本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆，具體而言，涉及一種壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒及包含其的靶件。

背景技術(shù)：

1、60co是一種半衰期為5.2714年的β-衰變核素，發(fā)射β-和γ射線(xiàn)，β-射線(xiàn)的最大能量為0.315mev，γ射線(xiàn)的能量有1.3325mev和1.1732mev兩種。60co是一種很好的γ放射源，在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

2、國(guó)際上生產(chǎn)60co同位素的國(guó)家主要有加拿大、俄羅斯聯(lián)邦和阿根廷共和國(guó)，國(guó)內(nèi)自2008年起依靠秦山核電兩臺(tái)重水堆輻照生產(chǎn)60co。如：公開(kāi)號(hào)為cn107710333a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種使用重水型核電站生產(chǎn)放射性同位素的方法，該方法中通過(guò)在重水反應(yīng)堆的反應(yīng)性機(jī)構(gòu)甲板內(nèi)的端口中的引導(dǎo)管將靶插入重水慢化劑中，反應(yīng)堆在運(yùn)行中對(duì)靶進(jìn)行輻照，從而將所述靶轉(zhuǎn)化為放射性同位素。公開(kāi)號(hào)為cn114758810a的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種利用重水堆探測(cè)器孔道在線(xiàn)輻照生產(chǎn)同位素的裝置，可通過(guò)該裝置將同位素生產(chǎn)靶件放入重水堆中通量探測(cè)器組件內(nèi)冗余的通量探測(cè)器孔道內(nèi)，該裝置可靈活組裝和拆卸，反應(yīng)堆無(wú)需開(kāi)展永久變更，在不影響反應(yīng)堆的正常運(yùn)行的情況下在線(xiàn)生產(chǎn)多種同位素。

3、上述現(xiàn)有技術(shù)均針對(duì)重水堆提出了輻照生產(chǎn)同位素的方法，然而，加拿大和俄羅斯聯(lián)邦的重水堆機(jī)組都將面臨退役和大修，會(huì)導(dǎo)致60co同位素年產(chǎn)量下降，無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)際市場(chǎng)的需求。且由于壓水堆的堆芯結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式與重水堆有較大區(qū)別，上述方法在壓水堆內(nèi)并不適用。此外，重水堆內(nèi)平均熱中子通量密度約為2*1014n/cm2/s量級(jí)，高于壓水堆內(nèi)平均熱中子通量密度(約為4*1013n/cm2/s量級(jí))，要想使得壓水堆輻照靶件生產(chǎn)的同位素產(chǎn)量盡可能的高，需要對(duì)靶件方案進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4、因此，為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際市場(chǎng)缺口，急需擴(kuò)大60co生產(chǎn)能力。然而，國(guó)內(nèi)重水堆輻照資源有限，僅依靠重水堆無(wú)法滿(mǎn)足60co生產(chǎn)需求。與重水堆相比，國(guó)內(nèi)商用壓水堆機(jī)組多、運(yùn)行穩(wěn)定，輻照資源充足，具有大規(guī)模生產(chǎn)60co的潛力。

5、例如，國(guó)內(nèi)針對(duì)壓水堆輻照生產(chǎn)同位素開(kāi)展了一些相關(guān)研究。但基本都主要集中在14c等部分同位素生產(chǎn)中。例如對(duì)于14c生產(chǎn)，使用時(shí)將aln粉末封裝在不銹鋼靶盒中，若干靶盒軸向排列，放入不銹鋼包殼管中，所有靶盒總高度與燃料組件的活性段等高，兩端使用壓緊部件固定，構(gòu)成一根靶棒。例如對(duì)于其他同位素生產(chǎn)，還有將陶瓷形式靶材封裝在不銹鋼包殼管中，靶材高度同樣與燃料組件的活性段等高，兩端同樣使用壓緊部件固定，構(gòu)成一根靶棒。將若干靶棒及阻流塞棒連同上部支承板、彈簧、導(dǎo)向筒及壓緊桿等結(jié)構(gòu)組成一個(gè)靶件，將靶件置于燃料組件的空導(dǎo)向管中進(jìn)行同位素的輻照生產(chǎn)。

6、與國(guó)內(nèi)使用壓水堆輻照生產(chǎn)14c等大多數(shù)同位素不同，輻照生產(chǎn)60co的靶材一般為59co金屬芯塊，輻照后的芯塊一般不經(jīng)過(guò)后處理，而是從靶件中拆解出后直接組裝制成鈷源，因此要使所有芯塊出堆時(shí)60co的比活度盡可能的高，以盡量滿(mǎn)足鈷源的活度要求。而14c等大多數(shù)同位素出堆時(shí)一般需要進(jìn)行后處理以制成其他產(chǎn)品，如放射性藥物的原材料，因此14c等大多數(shù)同位素的生產(chǎn)主要考慮出堆時(shí)的總活度，對(duì)于靶材中的比活度沒(méi)有嚴(yán)格要求。

7、然而，壓水堆的熱中子通量密度約為重水堆的熱中子通量密度的1/5，同樣的鈷靶件經(jīng)過(guò)相同的輻照時(shí)長(zhǎng)后，在壓水堆中輻照的60co比活度相對(duì)較低，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)或醫(yī)療領(lǐng)域?qū)︹捲椿疃鹊囊?。因此，需要設(shè)計(jì)一種靶件方案，使其可應(yīng)用于壓水堆中，并提高在壓水堆輻照生產(chǎn)的60co比活度，滿(mǎn)足鈷源的活度要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其可應(yīng)用于壓水堆中，并提高鈷芯塊在壓水堆輻照生產(chǎn)的60co比活度，滿(mǎn)足鈷源的活度要求。

2、本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，包括外層的靶棒包殼及設(shè)置于所述靶棒包殼內(nèi)的若干靶件盒，

4、所述靶件盒包括靶件盒包殼及設(shè)置于所述靶件盒包殼內(nèi)的靶芯塊，所述靶芯塊包括沿靶件盒包殼軸向依次層疊間隔布置的鈷芯塊與鋯合金芯塊。

5、進(jìn)一步地，所述靶件盒還包括設(shè)置于所述靶件盒包殼內(nèi)的一對(duì)靶件盒端塞，一對(duì)所述靶件盒端塞分別位于所述靶芯塊的首尾兩端。

6、進(jìn)一步地，所述靶芯塊以靶件盒包殼軸向中點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)軸呈對(duì)稱(chēng)分布。

7、進(jìn)一步地，所述鈷芯塊密度為8.80±0.05g/cm3。

8、進(jìn)一步地，所述靶棒包殼及靶件盒包殼內(nèi)均充有氦氣。

9、進(jìn)一步地，所述靶棒還包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述靶棒包殼內(nèi)的一對(duì)鋯合金定位塊，一對(duì)所述鋯合金定位塊分別位于放置后的若干所述靶件盒的首尾兩端。

10、進(jìn)一步地，所述靶棒還包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述靶棒包殼內(nèi)的一對(duì)靶棒端塞，一對(duì)所述靶棒端塞分別位于一對(duì)所述靶棒的首尾兩端。

11、進(jìn)一步地，所述靶件盒與鋯合金定位塊以靶棒包殼軸向中點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)軸呈對(duì)稱(chēng)分布。

12、一種壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶件，包括多個(gè)上述的靶棒，多個(gè)所述靶棒在燃料組件中呈徑向中心對(duì)稱(chēng)分布。

13、進(jìn)一步地，所述靶棒設(shè)置有偶數(shù)個(gè)，具體地，可以為4、8、12、16、20或24個(gè)，且所述靶棒軸向高度與燃料組件活性段高度保持一致。

14、進(jìn)一步地，靶件還包括壓緊部件，以及通過(guò)螺母和銷(xiāo)釘緊固在壓緊部件的連接板上的多個(gè)阻流塞棒；多個(gè)靶棒通過(guò)螺母和銷(xiāo)釘緊固在壓緊部件的連接板上。

15、本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

16、本發(fā)明基于利用壓水堆輻照生產(chǎn)60co并提高60co比活度為目的，在靶件盒內(nèi)設(shè)置有59co鈷芯塊與鋯合金芯塊，并沿軸向間隔布置，鋯合金芯塊本身對(duì)中子吸收能力弱因而中子通量密度較大，使得與其相鄰的鈷芯塊位置的中子通量密度增大，從而減弱了相鄰鈷芯塊之間的空間自屏效應(yīng)，鈷芯塊中能譜基本不變的情況下，59co發(fā)生(n,γ)反應(yīng)生成60co的截面也基本不變，中子通量密度的增大使得59co發(fā)生(n,γ)反應(yīng)生成60co的反應(yīng)率增大，從而有效提升了鈷芯塊在堆芯內(nèi)的輻照效率；同時(shí)能夠有效提高輻照靶件在商用壓水堆中輻照特定時(shí)間后所有鈷芯塊中60co的比活度。

技術(shù)特征：

1.一種壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，包括外層的靶棒包殼及設(shè)置于所述靶棒包殼內(nèi)的若干靶件盒，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，所述靶件盒還包括設(shè)置于所述靶件盒包殼內(nèi)的一對(duì)靶件盒端塞，一對(duì)所述靶件盒端塞分別位于所述靶芯塊的首尾兩端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，所述靶芯塊以靶件盒包殼軸向中點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)軸呈對(duì)稱(chēng)分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，所述鈷芯塊密度為8.80±0.05g/cm3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，所述靶棒還包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述靶棒包殼內(nèi)的一對(duì)鋯合金定位塊，一對(duì)所述鋯合金定位塊分別位于放置后的若干所述靶件盒的首尾兩端。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，所述靶棒還包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述靶棒包殼內(nèi)的一對(duì)靶棒端塞，一對(duì)所述靶棒端塞分別位于所述靶棒的首尾兩端。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，所述靶件盒與鋯合金定位塊以靶棒包殼軸向中點(diǎn)為對(duì)稱(chēng)軸呈對(duì)稱(chēng)分布。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶棒，其特征在于，所述靶棒包殼及靶件盒包殼內(nèi)均充有氦氣。

9.一種壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶件，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的靶棒，多個(gè)所述靶棒在燃料組件中呈徑向中心對(duì)稱(chēng)分布。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓水堆中輻照生產(chǎn)60co的靶件，其特征在于，所述靶棒設(shè)置有偶數(shù)個(gè)，且所述靶棒軸向高度與燃料組件活性段高度保持一致。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，為了解決可在壓水堆中輻照生產(chǎn)<supgt;60</supgt;Co，并提高壓水堆輻照生產(chǎn)的<supgt;60</supgt;Co比活度的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種壓水堆中輻照生產(chǎn)<supgt;60</supgt;Co的靶棒，包括外層的靶棒包殼及設(shè)置于所述靶棒包殼內(nèi)的若干靶件盒，所述靶件盒包括靶件盒包殼及設(shè)置于所述靶件盒包殼內(nèi)的靶芯塊，所述靶芯塊包括沿靶件盒包殼軸向依次層疊間隔布置的鈷芯塊與鋯合金芯塊；其可應(yīng)用于壓水堆中，并提高鈷芯塊在壓水堆輻照生產(chǎn)的<supgt;60</supgt;Co比活度，滿(mǎn)足鈷源的活度要求。

技術(shù)研發(fā)人員：趙子凡,崔懷明,尹玉吉,肖鵬,吳磊,李滿(mǎn)倉(cāng),蔣朱敏,吳陸員,余紅星,黃學(xué)良,王盼,劉同先,陳長(zhǎng),趙建成,王帥,孫承偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9