[发明专利]一种用于生产碳-14同位素的堆芯组件及系统

说明书

本发明提出了一种用于生产碳‑14同位素的堆芯组件及系统，该堆芯组件包括包壳结构的棒(2、4)，所述棒(2、4)内设置包壳管(6)，所述包壳管(6)包覆密封靶材(8)或靶材(17)，所述包壳管(6)两端通过端塞(5、9)密封，在所述包壳管(6)与所述密封靶材(8)或靶材(17)之间设置所述压紧弹簧(7、15)，用以压紧所述密封靶材(8)或靶材(17)。所述堆芯组件与压水堆核电站堆内构件、燃料组件以及相关操作工具接口相容，可用于大型压水堆核电站，具有装载大量靶材的能力，同时也能根据实际需要灵活调配装载量。

技术领域

本发明涉及堆芯内组件领域，特别是涉及堆芯运行生产碳-14同位素领域。

背景技术

碳-14是碳的一种具有放射性的同位素，碳-14用途非常多，如环境保护中的植物药代研究(分子标记)、药物开发中的动物药代研究、医疗保健中的生物标记等。天然碳-14储量极低且广泛分布于大气、动植物体内，因此通过人工合成是碳-14同位素利用的必然之路。碳-14属于低毒放射性核素，利用核电站辐照生产和分离的技术可行性较高。核电站的热中子通量较高但并未有效使用，利用堆内自由中子进行碳-14工业化生产，既可以缓解碳-14市场缺口，同时也能极大地增加核电站的社会效益。

目前国际上通常采用加速器或反应堆辐照等方式生产碳-14同位素。对于反应堆辐照方式如图1所示，通常将靶材包覆在靶筒内，将靶筒放入反应堆中进行辐照。这种方式通常应用于具有辐照通道的小型反应堆或实验堆。

本发明专利创新的设计了一种可用于大型压水反应堆的靶件及系统，该组件为棒束状结构，头部为连接部件，可与堆内构件配合，提供组件在反应堆中的定位。连接部件下部连接若干根棒，用于生产碳-14同位素的靶材放置于棒内，其棒束可插入反应堆燃料组件导向管中，在反应堆运行时接受辐照。该组件单个组件包含若干根棒，可装入大量靶材，用于大型压水反应堆，具有大量生产碳-14 同位素的能力。同时装入的棒的数量也能够根据核电站运行需求灵活调整，避免对核电站经济性产生过大影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生产碳-14同位素的堆芯组件及系统，通过使用该组件，可实现在压水堆内生产碳-14同位素。

该堆芯组件包括包壳结构的棒(2、4)，所述棒(2、4)内设置包壳管(6)，所述包壳管(6)包覆密封靶材(8)，所述包壳管(6)两端通过端塞(5、9)密封，在所述包壳管(6)与所述密封靶材(8)之间设置所述压紧弹簧(7、15)，用以压紧所述密封靶材(8)。

优选的，所述包壳管(6)为圆柱形空管，所述包壳管(6)的材料为不锈钢、锆合金、铝合金。

优选的，所述端塞(5)通过螺纹连接连接部件(1、3)。

优选的，所述端塞(9)设置为锥形以方便中子吸收棒(2、4)插入燃料组件导向管。

优选的，所述包壳管(6)内设置有内包壳(11)，所述内包壳(11)为圆柱形空管，端塞(10、13)将所述内包壳(11)密封。

优选的，所述内包壳(11)得材料为不锈钢、锆合金、铝合金。

优选的，所述靶材(12)可为芯块、粉末或絮状的AlN，Be₃N₂和Si₃N₄，Ca(NO₃)₂等一种或几种金属和非金属材料。

优选的，所述压紧弹簧(7、15)为C形弹簧或螺旋形弹簧。

一种用于生产碳-14同位素的堆芯组件系统，若干如权利要求1～8中的所述堆芯组件通过连接部件(1、3)插入的燃料组件和堆内构件的接口形成棒束结构，所述连接部件(1、3)上方通过柄或筒用来实现所述堆芯组件在堆内外及乏燃料池中的操作。