ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2022 года по МПК G01N25/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к источнику излучения для неразрушающего контроля, и способу и устройству для его производства. В частности, настоящее изобретение относится к источнику излучения для неразрушающего контроля, который позволяет получать изображение, имеющее высокое геометрическое разрешение, посредством неразрушающего контроля, и который позволяет обеспечивать однородность интенсивности источника от мишени к мишени и легко регенерируется, и способу и устройству для его производства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В выложенной патентной заявке Японии 2010-127825 описан метод производства источников излучения для неразрушающего контроля (далее могут именоваться просто источниками излучения) с использованием ядерного реактора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технические проблемы, подлежащие решению

[0003] Однако, поскольку от трех до четырех дискообразных мишеней, имеющих, например, диаметр 1,5 мм × толщина 0,2 мм, традиционно уложены в стопку для формирования цилиндрического источника излучения, излучение, испускаемое с верхней и нижней поверхностей и боковой поверхности источника излучения, было анизотропным. Кроме того, существуют такие проблемы, как неоднородная интенсивность источника от мишени к мишени, низкое геометрическое разрешение изображения неразрушающего контроля (например, изображения), трудность в установлении назначенной интенсивности источника в ходе переизлучения вследствие изменений в интенсивности источника от мишени к мишени и недостаточной пригодности мишени к переработке.

[0004] Настоящее изобретение призвано решать вышеупомянутые традиционные проблемы, и его задача состоит в обеспечении источника излучения для неразрушающего контроля, который обеспечивает изображение неразрушающего контроля, имеющее высокое геометрическое разрешение и не имеет анизотропии источника излучения, однородную интенсивность источника от мишени к мишени и высокую пригодность мишени к переработке, и способ и устройство для его производства.

Средство для решения проблем

[0005] Настоящее изобретение решает вышеупомянутые проблемы путем формирования мишени для облучения источника излучения для неразрушающего контроля в виде малой сферы диаметром примерно от 0,5 до 1,5 мм.

[0006] Сферическая мишень для облучения может состоять из металлического иридия, содержащего природный или обогащенный иридий-191.

[0007] Настоящее изобретение также решает вышеупомянутые проблемы посредством способа производства источника излучения для неразрушающего контроля, включающего в себя изготовление сферической мишени для облучения, размещение сферической мишени для облучения во вращающейся капсуле и вращение крыльчатки аксиального потока нисходящим потоком первичного теплоносителя реактора, благодаря чему вращающаяся капсула вращается.

[0008] В данном случае, сферическая мишень для облучения может изготавливаться капанием расплавленного иридия в жидкость.

[0009] Альтернативно, сферическая мишень для облучения может изготавливаться механической обработкой.

[0010] Множество сферических мишеней для облучения может загружаться во вращающую капсулу в несколько слоев.

[0011] Настоящее изобретение также решает вышеупомянутые проблемы посредством устройства для производства источника излучения для неразрушающего контроля, включающего в себя вращающуюся капсулу, где располагается сферическая мишень для облучения, и крыльчатку аксиального потока, которая вращается нисходящим потоком первичного теплоносителя реактора, причем вращающаяся капсула приводится во вращательное движение крыльчаткой аксиального потока.

Положительные результаты изобретения

[0012] Согласно настоящему изобретению, мишень для облучения в форме малой сферы может повышать геометрическое разрешение изображения неразрушающего контроля по сравнению с дискообразной формой. Кроме того, можно устранить анизотропию источника излучения. Кроме того, чем меньше изменения в интенсивности источника, тем выше пригодность к повторному использованию мишени, что позволяет экономно использовать редкие ресурсы для снижения затрат на материал. Однородные источники излучения для неразрушающего контроля можно эффективно изготавливать для повышенной эффективности затрат. Источники излучения можно легко изготавливать с низкими затратами, поскольку капсула вращается за счет использования нисходящего потока первичного теплоносителя реактора без вращения капсулы двигателем, приводимым в действие внешним источником питания. Эти и другие признаки новизны и преимущества настоящего изобретения явствуют из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0013] Фиг. 1 - схема, демонстрирующая первую половину процедуры выработки иридия 192 (¹⁹²Ir) согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 - схема, демонстрирующая вторую ее половину;

фиг. 3 - диаграмма, демонстрирующая радиоактивность иридиевых мишеней, полученных обогащением иридия-191 (¹⁹¹Ir) для описания принципа настоящего изобретения;

фиг. 4A - схема, демонстрирующая эффект (эффект самоэкранирования) сечения реакции ¹⁹¹Ir с той же целью;

фиг. 4B - диаграмма, демонстрирующая скорость генерации ¹⁹²Ir во внешних сферах с той же целью;

фиг. 4C - диаграмма, демонстрирующая скорость генерации ¹⁹²Ir во внутренних сферах с той же целью;

фиг. 5 - диаграмма, демонстрирующая результат оценивания ротатабельности вращающейся капсулы посредством первичного теплоносителя реактора с той же целью; и

фиг. 6 - схема, демонстрирующая вид в разрезе вращающейся капсулы для выработки ¹⁹²Ir, пригодной в вышеприведенном варианте осуществления.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0014] Вариант осуществления настоящего изобретения будет подробно описан ниже со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается описанием следующего варианта осуществления или практических примеров. Компоненты следующего варианта осуществления и практических примеров включают в себя те, которые легко могут предложить специалисты в данной области техники, по существу идентичные и находящиеся в так называемом диапазоне эквивалентности. Компоненты, раскрытые в следующем варианте осуществления и практических примерах, могут при необходимости объединяться и могут при необходимости выборочно использоваться.

[0015] Фиг. 1 схематически демонстрирует первую половину процедуры выработки ¹⁹²Ir согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

[0016] Как показано на этапах A и B на фиг. 1, иридиевые (Ir) микросферы 12 диаметром 1 мм, с допуском по диаметру ±0,02 мм и массой 12 мг и т.д. изготавливаются, например, из металлического иридия (Ir) 10, состоящего из обогащенного иридия (Ir), который является, например, ¹⁹¹Ir, обогащенным до 80%.

[0017] В производстве используется метод плавления металлического иридия. Ir микросферы 12 могут изготавливаться капанием расплавленного иридия в жидкость (например, воду).

[0018] Альтернативно, Ir микросферы 12 могут изготавливаться механической обработкой с использованием чистового точения в качестве метода механической обработки.

[0019] Затем, как показано на этапе C на фиг. 1, 28 Ir микросфер 12 загружаются слоями с надлежащим разнесением, например, на 2 мм вдоль внутренней периферии диаметром 20 мм цилиндрического алюминиевого теплопровода 14, имеющего диаметр, например, 25 мм. Как показано на этапе D на фиг. 1, например, восемь таких слоев загружаются путем укладки в стопку вертикально на надлежащих расстояниях с обеспечением, например, всего приблизительно 220 мишеней для облучения.

[0020] Затем, как показано на этапе E на фиг. 1, восемь слоев теплопроводов 14, загруженных Ir микросферами 12, которые являются мишенями для облучения, запечатываются во вращающейся капсуле 20 (также именуемой ампулой облучения). Как показано на этапе F на фиг. 1 (= этап A на фиг. 2), вращающаяся капсула 20 вставляется в реактор 40 и облучается нейтронами, вращаясь нисходящим потоком первичного теплоносителя реактора. Причина, по которой вращающаяся капсула 20 не закреплена, но вращается, состоит в необходимости однородного нейтронного облучения. В настоящем варианте осуществления используется нисходящий поток первичного теплоносителя реактора, что избавляет от необходимости в электрическом двигателе для вращения, внешнем источнике питания, соединительном кабеле между ними и т.п., что позволяет снизить затраты. Кроме того, монтажные операции осуществляются просто и легко, поскольку бескабельная вращающаяся капсула 20 просто помещается в канал первичного теплоносителя реактора.

[0021] Затем, как показано на этапе B на фиг. 2, облученная вращающаяся капсула 20A, извлеченная из реактора 40, разбирается. Как показано на этапе C на фиг. 2, извлекаются облученные теплопроводы 14A, включающие в себя облученные Ir микросферы 12A. Затем, как показано на этапе D на фиг. 2, извлекаются приблизительно 220 облученных Ir микросфер 12A. Затем, как показано на этапе E на фиг. 2, каждая из облученных Ir микросфер 12A загружается в контейнер 50. Как показано на этапе F на фиг. 2, контейнер 50 измеряется и проверяется на предмет заранее определенной дозы γ-излучения (например, 13 Ки). Как показано на этапе G на фиг. 2, контейнер 50 запечатываетсяя. Как показано на этапе H на фиг. 2, запечатанные контейнеры 50A транспортируются в транспортировочном контейнере 52.

[0022] На фиг. 3 показана радиоактивность Ir мишеней, содержащих обогащенный ¹⁹¹Ir согласно настоящему изобретению.

[0023] Для выработки ¹⁹²Ir, требуется плотность потока тепловых нейтронов приблизительно от 1 до 2 × 10¹⁴ (1/см²) независимо от необходимости обогащать ¹⁹¹Ir. Например, в случае транспортировки раз в два месяца, время облучения может составлять 40 дней.

[0024] Затем, на фиг. 4 показан результат контроля эффекта (эффекта самоэкранирования) сечения реакции ¹⁹¹Ir также согласно настоящему изобретению.

[0025] Сечение реакции Ir с нейтронами больше, чем для урана, и Ir микросферы в нейтронах передней секции (самоэкранирование). Предположим, что, как показано слева на фиг. 4A, нейтроны поступают в одном направлении (в схеме, слева), и Ir микросферы располагаются на внутренней окружности и внешней окружности, как показано на виде в разрезе, показанном справа на фиг. 4A. В таком случае, объем генерации ¹⁹²Ir неоднороден, как показано на фиг. 4B (скорость генерации ¹⁹²Ir во внешних сферах) и фиг. 4C (скорость генерации ¹⁹²Ir во внутренних сферах). Вращение делает объем генерации однородным, поскольку Ir микросферы облучаются нейтронами во всех направлениях. Заметим, что Ir микросферы желательно загружать только на внешней окружности, поскольку объем генерации различается между внутренней окружностью и внешней окружностью.

[0026] Кроме того, на фиг. 5 показан результат оценивания ротатабельности вращающейся капсулы первичным теплоносителем реактора также согласно настоящему изобретению.

[0027] Поскольку скорость потока на участке зазора в 1000 или более раз больше скорости вращения, поток на поверхности цилиндрического контейнера проходит через участок зазора без вращения. Поэтому необходим механизм для преобразования аксиального потока в вихревой поток. Таким образом, в этой системе, избыточная аксиальная сила, как показано на фиг. 5, возникает вследствие потери потока, сталкивающегося с цилиндрическим контейнером, и потери, возникающей на участке зазора. В таком случае оказывается, что для вращения цилиндрического контейнера необходимо применять упорный подшипник, выдерживающий аксиальную силу (аксиальную нагрузку приблизительно 50 Н или более для зазора 7 мм).

[0028] На фиг. 6 показано состояние, в котором вращающаяся капсула для выработки ¹⁹²Ir вставляется в канал для первичного теплоносителя, проходящий вертикально внутри реактора 40.

[0029] Внутренняя капсула 30, выполненная, например, из A5052, где находится вращающаяся капсула 20, располагается во внешней трубе 22, выполненной, например, из A6063. Затем внутренняя капсула 30 вставляется в канал первичного теплоносителя реактора. Ось внутренней капсулы 30 поддерживается с возможностью вращения во внешней трубе 22 сверху и снизу подшипниками 26, выполненными, например, из SUS304, и держателями 24 подшипников, выполненными, например, из A5052. Ось дополнительно снабжена крыльчаткой 32 аксиального потока, аналогично выполненной из A5052. В схеме, ссылочная позиция 34 обозначает сетку, выполненную, например, из SUS304, и ссылочная позиция 36 обозначает держатель сетки, выполненный, например, из A5052. Таким образом, крыльчатка 32 аксиального потока вращается нисходящим потоком первичного теплоносителя реактора, благодаря чему внутренняя капсула 30 и вращающаяся капсула 20 в ней также вращаются.

[0030] Вышеупомянутый источник излучения имеет дозу, например, 13 Ки ввиду того, что назначенная величина радиоактивности после выгрузки из реактора равна 10 Ки. Однако ввиду потребности в будущем может изготавливаться источник излучения 39 Ки, т.е. в 1,3 раза превышающего 30 Ки.

[0031] В вышеприведенном варианте осуществления радиоактивный изотоп описан как иридий Ir-192. Однако тип радиоактивного изотопа не ограничивается этим, и можно использовать другие радиоактивные изотопы, например, кобальт Co-60, цезий Cs-127, иттербий Yb-169, селен Se-75 и тулий Tm-170. Размер и количество слоев теплопровода 14, количество микросфер и пр. также не ограничиваются вышеупомянутым вариантом осуществления.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0032]

10 … металлический иридий (Ir)

12, 12A … иридиевая (Ir) микросфера

14, 14A … теплопровод

20 … вращающаяся капсула

30 … внутренняя капсула

32 … крыльчатка аксиального потока

40 … ядерный реактор

50, 50A … контейнер

52 … транспортировочный контейнер

Мишень для облучения выполнена в форме сферы. Сферическая мишень для облучения может состоять из металлического иридия, содержащего природный или обогащенный иридий-191. Источник излучения настоящего изобретения может изготавливаться путем производства сферической мишени для облучения, размещения сферической мишени для облучения во вращающейся капсуле и вращения крыльчатки аксиального потока нисходящим потоком первичного теплоносителя реактора, благодаря чему вращающаяся капсула вращается. Этот источник излучения обеспечивает улучшенное изображение неразрушающего контроля, имеющее высокое геометрическое разрешение, и не имеет анизотропии источника излучения, и также имеет высокую пригодность мишени к переработке. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Источник излучения для неразрушающего контроля, содержащий мишень для облучения в форме малой сферы диаметром от 0,5 до 1,5 мм, причем сферическая мишень для облучения представляет собой металлический иридий, содержащий природный или обогащенный иридий-191, причем сферическая мишень для облучения изготовлена капанием расплавленного иридия в жидкость.

2. Способ производства источника излучения для неразрушающего контроля, содержащий этапы, на которых: изготавливают сферическую мишень для облучения; помещают сферическую мишень для облучения во вращающуюся капсулу; и вращают крыльчатку аксиального потока нисходящим потоком первичного теплоносителя реактора, благодаря чему вращающаяся капсула вращается.

3. Способ производства источника излучения для неразрушающего контроля по п. 2, в котором сферическая мишень для облучения изготавливается капанием расплавленного иридия в жидкость.

4. Способ производства источника излучения для неразрушающего контроля по п. 2, в котором множество сферических мишеней для облучения загружается во вращающуюся капсулу во множество слоев.

5. Устройство для производства источника излучения для неразрушающего контроля, содержащее: вращающуюся капсулу, где располагается сферическая мишень для облучения; и крыльчатку аксиального потока, которая вращается нисходящим потоком первичного теплоносителя реактора, благодаря чему вращающаяся капсула приводится во вращательное движение крыльчаткой аксиального потока.