УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ ОСКОЛКАМИ ДЕЛЕНИЯ УРАНА Советский патент 1995 года по МПК G21K5/10 

Изобретение относится к методам изготовления фильтрующих материалов, а именно к технологии получения диэлектрических пленок для получения микро- и ультрафильтрационных мембран.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: существенное улучшение качества ядерной мембраны за счет повышения избирательности травления материала полимера, поврежденного осколками деления в треках, что обеспечивает разброс диаметром пор меньше ±20% и позволяет получить ядерные мембраны с минимальным диаметром пор до 0,1 мкм из полимерных материалов с низким отношением скоростей травления деструктированного и недеструктированного материалов.

Цель достигается тем, что в устройство для облучения полимерных пленок осколками деления урана, включающее герметичный облучательный аппарат, размещенный своей рабочей частью в полости тепловой колонны реактора и содержащий камеру с лентопротяжным механизмом, расположенную вне тепловой колонны, имеющий пластины, покрытые слоем урана и снабженные коллиматорами осколков деления, а также систему вакуумной откачки и наполнения облучательного аппарата газом, согласно изобретению, рабочая часть облучательного аппарата изолирована тепловыми экранами от тепловой колонны реактора и от камеры лентопротяжного механизма и снабжена направляющей плитой с установленным на ее свободном конце поворотным роликом, элементами защиты от нейтронов и гамма-квантов, поглотителями газообразных продуктов деления, а также системой охлаждения пластин с ураном, направляющей плиты и поглотителей газообразных продуктов деления сжиженным газом, что обеспечивает облучение пленки осколками деления в низкотемпературном режиме (десятки К).

На фиг. 1 и 2 представлено устройство, включающее рабочую часть 1 облучательного аппарата, лентопротяжный механизм 2, пластины 3 покрытые слоем урана-235, коллиматор 4 осколков деления, систему 5 вакуумной откачки облучательного аппарата, систему 6 наполнения газом облучательного аппарата, тепловой экран рабочей части облучательного аппарата, направляющую плиту 8 (не показана система охлаждения ее сжиженным газом), поворотный ролик 9 направляющей плиты, защиту 10 рабочей части облучательного аппарата от гамма-излучения, защиту 11 от нейтронов и гамма-лучей, поглотители 12 газообразных продуктов деления, контур 13 охлаждения сжиженным газом пластин с ураном и поглотителей газообразных продуктов деления: вакуумный затвор 14, отделяющий рабочую часть облучательного аппарата от лентопротяжного механизма, систему 15 вакуумной откачки и наполнения воздухом камер лентопротяжного механизма, подающую бобину 16 полимерной пленки, приемную бобину 17 облученной осколками полимерной пленки, ролики 18, задающие скорость движения облучаемой пленки, направляющие ролики, нейтронное поле 20 графитовой тепловой колонны реактора, регулятор 21 подачи сжиженного газа, резервуар 22 со сжиженным газом, сборник 23 охлаждающего газа, регулятор 24 подачи газа для наполнения облучательного аппарата: графитовую тепловую колонну 26 реактора.

Работа устройства. Лентопротяжным механизмом 2 по траектории, задаваемой роликами 9 и 19, протягивают полимерную пленку по охлаждаемой сжиженным газом направляющей плите, где она облучается коллимированным потоком осколков деления, генерируемых в урановом слое пластин 3 тепловыми нейтронами реактора. При этом в пленке образуются треки необходимой плотности, которая регулируется скоростью протяжки пленки, задаваемой роликами 18 и уровнем мощности реактора (нейтронным потоком в месте размещения пластин с ураном).

Экраны 7 обеспечивают тепловую изоляцию рабочей части облучательного аппарата 1 от графитовой колонны реактора 26 и лентопротяжного механизма 2. Контур охлаждения сжиженным газом 13 снимает с пластин 3 и коллиматора 4 тепло, выделяемое при делении урана, охлаждает направляющую плиту 8. Заполнение облучательного аппарата газом чеpез систему 6 обеспечивает выравнивание теплового поля внутри облучательного аппарата. На участке от входа в тепловой экран до коллиматора пленка успевает охладиться до температуры несколько десятков градусов Кельвина. Сжиженный газ подается через регулятор 21 из резервуара 22, а газ из баллона 25 подается через регулятор 24, поддерживающий рабочее давление в облучательном аппарате. Охлаждаемые сжиженным газом поглотители 12 предотвращают попадание газообразных продуктов деления в систему вакуумной откачки. Вакуумный затвор 14 обеспечивает разделение объемов рабочей части облучательного аппарата и лентопротяжного механизма, что необходимо для перезарядки бобины с пленкой. С этой же целью лентопротяжный механизм снабжен своей системой вакуумной откачки и наполнения газом (воздухом). Защита рабочей части облучательного аппарата от гамма-излучения 10 сжижает радиационную нагрузку на пленку, что важно для некоторых полимерных материалов. Защита 11 дает возможность производить перезарядку пленки без снижения уровня мощности реактора.

Введение охлаждения пленки усложняет облучательное устройство и вносит дополнительные затраты на расходование охлаждающего сжиженного газа. При выделяемой на пластинках тепловой мощности около 400 Вт, что обеспечивает производство 300 тыс.м² ядерных мембран в год с пористостью 10% и диаметром пор 0,2 мкм) и тепловых утечках через экран в облучательную камеру около 200 Вт, на охлаждение требуется около 10 кг/ч сжиженного газа.

Вместе с тем облучение охлажденной пленки увеличивает скорость травления треков при 77 К примерно в три раза.

Таким образом, облучательная установка с холодильным агрегатом позволит получить ядерные мембраны с порами до 0,1 мкм из материалов с низким отношением скоростей травления деструктированного и недеструктированного материала, с низким отношением скоростей травления деструктированного материала, например из полипропилена. Кроме того, использование устройства позволит уменьшить разброс диаметров пор в мембранах из других материалов, например из поликарбоната и полиэтилентерефталата, cократив время травления облученной пленки в несколько раз.

Использование: в технологии изготовления фильтрующих материалов путем облучения в ядерном реакторе. Сущность изобретения: устройство включает теплоизолированную от тепловой колонны ядерного реактора камеру 1 облучения, размещенную в полости тепловой колонны, камеру 2 с лентопротяжным механизмом, расположенную вне тепловой колонны, пластины 3, покрытые слоем, содержащим уран-235, с коллиматорами 4 осколков деления, системы 5,6 вакуумной откачки и наполнения облучательного аппарата газом, камера облучения снабжена направляющей плитой 8, пластины и направляющая плита оснащена системой охлаждения, камера облучения и камера с лентопротяжным механизмом разделены вакуумным затвором 14. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ ОСКОЛКАМИ ДЕЛЕНИЯ УРАНА, включающее герметичный облучательный аппарат, содержащий камеру облучения, размещенную в полости тепловой колонны ядерного реактора, и камеру с лентопротяжным механизмом, расположенную вне тепловой колонны, пластины, покрытые слоем, содержащим уран-235, с коллиматорами осколков деления, систему вакуумной откачки и наполнения облучательного аппарата газом, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности улучшения качества получаемой ядерной мембраны, камера облучения выполнена теплоизолированной от тепловой колонны реактора и от камеры с лентопротяжным механизмом и снабжена направляющей плитой, один конец которой закреплен в камере с лентопротяжным механизмом, а другой свободный оснащен поворотным роликом для пленки, причем пластины расположены по обе стороны направляющей плиты, пластины и направляющая плита оснащены системой охлаждения, камера облучения и камера с лентопротяжным механизмом разделены вакуумным затвором, а система вакуумной откачки и наполнения облучательного аппарата-газом, содержит две автономные подсистемы для камеры облучения и камеры с лентопротяжным механизмом.