(57)【要約】      （修正有）【課題】安全でより簡単な取扱い及び回収を可能とする放射性同位元素生成用の照射ターゲットホルダとその生成方法を提供する。【解決手段】照射ターゲットホルダ１００は、動作中の商用核炉心３５の内側の開放位置に設けられ、前記炉心３５の垂直な底部・上部におけるまたはホルダを核燃料反応に直接曝すそれらの間の任意の位置における端部に配置され、既存の炉構造と連結できる端部・全体形状を有する一方、燃料４５および減速材と密接にフィットしつつかつそこから容易に除去でき、また、照射ターゲット１５１・娘生成物を保持する任意の炉適合材料で製造される。さらに、炉停止中に設置することができるとともに、移動のリスク／動作との干渉なしで動作中に照射することもでき、他の炉心構造・燃料から独立して前記炉心３５から回収できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電に使用される熱を発生させる商用原子炉（１０）内で所望の同位元素を生成する方法であって、
発電に使用される熱を発生させるために前記原子炉（１０）を動作させるステップであって、前記炉（１０）は、前記原子炉（１０）の炉心（３５）内で、前記炉心内の全ての側面から燃料（４０）および減速材に直接曝されかつ動作中に前記炉（１０）の外側からアクセスできないポジション（７５）に照射ターゲットホルダ（１００）を備えた前記原子炉（１０）を動作させるステップを含み、
前記照射ターゲットホルダ（１００）は、前記燃料（４０）から独立して移動可能であり、１バーンを超える熱中性子吸収断面積および９０未満の原子番号を有する照射ターゲット（１５１）を不透過的に含み、
前記動作は、前記照射ターゲットホルダ（１００）に中性子束を照射して前記照射ターゲット（１５１）から所望の娘生成物を生成する方法。
【請求項２】
前記ポジション（７５）からスタートアップソースホルダを除去するステップと、
前記ポジションに前記照射ターゲットホルダ（１００）を設置するステップとをさらに含み、
前記除去および設置が非動作期間中に行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記照射ターゲットホルダ（１００）を前記ポジション（７５）から回収するステップをさらに含み、
前記回収が非動作期間中に行われる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記回収は、前記照射ターゲットホルダ（１００）を曝すとともに、前記照射ターゲットホルダ（１００）にアクセスするように前記照射ターゲットホルダ（１００）に直接隣接した少なくとも１つの燃料集合体（４０）を移動させるステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記照射ターゲット（１５１）は、少なくとも０．１キログラムのコバルト−５９である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ポジション（７５）は、前記照射ターゲットホルダ（１００）が前記減速材に直接接触するように前記減速材に直接接触しており、前記照射ターゲットホルダ（１００）は、前記減速材内で移動可能である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記動作は複数カ月にわたって行われ、前記照射ターゲットホルダ（１００）は前記動作中に前記炉（１０）内部で封止され、前記照射ターゲット（１５１）は前記動作中に中性子を生成しない、請求項１記載の方法。
【請求項８】
原子炉炉心（３５）内に自由に配置するための照射ターゲットホルダ（１００）であって、
原子炉炉心（３５）内の非燃料構造（７０）の中に設置するように成形された下端と、
内部空洞（１５０）内で不透過的に封止された照射ターゲット（１５１）と
を備え、前記照射ターゲット（１５１）は、非核分裂性であるとともに中性子源でない照射ターゲットホルダ（１００）。
【請求項９】
前記非燃料構造（７０）は、前記炉心の底部でコアプレート（７０）であり、前記下端は、前記コアプレート（７０）中のスタートアップソースホルダのための穴（７５）の中に設置するように成形されており、
前記炉心（３５）の上部でトップガイド（４５）の中に設置するように成形された上端をさらに備え、前記内部空洞（１５０）は、前記上端と前記下端の間に配置される、請求項８記載のターゲットホルダ（１００）。
【請求項１０】
前記下端から水平方向に延びる複数のフィン（１１０）であって、各前記フィン（１１０）は前記コアプレート（７０）上方の燃料キャスティング（４８）の中にフィットするように成形されている複数のフィン（１１０）と、
前記内部空洞（１５０）から分けられ中性子減速材を収容する減速材空洞（１５２）であって、前記内部空洞（１５０）および前記減速材空洞（１５２）は垂直に少なくとも８フィート延びる減速材空洞（１５２）と
をさらに備える、請求項９記載のターゲットホルダ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同位元素を生成する方法および照射ターゲットホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示されるように、従来から、原子力発電所は、原子力を発生させるために燃料と炉内部構造物とからなる様々な構成を有する原子炉圧力容器１０を備える。例えば、容器１０は、燃料集合体４０などの燃料構造を格納する核燃料炉心３５を囲む炉心シュラウド３０を備えることができる。炉心３５は、トップガイド４５およびコアプレート７０によって垂直に束縛することができる。燃料集合体４０は、コアプレート７０とトップガイド４５の間に延びるとともにそれらの中に設置することができ、これらは集合体４０の端部を受け入れるように形成されたいくつかの開口を備えることができる。他の炉心構造、例えば、制御要素および計装管は、コアプレート７０および／またはトップガイド４５を通じて、ならびに／あるいはコアプレート７０および／またはトップガイド４５の間に同様に延びることができる。１つまたは複数の制御棒駆動部１は、容器１０の下方に配置され、炉心３５内で燃料集合体４０の間に延びる制御棒ブレードまたは他の制御要素に接続することができる。
【０００３】
環状ダウンカマ領域２５は、炉心シュラウド３０と容器１０の間に形成することができ、この間を通じて流体冷却材および減速材は、炉心下部プレナム５５の中に流れ込む。例えば、米国の軽水炉型では、流体は浄化された水であり得、一方、天然ウラン型炉では、流体は浄化された重水であり得る。ガス冷却型炉では、流体冷却材は、ヘリウムなどのガスであり得、減速は他の構造により行われる。流体は、炉心下部プレナム５５から炉心３５を通じて上向きに流れることができる。沸騰水型炉では、水と蒸気の混合物は燃料炉心３５から退出し、シュラウド頭部６５の下で炉心上部プレナム６０に入る。
【０００４】
原子炉は、動作サイクル全体にわたって出力運転を支える新しい燃料が定期的に燃料補給される。燃料補給のためにシャットダウン中、容器１０は冷却され、減圧され、およびフランジ９０にある上側ヘッド９５を除去することによる開放される。炉内部構造物にアクセスする場合、装備はずらすまたは除去することができ、燃料バンドル集合体４０の一部または全部は、炉心３５内で再配置および／または移動することができる。他の内部構造物および外部構造物への保全は、そのような停止中に行うことができる。
【０００５】
図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、１つまたは複数の燃料支持キャスティング４８は、コアプレート７０に設置および／またはコアプレート７０を通じて延在することができる。キャスティング４８は、燃料集合体および／または制御要素を受け入れるためにいくつかのオリフィス４９を備え、それらを互いに対しておよびコアプレート７０に対して並べ、そのようなコンポーネントを通じて冷却材を上に向けることができる。キャスティング４８は、コアプレート７０上の他の空間を維持しつつ、いくつかの燃料集合体を様々なオリフィス４９内に収納することができる。例えば、計装管５０は、コアプレート７０を貫き、キャスティング４８の隣に配置することができ、管５０がキャスティング４８内に配置されたいくつかの燃料集合体に隣接して垂直に延びることを可能にする。
【０００６】
同様に、１つまたは複数のソースホルダ貫通部７５は、キャスティング４８に隣接したコアプレート７０の中に延びることができる。ソースホルダ貫通部７５は、かなりのかつ検出可能な中性子スペクトルを放出する封止したカリホルニウムまたはプルトニウムベリリウム同位元素などのスタートアップソースを保持することができ、これは、完全に新品の燃料を備えた新しい炉心内で核分裂連鎖反応を確実に開始し、または自然発生的な核分裂が燃焼済み燃料において当てにならないときには過度に長いシャットダウン期間の後である。共同所有の２０１４年１２月１４日付けの「Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｍａｎｕａｌ」の５．１章は、役立つ技術的背景を説明しており、参照により全体として本明細書に組み込まれる。図２Ｂの上面図に示されるように、ソースホルダ貫通部７５は、ソースを計装管５０と所望の静止関係に配置することができ、貫通部７５内のソースからの中性子の検出を可能にして、スタートアップ中の核分裂を通じて発生する中性子と、キャスティング４８内の燃料集合体とを比較する。このように、コアプレート７０およびキャスティング４８は、いくつかの異なる炉心コンポーネントを炉心の基部に半径方向／水平方向に並べることができ、それらは、炉心の軸方向／垂直方向の広がり全体にわたって所望のポジショニングを維持することを確実にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／００８７４５４号明細書
【発明の概要】
【０００８】
例示実施形態は、自由な炉心ポジションで照射を受けるとともに原子炉炉心内で封止される材料のためのホルダ備える。例示実施形態は、中性子発生燃料および減速材の近傍に、炉心内のホルダを配置するために、炉コンポーネントとはめ合うまたは他の方法で連結する下端および／または上端を備えることができる。ホルダは、所望のターゲットを格納する任意の形状およびサイズの内部空洞の中などに、照射ターゲットと中性子束の照射によって生成された娘生成物とを堅固に封じ込めることはできる。一例として、ホルダは、炉心の底部で既存のコアプレートおよび／または燃料キャスティングと最小に連結するように成形され、炉心の上部でトップガイド開口までまたがることができ、結果として得られたそのような例示のホルダは、両端で炉心に固定されるが、そこから容易に取り外し可能であり、一方、さもなければ、炉心内の開放空間にホルダを配置する。そのような空間は、例えば、未使用のスタートアップソースホルダによって空けることができる。照射ターゲットは、ホルダ内のポジションで出会った中性子束を吸収することができる。
【０００９】
例示的方法は、ターゲットホルダを動作中の原子炉の中に設置し照射することを含む。ホルダは、動作中の炉心内で出会った放射によるより高い照射のために、ホルダと燃料および／または減速材との間に何の構造もない状態で、例示の方法における燃料炉心内に直接配置され得る。例えば、ホルダは、従来の炉心コンポーネントによって空にされたポジションに配置することができ、ホルダは、そのようなポジションに適合するように特に成形および寸法決めされ得る。動作中、設置したホルダは、設置されたところで反応度に大きく寄与することなく、炉心内で静止したままであり、吸収および潜在的な放射性崩壊によってより大量の所望の娘生成物を生成することができる。数か月の動作サイクルまたは他の動作期間の後で、ホルダは、燃料または他の炉心構造を巻き込むことなく核炉心から回収することができるが、ホルダは、そのような動作中に減速材中でシールドされたままであり得、より安全でより簡単な取り扱いおよび収穫を可能にする。
【００１０】
例示実施形態は、添付図面を詳細に説明することによってより明らかになろう。ここで、同じ要素は、同じ参照符号によって表され、これらは例示によって与えられるものにすぎず、したがってそれらが示す用語を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】関連技術の原子力発電容器および内部構造物の図である。
【図２Ａ】関連技術のコアプレートおよび燃料支持キャスティングの図である。
【図２Ｂ】関連技術のコアプレートおよび燃料支持キャスティングの図である。
【図３】原子炉炉心に設置された例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダの図である。
【図４】燃料キャスティング間に設置された例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダの詳細図である。
【図５Ａ】例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダの断面図である。
【図５Ｂ】例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダの断面図である。
【図６】例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダ内のより高い活性化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
これは特許文書であるため、本文書を読んで理解するとき、構成の一般的な広いルールが適用されるべきである。本文書中に記載および図示されたあらゆることは、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる主題の一例である。本明細書中に開示された任意の特定の構造および機能の詳細は、例示実施形態を作製または使用するやり方、または方法を使用するやり方を説明するためのものにすぎない。本明細書中に具体的に開示されてないくつかの異なる実施形態は、特許請求の範囲に含まれ、したがって、特許請求の範囲は、多くの代替の形態で具体化することができ、本明細書中に記載された例示実施形態だけに限定されると解釈されるべきではない。
【００１３】
第１、第２などの用語は、様々な要素を説明するために本明細書中に使用され得るが、これらの要素はこれら用語によって限定されるべきではないことを理解されよう。これらの用語は、ある要素と別の要素を区別するために使用されるのにすぎない。例えば、例示実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ばれてもよく、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ばれてもよい。本明細書中に使用されるとき、用語「および／または」は、関連して列挙された項目のうちの１つまたは複数のいずれかおよび全部の組み合わせを含む。
【００１４】
ある要素が別の要素に「接続される」、「結合される」、「はめ合わされる」、「取り付けられる」、または「固定される」と呼ばれるとき、ある要素は、他の要素に直接に接続または結合されてもよく、あるいは介在する要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と呼ばれるとき、介在する要素が存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語は、同様に解釈されるべきである（例えば、「間に」対「直接間に」、「隣接して」対「直接隣接して」など）。同様に、「通信可能に接続される」などの用語は、無線で接続されるまたはそうでない中間装置、ネットワークなどを含む２つの装置間の情報交換ルートの全ての変形例を含む。
【００１５】
本明細書中に使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、言葉が「だけ（ｏｎｌｙ）」、「単一の」および／または「１つの」のような単語を用いて明示的に他のものを示さない限り、単数形と複数形の両方を含むことが意図される。用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書中に使用されるとき、述べた特徴、ステップ、動作、要素、アイデアおよび／またはコンポーネントの存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、ステップ、動作、要素、コンポーネント、アイデア、および／またはそれらの集合の存在または追加を除外しないことがさらに理解されよう。
【００１６】
後述される構造および動作は、図中に記載および／または示された順序ではなく行うことができることにも留意されたい。例えば、連続して示された２つの動作および／または図は、実際には、伴われた機能／作用に応じて、同時に実行されてもよく、または場合によっては逆の順序で実行されてもよい。同様に、後述の例示方法内の個々の動作は、後述の単一の動作のほかにループまたは他の一連の動作を与えるように繰り返し、個々に、または順次実行されてもよい。任意の実行可能な組み合わせにおける後述の特徴および機能を有する任意の実施形態は、例示実施形態の範囲内に含まれると想像されたい。
【００１７】
原子炉内での中性子捕獲によって材料を生成するほとんどの方法は、照射ターゲットを燃料または計装管の中へ挿入する、または照射ターゲットを制御ブレードのような既存の炉心構造として形成するという応用例が認識されている。これらの方法は、生成を炉動作に結び付ける傾向があり、ターゲットが燃料とともに移動および回収されることを必要とし、または計装管もしくは既存の炉心構造と相互作用させるために複雑な構成を必要とする応用例が認識されている。ほとんどの原子炉におけるスタートアップホルダポジションは、炉の動作後にはもはや必要とされない特異な機能を有するという応用例がさらに新たに認識されている。これらの新たに認識された課題および他の課題を克服するために、発明者は、燃料または他の炉心構造または動作に影響を及ぼすことなく照射ターゲットを核燃料炉心中に独立して直接配置するという方法およびシステムを開発した。これらの方法およびシステムは、スタートアップホルダポジションおよび動作中に利用可能な他の炉心位置に新たな機能を与えることができる。
【００１８】
本発明は、原子炉に用いるための照射ターゲットホルダ、およびそれを用いる方法である。本発明とは対照的に、後述のいくつかの例示実施形態および例示方法は、本発明として使用できるおよび／または本発明に関連して使用できる様々な異なる構成の部分セットだけを示す。
【００１９】
図３は、例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダ１００の例示である。図３に示されるように、ホルダ１００は、他の炉心内部構造物に関係なく、コアプレート７０とトップガイド４５の間で垂直または軸方向の次元において炉心３５にまたがることができる。例えば、ホルダ１００は、核炉心内に典型的に見られるいくつかの燃料集合体、計装管、制御要素などの間でフィットするように成形およびサイズ決定することができる。例示実施形態のホルダ１００はコアプレート７０からトップガイド４５まで垂直距離全体にまたがって示されているが、部分的な延在も適切な接続部を用いて可能であることが理解される。
【００２０】
図３に示されるように、例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダ１００は、コアプレート７０中のソースホルダ貫通部７５に、それとしっかりはめ合わされるように、挿入するように構成されている。例えば、ソースホルダ貫通部７５は、コアプレート７０中の既存の穴、またはスタートアップソースホルダが内部に元々配置され、プラント作業員または他の保守要員によって後で除去されるコアプレート７０中の他の孔とすることができ、あるいは例えば、ソースホルダ貫通部７５は、何らかの目的で一度も使用されていない貫通部であってもよく、または停止期間または炉心３５への他のアクセス期間に特別の目的のために作製されてもよい。ソースホルダ貫通部７５は、約１インチの直径を有する１インチまたは複数インチの深さとすることができ、コアプレート７０の全体または一部を貫いて延びることができる。ソースホルダ貫通部７５は、コアプレート７０のほかに他の構造に配置されてもよく、しかしながら、ソースホルダ貫通部７５の配置は、核炉心に共通している燃料集合体、燃料キャスティング、計装、流れ装置などの他の炉心内部構造物によって阻止されない貫通部７５上方の垂直な間隙を与える。
【００２１】
例示実施形態のホルダ１００は、重力、作業員による挿入、および／あるいはばねまたは他の保持ロックもしくは機構の力によって、設置と動作の両方の間に、貫通部７５に設置することができる。例えば、ホルダ１００は、貫通部７５の中にねじ止めし、タングおよびはめ合いによってその中にロックし、または貫通部７５に重力によって単に位置することができる。したがって、例示実施形態のホルダ１００の軸方向下端は、挿入のために所望の貫通部７５に適合するように、特別に形成、サイズ決定、または他の方法で構成することができる。
【００２２】
図３に示されるように、例示実施形態のホルダ１００が炉心３５の垂直長さだけ延びる場合、ホルダ１００は、トップガイド４５中の上穴１４５の中に設置することができる。例えば、沸騰水炉において、炉心３５は、約１３フィート以上とすることができ、ホルダ１００はこの距離の全部またはいずれかを延びることができる。上穴１４５は、上穴１４５は既存でも新たに形成されてもよいという点でソースホルダ貫通部７５と同様であり得る。上穴１４５は、コアプレート７０中の貫通部７５に関連してスタートアップソースホルダを保持するように並べられ、そのように予めするようになされ得る。例示実施形態のホルダ１００は、作業者の挿入によって上穴１４５に設置することができる。したがって、例示実施形態のホルダ１００の軸方向により高い端部は、挿入および保持のために所望の上穴１４５に適合するように特に形成され、サイズ決定され、または他の方法で構成されて得る。
【００２３】
ホルダ１００は、設置および／または動作中に設けられたばねもしくは付勢の力または他のロック機構の力により得る。例えば、ホルダ１００は、例示実施形態のホルダ１００を上向きに垂直に穴１４５の中に付勢する貫通部７５中のばねによって上穴１４５の中に設置することができる。上穴１４５中のばねは、例示実施形態のホルダ１００を軸方向下向きに反対の貫通部７５の中に同様に付勢することができ、所定の程度の軸方向固定を可能にする。
【００２４】
例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダ１００は、近くで燃料キャスティングとはめ合うように半径方向、水平方向、または炉心３５に対して他のやり方で延びる１つまたは複数のキャスティングフィン１１０をさらに備えることができる。図４に示されるように、例示実施形態のホルダ１００の基部の簡素化された細部、フィン１１０は、燃料キャスティング４８の側面によって捕獲することができる。例えば、燃料キャスティング４８は、スタートアップソースホルダまたは他の炉心コンポーネントの一部を受け入れるように構成されたスロットを備えることができ、フィン１１０は、そのようなスロット内でフィットするように形成およびサイズ決定され得る。ホルダ１００は、例えば、４つの隣接したキャスティング４８の内部にまで挿入する４つの直交したフィン１１０を備えることができる。このようにして、例示実施形態のホルダ１００は、１つまたは複数の燃料集合体４０を固定するいくつかの隣接したキャスティング４８の間および中に設置することができ、ホルダ１００は垂直方向または軸方向に上向きに延びる集合体４０に隣接して配置されるようになっている。
【００２５】
貫通部７５および穴１４５により、そこに設置するように成形されたホルダ１００の軸方向固定を行うことができるが、隣接したキャスティング４５の中に設置するように成形されたフィン１１０は、ホルダ１００の回転固定を行うおよび／またはホルダ１００の半径方向並進移動を防ぐことができる。フィン１１０は、他の角度でキャスティング４８の中にロックするまたは取り外し可能に設置し、他のポジションでホルダ１００を向けるために配置し、および／または核炉心内の他の既存の空間および固定貫通部を利用するように全体的に他の構造とはめ合うことができる。同様に、例示実施形態のホルダ１００は、核炉心内で固定する所望のポジショニングおよび高さを実現するために、フィン１１０と貫通部７５（図３）の中に設置する端部とのいずれかを含む、またはいずれも含まないことができる。
【００２６】
上記の例の特徴によって、例示実施形態のホルダ１００は、既存の炉心の特徴の修正および／または壊すことなくそれを置き換えるために、コアプレートおよびトップガイドのような他の炉心の特徴とはめ合うスタートアップホルダ内の既存の構造と非常に似ている任意の個数の保持特徴を備えることができる。作業者または他の保守要員は、停止または他のアクセス期間中に、そのような既存の炉心の特徴を組み合わせて例示実施形態のホルダ１００を設置することができる。例えば、炉は、核分裂連鎖反応を維持するように数か月または数年の期間にわたって動作することができ、この核分裂連鎖反応により熱を生成しこれが電気に変換される。次いで、炉は、核分裂連鎖反応を終わらすことによってシャットダウンすることができ、作業者は保守および燃料補給のために炉内部構造物にアクセスすることができる。そのような停止中に、炉内部構造物、１つまたは複数の燃料集合体４０、および潜在的に任意の不必要なスタートアップソースを、除去および／または炉心内で再配置し、新しい燃料を加えることができる。同じ期間中に、例示実施形態のホルダ１００は、スタートアップソースが核炉心内にあったまたは核炉心内にあるところに設置され得る。次いで、炉は、核分裂連鎖反応およびそこで固有の放射を維持するために動作状態に戻すことができ、例示実施形態のホルダ１００は、そのような作業および放射中は設置ポジションに保つことができ、次の停止中になどの後の時間になって回収することができる。
【００２７】
図３に示されるように、例示実施形態のホルダ１００は、動作している原子炉における放射線に曝されたときに所望の娘生成物に転換する１つまたは複数の照射ターゲット１５１を格納する内部空洞１５０を備えることができる。例えば、内部空洞１５０は、ホルダ１００内に一体に形成されたハウジングであり得、その中に照射ターゲット１５１が製造時に挿入され、ホルダ１００を破壊することによって除去することができる。同様に、内部空洞１５０は、異なるポジションでの複数の所望のターゲットの分離とともに非破壊の除去を可能にするように選択的に開放および／または分割することができる。燃料棒本体および照射ターゲットホルダの適合性のある設計は、２００９年５月１４日にＦａｗｃｅｔｔらに発行された共有特許の公開第２００９／０１２２９４６号、２００９年５月２８日にＲｕｓｓｅｌｌＩＩらに発行された第２００９／０１３５９８３号、および２００９年１１月５日にＲｕｓｓｅｌｌ，ＩＩらに発行された第２００９／０２７４２６０号に示されており、これらは例示実施形態のホルダ１００の中心部分として使用可能であり、これらの公報はそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。
【００２８】
さもなければ、例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダ１００は、内部空洞１５０内に保持された照射ターゲット１５１の位置決めと封じ込めを保つように動作している原子炉環境における物理的特性を実質的に維持する材料で製造されてもよい。例えば、ホルダ１００は、ステンレス鋼、ジルコニウム合金、およびアルミニウム合金などで製造することができる。燃料キャスティング４８、コアプレート７０、および／またはトップガイド４５がステンレス鋼などの１つの材料で製造される場合、これらの炉心構造に直接接触する少なくとも構造中の例示実施形態のホルダは、材料適合性を高めるとともに電流による電位およびファウリングをなくすために、ジルコニウム合金などの別の材料であってもよい。そのような材料は、放射に及ぼす影響がさらに最小であり得、炉内で出会った中性子束についての最小の散乱断面積および吸収断面積を有する。
【００２９】
例示実施形態のホルダ１００は、そのようなスタートアップホルダを保持する既存の炉心構造とはめ合うように、垂直端におけるスタートアップソースホルダの幾何学的形状に適合することができ、しかしながら、ホルダ１００の残りは、炉心３５内の所望の娘材料の生成を最大にする任意の形状であり得る。例えば、図５Ａの断面に示されるように、内部空洞１５０は、丸くてもよく、または図５Ｂに示されるように十字形であってもよい。同様に、内部空洞１５０は、適合している形状の照射ターゲット１５１を収納するためにおよび／または核燃料炉心内の所望のポジションにおける放射線暴露を最大にするために、らせん状、正方形、平面などであってもよく、水平方向ポジションに任意の程度で延びていてもよい。内部空洞１５０は、例示実施形態のホルダ１００に収容される任意の照射ターゲット１５１の幾何学的形状、照射、および／または冷却を強化するまたは図５Ａに示された液体水槽１５２または他の構造のような減速材および／または冷却材をさらに含んでもよい。
【００３０】
例示実施形態のホルダ１００は、図５Ａの半径方向断面に示されるように円筒形など比較的小さいてもよく、直径がフルインチの約半分であってもよい。ホルダ１００が軸方向長さにおいて１３フィートまであり、炉心３５の垂直長さ全体におよぶ場合、内部空洞１５０は、燃料供給された炉心セクションの長さに適合するように、軸方向長さが約８フィートであり得る。これでも、より小さい例のサイズは、例えば、２５０立方センチメートルの照射ターゲットを収納することができる。または、例えば、図５Ｂの半径方向断面に示されるように、より大きい十字形空洞１５０、合計アーム長さの１〜２インチを備えた場合、５７０立方センチメートルの照射ターゲットを収納することができる。親照射ターゲットに応じて、これらのサイズは、親材料および十分な照射から生成した放射性同位元素または数モルの原子の生成した同位元素について数千キュリーの活性を可能にすることができる。
【００３１】
図３に示されるように、ソースホルダ貫通部７５および／または上穴１４５は、スタートアップソースホルダを受け入れるように炉心３５内に意図して配置され得、したがって、貫通部７５と上穴１４５のいずれか一方または両方は、スタートアップ後またはそのようなスタートアップソースがスタートアップ時に使用されていない場合に自由に利用できる。貫通部７５および上穴１４５は、スタートアップソースホルダを収納するために２つの間に開放通路をさらに与え、燃料要素または燃料集合体４０（図４）の近傍に設け、動作中に大量の中性子束を発生させることができる。典型的には、この開放通路は、２〜３年ごとの燃料補給の停止中に燃料に容易にアクセス可能であり得、典型的には、この通路は水中にあり得るか、またはさもなければ燃料でシールドされ得る。
【００３２】
既存のソースホルダ貫通部７５および／または上穴１４５の上記特性に基づいて、例示実施形態の炉内照射ターゲットホルダ１００は、産業的に役立つ元素および放射性同位元素を含む照射ターゲットから所望の娘生成物を生成するためにスタートアップの後にホルダ貫通部７５と上穴１４５の間の空の通路を利用することができる。特に、親材料がコバルト−５９の場合、核炉心内の典型的なスタートアップホルダポジション中のバンドル間に配置されたホルダ１００内で動作サイクルにわたって熱中性子でかなり照射すると、大量のコバルト−６０が生成され、これはその高エネルギーガンマ線については医学上役立つ。もちろん、イリジウム−１９３または原子番号が９０未満で１バーンを超える断面積などのかなりの程度の熱中性子吸収断面を有する任意の他の核分裂できない同位元素のような他の照射ターゲットは、例示実施形態において照射ターゲットとして使用できる。
【００３３】
そのようなホルダ１００へのアクセスは、ソースホルダの位置が燃料移動によって容易に露出できるとき、動作停止における燃料移動中に比較的簡単であり得る。有利には、ホルダ１００は、炉心内の任意の燃料から完全に分けられ得るとともに、冷却材の軽水などの減速材または他のシールドによってそのようなアクセス中に作業員からシールドされ得る。これにより燃料炉心における例示実施形態のホルダ１００を、核燃料を巻き込むことなく容易で安全に取扱うことが可能になる。
【００３４】
図６は、燃料集合体内のコーナーの燃料棒で予期される最もよくもたらされるものと比べた、燃料集合体間で既存のソースホルダ貫通部７５および／または上穴１４５で例示実施形態のホルダ１００を使用することからもたらされた改善を示すグラフである。図６は、全ての他の変数を一定にして同じくシミュレートした炉心内の２つの異なるポジションについての軸方向レベルに対しての、照射ターゲット１グラムあたりの活性レベルをキュリーの単位で報告する。図６に示されるように、同じ炉心内で同じ時間量にわたって、同じ質量のコバルト−５９の照射ターゲットを含む例示実施形態のホルダは、新品の燃料バンドルにおけるコ−ナーロッドポジションに比べて、ソースホルダ位置における燃料集合体間に配置されたとき、より高い活性化（より高い割合のコバルト−６０への核種の変換）を実現する。例示実施形態が適合するソースホルダポジションにおける減速材および中性子束のアクセスの改善により、この改善は、全ての軸方向ポジションで見られる。
【００３５】
このように例示実施形態および方法を説明したが、例示実施形態は、後述の特許請求の範囲の範囲内になお含まれつつ、日常的な経験によって変更または置換されてもよいことが当業者には理解されよう。例えば、様々な異なる利用可能なソースホルダ位置は、いくつかの異なるタイプの炉設計において、例示実施形態の適切な寸法を単に通じて例示実施形態および方法と適合しており、特許請求の範囲内に含まれる。そのような変形例は、これらの特許請求の範囲から逸脱したものとみなされるべきではない。
【符号の説明】
【００３６】
１  制御棒駆動部
１０  炉圧力容器
２５  ダウンカマ領域
３０  炉心シュラウド
３５  燃料炉心
４０  燃料集合体
４５  トップガイド
４８  燃料支持キャスティング
４９  オリフィス
５０  計装管
５５  下部プレナム
６０  上部プレナム
７０  コアプレート
７５  ソースホルダ貫通部
９０  フランジ
９５  上側ヘッド
１００  炉内照射ターゲットホルダ
１１０  キャスティングフィン
１４５  上穴
１５０  内部空洞
１５１  照射ターゲット
１５２  水槽
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【外国語明細書】
2017015690000001.pdf