CN112424876A - 中子密封源 - Google Patents

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Abstract

一种中子密封源(10)，该中子密封源将金属陶瓷丝源(200)、例如锎‑252/钯丝固持在不锈钢块(14)内的单独的盲孔(20，22，24，26)中。不锈钢块是内部封装(12)的一部分，并且包括以旋转对称方式布置的、用于接纳金属陶瓷丝源的盲孔。金属陶瓷丝源彼此隔开，并且裂变热和衰变热通过不锈钢块排出。

Description

中子密封源
发明背景
本申请要求于2018年5月1日提交的美国申请序列号15/967,720在35U.S.C.§119(e)下的优先权，其内容出于所有目的通过援引以其全部并入本文。
技术领域
本披露涉及一种中子密封源，该中子密封源将金属陶瓷丝源(例如，锎-252/钯丝)固持在不锈钢块内的单独的盲孔中，由此通过不锈钢块排出金属陶瓷丝源内部产生的裂变热和衰变热。
背景技术
在现有技术中，已知使用锎-252作为中子源以在核反应堆启动过程中提供稳定的核链式反应启动。与仅依靠反应堆燃料棒内的自发裂变或缓发裂变相比，这提供了更可预测、安全且可靠的启动。这种中子源增加了中子通量，由此增加了反应堆中的裂变反应速率，从而即使在其他次临界状态下也允许反应堆最初开始启动。附加地，在启动过程中反应堆内的这种已知的中子源允许中子通量检测器的测试。在现有技术中，如图1和图2所示，将包括锎-252和钯的多个金属陶瓷丝松散地放置在单个源腔体内，然后将源囊体焊接关闭。这些源囊体通常放置在整个反应堆芯部中。然而，在这种构型中，金属陶瓷丝可以彼此接触。这种构型可能导致裂变和衰变二者产生的热量高到足以在核反应堆内操作期间熔化金属陶瓷丝，由此破坏囊体的完整性。
发明内容
因此，本披露的目的是提供一种使用锎-252或类似同位素的中子源，该中子源可以排出在核反应堆操作过程中由裂变和衰变而在中子源中产生的热量，并且避免源的熔化或使源的熔化最小，这种熔化将破坏囊体的完整性。
该目的和其他目的通过提供一种中子密封源来实现，其中，不锈钢块、插入件或类似结构设置有多个隔室或盲孔，每个隔室或盲孔用于接纳一定长度的锎-252/钯金属陶瓷丝或其他中子源。典型的实施例将包括四个这种隔室或盲孔，但是可以设想到更多或更少的隔室或盲孔可以用于各种应用。在接纳多种长度的锎-252/钯金属陶瓷丝或其他中子源之后，将不锈钢块或类似结构焊接在或以其他方式密封在囊体结构内。
附图说明
根据以下描述并根据附图，本披露的进一步的目的和优点将变得明显，在附图中：
图1是现有技术的典型中子源的侧面剖视图。
图2是现有技术的典型中子源的端部剖视图。
图3是本申请的密封中子源的实施例的侧面剖视图。
图4是本申请的密封中子源的实施例的端部剖视图。
图5是本申请的密封中子源的实施例的集成插入件的端视图。
图6是沿图5的平面6-6的截面视图。
图7是本申请的密封中子源的实施例的囊体组件的端视图。
图8是沿图7的平面8-8的截面视图。
图9是本申请的密封中子源的实施例的盖体的平面视图。
图10是沿图9的平面10-10的截面视图。
图11是本申请的密封中子源的实施例的盖体的立体图。
具体实施方式
现在详细地参考附图，其中，在这几个视图中，相似的附图标记指示相似的元件，可以看见图3至图10中展示了本披露的密封中子源10的实施例。在示例性实施例中，封装可以由类型为304L、条件A(退火)、热或冷加工、UNS 30403的不锈钢杆形成，而活性源通常由金属陶瓷丝(通过压实和烧结金属和陶瓷形成)形成，金属陶瓷丝包含化学形式为Pd/Cf2O3的锎-252/钯；(氧化锎(III))。本领域技术人员将认识到一系列等同物。特别地，用于封装的替代材料是镍、钛和锆。
如图3至图6所示，密封中子源10包括内部集成的圆柱形插入件12，该圆柱形插入件具有相对实心的圆柱形块部分14，该圆柱形块部分具有封闭外端15。圆柱形块部分14的圆柱形壁16延伸经过圆柱形块部分14，由此形成与圆柱形块部分14相邻的中空圆柱形盖体座部分18，并且进一步形成开口端19。圆柱形壁16的邻近开口端19的外部部分可以包括直径略微减小的周向斜切部分21。内部集成的圆柱形插入件12由此形成第一囊体结构或内部囊体结构。如图5和图6中最佳所示，在圆柱形块部分14中的旋转对称位置处钻孔或以其他方式形成四个盲孔20、22、24、26(也就是说，在四个盲孔的情况下，旋转地间隔开90度，如图5所示)。盲孔20、22、24、26通常彼此平行，并且彼此共同延伸(即，彼此纵向对准并且具有相等的深度)。盲孔20、22、24、26形成隔室，这些隔室由圆柱形块部分14的材料彼此隔开。
如图3和图4所示，在完全组装好的构型中，活性源、例如通常为锎-252/钯(形式为Pd/Cf2O3)的金属陶瓷丝200，被放置在盲孔20、22、24、26内。金属陶瓷丝200通过圆柱形块部分14的材料而彼此不接触。附加地，在操作过程中，圆柱形块部分14用作散热器，用于将来自金属陶瓷丝200的裂变热和衰变热排出。如在图4中最佳展示的，圆柱形块部分14的材料用作孔或隔室20、22、24、26内的金属陶瓷丝200的分隔器以及散热器。金属陶瓷丝200的典型尺寸是8.85毫米的长度和1.22-1.27毫米的标称直径。金属陶瓷丝200可以具有略微椭圆形的截面并且可以具有20毫克每毫米的典型活性负载。盲孔20、22、24、26的实施例的尺寸是总深度为11.5毫米，并且标称直径为1.65毫米。内部集成的圆柱形插入件12的实施例的尺寸是长度为14.20毫米并且直径为6.0毫米。然而，本领域技术人员将认识到，对于不同的应用，其他尺寸可能是优选的。
如图7和图8所示，内部盖体30包括横向圆形板状部分32，该横向圆形板状部分具有围绕其外围延伸的纵向延伸壁34，用于在将金属陶瓷丝200插入孔20、22、24、26中之后，当将该横向圆形板状部分定位或安置在邻近圆柱形块部分14的中空圆柱形盖体座部分18中时，以焊接方式或以其他方式密封圆柱形壁16的内部。
如图3所示，外圆柱形囊体40包括外圆柱形壁42，该外圆柱形壁具有开口端44和封闭端46。外圆柱形囊体40形成第二囊体结构或外部囊体结构，该外圆柱形囊体从内部集成的圆柱形插入件12同心地向外。圆柱形壁42的邻近开口端44的外部部分可以包括直径略微减小的周向斜切部分45。将包括金属陶瓷丝200和内部盖体30的内部集成的圆柱形插入件12插入外圆柱形囊体40的开口端44中，使得内部盖体30被推动抵靠外圆柱形囊体40的封闭端46。实心圆柱形块部分14的封闭外端15被定位成向内邻近外圆柱形囊体40的开口端44，由此提供圆柱形空间或座以接纳外部盖体50，该外部盖体相对于外圆柱形壁42的内部被焊接或以其他方式密封在适当的位置，该外圆柱形壁向内邻近开口端44并且与内部集成的圆柱形插入件12的封闭外端15邻近。外部盖体50包括横向圆形板状部分52，该横向圆形板状部分具有围绕其外围延伸的纵向延伸壁54，以与外圆柱形壁42的内部接合。外圆柱形囊体40的实施例的尺寸是长度为17.20毫米并且直径为7.825毫米。然而，本领域技术人员将认识到，对于不同的应用，其他尺寸可能是优选的。
在操作中，通常由包层(通常但不限于锆，未示出)围绕并且被配置为启动棒的密封中子源10通常被放置在正在被启动的核反应堆的燃料棒之间的规则间隔的位置中。在一些应用中，可以将百分之九十的氦气和百分之十的空气的混合物放置在包层(未示出)与密封中子源10之间。从锎-252引出的中子启动或增加了核反应堆燃料棒内的裂变链式反应。
因此，最有效地达成了多个前述目的和优点。虽然本文详细地披露并描述了本发明的优选实施例，但是应理解的是，本发明绝不限于这些实施例。

Claims (20)

1.一种中子源，包括：
第一囊体结构，所述第一囊体结构包括由第一外壁限定的块结构，所述第一外壁延伸超过所述块结构并且限定第一开口端，所述第一开口端提供通向所述块结构的通路，所述块结构形成第一封闭端；以及
所述块结构包括用于接纳相应的多个活性源的多个孔。
2.如权利要求1所述的中子源，其中，所述第一囊体结构和所述块结构是圆柱形的。
3.如权利要求2所述的中子源，其中，所述孔是圆柱形的。
4.如权利要求3所述的中子源，其中，所述孔是盲孔。
5.如权利要求4所述的中子源，其中，所述孔彼此平行、彼此隔开并且共同延伸。
6.如权利要求5所述的中子源，其中，延伸超过所述块结构的第一外壁在所述第一外壁内并且邻近所述块结构形成第一座。
7.如权利要求6所述的中子源，其中，所述第一座接纳第一盖体，所述第一盖体在紧邻所述块结构和所述孔的开口的位置处焊接至或以其他方式密封至所述第一外壁的内部。
8.如权利要求7所述的中子源，进一步包括第二囊体结构，所述第二囊体结构封装所述第一囊体结构。
9.如权利要求8所述的中子源，其中，所述第二囊体结构包括第二外壁、第二开口端和第二封闭端，所述第二外壁从所述第一外壁同心地向外。
10.如权利要求9所述的中子源，其中，所述第一囊体结构的第一开口端抵靠所述第二囊体结构的第二封闭端的内部，并且所述第一囊体结构的第一封闭端向内邻近所述第二囊体结构的第二开口端，由此形成第二座。
11.如权利要求10所述的中子源，其中，所述第二座接纳第二盖体，所述第二盖体在紧邻所述第一囊体结构的第一封闭端的位置处焊接至或以其他方式密封至所述第二外壁的内部。
12.如权利要求1所述的中子源，其中，所述第一囊体结构由不锈钢形成。
13.如权利要求8所述的中子源，其中，所述第二囊体结构由选自下组的材料形成，该组由以下各项组成：不锈钢、钛、镍和锆。
14.如权利要求1所述的中子源，进一步包括多个发射中子的活性源，其中，活性源被放置在所述多个孔的每个孔中。
15.如权利要求14所述的中子源，其中，所述活性源包括锎-252。
16.如权利要求15所述的中子源，其中，所述活性源进一步包括钯。
17.如权利要求14所述的中子源，其中，所述活性源包括呈Pd/Cf2O3(氧化钯/锎(III))形式的锎-252。
18.如权利要求16所述的中子源，其中，所述活性源被配置为金属陶瓷丝的长度。
19.一种中子源，包括：
囊体结构，所述囊体结构包括由第一外壁限定的块结构，所述第一外壁延伸超过所述块结构并且限定第一开口端，所述第一开口端提供通向所述块结构的通路，所述块结构形成第一封闭端；以及
所述块结构包括用于接纳相应的多个活性源的多个隔室，所述隔室由散热器壁隔开。
20.如权利要求19所述的中子源，其中，所述囊体结构由选自下组的材料形成，该组由以下各项组成：不锈钢、钛、镍和锆。
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唐君;娄本超;伍春雷;李彦;胡永宏;柯建林;: "移动式加速器中子源控制系统的设计与研制", 核电子学与探测技术, no. 01, 20 January 2013 (2013-01-20) *
蔡善钰，汪幼梅: "镅-铍环状中子源的制造", 核科学与工程, no. 04, 30 December 1997 (1997-12-30) *

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