可減少堆芯鈾裝量的醫用同位素生產堆制造技術

本發明專利技術公開一種可減少堆芯鈾裝量的醫用同位素生產堆，該醫用同位素生產堆的燃料溶液為濃度24~34gU/L的硝酸鈾酰與體積為50～70%的重水和體積為30～50%的輕水混合的水溶液。堆芯反射層采用石墨做反射層；堆芯無控制棒導管；堆容器中的堆芯冷卻管向外集中并呈環狀布置在靠近堆容器內壁的0~15cm之間。本發明專利技術的醫用同位素生產堆既減少了鈾裝量，又滿足了堆芯進水稀釋或蒸發失水濃縮引入負反應性的要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種 核反應堆，具體涉及醫用同位素生產堆的堆芯優化。
技術介紹
醫用同位素生產堆是一種溶液型核反應堆。目前國際上運行的溶液堆的堆功率為20 50 kW，最高功率為50kW，堆溶液體積較小(〈20L)，在此功率下，溶液堆具有固有安全性，即無論堆芯進水稀釋還是蒸發失水濃縮都引入負反應性。在外電源斷電，控制棒拒動下，靠溶液溫度升高引入負反應性，使堆降功率與自然散熱功率相平衡，此時燃料溶液不沸騰。目前，醫用同位素生產堆采用的燃料溶液為硝酸鈾酰+輕水混合的水溶液，這種燃料溶液的缺陷在于由于輕水對中子慢化的能力很強，堆芯很小，就已經達到了所需要的后備反應性，如果功率較高，則堆芯不能穩定運行，如果加大堆芯，則需要增加鈾裝量，還需增加吸收體以抑制后備反應性；若改為硝酸鈾酰+重水，則由于重水對中子慢化的能力比輕水差，因而需要裝大量的重水，造成堆芯體積太大，在提取同位素時，由于濃度低，吸附能力差，因而同位素產量低。為了提高醫用同位素的產量，必須提高溶液堆的堆功率，若提高堆功率，溶液體積就要變大。從堆冷卻、堆功率穩定運行以及堆溶液內單位體積氣泡產生量不能過大，以免造成堆溶液體積膨脹的角度考慮，堆溶液單位體積比功率應在2. O 2. 5kw/L。若溶液的U-235濃度不變，必然使堆的過剩反應性太大；若降低溶液的U-235濃度，就滿足不了堆溶液進水或失水都引入負反應性的要求。經大量計算發現，扁平堆芯(高徑比O. 3^0. 7)可滿足堆溶液進水或失水都引入負反應性的要求，但是，目前的堆芯采用輕水做反射層，具有控制棒導管和堆芯冷卻管，堆芯冷卻管有兩種布置方案1.均勻布置(冷卻管環狀均勻布置在堆芯與堆容器之間)；2.輻射布置(冷卻管從堆芯向外，里密外疏環狀輻射布置)，控制棒導管和冷卻管均為中子吸收體，布置離堆芯越近，吸收的中子越多，反應性損失越大，需要的裝鈾量越大。200kW的堆要求溶液體積為100L左右，在具有大量冷卻管和控制棒導管時，堆溶液體積才能接近或達到100L，使得堆溶液裝鈾量較大(3. 6^4. O公斤)，很不經濟。目前，國際上還沒有200 kff以上的溶液堆運行，因此，提供一種既可減少U-235裝量，又能滿足堆溶液體積要求，并在堆溶液進水或失水時都可引入負反應性的醫用同位素生產堆很有必要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于對醫用同位素生產堆的堆芯進行優化，提供一種可減少堆芯鈾裝量的醫用同位素生產堆。本專利技術的技術方案如下一種可減少堆芯鈾裝量的醫用同位素生產堆，包括布置在堆容器內裝有燃料溶液并具有堆芯冷卻管的堆芯、布置在堆容器外的堆芯反射層，其特征在于裝在堆容器內的燃料溶液，為硝酸鈾酰與重水和輕水混合的水溶液，該燃料溶液中重水的體積為50 70%，輕水的體積為30 50%，所加硝酸鈾酰的濃度為24 34g U/L ;所述堆芯反射層采用石墨層；所述堆芯冷卻管向外集中靠近堆容器內壁呈環狀布置；堆芯無控制棒導管。其附加特征在于 所述布置在堆容器內的堆芯冷卻管，向外集中并呈環狀布置在靠近堆容器內壁的O 15cm之間。本專利技術的效果在于由于燃料溶液采用硝酸鈾酰與重水和輕水的混合液，減少了輕水的過慢化能力，既增大了堆芯溶液的體積和高度，但又不會過大增加U-235裝量；堆芯冷卻管向外集中布置，減小了反應性的損失，減小了堆芯鈾裝量；將堆芯輕水反射層改為石墨反射層并取消控制棒導管，減少了 U-235裝量；由于高濃鈾用量的減少，減少了料液中的氮含量和輻射分解鈾酰的水解，有利于提取醫用同位素Mo。具體實施方式本專利技術的可減少堆芯鈾裝量的醫用同位素生產堆，采用如下措施對目前運行的醫用同位素生產堆的堆芯進行優化 I燃料溶液采用硝酸鈾酰與重水和輕水的混合液如果采用硝酸鈾酰+輕水，堆容器直徑較大，而堆芯溶液體積和高度較小，對冷卻不利，因而采用硝酸鈾酰與重水和輕水的混合液，以減少輕水的過慢化能力，增大堆芯溶液體積和高度； 2.將堆芯輕水反射層改為石墨反射層由于石墨比輕水吸收中子少，增大了后備反應性，可降低堆芯鈾裝量； 3堆芯冷卻管采用向外集中布置(冷卻管遠離堆芯，向外集中靠近堆容器內壁環狀布置)，減小反應性的損失，減小堆芯鈾裝量； 4.取消控制棒導管由于堆的開啟和停堆可用堆芯溶液體積的液位高度來控制，所以可不布置控制棒導管，堆芯無控制棒導管，可進一步降低堆芯鈾裝量。下面結合實施例對本專利技術作進一步描述 一種醫用同位素生產堆，堆功率200kW。堆容器內徑700mm，堆容器壁厚10mm，堆芯布置在堆容器內，無控制棒導管。堆芯裝有燃料溶液，燃料溶液為硝酸鈾酰與重水和輕水混合的水溶液，硝酸鈾酰濃度為24 34g U/L，重水體積為50 70%，輕水體積為30 50% ;堆芯反射層為石墨反射層，布置在堆容器外；堆芯冷卻管向外集中并呈環狀布置在靠近堆容器內壁的O 15cm之間。經核計算，當燃料溶液為濃度24 34g U/L的硝酸鈾酰、重水體積為50 70%、輕水體積為30 50%時，堆芯均能滿足進水稀釋或蒸發失水濃縮引入負反應性的要求。核計算結果如表一、表二、表三所示。堆芯優化后對于減少堆芯鈾裝量的效果如表四所示。 表一(70%D20+30%H20)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可減少堆芯鈾裝量的醫用同位素生產堆，包括布置在堆容器內裝有燃料溶液并具有堆芯冷卻管的堆芯、布置在堆容器外的堆芯反射層，其特征在于：裝在堆容器內的燃料溶液，為硝酸鈾酰與重水和輕水混合的水溶液，該燃料溶液中重水的體積為50～70%，輕水的體積為30～50%，所加硝酸鈾酰的濃度為24~34g？U/L；所述堆芯反射層采用石墨層；所述堆芯冷卻管向外集中靠近堆容器內壁呈環狀布置；堆芯無控制棒導管。

【技術特征摘要】
1.ー種可減少堆芯鈾裝量的醫用同位素生產堆，包括布置在堆容器內裝有燃料溶液并具有堆芯冷卻管的堆芯、布置在堆容器外的堆芯反射層，其特征在干裝在堆容器內的燃料溶液，為硝酸鈾酰與重水和輕水混合的水溶液，該燃料溶液中重水的體積為50 70%，輕水的體積為30 50%，所加硝酸鈾酰的濃...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳英華，李大圖，
申請(專利權)人：中國核動力研究設計院，
類型：發明
國別省市：