Результат интеллектуальной деятельности: ОБЛУЧАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЯДЕРНОГО КАНАЛЬНОГО РЕАКТОРА ДЛЯ НАРАБОТКИ ИЗОТОПОВ КОБАЛЬТА

Изобретение относится к области ядерной энергетики, касается, в частности, конструкции звена облучательного устройства для ядерных канальных реакторов и может использоваться для производства гамма-источников из радиоактивного кобальта.

В настоящее время широко используются радиоактивные источники, получаемые в процессе облучения исходных материалов в ускорителях (Вестник Radntcy-Euroasia № 1 (7) М., 1993 г.) и ядерных реакторах (В.А.Цыканов, Б.В.Самсонов Техника облучения материалов в реакторах с высоким нейтронным потоком. М.: Атомиздат, 1973 г.). Известны также экспериментальные конструкции звеньев облучательного устройства реактора БН-600, используемые для получения радиоактивного кобальт-60. В данных конструкциях стартовый материал в виде таблеток помещен в ампулы из нержавеющей стали длиной 210 мм и диаметром 8,2×0,4 мм (В.В.Мальцев, А.И.Карпенко, И.А.Чернов, В.В.Головин. Опыт наработки радионуклида Со-60 в быстром натриевом реакторе БН-600 большой мощности. Конверсия в машиностроении, № 3, 2000 г.), (Вестник Radntcy-Euroasia № 1 (8) М., 1994 г.) Кроме того, известно облучательное устройство ядерного реактора канального типа, в котором кобальтовые диски установлены на ребре (Облучательное устройство ядерного реактора канального типа ПМ 2218621 (13/16)).

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является облучательное устройство ядерного канального реактора в виде стержня дополнительного поглотителя с кобальтом (СДПК) (Патент № 2107957, кл. G21С 7/10). Поглотитель нейтронов содержит несущий элемент, на котором закреплены звенья с ампулами, полностью заполненными таблетками из кобальта-59 с покрытием из нитрида титана, соприкасающимися основаниями. Ампулы зафиксированы от выпадения фланцевыми стопорными прижимными пружинами.

Недостатками наиболее близкого аналога являются:

- невозможность прямого использования ампул с кобальтовыми дисками для производства радиоактивных источников из-за их высокой поверхностной загрязненности, т.к. использование в качестве пеналов негерметичных гильз приводит к непосредственному контакту ампул с теплоносителем реактора и повышает риск выхода кобальта в теплоноситель;

- сложность захвата и разборки звена СДПК с кобальтом в приреакторных бассейнах выдержки и «горячих» камерах;

- возможность перегрева конструкции из-за недостаточного теплосъема, вызванного ее высоким гидродинамическим сопротивлением.

Задача, решаемая изобретением, состоит:

- в обеспечении непосредственного использования ампул с кобальтом из облучательного устройства для производства закрытых радионуклидных источников и уменьшения риска выхода кобальта-60 в теплоноситель реактора;

- в ускорении и облегчении процесса разборки звена облучательного устройства;

- в уменьшении риска перегрева конструкции за счет увеличения теплосъема.

Сущность данного изобретения состоит в том, что в облучательном устройстве ядерного канального реактора для наработки изотопов кобальта, включающем подвеску с несущим стержнем, установленные на нем звенья, каждое из которых содержит несущую трубу с фланцами и размещенными в них пеналами с ампулами, содержащими облучаемый материал, и фланцевые стопоры пеналов, предложено на торцах труб звеньев выполнить пазы и выступы, фланцевые стопоры выполнить в виде звезды, а пеналы - герметичными. Кроме того, предложено внутри труб звеньев выполнить кольцевые пазы.

Выполнение на торцах труб звеньев пазов и выступов не позволяет звеньям облучательного устройства проворачиваться относительно друг друга и улучшает условия протока теплоносителя. Выполнение фланцевых стопоров в виде звезды позволяет улучшить технологичность разборки облучательного устройства и увеличивает площадь проходного сечения для протока теплоносителя, что приводит к уменьшению гидродинамического сопротивления. Использование в звеньях облучательного устройства герметичных пеналов является дополнительным барьером от выхода кобальта-60 в теплоноситель и снижает на несколько порядков поверхностную загрязненность ампул с кобальтом, что позволяет без проведения дополнительных операций устанавливать ампулы с кобальтом из облучательного устройства в закрытые радионуклидные источники. Выполнение на внутренней поверхности несущей трубы звена специальных кольцевых пазов обеспечивает облегчение захвата звена технологической оснасткой при его перемещениях.

На фиг.1-2 изображен продольный разрез облучательного устройства, на фиг.3 - звено облучательного устройства, на фиг.4 - вид сверху на звено облучательного устройства.

Облучательное устройство состоит из подвески 1, звеньев 2 с облучаемым материалом, установленных на несущем стержене 3, и направляющего конуса 4, фиксирующего звенья 2 (фиг.1-2). Подвеска 1 соединена с несущим стержнем 3 при помощи втулки 5; направляющий конус 4 посредством байонета соединен с несущим стержнем 3. Палец 6, расположенный на подвеске, предназначен для фиксации несущего стержня 3 в байонетном соединении направляющего конуса 4. Над звеньями 2 расположен пружинный прижим 7, помещенный в стакан 8, фиксирующий звенья на несущем стержне 3 путем поджима к торцу конуса 4.

Звено 2 (фиг.3) облучательного устройства состоит из центральной несущей трубы 9, к торцам которой приварены верхний 10 и нижний 11 фланцы с шестью отверстиями для установки герметичных пеналов 12. Пеналы 12 содержат герметичные ампулы 13 с радиоактивируемым кобальтовым материалом, выполненным в виде дисков 14. Для фиксации пеналов в звене использован фланцевый стопор 15 в виде звезды, который приварен к верхней части несущей трубы. В нижней части трубы выполнены два паза 16, а в верхней - два выступа 17. При соединении звеньев в облучательном устройстве выступы 17 входят в пазы 16, что фиксирует звенья от проворота относительно друг друга и гарантирует достаточное сечение для протока теплоносителя. На внутренней стороне несущей трубы звена облучательного устройства выполнен кольцевой паз 18, который служит для фиксации звена при его транспортировке с помощью специальной оснастки.

Разборку облучательного устройства после облучения в реакторе осуществляют дистанционно, в бассейне под защитным слоем воды или в «горячей» камере. Предварительно выгруженное из реактора в пенал бассейна выдержки облучательное устройство разбирают в следующей последовательности:

- удаляют палец 6;

- воздействуя на подвеску 1, сжимают пружинный прижим 7;

- поворачивая подвеску 1 на 90°, выводят нижний конец несущего стержня 3 из байонетного соединения с конусом 4;

- извлекают подвеску 1 с несущим стержнем 3;

- последовательно извлекают из пенала пружинный прижим 7, стакан 8, звенья 2 и направляющий конус 4.

Звенья транспортируют в «горячую» камеру для извлечения ампул с кобальтовыми дисками. Разборка звена происходит следующим образом:

- отгибаются лепестки фланцевого стопора 15;

- из решеток звена извлекаются пеналы 12;

- пеналы 12 вскрываются и из них извлекаются ампулы 13 с кобальтовыми дисками 14;

- извлеченные ампулы 13 помещаются в специальные устройства для хранения и(или) транспортировки.

Предложенное техническое решение позволяет:

- впрямую использовать ампулы звена облучательного устройства в качестве внутренних капсул закрытых радиоактивных источников;

- увеличить степень безопасности при обращении с радиоактивным Со-60;

- улучшить температурные условия при облучении;

- надежнее фиксировать звено при выполнении транспортно-технологических операций.