CN112117021A - 一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒 - Google Patents
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Abstract
本发明属于放射性核素生产技术领域，具体涉及一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，设置在核反应堆的方形组件中，用于生产碳14材料，方形组件用于设置可燃毒物棒。该碳14靶件棒包括密封的圆柱形的靶件棒(2)，靶件棒(2)内装有氮化铝粉末。通过本发明所提供的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒能够生产出足够产量的高品质碳14，靶件棒(2)的发热功率极低，不会导致堆芯的冷却剂的最高温度超过限值，对堆芯的安全性没有影响，运行参数几乎没有变化，且国内或国际上所有使用方形组件作为燃料的机型均可应用。
Description
技术领域
本发明属于放射性核素生产技术领域，具体涉及一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒。
背景技术
目前，反应堆生产的主要放射性核素有30多种，其中工业用放射性核素主要有Co-60(辐照源)，主要由加拿大的CANDU重水堆生产提供，我国秦山三期的反应堆便有Co-60的生产线。而在医用方面，国产放射性核素的品种和产量非常有限，主要依赖于进口，其售价成倍攀升，医用放射性核素一直处于供不应求的状态。
碳14是碳的一种具有放射性的同位素，被广泛的应用在呼气检测、标记化合物等医疗和生物医药行业，每年全球消耗量约2000居里，目前国际上只有俄罗斯能规模化生产提供。中核集团和地方政府也逐渐重视碳14同位素的生产及其关联产业的发展。目前，国际上碳14生产的主要实现方法，是在高中子通量率的反应堆中，放置用于生产碳14的靶件，通过中子俘获反应而获得，国内碳14多在实验堆中生产，但产量很小，且无法持续生产。
发明内容
本发明的目的是为了实现碳14的量产，提供一种能够在商业运行的核反应堆中生产碳14的靶件，同时反应堆中放置靶件要尽量做到不影响堆芯的安全和运行参数，尽量不引入反应堆的重大改造。靶件设计还需要考虑其稳定性和取放的便宜性。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，设置在核反应堆的方形组件中，用于生产碳14材料，所述方形组件用于设置可燃毒物棒，其中，包括密封的圆柱形的靶件棒，所述靶件棒内装有氮化铝粉末。
进一步，靶件棒内设置若干个靶件管，所述靶件管沿所述靶件棒的轴线依次串联放置，所述氮化铝粉末装填在所述靶件管内。
进一步，所述靶件棒包括圆筒形的包壳，设置在所述包壳顶端的上端塞，设置在所述包壳底端的下塞端，所述下塞端为圆锥型结构。
进一步，所述包壳采用金属材料制作,所述金属材料包括锆合金、不锈钢，所述包壳的厚度不超过2mm。
进一步，所述靶件管的长度不超过4500mm；所述靶件管采用金属材料制作，所述金属材料包括锆合金、不锈钢、铝，所述靶件管的厚度不超过1mm。
进一步，在所述上端塞与所述靶件管之间，设有用于压紧所述靶件管的压紧弹簧。
进一步，在所述压紧弹簧与所述靶件管之间，能够设置空心管，所述空心管用于匹配所述靶件管的长度，可以根据所述靶件管的数量选择相应长度的所述空心管与之匹配，方便所述压紧弹簧对所述靶件管的压紧。
进一步，所述上端塞的顶端设有连接螺栓，通过所述连接螺栓。
进一步，还包括用于挂装所述靶件棒的固定装置连接板，所述固定装置连接板与所述方形组件相适应，用于把所述靶件棒设置在所述方形组件内，在所述反应堆内接受照射。
进一步，所述固定装置连接板设有24个挂点，每个所述挂点通过所述连接螺栓挂装一根所述靶件棒。
进一步，所述氮化铝粉末的密度范围为3.2-9.6g/cm3。
进一步，所述靶件棒的尺寸与所述可燃毒物棒一致。
本发明的有益效果在于：
1.通过本发明所提供的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒能够生产出足够产量的高品质碳14。
2.公式(1)的核反应界面比较小，即吸收中子能力小，对方形组件的堆芯功率分布影响极小，可以忽略不计；通常情况下，没有布置控制棒的方形组件中，导向管中会放置固定式相关组件棒(包括可燃毒物棒、中子源棒和阻流塞棒)，因而导向管中冷却剂流量非常小，考虑到本设计所采用的结构与固定式相关组件相同，靶件棒2的径向尺寸与可燃毒物塞棒相同，生产碳14的靶件管7放置在靶件棒2(即导向管)中，不会影响堆芯中冷却剂的总流量；14N(n,p)→14C一次反应放出的能量为625876.1eV，由于该核反应截面很小，因此方形组件中放置了靶件管7的靶件棒2的中线功率密度不超过1W/cm，相比于堆芯中燃料棒的平均线功率密度，完全可以忽略不计，即靶件棒2的发热功率极低，不会导致堆芯的冷却剂的最高温度超过限值。
3.商业运行反应堆中的方形组件使用本发明所提供的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，对堆芯的安全性没有影响，运行参数几乎没有变化，且国内或国际上所有使用方形组件作为燃料的机型均可应用。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒(与固定装置连接板1连接)的示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是本发明具体实施方式中所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒的剖视图；
图中：1-固定装置连接板，2-靶件棒，3-连接螺栓，4-上端塞，5-压紧弹簧，6-空心管，7-靶件管，8-包壳，9-下塞端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1、图2、图3所示，本发明提供的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，设置在核反应堆的方形组件中，用于生产碳14材料，方形组件用于设置可燃毒物棒，碳14靶件棒包括密封的圆柱形的靶件棒2，还包括用于挂装靶件棒2的固定装置连接板1，固定装置连接板1与方形组件相适应，用于把靶件棒2设置在方形组件内，靶件棒2内装有氮化铝粉末，在反应堆内接受照射。
靶件棒2内设置若干个靶件管7，靶件管7沿靶件棒2的轴线依次串联放置，氮化铝粉末装填在靶件管7内，氮化铝粉末的密度范围为3.2-9.6g/cm3。
靶件棒2包括圆筒形的包壳8，设置在包壳8顶端的上端塞4，设置在包壳8底端的下塞端9，下塞端9为圆锥型结构。
包壳8采用锆合金、不锈钢或其他金属材料制作，包壳8的厚度不超过2mm。
靶件管7的长度不超过4500mm；靶件管7采用锆合金、不锈钢、铝或其他金属材料制作，靶件管7的厚度不超过1mm。
在上端塞4与靶件管7之间，设有用于压紧靶件管7的压紧弹簧5。
在压紧弹簧5与靶件管7之间，能够设置空心管6，空心管6用于匹配靶件管7的长度，可以根据靶件管7的数量选择相应长度的空心管6与之匹配，方便压紧弹簧5对靶件管7的压紧，使得靶件管7的总长度可依据碳14生产量的需要进行灵活调节
上端塞4的顶端设有连接螺栓3，通过连接螺栓3和螺母与固定装置连接板1实现机械连接。
固定装置连接板1设有24个挂点，每个挂点通过连接螺栓3和螺母挂装一根靶件棒2。
靶件棒2的尺寸与可燃毒物棒一致(包壳8的径向尺寸与可燃毒物棒相同，上端塞4和下端塞9的结构尺寸与可燃毒物棒的上端塞4和下端塞9相同)，以确保不会造成堆芯内冷却剂的旁流。
本靶件整体外形结构设计为与使用方形组件的压水堆所采用的固定式相关组件相同，即：
·采用压紧部件悬挂靶件棒的结构形式；
·压紧部件包括固定装置连接板1；
·固定装置连接板1上开有24个小孔，可根据需要安装适量的靶件棒2；靶件棒2与固定装置连接板1通过螺纹连接固定。
氮-14核素可以与中子发生(n，p)反应，生成碳14，核反应关系式如下：
将高纯度的氮化铝粉末(AlN)放置在方形组件的堆芯中，长时间受中子辐照，便可生产出相当产量的碳14。氮化铝粉末密度范围为3.2-9.6g/cm3。
碳14生产的工艺流程如下：
氮化铝靶料制备及检验→→碳14辐照靶件设计及组装→→靶件入堆→→堆内辐照→→靶件出堆→→乏池内靶件解体→→运输→→靶料处理及Ba14CO3制备→→质量检验→→发货销售
反应堆中放置碳14靶件的时间与产品要求的品质有关，品质越高需要照射的时间越长。通常情况下，靶件照射时间超出12个月便可满足市场上的需求。在反应堆中放置靶件数量越多，年批量生产能力越高。在一座百万千瓦的反应堆中布置足够多的靶件，每照射500天便可以实现500居里左右的年批量生产能力。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (12)
1.一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，设置在核反应堆的方形组件中，用于生产碳14材料，所述方形组件用于设置可燃毒物棒，其特征是：包括密封的圆柱形的靶件棒(2)，所述靶件棒(2)内装有氮化铝粉末。
2.如权力要求1所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：靶件棒(2)内设置若干个靶件管(7)，所述靶件管(7)沿所述靶件棒(2)的轴线依次串联放置，所述氮化铝粉末装填在所述靶件管(7)内。
3.如权力要求2所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：所述靶件棒(2)包括圆筒形的包壳(8)，设置在所述包壳(8)顶端的上端塞(4)，设置在所述包壳(8)底端的下塞端(9)，所述下塞端(9)为圆锥型结构。
4.如权力要求3所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：所述包壳(8)采用金属材料制作,所述金属材料包括锆合金、不锈钢，所述包壳(8)的厚度不超过2mm。
5.如权力要求2所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：所述靶件管(7)采用金属材料制作，所述金属材料包括锆合金、不锈钢、铝，所述靶件管(7)的长度不超过4500mm，所述靶件管(7)的厚度不超过1mm。
6.如权力要求3所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：在所述上端塞(4)与所述靶件管(7)之间，设有用于压紧所述靶件管(7)的压紧弹簧(5)。
7.如权力要求6所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：在所述压紧弹簧(5)与所述靶件管(7)之间，能够设置空心管(6)，所述空心管(6)用于匹配所述靶件管(7)的长度，可以根据所述靶件管(7)的数量选择相应长度的所述空心管(6)与之匹配，方便所述压紧弹簧(5)对所述靶件管(7)的压紧。
8.如权力要求3所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：所述上端塞(4)的顶端设有连接螺栓(3)，通过所述连接螺栓(3)。
9.如权力要求8所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：还包括用于挂装所述靶件棒(2)的固定装置连接板(1)，所述固定装置连接板(1)与所述方形组件相适应，用于把所述靶件棒(2)设置在所述方形组件内，在所述反应堆内接受照射。
10.如权力要求9所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：所述固定装置连接板(1)设有24个挂点，每个所述挂点通过所述连接螺栓(3)挂装一根所述靶件棒(2)。
11.如权力要求1所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：所述氮化铝粉末的密度范围为3.2-9.6g/cm3。
12.如权力要求1所述的一种放置在核反应堆内的方形组件中的碳14靶件棒，其特征是：所述靶件棒(2)的尺寸与所述可燃毒物棒一致。
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