СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕРДЕЧНИКА ИСТОЧНИКА НЕЙТРОНОВ Российский патент 1997 года по МПК G21G4/02 

Изобретение относится к ядерной технике и преимущественно может быть использовано при изготовлении источников нейтронного излучения на основе актиноидных элементов.

Известно несколько способов изготовления сердечников источников нейтронов с использованием в качестве излучателей изотопов актиноидных элементов. Эти способы включают операции формирования активной части источника-сердечника и герметизации его в одну или две защитные капсулы.

Известен способ изготовления источника нейтронов (патент США N 3640888, 03.02.1972), при котором сердечник получают остекловывая элемент-излучатель. Способ позволяет получить сердечник, содержащий до 30 мг калифорния-252 в 1 мм³, но в процессе эксплуатации источника происходит радиационное разрушение стекла в переходом радионуклида в растворимую форму. При разгерметизации источника возможно распространение радиоактивного материала в окружающую среду.

Известен способ изготовления сердечника в виде кермета, состоящего из оксида радиоактивного элемента, например калифорния-252, равномерно распределенного в матрице металле платиновой группы (патент США N 3787321, 22.01.1974). Для получения гомогенной смеси, раствор нитрата калифорния-252 осаждают в виде тумана на холодной поверхности платинового порошка. После вымораживания разбавителя получается гомогенная смесь, из которой формируют сердечник.

Способ позволяет получать сердечники любой формы. Однако он сложен. Для получения проволоки диаметром 0,32 мм из таблетки диаметром 7,6 мм требуется 4 операции ковки или штамповки и 44 операции волочения с промежуточным отжигом ( International simposium of Californium-252 utilisation, Brussel, Belgium. April 22-24, DP-70-30).

Способ позволяет получать проволоку, содержащую не более 200 мкг калифорния-252 на 1 см сердечника (не более 2 мг калифорния-252 на 1 г платины).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является "Способ обращения с очень малым количеством вещества" (патент ФРГ N 2.314.798, 24.03.1979), включающий однократную или многократную пропитку заготовки сердечника раствором калифорния-252. Операции пропитки, сушки, прокаливания при изготовлении сердечников малого диаметра ( ⊘ 0,3 мм, l 25 мм) выполняются последовательно, а для таблеток ( o 8 мм, l 4 мм) - непрерывным смачиванием их раствором калифорния-252 с кислотностью 0,1 1 моль/л HNO₃.

Реализация способа, предлагаемого в прототипе, при использовании для пропитки сердечника растворов экстракционного аффинижа калифорния, осложняется необходимостью корректировки раствора до кислотности не более 1 моль/л, что приводит к увеличению объема и содержания инертных примесей в нем.

Кроме того в процессе пропитки происходит заполнение пор сердечника экстрагентом и разбавителем, которые присутствуют в растворе. Это приводит к снижению емкости сердечника по калифорнию до 10 мкг/мм³.

В предлагаемом способе изготовления сердечника источника нейтронов, включающим пропитку пористой заготовки раствором радионуклида, полученного после экстракционного аффинажа, последующую фиксацию и термообработку, добавляют в исходный раствор хлорную кислоту до 4 моль/л, пропитывают этим раствором заготовку при одновременном упаривании раствора при 90-98^oC и подвергают термообработке.

Цель изобретения изготовление сердечника источника нейтронов, имеющего высокую емкость по радионуклиду (до 500 мкг/мм³).

Органически компоненты раствора, осаждающиеся в порах сердечника, частично окисляются, превращаясь в сорбент. Это позволило получить сердечник, обладающий уникальным свойством в 20-50 раз большей емкости по калифорнию-252, по сравнению с другими известными способами.

Для изготовления сердечников использован раствор калифорния-252, полученный после экстракционного аффинажа, с кислотностью 0,5-1 моль/л HNO₃.

Проведена однократная пропитка заготовки сердечника из пеноалунда o 3 мм, l 3 мм, пористостью 75% раствором, содержащим 43 мкг калифорния-252. В сердечнике зафиксировано 30 мкг калифорния-252.

Удельное содержание калифорния 1,5 мкг/мм³.

Безвозвратные потери 4,3 мкг (10%).

Проведена шестикратная пропитка заготовки пеноалунда o 3,4 мм, l 3 мм, пористостью 75% раствором, содержащим 250 мкг калифорния-252.

В сердечнике зафиксировано, мгк:
после 3-х циклов пропитки сушки 150
после 5 циклов пропитки сушки 170
после 6 циклов пропитки сушки 173
Удельное содержание калифорния-252 в сердечнике 5 мкг/мм³.

Безвозвратные потери 32 мкг (13%).

Для изготовления сердечника использован раствор калифорния-252, полученные после экстракционного аффинажа, и откорректированный по содержанию азотной и хлорной кислоты до 1 моль/л. Проведена пропитка заготовки сердечника из пеноалунда o 2 мм, l 3 мм, пористостью 75% раствором, содержащим 45 мкг калифорния-252, путем упарки 0,3 мл раствора при 90-98^oC в присутствии заготовки.

В сердечнике зафиксировано 42,75 мкг калифорния-252. Удельное содержание калифорния-252 4,75 мкг/мм³.

Безвозвратные потери 0,45 мкг (1%).

Для изготовления сердечника использован раствор калифорния-252, полученный после экстракционного аффинажа, и откорректированный по содержанию хлорной и азотной кислоты до 4 моль/л.

Проведена пропитка заготовки сердечника из пеноалунда o 2 мм, l 3 мм, пористостью 80% раствором, содержащим 4160 мм калифорния-252, путем упарки 0,5 мл раствора при 90-90^oC в присутствии заготовки.

В сердечнике зафиксировано 4000 мкг калифорния-252. Удельное содержание калифорния-252 500 мкг/мм³.

Безвозвратные потери 35 мкг (0,8%).

При реализации способа, предложенного в прототипе, удается зафиксировать не более 10 мкг калифорния-252 в 1 мм³ сердечника.

Добавка хлорной кислоты в раствор, используемый для фиксации калифорния-252 в пористой заготовке сердечника, позволяет в 50 раз, по сравнению с прототипом, увеличить содержание калифорния-252 в сердечнике.

Сравнительные данные технологических показателей различных способов изготовления сердечников для источников нейтронов на основе калифорния-252 приведены в таблице.

Сущность изобретения: фиксацию калифорния-252 в заготовке сердечника проводят путем упарки, в присутствии пористой заготовки, азотнокислого раствора радионуклида, полученного после экстракционного аффинажа, откорректированного до содержания не более 4 моль/л хлорной кислоты. 1 табл.

Способ изготовления сердечника источника нейтронов, включающий пропитку пористой заготовки раствором калифорния-252 и фиксацию калифорния-252 в заготовке, отличающийся тем, что фиксацию калифорния-252 проводят путем упарки в процессе пропитки заготовки раствором калифорния-252, в качестве которого используют азотнокислый раствор калифорния-252, полученный после экстракционного аффинажа, в который введена хлорная кислота до концентрации не более 4 моль/л.