[发明专利]研究堆辐照生产Pu‑238用含Np‑237辐照靶件

说明书

技术领域

本发明属于放射性同位素辐照生产领域，具体涉及到利用研究堆辐照生产Pu-238用的含Np-237辐照靶件。

背景技术

放射性同位素电池(核电池)具有体积小、能量密度大、寿命长、可靠性高、不受环境影响等特点，可为宇宙飞船、微小卫星、心脏起搏器等提供能源。Pu-238是首个被发现的人工合成钚同位素，具有半衰期适中、功率密度高、辐射屏蔽轻等特点，是一种理想的放射性同位素热源材料。Pu-238的大规模制备依靠在反应堆内对靶件进行辐照，再通过溶剂萃取和离子交换方法纯化得到。目前，两条主要的生产途径为：从乏燃料中回收Np-237再辐照；直接堆照Am-241靶件。美、俄等国主要采取辐照Np-237靶件的途径进行生产。

我国目前尚不能进行Pu-238辐照生产，需要依靠从国外进口，对Pu-238辐照生产的研究也处于起步阶段。

辐照靶件类型与反应堆结构、所生产的同位素种类及其特性有关，应当便于在反应堆内进行布置、具有较大的转换率，同时应便于进行同位素分离提纯、并满足热工安全要求。Np-237辐照过程中吸收中子生成Np-238，Np-238衰变为Pu-238，而Np-238具有很大的裂变截面，损耗率大；Pu-238本身是一种裂变核素，靶件中有很强的裂变发热，给靶件的冷却提出了严格的要求；此外，Pu-238生产中伴随Pu-236的生成，它衰变时产生强γ辐射子体，严重影响Pu-238的品质，辐照中应严格控制其含量。从乏燃料中提取Np-237成本高昂，为获得较好的经济效益，要求所设计的靶件具有较高的Pu-238转换率，从而对Np-237辐照靶件设计提出了很严格的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了研究堆辐照生产Pu-238用含Np-237辐照靶件，利用本发明的辐照靶件能够辐照出Pu-238，并且转换率高、安全性好。

本发明通过下述技术方案实现：

研究堆辐照生产Pu-238用含Np-237辐照靶件，包括靶件筒和设置在靶件筒两端的上端头和下端头，所述靶件筒内设有冷却性能高的待辐照靶体。

所述冷却性能高的待辐照靶体包括内套管，所述内套管设于靶件筒中央且其轴线与靶件筒轴线重合，靶件筒与内套管间设有数个轴线与靶件筒轴线重合的环形靶体。

目前国外从乏燃料中回收Np-237再辐照的方式主要为，Np-237在辐照过程中吸收中子生成Np-238，Np-238衰变为Pu-238。而Np-238具有很大的裂变截面，损耗率大；Pu-238本身是一种裂变核素，靶件中有很强的裂变发热，给靶件的冷却提出了严格的要求。目前国内现有的靶件多采用单个圆环形靶件，其靶件内侧无冷却通道，因此冷却液只能从靶件的外侧流过，靶件内的芯体的冷却效率不高，若用于Np-237的辐照，安全隐患非常大，难以满足Pu-238的辐照生产。

本发明的内套管能够在靶件筒内形成冷却剂内外流道，在内套管外设有数个环形靶体，在环形靶体与内套管间、环形靶体与环形靶体间、环形靶体与靶件筒间形成多个冷却流道，冷却剂能够从环形靶体的内外两侧流过，增大了环形靶体与冷却液的接触面积，大大提高了冷却效率。

所述环形靶体包括圆筒型的外包壳和内包壳，外包壳和内包壳间填充有芯体，在外包壳和内包壳两端设有环形的密封端塞。

所述环形靶体为一个或两个，环形靶体与环形靶体间、环形靶体与靶件筒及内套管间有间距，形成冷却流道。

由于Pu-238生产中伴随Pu-236的生成，它衰变时产生强γ辐射子体，严重影响Pu-238的品质，辐照中应严格控制其含量。从乏燃料中提取Np-237成本高昂，为获得较好的经济效益，要求所设计的靶件具有较高的Pu-238转换率，从而对Np-237辐照靶件设计提出了很严格的要求。

利用研究堆辐照生产Pu-238是一个过程较为复杂的工艺，涉及到辐照反应的多个部件和多个操作方式的改进，而对于Np-237辐照靶件而言，提高Pu-238转换率，则要求Np-237辐照靶件具备更高的冷却效率。本发明在环形靶体的内侧和外侧均设有冷却流道，并且辐照芯体填充于环形筒状的外包壳和内包壳内，大大增加了冷却液与环型靶体的接触面，显著提高了靶件的冷却效果，经发明人反复试验，利用本发明的辐照靶件能够辐照生产Pu-238，并且具有很高的转化率。得到了品质较高的Pu-238，具有良好的经济效益。