩2-5分钟；

(3)将压缩后的高纯氮化铝装入内腔体10中，采用盖子101封闭内腔体；例如采用外周具有包边的盖子扣合在内腔体10上端开口；

(4)将封闭好的内腔体10装入外腔体11中，采用盖子12与外腔体11进行配合连接；例如采用具有螺纹结构的盖子12和外腔体11进行旋紧连接；

(5)在盖子12与外腔体11连接的接缝处进行环焊密封；

(6)通过盖子12上的孔120进行抽真空并充入惰性气体；惰性气体例如可以是氦气，氦气不仅为高纯氮化铝提供稳定的氛围，还具有良好的导热性能，有助于靶材的散热；

(7)将盖子12的孔120封闭后进行堵孔焊密封，实现靶体密封，例如将堵孔螺丝插入到孔120内，然后进行堵孔焊。

可以理解的是，对于不同种类的靶材，根据其自身性质，对靶材进行压缩处理，或者对靶体进行密封处理，可根据实际需求变化，以满足靶件的应用需求为准。

此外，在上述优选的实施方式中，也可以直接采用具有双腔体的靶体，即，内腔体10与外腔体11一体形成。在靶件的制备过程中，可以将靶材放入内腔体10内。

根据本发明实施例的用于生产放射性同位素的靶件制备方法，对靶材进行压缩处理，在满足辐照安全性要求的前提下，有利于节省堆内辐照空间，增加靶材的装载量，提高辐照产量从而提高经济效益。

采用环焊和堵孔焊结合的方式对靶体密封，有利于减少最后一道焊接工艺的焊接面积，减少裂纹及气孔的产生，提高密封性能，进一步减少外部环境对靶材的影响。

参见图1，根据本发明的实施例的用于生产放射性同位素的靶体100包括：内腔体10、外腔体11以及盖子12；内腔体10设置于外腔体11内部，靶材装入内腔体；盖子12封闭外腔体11。

靶体提供承载空间，用于对靶材封装。将靶材装入腔体内部后，为了对腔体外部表面进行封闭时不接触到靶材，将腔体设置成包括两层的结构，例如采用内外两个腔体，由于靶材装入内腔体，而对外腔体进行封闭时，这样就避免了对靶材造成不利影响。

参见图1，根据本发明的实施例，内腔体10也可设置盖子101，用于封闭内腔体10上部。将靶材装入内腔体10后，采用盖子101封闭，避免靶材暴露于空气中，或者减少外部污染物进入。

可以理解的是，内腔体10也可以不设置盖子。

参见图1，根据本发明的实施例，内腔体10与外腔体11之间留有空隙。这样设置，一方面，在将外腔体与盖子封闭时，可以避免触碰到内腔体，避免意外干扰到内腔体的盖子101而使靶材暴露；另一方面，留出的空间便于后续对腔体内提供所需的气体氛围。

参见图1，根据本发明的实施例，盖子12与外腔体11之间配合连接。采用内腔体与外腔体双层封闭结构对靶材进行封装，有利于减少外部环境对靶材的影响。例如，对于内腔体10，其盖子101无需采用复杂的结构，只要实现基本的封闭即可，例如采用外周具有包边的盖子扣合在内腔体10上端开口。对于外腔体11，其与盖子12之间的配合连接，例如采用螺纹连接或卡扣连接等方式实现，例如在外腔体11上部和盖子12的一端设置相互配合的螺纹，通过螺纹咬合使盖子12和外腔体11连接。可以理解的是，盖子12与外腔体11之间的连接方式可根据实际加工需求设置。

根据本发明的实施例，盖子12与外腔体11之间环焊密封。实际应用中，根据不同的辐照环境以及靶材本身的性质，对靶材的密封性有不同要求。当要求靶材密封时，相应的，靶体需具备一定的密封结构。本发明实施例中，例如在将盖子12与外腔体11进行连接后，再进行密封设置。可根据盖子12与外腔体11之间连接部位的形状设置不同的密封方式。例如，对圆周形状的连接部位采用环焊，具体可以采用氩弧焊接方法，当然也可采用其他焊接方法。可以理解的是，密封方法也不限于焊接。

参见图1，根据本发明的实施例，盖子12设置有孔120，利用孔120进行抽真空以及充入惰性气体。由上述对盖子12与外腔体11连接接缝处进行环焊时，为降低腔体内空气膨胀对焊接造成困难，在盖子12上设置孔120，便于环焊时出气，减少阻碍；同时地，环焊之后，为使腔体内部的环境更加有利，可以采用惰性气体氛围进行保护，例如通过孔120对腔体内先抽真空然后充入惰性气体。

根据本发明的实施例，盖子12的孔120封闭后采用堵孔焊密封。为提高靶体的密封性能，对盖子12与外腔体11环焊密封之后，对孔120位置进一步密封。例如在孔120的部分内壁上设置螺纹，相应的，采用堵孔螺丝配合连接，堵孔螺丝例如采用铝丝；操作时，先将堵孔螺丝拧紧孔120，通常情况下，拧紧后螺丝上端被折断，此时在螺丝折断处螺丝与孔120的接触面上实施点焊，将孔密封。

参见图1，根据本发明的实施例，盖子12上设置有把持部121。在实际应用中，需要将装好靶材的靶体放入至辐照环境中进行照射，为了便于靶体的吊装和运输，在盖子12上设置把持部121，用于配合吊装设备进行固定。把持部121的形状可根据吊装设备的结构配合设置，例如设置成凹槽1210，凹槽1210可相对盖子的中心对称设置，使吊装设备能够在凹槽1210内撑开并稳定的与靶体连接。盖子12上还可设置凹槽1211，当盖子12与外腔体11配合连接时，凹槽1211便于配合工具使用进行旋紧。

可以理解的是，靶体的结构设置不限于上述方式，可根据辐照环境对靶材的不同要求进行改进。靶体的材质例如可以采用铝材。对于本发明实施例的靶体，靶体密封采用焊接的方式，由于铝材线膨胀系数大，凝固时易产生缩孔、疏松、裂纹等，并且铝材表面易氧化形成氧化膜，加上其表面吸附的水分都容易使焊缝处出现气孔，根据本发明优选的实施方式，对靶体密封时采用环焊的方式，可以具有更优的密封效果。由于盖子上设有出气孔，环焊时不易受到内部压力阻碍，环焊之后再进行堵孔焊将孔密封，采用这一套密封流程，有利于减少最后一道焊接工艺的焊接面积，减少裂纹及气孔的产生，提高密封性能，从而对靶材进行保护。

在靶件应用中，将靶件直接装入反应堆内，若单次辐照涉及多个靶件装堆，无疑会增加靶件吊装运输的操作次数，不仅费时费力，还会增加反应堆对工作人员的辐照剂量，增加安全风险。为克服这些问题，有必要提供一种用于承载靶件的组件，该组件能够一次运输多个靶件，从而减少靶件出入堆的操作次数，使靶件运输变得更方便。

参见图2，根据本发明实施例的用于承载靶件的组件200包括：筒体20，筒体侧部设置有开口201，靶件通过开口被放入筒体或者从筒体取出；活动件21，活动件设置成相对于筒体轴向方向运动，使得在靶件放入筒体后，活动件将靶件压紧，使得靶件在筒体的轴向方向固定。

上述组件一方面用于承载多个靶件，便于运输靶件出入反应堆，另一方面，在运输过程中能够确保靶件稳定。采用筒体20和活动件21配合的结构，活动件21相对于筒体20可运动，不仅增加了结构配合的灵活性，还能对靶件进行固定，减少运输途中的不稳定因素。具体的，活动件21相对于筒体20在轴向方向可活动，便于操作，同时对靶件在轴向上进行固定，例如，将活动件21沿轴向向上推起时，将靶件从筒体20的侧面开口201处装入筒体，然后将活动件21松开，使其依靠自身重力沿轴向下落至压紧靶件的最上端。

参见图2，根据本发明的实施例，筒体20在开口201下方的筒壁上设置多个孔202。在辐照期间，反应堆孔道内不断有冷却水流过，为增加对靶件的冷却效果，在筒壁上设置孔202，冷却水不断从孔202流过，实现降温。进一步的，在筒体底部也可设置孔，使得辐照完成后，吊出组件时，方便积水流出。

参见图2，根据本发明的实施例，筒体在开口201的上方、在垂直于筒体轴向方向设置壁部203；壁部203设置有孔204；活动件21穿过孔204，并且设置成沿孔204、在筒体的轴向方向运动。

活动件21设置成与筒体20可活动地连接。活动件21穿过孔204，当需要装入靶件时，为保证开口201处有足够的空间，此时，可使活动件21相对孔204沿轴向向上运动，远离开口201，当靶件装入后，可松开活动件21，使其沿孔204下落至压紧靶件。

参见图2，根据本发明的实施例，活动件21包括本体部210以及在本体部两端设置的、在本体部径向方向凸出的凸出部211、212，其中，凸出部中的之一与孔204配合，其径向长度大于孔204的径向长度，使得活动件21相对于筒体轴向方向运动时，凸出部始终位于孔204的上方；凸出部中的另一个设置成用于压紧靶件；与孔204配合的凸出部与本体部可拆卸连接。

正常状态下，活动件21可与壁部203及孔204相配合，使活动件21相对于筒体20稳定。例如，凸出部211能够抵接在壁部203与孔204形成的端面上，将凸出部211的径向长度设置成大于孔204的径向长度，由此，尽管当凸出部211沿孔204轴向运动时，凸出部211始终处于孔204的上方；同时地，将凸出部212的径向长度设置成大于孔204的径向长度，使得当凸出部212沿孔204轴向运动时，凸出部212始终处于孔204的下方；显然的，本体部210的径向长度小于孔204的径向长度，而处于本体部210两端的凸出部，便将活动件21限制在孔204的上下两侧，使活动件21既能够沿轴向运动，又不会脱离筒体。另外，将凸出部212的径向长度设置成大于靶件的径向长度，以实现对靶件稳定固定。

参见图3，凸出部211与本体部210之间采用可拆卸的连接方式，便于安装和操作。例如凸出部211靠近本体部210的一端可设置螺柱2110，相应的，在本体部210一端设置螺孔2100，使凸出部211和本体部210实现螺纹连接。当然，还可以设置其他配合连接的结构，只要满足方便拆接。凸出部211的另一端上可设置凹槽2111，以便配合工具使凸出部211与本体部210进行旋紧连接。凸出部212与本体部210的另一端可以是一体成型的，也可以采用可拆卸连接。

参见图3，根据本发明的实施例，本体部210压紧靶件的一端设置成通孔2101。一方面有利于减少材料的使用，节约成本，另一方面，可减少辐照过程中放射性废物的产生。

进一步的，参见图2，在筒体20的壁部203上端可设置配合吊装工具进行抓取的结构，例如凹槽205，从而便于吊装和运输，同时的，当抓具位于凹槽205内时，还能够顶紧凸出部211的上端，从而避免运输途中靶件将活动件21顶起；将组件吊装至反应堆内后，组件保持静止放置，此时，靶件也不会将活动件21顶起。

可以理解的是，组件200的结构设置不限于上述方式，可根据辐照环境、运输条件等进行改进。组件的材质例如可以采用铝材，对辐照中子不吸收，不会产生多余的放射性废物，还可循环使用，经济方便。

参见图2，上述组件200在装载靶件的过程中，可进行如下操作：安装活动件21：将凸出部211从筒体的顶端处进入，将本体部210和凸出部212从开口201进入并使本体部210穿过孔204，将凸出部211和本体部210具有连接结构的一端进行固定连接；未装入靶件之前，可使凸出部211抵接在壁部203与孔204形成的端面上，当需要装入靶件时，推动凸出部212使活动件21沿轴向向上运动，保证开口201处有足够的空间，然后，将筒体20水平或倾斜一定角度，从筒体的开口201处装入靶件，一般可装入2-3个靶件，靶件沿筒体轴向堆放，然后将筒体20直立放置，此时松开活动件21使其靠自身重力下落至凸出部212的下端刚好压紧靶件的最上端；由此，对组件进行运输时，可防止靶件在筒体内晃动从而造成靶件从筒体内侧翻出来。

根据本发明实施例的用于承载靶件的组件，为靶件吊装出入堆提供了便利，有利于减少靶件直接运输时的操作次数，提高工作效率，因此也可减少工作人员的受辐照剂量，提高操作安全性。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于承载靶件的组件，所述组件(200)包括：

筒体(20)，所述筒体侧部设置有开口(201)，所述靶件通过所述开口被放入所述筒体或者从所述筒体取出；

活动件(21)，所述活动件设置成相对于所述筒体轴向方向运动，使得在所述靶件放入所述筒体后，所述活动件将靶件压紧，使得所述靶件在所述筒体的轴向方向固定；

其中，所述筒体在所述开口(201)的上方、在垂直于所述筒体轴向方向设置壁部(203)；

所述壁部(203)设置有孔(204)；

所述活动件(21)穿过所述孔(204)，并且设置成沿所述孔、在所述筒体的轴向方向运动。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，

所述筒体(20)在所述开口(201)下方的筒壁上设置多个孔(202)。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，

所述活动件(21)包括本体部(210)以及在本体部两端设置的、在本体部径向方向凸出的凸出部(211、212)，其中，所述凸出部中的之一(211)与所述孔(204)配合，其径向长度大于所述孔的径向长度，使得所述活动件相对于所述筒体轴向方向运动时，所述凸出部(211)始终位于所述孔的上方；

所述凸出部中的另一个(212)设置成用于压紧所述靶件；

与所述孔配合的所述凸出部(211)与所述本体部(210)可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的组件，其中，

所述本体部(210)压紧所述靶件的一端设置成通孔(2101)。

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