RU2270488C2 - Method for radiation treatment of parts and materials by hard gamma-rays - Google Patents

Method for radiation treatment of parts and materials by hard gamma-rays Download PDF

Info

Publication number
RU2270488C2
RU2270488C2 RU2004110992/06A RU2004110992A RU2270488C2 RU 2270488 C2 RU2270488 C2 RU 2270488C2 RU 2004110992/06 A RU2004110992/06 A RU 2004110992/06A RU 2004110992 A RU2004110992 A RU 2004110992A RU 2270488 C2 RU2270488 C2 RU 2270488C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
radiation
products
materials
reactor
Prior art date
Application number
RU2004110992/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004110992A (en
Inventor
Сергей Сергеевич Абалин (RU)
Сергей Сергеевич Абалин
Владимир Александрович Павшук (RU)
Владимир Александрович Павшук
Александр Николаевич Удовенко (RU)
Александр Николаевич Удовенко
Владимир Ермолаевич Хвостионов (RU)
Владимир Ермолаевич Хвостионов
Дмитрий Юрьевич Чувилин (RU)
Дмитрий Юрьевич Чувилин
Original Assignee
Дмитрий Юрьевич Чувилин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Юрьевич Чувилин filed Critical Дмитрий Юрьевич Чувилин
Priority to RU2004110992/06A priority Critical patent/RU2270488C2/en
Publication of RU2004110992A publication Critical patent/RU2004110992A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2270488C2 publication Critical patent/RU2270488C2/en

Links

Abstract

FIELD: radiation engineering and technology; physicochemical processes for treatment of materials with dosed ionizing rays to impart new useful properties to them.
SUBSTANCE: proposed method for radiation treatment of parts and materials with hard rays of fission products accumulated in closed loop of circulating-fuel nuclear reactors involves use of ultrashort-living gaseous products of fission accumulated in liquid-fuel homogeneous reactor core which are removed with gas flow from fuel solution and conveyed over closed loop to radiation chamber accommodating parts and materials to be irradiated wherein high-strength field of gamma-rays is built up due to disintegration of ultrashort-living products of fusion; then gas flow depleted with respect to fusion products as result of their radioactive disintegration is returned to reactor core.
EFFECT: enhanced operating safety at desired gamma-ray power level; enlarged functional capabilities.
3 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области радиационной техники и технологии, то есть к производственным операциям, связанным с осуществлением химических, физико-химических процессов под воздействием ионизирующих излучений на различные вещества в целях создания новых полезных свойств за счет дозированного облучения.The invention relates to the field of radiation engineering and technology, that is, to production operations associated with the implementation of chemical, physico-chemical processes under the influence of ionizing radiation on various substances in order to create new useful properties due to dosed irradiation.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Радиационная техника - быстро развивающаяся область науки и техники, сформировавшаяся в самостоятельное направление в начале б0-х годов XX века. В качестве источников ионизирующих излучений непосредственно или косвенно могут использоваться ядерные реакторы, электрофизические установки (ускорители, нейтронные генераторы и др.), а также радионуклиды.Radiation technology is a rapidly developing field of science and technology, which formed in an independent direction in the early b0s of the XX century. Nuclear reactors, electrophysical facilities (accelerators, neutron generators, etc.), as well as radionuclides, can be used directly or indirectly as sources of ionizing radiation.

В настоящее время во всем мире реализовано около 70 радиационных процессов, накоплен значительный опыт по созданию радиационно-технологических установок [Г.А.Череватенко, Е.Д.Чистов, В.М.Кодюков "Радионуклидные источники в радиационной технике" М., Энергоатомиздат, 1989]. Наиболее распространены радиационно-химические установки, связанные с инициированием различных химических процессов в облучаемом материале. Класс биологических установок охватывает процессы биологического характера, такие, например, как стерилизация, обработка сельскохозяйственной продукции и т.д. Сюда же могут быть отнесены радиационно-технологические установки, предназначенные для лучевой терапии в ядерной медицине. Использование процессов радиационного модифицирования представляется интересным в производстве синтетических материалов, вулканизации резинотехнических изделий, ионообменных и сепарационных мембран.Currently, around 70 radiation processes have been implemented around the world, considerable experience has been gained in the creation of radiation-technological installations [G.A. Cherevatenko, E.D. Chistov, V.M.Kodyukov "Radionuclide sources in radiation technology" M., Energoatomizdat , 1989]. The most common radiation-chemical installations associated with the initiation of various chemical processes in the irradiated material. The class of biological plants covers processes of a biological nature, such as, for example, sterilization, processing of agricultural products, etc. This may also include radiation technological installations intended for radiation therapy in nuclear medicine. The use of radiation modification processes is of interest in the production of synthetic materials, vulcanization of rubber products, ion-exchange and separation membranes.

В радиационной технологии используется большое многообразие закрытых источников ионизирующих излучений, различающихся как по активности (в диапазоне 106-1015 Бк), так и по конструкциям и типоразмерам: от точечных и малогабаритных до протяженных блоков и сборок. Наибольшее применение нашли опытно-промышленные установки с источником гамма-излучения радионуклида 60Co и ускорители электронов.In radiation technology, a wide variety of sealed sources of ionizing radiation is used, differing both in activity (in the range of 10 6 -10 15 Bq), and in designs and sizes: from point and small-sized to long blocks and assemblies. The most widely used pilot plants with a gamma radiation source of the 60 Co radionuclide and electron accelerators.

Наиболее мощным источником ионизирующего излучения является ядерный реактор. Разработаны различные процессы, использующие гамма-излучение продуктов деления: облучательные устройства с отработанными тепловыделяющими элементами АЭС, радиационные контуры с циркулирующим ядерным горючим.The most powerful source of ionizing radiation is a nuclear reactor. Various processes have been developed using gamma radiation of fission products: irradiation devices with spent fuel elements of nuclear power plants, radiation circuits with circulating nuclear fuel.

Известен способ получения мощного источника гамма-излучения на основе ядерного реактора с циркуляцией топлива - газообразного гексафторида урана UF6. ["Эффективность урановых радиационных контуров с различными рабочими веществами при высокотемпературных ядерных реакторах" - В сборнике "Вопросы атомной науки и техники". Сер. Атомно-водородная энергетика, 1977 г., Вып.2(3), с.109, Авторы: Е.А.Борисов, А.Х.Брегер, Е.С.Старизный и др.]. Авторами выполнен анализ различных вариантов радиационных контуров. Показано, что наиболее мощное γ-излучение создается в радиационном контуре реактора, рабочим веществом которого служит газообразное ядерное топливо - гексафторид урана UF6.A known method of obtaining a powerful source of gamma radiation based on a nuclear reactor with fuel circulation - gaseous uranium hexafluoride UF 6 . ["The Efficiency of Uranium Radiation Circuits with Various Working Substances in High-Temperature Nuclear Reactors" - In the collection "Questions of Atomic Science and Technology". Ser. Atomic and Hydrogen Energy, 1977, Issue 2 (3), p.109, Authors: E.A. Borisov, A.Kh. Breger, E.S. Starizny and others]. The authors performed an analysis of various options for radiation contours. It is shown that the most powerful γ-radiation is generated in the radiation circuit of the reactor, the working substance of which is gaseous nuclear fuel - uranium hexafluoride UF 6 .

Высокая эффективность такого варианта радиационного контура объясняется вкладом в полную мощность излучения не только долгоживущих продуктов деления с периодом полураспада (T1/2) от нескольких суток до многих лет, но и короткоживущих, с Т1/2 всего несколько секунд, и дающих наиболее жесткое гамма-излучение.The high efficiency of this variant of the radiation circuit is explained by the contribution to the total radiation power not only of long-lived fission products with a half-life (T 1/2 ) of several days to many years, but also of short-lived ones with T 1/2 of only a few seconds, and giving the most severe gamma radiation.

Однако использование в качестве ядерного топлива газообразного гексафторида урана UF6 требует решения сложной проблемы коррозионной устойчивости конструкционных материалов, т.к. газообразное топливо, само по себе как фторид, тем более находящееся под воздействием интенсивного ионизирующего излучения, представляет собой химически агрессивную среду. Гексафторид урана UF6 в таком реакторе, а соответственно и в контуре радиационно-технологической установки, находится под высоким давлением, необходимым для обеспечения критичности реактора, что снижает безопасность энергетической установки при ее эксплуатации. Кроме того, наличие запаздывающих нейтронов в циркулирующем топливе может вызвать активацию конструкционных материалов облучательной камеры, а также повлиять на управляемость нейтронными характеристиками реактора.However, the use of gaseous uranium hexafluoride UF 6 as nuclear fuel requires solving the complex problem of corrosion resistance of structural materials, because gaseous fuel, in itself like fluoride, all the more under the influence of intense ionizing radiation, is a chemically aggressive medium. Uranium hexafluoride UF 6 in such reactor and, consequently, in the circuit of radiation-production apparatus is under a high pressure required for criticality of the reactor, which reduces the safety of the power plant during its operation. In addition, the presence of delayed neutrons in the circulating fuel can cause the activation of structural materials of the irradiation chamber, and also affect the controllability of the neutron characteristics of the reactor.

Другой способ получения интенсивного ионизирующего излучения реализуется в радиационном контуре, в котором жидкометаллический сплав (например, сплав In-Ga) циркулирует через активную зону ядерного реактора [Атомная наука и техника в СССР, М.: Атомиздат, 1977, с.96]. В этом случае источником излучения служат радиоактивные ядра, образующиеся в результате захвата нейтронов индием и галлием в активной зоне реактора. Этот способ удобен в эксплуатации, так как благодаря небольшому периоду полураспада активирующихся элементов доступ к оборудованию возможен уже через несколько дней после остановки контура. Однако для создания мощных источников гамма-излучения необходимы реакторы с большими плотностями нейтронного потока.Another method of obtaining intense ionizing radiation is implemented in a radiation circuit in which a liquid metal alloy (for example, an In-Ga alloy) is circulated through the active zone of a nuclear reactor [Atomic Science and Technology in the USSR, Moscow: Atomizdat, 1977, p. 96]. In this case, the source of radiation is radioactive nuclei formed as a result of neutron capture by indium and gallium in the reactor core. This method is convenient in operation, since due to the short half-life of the activated elements, access to the equipment is possible only a few days after the circuit stops. However, to create powerful sources of gamma radiation, reactors with high neutron flux densities are needed.

Представляет интерес способ получения гамма-излучения на базе высокотемпературного реактора типа HTGR с непрерывной циркуляцией шаровых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) по контуру радиационно-технологической установки [Богоявленский Р.Г. и др. Энергетический ядерный реактор с циркуляцией шаровых тепловыделяющих элементов. Доклад на Всесоюзном совещании по прикладной радиационной химии, г. Обнинск, ноябрь 1965]. Источником гамма-излучения служит излучение продуктов деления, накопленных в шаровых ТВЭЛах. По сравнению с отработавшими тепловыделяющими сборками АЭС этот способ позволяет увеличить мощность источника за счет использования короткоживущих продуктов деления.Of interest is a method for producing gamma radiation based on a high-temperature HTGR reactor with continuous circulation of ball fuel elements (TVEL) along the contour of a radiation-technological installation [Epiphany R.G. et al. Power nuclear reactor with circulation of ball fuel elements. Report at the All-Union Meeting on Applied Radiation Chemistry, Obninsk, November 1965]. The source of gamma radiation is the radiation of fission products accumulated in spherical fuel elements. Compared to spent fuel assemblies of nuclear power plants, this method allows increasing the source power through the use of short-lived fission products.

За прототип выбрана облучательная установка, основанная на использовании отработавших топливных элементов энергетического ядерного реактора в качестве источника интенсивного гамма-излучения продуктов деления. Источником гамма-излучения служат радиоактивные ядра продуктов деления, накопленных в урановом топливе реактора в процессе работы АЭС. Один из вариантов этого способа реализован на Ленинградской АЭС [А.Г.Емелин, С.А.Николаев, И.Е.Сомов, В.Г.Шевченко "Расчетно-экспериментальное обоснование облучательной установки из отработанных конструкций реакторов РБМК". Вестник Radtech-Euroasia, №1 (8), 1994 г., стр.83-98]. За время эксплуатации реактора большой мощности канального (РБМК) накоплено значительное количество отработанных тепловыделяющих сборок (ОТВС). Описанный способ удобен тем, что в облучательных устройствах используются отработавшие тепловыделяющие сборки, являющиеся отходами производства, и при решении задач в области радиационных технологий компенсируется часть затрат на хранение ОТВС и другие технологические нужды атомных станций.An irradiation facility based on the use of spent fuel elements of a nuclear power reactor as a source of intense gamma radiation from fission products was chosen as a prototype. The source of gamma radiation is the radioactive nuclei of fission products accumulated in the uranium fuel of the reactor during operation of the nuclear power plant. One of the variants of this method was implemented at the Leningrad NPP [A.G. Emelin, S.A. Nikolayev, I.E. Somov, V.G. Shevchenko, "Calculation and experimental justification of the irradiation plant from the spent RBMK reactor designs." Herald of Radtech-Euroasia, No. 1 (8), 1994, pp. 83-98]. During the operation of a large channel power reactor (RBMK), a significant amount of spent fuel assemblies (SFA) was accumulated. The described method is convenient in that the spent fuel assemblies, which are waste products, are used in irradiation devices, and when solving problems in the field of radiation technologies, part of the cost of storing SFAs and other technological needs of nuclear plants is compensated.

Однако при реализации этого способа должны быть приняты технические и организационные меры по поддержанию заданных параметров облучательной установки, поскольку интенсивность распада ПД снижается во времени, для чего необходимо предусмотреть периодическую замену ОТВС.However, when implementing this method, technical and organizational measures must be taken to maintain the specified parameters of the irradiation installation, since the decay rate of the PD decreases in time, for which it is necessary to provide for the periodic replacement of the SFA.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение уровня безопасности радиационной обработки изделий и материалов для радиационных технологий при сохранении уровня мощности гамма-излучения и расширение технологических возможностей.The task to which the invention is directed is to increase the level of safety of radiation processing of products and materials for radiation technologies while maintaining the level of gamma radiation power and expanding technological capabilities.

Поставленная задача решена тем, что в способе радиационной обработки изделий и материалов жестким гамма-излучением продуктов деления, накопленных в отработавших топливных элементов энергетического ядерного реактора, в качестве продуктов деления используют накопленные в активной зоне гомогенного ядерного реактора с жидким ядерным топливом газообразные продукты деления - радионуклиды криптона, ксенона и их дочерние изотопы, которые с газовым потоком удаляют из топлива и направляют по замкнутому контуру в облучательную камеру, в которой размещают облучаемые изделия и материалы и где в результате распада газообразных продуктов деления - радионуклидов криптона, ксенона и их дочерних изотопов, создают источник гамма-излучения, а затем газовый поток, обедненный по продуктам деления в результате их радиоактивного распада, возвращают в активную зону ядерного реактора.The problem is solved in that in the method of radiation processing of products and materials by hard gamma radiation of fission products accumulated in spent fuel elements of a nuclear power reactor, fission products - radionuclides accumulated in the active zone of a homogeneous nuclear reactor with liquid nuclear fuel - are used as fission products krypton, xenon and their daughter isotopes, which are removed from the fuel with a gas stream and sent in a closed circuit to the irradiation chamber, in which they place irradiated products and materials and where, as a result of the decay of gaseous fission products - radionuclides of krypton, xenon and their daughter isotopes, they create a gamma radiation source, and then the gas stream depleted in fission products as a result of their radioactive decay is returned to the nuclear core the reactor.

В частном варианте в качестве циркулирующего топлива используют водный раствор солей урана, например уранил-сульфат UO2SO4.In a particular embodiment, an aqueous solution of uranium salts, for example, uranyl sulfate UO 2 SO 4, is used as circulating fuel.

В другом частном варианте в качестве циркулирующего топлива используют соединения урана - 233, и /или урана - 235, и/или плутония - 239.In another particular embodiment, compounds of uranium - 233, and / or uranium - 235, and / or plutonium - 239 are used as circulating fuel.

Возможность использования в ядерных реакторах гомогенного жидкого топлива была успешно продемонстрирована еще в 50-60-х годах. По публикациям тех лет известно, что в мире действовало более 20 исследовательских реакторов с топливом на основе водных растворов солей урана. К ним относятся реакторы: HRE-1, HRE-2, LOPO, HYPO, SUPO и др. [Тищенко В.А., Смирнов Ю.В., Раевский И.И. Исследовательские реакторы США: обзорная информация АИНФ, 588, М., ЦНИИАтоминформ, 1984]. Все эти реакторы в качестве топлива используют водный раствор уранил-сульфата UO2SO4 с различным обогащением по изотопу 235U, отражателем служит графит, замедлителем и теплоносителем - вода.The possibility of using homogeneous liquid fuels in nuclear reactors was successfully demonstrated back in the 1950s and 1960s. According to publications of those years, it is known that more than 20 research reactors with fuel based on aqueous solutions of uranium salts operated in the world. These include reactors: HRE-1, HRE-2, LOPO, HYPO, SUPO, etc. [Tishchenko VA, Smirnov Yu.V., Raevsky II US Research Reactors: AINF Review, 588, M., Central Research Institute of Atominform, 1984]. All these reactors use an aqueous solution of uranyl sulfate UO 2 SO 4 with various enrichment in the 235 U isotope as fuel, graphite is a reflector, water is a moderator and a coolant.

Реакторы с гомогенным растворным топливом имеют ряд преимуществ по сравнению с реакторами на твердом топливе. Они обладают отрицательным температурным и мощностным эффектами реактивности, что обеспечивает их высокую ядерную безопасность. Значительно упрощается конструкция активной зоны: отсутствуют оболочки ТВЭЛов, дистанционирующие решетки и другие детали, ухудшающие нейтронные характеристики реактора. Процедура приготовления раствора существенно дешевле изготовления ТВЭЛов. Загрузка (заливка) растворного топлива также намного проще, что позволяет при необходимости изменять концентрацию делящегося материала в топливе или объем раствора. В активной зоне растворного реактора благодаря хорошим условиям переноса тепла невозможно образование локальных перегревов, вызываемых перекосом полей энерговьщеления. Эти реакторы просты и надежны в эксплуатации, не требуют для обслуживания многочисленного персонала.Homogeneous liquid fuel reactors have several advantages over solid fuel reactors. They have negative temperature and power effects of reactivity, which ensures their high nuclear safety. The design of the core is greatly simplified: there are no claddings for fuel rods, spacing grids, and other parts that degrade the neutron characteristics of the reactor. The procedure for preparing the solution is significantly cheaper than the manufacture of fuel rods. Loading (pouring) mortar fuel is also much simpler, which allows you to change the concentration of fissile material in the fuel or the volume of the solution if necessary. In the active zone of the solution reactor, due to the good heat transfer conditions, the formation of local overheating is impossible due to the skewness of the energy-deposition fields. These reactors are simple and reliable in operation, do not require numerous personnel for maintenance.

По сравнению с другими видами циркулирующего гомогенного ядерного топлива, такими, например, как гексафторид урана UF6, водный раствор солей урана обладает рядом следующих преимуществ:Compared with other types of circulating homogeneous nuclear fuel, such as, for example, uranium hexafluoride UF 6 , an aqueous solution of uranium salts has several of the following advantages:

низкая температура топливного раствора в реакторе (Т<100°С);low temperature of the fuel solution in the reactor (T <100 ° C);

высокая растворимость солей урана в воде, обеспечивающая возможность создания компактной активной зоны реактора;high solubility of uranium salts in water, which makes it possible to create a compact reactor core;

низкая коррозионная активность топливного раствора и наличие конструкционных материалов, работающих в этих условиях.low corrosiveness of the fuel solution and the presence of structural materials working in these conditions.

Сегодня в России действуют несколько реакторов с растворным топливом: ИИН, ВИР, ИГРИК, ГИДРА, АРГУС, работающих как в стационарном, так и импульсном режиме. Развитие растворных реакторов проводилось в следующих двух направлениях:Today in Russia there are several reactors with solution fuel: IIN, VIR, IGRIK, HYDRA, ARGUS, operating both in stationary and pulse mode. The development of mortar reactors was carried out in the following two directions:

создание импульсных растворных реакторов для исследования динамики, импульсного воздействия излучения на материалы и оборудование, наработки короткоживущих изотопов, активационного анализа;creation of pulsed solution reactors for studying dynamics, pulsed effects of radiation on materials and equipment, operating time of short-lived isotopes, activation analysis;

разработка и создание исследовательских мини-реакторов стационарной мощности 20-50 кВт.development and creation of research mini-reactors of stationary power of 20-50 kW.

Из опыта работы стационарного растворного реактора "Аргус" известно, что радиоактивные газы не образуют в растворном топливе устойчивых химических соединений и большей частью выходят из раствора, оставаясь в газовой фазе над поверхностью жидкости [Лобода С.В., Петрунин Н.В., Чарнко В.Е., Хвостионов В.Е. Вынос продуктов деления из топлива растворного реактора // Атомная энергия, т. 67, вып.6, декабрь 1989, стр.432-433]. Механизм выноса инертных газов осколочного происхождения из топливного раствора связан с так называемым "радиолитическим кипением" в растворных реакторных системах, которое предполагает образование зародышей газовых пузырьков на треках осколков деления. Согласно этой модели, вначале на треках осколков деления зарождаются паровые пузырьки, которые, остывая и сжимаясь, переходят в газовые, содержащие продукты радиолитического разложения воды - водород и кислород. Атомы радиоактивных газов, попадая в газовые пузырьки, выносятся из топливного раствора. Время выхода пузырьков радиолитического газа составляет всего несколько секунд, что обеспечивает возможность выноса и относительно короткоживущих радиоизотопов. Оказавшись в газовой оболочке, изотоп "всплывает" к границе раздела жидкость-газ и переходит в свободный объем над поверхностью растворного топлива.It is known from the operating experience of the Argus stationary solution reactor that radioactive gases do not form stable chemical compounds in solution fuel and mostly leave the solution, remaining in the gas phase above the liquid surface [Loboda SV, Petrunin NV, Charnko V.E., Khvostionov V.E. Removal of fission products from the fuel of a solution reactor // Atomic Energy, vol. 67, issue 6, December 1989, pp. 432-433]. The mechanism of the removal of inert gases of fragmentation origin from the fuel solution is associated with the so-called "radiolytic boiling" in solution reactor systems, which involves the formation of gas bubble nuclei on the tracks of fission fragments. According to this model, first vapor bubbles form on the tracks of fission fragments, which, cooling and contracting, pass into gas bubbles containing the products of radiolytic decomposition of water - hydrogen and oxygen. Atoms of radioactive gases, falling into gas bubbles, are carried out from the fuel solution. The release time of the radiolytic gas bubbles is only a few seconds, which makes it possible to carry out relatively short-lived radioisotopes. Once in the gas envelope, the isotope “pops up” to the liquid-gas interface and passes into the free volume above the surface of the solution fuel.

О практическом отсутствии над раствором радиоизотопов йода и о сильном преобладании изотопов криптона и ксенона свидетельствуют результаты исследований проб газа, взятых из внутреннего объема импульсного растворного реактора ВИР-2М через 2-3 мин после его останова [Воинов А.М., Колосов В.Ф., Матвеенко А.С. и др. Водный импульсный реактор ВИР-2М и его предшественники. // В сборнике Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физики ядерных реакторов, 1990, вып.3, стр.3-15]. Было установлено, что в радиационно значимых количествах в пробах присутствуют только изотопы криптона и ксенона, а также дочерние продукты их распада - короткоживущие нуклиды рубидия и цезия. Основные радионуклиды, присутствующие в воздушной полости реактора, период полураспада которых превышает 1с, приведены ниже:The practical absence of iodine radioisotopes over the solution and the strong predominance of krypton and xenon isotopes are evidenced by the results of studies of gas samples taken from the internal volume of the VIR-2M pulsed solution reactor 2-3 minutes after its shutdown [Voinov AM, Kolosov V.F ., Matveenko A.S. et al. Water pulse reactor VIR-2M and its predecessors. // In the collection Questions of atomic science and technology. Ser. Physics of Nuclear Reactors, 1990, issue 3, pp. 3-15]. It was found that in radiation-significant quantities, only krypton and xenon isotopes are present in the samples, as well as daughter products of their decay - short-lived rubidium and cesium nuclides. The main radionuclides present in the air cavity of the reactor, whose half-lives exceed 1s, are given below:

85m,85,87,88,89,90,9Kr→88,89,90m,90Rb→89,90Sr 85m, 85.87.88.89.90.90 Kr → 88.89.90m, 90 Rb → 89.90 Sr

133,135m,135,137,138,139,140Xe→137,138,139,140Cs→137m,139,140Ba. 133.135m, 135.137,138,139,140 Xe → 137,138,139,140 Cs → 137m, 139,140 Ba.

В спектре излучения этих радионуклидов присутствуют жесткие гамма-кванты с энергией 4 МэВ и выше [Н.Г.Гусев, П.П.Дмитриев Квантовое излучение радиоактивных нуклидов, М.: Атомиздат, 1977].The radiation spectrum of these radionuclides contains hard gamma rays with an energy of 4 MeV and higher [N. G. Gusev, P. P. Dmitriev Quantum radiation of radioactive nuclides, M .: Atomizdat, 1977].

На чертеже представлена схема способа радиационной обработки изделий и материалов жестким гамма-излучением.The drawing shows a diagram of a method of radiation processing of products and materials by hard gamma radiation.

Активная зона реактора представляет собой цельнометаллический сварной корпус 1 цилиндрической формы с полусферическим дном, который соединен с газовым контуром, содержащим циркуляционный насос 2 и облучательную камеру 3 для размещения облучаемых изделий и материалов. Внутри корпуса также расположен змеевик охлаждения 4 и трассы подачи топливного раствора 5. Корпус реактора окружен боковым и нижним торцевым графитовым отражателем (не показаны). Газообразные продукты радиолиза топливного раствора регенерируют с помощью устройства, включающего каталитический рекомбинатор 6, теплообменник 7 и трубопровод 8, которые вместе с корпусом реактора образуют герметичную систему. Для обеспечения дистанционного управления газовыми потоками имеются вентили 9 с электромеханическими приводами.The reactor core is an all-metal welded casing 1 of a cylindrical shape with a hemispherical bottom, which is connected to a gas circuit containing a circulation pump 2 and an irradiation chamber 3 for accommodating the irradiated products and materials. A cooling coil 4 and a fuel solution supply path 5 are also located inside the vessel. The reactor vessel is surrounded by a lateral and lower end graphite reflector (not shown). The gaseous products of radiolysis of the fuel solution are regenerated using a device comprising a catalytic recombiner 6, a heat exchanger 7 and a pipe 8, which together with the reactor vessel form a sealed system. To ensure remote control of gas flows, there are valves 9 with electromechanical actuators.

Пример осуществления способаAn example of the method

Растворный ядерный реактор с радиационным контуром.Solution nuclear reactor with a radiation circuit.

В качестве реакторной установки, предназначенной для использования в области радиационных технологий, выбран исследовательский реактор "Аргус" с замкнутым газовым контуром.As a reactor designed for use in the field of radiation technology, the Argus research reactor with a closed gas circuit was selected.

Топливом реактора служит водный раствор уранил-сульфата, обогащенный по изотопу 235U до 90%, концентрацией по урану до 73,2 г/л. Объем, топливного раствора 22 л. Максимальная мощность реактора 20 кВт. Элементы активной зоны, находящиеся в длительном контакте с топливным раствором, и газовый контур выполнены из нержавеющей стали 0Х18Н10Т.The reactor fuel is an aqueous solution of uranyl sulfate, enriched in the 235 U isotope up to 90%, with a uranium concentration of up to 73.2 g / l. Volume, fuel solution 22 l. The maximum power of the reactor is 20 kW. Elements of the active zone in continuous contact with the fuel solution and the gas circuit are made of stainless steel 0X18H10T.

Водный раствор уранил-сульфата UO2SO4 через трассу подачи 5 заливают в активную зону ядерного реактора, представляющую собой корпус 1 с толщиной стенки 5 мм и диаметром 300 мм, в которой поддерживают условия протекания цепной реакции деления в растворном топливе. Затем корпус герметизируют и подсоединяют к петлевому газовому контуру, содержащему циркуляционный насос 2 и облучательную камеру 3. В результате реакции деления урана-235 или ядер других расщепляющихся материалов в растворном топливе нарабатываются радиоизотопы, в том числе газообразные, которые, не вступая в химическую реакцию с топливом или осколочными элементами, поступают в свободное пространство над поверхностью жидкости за счет механизма выноса, связанного с радиолитическим кипением. Съем тепла осуществляется помощью змеевика охлаждения 4. Удаление газовой фракции из свободного объекта над зеркалом жидкости осуществляют с помощью циркуляционного насоса 2. С газовыми потоками радиоизотопы по герметичному контуру направляют в облучательную камеру, в которой размещают изделия и материалы, подвергаемые радиационному воздействию, и где, в результате распада радиоактивных ядер продуктов деления, создают интенсивное поле гамма-излучения. Затем газовый поток возвращают в реакторный объем. При этом газообразные продукты радиолиза топливного раствора регенерируют с помощью устройства, включающего каталитический рекомбинатор 6, теплообменник 7 и трубопровод 8. Дистанционное управление газовыми потоками осуществляют вентилями 9 с электромеханическими приводами.An aqueous solution of uranyl sulfate UO 2 SO 4 through the feed path 5 is poured into the active zone of a nuclear reactor, which is a housing 1 with a wall thickness of 5 mm and a diameter of 300 mm, in which the conditions of the fission chain reaction in solution fuel are maintained. Then the housing is sealed and connected to a loop gas circuit containing a circulation pump 2 and an irradiation chamber 3. As a result of the fission of uranium-235 or the nuclei of other fissile materials, radioisotopes are produced in the solution fuel, including gaseous ones, which, without entering into a chemical reaction with fuel or shrapnel elements enter the free space above the surface of the liquid due to the removal mechanism associated with radiolytic boiling. Heat is removed by means of a cooling coil 4. The gas fraction is removed from a free object above a liquid mirror by means of a circulation pump 2. With gas flows, the radioisotopes in a sealed circuit are sent to an irradiation chamber in which products and materials exposed to radiation are placed, and where, as a result of the decay of the radioactive nuclei of fission products, an intense gamma radiation field is created. Then the gas stream is returned to the reactor volume. In this case, the gaseous products of radiolysis of the fuel solution are regenerated using a device including a catalytic recombiner 6, a heat exchanger 7 and a pipe 8. Remote control of gas flows is carried out by valves 9 with electromechanical actuators.

Предложенный способ радиационной обработки изделия и материалов жестким гамма-излучением с использованием исследовательского ядерного реактора с растворным топливом, по сравнению с другими, гораздо проще в реализации и эксплуатации, при этом обеспечивается надежность выполнения требований радиационной и экологической безопасности. Облучательная камера может быть выполнена в зависимости от конфигурации объекта радиационной обработки в различных вариантах, а обслуживание реактора и установки в целом не требует многочисленного персонала.The proposed method for the radiation treatment of the product and materials with hard gamma radiation using a research nuclear reactor with solution fuel, in comparison with others, is much easier to implement and operate, while ensuring the reliability of fulfilling the requirements of radiation and environmental safety. The irradiation chamber can be made depending on the configuration of the radiation treatment object in various versions, and the maintenance of the reactor and installation as a whole does not require numerous personnel.

Claims (3)

1. Способ радиационной обработки изделий и материалов гамма-излучением продуктов деления, накопленных в замкнутом контуре ядерного реактора с циркулирующим топливом, отличающийся тем, что в качестве продуктов деления используют накопленные в активной зоне гомогенного ядерного реактора с жидким ядерным топливом газообразные продукты деления, которые с газовым потоком удаляют из топлива и направляют по замкнутому контуру в облучательную камеру, в которой размещают облучаемые изделия и материалы и где в результате распада газообразных продуктов деления создают источник гамма-излучения, а затем газовый поток, обедненный по продуктам деления в результате их радиоактивного распада, возвращают в активную зону ядерного реактора.1. The method of radiation treatment of products and materials by gamma radiation of fission products accumulated in a closed loop of a nuclear reactor with circulating fuel, characterized in that as fission products use gaseous fission products accumulated in the active zone of a homogeneous nuclear reactor with liquid nuclear fuel, which are the gas stream is removed from the fuel and sent in a closed circuit to the irradiation chamber, in which the irradiated products and materials are placed and where, as a result of the decomposition of gaseous Recreatives Products division creating a source of gamma radiation and then a gas stream depleted of fission products as a result of radioactive decay is returned to the nuclear reactor core. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве циркулирующего топлива используют водный раствор солей урана, например, уранил-сульфат UO2SO4.2. The method according to claim 1, characterized in that as the circulating fuel use an aqueous solution of uranium salts, for example, uranyl sulfate UO 2 SO 4 . 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве циркулирующего топлива используют соединения урана-233, и/или урана-235, и/или плутония-239.3. The method according to claim 1, characterized in that the compounds of uranium-233 and / or uranium-235 and / or plutonium-239 are used as circulating fuel.
RU2004110992/06A 2004-04-14 2004-04-14 Method for radiation treatment of parts and materials by hard gamma-rays RU2270488C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004110992/06A RU2270488C2 (en) 2004-04-14 2004-04-14 Method for radiation treatment of parts and materials by hard gamma-rays

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004110992/06A RU2270488C2 (en) 2004-04-14 2004-04-14 Method for radiation treatment of parts and materials by hard gamma-rays

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004110992A RU2004110992A (en) 2005-10-20
RU2270488C2 true RU2270488C2 (en) 2006-02-20

Family

ID=35862632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004110992/06A RU2270488C2 (en) 2004-04-14 2004-04-14 Method for radiation treatment of parts and materials by hard gamma-rays

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2270488C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008018814A1 (en) * 2006-08-04 2008-02-14 Mikhail Jurievich Savinov Method and device for purifying and separating a heavy component concentrate in such a way that light gas isotopes are obtained

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106484948A (en) * 2016-09-12 2017-03-08 中国核电工程有限公司 A kind of evaluation method of nuclear power plant effluent radiation effect

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008018814A1 (en) * 2006-08-04 2008-02-14 Mikhail Jurievich Savinov Method and device for purifying and separating a heavy component concentrate in such a way that light gas isotopes are obtained

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004110992A (en) 2005-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9443629B2 (en) Techniques for on-demand production of medical isotopes such as Mo-99/Tc-99m and radioactive iodine isotopes including I-131
JP5461435B2 (en) Method and apparatus for producing radioisotopes or treating nuclear waste
JP5118297B2 (en) Isotope generation method
US8873694B2 (en) Primary neutron source multiplier assembly
JP5522566B2 (en) Radioisotope production method and apparatus
Boldyrev et al. The Russian ARGUS solution reactor HEU-LEU conversion: LEU fuel preparation, loading and first criticality
RU2270488C2 (en) Method for radiation treatment of parts and materials by hard gamma-rays
Youker et al. Compendium of Phase-I Mini-SHINE Experiments
RU2276816C2 (en) Method for producing strontium-89 radioisotope
Mantecon Investigation of the effects of radiolytic-gas bubbles on the long-term operation of solution reactors for medical-isotope production
RU2155399C1 (en) Strontium-89 radioisotope production process
JP2010223944A (en) Method and device for producing radioisotope
RU2276817C2 (en) Method for producing strontium-89 radioisotope
JP2010223940A (en) Method and device for producing radioisotope
RU2155398C1 (en) Radioisotope strontium-89 production process
Marguet et al. Fuel Cycle Physics
Baik Feasibility study on the medical isotopes production with solution target using OSTR:(99) Mo and related isotopes
Samsonov et al. Fission fragment sorption in the nuclear reactor primary circuit. Part 2. The experimental study of sorption parameters in loop
Kozar' Increasing 129I transmutation efficiency
JP2020034282A (en) Neutron supply apparatus and neutron supply method
WASTE ACCELERATOR-DRIVEN TRANSMUTATION OF WASTE (ATW)
Beattie Environmental aspects of nuclear power
Scheme INCREASING 129 I TRANSMUTATION EFFICIENCY
Miasnikov New nuclear technologies will help to ensure the public trust and further development of research reactors
Giffen DESIGN OF AN APPARATUS FOR PILE IRRADIATION OF AQUEOUS SOLUTIONS AT HIGH TEMPERATURE AND PRESSURE WITH CIRCULATING FLOW FOR USE IN THE L 42 POSITION OF THE MTR

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070415

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20081220

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100415