[其他]识别破损的反应堆元件的固体同位素标记

说明书

本发明涉及在核反应堆元件中加入“标记”材料的方法，以便在某些元件破损时能够容易识别它们。本发明特别涉及使用固体材料的方法，该材料在受到照射时能产生稳定的标记气体。

核反应堆元件，特别是核燃料元件，时常采用把气体同位素密封在元件装配体内的结构，一旦元件发生破损，这些气体就释放出来，选定的气体同位素应是容易探测和识别的，从而发出破损信号，并且能具体地识别发生破损的元件。

核反应堆的燃料元件，如燃料芯棒和燃料细棒，以燃料组件或集束的形式，成组地放入核反应堆中，每一个燃料组件含有100到400个燃料元件，具体数目取决于反应堆的大小。一个燃料组件可以用一种特定的同位素或已知比例的同位素混合物来标记。探测到一种同位素或一种特定的同位素混合物，就表明一个或几个燃料元件发生了破损，并且能具体识别发生破损的组件。

燃料元件可以有两种结构形式。一种是透气式的，元件中的气体裂变产物进入反应堆的液体冷却剂里，聚集在反应堆复盖气体中，另一种是封闭式的，元件中的气体裂变产物聚集在密封的燃料元件所备有的气室中。标记物仅能适用于封闭式元件。

在Crouthamel等刊物上发表的美国专利说明书（№3，663363）中，披露了质量数小于131的各种Xe同位素混合而成的气体标记物。把装在小钢瓶中的标记物与燃料芯块一起放进封闭式的燃料元件中，再加入He作为热交换介质，然后将燃料元件密封。由每个小钢瓶都具备有的装置将小钢瓶刺破，就把标记气体释放到密封的元件中。当一个元件发生破损时，就可以在反应堆复盖气体中探测到xe的气体同位素混合物，由同位素的特定比例，可以确定破损的位置。选择质量数为124到130的xe同位素作为标记物，是因为它们具有更好的标记特性：这种气体在裂变中的产额不会达到有影响的程度;对中子通量没有不利的影响，不受辐射的影响;能与裂变时产生的气体一起进入复盖气体中，并且容易用质谱仪识别。制备同位素气体小钢瓶的工艺是精密而且昂贵的，其中包括要按予定的比例混合气体，把小钢瓶放在封闭的容器内，将容器抽空，使标记气体混合物充入抽空的容器内，同时，它也就充入小钢瓶内，然后用激光把小钢瓶焊接密封。

除了124Xe到180Xe同位素，实际上也用Kr同位素作标记气体。但是，利用气体同位素作标记物是昂贵的，由于必须使用的独特比例越来越多，从而引起同位素富集的问题。在把同位素混合气体充入燃料元件和反应堆其它元件时，还有一个维持标记气体纯度的问题。

本发明的目的就是提供一种标记燃料元件和反应堆其它元件的标记方法和标记材料，它可以避免在使用装配装置时遇到的机械困难和高费用，因为这种装有气体同位素的装置同时也要维持标记气体的纯度。

本发明的另外的目的是提供某些标记材料，它们容易处理，能够单独地或与气体标记物结合起来使用，它们不产生裂变产物，能得到比例与自然界中的相对丰度不同的稳定最终产物。

因此，本发明的目的是使用一种同体标记材料，把它放在核反应堆元件中就可以识别该元件，其特点在于，该材料受到核反应堆的辐射时，至少产生一种可探测，可识别和可测量的标记气体，这种气体是稳定的，它不是裂变的产物，并且其比例是予先确定的，与自然界中存在的丰度不同，凭此，该元件一旦发生破损，就可以在反应堆复盖气体中探测到标记气体，并且根据标记气体的成份，就可以识别发生破损的元件。

本发明也包括标记核反应堆元件的方法，其特点在于把上面一段中述及的固体材料封装到这些元件中。

所以，该发明涉及到在反应堆元件中使用固体标记材料，该材料一旦受到反应堆的中子流照射，就产生可探测的气体。根据探测和测量到的气体的成份和比例，单一成份的标记材料和混合标记材料都能用来具体地识别发生破损的元件。

在反应堆元件封装之前，可以把固体标记材料放进这些元件中，当某个特定元件出现泄漏或破损时，就可以发出信号。通过使用不同的固体标记材料和不同材料的混合物，特殊的反应堆元件，例如特定的管组件，都可以因为它成为泄漏和破损的源而加以识别。

某些元素，例如周期表中第七主族的卤素元素，当它们受到中子流照射时，都可以产生放射性同位素，这些同位素经过β衰变后变成惰性气体。

利用卤素固体标记材料的优先实施例是：

A：⁷⁹Br（n，g）⁸⁰Brβ→⁸⁰Kr

B：⁸¹Br（n，g）⁸²Brβ→⁸²Kr