阅读说明：本技术 一种用于生产碳-14同位素的堆芯组件及系统 (Reactor core assembly and system for producing carbon-14 isotopes ) 是由 党宇 陈向阳 韩宇 汤春桃 卢俊强 付亚茹 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：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。(The invention provides a reactor core assembly and a system for producing carbon-14 isotopes, the reactor core assembly comprises rods (2, 4) of a cladding structure, cladding tubes (6) are arranged in the rods (2, 4), the cladding tubes (6) cover sealing targets (8) or targets (17), two ends of the cladding tubes (6) are sealed through end plugs (5, 9), and compression springs (7, 15) are arranged between the cladding tubes (6) and the sealing targets (8) or targets (17) and are used for compressing the sealing targets (8) or targets (17). The reactor core assembly is compatible with reactor internals, fuel assemblies and related operation tool interfaces of the pressurized water reactor nuclear power station, can be used for large pressurized water reactor nuclear power stations, has the capacity of loading a large amount of targets, and can flexibly allocate the loading capacity according to actual needs.)

一种用于生产碳-14同位素的堆芯组件及系统

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***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)***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)***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。

优选的，所述连接部件(1、3)的形状根据所要***的燃料组件和堆内构件的接口确定。

本发明所述用于生产碳-14同位素的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。在压水堆核电站中装载该组件能够实现碳-14同位素在压水堆中的制备，提高碳-14同位素的产量，有利于缓解碳-14同位素的供应问题，降低碳-14同位素的生产成本。

附图说明

图1靶件结构示意图；

图2装有碳-14靶材的棒的示意图1；

图3装有碳-14靶材的棒的示意图2；

图4包壳结构示意图；

图5双包壳结构示意图；

图6压紧弹簧示意图；

其中，2、4为棒，1、3为连接部件，8为密封靶材，5、9为端塞，6为包壳管，11为内包壳，14、18为端塞，17为靶材，7、15为压紧弹簧。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本专利提出的一种用于生产碳-14同位素的堆芯组件，具体实施方式如下：

如附图2和3所示，若干装有碳14靶材的棒2、4通过连接部件1、3连接为棒束结构，装有靶材的棒2、4穿过连接部件上的小孔。连接部件上方设置用来操作的柄或筒用来实现组件在堆内外及乏燃料池中的操作。

棒2、4采用双包壳或单包壳结构。双包壳结构如图4所示，由包壳管6包覆密封靶材8组成，两端通过端塞5、9进行密封，为防止密封靶材8窜动，上放安装压紧弹簧7。连接部件1、3的形状根据所要***的燃料组件和堆内构件的接口确定。

包壳管6为圆柱形空管，其材料为不锈钢、锆合金、铝合金等金属。包壳管 6外径根据其***的燃料组件导向管外径选取。与连接部件1、3相连端塞5上设计螺纹，用于将棒2、4固定于连接部件1、3上，棒2、4与连接部件1、3也可采用其它方式连接。下部端塞9设计为锥形以方便棒2、4***燃料组件导向管。

内包壳11同样为圆柱形空管，其材料为不锈钢、锆合金、铝合金等金属。端塞10、13将内包壳11密封。

靶材12可为芯块、粉末、絮状等多种形式。材料为AlN，Be₃N₂和Si₃N₄， Ca(NO₃)₂等多种金属和非金属材料。

压紧弹簧7、15的目的是压紧靶材，防止靶材在运输、操作等过程中的窜动。压紧弹簧7、15可以为如图4和6所示C形弹簧，也可使用螺旋形弹簧。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。