УМЕНЬШАЮЩАЯ ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМА
ISOTOPE SYSTEM REDUCING CROSS SECTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение, в целом, относится к производству изотопов в энергетических ядерных реакторах на легкой воде.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Широкое многообразие радиоактивных изотопов используется в медицинских, промышленных, исследовательских и коммерческих применениях. Вообще, радиоизотопы могут производиться облучением изотопных материалов мишени ядерными частицами. Атомы мишени либо непосредственно превращаются в требуемый изотоп, либо радиоизотоп производится посредством цепи поглощения и распада, которая впоследствии формирует требуемый радиоактивный продукт.
Две разные технологии используются, чтобы давать источник радиации для производства радиоизотопов: ядерные реакторы, которые создают поток нейтронов; и ускорители частиц или циклотроны, которые создают поток заряженных частиц, обычно протонов, но иногда электронов или других частиц. Например, медицинские или промышленные радиоизотопы синтезировались, начиная с 1957 года, национальным исследовательским универсальным (NRU) реактором Канады в Чалк-Риверских лабораториях Атомной энергетики Канады (AECL), в Онтарио, Канада. NRU производит высокий процент мировых медицинских и промышленных радиоизотопов, в том числе молибдена-99, критичного изотопа, используемого для медицинской диагностики. Другие примерные радиоизотопы, используемые для медицинских, промышленных, исследовательских и коммерческих применений, включают в себя таллий-201, который используется для формирования медицинских изображений сердца; кальций-44, который используется при изучении роста костей; иридий-192, который используется для неразрушающих испытаний конструкции и других материалов; кобальт-60, который используется для разрушения раковых клеток, для дезинфекции хирургического оборудования и лекарственных препаратов, а также стерилизации запасов продовольствия; тулий-170, который используется для портативной химеотерапии крови против лейкемии, лечения лимфомы и источника питания; гадолиний-153, который используется для выявления остеопороза и формирования изображений SPECT; никель-63, который может использоваться для создания долговечных аккумуляторов; и америций-241, который используется в индикаторах задымленности.
Вообще, образцовые стержни, содержащие в себе изотопную мишень, вводятся через врезки в NRU без прерывания его работы и подвергаются облучению с тем, чтобы производить изотопы с требуемой удельной активностью для использования в ядерных медицинских и/или промышленных применениях. Изотопные мишени затем облучаются во время работы вырабатывающего энергию ядерного реактора. После облучения радиоизотоп извлекается из мишени и используется для приготовления различных радиофармацевтических препаратов для процедур ядерной медицины.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно различным аспектам предложен стержень мишеней производства изотопов для вырабатывающих энергию ядерных реакторов. В различных вариантах осуществления стержень мишеней производства изотопов включает в себя по меньшей мере одну стержневую центральную корпусную деталь, включающую в себя внешнюю оболочку, которая определяет внутреннюю полость. Стержень мишеней производства изотопов дополнительно может включать в себя множество мишеней облучения в пределах внутренней полости. В различных реализациях мишени облучения расположены в пространственной компоновке с использованием разделительного носителя с низким ядерным сечением для сохранения пространственной компоновки.
В различных других вариантах осуществления стержень мишеней производства изотопов может включать в себя по меньшей мере одну стержневую корпусную деталь, включающую в себя внешнюю оболочку, которая определяет внутреннюю полость, и контейнер мишеней облучения в пределах внутренней полости каждой соответственной стержневой центральной корпусной детали. Стержень мишеней производства изотопов дополнительно включает в себя множество мишеней облучения, расположенных в пределах каждого соответственного контейнера мишеней облучения в пространственной компоновке с использованием разделительного носителя с низким ядерным сечением для сохранения пространственной компоновки.
В кроме того, еще в других вариантах осуществления стержень мишеней производства изотопов может включать в себя по меньшей мере одну стержневую корпусную деталь, включающую в себя внешнюю оболочку, которая определяет внутреннюю полость, контейнер мишеней облучения в пределах внутренней полости каждой соответственной стержневой центральной корпусной детали, и по меньшей мере один приемник мишеней облучения в пределах каждого соответственного контейнера мишеней облучения. В различных реализациях каждый приемник мишеней облучения может включать в себя множество резервуаров мишеней по шаблону в пределах по меньшей мере части наружной поверхности каждого приемника мишеней облучения.
Согласно другим аспектам предложен пучок тепловыделяющих стержней для энергетического ядерного реактора. В различных вариантах осуществления пучок тепловыделяющих стержней может включать в себя множество топливных стержней и по меньшей мере один стержень мишеней производства изотопов. Каждый стержень мишеней производства изотопов может включать в себя по меньшей мерее одну стержневую центральную корпусную деталь, включающую в себя внешнюю оболочку, которая определяет внутреннюю полость, и множество мишеней облучения в пределах внутренней полости. Мишени облучения расположены в пространственной компоновке с использованием разделительного носителя с низким ядерным сечением для сохранения пространственной компоновки.
Согласно, кроме того, еще другим аспектам предложен способ для производства изотопов в энергетическом ядерном реакторе. В различных вариантах осуществления способ может включать в себя герметизацию множества мишеней облучения в пределах контейнера мишеней облучения. Более точно, мишени облучения расположены в пределах контейнера в пространственной компоновке с использованием разделительного носителя с низким ядерным сечением для удерживания мишеней облучения в пространственной компоновке. Способ дополнительно может включать в себя герметизацию контейнера мишеней облучения в пределах внутренней полости стержня мишеней производства изотопов и включение стержня мишеней производства изотопов в пучок тепловыделяющих стержней энергетического ядерного реактора.
Дополнительные области применимости настоящего раскрытия станут очевидными из подробного описания, приведенного ниже. Должно быть понятно, что подробное описание и отдельные примеры, наряду с указанием различных вариантов осуществления раскрытия, предназначены только для целей иллюстрации и не предполагаются ограничивающими объем раскрытия. Более того, признаки, функции и преимущества настоящего раскрытия могут независимо достигаться в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия или могут комбинироваться, помимо этого, в других вариантах осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее раскрытие будет становиться полнее понятным из подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 - вид в перспективе в разрезе части активной зоны ядерного реактора, иллюстрирующий множество сборок пучков тепловыделяющих стержней, включающих в себя топливные стержни, стержни мишеней производства изотопов, стыковые накладки, дистанционирующие решетки и каналы, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.2 - частично покомпонентный вид в разрезе примерной сборки пучка тепловыделяющих стержней, включенной в часть активной зоны ядерного реактора, показанной на фиг.1, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.3 иллюстрирует различные стержни мишеней производства изотопов, которые могут быть включены в пределы сборки пучка тепловыделяющих электродов, показанной на фиг.2, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.4 - примерная иллюстрация сегмента стержня мишеней производства изотопов в многосегментном стержне мишеней производства изотопов сборки пучка тепловыделяющих стержней, показанной на фиг.2, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.5 - примерная иллюстрация центральной корпусной детали, включенной в каждый из стержней мишеней производства изотопов, показанных на фиг.4, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.6 - примерный продольный вид в разрезе центральной корпусной детали, показанной на фиг.5, иллюстрирующий множество мишеней облучения, расположенных в пределах полости центральной корпусной детали в предопределенной пространственной компоновке посредством носителя с низким ядерным сечением, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.7 - примерный продольный вид в разрезе центральной корпусной детали, показанной на фиг.5, иллюстрирующий множество мишеней облучения, расположенных в пределах полости центральной корпусной детали в предопределенной пространственной компоновке посредством носителя с низким ядерным сечением, в соответствии с различными другими вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.8 - примерная иллюстрация приемника мишеней облучения, показанного на фиг.7, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.9 - примерная иллюстрация приемника мишеней облучения, показанного на фиг.7, в соответствии с различными другими вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.10 иллюстрирует изготовление приемников мишеней облучения, показанных на фиг.8 и 9, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.11 иллюстрирует изготовление приемников мишеней облучения, показанных на фиг.8 и 9, в соответствии с различными другими вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.12 иллюстрирует изготовление приемников мишеней облучения, показанных на фиг.8 и 9, в соответствии с, кроме того, еще другими вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.13 - примерная иллюстрация участка приемников мишеней облучения, показанных на фиг. с 8 по 12, содержащих внутреннюю резьбовую расточку на по меньшей мере одном торце, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.13A - примерная иллюстрация приемников мишеней облучения, показанных на фиг. с 8 по 12, включающих в себя приемники мишеней облучения, сформированные, чтобы иметь глубину, достаточную для вмещения двух или более таблеток мишени облучения, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.13B - примерная иллюстрация приемников мишеней облучения, показанных на фиг.8 и 9, включающих в себя приемники мишеней облучения, сформированные в качестве диаметральных расточек, тянущихся через соответственный приемник мишеней, пригодный для вмещения множества таблеток мишеней облучения, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.14A - примерная иллюстрация приемника мишеней облучения, показанного на фиг.7, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.14B - примерный продольный вид в разрезе центральной корпусной детали, показанной на фиг.5, включающей в себя множество приемников мишеней облучения, показанных на фиг.14A, в соответствии с различными другими вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.15A - примерный продольный вид в разрезе центральной корпусной детали, показанной на фиг.5, имеющей конструкцию двойной защитной оболочки, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия;
фиг.15B - примерный повторный вид в разрезе центральной корпусной детали, показанной на фиг.15А, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия.
Соответствующие номера ссылок указывают соответствующие части на всем протяжении нескольких видов по чертежам.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Последующее описание различных примерных вариантов осуществления, в сущности, является только примерным и не коим образом не предназначено для ограничения раскрытия, его применения или использований. Дополнительно, преимущества, обеспечиваемые различными вариантами осуществления, как описано ниже, в сущности являются примерными, и не все варианты осуществления дают одинаковые преимущества или одинаковую степень преимуществ.
Со ссылкой на фиг.1 приведен вид в перспективе в разрезе примерной части активной зоны 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора, например, части активной зоны ядерного реактора с кипящей водой. Примерная часть активной зоны 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора включает в себя четыре сборки 14A, 14B, 14C и 14D пучков тепловыделяющих стержней, через которые и вокруг которых протекает жидкий замедлитель, то есть охладитель, когда пучки 14A, 14B, 14C и 14D тепловыделяющих стержней установлены и реактор является функционирующим. Для краткости, сборки 14A, 14B, 14C и 14D пучков тепловыделяющих стержней в материалах настоящей заявки будут указываться ссылкой просто как пучки 14A, 14B, 14C и 14D тепловыделяющих стержней. Ядерные реакции внутри каждого пучка 14A, 14B, 14C и 14D тепловыделяющих стержней вырабатывают тепло, используемое для превращения охладителя в пар, который используется для выработки электрической энергии. Каждый пучок 14A, 14B, 14C и 14D тепловыделяющих стержней, по существу, одинаков по конструкции, форме и функционированию. Таким образом, для простоты и ясности, в материалах настоящей заявки будет описан только пучок 14A тепловыделяющих стержней.
К тому же, со ссылкой на фиг.2, пучок 14A тепловыделяющих стержней включает в себя наружный канал 22, окружающий верхнюю стыковую накладку 26 и нижнюю стыковую накладку 30. Множество топливных стержней 18 скомпонованы в матрице в пределах пучка 14A тепловыделяющих стержней и проходят через множество дистанционирующих решеток 34, в продольном или осевом направлении разнесенных одна от другой по длине пучка 14A тепловыделяющих стержней. Топливные стержни 18 и, типично, один или более водяных стержней 38 поддерживаются в разнесенном взаимном положении, то есть матрице, относительно друг друга в пределах пучка 14A тепловыделяющих стержней дистанционирующими решетками 34 с тем, чтобы определять проходы для потока охладителя реактора между топливными стержнями 18. Обычно, пучки тепловыделяющих стержней могут включать в себя любое количество дистанционирующих решеток 34, разнесенных вдоль полной осевой длины пучка 14A тепловыделяющих стержней, как необходимо для удерживания топливных стержней 18 в требуемой расстановке, например, от трех до восьми дистанционирующих решеток 34.
В различных вариантах осуществления пучок 14A тепловыделяющих стержней может включать в себя один или более стержней 20 мишеней производства изотопов. Обычно, топливные стержни 18 содержат в себе ядерное топливо, например, уран, которое создает поток нейтронов, наряду с тем, что стержни 20 мишеней производства изотопов содержат в себе мишени облучения, которые облучаются потоком нейтронов для синтеза требуемого радиоизотопа. Мишени облучения могут быть изготовлены из любого требуемого изотопа, такого как кадмий, кобальт, иридий, никель, таллий и т.д. Топливные стержни и стержни мишеней производства изотопов 18 и 20 могут иметь по существу одинаковую конструкцию, за исключением топливных стержней 18, содержащих в себе ядерное топливо, и стержней 20 мишеней производства изотопов, содержащих в себе мишени облучения. Однако ниже будут дополнительно описаны конструкция, функционирование, компоненты, элементы, сборки, признаки, свойства и т.п. только стержней 20 мишеней производства изотопов.
Далее, со ссылкой на фиг.3, в различных вариантах осуществления стержни 20 мишеней производства изотопов могут быть стержнями с полной длиной, стержнями с частичной длиной, многосегментными стержнями или любым их сочетанием. Например, пучок 14A тепловыделяющих стержней может включать в себя один или более стержней 20A мишеней производства изотопов с полной длиной, один или более стержней 20B мишеней производства изотопов с частичной длиной, один или более многосегментных стержней 20C мишеней производства изотопов или любое их сочетание. Каждый стержень 20 мишеней производства изотопов, например, стержни 20A, 20B и 20C мишеней производства изотопов, обычно включают в себя по меньшей мере одну центральную корпусную деталь 40, присоединенную на верхнем торце к верхней торцевой заглушке 42 и/или присоединенную на нижнем торце к нижней торцевой заглушке 46. Верхняя и нижняя торцевые заглушки 42 и 46 сопрягаются с соответственными верхней и нижней стыковыми накладками 26 и 30, чтобы придавать устойчивость торцам каждого стержня 20 мишеней производства изотопов, например, стержней 20A, 20B и/или 20C, в пределах канала 22.
Более точно, каждый стержень 20A мишеней производства изотопов с полной длиной включает в себя центральную корпусную деталь 40, имеющую осевую длину, тянущуюся приблизительно на длину пучка 14A тепловыделяющих стержней, и присоединенную на верхнем и нижнем торцах к верхней и нижней торцевым заглушкам 42 и 46. Каждый стержень 20B мишеней производства изотопов с частичной длиной включает в себя центральную корпусную деталь 40, имеющую осевую длину, которая является меньшей, чем приблизительная длина пучка 14A тепловыделяющих стержней. Например, центральная корпусная деталь 40 каждого стержня 20B мишеней производства изотопов с частичной длиной может составлять 3/4, 1/2, 1/4 и т.д. приблизительной длины пучка 14A тепловыделяющих стержней. Центральная корпусная деталь 40 каждого стержня 20B мишеней производства изотопов с частичной длиной присоединена на нижнем торце к нижней торцевой детали 46. Нижние торцевые детали 46 сопрягаются с соответственной стыковой накладкой 30, чтобы придавать устойчивость торцу каждого из стержней 20 мишеней производства изотопов в пределах канала 22.
Далее, со ссылкой на фиг.3 и 4, каждый многосегментный стержень 20C мишеней производства изотопов включает в себя множество сегментов 50 стержня, которые соединены, из условия, чтобы многосегментный стержень 20C мишеней производства изотопов мог иметь осевую длину, по существу равную длине пучка 14A тепловыделяющих стержней или любой задаваемой приращениями меньшей длине, например, стержню 20B мишеней производства изотопов с частичной длиной. Каждый сегмент 50 стержня мишеней производства изотопов включает в себя центральную корпусную деталь 40 из условия, чтобы собранный стержень 20C мишеней производства изотопов содержал множество центральных корпусных деталей 40. В различных вариантах осуществления каждый сегмент 50 стержня включает в себя охватываемый соединитель 58, присоединенный к первому торцу, и охватывающий приемник 62, имеющий внутреннюю расточку 64, присоединенный к противостоящему второму торцу. Охватываемый соединитель 58 и охватывающий приемник 62 сопрягаемы, чтобы соединять соответственные сегменты 50 стержня. Дополнительно, периферические торцы 54 самого верхнего и самого нижнего сегментов 50 стержня соответственно присоединены к верхней и нижней торцевым заглушкам 42 и 46.
Со ссылкой на фиг.4, как описано выше, каждый многосегментный стержень 20C мишеней производства изотопов включает в себя множество соединенных сегментов 50 стержня. Должно быть понятно, что различные сегменты 50 стержня могут иметь разные осевые или продольные длины и разные наружные диаметры и оставаться в пределах объема настоящего раскрытия. Таким образом, каждый многосегментный стержень 20C мишеней производства изотопов может собираться, чтобы иметь требуемую длину и один или более наружных диаметров по длине собранного стержня 20C мишеней производства изотопов, взаимным соединением сегментов 50 стержня с различными длинами и диаметрами. Поэтому, должно быть понятно, что фиг.4 иллюстрирует примерный сегмент 50 стержня мишеней производства изотопов, и сопроводительное описание в материалах настоящей заявки относится к каждому сегменту 50 стержня каждого многосегментного стержня 20C мишеней производства изотопов независимо от длины и/или диаметра каждого соответственного сегмента 50 стержня.
Далее, со ссылкой на фиг.5 приведена примерная иллюстрация одной или более центральных корпусных деталей, включенных в каждый из стержней 20 мишеней производства изотопов, показанных на фиг.3, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. Более точно, центральная корпусная деталь 40, показанная на фиг.5, и сопроводительное описание относятся к каждой центральной корпусной детали 40 каждого стержня 20A мишеней производства изотопов с полной длиной, каждого стержня 20B мишеней производства изотопов с частичной длиной и каждого сегмента 50 стержня каждого многосегментного стержня 20C мишеней производства изотопов.
Каждая центральная корпусная деталь 40 каждого стержня 20 мишеней производства изотопов включает в себя внешнюю оболочку 65, которая определяет внутреннюю полость 66 для вмещения множества мишеней 70 облучения. Полость 66 доступна до того, как верхняя и нижняя торцевые заглушки 42 и 46 (показанные на фиг.3) и/или охватываемый соединитель 58 и/или охватывающий приемник 62 (показанные на фиг.4) присоединяются к противостоящим торцам соответственной центральной корпусной детали 40. В различных вариантах осуществления, описанных ниже, мишени 70 облучения расположены и удерживаются в пределах полости 66 в конкретной пространственной компоновке с использованием разделительного носителя 74 с низким ядерным сечением. Более точно, благодаря эмпирическим данным и/или математическому моделированию, и/или другим пригодным испытательным средствам, пространственная компоновка мишеней облучения может быть сконструирована, чтобы оптимизировать поглощение мишенями 70 облучения нейтронов, вырабатываемых пучками 14 тепловыделяющих стержней в пределах активной зоны 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора.
Более того, в различных вариантах осуществления разделительный носитель 74 сконструирован, изготовлен из или содержит материал, вещество, газ и т.п. с низким ядерным сечением, которые по существу невидимы для нейтронов, то есть имеют очень низкую или по существу пренебрежимо малую скорость поглощения нейтронов. Например, разделительный носитель может быть изготовлен из циркония, алюминия или любого другого пригодного материала, вещества, газа и т.п., которые имеют низкое ядерное сечение. Таким образом, нейтроны проходят разделительный носитель 74, будучи не поглощаемыми, из условия, чтобы поток нейтронов в пределах активной зоны 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора не подавлялся, а коэффициент полезного действия выработки энергии соответственного реактора не уменьшался. Более точно, конкретная пространственная компоновка мишеней 70 облучения и низкое ядерное сечение разделительного носителя 74 минимизируют влияние стержней 20 мишеней производства изотопов на выработку энергии активной зоны 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора наряду с максимизацией удельной активности, то есть поглощения нейтронов, мишеней 70 облучения.
Фиг.6 дает вид в разрезе примерной центральной корпусной детали 40, иллюстрирующий множество дисков 78 мишеней облучения и разделителей 82 мишеней, расположенных в пределах полости 66 соответственной центральной корпусной детали, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. В различных вариантах осуществления мишени 70 облучения могут содержать диски или брикеты 78, изготовленные из требуемого изотопа, например, кобальта, а разделительный носитель 74 может содержать множество разделителей 82 мишеней облучения, расположенных между каждыми соседними дисками 78 мишеней облучения. Каждый разделитель 82 имеет толщину T, выбранную, чтобы располагать диски 78 мишеней облучения в пространственной компоновке, предопределенной для обеспечения оптимального поглощения нейтронов дисками 78 мишеней облучения. Например, в различных реализациях разделители 82 могут иметь одинаковую толщину T из условия, чтобы каждый диск 78 мишени облучения был равномерно разнесен от всех соседних дисков 78 мишеней облучения, то есть равномерно разнесен от диска 78 облучения, непосредственно выше и ниже каждого соответственного диска 78 мишени облучения. Дополнительно, как описано выше, разделительный носитель 74, то есть разделители 82, может быть изготовлен из материала с низким ядерным сечением, такого как цирконий или алюминий. Поэтому, разделители 82 предусматривают разделительный носитель с низким ядерным сечением и разнесение дисков 78 мишеней облучения, спроектированные, чтобы минимизировать энергетическое влияние стержней 20 мишеней производства изотопов на активную зону 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора наряду с максимизацией поглощения нейтронов у дисков 78 мишеней облучения.
В различных вариантах осуществления дискам 78 и разделителям 82 мишеней облучения задан размер из условия, чтобы промежуточное пространство 86 могло существовать между внутренней стенкой полости 66 и дисками 78 и разделителями 82 мишеней облучения. Промежуточное пространство 86 предусматривает тепловое расширение дисков 78 и разделителей 82 мишеней облучения. В различных реализациях промежуточное пространство 86 и любое пространство, существующее между дисками 78 и разделителями мишеней, может заполняться газом с по существу нулевым ядерным сечением, высокой теплопроводностью, таким как гелий. Таким образом, газ с по существу нулевым ядерным сечением, высокой теплопроводностью не представляет по существу никакого сопротивления пучку нейтронов активной зоны 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора наряду с обеспечением высокой теплопроводности для отведения тепла от дисков 78 и разделителей 82 мишеней облучения соответственной центральной корпусной детали 40. Хотя фиг.6 иллюстрирует по существу целую полость 66, являющуюся заполненной дисками 78 и разделителями 82 мишеней облучения, должно быть понятно, что меньше, чем целая полость 66 может быть заполнена дисками 78 и разделителями 82 мишеней облучения и оставаться в пределах объема настоящего раскрытия.
Фиг.7 приводит вид в разрезе примерной центральной корпусной детали 40, иллюстрирующий множество таблеток 90 мишеней облучения с множеством резервуаров 94 в приемнике 98 мишеней, расположенном в пределах полости 66, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. В различных вариантах осуществления мишени 70 облучения могут содержать таблетки 90 мишеней, изготовленные из требуемого изотопа, например, кобальта, а разделительный носитель 74 может содержать приемник 98 мишеней, имеющий резервуары 94, стратегически расположенные по меньшей мере вдоль части наружной поверхности приемника 98 мишеней.
Более точно, резервуары 94, стратегически, расположены вдоль наружной поверхности приемника 98 мишеней, чтобы позиционировать таблетки 90 мишеней облучения в пространственной компоновке, предопределенной для обеспечения оптимального поглощения нейтронов таблетками 90 мишеней облучения. Например, в различных реализациях резервуары 94 мишеней равномерно распределены вокруг наружной поверхности приемника 98 мишеней между противостоящими частями 102 осевых торцов из условия, чтобы каждый резервуар 94 мишени был по существу на равном расстоянии, например, 1 мм, 2 мм или 3 мм, от каждого соседнего резервуара 94 мишени. Как описано выше, разделительный носитель 74, то есть приемник 98 мишеней, может быть изготовлен из материала с низким ядерным сечением, такого как цирконий или алюминий. Поэтому, приемник 98 мишеней с низким ядерным сечением и разнесение приемников 94 мишеней спроектированы, чтобы минимизировать энергетическое влияние стержней 20 мишеней производства изотопов на активную зону 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора наряду с максимизацией поглощения нейтронов таблетками 90 мишеней облучения.
В различных вариантах осуществления, приемнику 98 мишеней задан размер из условия, чтобы промежуточное пространство 106 могло существовать между внутренней стенкой полости 66 и приемником 98 мишеней. Промежуточное пространство 106 предусматривает тепловое расширение таблеток 90 мишеней облучения и приемника 98 мишеней. В различных реализациях промежуточное пространство 106 и любое пространство между таблетками 90 мишеней и резервуарами 94 может заполняться газом с по существу нулевым ядерным сечением, высокой теплопроводностью, таким как гелий. Таким образом, газ с по существу нулевым ядерным сечением, высокой теплопроводностью не дает по существу никакого сопротивления пучку нейтронов вырабатывающей энергию ядерной активной зоны 10 наряду с обеспечением высокой теплопроводности для отведения тепла от таблеток 90 мишеней и приемника 98 мишеней.
Хотя таблетки 90 мишеней облучения показаны в целом цилиндрическими по форме, предвидится, что таблетки 90 мишеней облучения могли бы иметь форму, подходящую для посадки в резервуары 94 мишеней. Например, в различных вариантах осуществлении таблетки 90 мишеней могут быть шарообразными, продолговатыми, кубическими, прямоугольными и т.п.
Далее, со ссылкой на фиг.8 и 9, в различных вариантах осуществления резервуарам 94 мишеней каждого приемника 98 мишеней заданы размеры, чтобы вмещать одиночную таблетку 90 мишени облучения. Более точно, в различных реализациях резервуарам 94 мишеней может быть задан размер, чтобы вмещать соответственную таблетку 90 мишени облучения в конкретной ориентации (фиг.8), наряду с тем, что в других реализациях резервуарам 94 мишеней могут быть заданы размеры, чтобы вмещать соответственную таблетку 90 мишени облучения в произвольной ориентации (фиг.9). Например, как проиллюстрировано на фиг.8, каждая таблетка 90 мишени облучения может быть цилиндрической, продолговатой, прямоугольной и т.п., или другой формы, имеющей осевую длину L, которая является большей, чем наружный диаметр d каждой соответственной таблетки 90 мишени. Дополнительно, наружный диаметр d каждой таблетки 90 мишени облучения является немного меньшим, чем внутренний диаметр D резервуаров 94 мишеней, который является меньшим, чем длина L таблеток 90 мишеней облучения. Поэтому, каждая таблетка 90 мишени облучения будет вмещаться в пределах каждого соответственного резервуара 94 мишени, только имея осевую центральную линию каждой таблетки 90 мишени облучения, ориентированную соосно с осевой центральной линией соответственного резервуара 94 мишени облучения.
Однако, в других вариантах осуществления, как проиллюстрировано на фиг.9, каждый резервуар 94 мишени имеет внутренний диаметр D, который является немного большим, чем большее из осевой длины L и наружного диаметра d таблеток 90 мишеней облучения, которые, вообще, могут иметь любую форму. Соответственно, только одиночная таблетка 90 мишени облучения может вмещаться в каждом резервуаре 94 мишени, но таблетки 90 мишеней облучения могут удерживаться в пределах соответственных резервуаров 94 мишеней в любой произвольной ориентации. Например, в различных реализациях таблетки 90 мишеней облучения могут быть цилиндрическими по форме, при этом осевая длина L каждой таблетки 90 мишени облучения составляет взятый приблизительно 1,25 раза диаметр d каждой таблетки 90 облучения, а диаметр D резервуаров 94 мишеней составляет взятый приблизительно 1,5 раза диаметр d каждой таблетки 90 облучения. Таким образом, цилиндрические таблетки 90 мишеней облучения могут вмещаться в соответственных резервуарах 94 мишеней в любой ориентации, а каждый резервуар 94 мишени достаточно велик, чтобы вмещать только одиночную таблетку 90 облучения.
Каждый приемник 98 мишени может быть изготовлен любым подходящим образом, что будет обеспечивать каждый из резервуаров 94 мишеней по существу одинаковыми размерами, то есть одинаковой глубиной X (показанной на фиг.9) и диаметром D. Например, как проиллюстрировано на фиг.10, в различных вариантах осуществления каждый приемник 98 мишеней облучения может изготавливаться, чтобы иметь сплошную корпусную деталь. Резервуары 94 мишеней могут фрезероваться, высверливаться или вытачиваться в сплошной корпусной детали 110 по предопределенному шаблону, по меньшей мере вдоль части наружной поверхности сплошной корпусной детали 110, чтобы иметь по существу одинаковую глубину X и диаметр D (показанные на фиг.8 и 9). В качестве альтернативы, как проиллюстрировано на фиг.11, в других вариантах осуществления каждый приемник 98 мишеней облучения может изготавливаться, чтобы иметь трубчатую корпусную деталь 114 с продольной центральной полостью 116 сквозь нее. Резервуары 94 мишеней могут фрезероваться, высверливаться или вытачиваться в трубчатой корпусной детали 114 по предопределенному шаблону, по меньшей мере вдоль части наружной поверхности трубчатой корпусной детали 114, чтобы иметь по существу одинаковую глубину X и диаметр D (показанные на фиг.8 и 9). Продольная центральная полость 116 уменьшает количество массы, то есть материала приемника 98 мишеней, тем самым снижая ядерное сечение. Дополнительно, продольная центральная полость 116 может заполняться газом с по существу нулевым ядерным сечением, высокой теплопроводностью, таким как гелий, наряду с промежуточным пространством 106, тем самым обеспечивая повышенную теплопроводность для отведения тепла от таблеток 90 мишеней облучения и приемника 98 мишеней, как описано выше.
Либо, еще в других вариантах осуществления, как проиллюстрировано на фиг.12, каждая приемник 98 мишеней облучения может быть изготовлен, чтобы включать в себя перфорированную трубчатую гильзу 118 и сплошной сердечник 120, вставленный в трубчатую гильзу 118. Трубчатая гильза 118 изготовлена, чтобы иметь по существу постоянную толщину Y, и чтобы включать в себя множество отверстий 122 на ней по определенному шаблону, при этом каждое отверстие 122, по существу, имеет одинаковый диаметр D (показано на фиг.9). Соответственно, когда сплошной сердечник 120 посажен в перфорированную трубчатую гильзу 118, резервуары 94 мишеней будут формироваться, чтобы иметь по существу одинаковую глубину X, равную толщине Y трубчатой гильзы, и диаметр D (показано на фиг.9).
Далее, со ссылкой на фиг.13, в различных вариантах осуществления по меньшей мере одна из противостоящих осевых торцевых частей 102 каждого приемника 98 мишеней облучения включает в себя осевую резьбовую расточку 126. Резьбовая расточка предоставляет средство для присоединения соответственного приемника 98 мишеней облучения к устройству загрузки и/или выгрузки таблеток мишеней (не показано) во время загрузки и/или выгрузки таблеток 90 мишеней облучения в и/или из резервуаров 94 мишеней. В вариантах осуществления, таких как показанные на фиг.11, в которых приемник мишеней облучения изготовлен, чтобы иметь трубчатую гильзу 114 и продольную центральную полость 116, по меньшей мере часть по меньшей мере одного конца продольной центральной полости 116 может включать в себя резьбы для присоединения соответственного приемника 98 мишеней облучения к устройству загрузки и/или выгрузки таблеток.
Далее, со ссылкой на фиг.13A, в различных вариантах осуществления один или более из приемников 98 мишеней облучения могут изготавливаться из условия, чтобы резервуары 94 мишеней имели глубину X, чтобы вмещать две или более таблеток 90 мишеней облучения. Более точно, каждый резервуар 94 мишени имеет глубину X из условия, чтобы каждый соответственный резервуар 94 мишени вмещал две или более таблеток 90 мишеней облучения, но не будет пересекать или пронизывать никакие соседние, выровненные по радиусу или по окружности резервуары 94 мишеней. Подобно вариантам осуществления, описанным выше относительно фиг.с 8 по 13, каждому из резервуаров 94 мишеней может быть задан размер, чтобы вмещать соответственные две или более таблеток 90 мишеней облучения в конкретной ориентации, например, выровненных соосно с центральной осью каждого соответственного резервуара 94 мишени (фиг.8), или резервуарам 94 мишеней может быть задан размер, чтобы вмещать соответственные две или более таблеток 90 мишеней облучения в произвольной ориентации (фиг.9). Дополнительно, приемник 98 мишеней может изготавливаться таким же образом, как описано выше относительно фиг.11 и 12, из условия, чтобы глубина X каждого резервуара 94 мишени была достаточно глубока, чтобы вмещать две или более таблеток 90 мишеней облучения. Более того, в различных вариантах осуществления приемник 98 мишеней может быть изготовлен, чтобы включать в себя резьбовую центральную расточку 126, как описано и проиллюстрировано на фиг.11, а также чтобы включать в себя резервуары 94 мишеней, имеющие глубину X, достаточную для вмещения двух или более таблеток 90 мишеней облучения.
Далее, со ссылкой на фиг.13B, в различных вариантах осуществления один или более из приемников 98 мишеней облучения могут изготавливаться из условия, чтобы резервуары 94 мишеней формировались в качестве проточек, тянущихся по диаметру P приемников 98 мишеней облучения. Соответственно, каждая ориентированная по радиусу или по окружности расточка резервуара 94 мишени будет пересекаться в осевом центре соответственных приемников 98 мишеней облучения. Каждая расточка резервуара 94 мишени, таким образом, пригодна для вмещения множества, например, двух или более, таблеток 90 мишеней облучения. Подобно вариантам осуществления, описанным выше относительно фиг.с 8 по 13, каждому из резервуаров 94 мишеней может быть задан размер, чтобы вмещать соответственное множество таблеток 90 мишеней облучения в конкретной ориентации, например, выровненных соосно с центральной осью каждой соответственной расточки резервуара 94 мишени (фиг.8), или резервуарам 94 мишеней может быть задан размер, чтобы вмещать соответственные две или более таблеток 90 мишеней облучения в произвольной ориентации (фиг.9).
Далее, со ссылкой на фиг.14A и 14B, фиг.14A иллюстрирует приемник 98 мишеней облучения в соответствии с различными вариантами осуществления, а фиг.14B дает вид в разрезе примерной центральной корпусной детали 40, включающей в себя множество приемников 98 мишеней облучения, показанных на фиг.14A, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. В различных реализациях приемник 98 мишеней облучения может иметь осевую длину Z, которая с определенными приращениями является более короткой, чем осевая длина M внутренней полости 66, из условия, чтобы множество приемников 98 мишеней могли размещаться в пределах полости 66. В таких реализациях каждый приемник 98 мишеней может включать в себя резервуары 94 мишеней облучения, стратегически расположенные по наружной поверхности соответственного приемника 98 мишеней, как показано и описано со ссылкой на фиг.7, 8 или 9. Либо, в альтернативных реализациях, резервуары 94 мишеней, стратегически, могут располагаться по меньшей мере по одному из противолежащих осевых торцов 130 соответственного приемника 98 мишеней, как показано на фиг.14A. Резервуарам 94 мишеней, сформированным в пределах по меньшей мере одного из противолежащих осевых торцов 130, может быть задан размер, чтобы вмещать соответственные таблетки 90 мишеней облучения в конкретной ориентации, например, ориентированные соосно с центральной осью каждого соответственного резервуара 94 мишени. Либо, резервуарам 94 мишеней, сформированным в пределах по меньшей мере одного из противолежащих осевых торцов 130, может быть задан размер, чтобы вмещать соответственные таблетки 90 мишеней облучения в произвольной ориентации. В других реализациях приемники 98 мишеней могут включать в себя резервуары 94 мишеней, стратегически расположенные по меньшей мере по одному из противостоящих осевых торцов 130 и вдоль наружной поверхности соответственного приемника 98 мишеней.
Осевая длина Z каждого приемника 98 мишеней облучения может иметь любую подходящую длину, достаточную, чтобы включать в себя резервуары 94 мишеней, наделенные размерами, чтобы вмещать одну или более таблеток 90 облучения (не показаны). Например, приемники 98 мишеней могут иметь осевую длину Z приблизительно в 1/16 дюйма, 2/16 дюйма или большую. Дополнительно, в различных вариантах осуществления разделители 150 с низким ядерным сечением могут быть расположены между соседними приемниками 98 мишеней. Каждый разделитель 150 имеет толщину Q, выбранную, чтобы располагать приемники 98 мишеней в требуемой пространственной компоновке, предопределенной для обеспечения оптимального поглощения нейтронов таблетками 90 мишеней облучения (не показаны).
Соответственно, предвидится, что множество приемников 98 мишеней в пределах примерной центральной корпусной детали 40, показанной на фиг.14B, могут содержать один или более приемников 98 мишеней (фиг.14A), имеющих резервуары 94 мишеней, стратегически размещенные по меньшей мере по одному из противостоящих осевых торцов 130, один или более приемников 98 мишеней, имеющих резервуары 94 мишеней, стратегически расположенные вдоль наружной поверхности соответственного приемника 98 мишеней, один или более приемников 98 мишеней, имеющих резервуары 94 мишеней, стратегически расположенные по меньшей мере по одному из противостоящих осевых торцов 130 и вдоль наружной поверхности соответственного приемника 98 мишеней, или их сочетание.
Далее, со ссылкой на фиг.15A и 15B, в различных вариантах осуществления одна или более из центральных корпусных деталей 40 одного или более стержней 20 мишеней производства изотопов, может иметь конструкцию двойной защитной оболочки для обеспечения дополнительного уровня защиты от утечки радиации из дефектных швов, которые нарушают целостность центральных корпусных деталей 40, вследствие коррозионного стирания или износа центральных корпусных деталей 40, во время работы реактора. Более точно, в различных вариантах осуществления одна или более центральных корпусных деталей 40 в одном или более из стержней 20 мишеней производства изотопов могут включать в себя контейнер 134 мишеней облучения, расположенных концентрически в пределах внутренней полости 66. Контейнер 134 мишеней облучения включает в себя внешнюю оболочку 138, которая определяет внутреннюю полость 142 для вмещения мишеней 70 облучения, например, дисков 78 и/или таблеток 90, и разделительный носитель 74, например, разделители 82 и/или приемник(и) 98 мишеней, таким же образом, как описано выше в отношении фиг.с 5 по 14.
То есть, мишени 70 облучения могут располагаться и удерживаться в пределах внутренней полости 142 контейнера 134 мишеней облучения в конкретной пространственной компоновке с использованием разделительного носителя 74 с низким ядерным сечением таким же образом и с использованием таких же конструкций, веществ и материалов, как описанные выше в различных вариантах осуществления касательно внутренней полости 66 центральной корпусной детали 40, проиллюстрированной на фиг.с 5 по 14.
В различных вариантах осуществления промежуточное пространство 146 может существовать между внутренней стенкой полости 66 и контейнером 134 мишеней облучения. Промежуточное пространство 146 предусматривает тепловое расширение контейнера 134 мишеней облучения. В различных реализациях промежуточное пространство 146 может быть заполнено газом с по существу нулевым ядерным сечением, высокой теплопроводностью, таким как гелий, чтобы обеспечивать высокую теплопроводность для отведения тепла от контейнера 134 мишеней облучения наряду с отсутствием оказания сопротивления потоку нейтронов активной зоны 10 вырабатывающего энергию ядерного реактора. Дополнительно, в различных вариантах осуществления внешняя оболочка 138 контейнера мишеней облучения может быть изготовлена из материала с низким ядерным сечением, такого как цирконий, алюминий или любой другой пригодный материал или вещество, которые имеют низкое ядерное сечение.
Хотя диски 78 мишеней облучения, разделители 82 разделительного носителя, таблетки 90 мишеней облучения, приемники 98 мишеней и контейнер 134 мишеней облучения были описаны и проиллюстрированы в материалах настоящей заявки в общем смысле как имеющие цилиндрические формы, то есть геометрии круглого или округлого поперечного сечения, должно быть понятно, что каждый из дисков 78 мишеней облучения, разделителей 82 разделительного носителя, таблеток 90 мишеней облучения, приемников 98 мишеней и контейнера 134 мишеней облучения могут иметь геометрии сечений, иные, чем цилиндрическая и округлая, и оставаться в пределах объема раскрытия. Например, предвидится, что каждый из дисков 78 мишеней облучения, разделителей 82 разделительного носителя, таблеток 90 мишеней облучения, приемников 98 мишеней и контейнера 134 мишеней облучения могут иметь геометрии квадратного, шестиугольного, восьмиугольного, трапециевидного сечения, или любую другую геометрию сечения, и оставаться в пределах объема раскрытия. Более точно, должно быть понятно, что геометрии поперечного сечения для некоторых или всех из дисков 78 мишеней облучения, разделителей 82 разделительного носителя, таблеток 90 мишеней облучения, приемников 98 мишеней и контейнера 134 мишеней облучения могут быть иными, чем таковые некоторых или всех из соответственных дисков 78 мишеней облучения, разделителей 82 разделительного носителя, таблеток 90 мишеней облучения, приемников 98 мишеней и контейнера 134 мишеней облучения. Например, стержень 20 мишеней производства изотопов может быть сконструирован имеющим мишени облучения с шестиугольным сечением, удерживаемые в пределах резервуара 94 приемника 98 мишеней облучения, имеющего треугольное сечение, который размещен в контейнере 134 мишеней облучения с квадратным сечением, или любое другое возможное сочетание геометрий сечения.
Должно быть понятно, что хотя термины первый, второй, третий и т.д. могут использоваться в материалах настоящей заявки для описания различных элементов, компонентов, участков и/или отрезков, эти элементы, компоненты, участки и/или отрезки не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины могут использоваться только для проведения различия одного элемента, компонента, участка или отрезка от другого компонента, участка или отрезка.
Дополнительно, пространственно относительные термины, такие как «внизу», «ниже», «нижний», «выше», «верхний» и тому подобные, могут использоваться в материалах настоящей заявки для облегчения описания, чтобы описывать взаимосвязь одного элемента или признака с другим элементом(ами) или признаком(ами), как проиллюстрировано на фигурах. Будет понятно, что пространственно относительные термины могут быть предназначены для охвата разных ориентаций устройства в употреблении или работе в дополнение к ориентации, изображенной на фигурах. Например, если устройство на фигурах перевернуто, элементы, описанные как «ниже» или «внизу» других элементов или признаков, в таком случае были бы ориентированы «выше» других элементов или признаков. Таким образом, примерный термин «ниже» может охватывать обе ориентации, выше и ниже. Устройство может быть ориентировано иначе (повернуто на 90 градусов или в других ориентациях), а пространственно относительные описатели, используемые в материалах настоящей заявки, интерпретироваться соответственно.
Более того, терминология, используемая в материалах настоящей заявки, предназначена только для целей описания конкретных примерных вариантов осуществления и не подразумевается ограничивающей. В качестве используемых в материалах настоящей заявки формы единственного числа также могут подразумеваться включающими в себя формы множественного числа, пока контекст ясно не указывает иное. Кроме того, должно быть понятно, что термины «содержит» и/или «содержащий», когда используются в этом описании изобретения, определяют наличие изложенных признаков, целых частей, этапов, операций, элементов или компонентов и т.п., но не исключают наличия или добавления одного или более других его признаков, целых частей, этапов, операций, элементов, компонентов, групп и т.п.
Специалисты в данной области техники теперь могут понять из вышеизложенного описания, что широкие доктрины настоящего раскрытия могут быть реализованы в многообразии форм. Поэтому, несмотря на то, что это раскрытие было описано в связи с его конкретными примерами, истинный объем раскрытия не должен ограничиваться таким образом, поскольку другие модификации станут очевидными квалифицированному специалисту-практику после изучения чертежей, описания изобретения и последующей формулы изобретения.
Перечень деталей
NS226543
8564-000145
10
Активная зона ядерного реактора
14A
Пучок тепловыделяющих стержней
14B
Пучок тепловыделяющих стержней
14C
Пучок тепловыделяющих стержней
14D
Пучок тепловыделяющих стержней
18
Топливные стержни
20
Стержни мишеней производства изотопов
20A
Стержни мишеней производства изотопов
20B
Стержни мишеней производства изотопов
20C
Стержни мишеней производства изотопов
22
Канал
26
Верхняя стыковая накладка
30
Нижняя стыковая накладка
34
Дистанционирующая решетка
38
Водяные стержни
40
Центральная корпусная деталь
42
Верхняя торцевая заглушка
46
Нижняя торцевая заглушка
50
Сегменты стержня мишеней производства изотопов
54
Периферические концы
58
Охватываемый соединитель
62
Охватывающий приемник
64
Внутренняя расточка охватывающего приемника
65
Внешняя оболочка центральной корпусной детали
66
Внутренняя полость центральной корпусной детали
70
Мишени облучения
74
Разделительный носитель
78
Диск мишени облучения
82
Разделители разделительного носителя
86
Промежуточное пространство
90
Таблетки мишени облучения
94
Резервуары
98
Приемник мишеней
102
Торцевые участки приемника мишеней
106
Промежуточное пространство
110
Сплошная корпусная деталь приемника мишеней
114
Трубчатая корпусная деталь приемника мишеней
116
Продольная центральная полость
118
Трубчатая гильза приемника мишеней
120
Сплошной сердечник
122
Отверстия
126
Резьбовая расточка
130
Осевые торцы
134
Контейнер мишеней облучения
138
Внешняя оболочка контейнера мишеней
142
Внутренняя полость контейнера мишеней
146
Промежуточное пространство
150
Разделители