УСТРОЙСТВО ОБЛУЧАТЕЛЬНОЕ ЦЕНТРАЛЬНОЕ

Заявляемое решение относится к ядерной технике и может быть использовано для накопления далеких трансурановых элементов, в частности, калифорния 252, для получения в короткие сроки радионуклидов высокой удельной активности, например Se-75, Ni-63, и для получения короткоживущих радионуклидов с максимально достижимыми значениями удельной активности.
Известен ряд устройств для облучения и накопления радионуклидов, например ядерный реактор ловушечного типа для накопления изотопов ТПЭ (а.с. №714935, БИПМ/М12, 2002 г), наиболее совпадающий по своим техническим признакам с заявляемым устройством. Он содержит вкладыши из замедляющего материала, образующие полость, в которой размещены центральный компенсирующий орган, облучательное устройство в виде блока из твердого замедляющего материала, например бериллия, с отверстиями и трансурановые мишени, размещаемые в отверстиях и омываемые теплоносителем.
Применение указанного реактора ориентировано на оптимизацию накопления Cf-252, но ограничивает производство высокоактивных радионуклидов средней атомной массы, таких как Se-75, Ni-63, Sn-113, Fe-59 и т.п., скорость накопления которых возрастает с увеличением доли нейтронов тепловой энергии в спектре. Кроме того, описанное решение не позволяет реализовать максимально возможные значения удельной активности для целого ряда короткоживущих радионуклидов (Lu-177, Sm-153).
Известен высокопоточный реактор HFIR с центральной ловушкой, также заполненной водой, и размещаемыми в ней мишенями.
Недостатками такой конструкции являются:
- невозможность регулирования расходов на мишенях;
- невозможность разовой выгрузки всех мишеней.
Функциональные возможности заявляемого устройства значительно расширены.
Это достигается тем, что устройство облучательное центральное, содержит вкладыши из замедляющего материала, образующие полость, в которой размещены центральный компенсирующий орган и облучательное устройство. При этом облучательное устройство установлено внутри центрального компенсирующего органа и выполнено в виде сепаратора из тонкостенных циркониевых трубок, окруженных чехлом и заполненных снаружи и внутри проточным теплоносителем.
В тонкостенных циркониевых трубках расположены мишени с облучаемым материалом и сменные регуляторы расхода. Пространство между трубками и внутри них заполнено проточным теплоносителем, в частности, водой, выполняющей функцию замедлителя, что обеспечивает достижение поставленной цели, - получение максимальной плотности тепловых нейтронов в облучаемых ампулах, т.е. повышает производительность процесса облучения.
Размещение мишеней в трубках на индивидуальных подвесках обеспечивает автономность охлаждения каждой мишени, повышает скорость потока и дополнительную тепловую нагрузку.
Имеется возможность регулирования расхода теплоносителя на мишени, что позволяет оптимизировать их тепловые нагрузки.
Обеспечивается возможность независимой загрузки - выгрузки мишеней в любой последовательности при значительном упрощении этой процедуры и сокращении затрат времени.
Устройство с полным набором мишеней может быть выгружено в бассейн выдержки для дальнейшей перегрузки в удобных условиях.
Данные преимущества с избытком перекрывают незначительные (~5%) потери в плотности потока тепловых нейтронов за счет замещения воды тонкостенными циркониевыми трубками.
Новые признаки в совокупности с известными признаками обеспечивают новые свойства - расширяются функциональные возможности облучательного устройства и повышается производительность облучения.
На фиг.1 изображено поперечное сечение заявляемого устройства, где:
1. Бериллиевые вкладыши, образующие полость (водяную ловушку).
2. Мишени с облучаемым материалом.
3. Трубки 14×0,5 из сплава циркония 27 шт.
4. Стержень ЦКО (центральный компенсирующий орган).
5. Теплоноситель в межтрубном пространстве (водяной теплоноситель первого контура).
6. Вытеснители стержней аварийной защиты.
7. Водяные зазоры.
8. Чехол тонкостенный из циркония.
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
В цилиндрическую полость, образованную бериллиевыми вкладышами (1) установлен стержень центрального компенсирующего органа (ЦКО) (4). Внутри ЦКО (4) размещено облучательное устройство (3) в виде сепаратора из 27 тонкостенных трубок из циркония, окруженных чехлом (8).
В трубках облучательного устройства (3) размещены мишени с облучаемым материалом (2).
Стержни аварийной защиты с вытеснителями (6) реакторной установки (РУ) проходят через бериллиевые вкладыши (1).
Затем устройство в собранном виде размещается в центральной ловушке реакторной установки (РУ). Включается циркуляция теплоносителя, повышается давление и РУ выводится на мощность.
Проточный водяной теплоноситель заполняет пространство внутри и снаружи трубок. Мишени с облучаемым материалом (2) облучаются на номинальной мощности и охлаждаются проточным водяным теплоносителем внутри трубок.
Проточный водяной теплоноситель в межтрубном пространстве (5) и в водяных зазорах (7) выполняет функции замедлителя.
По истечению времени облучения РУ останавливают, сбрасывают давление, выключают циркуляцию теплоносителя и производят выгрузку облученных мишеней (2) и загрузку новых.
Проведенные измерения показали соответствие полученных данных расчетным значениям - при использовании предлагаемого технического решения, когда вместо бериллиевого блока с 27-ю отверстиями (в прототипе) было размещено облучательное устройство в виде сепаратора из тонкостенных циркониевых трубок, окруженных чехлом и заполненных снаружи и внутри проточным теплоносителем (водой), плотность потока тепловых нейтронов увеличилась на 25%, что позволяет оптимизировать процесс накопления широкого круга радионуклидов, производимых, например, в реакторе СМ-3.
63
Так для накопления удельной активности 14,7 Ки/г изотопа Ni в прототипе требуется 510 календарных суток, в облучательном устройстве центральном по предлагаемому решению - 410 суток.