[发明专利]一种安全核废料嬗变靶材及其制备方法

说明书

一、技术领题

本发明涉及核废料处理工程中的核废料靶材，特别涉及通过中子诱发嬗变来缩短核废料半衰期的嬗变靶材，确切地说是利用开孔泡沫铝(多孔铝)制备的安全核废料嬗变靶材及其制备方法。

二、背景技术

世界上现存有成千上万吨核废料，这些核废料来自核反应堆、其它核工艺和过时核武器系统。目前还没有妥善的方法来处理它们，通常都是采用地质深埋处理。我们知道，有些核废料的寿命很长，达几百万年，如¹²⁹I的半衰期为1.57×10⁷年。在地下安全保存这些核废料长达几百万年是个很大的问题。长寿命高放核废物的嬗变技术是实现核能发展环境友好、和谐发展的核心技术，是一劳永逸的根治上述问题的方法。嬗变是中子俘获再β衰变，将裂变废料(如⁹⁹Tc，¹²⁹I和¹³⁵Cs)变成短寿命或稳定核素。例如，对于¹²⁹I来说，即利用中子诱发核废料¹²⁹I的嬗变，使其最终嬗变为稳定同位素¹³⁰Xe。

目前在对嬗变处置高放核废物的过程中，首先要将核废物制备成适合热中子嬗变环境的靶材。目前，制备嬗变靶材的方式主要有两种，一种是直接将核废料压制成块体，这种形式，靶材极易吸潮，并由此导致靶材溃散及污染嬗变设备。另外一种是将直接封装于铝包壳之中压块，这种形式的导热性差，辐照在核废料芯部产生的高温难以传导出来，会使得嬗变靶爆裂或者使包壳胀裂。另外，上述两种形式嬗变靶的水化学性能都不理想，高温时极易和水发生反应，这样，在发生意外事故时，有可能使核废料溶入循环水中，造成对环境的污染。

因此，开发一种安全的核废料嬗变靶材势在必行。

三、发明内容

本发明针对现有技术所存在的弊端，旨在提供一种安全的核废料嬗变靶材，所要解决的技术问题是使嬗变时产生的热量及时地传导出去。

为解决这一问题，本发明利用开孔泡沫铝(又称多孔铝，下统称泡沫铝)比容积大、导热性好的性质来加工安全核废料嬗变靶材。

本安全核废料嬗变靶材，包括铝壳1和其内封装的芯材，与现有技术的区别是所述的芯材由经震实、压紧的泡沫铝2和核废料3所组成。如图1所示。

本靶材的制备方法是模压成型法，包括装料、震实和模压，这就是首先将泡沫铝和核废料粉装入尚无封盖的铝壳之中，通过震动使核废料粉充盈于泡沫铝的空隙之中，震实后置放铝盖片或铝粉，最后在100～2000MPa下模压成型。

所述的泡沫铝选自孔隙率5％～95％、平均孔径的泡沫铝。

所述的铝材包括铝壳、泡沫铝、铝片和铝粉皆选自纯铝或铝合金。

具体操作步骤如下：

1、将泡沫铝装入有底无盖的圆柱形铝壳中，配合为过盈配合(或以胶黏方式固定于铝壳中)，确保第2步震动时不会脱落。泡沫铝高度略低于壳口，以便在第3步加盖封装；

2、将粉状的核废料撒入泡沫铝的空隙中，同时震动，震实，粉料平齐于泡沫铝顶端；

3、置一圆形铝盖(片)于圆柱形铝壳内，或在填有核废料的泡沫铝撒上铝粉。

4、将第3步所得放入圆柱形模具中加压压实，压力在100～2000MPa之间。即可以得到安全嬗变靶材，见附图2。

上述操作必须以远程控制机程控操作，或者操作人员在安全的核防护条件下操作。

本靶材由于在芯材内有导热性好的铝材且与铝壳连通，所以在用中子诱发核废料嬗变时产生的热量能迅速地被传导，可有效防止芯材爆裂或铝壳胀裂。

四、附图说明

图1是本靶材剖面结构示意图。图中1为铝壳，2为泡沫铝，3为填充于泡沫铝空隙中的核废料。

图2是模压过程剖面结构示意图。图中1为铝壳，2为泡沫铝，3为核废料，4为圆形铝片，5为模具，6为模具上压头，7为下垫块。

五、具体实施方式

实施例1：

1)泡沫铝的孔隙率为35％，内部孔洞直径为2mm，泡沫铝外径为高度9mm。有底无盖的圆柱形铝罐内径高度10mm，壁厚1mm。将泡沫铝装入有底无盖的圆柱形铝壳中，泡沫铝与圆柱形铝罐配合为过盈配合。泡沫铝高度略低于灌口，以便在第3步加盖封装；

2)将粉状的Na¹²⁹I撒入泡沫铝的空隙中，同时震动，震实，粉料在震动时不再下落为震实，粉料平齐于泡沫铝顶端；

3)圆形铝盖(片)外径高度2mm。置圆形铝盖(片)圆柱形铝壳内泡沫铝上面；