CN112334993A - 喷枪单元和产生放射性核素的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于核反应堆堆芯(15)中的喷枪单元(32)，包括核素活化系统(22)、核监测系统(14)、管系统(28)和保持管系统(28)的轭(34)，核监测系统(14)具有至少一个核监测管(16)，用于容纳监测核反应堆堆芯(15)的监测构件(18)，核素活化系统(22)具有核素活化管(24)，用于容纳至少一个辐照靶(26)，将暴露于核反应堆(12)中的中子通量以形成放射性核素，至少一个核监测管(16)和核素活化管(24)是管系统(28)的部分，核素活化管(24)具有被配置为停止至少一个辐照靶(26)的内部止动件(40)，内部止动件(40)相对于核监测管(16)的下端位于不同的高度处。还描述了核素活化和核监测系统(10)和产生放射性核素的方法。

Description

喷枪单元和产生放射性核素的方法

【技术领域】

本发明涉及一种在诸如欧洲压水堆(EPR)的核反应堆内的独立核素活化系统(NAS)。

此外，本发明涉及用于核反应堆堆芯中的核素活化和核监测系统以及通过使用商用核反应堆的管系统来在核反应堆中从辐照靶产生放射性核素的方法。

【背景技术】

在核反应堆中产生核素在现有技术中是已知的。迄今为止，核监测系统的现有仪表管，比如所谓的气动小球测量系统(AMS)或所谓的可移动的堆芯内探测器(TIP)系统，用于容纳待辐照的靶。仪表管也称为监测管。为了实施核素活化系统(NAS)，核监测系统的相应仪表管被转换成辐照管，这些辐照管也被称为核素活化管。由此，在核素活化系统的实施期间，所转换的仪表管无法用于监测核反应堆堆芯，使得当使用核素活化系统时，核反应堆堆芯的监测受到限制。

然而，现有的仪表管在核反应堆堆芯内对于中子通量未终止于最佳堆芯位置，因为仪表管为了监测目的而覆盖整个堆芯长度，特别是它们到达具有低中子通量的较低区域。由于低中子通量，这些区域对于核素活化系统不受关注。因此，使用如WO 2016/173664A1所述的核素活化系统，其中，较低区域用仿真靶填充，使得由于在开始时插入的单独形成的仿真靶，辐照靶位于具有较高中子通量的区域中。这确保了核监测系统的(转换的)仪表管通常仍能够用于核监测系统，同时由于其较高的位置而确保相应辐照靶的有效活化。

使用仿真靶的当前核素活化系统需要经由磁性靶去除系统的复杂喷射过程。由于磁性靶去除系统，不可能以经济的方式使用磁性靶作为辐照靶，因为无法应用相应的磁性靶去除系统。

另外，当前核素活化系统连接到核监测系统，比如AMS或更确切地说TIP系统。两个系统、即核素活化系统和核监测系统的连接需要复杂的控制系统来同时控制两个系统。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种以有效且高效的方式在核反应堆内建立核素活化系统的可能性，尤其是在欧洲压水堆中。

本发明提供了一种用于核反应堆堆芯中的喷枪单元，该喷枪单元包括核素活化系统、核监测系统、管系统以及保持管系统的轭。核监测系统具有至少一个核监测管，该至少一个核监测管用于容纳监测核反应堆堆芯的监测构件。核素活化系统具有核素活化管，该核素活化管用于容纳至少一个辐照靶，该辐照靶将暴露于核反应堆中的中子通量，以形成放射性核素。该至少一个核监测管和核素活化管是管系统的部分。核素活化管具有被配置为停止至少一个辐照靶的内部止动件，其中，核素活化管的内部止动件相对于核监测管的下端位于不同的高度处。

因此，提供了一种具有管系统的喷枪单元，该管系统包括至少一个核监测管(比如若干个核监测管)以及一个核素活化管。核素活化管确保了至少一个辐照靶位于核素活化管中的预期位置处，以便暴露于期望的中子通量(密度)。与此相反，至少一个核监测管确保核反应堆堆芯可以被适当地监测。由此，设置至少两个管，各个管具有其专用功能。实际上，设置单独的管，使得核监测系统不受核素活化系统的损害，因为设置了至少一个单独形成的核素活化管。该至少两个管属于由喷枪单元的公共轭保持的管系统。因此，不需要对反应堆堆芯进行修改。实际上，在EPR核素反应堆中使用的当前喷枪单元的已经可用的空间是足够的，使得核监测能力不受另外核素活化系统的限制。实际上，本发明旨在一种在核反应堆中产生放射性核素的容易且成本有效的方式。实际上，可以设置若干核监测管以用于监测核反应堆堆芯。

核监测管通常贯穿核反应堆的整个堆芯，使得可以监测整个堆芯。然而，被分配到堆芯底部的较低区域具有较低的中子通量密度，使得这些区域对于核素活化受到较小关注。因此，在核素活化管中设置内部止动件，该内部止动件确保至少一个辐照靶停止在暴露于与核监测管的下端相比更高中子通量密度的位置处。

由此，与已知的概念相比，核素活化系统的效率没有降低，因为核素活化管具有相对于核监测管的下端位于不同高度的内部止动件。换句话说，核素活化管的活化长度，即核素活化管的内空间的可用长度，比核监测管的长度短。这通过止动件为内部止动件以便限制核素活化管内的内部空间来确保。

因此，辐照靶可以定位在核反应堆堆芯的暴露于较高中子通量密度的上部区域中。

换言之，插入核素活化管中的最低辐照靶定位为高于核监测管的下端。

进一步地，由于不使用仿真靶，所以插入核素活化管中的第一辐照靶是在安装喷枪单元之后插入的第一对象。实际上，内部止动件使辐照靶停止。

此外，由于不使用磁性仿真靶，使得可以从核素活化管容易地去除辐照靶，因此简化了整体处理。换言之，不再需要以前使用的磁性靶去除系统来分类具有不同磁特性的被辐射靶和仿真靶。因此，辐照靶可以是磁性的或不是磁性的，因为在这点上没有限制。

实际上，核素活化管可以关于材料和/或尺寸，比如长度和/或直径，相对于核监测管不同地形成。

保持包括两种类型的管(即核监测管和核素活化管)的管系统的公共轭确保设置单个喷枪单元，该喷枪单元可以用于堆芯的核素活化和核监测两者。

通常，预期主要目的是产生电力的商用核反应堆可以用于产生放射性核素。特别地，可以修改和/或补充现有或计划的核监测系统，诸如气动小球测量系统(AMS)、可移动的堆芯内探测器(TIP)系统或这种商用反应堆的其它管系统，以使得能够有效且高效地生产放射性核素。

根据本发明，保持管系统的典型喷枪单元适于另外保持核素活化管，这些核素活化管用于将辐照靶引导到反应堆堆芯中，特别是引导到预定的轴向位置，并且在辐照靶的母体材料完全活化之后将辐照靶引出反应堆堆芯。通过将辐照靶定位在反应堆堆芯的预定区域中来优化靶的活化，这些区域具有足以将母体材料完全转化成期望的放射性核素的中子通量。辐照靶的适当定位借助于核素活化管的内部止动件来实现，该内部止动件相对于穿过整个核反应堆堆芯的核监测管的下端在高度上不同。

应当注意，高度是指在核反应堆(特别是其堆芯)内的喷枪单元的安装位置的高度。

通常，内部止动件被配置为将由核素活化管容纳的至少一个辐照靶停止在特定位置。换言之，内部止动件可以限制核素活化管的内部体积。由此，内部止动件可以对应于内部终点止动件。

由于容纳在核素活化管中的至少一个辐照靶可以是球形的或球，因此相应的内部止动件可以对应于球形止动件。

根据一个方面，内部止动件是机械止动件和/或固定止动件。由此，一旦喷枪单元安装在核反应堆堆芯中，相应的止动件就不能移动或改变。插入的第一辐照靶抵接机械和/或固定止动件，使得插入的辐照靶被机械和/或固定止动件停止。由此，止动件对应于核素活化管内部的不可移动的止动件。

另一方面提供：核素活化系统被配置为允许在核反应堆堆芯的操作期间将至少一个辐照靶插入核素活化管中和从核素活化管去除。不必从核反应堆堆芯去除喷枪单元来插入和/或去除至少一个辐照靶，使得辐照靶的活化可以在短时间内进行。实际上，至少一个辐照靶可以被突然地去除和/或插入，即在核反应堆堆芯的操作期间去除和/或插入。

根据实施方式，设置了三个核监测管。这确保核反应堆堆芯的整个核监测系统不受核素活化系统的损害。相应的喷枪单元具有三个核监测管，这对于适当工作的核监测系统是足够的。另外，喷枪单元包括另外的核素活化管，使得分配给喷枪单元的管系统总共包括四个管。

实施方式提供：核素活化管涂布有中子倍增材料或由中子倍增材料制成，特别是铍。容纳在核素活化管中的辐照靶的活化由于中子倍增材料而得到改善，使得提高了整体效率。

比如，内部止动件由核素活化管的轴向端提供。内部止动件由核素活化管的外端提供。实际上，核素活化管的轴向端是机械且固定的止动件。因此，核素活化管的外长度短于穿过核反应堆堆芯的核监测管的外长度。

另选地或另外地，内部止动件可以是插入核素活化管中的机械止动件。由此，内部止动件可以单独地形成，比如形成为盘和/或板，其中，在将喷枪单元安装在核反应堆堆芯内之前，在特定位置处将止动件插入核素活化管中。由此，核素活化管内部的有效长度，即核素活化管的内空间的可用长度减少。比如，核素活化管本身可以具有与核监测管相同的(外)长度。然而，由于插入的内部止动件，核素活化管的有效长度比核监测管的有效长度短。

辐照靶可以插入核反应堆堆芯中的管系统的核素活化管中。管系统可以包括连接到喷枪单元并且位于核反应堆堆芯外部的排出管。更优选地，排出管具有联接到存储容器的出口，用于接收通过排出管从管系统去除的一个辐照靶。

进一步地，本发明提供了一种用于核反应堆堆芯中的核素活化和核监测系统，该核素活化和核监测系统包括至少一个如上所述的喷枪单元。核素活化和核监测系统可以包括若干喷枪单元，各个喷枪单元具有用于接收辐照靶的一个核素活化管。

比如，核反应堆包括十二个可以是不同类型的喷枪单元。这些喷枪单元中的至少一个被核素活化和核监测系统使用。

可以设置与核素活化管连接的辐照靶驱动系统，其中，辐照靶驱动系统被配置为将至少一个辐照靶插入核素活化管中和从核素活化管去除至少一个辐照靶。靶驱动系统被设置为驱动辐照靶，使得辐照靶可在核反应堆的操作期间插入和去除，而无需去除包括核素活化管的喷枪单元。

因此，靶驱动系统同时被建立为靶插入系统和靶去除系统，使得靶驱动系统被配置为向管系统(特别是核素活化管)插入或更确切地说从其去除辐照靶。

靶驱动系统可以气动地操作，这允许使用诸如氮气或空气的加压气体来快速处理辐照靶。因此，靶驱动系统与核素活化管流体连通。

特别地，辐照靶驱动系统包括(加压)气体源，比如(加压)空气源或(加压)氮气源，特别地，其中，气体源是单独地分配给辐照靶驱动系统的核素活化气体源，或者其中，气体源是分配给阀组的公共气体源。(加压)气体至少用于驱动管系统、特别是核素活化管内的辐照靶。

而且，公共气体源也可以用于驱动核监测管内的监测构件。公共气体源可连接到两个靶驱动系统，这两个靶驱动系统分配给辐照靶驱动系统和监测构件驱动系统。

另选地，可以设置公共驱动系统。

比如，(公共)驱动系统包括一个或多个气动操作的阀组。

另外，可以设置至少一个控制单元，该至少一个控制单元被配置为控制核素活化系统和/或核监测系统，特别地其中，至少一个控制单元被配置为分别控制核素活化系统和核监测系统。如已经关于喷枪单元提及的，核素活化系统和核监测系统彼此单独建立，使得可以以单独的方式进行相应的控制。换句话说，核素活化系统不影响核监测系统，使得不需要(机械和/或控制)联锁。因此，两个系统不会相互影响。实际上，可以适当地简化总体控制和信令。

实际上，控制可以经由驱动系统和/或阀组来进行。

比如，阀组由控制单元控制，使得经由阀组控制辐照靶在管系统中的插入和运输。

用于确定堆芯中的中子通量的核监测系统和核素活化系统可以被单独地控制。控制单元被配置为使得驱动系统的阀的操作至少部分地自动化，以实现驱动系统的安全且可靠的操作。

通常，核素活化和核监测系统可以包括管系统，比如核反应堆的管系统，即核监测系统。

因此，核素活化和核监测系统包括穿过核反应堆的堆芯的至少一个核监测管以及用于容纳辐照靶的核素活化管。与核素活化管相比，核监测管被配置为容纳监测构件。相应的核监测管和核素活化管可以由喷枪单元提供，比如如上所述的喷枪单元。管系统通常被配置为允许将辐照靶插入核素活化管中和从核素活化管去除。

包括连结到彼此的靶驱动系统、核素活化系统、核监测系统以及控制单元的核素活化和核监测系统被配置为基于由核监测系统提供的核反应堆的实际状态来计算用于辐照靶的最佳辐照时间。

进一步地，本发明提供了一种在核反应堆中从辐照靶产生放射性核素的方法，该方法包括以下步骤：

-设置至少一个管系统，该至少一个管系统包括穿过核反应堆的堆芯的核监测管和具有内部止动件的核素活化管，该内部止动件相对于核监测管的下端位于不同高度处；

-将至少一个辐照靶插入核素活化管中，并且通过将辐照靶暴露于核反应堆堆芯中的中子通量来活化辐照靶，以形成放射性核素；以及

-从核素活化管取回辐照靶；

其中，辐照靶由内部止动件保持在反应堆堆芯中的预定轴向位置处，所述轴向位置对应于足以将辐照靶转换成放射性核素的预计算中子通量密度。

首先插入的辐照靶抵接在内部止动件上，使得辐照靶位于预定的且期望的位置，特别是相对于中子通量密度。

通常，辐照靶和/或监测构件可具有圆形，优选地球形，使得靶能够滚动，并且可以使用诸如空气或氮气的加压气体在管系统、特别是核素活化管和/或核监测管中容易地处理。

核素活化系统、核监测系统以及控制单元可以被配置为使得通过考虑反应堆的实际状态、尤其是当前中子通量、燃料燃耗、反应堆功率和/或负载，来优化用于将辐照靶转换为放射性核素的辐照过程。由此，可以计算最佳照射时间以获得最佳结果。然而，哪个部件执行实际计算并不重要。

通过核素活化管的内部止动件来确保辐照靶的最佳轴向位置，该内部止动件根据先前收集的信息、从相同类型和/或建模的其它核反应堆检索的数据而预先限定的。

因此，将相应的核素活化管插入喷枪单元中，更确切地说适当地固定内部止动件。

优选地，由核监测系统提供给控制单元的信息包括以下信息中的至少一个：中子通量(来自堆芯外或堆芯内探测器)、来自现有球测量系统的活化值、燃耗、反应堆功率、负载、棒位置、流速、入口温度、压力以及时间同步。关于反应堆的信息越多地被认为是输入数据，最佳辐照时间的计算结果将越准确。前面提及的参数可以包括实时值和任何导数，如随时间的发展。

控制单元可以有利地配置为自动地控制管系统中的压力，特别是在每次由靶驱动系统插入辐照靶之后。

在优选的实施方式中，管系统贯穿核反应堆的压力容器盖，并且辐照靶从核反应堆堆芯的顶部通过压力容器盖插入到核素活化管中。

在核素活化管中活化辐照靶一段时间，该段时间足以将辐照靶的母体材料完全转换为期望的放射性核素，如由在线核素监测系统和控制单元确定的。实现母体材料完全转换的时间将取决于反应堆类型和状态、中子通量条件、母体材料的类型以及本领域技术人员已知的各种其它参数，并且可以在几小时至几天的范围内，优选1至10天。完全转换意指母体材料的转换率提供了适于辐照靶的医学或工业应用的放射性核素含量。

在活化之后，优选地通过保持辐照靶的线性顺序，将辐照靶从核素活化管中转移出来，比如转移到排出管中，更优选地使用加压气体。

由此，本发明提供了一种在正常反应堆操作期间完全活化核素活化管中的辐照靶的快速且有效的方法，其中，由于除了核监测管外还设置了特定核素活化管，因此不需要磁分离系统来分类辐照靶和虚拟靶。因此简化了处理。

因此，核监测系统和另外核素活化系统彼此完全独立，特别是关于驱动系统和/或控制。因此，核监测系统不受另外核素活化系统的损害。

【附图说明】

所要求保护主题的前述方面和许多伴随的优点随着通过结合附图参考以下详细描述变得更好理解而将变得更容易理解，附图中：

图1示出了根据本发明的具有核素活化和核监测系统的核反应堆的示意略图；

图2示出了根据本发明的具有核素活化和核监测系统的核反应堆堆芯的示意顶视图；

图3示出了图2的核反应堆堆芯的剖视图；

图4示出了由图2和图3中示出的核素活化和核监测系统使用的根据本发明的第一实施方式的喷枪单元的示意图；

图5a示出了由图2和图3中示出的核素活化和核监测系统使用的根据本发明的第二实施方式的喷枪单元的示意图；

图5b示出了图5a所示的喷枪单元的核素活化管的示意剖视图；以及

图6a至图6b示出了根据本发明的喷枪单元的不同实施方式的顶视图。

【具体实施方式】

在图1中，示出了商用核反应堆12、特别是具有EPR核反应堆的发电厂内的核素活化和核监测系统10的基本设置。

与研究用反应堆相反，商用核反应堆12的目的是产生电力。商用核反应堆通常具有300+兆瓦电力的额定功率。

在示例实施方式中描述的核素活化和核监测系统10的基础来源于核监测系统14，比如，气动小球测量系统(AMS)或可移动的堆芯内探测器(TIP)系统，其主要目的是测量核反应堆12的堆芯15中的中子通量密度。

为此，核监测系统14包括至少一个穿过核反应堆12的堆芯15的核监测管16。核监测管16可容纳多个监测构件18，比如气动小球，它们以线性顺序布置，从而形成监测构件列。

核监测系统14还包括气动操作的驱动系统20，该驱动系统被配置为将监测构件18插入核监测管16中，这些核监测管延伸到核反应堆堆芯15中并通过核反应堆堆芯的整个轴向长度，并且驱动系统被配置为在活化之后从核监测管16去除监测构件18以用于监测目的。监测构件18以已知的方式评估。

下面，将进一步描述除了核监测系统14的部件之外提供的核素活化和核监测系统10的主要部件。

图1还示意性地示出了核素活化和核监测系统10还包括核素活化系统22，该核素活化系统包括除了核监测系统14的至少一个核监测管16之外形成的至少一个核素活化管24。

核素活化管24被配置为允许插入和去除将由堆芯15内的中子通量活化的辐照靶26，如稍后将描述的。

两个系统14、22所使用的辐照靶26和/或监测构件18可具有圆形或球形，并具有与相应管16、24的间隙相对应的直径。比如，辐照靶26和/或监测构件18的直径在1mm至3mm之间的范围内，优选地为大约1.7mm。

至少一个核素活化管24以及至少一个监测管16对应于分配给堆芯15的管系统28，其中，管系统28还分配给核反应堆12的穿过核反应堆安全壳30和核反应堆12的压力容器盖的管道系统，如图1所示。

实际上，管系统28被分配给作为核素活化和核监测系统10的一部分的喷枪单元32。图3至图6中更详细地示出了喷枪单元32的不同实施方式。

通常，喷枪单元32包括轭34，该轭将喷枪头36和相应的管16、24(即形成管系统28的至少一个核监测管16和至少一个核素活化管24)互连。由此，管系统28以机械方式由轭34保持。

喷枪头36被分配给喷枪单元32的顶端38，当喷枪单元32如图3所示安装在堆芯15中时，可从外部接近该顶端。与此相反，当喷枪单元32安装在堆芯15中时，各个管16、24均具有面向堆芯15底部的封闭端。这从图3中也变得明显。

如上所述，至少一个核监测管16被配置为容纳辐照靶26，这些辐照靶暴露于堆芯15中的辐照以便产生放射性核素。

通常，喷枪单元32的至少一个核监测管16具有内部止动件40，该内部止动件使待辐照的辐照靶26停止在特定位置。实际上，如图1、图3至图5所示，内部止动件40位于与至少一个核素活化管24的下端相比不同的高度处。

内部止动件40可以由插入核素活化管24中的机械止动件42建立，如图1和图5中的喷枪单元32的实施方式所示。

机械止动件42可以由盘和/或板形成，该盘或板在将整个喷枪单元32安装在堆芯15内(之前)已经机械地固定到核素活化管24内的特定位置。

机械止动件42确保核素活化管24的活化长度被减小，该活化长度可以被称为核素活化管24的内空间44的可用长度。

如图1和图5a所示，核素活化管24本身具有与核监测管16相同的(外)长度。然而，由于已经在核素活化管24的封闭端的前面插入核素活化管24中的内部止动件40，核素活化管24的有效长度，即内长度，比核监测管16的有效长度短。

这确保了插入核素活化管24中的辐照靶26被内部止动件40停止在高于核监测管16的下端的位置处，使得与分配给核监测管16的下端的位置相比，对应于在安装喷枪单元32之后插入的整个第一对象的第一辐照靶26被暴露在更高的中子通量密度下。

因此，如图1所示，辐照靶26与分配给核监测管16的下部区域相比被定位在上部区域中，使得辐照靶26与最低、更确切地说第一插入的监测构件18相比暴露于较高的中子通量密度，因为核监测管16通常穿过核反应堆12的整个堆芯15，使得整个堆芯15可被监测。

作为单独形成的盘状止动件42的另选方案，内部止动件40可以由核素活化管24自身的轴向端46建立，如图3和图4中的喷枪单元32的实施方式所示。

因此，内部止动件40同时由核素活化管24的外端46形成。然而，与如图3和图4所示的核监测管16的长度相比，核素活化管24的长度减小。换言之，核素活化管24的外长度短于穿过核反应堆堆芯16的核监测管16的外长度。

通常，确保第一插入的辐照靶28位于与第一插入的监测构件18相比具有较高中子通量密度的区域中。

比如，内部止动件40可以定位为比核监测管16的下端高60cm。由此，单独形成的止动件42可以相对于具有与核监测管16相同长度的核素活化管24的轴向端46位于60cm的高度处，或者核素活化管24与核监测管16相比缩短60cm。

在两个实施方式中，内部止动件40是机械止动件和固定止动件，因为单独形成的止动件42定位在核素活化管24内并且固定在相应的位置。进一步地，第一辐照靶26以机械方式抵靠相应的内部止动件40。

由于本发明的概念，相应核素活化管24的长度可以适于堆芯15内的期望轴向位置，以便将辐照靶26暴露于期望中子通量密度。以类似的方式，单独形成的止动件42定位在期望的轴向位置处。

为了改善核素活化，相应的核素活化管24可以涂布有中子倍增材料或由中子倍增材料制成，特别是铍。因此，可以减少辐照时间，使得提高效率。

如已经讨论的，核素活化和核监测系统10包括用于驱动监测构件18的气动操作的驱动系统20。然而，该驱动系统20也可以用于以预定的线性顺序将辐照靶26驱动到核素活化管24中，并且将辐照靶26驱动出核素活化管24。

因此，相应的驱动系统20可以被称为(辐照)靶驱动系统。

另选地，设置两个驱动系统20、48。第一驱动系统20被配置为插入和/或去除监测构件18，而第二驱动系统48被配置为插入和/或去除辐照靶26。在下文中，将描述单个驱动系统20，该驱动系统被称为辐照靶驱动系统20，即使其被使得能够驱动监测构件18。

优选地，靶驱动系统20气动操作，这允许使用诸如氮气或空气的加压气体来快速处理辐射靶26和/或监测构件14。

因此，靶驱动系统20包括(加压)气体源50，比如(加压)氮气源或(加压)空气源。

由于两个系统(即核素活化系统22和核监测系统14)关于它们的管16、24彼此独立，因此可以设置两个气体源50(虚线)而不是公共气体源。因此，设置了一个核素活化气体源50以及一个核监测气体源50，这两个气体源各自单独地与相应的驱动系统20、48相互作用。

另选地，设置可连接到阀组52(虚线)的单个公共气体源50，其中，阀组52用作用于分别控制两个不同驱动系统20、48(如果设置的话)的另外气动系统。

阀组52可以作为另外的子系统来实施，比如除了核监测系统14的阀组之外，或者安装单独的驱动系统。

靶驱动系统20、48优选包括用于将辐照靶26插入核素活化管24中的靶填充装置(未示出)。

(仪表和)控制单元(ICU)54连结到靶驱动器20、48以及用于控制辐照靶26的活化的在线堆芯监测系统56和故障监测系统58。

控制单元54和/或在线堆芯监测系统56被配置为基于由在线堆芯监测系统56提供的核反应堆12的实际状态来计算辐照靶26的最佳辐照时间。

控制单元54经由接口与适配的在线堆芯监测系统56软件连接。控制单元54还连接到核素活化和核监测系统10的机械部件，包括传感器。

关于核素活化和核监测系统10，特别是核监测系统14，可以设置若干湿度传感器以检测主冷却剂(或任何其他液体)到核素活化和核监测系统10中的任何进入。应当理解，喷枪单元32、特别是其管16、24与围绕核反应堆12的堆芯15的主冷却水直接接触。湿度传感器可以基于为了测量电阻而修改的火花塞。

优选地设置另外的传感器，用于监测穿过管系统28、特别是核素活化管24的辐照靶26的存在和运行时间。这些传感器优选地布置在穿透反应堆堆芯15的管24处。优选地，传感器用于监测所有辐照靶26在靶26穿过传感器的同时在去除过程期间已经离开核素活化管24。比如，可以使用感测辐照靶26的辐射的活动传感器。

管系统28可以分配给连接到喷枪单元32并且位于核反应堆堆芯15外部的排出管60。辐照靶26通过排出管60从管道系统去除。

排出管可具有联接到存储容器的出口，用于接收通过排出管60从管系统28去除的辐照靶26。

为了高效地产生放射性核素，确定辐照靶26的最佳辐照条件和时间。实际上，用于该计算的所有相关输入数据可从核监测系统56的在线堆芯监测系统56获得。连结到堆芯监测系统56的控制单元54可以计算最佳辐照时间以及其它参数，如核素活化管24中的辐照靶26的量，该量限定了相应靶列的实际长度和各个辐照靶26的位置。

辐照靶26的最佳辐照时间的在线计算不是简单地基于估计的恒定中子通量的假设，而是考虑反应堆12的实际状态，尤其是考虑以下参数中的至少一个：中子通量、来自现有球测量系统的活化值、燃耗、反应堆功率、负载、棒位置、流速、入口温度、压力以及时间同步。不仅可以考虑这些参数的实时值，而且可以考虑它们随时间的发展。

通常，核素活化和核监测系统10提供分别与核监测系统14和核素活化系统22有关的单独形成的核监测管16和核素活化管24。

各个管16、24分别形成而且分别控制，特别是关于控制单元54和驱动系统20、48。

实际上，由于单独的气体源50和/或阀组52，核监测系统14和核素活化系统22可以彼此独立地气动操作。

由于控制也可以单独地进行，因此控制单元54可以具有两个控制模块62、64，其中，第一控制模块62被配置为控制核监测系统14，而第二控制模块64被配置为控制核素活化系统22。

比如，控制模块62、64可以位于不同的房间中，使得简化了可达性。特别地，第二控制模块64可以位于安全壳30的另一侧上。

在所示的喷枪单元32的实施方式中，特别是图6，示出了各个喷枪单元32具有三个核监测管16，这些核监测管被分配给喷枪单元32的管系统28，该管系统还包括一个核素活化管24。另外，各个喷枪单元32具有至少一个紧急冷却剂注入管66。

管16、24中的每一个可具有两个管，使得加压气体可沿两个不同方向泵送，以便驱动相应的监测构件18和/或辐照靶26。

通常，核素活化系统22不损害核监测系统14，因为没有核监测管16必须被转换成核素活化管24。实际上，已经由喷枪单元32提供的空间仅用于添加核素活化管24。

图2示意性地描绘了提供关于具有喷枪单元32的反应堆堆芯15的设备(特别是核素活化管24、核监测管16以及紧急冷却剂注入管)以及它们在核反应堆12的堆芯15内的分布的信息的图。

根据图2所示的示例，使用十二个喷枪单元32，其中，示出了由数字1至4指示的四种不同类型的喷枪单元32。

实际上，没有从常规核监测系统采取位置，因为已经可用的空间被核素活化系统22、特别是相应的核素活化管24使用。

因此，通过将核监测管16转换为核素活化管24，可以在不损害核监测系统22的情况下，并入部分地形成核素活化系统22的核素活化管24。因此，核监测管16的数量不会由于核素活化系统22而减少。

放射性核素可以如下从核反应堆12内的辐照靶26产生：

设置至少一个管系统28，该管系统包括穿过核反应堆12的堆芯15的核监测管16和具有内部止动件40的核素活化管24，如已经描述的，该内部止动件相对于核监测管16的下端位于不同高度处。

然后，将至少一个辐照靶26插入核素活化管24中。通过内部止动件40将辐照靶26保持在反应堆堆芯15中的预定轴向位置处。该轴向位置对应于足以将辐照靶26转换成放射性核素的预计算的中子通量密度。

通过将辐照靶26暴露于核反应堆堆芯15中的中子通量来活化辐照靶26，以形成放射性核素。

然后，从核素活化管24取回辐照靶26。

通常，辐照靶26包括用于产生放射性核素的合适的母体材料，这些放射性核素用于医疗和/或其它目的。

更优选地，辐照靶26由母体材料构成，该母体材料在通过暴露于运行的商用核反应堆12的堆芯15中存在的中子通量活化时转换成期望的放射性核素。有用的母体材料是Mo98和Yb176，它们分别转换成Mo99和Lu177。然而，应理解，本发明不限于使用特定的母体材料。

Claims (12)

1.一种用于核反应堆堆芯(15)中的喷枪单元(32)，该喷枪单元(32)包括核素活化系统(22)、核监测系统(14)、管系统(28)以及保持所述管系统(28)的轭(34)，其中，所述核监测系统(14)具有至少一个核监测管(16)，该至少一个核监测管(16)用于容纳监测所述核反应堆堆芯(15)的监测构件(18)，其中，所述核素活化系统(22)具有核素活化管(24)，该核素活化管(24)用于容纳至少一个辐照靶(26)，该辐照靶(26)将暴露于核反应堆(12)中的中子通量，以形成放射性核素，其中，所述至少一个核监测管(16)和所述核素活化管(24)是所述管系统(28)的部分，其中，所述核素活化管(24)具有被配置为停止所述至少一个辐照靶(26)的内部止动件(40)，并且其中，所述核素活化管(24)的所述内部止动件(40)相对于所述核监测管(16)的下端位于不同的高度处。

2.根据权利要求1所述的喷枪单元(32)，其中，所述内部止动件(40)是机械止动件和/或固定止动件。

3.根据权利要求1或2所述的喷枪单元(32)，其中，所述核素活化系统(22)被配置为允许在所述核反应堆堆芯(15)的操作期间将所述至少一个辐照靶(26)插入所述核素活化管(24)中和从所述核素活化管(24)去除。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的喷枪单元(32)，其中，设置三个核监测管(24)。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的喷枪单元(32)，其中，所述核素活化管(24)涂布有中子倍增材料或由中子倍增材料制成，特别是铍。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的喷枪单元(32)，其中，所述内部止动件(40)由所述核素活化管(24)的轴向端(46)提供。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的喷枪单元(32)，其中，所述内部止动件(40)是插入所述核素活化管(24)中的机械止动件(42)。

8.一种用于核反应堆堆芯(15)中的核素活化和核监测系统(10)，该核素活化和核监测系统(10)包括至少一个根据前述权利要求中任意一项所述的喷枪单元(32)。

9.根据权利要求8所述的核素活化和核监测系统(10)，其中，设置与所述核素活化管(24)连接的辐照靶驱动系统(20、48)，其中，所述辐照靶驱动系统(20、48)被配置为将所述至少一个辐照靶(26)插入所述核素活化管(24)中和从所述核素活化管(24)去除所述至少一个辐照靶(26)。

10.根据权利要求9所述的核素活化和核监测系统(10)，其中，所述辐照靶驱动系统(20、48)包括气体源(50)，特别地，其中，所述气体源是单独地分配给所述辐照靶驱动系统(20、48)的核素活化气体源，或者其中，所述气体源(50)是分配给阀组(52)的公共气体源。

11.根据权利要求8至10中任意一项所述的核素活化和核监测系统(10)，其中，设置至少一个控制单元(54)，该至少一个控制单元被配置为控制所述核素活化系统(22)和/或所述核监测系统(14)，特别地其中，所述至少一个控制单元(54)被配置为分别控制所述核素活化系统(22)和所述核监测系统(14)。

12.一种在核反应堆(12)中从辐照靶(26)产生放射性核素的方法，该方法包括以下步骤：

-设置至少一个管系统(28)，该至少一个管系统包括穿过所述核反应堆(12)的堆芯(15)的核监测管(16)和具有内部止动件(40)的核素活化管(24)，该内部止动件相对于所述核监测管(16)的下端位于不同高度处；

-将至少一个辐照靶(26)插入所述核素活化管(24)中，并且通过将所述辐照靶(26)暴露于所述核反应堆堆芯(15)中的中子通量来活化所述辐照靶(26)，以形成放射性核素；以及

-从所述核素活化管(24)取回所述辐照靶(26)；

其中，所述辐照靶(26)由所述内部止动件(40)保持在所述反应堆堆芯(15)中的预定轴向位置处，所述轴向位置对应于足以将所述辐照靶(26)转换成所述放射性核素的预计算中子通量密度。

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