УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ АКТИВНОЙ ЧАСТИ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОАКТИВНЫМ СТЕКЛОМ

Полезная модель относится к области радиоизотопного производства, в частности, к изготовлению активной части источников (АЧИ) гамма-излучения.
Известен способ изготовления алюмофосфатного стекла, предлагаемого в качестве материала АЧИ (Алой А.С., Вишневский А.С., Кузнецов Б.С., и др. Включение концентратов цезия и мелкодисперсных пульп в стеклоподобные и керамические материалы // Атомная энергия - т.70, 1991). Недостатком известного способа является сложность дозирования стекломассы в ампулу источника ионизирующего излучения (ИИИ).
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления заполненного высокоактивным стеклом контейнера и устройство для его осуществления [Патент РФ №2245586, опубл. в бюл. №3 от 27.01.2005]. Известный способ включает загрузку тигля-плавителя шихтой, расплавление шихты и слив через фильеру тигля-плавителя. Расплавленную шихту сливают в контейнер, в котором доваривают стекло, причем расплавление шихты, разлив расплава шихты в контейнер и доваривание стекла осуществляют в единой зоне нагрева. Устройство для изготовления заполненного высокоактивным стеклом контейнера содержит тигель-плавитель с фильерой в донной части и контейнер. Тигель-плавитель расположен над контейнером на кольце-проставке в единой зоне нагрева, причем высота кольца-проставки превышает сумму высот контейнера и фильеры, а отношение диаметра отверстия фильеры к ее высоте обеспечивает образование в ней термической пробки из застывшего стекла предыдущей варки.
Недостатками данного устройства являются:
- невозможность обеспечения герметичности системы (тигель-плавитель и контейнер не объединены единой оболочкой);
- наличие разрыва струи расплава стекла, что приводит к уносу радионуклидов (брызги, пары, аэрозоли и т.п.);
- невозможность непрерывной работы оборудования (загрузка шихты на один слив, далее охлаждение системы и засыпка новой порции шихты);
- невозможность максимально эффективного использования полезного объема контейнера из-за возможности неконтролируемого перелива стекла.
Техническим результатом изобретения является обеспечение герметичности системы, снижение уноса радионуклидов, изготовление цельнолитьевого стеклянного высокоактивного стержня в геометрический размер ИИИ, повышение эффективности использования оборудования.
Технический результат достигается за счет объединения в одном герметичном тугоплавком корпусе тигля-плавителя, сливного устройства, контейнера АЧИ (гильзы); резьбового соединения сливного устройства с корпусом тигля-плавителя; объединения всех газовых выбросов в один поток, направляемый на локальную систему газоочистки; заполнения всего полезного объема гильзы без перелива стекломатрицы.
137
Для осуществления указанного способа предлагается устройство, представленное на фиг.1. Устройство для заполнения гильзы расплавленным высокоактивным стеклом, содержащим радиоактивный Cs, представляет собой тигель-плавитель 1, совмещенный через резьбовой запорный механизм 2 с проходкой 3 для гильзы в одном тугоплавком корпусе 4. В проходку 3 помещается гильза 5. Гильза может быть изготовлена из тугоплавкого материала, например из кварцевого стекла. В этом случае, после охлаждения, АЧИ поступает в корпус источника в оболочке из кварцевого стекла.
В качестве материала для гильзы может быть использовано тугоплавкое вещество, не обладающее механической прочностью. В этом случае, после остывания АЧИ, гильза разрушается механически, а в корпус источника поступает стеклянный стержень без оболочки. В качестве материала для гильзы может быть использован металл. В этом случае, после остывания АЧИ, гильза растворяется в кислоте, а в корпус источника поступает стеклянный стержень без оболочки.
Для загрузки и выгрузки АЧИ используется разгрузочно-погрузочное приспособление 6.
Загрузка шихты в тигель-плавитель осуществляется через загрузочный люк 7, запираемый во время варки стекла пробкой 8. Разрежение в тигле-плавителе и отвод образующейся газовой фазы осуществляется через газоход 9.
Температура регистрируется с помощью термопар 10 и 11, расположенных раздельно напротив тигля-плавителя и проходки для гильзы. В качестве материала для изготовления устройства может использоваться карбид кремния или другая термостойкая керамика, а также термостойкая сталь.
Устройство работает следующим образом:
1. Исходная шихта, содержащая радионуклид подается через загрузочный люк 7 в тигель-плавитель 1. Масса шихты зависит от количества необходимых сливов стекла, а также от рабочего объема тигля-плавителя. Нагрев устройства осуществляется в печи-сопротивления, индукционной печи, либо другим известным способом.
2. За счет нагрева устройства происходит разложение шихты. Момент окончания процесса фиксируется по показанию приборов, а также по повышению температуры в тигле-плавителе, связанной с окончанием поступления газообразных продуктов разложения. Температура регистрируется с помощью термопар 10 и 11, расположенных раздельно напротив тигля-плавителя и проходки для гильзы.
3. За счет нагрева тигеля-плавителя происходит расплавление шихты до стеклоподобного состояния.
4. Открытие резьбового затвора 2 позволяет стеклу заполнить гильзу 5, расположенную в проходке для АЧИ 3. Выдержка затвора в открытом состоянии обеспечивает усреднение стекла по всему объему гильзы. Разряжение в герметичной системе не позволяет расплаву стекла перелиться через край гильзы.
5. Закрытие затвора 2 позволяет прекратить поступление расплава стекла в гильзу. Момент закрытия затвора фиксируется по длине возвратно поступательного движения резьбового механизма. Температура всей системы остается неизменной.
7. После закрытия затвора 2 осуществляется выгрузка гильзы через разгрузочно-погрузочное приспособление 6 путем его перемещения под проходку для гильзы 3. При этом заполненная расплавом стекла гильза 5 поступает наружу через отверстие большего диаметра в разгрузочно-погрузочном приспособлении 6. После этого осуществляется загрузка новой гильзы, и разгрузочно-погрузочное приспособление 6 перемещается в исходную позицию (Фиг.1).
8. Готовая гильза охлаждается и поступает на изготовление источника ионизирующего излучения. Геометрические размеры гильзы равны размеру активной части промышленно выпускаемых источников в случае не разборной конструкции АЧИ и превышают на толщину разрушаемой оболочки гильзы в случае разборной (растворяемой) конструкции АЧИ.
9. После выдержки устройства до прогрева новой гильзы процесс слива стекла повторяется.
Заявляемые конструктивные отличия устройства позволяют реализовать заполнение активной части источника, тем самым, обеспечивая достижение поставленной задачи.
Применение заявляемого устройства позволит повысить производительность и надежность операций. Заявляемое изобретение позволит кроме увеличения надежности и безопасности, что весьма важно для радиохимической промышленности, получить возможность автоматизировать весь процесс изготовления источников ионизирующего излучения различных типоразмеров.
Тигель-плавитель можно эксплуатировать в пределах установленного ресурса, т.е. до полной выработки ресурса аппарата, без проведения промежуточных ремонтов, что, кроме прочего, еще и исключает дополнительное облучение персонала и значительно улучшает экологические показатели.