JPS60166891A - 原子炉用中性子源構体 - Google Patents

原子炉用中性子源構体

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JPS60166891A
JPS60166891A JP59021533A JP2153384A JPS60166891A JP S60166891 A JPS60166891 A JP S60166891A JP 59021533 A JP59021533 A JP 59021533A JP 2153384 A JP2153384 A JP 2153384A JP S60166891 A JPS60166891 A JP S60166891A
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JP
Japan
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metal
beryllium
neutron source
antimony
source structure
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JP59021533A
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English (en)
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荒井 真次
鎌田 真人
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21GCONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G4/00Radioactive sources
    • G21G4/02Neutron sources

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  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は原子炉用中性子源に係シ、詳しくは中性子源で
ある金属ベリリウムと、γ線源であるアンチモンとこれ
らを密封する金属被覆材とが500〜600℃の高温域
においても良好−な共存性を示す原子炉用中性子源構体
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
金属ベリIJウムは、熱中性子吸収断面積が小さく、中
性子散乱断面積が大きい等の核特性を有する材料として
知られ、またα線またはr線の照射により中性子を発生
する(d、n)型または(γ。
n)型等の核反応を利用した中性子源材料として用いら
れることも周知である。金属ベリリウムの中性子源とし
ての利用は例えば、124Bbをガンマ線源として、こ
の1248bと’Beとを一緒に、または別個にカプセ
ルに封入して配置し、124Bbのガンマ線を”Beに
あてて、中性子を発生させる’Be (r 、 n )
8Be 反応によってなされ、この1*4Bb+Be 
型の中性源は原子炉用中性子源として有用である。
124 Sb + ne型型中性温源実用する場合には
、この中性子源が使用環境中で十分な機械的強度および
化学的安定性を有すること、特に原子炉で使用するため
には原子炉特有の環境に耐える性質例えば良好な高温強
度、耐酸化性、耐食性、他材料との共存性等の緒特性が
要求される。このため中性子源としての金属ベリリウム
やガンマ線源としてのアンチモンを原子炉で実用する場
合、金属ベリリウムやアンチモンが原子炉環境中に直接
露出することを避け、通常ステンレス鋼等の金属製カプ
セルを被覆材としてこの中に金属ベリリウムやアンチモ
ンを単独にあるいは一緒に密封していた。
(このように構成されたものを中性子源構体と称する。
)しかし、このように構成した場合にあっても、中性子
源の炉内装荷期間内の健全な動作を保証するには、上記
中性子源構体の適切な機械的強度、化学的安定性および
良好な核特性の確保が望まれる。特に、金属ベリリウム
あるいはアンチモンとこれを密封する金属被覆材との共
存性は重要であシ、使用環境条件下での十分に良好な共
存性が要求される。
共存性が不良である場合には次のような不都合な現象が
生じる。例えば、不活性雰囲気中で600℃の温度下で
、鉄基合金、ニッケル基合金等を金属ベリリウムあるい
はアンチモンと接触保持させると、いずれの場合も界面
において両金属間の拡散反応が進行し、金属間化合物(
FeBel、NiBe。
FeSb*等から成る反応生成物が形成される。また同
一条件下で金属ベリリウムとアンチモンを共存させた場
合も同様に、界面に拡散層が生成する。
これらの場合1反応層の形成に伴ない母材の体積変化と
機械的性質の劣化が誘起され脆い反応層が母材から剥離
し易くなり、ついKは母材が侵食されてしまう。
ところで、上述した中性子源構体を軽水炉(使用温度通
常300℃)のように使用温度が低い原子炉に用いる場
合には金属ベリリウム、ステンレス鋼、アンチモン間の
共存性は良好で例えば約6000時間使用しても何等不
都合さを生じない。
しかしながら使用温度が高い原子炉、例えば液体金属冷
却高速増殖炉(使用温度、通常550℃)K用いる場合
には、特に共存性の点で問題が生じる。その理由は、比
較的低温度域で使用実績のある金属材料であっても使用
温度が高くなるに伴い材料間の拡散速度は増加し1反応
層の生成が促進され、使用材料間の共存性が劣化するこ
とが予想されるからである。事実本発明者らは、共存性
の良否を確認すべく、ステンレス鋼と金属ベリリウム、
ステンレス鋼トアンチモン、金属ベリリウムとアンチモ
ンとを不活性雰囲気中で600℃の温度下にて接触保持
させる試験を行なったところ反応層が生成されているこ
とが確認された。したがって前述のごとく500℃以上
の高温で中性子源構体を使用するKは何らかの有効な改
良策を講じなければなら々い。
〔発明の目的〕
本発明は中性源構体を高温域で使用するのに好適である
上中性子源である金属ベリリウムとガンマ線源であるア
ンチモンとを一緒に組合せ、それらを金属被覆材で密封
することによシガンマ線源と中性子源とを一体化し九原
子炉用のアンチモン−ベリリウム型中性子源構体を提供
しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明者らは、金属ベリリウムからなる中空体と金属被
覆材、アンチモンペレットと金属被覆材、金属ベリリウ
ムからなる中空体とアンチモンペレットとの高温下にお
ける共存性の改善化を図るために種々研究した結果、酸
化べIJ IJウムがこれらの金属間の拡散を防止する
障壁として作用することに着目し、前記金属の間に中間
層としての酸化べIJ IJウムを介在させる共存性改
良策を見い出した。実験により1例えば金属被覆材のス
テンレス鋼および金属ベリリウムおよびアンチモンの3
種の金属に対して600℃、3000時間の共存保持条
件で不都合な拡散反応物を生成しない材料は酸化ベリリ
ウムであることを確認した。すなわち実験後の酸化べI
J IJウムと上記材料との接触界面の光学顕微鏡観察
およびX線回折によっても変質層および金属間化合物の
存在は観察されなかった。
本発明はこの事実を利用することによシ完成されるに至
ったものである。
すなわち、金属ベリリウムとアンチモンとこれらを一体
に密封する金属被覆材とから成る原子炉用中性子源構体
においてアンチモンベレットを酸化ベリリウムからなる
中間層を介して金属ベリリウムでとシ囲み、さらにこの
金属ベリリウムを酸化ベリリウムからがる中間層を介し
て金属被覆材で密封することを特徴とする。
本発明の原子炉用中性子源構体を第1図に断面図を示し
た1実施例に基づき説明する。図中1は長尺な円柱形状
のアンチモンベレット、2はこのアンチモンベレットを
収納するための長尺な円筒形状の金属ベリリウムからな
る中空体、3はこの中空体を挿入するだめの長尺な円筒
形状の金属被覆管、4は中空体2の両端を封止する金属
べIJ IJウムからなる端栓、5は金属被覆管3の両
端を封止する金属端栓である。
上記金属被覆材を構成する被覆管3、および端栓5,5
の材質としてはステンレス鋼、ニッケル基合金、ジルコ
ニウム基合金等が例示される。
6および7は中間層である酸化べIJ リウム層(Be
 O)である。
酸化べIJ 17ウムからなる中間層は拡散障壁作用を
有すると共に、熱中性子吸収断面積が0.0092ba
rn であって金属べIJ IJウムに匹敵する核特性
を有することから、本発明に係る中性子源構体の構成材
料としては好適な材質である。
酸化べIJ IJウムの中間層を形成する方法としては
例えばアンチモンベレット1の外表面あるいは金属ベリ
リウムからなる中空体2と端栓4の内表面、および中空
体2と端栓4の外表面あるいは金属被覆材3及び金属端
栓の内表面へのBeOの真空蒸着法や溶射法等であって
もよい。しかし形成されたBeamの素地に対する密着
性、厚さの均一性、構造欠陥の少なさ等の点で次のよう
に処理することが好ましい。すなわち中性子源である金
属ベリリウムの外表面および内表面を酸素の存在する雰
囲気中で加熱処理するか、あるいは陽極酸化処理するこ
とによって、金属ベリリウムの表面皮膜として形成する
ことである。ただしこのような方法によって形成できる
緻密で均一、密着性の良いBe0表面皮膜は最大10μ
mであるため、例えば100μmの厚さを所望する場合
にあっては、真空蒸着法や溶射法等によシ被覆処理する
ことが有効である。
なお、酸化ベリリウムの中間層は均一厚みで。
かつ一部の面においてもアンチモンベレットト金属ベリ
リクムからなる中空体および金属ベリリウムからなる中
空体と金属被覆材とが接触しないように形成されるとと
もにアンチモンは高温での蒸気圧が高く他材料への蒸着
によっても、拡散が進行するので、金属ベリリウムから
なる中空体を端栓によって封じることによりアンチモン
蒸気を外部にもらさないことが望ましい。
本発明の中性子源構体は、前記のごとく形成された酸化
ベリリウム中間層6,7を金属ベリリウムからなる端栓
2,4内および金属被覆材3及び金属端栓5内に収容し
、端栓2,4内および金属被覆材3及び金属端栓5内を
不活性雰囲気(ヘリウム等)として密封することによシ
製造される。
以上説明したように、本発明の中性子源構体では、アン
チモンと金属ベリリウムとの間に、および金属べIJ 
リウムと金属被覆材との間に、3者の材料に対して50
0〜600℃の高温域で共存性の良好な酸化ベリリウム
の中間層が介在しているため上記母材間の拡散反応に起
因する反応生成層の形成が防止もしくは抑制されるため
、母材が侵食されるおそれがなく々シ中性子源構体の耐
用寿命が延びることとなる。
また1本発明の中性子源構体はガンマ線源部であるアン
チモンと中性子源であるベリリウムとを分離することな
く、一体化したため、コンパクト、であシ、炉内装荷用
として好都合である。
〔発明の実施例〕
次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例 まず、Be9B、2%、Be01.5%、FeO,06
%。
C0,07%、CuQ、01%、Mn0.01%、Sj
O,01%。
NiO,01%、Cr0.01%、他の不純物0.12
%以下の組成から成シ外径14m、内径8簡、長さ15
〇−の金属ベリリウム管からなる中空体2とこれを封じ
るための金属ベリリウム端栓4を用意し、これらの表面
に以下に示す工程により、平均厚さ約10μmの酸化べ
1717ウム皮膜(中間層6,7)を形成した。
金属ベリリウムからなる中空体2及び端栓4を有機溶剤
によシ脱脂洗浄処理し、更に表面欠陥層の除去を目的と
する5vo1%硫酸、95vo1%リン酸および120
1/を無水クロム酸からなる溶液中にて浴温50℃で5
分間化学研摩処理した後、水洗処理した。続いて、沸騰
水中で30分間浸漬して脱水素処理した後、20wt%
無水クロム酸の水溶液中で陰極に鉛を用い、浴温18℃
平均電流密度15A/dm’で陽極化成処理を施した。
その後。
沸騰水中で30分間浸漬して脱水素処理を施した。
こうした工程によシ金属ベリリウム表面に形成された中
間層としての皮膜はX線回折による同定の結果、酸化ベ
リリウム(Bed)であることが確認された。
外径13 m 、長さ140mのアンチモンペレットを
上記の陽極酸化処理された金属べIJ IJウム管から
なる中空体2内に装填し内部をヘリウム雰囲気とした後
金属ベリリウム端栓4で密封し、これを外径17 ms
 、内径14.5■、長さ165■の5U8316ステ
ンレス鋼製被覆管3内に装填し内部をヘリウム雰囲気と
した後この被覆管30両端を8US 316ステンレス
鋼製の金属端栓5,5で密封することによシ、図示の中
性子源構体を製造した。
との構体について、不活性雰囲気(ヘリウムガス)中、
600℃、3000時間の条件で共存保持することによ
り共存性確認試験を行なった。
その結果、ステンレス鋼の金属被覆材、金属端栓、金属
ベリリウム管からなる中空体及び端栓には反応生成層が
形成されていることが光学顕微鏡観察によシ確認され、
またこれらの金属の組織は脆化していないことが破壊破
面のフラクトグラフィーによシ確認された。
比較例 実施例で用いたものと同一寸法、同材質である素地のま
まの中間層を設ける事なく金属べIJ IJウム管から
なる中空体及び端栓、ステンレス鋼管からなる金属被覆
材、金属端栓およびアンチモンから成る中性子源構体を
製造した。これについて実施例と同様な条件で共存性確
認試験を行なったところ、ステンレス鋼被覆材内面およ
び金属ベリリウム管内面の表面層には反応生成層もしく
は反応生成物が形成されていることが光学顕微鏡観察に
より確認され、この反応生成層の厚さは、共存性確認試
験開始後1000時間ではステンレス鋼被覆材内表面に
て約10μm、金属ベリリウム管からなる中空体内表面
にて約15μmであった。またステンレス鋼被覆材およ
び金属ベリリウム管の反応層部分の破壊破面には脆性破
面が観察された。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、高温における金属ぺ
IJ リウムと金属被覆材および金属ベリリウムとアン
チモンとの共存性が良好となるため、500〜600℃
の高温にて長時間の使用に耐えその結果、予め設定され
た炉内装荷期間内における中性子源構体の健全な動作を
保証することができ、しかも中性子源交換サイクルを延
長化するととも可能となる。さらにガンマ線源部のアン
チモンと中性子源のベリリウムとを分離することなく一
体化したためコンパクトとなる上、中性子発生効率の向
上が期待でき炉内装荷用として好都合である。一方、中
間層として薄層を形成するだけでよいため、従来の中性
子源構体の設計条件を大巾に変更する必要がなくかつコ
スト的にも有利であシ、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す原子炉用中性子源構体
を示す断面図である。 1・・・アンチモンベレット、2・・・金属ベリリウム
からなる中空体、3・・・ステンレス鋼からなる金属被
覆管、4・・・金属べIJ IJウムからなる端栓、5
・・・ステンレス鋼からなる金属端栓、6・・・酸化ベ
リリウム中間層、7・・・酸化ベリリウム中間層。 代願人弁理士 則近憲佑(ほか1名) 第 1 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属ベリリウムを中性子源として用いる原子炉用
    中性子源構体において、金属ベリリウムからなる中空体
    の外表面側、および内表面側に酸化ベリリウムからなゐ
    中間層を設け、この中間層を介して内部にγ線源である
    アンチモンベレットを配し、これらを金属被覆材で密封
    したことを特徴とする原子炉用中性子源構体。
  2. (2)前記酸化ベリリウムからなる中間層として。 金属ベリリウム中空体外表面の陽極酸化処理によって形
    成された皮膜層を用いたことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の原子炉用中性子源構体。
JP59021533A 1984-02-10 1984-02-10 原子炉用中性子源構体 Pending JPS60166891A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104485149A (zh) * 2014-12-12 2015-04-01 西北核技术研究所 一种放射性核素载膜及其制备方法
CN107251158A (zh) * 2014-12-19 2017-10-13 阿克米-工程股份公司 运行中子源

Cited By (4)

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