KR20190021191A - 고속 중성자 원자로에서 방사성 동위 원소를 조작하는 방법 - Google Patents

고속 중성자 원자로에서 방사성 동위 원소를 조작하는 방법 Download PDF

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알렉세예 블라디미로비치 두브
니콜라이 알렉산드로비치 콘드라테프
바체슬라프 알렉산드로비치 베르슈코프
블라디미 그레고리에비치 아스모로프
미하일 바실리예비치 바카노프
에그에니 알렉산드로비치 코즈마노프
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드미트리 안코레예비치 클리노프
보리스 게오르기예비치 실린
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Abstract

본 발명은 핵 공학에 관한 것이고, 방사성 핵종 생성을 위해 다양한 물질 (타겟)에 중성자를 조사할 때 사용될 수 있다. 본 발명의 핵심은 고속 중성자 원자로에서의 방사성 동위 원소 제조 방법에 있으며, 다음 단계를 포함한다. 방사성 동위 원소 생산 목표는 중성자 감속 재료를 사용하여 만든 부싱과 로드 사이의 조사 어셈블리에 배치되며, 조사 어셈블리는 고속 중성자 원자로의 측면 스크린에 배치된다. 조사 어셈블리 주변에는 핵연료를 포함하지 않는 어셈블리가 있다. 빠른 중성자는 조사 어셈블리의 중성자 감속 재료를 통과한 다음 감속된 중성자가 조사 어셈블리의 조사된 재료(타겟)를 통과한다. 본 발명의 특징은 방사성 동위 원소의 생성이 강철 함량이 50 %를 초과하지 않는 방사선 조사 어셈블리 및 그것을 둘러싸고있는 어셈블리에서 동시에 수행된다는 점이다. 조사 어셈블리의 타겟은 0.1 MeV 미만의 중성자 에너지에서 1 barn 보다 큰 흡수 단면적을 갖는다. 조사 어셈블리를 둘러싼 어셈블리의 타겟은 중성자 에너지가 0.1MeV 이상인 경우 1 barn 　미만의 중성자 흡수 단면적을 갖는다.

Description

고속 중성자 원자로에서 방사성 동위 원소를 조작하는 방법
본 발명은 핵 공학에 관한 것이고, 방사성 핵종 생성을 위해 다양한 물질 (타겟)에 중성자를 조사할 때 사용될 수 있다
열 중성자의 원자로에서 중성자로 표적을 조사하는 방법이 알려져 있다(연구 원자로, WWER, RBMK 등). 상기 방법은 조사된 물질로부터 타겟을 생성하여 이를 특수 조사(방사) 어셈블리에 배치하는 것으로 구성된다. 융합 어셈블리는 특정 열 중성자 스펙트럼을 갖는 원자로의 코어 셀에 배치된다. 반응기가 작동 중일 때, 목표는 중성자로 조사되고 방사성 핵종은 필요한 활동에 축적된다.
원자로에서 방사선 조사 어셈블리를 제거한 후, 타겟은 방사선 차폐 챔버 또는 상자에서 분해된다. 이 중 활성 핵은 방사성 핵종으로 추출된다. 그런 다음 활성 코어를 보호 밀폐 쉘에 배치한다. 최종 단계에서 누출, 방사성 핵종 표면의 오염, 기하학적 치수, 활동성 측정 등을 점검하여 제품 인도를 위한 제어 작업이 수행된다.
이 방법은 0.68 eV 이하의 에너지를 가진 열 중성자를 흡수하는 출발 물질을 가진 표적으로부터 방사성 핵종이 생성되도록 한다. 이 방법의 단점은 상대적으로 낮은 중성자 플럭스(대개 　5х1014cm-2c-1)보다 적다. 목표물을 수용하기 위한 원자로 코어가 소량, 반응성이 적기 때문에 방사성 핵종 생성을 위한 "여분의" 중성자가 상대적으로 적다. 이러한 단점은 열 중성자의 중성자 감속 재료(예 : 중수 또는 기존 물, 흑연, 베릴륨)를 많이 사용하는 핵 원자로의 물리적 특성에 기인한다.
고속 중성자 원자로의 활성 영역 또는 측부 차폐물에 위치한 조사(방사) 어셈블리에서 타겟을 조사하는 것을 포함하는 고속 중성자 반응기에서 중성자로 타겟을 조사하는 방법이 알려져 있다. 큰 중성자 (1х1015cm-2c-1이상)가 존재하면 방사성 핵종 생산 시간을 단축할 수 있다. 고속 중성자를 사용하는 원자로의 경우, 목표물과 "중성자"를 배치하기 위한 공간이 훨씬 더 많으며, 이는 핵연료 - 플루토늄 생산을 위한 측면 스크린에 사용된다.
이 방법의 단점은 고속 중성자의 모든 원자로에 내재된 1 MeV 이상의 에너지로 중성자 포획에 대한 단면이 낮은 표적 물질로부터 필요한 활성을 갖는 방사성 핵종을 생산할 수 없다는 것이다. 이러한 단점은 고속 중성자에 대한 원자로의 물리적 특성에 기인한다.
원자로를 규제하기 위해 지르코늄 수소화물 로드로 특수한 트랩형 구조물 내부에 타겟을 배치하는 것과 같이 고속 중성자 원자로에서 중성자로 타겟을 조사하는 방법이 알려져 있다. 이러한 제품에서 고속 중성자는 고밀도를 유지하면서 수소와 상호 작용하여 열에너지로 에너지를 감소시킨다. 이것은 고속 중성자와 비교하여 중성자 포획율을 수십 배까지 증가시키고 필요한 활동에 방사성 핵종 생성 시간을 단축시키는 것을 가능하게 한다.
이 방법의 단점은 다음과 같다. 제어봉의 지르코늄 하이드 라이드로 지연 요소 내부에 배치할 수 있는 타겟의 수가 적다는 것이다. 원자로에서 제어봉의 움직임으로 인한 원자로 운전 중 중성자 밀도와 에너지의 변화로 인해 방사성 핵종의 누적을 계산하기가 어렵다. 원자로 내에서 제어봉을 발견하는 최대 시간을 달성할 필요가 있으며, 방사성 붕괴로 인해 방사성 핵종의 생산 속도가 현저히 떨어질 수 있다.
고속 중성자 반응기에서 중성자로 표적을 조사하는 방법이 공지되어 있으며, 이는 빠른 중성자를 흡수하고 느리게 하는 물질로 된 특정 원소를 함유하는 조사 어셈블리에 표적을 배치하는 것으로 알려져 있다. 이 장치는 핵연료 - 플루토늄 생산을 위한 우라늄을 함유한 연료 집합체로 둘러쌓여 있다. 중성자의 열 스펙트럼 형성으로 인한 우라늄의 연소율과 연료 전지의 큰 방사능 손상을 줄이기 위해 조사 어셈블리의 주변을 따라 위치한 흡수 요소가 사용된다. 이를 통해 열 중성자와 연료 집합체의 상호 작용을 감소시키거나 완전히 제거할 수 있다.
이 방법의 장점은 다음과 같다. 낮은 에너지로 높은 중성자 자속(1x1015 cm -2c-1 이상)의 형성이다. 고속 중성자 리액터의 측면 스크린에 많은 수의 셀이 있어 연산 증폭기를 수용할 수 있다. 원자로 노심의 물리적 특성에 대한 조사 어셈블리의 영향은 거의 없다. 타겟이 　원자로에 있는 동안 정확한 계산을 위해 필요한 것으로 알려진 에너지로 중성자 플럭스를 보존한다. 이것은 고 에너지 중성자를 포착하기 위한 낮은 단면을 가진 표적을 사용하여 방사성 핵종의 생산을 효율적으로 수행하는 것을 가능하게 한다.
핵 고속 원자로의 측면 스크린에서 방사성 핵종이 생산되는 방법의 단점으로 다음과 같이 지적할 수 있다. 조사 어셈블리의 흡수 요소의 존재는 제품 비용의 상승, 조사 어셈블리의 타겟을 수용하기 위한 볼륨의 감소, 중성자 플럭스 밀도의 감소, 및 조사 어셈블리를 둘러싸는 연료 어셈블리에 대한 방사선 손상의 위험을 초래한다.
이러한 단점은 조사 어셈블리의 설계 및 고속 중성자 원자로의 사이드 쉴드의 연료 어셈블리 사이의 배치에 기인한다.
가장 많은 본질적인 특징을 위해 청구된 발명과 일치하고 프로토 타입으로 받아 들여지는 가장 유사한 아날로그는 러시아 특허 Ru2076362(1997년 3월 27일 공개)에 개시된 방법이다. 이 방법은 조사된 물질이 중성자 감속재 내부의 조사 어셈블리에 배치된 다음 조사 어셈블리가 고속 중성자 리액터의 측면 스크린에 배치된다는 결론을 내린다. 이 경우, 조사 어셈블리는 스틸 어셈블리에 의해 원자로의 연료 어셈블리와 분리된다.
고속 중성자 반응기가 작동할 때, 연료 집합체로부터의 고속 중성자 자속은 중성자 스펙트럼이 연화된 강철 어셈블리를 통과한다. 그리고 연화된 중성자는 수소 함유 물질로 만들어진 조사 어셈블리의 중성자 감속재로 들어간다. 중성자 스펙트럼은 중성자 에너지의 열적 영역까지 중성자 스펙트럼이 최종적으로 부드럽게 한다. 이는 타겟의 출발 물질에서 지연된 중성자가 흡수될 확률을 증가시킨다.
느린 중성자는 조사된 물질을 통과한 다음 중성자를 둔화시키는 재료로 부싱의 형태로 만들어진 지연기를 통해 다시 통과한다. 이 경우 고속 중성자의 경우 강철의 흡수 단면적이 작고 산란 단면보다 훨씬 작기 때문에 강재 어셈블리에서 고속 중성자의 플럭스는 실질적으로 약화되지 않는다. 이 방법의 필수 조건은 강재의 50% 이상 강재 어셈블리의 함유량이며, 지연 기층 두께의 존재는 중성자의 평균 자유 경로보다 0.5 이상이어야 한다.
이 방법의 단점은 다음과 같다.
1) 강철 어셈블리에 많은 양의 철강(50% 이상)이 있어 결과적으로 어셈블리의 중량이 커지고 강철 어셈블리 작업이 복잡해진다.
2) 강철 어셈블리의 구현은 중성자의 에너지 스펙트럼의 예비 완화를 위한 하나의 기능만 수행한다.
3) 재활용이 필요한 철강에 방사성 핵종의 형태로 다량의 방사성 폐기물을 형성하면서 원자로에 대규모 철강 어셈블리를 사용하는 것이다.
4) 이 목적을 위해 주어진 매개 변수를 가진 하나의 조사 어셈블리가 에너지 스펙트럼에 따라 사용되기 때문에 다른 중성자 흡수 단면적을 갖는 방사성 핵종의 시작의 명명법의 제한이다;
5) 방사성 핵종의 상대적으로 적은 양은 생산 시간이 방사 조립체에서만 발생하기 때문에 발생한다.
본 발명의 목적은 고속 중성자의 에너지를 감소시키기 위해 확장된 명명법을 갖는 중성자의 넓은 에너지 범위에서 상이한 중성자 포착 단면을 갖는 고속 중성자 원자로에서 방사성 핵종(방사성 동위 원소)의 광범위한 생산성을 증가시키는 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 공정의 효율을 증가시키고, 공정에 소모되는 재료를 감소시키며, 공정에 관련된 원소의 취급을 단순화하고, 고속 중성자 반응기의 안전성을 유지하면서 부가적인 방사성 핵종을 생성할 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 고속 중성자 반응기의 사이드 스크린에서 방사성 동위 원소를 발생시키는 방법에 의해 해결되는데, 중성자 저감 재료를 함유하는 조사 어셈블리 및 방사선 어셈블리를 둘러싸는 강철 어셈블리에 방사성 동위 원소를 제조하기 위한 타겟을 배치하는 것을 포함한다. 조사 어셈블리에는 타겟뿐만 아니라 고속 중성자를 필요한 에너지로 감속시키는 부싱 또는 재료 블록이 배치되어 1barn 이상의 흡수 단면을 갖는 타겟을 가진 0.1MeV 이하의 에너지로 감속된 중성자를 효과적으로 포착한다. 조사 대상에 포획되지 않은 고 에너지 중성자는 강철 어셈블리로 떨어지며, 0.1 MeV 이상의 중성자 에너지에서 흡수 단면적이 1 barn 미만인 타겟에 흡수된다.
본 발명의 특징은 다음과 같다. 방사성 동위 원소의 생성은 조사 및 강철 어셈블리에서 동시에 수행되며, 조사 어셈블리의 목표 물질은 중성자 에너지가 0.1MeV 미만을 가진 1 barn 이상의 흡수 단면적을 갖는다. 강철 어셈블리의 타겟 재료는 0.1 MeV 이상의 중성자 에너지에서 1 barn 미만의 흡수 단면적을 갖는다. 조사 장치에서 중성자의 필요한 에너지 스펙트럼은 수소, 탄소, 붕소-11 및 다른 것들을 기초로 한 둔화 물질 뿐만 아니라 그 형상 및 기하학적 치수를 사용하여 형성된다. 강철 어셈블리의 타겟은 중성자 플럭스를 줄이고 동시에 연료 어셈블리에서 연소되어 동시에 방사성 동위 원소를 생성하는 물질로 만들어진다. 조사 어셈블리와 연료 어셈블리를 분리하는 어셈블리의 강철 함량은 50% 미만이다. 이로 인해, 강철 어셈블리의 질량이 줄어들어, 먼저 핸들링이 단순화되고, 둘째, 방사성 동위 원소 생산 과정에 필요한 강철 어셈블리 제조에 필요한 철강 소비가 감소한다. 동시에 고속 중성자 반응기의 안전성은 핵연료 집합체에 파괴적인 영향을 미치는 조사 어셈블리에서 열 중성자의 흐름을 감소시키기 위해 충분한 중간 조립체인 것으로 입증됨으로써 보장된다. 이 경우, 중간 어셈블리는 많은 양의 스틸을 포함하지 않는다. 왜냐하면 열 중성자는 스틸 어셈블리 내부의 타겟뿐만 아니라 소량의 스틸에 의해 완전히 감속되기 때문이다.
상기 강철 어셈블리는 속이 빈 튜브 형태이거나 및/또는 빠른 에너지 영역에서 높은 중성자 흡수 단면을 갖는 부가적인 타겟으로 채워질 수 있다. 두 번째 경우에는 기존의 열 중성자 제거를 위해 설계된 원자로 시설의 부피가 열 중성자 제거 기능을 유지하면서 고속 중성자의 도움으로 추가 방사성 동위 원소를 생성하는 데 사용되기 때문에 열 핵성 중독자를 제거하는 것 외에도 방사성 핵종 생성의 효율성을 추가로 높일 수 있다.
0.1 MeV 미만의 중성자 에너지에서 흡수 단면적이 1 barn 이상인 조사 물질은 바람직하게는 코발트-60(Co-59) 동위 원소이다. 본 발명의 가능한 실시 양태에서 0.1 MeV 이상의 중성자 에너지에서 1 barn 보다 작은 흡광 단면을 갖는 조사된 물질은 Sr-89, Cu-64, Cu-67, P-32, P-33, Sn- 117m, Y-91, I-131, Sm-145 등이 있다. 중성자 감속 재료로서, 이트륨 수화물(YtYx, 여기서 x = 1.8-2.0) 및 지르코늄 수화물(ZrHx, 여기서 x = 1.8-2.0)이 주로 사용된다. 탄소와 안정 동위 원소 붕소 11(B-11)을 기반으로 중성자를 감속시키는 다른 물질을 사용할 수도 있다.
최종 조립체의 지연 재료의 부싱은 바람직하게는 두께가 10-20mm 인 벽을 갖는다. 바람직한 변형 예에서, 막대는 16-22mm의 직경을 갖는 중성자 감속 재료를 사용하여 제조된 슬리브 내부에 배치된다. 이 경우, 부싱의 내부 표면과 로드 표면 사이의 거리는 4mm 이상이다. 조사된 물질을 통과한 후에 본 발명의 방법을 수행하는 동안 지연된 중성자는 0.1 MeV 미만의 중성자 에너지에서 1 barn 이상의 흡수 단면을 갖는 막대(stick) 및 조사된 물질을 통해 추가로 통과된다.
본 발명의 목적은 또한 상기 실시 양태 중 어느 하나의 방법에 따라 제조된 방사성 물질 및 상기 방사성 물질을 함유하는 의학적 목적 및 일반 산업 용도로 사용하기 위한 물품에 의해 해결된다.
본 발명의 목적은 또한 전술한 실시 예들 중 어느 하나에 따라 상기 방법이 수행되는 고속 중성자 반응기에 의해 해결된다
본 발명의 기술적 결과는 고속 중성자 원자로의 중성자의 넓은 에너지 영역에서 상이한 중성자 포획 단면을 갖는 방사성 동위 원소의 넓은 명명법의 생산성의 증가이며, 용어는 중성자 에너지를 감소시키고 증가시키는 명칭으로 확장된다. 다른 기술적인 결과로는 어셈블리의 질량 감소, 공정의 효율 증가, 공정에서 소비되는 재료의 감소, 공정에 관련된 원자로 구성 요소의 취급 단순화, 고속 중성자 원자로의 안전성을 유지하면서 추가 방사성 핵종의 생성이 포함된다.
도 1은 코어와 사이드 스크린이 위치하는 하우징을 나타낸 도면이다.
도 2는 조사 어셈블리의 바람직한 실시 예를 도시한 도면이다.
본 방법은 코어(1)와 사이드 스크린(2)이 위치하는 하우징 (도 1 참조)을 갖는 고속 중성자 리액터에서 구현된다. 핵심에는 고속 중성자 플럭스를 생성하도록 설계된 연료 어셈블리가 있다. 원자로의 측면 스크린에는 플루토늄 생산을 위한 연료 집합과 중성자 자속의 감소가 있어 원자로에서 빠져 나가지 못하게 한다.
본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해, 조사 어셈블리(radiating assembly;방사 조립체)는 사이드 스크린(2) 내에 설치되며, 이는 도 1에 문자 O로 표시되어 있다. 조사 어셈블리는 문자 T로 표시된 연료 어셈블리 사이에 설치되며 문자 C로 표시된 중간 강철 어셈블리에 의해 분리된다. 따라서, 본 발명의 실시를 위해, 어셈블리는 다음과 같이 설치된다 : 조사 어셈블리는 원자로의 측면 스크린에 설치되고, 그 주위에는 스틸 어셈블리가 있고, 스틸 어셈블리 주위에는 연료 어셈블리가 설치된다.
이러한 구성은 임의의 방향으로 연료 및 조사 어셈블리 사이에, 갭의 길이 방향과 일치하는 방향(즉, 어셈블리의 종 방향을 가로 지르는 방향)으로 연료 및/또는 적어도 1개의 조사 어셈블리 크기를 가진 갭을 제공한다. 상기에 언급된 바와 같이, 그러한 갭이 지나가는 동안 조사 어셈블리를 떠나는 열 중성자가 연료 집합체에서 연소 또는 불균일한 연료 제거의 효과가 거의 없도록 약화되거나 제거되기 때문에 원자로 작동의 안전을 보장하는 틈새가 정확하게 존재한다.
연료 집합체는 코어(1)의 외주에 설치된 조립 세트인 사이드 스크린(2)뿐만 아니라 코어(1)에도 설치되기 때문에 본 발명은 코어 내에 조사 어셈블리를 설치하여 수행 될 수도 있다.(도 1에서, 코어(1)의 연료 집합체는 문자 T로 표시되지 않음). 그러나, 본 발명에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 조사 어셈블리를 측면 스크린에 장착하는 것이 바람직하다. 빠른 중성자의 더 작은 플럭스와 측면 구역에서 빠른 중성자 플럭스 형성을 위한 모드를 제공할 필요가 없다는 사실에 비추어 볼 때 코어에서 조사 어셈블리와 주변에 설치된 중간 어셈블리의 영향을 고려해야 할 필요가 복잡해질 것이다.
최종 조사 어셈블리는 중성자 감속 재료를 사용하여 부싱이 만들어지는 어셈블리이다. 다양한 수소 포화 물질이 중성자 저감 물질로서 사용될 수 있다. 유리한 실시 예에서, 가장 느린 중성자를 제공하는 x = 1.8-2.0 인 지르코늄 수화물 ZrHx 가 사용된다.
조사 어셈블리는 일반적으로 길고 측면 치수를 여러 번 초과하는 길이를 가지므로 여러 개의 지연(감속) 슬리브(부싱)가 어셈블리를 따라 장착될 수 있거나 단일 일체형 부싱이 될 수 있다. 합성 부싱을 사용하면 쉽게 제조할 수 있다. 부싱은 비교적 얇은 벽의 금속 쉘 안에 설치된다.
중성자 감속 재료의 사용으로 만들어진 허브 내부에서, 조사된 재료(타겟)는 열 중성자와 상호 작용하여 배치된다. 이 목적을 위해, 조사된 재료는 0.1 MeV 미만의 중성자 에너지에서 1 barn 이상의 흡수 단면적을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 물질은 특히 코발트, 탄소, 툴륨, 이리듐일 수 있다. 표적은 블록, 디스크 또는 그릿(분말) 또는 막대 형태로 만들 수 있다.
스틸 어셈블리는 어셈블리의 총 부피/질량에서 50 % 미만의 스틸을 사용하여 속이 빈 튜브 형태로 제조된다. 고속 중성자 원자로에서 방사성 핵종을 생산하는 방법을 연구하는 과정에서 계산 및 실험 방법으로 다음을 것을 보여 주었다. 핵연료 집합체에 파괴적인 영향을 미치는 조사 어셈블리에서 열 중성자의 흐름을 감소시키기 위해, 그것은 많은 양의 철강을 포함하지 않는 중간 어셈블리를 포함하는 것으로 충분함이 판명되었다. 열 중성자는 소량의 강과 강철 어셈블리 내부 또는 근처의 매체에 의해 완전히 감속되기 때문이다. 따라서 경량 강철 어셈블리는 빠른 중성자에 대한 원자로 작동의 안전을 보장하는 동시에 질량을 줄임으로써 취급을 단순화하고 방사성 동위 원소 생산 프로세스에 필요한 강철 어셈블리 제조에 필요한 강재 소비를 줄인다
강철 어셈블리는 중공형이므로 방사성 핵종 생성을 위한 추가 재료로 채울 수 있다. 중간 조립체에서의 열 중성자 자속이 작고, 조사 어셈블리로부터 열 어셈블리를 향하여 패스(pass)가 감소함에 따라, 방사성 동위 원소의 효과적인 생성을 보장하기에 충분히 높은 조사를 위한 고속 중성자 자속을 이용하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해 0.1 MeV 이상의 중성자 에너지에서 1 barn 미만의 흡광 단면을 갖는 추가 조사 재료(타겟)를 중공의 중간 어셈블리에 배치할 수 있다. 다양한 원자핵 반응을 사용하여 Sr-89, Cu-64, Cu-67, P-32, P-33, Sn-117m, Y-91, I-131, Sm-145와 같은 다른 물질을 생산할 수 있다.
이러한 타겟은 블록, 디스크 또는 그릿(분말) 또는 막대 형태로 강철 어셈블리에 배치할 수 있다.
고속 중성자 반응기에서의 조립체의 이러한 실시예 및 배치에서, 이하의 방법이 본 발명에 따라 수행된다. 중성자 감속 재료를 사용하여 제작된 슬리브 내부의 조사 어셈블리에서 0.1 MeV 이하의 중성자 에너지에서 1 barn 이상의 흡착 단면을 가진 타겟을 놓은 후, 조사 어셈블리는 노심의 사이드 스크린에 설치된다. 조사 어셈블리에서 슬리브의 중성자 감속 재료를 통해 빠른 중성자가 통과하여 부분적으로 필요한 에너지까지 느려진다.
또한, 지연된 중성자는 타겟을 통해 조사 어셈블리를 통과한다. 이 과정에서 핵반응이 일어나 방사성 동위 원소가 생성된다. 예를 들어, Co-59 코발트를 조사 어셈블리에 초기 배치시, Co-60의 코발트 방사성 핵종이 본 발명의 공정 동안 생성된다. 조사된 물질(타겟)을 통해 조사 어셈블리를 통과한 지연된 중성자는 다시 중성자 - 감속 물질을 통과한다. 결과적으로, 열 중성자는 더욱 느려져서 조사 어셈블리를 떠난 후 중성자 에너지 0.1 MeV 이상에서 흡수 단면적이 1 barn 보다 작은 추가 조사 재료(타겟)로 채워지거나 강철의 50 % 미만을 포함하는 어셈블리를 통과한다. 그들은 연료 집합체에 심각한 손상을 주지 않는 정도로 약화된다.
지연 슬리브가 통과하는 동안 감소하지 않거나 중요하지 않은 정도로 느려지는 고속 중성자는 슬리브 내부의 조사 어셈블리에서 조사된 재료와 실제로 상호 작용하지 않는다. 그러나 0.1 MeV 이상의 에너지로 중성자를 효과적으로 포착하기 때문에 할로우 중간 어셈블리에 위치하면 추가로 조사 된 재료와 상호 작용한다.
이로 인해 저에너지 중성자의 핵종 개발과 동시에 고속 중성자 조사에 의한 방사성 핵종의 생성이 발생한다. 조사 어셈블리 주변에 강재 어셈블리를 배치하기 때문에 한 방향의 고속 중성자 플럭스는 흐름을 따라 조사 어셈블리 전후에 위치한 적어도 두 개의 중간 어셈블리에서 방사성 핵종의 진행에 참여한다는 점에 유의해야 한다.
도 2에 도시된 조사 어셈블리의 유리한 실시 예에서, 슬리브(5)는 두께가 10-20 mm 인 벽을 가지며, 직경 16-22 mm의 중성자 감속 재료를 사용하여 만들어진 로드(6)는 슬리브 내부에 위치한다. 슬리브(5)의 내부 표면과 로드(6)의 표면 사이의 거리는 적어도 4 mm이다. 벽 두께와 직경이 더 작으면 빠른 중성자의 에너지를 효과적으로 감소시켜 실질적으로 총 중성자 자속을 감소시키지 않는다. 그리고 벽 두께와 지름의 상위 값은 방사성 핵종 생성을 위한 감속 요소 사이에 표적을 배치 할 필요성에 의해 제한된다. 막대의 중성자-감속 재료로서, 동일한 재료가 바람직하게 사용되고, 그 다음에 슬리브에 대해, 예를 들어, 지르코늄 수화물 ZrHx(여기서,x = 1.8-2.0)가 사용된다.
고리형 지연 요소의 내부 표면과 중앙 감속 요소의 외부 표면 사이의 거리는 4mm 이상이어야 한다. 이는 방사능 차폐 챔버에서의 방사성 핵종 생산을 위한 목표 물의 적재 및 원격 하역에 대한 기술적 요구 사항뿐만 아니라 방사선 손상으로 인한 재료 및 제품 요소의 크기 변화 때문이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 타겟(7)은 슬리브(5)의 축을 따라 위치한 로드(6) 주위에 배치되어 바람직한 실시 예에서 조사 어셈블리의 단면을 도시하고 있다. 예를 들어 타겟(7)은 1keV 이하의 중성자 에너지에서 1000 barn 미만의 흡음 단면을 갖는 부싱, 디스크, 볼 또는 로드(막대)의 형태로 이루어져 있다.
본 발명의 유리한 실시 예에서, 상기 방법은 추가적인 단계들을 취한다. 특히, 조사된 물질을 통과한 후에 감속(지연)된 중성자는 막대를 더 통과하고, 그 결과 그들은 0.1 MeV 미만의 중성자 에너지에서 1 barn 이상의 흡수 단면적을 갖는 조사된 물질을 통해 다시 감속된다. 빠른 중성자 중 일부는 로드를 통과하여 속도를 늦추고 타겟 물질에 대한 핵반응 속도를 증가시켜 결과적으로 물질을 조사하는 효율이 증가한다는 점에 유의해야 한다.
따라서, 특정되고 바람직한 실시 예에서의 방법은 다음과 같이 보일 수 있다. 중성자 감속 재료를 사용하여 제작된 부시에 조사된 물질(타겟)이 놓여있는 조사 어셈블리가 고속 중성자 원자로의 측면 실드에 배치된다. 중성자 감속 재료를 통해 빠른 중성자는 조사 어셈블리를 통과한 다음 조사된 재료를 통해 조사 어셈블리로 전달된다. 그 후, 지연된 중성자가 추가로 로드를 통과하고 조사 어셈블리에서 조사된 물질을 통해 다시 통한 다음 조사된 물질을 나가는 중성자가 중성자 감속 물질을 통과한다.
이미 언급한 바와 같이, 이 방법의 바람직한 실시 예의 주된 장점은 조사된 어셈블리에서 감속 로드가 슬리브에 없는 경우와 비교해서 중성자 플럭스가 더 크게 느려지는 것이다. 이것은 원자로 설치의 안전성을 더욱 증가시킨다. 또한, 조사 어셈블리에서 방출되는 중성자는 강철의 50 % 미만을 함유하는 강철 어셈블리를 통과하고 0.1 MeV 이상의 중성자 에너지에서 1 barn 미만의 흡수 단면을 갖는 추가적 조사 재료로 중공화 되거나 및/또는 채워진다.
본 발명의 방법을 실시한 결과, 의학적 목적 및 기타 목적으로 사용되는 물품에 사용될 수 있는 방사성 물질을 얻을 수 있다. 예를 들어, 조사 어셈블리에 Co-59 코발트의 조사 물질로 배치하면 300 Ki/g의 비 활동성 Co-60 코발트가 생성 될 수 있으며, 이는 아날로그의 능력보다 몇 배나 높다. 이 결과의 달성은 방사기기의 속도가 느려지는 물질의 질량이 증가하고 중성자 플럭스가 강철 어셈블리의 50% 미만을 포함하기 때문에 조사(방사선) 어셈블리에 들어가기 전에 강철 어셈블리에 의해 약화되지 않는다는 사실에 기인한다.
본 방법의 설명의 확장된 버전에서, 그것은 다음 단계를 포함할 수 있다. 중성자 흡수 재료 및 강철재 어셈블리가 없는 특수 설계의 조사 어셈블리에 타겟을 배치한다. 고속 중성자 원자로의 사이드 쉴드에 조사 어셈블리를 놓는다. 타겟이 있는 강철 어셈블리의 조사 어셈블리 주위에 배치, 목표물의 필요한 활동을 달성하기 위한 방사선 조사, 원자로에서 어셈블리 추출, 방사선 차폐 카메라로의 장치 운송, 대상 추출로 어셈블리 해체 및 주어진 특성을 가진 방사선원의 제조이다. 생산 된 방사성 동위 원소의 명칭에 따라 새로운 것의 어셈블리 추출 및 교체가 동시에 수행되지 않을 수도 있다.
프로토 타입과 비교하여 새로운 필수 기능은 다음과 같다. 조사 장치에서 감속 재료 및 낮은 함량의 강철 구조물(50 % 미만)을 갖는 강철 어셈블리를 방사성 동위 원소와 동시에 개발하는 것이다. 다양한 에너지(eV의 부분에서 5 MeV까지)의 중성자 흡수 단면적(0.01-1000barn)을 가진 타겟(표적)을 사용하여 생산된 방사성 동위 원소의 생산성, 부피 및 명명법(nomenclature)의 증가를 가져왔다.
또한, 추출된 구조의 강철 요소 대신에 고 에너지 중성자에 대해 높은 흡수 단면적을 갖는 방사성 동위 원소를 생산하기 위한 추가 표적이 사용되고, 조사 어셈블리에서 높은 중성자 - 중성자 에너지 흡수 단면을 갖는 표적이 사용된다. 이를 통해 청구된 솔루션은 새로운 것이라고 결론 내릴 수 있다.
본 발명은 고속 중성자 원자로에서 감속 요소의 사용에 대한 작업, 중성자 에너지를 감소시킬 수 있는 강철 어셈블리 및 필요한 활동의 방사성 핵종 생성 목표에 의한 포획 속도를 증가시키는 방법을 설명한다. 이 경우 강철 어셈블리의 건설을 위한 새로운 기술적 솔루션, 추출된 강철 요소 대신에 추가 표적의 배치, 생산되는 방사성 핵종의 명명법 변경에 따라 강철 및 조사 어셈블리의 추출 및 교체가 있는 원자로에서의 발견 조건이 제안된다. 이를 통해 청구된 솔루션에 독창적 인 수준이 있다고 결론을 내릴 수 있다.

Claims (8)

  1. 고속 중성자 원자로에서의 방사성 동위 원소를 생산하는 방법이 다음의 공정,
    중성자 감속 물질을 포함하는 조사 어셈블리에 방사성 동위 원소 생산을 위한 목표물을 배치하는 단계;
    핵연료를 포함하지 않는 어셈블리들 중에서 핵 고속 중성자 반응기의 코어의 사이드 스크린에 조사 어셈블리를 배치하는 단계;
    중성자 감속 재료를 통한 고속 중성자의 조사 어셈블리에서의 투과 단계;
    조사 어셈블리에서 타겟을 통해 감속된 중성자의 투과 단계;를 포함하며,
    조사 및 주변 강철 어셈블리에서 동시에 행해지는 방사성 동위 원소의 생산단계;를 구비하며,
    조사 어셈블리에 있어 방사성 동위 원소의 생산을 위한 타겟은 중성자 에너지가 0.1MeV 미만을 가진 중성자 흡수 단면적이 1 barn 이상을 가지며, 조사 어셈블리를 둘러싼 어셈블리의 방사성 동위 원소 생산을 위한 상기 타겟은 어셈블리의 강철 함량이 50 %를 초과하지 않는 중성자 에너지 0.1MeV에서 중성자 흡수 단면적이 1 barn 미만을 갖는 것을 특징으로 하는 고속 중성자 원자로에서의 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, Co-59는 그릿 또는 부싱의 형태로 조사 장치의 타겟으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 고속 중성자 원자로에서의 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 중성자 감속 물질은 벽 두께가 10 내지 20 mm 인 부싱의 형태로 제조되고, 직경이 16 내지 22 mm 인 중성자 감속 재료를 사용하여 제조된 막대를 구비하며, 슬리브의 내부 표면과 로드 표면 사이의 거리가 4mm 이상이고, 조사된 물질을 통과한 후 감속된 중성자는 1000eV 미만의 중성자 에너지에서 1000 barn 미만의 흡수 단면을 갖는 로드 및 조사된 물질을 더 통과하는 것을 특징으로 하는 고속 중성자 원자로에서의 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 지르코늄 수화물 ZrHx가 중성자 감속 재료로서 사용되며, 여기서 x = 1.8-2.0, 이트륨 수화물 YHx, 흑연 (C), 그것에 기초한 화합물 또는 농축된 동위 원소 붕소 11이 97 %를 초과하는 붕소 카바이드 11B4C 인 것을 특징으로 하는 고속 중성자 원자로에서의 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 조사 어셈블리를 둘러싸는 어셈블리의 타겟으로서 Sr-89, Cu-64, Cu-67, P-32, P-33, Sn-117m, Y-91, I- 131, Sm-145이 사용되는 것을 특징으로 하는 고속 중성자 원자로에서의 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 생성된 방사성 물질.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 생성된 방사성 물질을 함유하는 의료 목적 및 일반 산업 용도로 사용되는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법이 수행되는 고속 중성자로.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110310750B (zh) * 2019-07-08 2021-05-14 华南理工大学 一种可同时生产氚和c14的熔盐堆
CN110867261B (zh) * 2019-11-21 2021-07-06 中国核动力研究设计院 多类型芯块混合装载金属冷却反应堆及管理方法
CN110853774B (zh) * 2019-11-21 2021-05-04 中国核动力研究设计院 一种氢化锆慢化金属冷却反应堆小型化设计方法及反应堆
CN113270220A (zh) * 2021-05-14 2021-08-17 中国核动力研究设计院 一种应用高通量试验堆两级辐照生产252Cf的方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2647945B1 (fr) * 1989-06-02 1991-08-30 Commissariat Energie Atomique Dispositif de production de radio-isotopes notamment de cobalt 60
RU2076362C1 (ru) * 1994-12-23 1997-03-27 Физико-энергетический институт Способ наработки радиоактивных изотопов в реакторе на быстрых нейтронах и ядерный реактор на быстрых нейтронах
US5713828A (en) * 1995-11-27 1998-02-03 International Brachytherapy S.A Hollow-tube brachytherapy device
CA2294063C (en) * 1997-06-19 2007-03-27 European Organization For Nuclear Research Neutron-driven element transmuter
RU37870U1 (ru) * 2004-01-23 2004-05-10 ООО ЭНИМЦ "Моделирующие системы" Облучательное устройство для наработки радиоактивных изотопов в отражателе быстрого реактора
US8953731B2 (en) * 2004-12-03 2015-02-10 General Electric Company Method of producing isotopes in power nuclear reactors
JP5597375B2 (ja) * 2009-04-10 2014-10-01 株式会社東芝 高速炉、照射集合体、照射ピン及び照射ペレット
US9773577B2 (en) * 2009-08-25 2017-09-26 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Irradiation targets for isotope delivery systems
US8488733B2 (en) * 2009-08-25 2013-07-16 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Irradiation target retention assemblies for isotope delivery systems
US9047997B2 (en) * 2009-11-12 2015-06-02 Global Medical Isotope Systems Llc Techniques for on-demand production of medical isotopes such as Mo-99/Tc-99m and radioactive iodine isotopes including I-131
CN102623078A (zh) * 2012-03-30 2012-08-01 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于混合能谱的高效核废料嬗变次临界堆芯

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