[发明专利]用于辐照重化学元素的同位素将核能转化为热的方法以及用于实现该方法的装置（实施例）

说明书

本发明涉及重化学元素的核化学、核动力工程，更具体地，涉及一种用于辐照 重化学元素的同位素将核能转化为热的方法，和一种通过使深度次临界靶暴露于加 速重带电粒子束来实现该方法的装置，所述靶的尺寸足以完全吸收此这样的束。

本发明还适合于其它目的，包括但不局限于各种材料和物质的辐照和失活、同 位素的生产和分离、核掺杂。

通过能量分离各种元素的同位素和粒子的研究当前相当活跃。因此，例如，现 有技术中已知分离碱金属同位素(俄罗斯联邦专利号№2129909B01D59/34)、镱 同位素(俄罗斯联邦专利号№2119816B01D59/00，B01D59/34，C01G57/00，1998 年)、汞同位素(俄罗斯联邦专利号№2074018B01D59/34，C01G13/00)的方法。

现有技术中已知通过电离处理用于核燃料的材料来分离同位素(俄罗斯联邦专 利号№2189273B01D59/00，于2000年公布)，其中，具有在第一范围内和/或等于 第一能级的能量的成分与具有在第二范围内和/或等于第二能级的能量的成分部分 地分离，并向等离子体引入与成分相互作用的化学材料。

通过能量分离带电粒子的方法和装置(俄罗斯联邦专利号№2187171 B01D59/00，2000年)对于核工程来说具有重大的应用相关性。这些解决方案旨在 分离带电粒子，例如，在通过能量分离同位素的阶段，同现有技术的当寻找同位素 分离方式时被研发的其它解决方案一起，实现可控的核和热核聚变、通过离子束和 电子束装置产生带电离子束、并且在加速设备中控制带电粒子束。

根据1997年题为“用于硅失活的方法”的俄罗斯联邦专利№2119688G21F9/00 和2000年题为“用于硅的中子嬗变掺杂方法”的专利申请第2000124650号，建议利用 源于核电站反应堆芯的次级中子通量来失活、蚀刻和掺杂单晶硅。

2001年题为“用于超铀化学元素的煅烧方法以及用于该方法的核反应堆”的俄 罗斯联邦专利号№2267826，G21G1/02描述了一种使用其中放置长寿命重元素放射 性核素的轻度次临界(k～1)核反应堆堆芯的方法和装置。如其中所建议的，堆芯 临界(k＝1)所需要的附加的中子从诸如带有铅靶或铅-铋靶的能量为1GeV的质子 加速器之类的外部源注入。然而，由于基于质子束的方法其固有的概念上无法突破 的限制，所以该现有技术工程解决方案不允许显著提高核能转化为热的效率。而且， 还无法消除用于生产不可接受的高量的长寿命放射性核素的源或与生产适合于核 恐怖主义的材料有关的风险。

在2003年题为“用于将核能转化为热的方法”的俄罗斯联邦专利号№2238597， G21С1/30中，提出了使用相对质子束来触发由重化学元素(铅、铋、钍和贫化铀 以及它们的组合)制成的深度次临界靶中的核级联过程，而靶内容物同时用作燃料 和传热介质。发明人指出，伴随加速粒子能量的增加，靶原子核的更深分裂的几率 增大。然而，此工程解决方案具有如上所述的由于使用相对论性质子束而导致的相 似缺陷，并且没有解决与在所提出的靶中生产的并离开该靶的次级中子束的利用相 关联的问题。

最接近的现有技术是根据2008年题为“用于将核能转化为热的方法和系统”的 俄罗斯联邦专利号№2413314的发明。该方案采用重带电粒子(例如铀、钍、铋 和铅同位素的多电荷离子)束的加速直到导致开始产生用作靶的深度次临界堆芯中 的级联核子通量的能量，向该靶引导该核子流并监控该靶的状态，在必要时更换该 靶的内容物。为了增加所述通量的强度，提出堆芯可以部分或完全由乏核燃料构成。 用于该方法的装置包括相对论性多电荷离子加速器，用于将束运输并引入到靶上以 与加速器和靶连接的单元，后者一般被放置于坚固的通常为圆柱形的容器中。在反 应堆(靶)中生产的过量的热借助于子系统消除，该子系统包括第一和第二回路冷 却剂，具有热变换器功能的热电转化单元。

然而，上述原型既有所要求保护的优点，也同时存在着与用于增加核能转化为 热效率的加速离子束的不完全利用和包括钚和次锕系元素(镎、镅和锔)的长寿命 放射性核素的回收的若干缺点。

本文中所提出的本发明排除了现有技术中发明和原型的上述缺点。

本发明的目的是增加核能转化为热的效率并且回收范围广泛的长寿命放射性 核素。

这种情况下的长寿命放射性核素是半衰期超过15年的那些。