[发明专利]一种核燃料后处理厂物料产品杯有效

专利信息
申请号: 201810240574.4 申请日: 2018-03-22
公开(公告)号: CN108648842B 公开(公告)日: 2021-08-17
发明(设计)人: 田英男;高桂玲;毛亚蔚;李卓然;米爱军;王炳衡;张普忠;陈宗欢 申请(专利权)人: 中国核电工程有限公司
主分类号: G21C19/44 分类号: G21C19/44;G21F5/015;G21F5/06;G21F1/08;G21F1/12;G21F1/02
代理公司: 北京天悦专利代理事务所(普通合伙) 11311 代理人: 田明;任晓航
地址: 100840 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 核燃料 处理 物料 产品
【说明书】:

发明属于核燃料后处理厂放射性物料辐射屏蔽设计技术领域,具体涉及一种核燃料后处理厂物料产品杯,用于存放核燃料后处理厂提取的放射性物料,包括位于外层的、能够通过外杯盖(2)密封的外杯体(1)和位于外杯体(1)内部的、能够通过内杯盖密封的内杯体(3);内杯体(3)用于存放放射性物料;密封后的外杯体(1)、内杯体(3)并能够完全屏蔽内杯体(3)内的放射性物料产生的α粒子和β粒子等带电粒子,并能够传递放射性物料产生的热量。该产品杯可屏蔽放射性物料辐射出的多种放射性射线,降低轫致辐射光子对工作人员的辐照剂量,可以使产品杯表面接触剂量率降低15%‑40%,降低核燃料后处理厂运行成本。

技术领域

本发明属于核燃料后处理厂放射性物料辐射屏蔽设计技术领域,具体涉及一种核燃料后处理厂物料产品杯。

背景技术

核电厂使用后卸载的乏燃料经过一段时间的贮存会运输到核燃料后处理厂进行处理,提取出可再用于生产的燃料。乏燃料后处理一般要经化过剪切、溶解、净化、提纯和收集等工序,最后提取和生产出来的具有一定放射性的物料会盛放在产品杯或其他储存容器内,放到产品库贮存。

物料的源项核素组成比较复杂,它通常不仅包含U、Pu、Np、Am、Cm等锕系元素的同位素,还会掺杂其他的放射性核素,如90Sr、90Y、106Ru、106Rh、137Cs、137Bam58Co、60Co、54Mn和59Fe等。这些放射性核素辐射出的射线有α粒子、β射线、γ射线和中子,以及这些粒子与屏蔽体作用产生的次级粒子(主要是轫致辐射光子-X射线和(n,γ)反应的次级光子等)。

物料产品杯(简称产品杯)除要保证其贮存功能、传热与机械性能外,还应具备一定的辐射屏蔽能力。经计算分析与实际测量可知,对物料产品杯工作人员的照射剂量基本是由中子和光子(主要包括γ射线、β粒子与物料及屏蔽体作用的轫致辐射光子和(n,γ)反应的次级光子)引起的。其中,中子对剂量贡献一般约为10%;光子约占90%,轫致辐射光子可能占到总光子份额的30%-80%。由此可知,轫致辐射光子是工作人员照射剂量主要贡献项。

β射线被放射源物质本身以及源周围的其他物质(屏蔽体)阻止时,β射线会与屏蔽体作用生成轫致辐射光子(X射线)。为便于定量分析,做如下假设:

源项的β活度为A,β粒子穿过R1的空气层后,被厚度为d1的第一屏蔽层屏蔽,所形成的轫致辐射被厚度为d2的屏蔽层屏蔽。对于点源距离为R的P点,考虑到由于空气吸收引起β射线强度减弱,则P点处的轫致辐射光子注量率φ为

F为β射线与第一屏蔽层作用产生的轫致辐射光子份额,μ为β射线在空气中的衰减系数(单位为cm-1)。对于原子序数为Z的屏蔽材料的轫致辐射光子份额可表示为:

F=CEβmaxZ (2)

C为转换过程中的系数值。从公式(2)中可以看出轫致辐射光子份额与屏蔽材料的原子序数为Z成正比例关系。图1为β粒子与屏蔽体(产品杯)作用生成轫致辐射光子(X射线)的示意图。

目前,核燃料后处理厂的放射性物料产品杯一般为单层或多层不锈钢设计,典型不锈钢材料的物料产品杯可以完全屏蔽掉α粒子与β粒子,但不能较好地控制轫致辐射光子份额(不锈钢中主要核素Fe的原子序数较大,为26)。

随着认知的不断进步,从辐射屏蔽优化设计角度考虑,就要求核燃料后处理厂物料产品杯不仅能具备一定屏蔽作用,还应能够同时尽可能多地屏蔽多种放射性射线,控制对人员的电离辐射,进一步优化和降低对工作人员的照射剂量。

发明内容

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