本發(fā)明屬于放射性同位素輻照生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及到利用研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用的含Np-237輻照靶件。

背景技術(shù)：

放射性同位素電池(核電池)具有體積小、能量密度大、壽命長(zhǎng)、可靠性高、不受環(huán)境影響等特點(diǎn)，可為宇宙飛船、微小衛(wèi)星、心臟起搏器等提供能源。Pu-238是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的人工合成钚同位素，具有半衰期適中、功率密度高、輻射屏蔽輕等特點(diǎn)，是一種理想的放射性同位素?zé)嵩床牧稀u-238的大規(guī)模制備依靠在反應(yīng)堆內(nèi)對(duì)靶件進(jìn)行輻照，再通過(guò)溶劑萃取和離子交換方法純化得到。目前，兩條主要的生產(chǎn)途徑為：從乏燃料中回收Np-237再輻照；直接堆照Am-241靶件。美、俄等國(guó)主要采取輻照Np-237靶件的途徑進(jìn)行生產(chǎn)。

我國(guó)目前尚不能進(jìn)行Pu-238輻照生產(chǎn)，需要依靠從國(guó)外進(jìn)口，對(duì)Pu-238輻照生產(chǎn)的研究也處于起步階段。

輻照靶件類型與反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)、所生產(chǎn)的同位素種類及其特性有關(guān)，應(yīng)當(dāng)便于在反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行布置、具有較大的轉(zhuǎn)換率，同時(shí)應(yīng)便于進(jìn)行同位素分離提純、并滿足熱工安全要求。Np-237輻照過(guò)程中吸收中子生成Np-238，Np-238衰變?yōu)镻u-238，而Np-238具有很大的裂變截面，損耗率大；Pu-238本身是一種裂變核素，靶件中有很強(qiáng)的裂變發(fā)熱，給靶件的冷卻提出了嚴(yán)格的要求；此外，Pu-238生產(chǎn)中伴隨Pu-236的生成，它衰變時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)γ輻射子體，嚴(yán)重影響Pu-238的品質(zhì)，輻照中應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。從乏燃料中提取Np-237成本高昂，為獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，要求所設(shè)計(jì)的靶件具有較高的Pu-238轉(zhuǎn)換率，從而對(duì)Np-237輻照靶件設(shè)計(jì)提出了很?chē)?yán)格的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用含Np-237輻照靶件，利用本發(fā)明的輻照靶件能夠輻照出Pu-238，并且轉(zhuǎn)換率高、安全性好。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用含Np-237輻照靶件，包括靶件筒和設(shè)置在靶件筒兩端的上端頭和下端頭，所述靶件筒內(nèi)設(shè)有冷卻性能高的待輻照靶體。

所述冷卻性能高的待輻照靶體包括內(nèi)套管，所述內(nèi)套管設(shè)于靶件筒中央且其軸線與靶件筒軸線重合，靶件筒與內(nèi)套管間設(shè)有數(shù)個(gè)軸線與靶件筒軸線重合的環(huán)形靶體。

目前國(guó)外從乏燃料中回收Np-237再輻照的方式主要為，Np-237在輻照過(guò)程中吸收中子生成Np-238，Np-238衰變?yōu)镻u-238。而Np-238具有很大的裂變截面，損耗率大；Pu-238本身是一種裂變核素，靶件中有很強(qiáng)的裂變發(fā)熱，給靶件的冷卻提出了嚴(yán)格的要求。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的靶件多采用單個(gè)圓環(huán)形靶件，其靶件內(nèi)側(cè)無(wú)冷卻通道，因此冷卻液只能從靶件的外側(cè)流過(guò)，靶件內(nèi)的芯體的冷卻效率不高，若用于Np-237的輻照，安全隱患非常大，難以滿足Pu-238的輻照生產(chǎn)。

本發(fā)明的內(nèi)套管能夠在靶件筒內(nèi)形成冷卻劑內(nèi)外流道，在內(nèi)套管外設(shè)有數(shù)個(gè)環(huán)形靶體，在環(huán)形靶體與內(nèi)套管間、環(huán)形靶體與環(huán)形靶體間、環(huán)形靶體與靶件筒間形成多個(gè)冷卻流道，冷卻劑能夠從環(huán)形靶體的內(nèi)外兩側(cè)流過(guò)，增大了環(huán)形靶體與冷卻液的接觸面積，大大提高了冷卻效率。

所述環(huán)形靶體包括圓筒型的外包殼和內(nèi)包殼，外包殼和內(nèi)包殼間填充有芯體，在外包殼和內(nèi)包殼兩端設(shè)有環(huán)形的密封端塞。

所述環(huán)形靶體為一個(gè)或兩個(gè)，環(huán)形靶體與環(huán)形靶體間、環(huán)形靶體與靶件筒及內(nèi)套管間有間距，形成冷卻流道。

由于Pu-238生產(chǎn)中伴隨Pu-236的生成，它衰變時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)γ輻射子體，嚴(yán)重影響Pu-238的品質(zhì)，輻照中應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。從乏燃料中提取Np-237成本高昂，為獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，要求所設(shè)計(jì)的靶件具有較高的Pu-238轉(zhuǎn)換率，從而對(duì)Np-237輻照靶件設(shè)計(jì)提出了很?chē)?yán)格的要求。

利用研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238是一個(gè)過(guò)程較為復(fù)雜的工藝，涉及到輻照反應(yīng)的多個(gè)部件和多個(gè)操作方式的改進(jìn)，而對(duì)于Np-237輻照靶件而言，提高Pu-238轉(zhuǎn)換率，則要求Np-237輻照靶件具備更高的冷卻效率。本發(fā)明在環(huán)形靶體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)有冷卻流道，并且輻照芯體填充于環(huán)形筒狀的外包殼和內(nèi)包殼內(nèi)，大大增加了冷卻液與環(huán)型靶體的接觸面，顯著提高了靶件的冷卻效果，經(jīng)發(fā)明人反復(fù)試驗(yàn)，利用本發(fā)明的輻照靶件能夠輻照生產(chǎn)Pu-238，并且具有很高的轉(zhuǎn)化率。得到了品質(zhì)較高的Pu-238，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

進(jìn)一步地，所述芯體為(Np-237)-HNO3溶液或鋁基彌散(Np-237)O2芯塊，所述靶件筒為L(zhǎng)T24鋁合金材質(zhì)，所述外包殼和內(nèi)包殼為305鋁合金材質(zhì)，它具有成本低廉、核性能優(yōu)良和強(qiáng)度適當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)，在研究堆中有著較好的應(yīng)用。

其中，鋁基彌散(Np-237)O2芯塊采用無(wú)壓燒結(jié)真空工藝制備，該芯塊具有導(dǎo)熱性能好、包容裂變產(chǎn)物能力強(qiáng)、后處理方便等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明中，外包殼和內(nèi)包殼與密封端塞可以通過(guò)焊接方式相連，并采用特殊工藝進(jìn)行密封，從而構(gòu)成一個(gè)密封的輻照罐結(jié)構(gòu)，因而該輻照罐內(nèi)可以盛裝(Np-237)-HNO3溶液。

本發(fā)明的冷卻性能高的待輻照靶體還可以采用另一種結(jié)構(gòu)，其包括數(shù)根均勻分布的靶件棒，靶件棒間、靶件棒與靶件筒間有間距，形成冷卻流道。

所述靶件棒外部為圓筒形外殼，外殼內(nèi)填充有靶心體，所述外殼兩端設(shè)有密封塞。

目前，國(guó)內(nèi)外存在一些具有單個(gè)獨(dú)立的靶件棒的輻照靶件，獨(dú)個(gè)靶件棒固定于靶件中央，其外側(cè)有冷卻液流過(guò)，由于其冷卻效率欠佳，因此一直無(wú)法應(yīng)用于Pu-238的輻照生產(chǎn)。

本發(fā)明采用數(shù)根靶件棒同時(shí)被輻照的結(jié)構(gòu)，多個(gè)靶件棒中單個(gè)靶件棒相比于現(xiàn)有的獨(dú)個(gè)靶件棒而言，明顯具有更小的橫截面，因而其與冷卻液接觸的表面積與體積的比值顯著增大，更加利于熱交換，大大提高了靶件的冷卻效率，同時(shí)由于本發(fā)明的靶件棒為數(shù)根，數(shù)根靶件棒的總體積與現(xiàn)有獨(dú)個(gè)靶件棒的總體積相同或者更大，相同時(shí)間內(nèi)能夠輻照相同量或者更多地靶心體原料，因而本發(fā)明能夠在保證靶心體的輻照效率不變或者增大的情況下顯著提高靶件的散熱效率，并能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于Pu-238的輻照生產(chǎn)。

所述靶件棒為7根，在靶件筒中央設(shè)有1根靶件棒，其余6根靶件棒均勻環(huán)布于中央靶件棒外周。

其余的6根靶件棒間連線構(gòu)成一個(gè)正六邊形，這種結(jié)構(gòu)有著優(yōu)秀的幾何力學(xué)性能，能夠增強(qiáng)整個(gè)輻照靶件的機(jī)械強(qiáng)度，防止其在運(yùn)輸或使用過(guò)程中發(fā)生破損或斷裂，引起不必要的原料泄漏，避免造成經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡，有效提高本發(fā)明用于Pu-238輻照生產(chǎn)的安全性和可行性，適于輻照靶件領(lǐng)域廣泛推廣。

所述靶件棒還可以為19根，在靶件筒中央設(shè)有1根靶件棒，在中央的靶件棒外周均勻環(huán)布有6根靶件棒，其余12根靶件棒均勻環(huán)布于6根靶件棒構(gòu)成的圓環(huán)的外周。

靶件棒為19根時(shí)，由于其內(nèi)部的正六邊形排列結(jié)構(gòu)，使其不僅具有較高的力學(xué)性能和機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)，其單根靶件棒的橫截面更小，其熱交換效果更佳，并且一次性被輻照的Np-237量更多，有效提高生產(chǎn)效率，減小能源耗損，在一定程度上降低了原本高昂的Pu-238輻照生產(chǎn)成本。

進(jìn)一步地，所述靶芯體為鋁基(Np-237)O2芯塊或(Np-237)-HNO3溶液，所述靶件筒為L(zhǎng)T24鋁合金材質(zhì)，所述外殼為305鋁合金材質(zhì)，它具有成本低廉、核性能優(yōu)良和強(qiáng)度適當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)，在研究堆中有著較好的應(yīng)用。

其中，鋁基彌散(Np-237)O2芯塊采用無(wú)壓燒結(jié)真空工藝制備，該芯塊具有導(dǎo)熱性能好、包容裂變產(chǎn)物能力強(qiáng)、后處理方便等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明中，外殼與密封塞可以通過(guò)焊接方式相連，并采用特殊工藝進(jìn)行密封，從而構(gòu)成一個(gè)密封的輻照罐結(jié)構(gòu)，因而該輻照罐內(nèi)可以盛裝(Np-237)-HNO3溶液。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用含Np-237輻照靶件，由于含有Np-237的待輻照物與冷卻液具有更大的接觸面，因而具有十分理想的冷卻效果，適用于Pu-238的輻照生產(chǎn)，并有效提高Pu-238的轉(zhuǎn)化率，提高Pu-238的品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1環(huán)形靶體為單個(gè)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1環(huán)形靶體為兩個(gè)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1環(huán)形靶體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2靶件棒為7個(gè)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2靶件棒為19個(gè)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例2靶件棒結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：

1-靶件筒，2-內(nèi)套管，3-環(huán)形靶體，31-外包殼，32-內(nèi)包殼，33-芯體，34-密封端塞，4-靶件棒，41-外殼，42-靶芯體，43-密封塞，5-上端頭，6-下端頭，7-輻照孔道，8-冷卻流道。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

如圖1～4所示，本發(fā)明一種研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用含Np-237輻照靶件，包括靶件筒1和設(shè)置在靶件筒1兩端的上端頭5和下端頭6，所述靶件筒1內(nèi)設(shè)有冷卻性能高的待輻照靶體。

所述冷卻性能高的待輻照靶體包括內(nèi)套管2，所述內(nèi)套管2設(shè)于靶件筒1中央且其軸線與靶件筒1軸線重合，靶件筒1與內(nèi)套管2間設(shè)有數(shù)個(gè)軸線與靶件筒軸1線重合的環(huán)形靶體3。

所述環(huán)形靶體3包括圓筒型的外包殼31和內(nèi)包殼32，外包殼31和內(nèi)包殼32間填充有芯體33，在外包殼31和內(nèi)包殼32兩端設(shè)有環(huán)形的密封端塞34。

優(yōu)選的，所述環(huán)形靶體3為一個(gè)或兩個(gè)，環(huán)形靶體3與環(huán)形靶體3間、環(huán)形靶體3與靶件筒1及內(nèi)套管2間有間距，形成冷卻流道8。

所述芯體33為(Np-237)-HNO3溶液或鋁基彌散(Np-237)O2芯塊，所述靶件筒1為L(zhǎng)T24鋁合金材質(zhì)，所述外包殼31和內(nèi)包殼32為305鋁合金材質(zhì)。

其中，鋁基彌散(Np-237)O2芯塊采用無(wú)壓燒結(jié)真空工藝制備，該芯塊具有導(dǎo)熱性能好、包容裂變產(chǎn)物能力強(qiáng)、后處理方便等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例中，外包殼31和內(nèi)包殼32與密封端塞34可以通過(guò)焊接方式相連，采用特殊工藝進(jìn)行密封，從而構(gòu)成一個(gè)密封的輻照罐結(jié)構(gòu)，因而該輻照罐內(nèi)可以盛裝(Np-237)-HNO3溶液。

實(shí)施例2

如圖1、圖5～7所示，本發(fā)明一種研究堆輻照生產(chǎn)Pu-238用含Np-237輻照靶件，包括靶件筒1和設(shè)置在靶件筒1兩端的上端頭5和下端頭6，所述靶件筒1內(nèi)設(shè)有冷卻性能高的待輻照靶體，所述冷卻性能高的待輻照靶體包括數(shù)根均勻分布的靶件棒4，靶件棒4間、靶件棒4與靶件筒1間有間距，形成冷卻流道8。

所述靶件棒4外部為圓筒形的外殼41，外殼41內(nèi)填充有靶心體42，所述外殼41兩端設(shè)有密封塞43。

優(yōu)選的，所述靶件棒4為7根，在靶件筒1中央設(shè)有1根靶件棒4，其余6根靶件棒4均勻環(huán)布于中央靶件棒4的外周。

優(yōu)選的，所述靶件棒4還可以為19根，在靶件筒1中央設(shè)有1根靶件棒4，在中央的靶件棒4外周均勻環(huán)布有6根靶件棒4，其余12根靶件棒4均勻環(huán)布于6根靶件棒4構(gòu)成的圓環(huán)的外周。

所述靶芯體42為鋁基(Np-237)O2芯塊或(Np-237)-HNO3溶液，所述靶件筒1為L(zhǎng)T24鋁合金材質(zhì)，所述外殼41為305鋁合金材質(zhì)。

其中，鋁基彌散(Np-237)O2芯塊采用無(wú)壓燒結(jié)真空工藝制備，該芯塊具有導(dǎo)熱性能好、包容裂變產(chǎn)物能力強(qiáng)、后處理方便等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例中，外殼41與密封塞43可以通過(guò)焊接方式相連，并采用特殊工藝進(jìn)行密封，從而構(gòu)成一個(gè)密封的輻照罐結(jié)構(gòu)，因而該輻照罐內(nèi)可以盛裝(Np-237)-HNO3溶液。

將本發(fā)明實(shí)施例1和2中的輻照靶件應(yīng)用于研究堆中，在環(huán)形靶體3或靶件棒4內(nèi)填充鋁基(Np-237)O2芯塊或(Np-237)-HNO3溶液后，密封好環(huán)形靶體3或靶件棒4，將輻照靶件插入輻照孔道7內(nèi)，啟動(dòng)輻照系統(tǒng)進(jìn)行輻照生產(chǎn)Pu-238，其轉(zhuǎn)換效率高，安全性好，成本更低。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。