ОБЛУЧАТЕЛЬНАЯ СБОРКА

ОБЛУЧАТЕЛЬНАЯ СБОРКА
Заявляемая полезная модель относится к области получения легированного кремния в процессе облучения в нейтронном поле канального ядерного реактора, применяемого в дальнейшем в электронной и электротехнической промышленности.
Радиационно-легированный кремний получают в процессе облучения ядер кремния -30 по реакции (п,7), преимущественно, на тепловых нейтронах в водоохлаждаемом канале реактора РБМК -1000 (Патент РФ № 2193609, Патент РФ № 2193610, Патент РФ № 2107957, Патент РФ № 2199688, Патент РФ № 2190269). В результате облучения нейтронами образуется кремний- 31, который, распадаясь, превращается в стабильный изотоп фосфор-31, являющийся легирующей примесью полупроводникового кремния. В результате облучения слитки кремния приобретают объемную и поверхностную радиоактивность. Объемная радиоактивность образована нестабильными изотопами Si, Р. Поверхностная радиоактивность обусловлена адсорбцией поверхностью кремния примесей радионуклидов Na, Сг, , Fe, Со и др. из воды охлаждающей сборку. На воздухе кремний покрывается сплошной пленкой оксида кремния. Оксид кремния придает поверхности повышенную сорбционную активность, вследствии которой на ней осаждаются и удерживаются различные радиоактивные загрязнения из окружающей среды. Кроме того, оксид кремния обладает гидрофобными свойствами, плохо смачивается водой и трудно растворим в растворах кислот, что затрудняет дезактивацию слитков кремния после облучения и выдержки (Патент РФ .№ 2199688).
МКИ: 7 G 21 С 23/00
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является облучательная сборка по патенту РФ (Международная научно-техническая конференция «Исследование реактора: наука и технологии. Тезисы докладов ГНУ РФ НИИАР, г. Димитровград, 2001 г., с. 207). Облучательная сборка состоит из проточного контейнера и расположенных в нем стопкой монокристаллов любого облучаемого материала, например, кремния. Через контейнер снизу вверх пропускают воду от системы охлаждения. Корпус контейнера выполнен из алюминия, так как он незначительно ослабляет поток тепловых нейтронов и обладает сродством с кремнием.
Недостатком такой облучательной сборки является то, что на поверхности облучаемого кремния, по причинам указанным ранее, сорбируются радиоактивные загрязнения, а это усложняет дальнейпхую химическую отмывку (дезактивацию), делает ее более длительной и не всегда эффективной. Кроме того, в результате дезактивации образуется значительное количество жидких радиоактивных отходов, которые надо хранить и перерабатывать.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в снижении объема работ по дезактивации и в повышении качества облученного кремния.
Суш;ность полезной модели состоит в том, что в облучательной сборке для нейтронно - трансмутационного легирования кремния, состоящей из нескольких, расположенных стопкой внутри проточного
контейнера, монокристаллов кремния, предложено, каждый монокри-
сталл помещать в металлический пластичный изолирующий чехол. Кроме того, на внутренней стенке контейнера предложено разместить бериллиевую фольгу, чехол выполнить из одного или нескольких слоев фольги с суммарным содержанием примесей не более 10 г/г и толщиной 0,05 - 0,5 мм. Предлагается часть изолирующих слоев выполнить из
« %
алюминиевой фольги, или один из слоев можно выполнить из бериллиевой фольги. В качестве примесей может выступать фтор, бор, кальций, сера, хлор, железо, медь, серебро,- магний, алюминий, хром, марганец, никель. Важно, чтобы наведенная активность при наличии примесей совокупно не превышала 50 Бк/см .
Монокристалл кремния, помещенный в пластичный изолирующий чехол, снижает вероятность механических повреждений моноблока. Но, прежде всего, наличие чехла приводит к уменьшению массообмена между радиоактивно загрязненной водой и поверхностью кремния. Уменьшается набухание кремния, а следовательно, и его сорбирующая способность. Исключено эрозионное воздействие потока воды на поверхность кремния. Даже в отсутствии полной герметичности чехла из фольги этот процесс значительно замедляется. Для ослабления отрицательного воздействия быстрых нейтронов на процесс легирования кремния предлагается на внутренней стенке контейнера поместить бериллиевую фольгу. Выполнение чехла из многослойной фольги позволяет облегчить процесс изолирования, т.к. тонкой фольгой формировать чехол легче, чем толстой. В этом случае формируется подобие лабиринтного уплотнения. В случае применения одного слоя фольги, чехол может быть загерметизирован, например, лазерной сваркой. Предпочтительно использовать алюминиевую фольгу, имеющую низкую стоимость, а с физической точки зрения - достаточно высокую проницаемость для тепловых нейтронов, и технологичную в обращении. В качестве дополнительного барьера на пути быстрых нейтронов можно использовать бериллиевую фольгу.
На фиг. 1 представлен общий вид облучательной сборки. Он состоит из проточного контейнера 1 с отверстиями 2,3, внутри которого помещены монокристаллы кремния 4 установленные в стопки. Каждый монокристалл кремния 4 помещен (обернут) в пластичный изолирующий чехол 5, состоящий из слоев фольги. Дополнительно на внутренней стенке контейнера 1 (например, из алюминия) может размещаться бериллиевая фольга (на фиг. 1 не показана). Проточный контейнер закрыт крышкой 6.
Облучательную сборку размещают вертикально в зоне максимальной интенсивности радиоактивного излучения в канале реактора и вращают (привод на фиг. 1 не показан). Это позволяет выровнять величину облучения во всех монокристаллах по высоте слитка и диаметру.
Использование данной полезной модели снижает объем работ по дезактивации, сводя его к минимуму, что в итоге приводит к повышению качества облученного кремния.