CN115346707B - 一种利用重水堆观察孔生产同位素的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用重水堆观察孔生产同位素的装置，包括导向管、靶件升降篮、靶件回收管、驱动机构、屏蔽箱和抽气机；所述导向管设于重水堆顶部观察孔中并密封于密封盖下方；所述靶件升降篮连接所述驱动机构；所述靶件回收管一端伸入所述导向管中，另一端穿出所述密封盖连接靶件传输管，所述靶件传输管连接所述屏蔽箱；所述抽气机通过气体传输管连接所述密封盖，所述屏蔽箱连接所述气体传输管。本发明能降低靶件在堆外转移过程中的剂量，使得屏蔽要求大幅下降。

Description

一种利用重水堆观察孔生产同位素的装置和方法

技术领域

本发明涉及重水堆生产同位素技术领域，尤其涉及一种利用重水堆观察孔生产同位素的装置和方法。

背景技术

目前，利用重水堆观察孔生产同位素是采用压缩气体作为靶件传送动力。靶件在压缩气体的推动下从堆外经传输管道送至堆芯。辐照结束后，对传输管道反向施加压缩气体，将靶件从堆芯退出堆芯。此方法中靶件从堆芯立即传送到堆顶以外区域，由于存在较多短半衰期的放射性核素，导致堆外出现较高的剂量，需要采取很厚的屏蔽措施。并且，在将辐照后的靶件转运至回收容器时，会面临较高的辐射剂量。如果将在堆芯辐照过的部件卸出堆顶，由于这些部件已被活化，会产生很高的辐射剂量，现有技术为降低剂量，通常设置较厚的屏蔽层。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种利用重水堆观察孔生产同位素的装置和方法，能降低靶件在堆外转移过程中的剂量，使得屏蔽要求大幅下降。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用重水堆观察孔生产同位素的装置，包括导向管、靶件升降篮、靶件回收管、驱动机构、屏蔽箱和抽气机；所述导向管设于重水堆顶部观察孔中并密封于密封盖下方；所述靶件升降篮连接所述驱动机构；所述靶件回收管一端伸入所述导向管中，另一端穿出所述密封盖连接靶件传输管，所述靶件传输管连接所述屏蔽箱；所述抽气机通过气体传输管连接所述密封盖，所述屏蔽箱连接所述气体传输管。

作为一种可实施的方式，所述靶件回收管为三根第一长管组成，每根所述第一长管的垂直部伸入所述导向管中，其中一根所述第一长管连接所述靶件传输管。

作为一种可实施的方式，所述第一长管与所述靶件传输管之间设有第一隔离阀。

作为一种可实施的方式，其中一根所述第一长管的外端设有第二隔离阀。

作为一种可实施的方式，所述靶件升降篮为三根第二长管组成，三根所述第二长管的中线分别与三根所述第一长管的中线重合，所述第一长管的外径小于所述第二长管的内径。

作为一种可实施的方式，三根所述第一长管呈120°布置，三根所述第二长管呈120°布置。

作为一种可实施的方式，所述第二长管上设有通气孔。

作为一种可实施的方式，所述靶件传输管与所述屏蔽箱之间设有新靶件装载管。

作为一种可实施的方式，所述屏蔽箱内设有回收容器。

作为一种可实施的方式，所述气体传输管与所述密封盖之间设有第三隔离阀。

作为一种可实施的方式，所述屏蔽箱与所述气体传输管通过第一管路连接，所述第一管路上设有第四隔离阀。

作为一种可实施的方式，所述气体传输管上设有第五隔离阀，所述第五隔离阀设于所述第一管路和所述第三隔离阀之间。

作为一种可实施的方式，所述气体传输管上连接有第二管路，所述第二管路的端口处设有第六隔离阀。

作为一种可实施的方式，所述驱动机构设于所述密封盖内。

作为一种可实施的方式，所述驱动机构通过钢丝绳连接所述靶件升降篮。

作为一种可实施的方式，所述靶件传输管外设有屏蔽结构。

一种利用重水堆观察孔生产同位素的方法，包括以下步骤：

靶件装载：启动驱动机构提升靶件升降篮，使靶件升降篮套在靶件回收管的外侧；移开新靶件装载管，打开新靶件装载口；关闭第四隔离阀、第六隔离阀，打开第三隔离阀、第一隔离阀、第五隔离阀；启动抽气机对系统进行抽气，将新靶件逐个放入新靶件装载口位置，新靶件将在抽气机形成的气流作用下经靶件回收管进入靶件升降篮，启动驱动机构缓慢下降靶件升降篮，将更多的靶件装入靶件管；完成全部新靶件装载后，停运抽气机，恢复新靶件装载管；启动驱动机构，将靶件升降篮缓慢下降至堆芯活性区位置；

靶件衰变：启动驱动机构将靶件升降篮提升至堆芯活性区外，并在该位置停留8小时等待短半衰期核素衰变；

靶件回收：关闭第五隔离阀，开启第三隔离阀、第一隔离阀、第四隔离阀；启动驱动机构，将靶件升降篮提升并接近靶件回收管；开启抽气机；逐步提升靶件升降篮的位置，靶件将在气流的作用下依次移动至回收容器。

与现有技术相比，本发明提供的利用重水堆观察孔生产同位素的装置和方法具有以下有益效果：

本发明提供的装置结构简单、部件少，靶件传输逐个进行，堆芯内的部件不会卸出堆顶，有利于降低生产过程中的辐射剂量，降低屏蔽材料需求。同时，本发明的系统对现场空间要求低，有利于在现场布置。

新靶件在堆芯外装入靶件升降篮后，本发明通过驱动机构将靶件升降篮缓慢落入堆芯，速度受控，有利于减少对堆芯的影响。

进一步地，靶件从堆顶通过靶件传输管转移至回收容器，管线可以根据现场空间情况转弯，有利于系统布局。

进一步地，靶件传输管外设有屏蔽结构，由于靶件传输管管径小，有利于减少屏蔽材料的用量及安装固定，进一步降低对周围设备的辐照。

进一步地，本发明提供的装置将辐照后的靶件通过靶件升降篮提升至堆芯活性区上部轻水区进行衰变，降低短半衰期核素导致的剂量，有利于辐射屏蔽。衰变后的靶件逐个被转移至回收容器，堆外区域的剂量率大幅降低。

本发明提供的方法具有上述任一项优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所提供的利用重水堆观察孔生产同位素的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的利用重水堆观察孔生产同位素的装置装入靶件的示意图，其中，箭头示出了气体流动方向；

图3为本发明实施例所提供的利用重水堆观察孔生产同位素的装置提升靶件至堆芯活性区外等待衰变的示意图；

图4为本发明实施例所提供的利用重水堆观察孔生产同位素的装置回收靶件的示意图，其中，箭头示出了气体流动方向；

图5为本发明实施例所提供的利用重水堆观察孔生产同位素的装置在反应堆上安装的示意图；

图6为本发明实施例所提供的靶件升降篮的三根第二长管的布置示意图。

附图标记说明：

1、导向管；2、靶件升降篮；3、靶件回收管；4、驱动机构；5、密封盖；6、第二隔离阀；7、第三隔离阀；8、第一隔离阀；9、第五隔离阀；10、第四隔离阀；11、靶件传输管；12、气体传输管；13、新靶件装载管；14、屏蔽箱；15、回收容器；16、抽气机；17、；18、反应堆堆芯；19、堆芯顶部轻水区；20、堆顶混凝土结构；21、堆顶钢结构。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明。

如图1至图4所示，本发明提供了一种利用重水堆观察孔生产同位素的方法，包括导向管1、靶件升降篮2、靶件回收管3、驱动机构4、靶件传输管11、气体传输管12、屏蔽箱14、抽气机16。一根导向管1从重水堆顶部观察孔插入堆芯，导向管1与堆顶的密封盖5形成了气密边界。导向管1还构成了反应堆排管容器的承压边界的一部分。密封盖5保证气密性，不属于承压边界。

如图1所示，靶件升降篮2通过钢丝绳与堆顶的驱动机构4相连。驱动机构4可通过钢丝绳带动靶件升降篮2在导向管1内上下运动。靶件升降篮2主体构造为三根长管。如图6所示，靶件升降篮2由三根第二长管组成，三根第二长管呈120°对称分布，通过中心支架连接，顶端连接钢丝绳。靶件升降篮2的三根长管镂空,上面设有多个通气孔，气体可以自由流通，气体流动以建立气流。靶件升降篮2的三根第二长管用于容纳靶件。如图3和图4所示，靶件呈圆柱形，在第二长管内从底部堆叠向上排列。

靶件回收管3从堆顶延伸至堆顶以下位置，主体构造为三根长管。靶件回收管3由三根第一长管组成，三根第一长管呈120°对称分布，中心线与靶件升降篮2中心线重合，三根第一长管中心线也与靶件升降篮2的三根第二长管的中心线重合。靶件回收管3的外径小于靶件升降篮2长管的内径。当靶件升降篮2在驱动机构4的带动下上升时，靶件回收管3的第一长管将进入靶件升降篮2的第二长管内部。靶件回收管3是靶件进出通道。新靶件经靶件回收管3进入靶件升降篮2。辐照后的靶件在气流的作用下，逐个被吸入靶件回收管3，并转移至堆外。

如图1所示，第二隔离阀6、第一隔离阀8分别构成了靶件回收管3与外部的隔离边界。第三隔离阀7形成了密封盖5与外部的隔离边界。气体传输管12通过第五隔离阀9与抽气机16的抽气入口端相连。靶件传输管11、新靶件装载管13将靶件回收管3与屏蔽箱14连接。屏蔽箱14内放置靶件回收容器15。屏蔽箱14具有气密性，在抽气机16的作用下，形成负压。屏蔽箱14通过隔离阀10与抽气机16的抽气入口端相连。整个系统具有足够的气密性。

如附图2所示，当需要向堆芯装新靶件时，手动移开新靶件装载管13，启动抽气机16建立如附图2所示的气流方向，手动将新靶件放入靶件传输管11右侧入口，新靶件将被吸入靶件回收管3并进入靶件升降篮2。如此逐个将新靶件转移至靶件升降篮2中。完成全部新靶件装载后，启动驱动机构4，将靶件升降篮落入堆芯活性区。

如附图3所示，当靶件在堆芯辐照结束后，启动驱动机构将靶件升降篮2提升至堆芯活性区外，并在该位置停留一定时间等待短半衰期核素衰变。此处可借助反应堆现有屏蔽材料对靶件进行屏蔽。

如附图4所示，启动抽气机16建立如附图4所示的气流方向，靶件将从靶件升降篮2被吸入靶件回收管3，并经靶件传输管11进入屏蔽箱14，并在此处落入回收容器15内。此过程中，控制靶件升降篮2的提升速度，使得最顶端的靶件被气流吸入靶件回收管3后，后续靶件不会被吸入，由此确保靶件逐个被转移至回收容器15；亦可步进式控制靶件升降篮2提升高度，控制步进高度等于靶件长度，每步进一个高度后，停留数秒，使得被吸入靶件回收管3的靶件有足够的时间转移至回收容器15。

如图5所示，靶件在反应堆堆芯18处接受中子辐照。堆芯顶部轻水区19充满轻水，辐照后的靶件在区域衰变。堆顶混凝土结构20、堆顶钢结构21可用于本系统设备的安装支撑。

此外，本发明还提供了一种利用重水堆观察孔生产同位素的方法，包括靶件装载步骤、靶件衰变步骤和靶件回收步骤。

靶件装载步骤具体包括如下内容：

(1)如图2所示，启动驱动机构4，提升靶件升降篮至如图所示位置；

(2)手动移开新靶件装载管13，打开新靶件装载口；

(3)关闭第四隔离阀10、第六隔离阀17；需要说明的是，如图4所示，第六隔离阀17与外界空气联通，气体通过此阀门进入系统，因此需要关闭，抽气机才能建立如图4所示的气流方向；否则，抽气机将会吸入空气。图2和图4中给出了第二管路中气体的流向，第二管路的作用即为气体的通路。

(4)打开第三隔离阀7、第一隔离阀8、第五隔离阀9；

(5)启动抽气机16对系统进行抽气，建立如附图2所示气流方向；

(6)手动将新靶件逐个放入新靶件装载口位置，新靶件将在抽气机16形成的气流作用下经靶件回收管3进入靶件升降篮2；

(7)启动驱动机构4缓慢下降靶件升降篮2，将更多的靶件装入靶件管；

(8)完成全部新靶件装载后，停运抽气机16，恢复新靶件装载管13；

(9)启动驱动机构4，将靶件升降篮2缓慢下降至堆芯活性区位置。

靶件衰变步骤(辐照后靶件衰变)具体包括：如图3所示，启动驱动机构4将靶件升降篮2提升至堆芯活性区外，并在该位置停留一定时间(如8小时)等待短半衰期核素衰变。

靶件回收步骤具体包括如下内容：

(1)如图4所示，关闭第五隔离阀9，开启第三隔离阀7、第一隔离阀8、第四隔离阀10；

(2)启动驱动机构4，将靶件升降篮2提升至如附图4所示位置，该位置是靶件尚未到达靶件回收管3下端吸入口的某个位置，即靶件升降篮2接近靶件回收管3；

(3)开启抽气机16，建立如图4所示气流；

(4)缓慢提升靶件升降篮2，靶件升降篮2和靶件回收管3接触或者靶件升降篮2的一部分管结构套在靶件回收管3，靶件将在气流的作用下经靶件回收管3、靶件传输管11移动至回收容器15；此过程中，控制靶件升降篮2的提升速度，使得最顶端的靶件被气流吸入靶件回收管3后，后续靶件不会被吸入，由此确保靶件逐个被转移至回收容器15；亦可步进式控制靶件升降篮2提升高度，控制步进高度等于靶件长度，每步进一个高度后，停留数秒，使得被吸入靶件回收管3的靶件有足够的时间转移至回收容器15。也就是说，当缓慢提升靶件升降篮2时，最先靠近靶件回收管3下端吸入口的那个靶件(第一个靶件)将被吸走，后面的靶件(第二个靶件)由于尚未到达靶件回收管3下端吸入口，因此下一个靶件(第二个靶件)不会被吸走；接着提升靶件升降篮2，第二个靶件到达靶件回收管3下端吸入口而被吸走；后续的靶件(第三个靶件、第四个靶件直至最后一个靶件)将逐个依次接近靶件回收管3下端吸入口而被吸走。通过逐个回收靶件，从而降低堆外的剂量水平。

(5)逐步提升靶件升降篮2，直至将全部靶件转移至回收容器15。

以上所述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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，包括导向管(1)、靶件升降篮(2)、靶件回收管(3)、驱动机构(4)、屏蔽箱(14)和抽气机(16)；所述导向管(1)设于重水堆顶部观察孔中并密封于密封盖(5)下方；所述靶件升降篮(2)连接所述驱动机构(4)；所述靶件回收管(3)一端伸入所述导向管(1)中，另一端穿出所述密封盖(5)连接靶件传输管(11)，所述靶件传输管(11)连接所述屏蔽箱(14)；所述抽气机(16)通过气体传输管(12)连接所述密封盖(5)，所述屏蔽箱(14)连接所述气体传输管(12)。

2.根据权利要求1所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述靶件回收管(3)为三根第一长管组成，每根所述第一长管的垂直部伸入所述导向管(1)中，其中一根所述第一长管连接所述靶件传输管(11)。

3.根据权利要求2所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述第一长管与所述靶件传输管(11)之间设有第一隔离阀(8)。

4.根据权利要求2所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，其中一根所述第一长管的外端设有第二隔离阀(6)。

5.根据权利要求2所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述靶件升降篮(2)为三根第二长管组成，三根所述第二长管的中线分别与三根所述第一长管的中线重合，所述第一长管的外径小于所述第二长管的内径。

6.根据权利要求5所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，三根所述第一长管呈120°布置，三根所述第二长管呈120°布置。

7.根据权利要求5所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述第二长管上设有通气孔。

8.根据权利要求1所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述靶件传输管(11)与所述屏蔽箱(14)之间设有新靶件装载管(13)。

9.根据权利要求1所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述屏蔽箱(14)内设有回收容器(15)。

10.根据权利要求1所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述气体传输管(12)与所述密封盖(5)之间设有第三隔离阀(7)。

11.根据权利要求10所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述屏蔽箱(14)与所述气体传输管(12)通过第一管路连接，所述第一管路上设有第四隔离阀(10)。

12.根据权利要求11所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述气体传输管(12)上设有第五隔离阀(9)，所述第五隔离阀(9)设于所述第一管路和所述第三隔离阀(7)之间。

13.根据权利要求12所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述气体传输管(12)上连接有第二管路，所述第二管路的端口处设有第六隔离阀(17)。

14.根据权利要求1所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述驱动机构(4)设于所述密封盖(5)内。

15.根据权利要求1所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述驱动机构(4)通过钢丝绳连接所述靶件升降篮(2)。

16.根据权利要求1所述的利用重水堆观察孔生产同位素的装置，其特征在于，所述靶件传输管(11)外设有屏蔽结构。

17.一种利用重水堆观察孔生产同位素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

靶件装载：启动驱动机构提升靶件升降篮，使靶件升降篮套在靶件回收管的外侧；移开新靶件装载管，打开新靶件装载口；关闭第四隔离阀、第六隔离阀，打开第三隔离阀、第一隔离阀、第五隔离阀；启动抽气机对系统进行抽气，将新靶件逐个放入新靶件装载口位置，新靶件将在抽气机形成的气流作用下经靶件回收管进入靶件升降篮，启动驱动机构缓慢下降靶件升降篮，将更多的靶件装入靶件管；完成全部新靶件装载后，停运抽气机，恢复新靶件装载管；启动驱动机构，将靶件升降篮缓慢下降至堆芯活性区位置；

靶件衰变：启动驱动机构将靶件升降篮提升至堆芯活性区外，并在该位置停留8小时等待短半衰期核素衰变；

靶件回收：关闭第五隔离阀，开启第三隔离阀、第一隔离阀、第四隔离阀；启动驱动机构，将靶件升降篮提升并接近靶件回收管；开启抽气机；逐步提升靶件升降篮的位置，靶件将在气流的作用下依次移动至回收容器。