КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ДЕЛЯЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК G21C1/02 G21C17/06 

Изобретение относится к технике и оборудованию для получения изотопов из делящихся материалов, в частности, для получения молибдена-99 и ксенона-133, применяемых в современной диагностике.

Известен контейнер для облучения делящихся материалов [1], содержащий корпус и делящуюся мишень, размещенную в корпусе. Конструкция контейнера представляет собой металлический корпус-чехол, внутрь которого помещен металлический разъемный вкладыш. Внутри вкладыша размещена кварцевая ампула с исходным материалом. После сборки крепление деталей осуществляется с помощью сварки. Этот контейнер имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются:
неудовлетворительный теплосъем и, как следствие, ухудшение качестве продукта из-за перегрева и спекания делящегося материала;
повышение давления внутри упаковки, которое может привести к ее разгерметизации и выбросу газов, осколков деления в окружающую среду;
маленькая объемная загрузка (единичная на один котнейнер-упаковку) делящегося исходного материала.

Известен контейнер для облучения делящихся материалов, описанный в [2]. Контейнер имеет цилиндрический корпус, закрываемый герметично пробкой. Внутри корпуса находится мишень из урана-235. Контейнер подвергают облучению в нейтронном поле ядерного реактора. В результате облучения образуется осколочный молибден-99, который в последующем извлекают и направляют для зарядки генераторов технеция-99м. Основными недостатками контейнера для облучения делящихся материалов являются:
- неравномерное распределение делящегося материала по объему, что ведет к местному нагреву контейнера и в дальнейшем к его разгерметизации;
- плохие условия теплосъема, что ведет к перегреву мишени;
- накопление несвязанных летучих радионуклидов, например йода, внутри контейнера, которые при разделке ухудшают экологическую обстановку.

Наиболее близким техническим решением является контейнер для облучения делящихся материалов [3]. Этот контейнер для облучения делящихся материалов взят в качестве прототипа. Контейнер для облучения делящихся материалов имеет корпус, содержащий двойные кольцевые стtнки с торцевым заглушкам, облучаемый делящийся материал, например уран-235, равномерно распределенный в объеме матрицы. Матрица выполнена в виде втулки и размещена в кольцевом зазоре между станками. Втулка установлена с зазорами по отношению к стенкам кольцевой полости и торцевыми заглушками. Зазоры заполнены контактным материалом, связывающим летучие радионуклиды. По торцам корпуса между торцевыми заглушками и контактным материалом выполнены кольцевые полости. В качестве контактного материала в зазорах контейнера выбран магний. В качестве материала матрицы втулки выбран оксид магния. Делящийся материал в виде порошка равномерно перемешивают с порошком матрицы из оксида магния, а затем проводят холодное прессование этих смесей с получением втулки. В процессе облучения уран-235 делится с образованием осколков деления, в том числе и изотопов йода. Магний - контактный материал, химически связывает йод и во время разделки (переработки) такого облученного контейнера не происходит выброса летучих продуктов деления урана-235. Основными недостатками контейнера для облучения делящихся материалов являются:
- неравномерное распределения делящегося материала по объему втулки, что ведет к местному перегреву контейнера;
- накопление несвязанных летучих ралионуклидов, например йода, внутри пористой втулки. Летучие радионуклиды при разделке контейнера вылетают из объема втулки и ухудшают экологическую обстановку;
- большой объем втулки (т.к. выполнить втулку толщиной стенки менее 2 мм холодным прессованием практически невозможно, т.к. она становится хрупкой и при механической тряске рассыпается), который ведет к перерасходу компонентов при извлечении нужных радионуклидов, например, молибдена-99.

Целью изобретения является повышение эффективности улавливания летучих радиодуклидов и снижение расхода химических реагентов при извлечении молибдена-99 во время разделки контейнера.

Для достижения указанного технического результата предлагается контейнер для облучения делящихся материалов, который содержит корпус с двойными стенками, торцевыми заглушками и кольцевыми полостями, контактный материал, мишень, содержащую делящийся изотоп, например уран-235, равномерно размещенный в матрице, выполненной в виде набора шариков, равномерно размещенных монослоем в кольцевом зазоре корпуса. Диаметр шарика выбирают из выражения:
d_ш ≤ δ - 2Δ
где
d_ш - диаметр шарика;
δ - кольцевой зазор корпуса;
Δ - радиальный зазор шарика между кольцевыми стенками корпуса.

Кольцевые ряды шариков по длине активной зоны контейнера выполнены плотно упакованными.

Сущность изобретения поясняется
чертежом (фиг. 1), на котором представлен общий вид контейнера для облучения делящихся материалов. Контейнер содержит наружную оболочку 1, внутреннюю оболочку 2, торцевые заглушки 3, шарики 4, контактный материал 5 и кольцевые полости 6;
чертежом (фиг. 2), на котором показана развертка на плоскости части кольцевого зазора, к котором кольцевые ряды шариков по длине активной зоны выполнены плотно упакованными.

Контейнер для облучения делящихся материалов работает следующим образом. Контейнер загружают в канал ядерного реактора и производят облучение. В результате, делящийся изотоп, уран-235, производит осколочный молибден-99 и одновременно образуются летучие соединения йода, которые из шариков 4 поступают к контактному материалу - магнию 5. Происходит химическое взаимодействие йода с магнием. В результате разделки такого контейнера в горячей камере не происходит выброса йода, т.к. он находится в химически связанном состоянии с магнием. При разделке один торец контейнера, например нижний, в районе газового кольцевого объема 6 отрезают с помощью наждачного круга (смотри на фиг. 1 сечение А-А). Затем контейнер помещают в электрическую печь так, чтобы открытый торец контейнера находился внизу. Под открытым торцом находится сетчатый фильтр. При нагреве контейнера выше точки плавления контактного материала (t_пл магния 649^oC) магний вместе с шариками 4 выходят из кольцевого зазора и попадают на сетчатый фильтр. Магний протекает через сетку фильтра в поддон, а шарики передаются на дальнейшую переработку. В прототипе [3] втулку практически невозможно извлечь из кольцевого зазора, поэтому для переработки контейнера-прототипа требуется больше химических реагентов, чем для переработки одних шариков (без магния) и, кроме этого, объем шариков меньше, чем объем втулки при одном и том же кольцевом зазоре.

Использование предлагаемого изобретения позволит создать контейнер для облучения делящихся материалов с равномерно расположенным по объему делящимся материалом в виде монослоя плотно упакованных шариков, улучшить условия теплосъема, эффективнее локализовать летучие радионуклиды, повысить безопасность облучения контейнера и снизить расход химических реагентов при извлечении во время разделки молибдена-99.

Источники информации.

1. Левин В.И. и др. Регламент на выделение молибдена-99 без носителя из продуктов деления урана. Отчет института биофизики Министерства здравоохранения СССР, М., 1976.

2. Патент ГДР N 114715, МПК G 21 G 1/00. Контейнер для облучения делящихся материалов. Опубл. 1975 г.

3. Заявка N 95106367/25 от. 25.04.95. Контейнер для облучения делящихся материалов. Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 26.04.96 г.

Использование: изобретение относится к технике и оборудованию для получения изотопов из делящихся материалов, в частности для получения молибдена-99 и ксенона-133, применяемых в современной медицинской диагностике. Сущность изобретения: контейнер для облучения делящихся материалов содержит корпус с двойными стенками и торцевыми заглушками, кольцевые газовые объемы, контактный материал, мишень в виде набора шариков, равномерно и упорядоченно размещенных монослоем в кольцевом зазоре корпуса, а кольцевые ряды шариков мишени по длине активной зоны контейнера выполнены плотно упакованными. Технический результат заключается в повышении эффективности улавливания летучих радионуклидов и снижения расхода химических реагентов при извлечении молибдена во время разделки контейнера. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Контейнер для облучения делящихся материалов, содержащий корпус с двойными стенками и торцевыми заглушками, кольцевыми газовыми объемами, мишень с облученным материалом, контактный материал, отличающийся тем, что мишень выполнена в виде набора шариков, равномерно и упорядоченно размещенных монослоем в кольцевом зазоре корпуса. 2. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые ряды шариков мишени по длине активной зоны контейнера выполнены плотно упакованными.