具体实施方式

现在将在下文中参照附图更全面地说明本发明，在附图中示出了本发明的一些实施例，但不是全部实施例。实际上，本发明可按许多不同的形式实施，并且不应理解为局限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开满足适用的法律要求。除非在上下文中另行明确规定，否则在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。

本发明的靶辐照系统100包括将暴露于反应堆(优选是CANDU(加拿大氘铀)反应堆)的核心内的反应堆中子流的元件、以及将附着于反应堆核心外的CANDU反应堆土建结构的元件。所述系统还包括设计为与其它系统元件接口的靶舱190(图2A和2B)。多个部件共同协作以构成系统，图1示出了安装在CANDU反应堆上的系统。

如图1和图6A所示，核心内的靶辐照系统100优选包括新靶装载器110、路径转向器组件112(图3A至3D)、气闸150、靶升降机转向器组件180、包括靶输送管道390的气动靶输送系统、一个或多个靶升降机组件200(图4A至4I)、以及屏蔽容器装载器组件300(图5A至5H)，这些部件中的每个部件将在下文中更详细地说明。

如图1和图4A所最佳地示出的，本发明的靶辐照系统100优选包括四个靶升降机组件200，该靶升降机组件200包括由不锈钢构成的主体部分202和由锆合金(即，Zircalloy-4)构成的靶篮250，靶升降机组件200被竖直插入到反应堆的反应性机构平台104上的现有贯穿结构中。优选用于安装靶升降机组件200的预定贯穿结构是停用调节器组件端口108，但是，在替代实施例中，靶升降机组件200可安装在满足安装规范的其它反应堆贯穿结构中。

如图2A和2B所示，靶舱190是放射性同位素靶的运载器，在处于反应堆核心内时，它使得材料在为消除与腐蚀相关的劣化而设计的惰性环境中与环境介质隔离。靶舱190包括主体部分198和端盖192，所述端盖192优选由商业级锆合金构成，其它材料(例如钛-铝-钒(Ti-6Al-4V))是一种选择。端盖192焊接到主体部分198的两端，以提供防漏的内部隔室。靶舱190的形状能最大限度地提高气动输送管道390内的流通性能。图2A和2B示出了靶舱设计，其中采用天然钼194作为优选的靶材料，当然，也可使用富集的钼。为了确保靶舱190在反应堆中使用之前是安全的，并且为了保持其完整性，在制造期间采用全面的泄漏测试和检验过程。端盖192的封闭设计优选包括用于吸收靶舱190可能经受的端部力的特征(例如环形凸起196)，从而有助于确保焊接接头不会因输送期间的冲击力而劣化或失效。但是，应注意，在靶舱190的替代实施例中，可不使用环形凸起196。焊接接头、端盖192和主体部分198优选设计为使得它们不会因系统运行期间经受的压力而被拉长或卡住。

请参考图5A，现在将论述靶辐照序列。如图5A所示，在靶辐照序列开始时，靶辐照系统100内的所有隔离阀都处于关闭位置。为了开始该序列，操作者首先将多个靶舱190(在此示例中为八个)装载到新的靶装载器110中，并确保路径转向器组件112配置为从新的靶装载器110接收新的靶舱190。另外请参考图3A至3D，转向器组件112包括限定内腔116的主体部分114，该内腔116配置为可旋转地接收圆柱形滚筒118。圆柱形滚筒118限定穿过其中的弯曲通道120，该弯曲通道120配置为将第一入口管140或第二入口管142与出口管138对准，其中第一入口管140将新的靶装载器110连接至转向器组件112，第二入口管142将屏蔽容器装载器300连接至转向器组件112。一个电机122通过轴连接至圆柱形滚筒118，并配置为在两个位置之间旋转圆柱形滚筒118。如图3A所示，一个锁定桨叶124从所述轴径向向外延伸，并指示第一和第二入口管140和142之中的哪一个与出口管138对准。

设有一对第一和第二锁定柱塞126和128，用于将锁定桨叶124和通道120分别固定在与第一入口管140对准的第一位置或与第二入口管142对准的第二位置。一对第一和第二锁定开关130和132提供关于第一锁定柱塞126是否完全伸出的指示，从而可靠地将滚筒118和通道120固定为与第一入口管140对准；或者指示第一锁定柱塞126是否完全缩回，从而电机122可用于将滚筒118和通道120旋转到它们与第二入口管142对准的第二位置。具体请参考图3B和3C，锁定桨叶124的位置现在指示滚筒118已经旋转到第二位置，从而通道120现在将第二入口管142与出口管138对准。当闭合开关131提供锁定桨叶124已经旋转到第二位置的指示时，第二锁定柱塞128完全伸出，从而与锁定桨叶124接合，并可靠地使通道120与第二入口管142正确对准。像第一锁定柱塞126一样，设有一对第一和第二锁定开关134和136来指示第二锁定柱塞128的位置。

现在请参考图5B，在验证转向器组件112与新的靶装载器110对准之后，通过气压力将由八个靶舱190组成的一串靶舱推进到气闸150处。气闸150由分别设置在第一和第二外侧隔离阀152和154与一对第一和第二内侧隔离阀156和158之间的输送管道390部分限定。如图5B所示，在将靶舱190输送到气闸150期间，第一和第二外侧隔离阀152和154打开，而第一和第二内侧隔离阀156和158保持关闭。在新的靶装载器110处向所述一串靶舱190施加推进气流，并通过打开空气隔离阀170经由进气管168提供阻止气流。在所述一串靶舱190进入气闸150的同时提供阻止气流是为了减缓所述一串靶舱190的速度，从而有助于防止因撞击而造成的任何潜在损坏。在推进气流和阻止气流开始流动时，排气隔离阀166被置于打开位置，使得综合气流可通过排气管164离开气闸150。

另外请参考图5C，第一、第二和第三止动活塞172、174和176分别有选择性地延伸到气闸150中和从气闸150缩回，以正确定位所述一串靶舱190。如图5C所示，当将一串新靶舱190插入到气闸150中时，只有第三止动活塞176延伸到气闸150中，使得所述一串靶舱190正确地定位在气闸150内。如图5D所示，一旦所述一串靶舱190定位在气闸150内，第一和第二外侧隔离阀152和154就移动到关闭位置，从而气闸150与靶辐照系统100的外部环境隔离。在将所述一串靶舱190输送到相应的靶升降机组件200的步骤之前，通过将氦隔离阀162置于打开位置来用氦气通过氦入口160吹扫气闸150和所述一串靶舱190。与推进气流和阻止气流类似，吹扫氦气通过排气管164离开气闸150。一旦氦气吹扫完成，排气隔离阀166就被置于关闭位置。

现在请参考图5E，在将所述一串靶舱190输送出气闸150之前，操作者要确保靶升降机转向器180配置为与期望的靶升降机组件200流体连通。在所示的优选实施例中，使用了三个靶升降机转向器180，因为此实施例包括四个靶升降机组件200。若替代实施例仅使用两个靶升降机组件200，则仅需要一个靶升降机转向器180。靶升降机转向器的功能与前面论述的路径转向器组件112相同，因此不再赘述。

现在请参考图5F，在靶升降机转向器180与正确的靶升降机组件200对准时，通过激活第一气动泵360并将出口管362的内侧隔离阀364置于打开位置来产生用于所述一串靶舱190的推进气流。像气闸150一样，通过激活第二气动泵370并打开出口管372的出口隔离阀374来提供用于所述一串靶舱190的阻止气流。在推进气流和阻止气流开始流动的同时，通过打开第二气动泵370的入口管376的入口隔离阀378来为两个气流提供排气线路，使得气流通过入口管376再循环回到第一和第二气动泵360和370的入口。随着推进气流、阻止气流和排气气流的形成，第三止动活塞176从气闸150内缩回，并且所述一串靶舱190通过输送管道390被推进到相应的靶升降机组件200处。如图5F所最佳地示出的，阻止气流配置为向上流过靶升降机组件200，使得所述一串靶舱190在其开始进入靶升降机组件200时变慢。在所述一串靶舱190进入靶升降机组件200时，可选择使阻止气流足够强来使所述一串靶舱190悬浮。通过稍微降低阻止气流的水平，可将所述一串靶舱190显著降低到靶篮250的底部。设有附加的出口管和入口管以及相应的隔离阀，使得第二气动泵370的出口管372和入口管376可与每个靶升降机组件200对准。

应注意，本系统的替代实施例可包括第一和第二液压泵，而不是第一和第二气动泵360和370，从而可使用液体作为推进液流和阻止液流，以将所述一串靶舱190输送到靶升降机组件200处。在使用液体作为推进液流和阻止液流时，在出口管372和输送管380的最靠近靶升降机组件200的部分上使用隔离阀，以在靶篮250在排管式堆容器中下降时最大限度地减少释放到排管式堆容器中的流体量。优选在这种实施例中使用的液体是反应堆级用水，具体而言，在所用的反应堆是CANDU反应堆时，所述液体是重水。此外，在使用液体进行靶舱190的输送时，在气闸150上设置用于从液体到空气环境移动的排放口。

现在请参考图4A和4B，靶辐照系统100的每个靶升降机组件200安装到相应的调节器组件端口108或套管上，该端口或套管可从反应性机构平台104上方接近，并向下延伸到CANDU反应堆的排管式堆容器106中。从图4B能够最佳地看出，靶升降机组件200包括限定中心孔204的细长主体部分202，并且包括将靶升降机组件200附着到调节器组件端口108的顶部的安装凸缘206。在主体部分202的上端中形成有弯曲的靶通道208，并且该靶通道208从输送管道390延伸到中心孔204。类似地，主体部分202的上端限定与第二气动泵370的出口管372和中心孔204都流体连通的气动通道210。从图4E和4H能够最佳地看出，中心孔204的底部包括截头圆锥形的入口表面214，该入口表面214配置为便于可滑动地接收相应的靶篮250。

从图4B和4C能够最佳地看出，在靶升降机组件200的中心孔204内通过凸缘225安装有圆柱形中心管216，该凸缘225从管的上主体部分224的最上端径向向外延伸。如图4B所示，中心管216包括附着到其最上部的环形圈220，该环形圈220通过波纹管218或可选的弹簧组固定到上主体部分224上。如下文中更详细地论述的，波纹管218允许中心管216相对于靶升降机组件200的主体部分202有限地滑动。从图4H能够最佳地看出，中心管216的底端222包括底部衬套228，该底部衬套228的外表面与升降机组件的中心孔204的内表面形成密封；以及截头圆锥形内表面232，该截头圆锥形内表面232配置为与靶篮250的底部凸缘267的相应截头圆锥形表面形成密封。在中心管216的底端222处，在邻近底部衬套228的位置设有多个流动孔226。当靶篮250完全位于靶升降机组件200内时(图4B)，流动孔226在中心管216的内部与限定在中心管216的外表面与中心孔204的内表面之间的流动环234之间提供流体连通。

请再次参考图4B和4C，靶升降机组件200包括可滑动地接收在中心管216内的靶篮250。靶篮250包括限定多个流动孔254的圆柱形侧壁252、以及位于其上端的靶孔253。当靶篮250完全位于靶升降机组件200内时，靶孔253与主体部分202的靶通道208对准。靶孔253与中心管216的靶孔227和主体部分202的靶通道208共同形成连续的弯曲导引通路，从而所述一串靶舱109可自由滑入靶篮250中。从图4C能最佳地看出，靶篮250包括从其向上延伸的鼻部256，该鼻部256由两个弯曲的凸轮表面258限定，这两个凸轮表面在其上端的顶点260处相遇。在凸轮表面258的下端之间设有对准槽262，并且该对准槽262配置为可滑动地接收对准销264(图4F和4G)，该对准销264径向向内延伸到中心孔202顶部的凹部212中，该凹部212配置为接收靶篮250的鼻部256。靶篮250的上部还限定对准平面266和锁定凹部268，该对准平面266和锁定凹部268配置为接收设置在锁定销组件240的活塞244的最内端处的滚轮242，如下文所更详细论述。

从图4A和4D能最佳地看出，一机械缆索驱动组件270安装在靶升降机组件200的主体部分202的最上端，并配置为降低和升高靶篮250。缆索驱动组件270包括被可旋转地接收在驱动螺杆274上的滚筒272和设置在壳体280内的驱动电机278。进给线276被可旋转地接收在滚筒272周围，并且其底端固定在靶篮250的上端。滚筒272配置为随着进给线276的卷绕和退绕沿着其安装轴前进，使得进给线276保持在靶篮250的中心。优选滚筒272被接收在悬臂安装轴上，该悬臂安装轴在端部包括力传感器，从而能够根据检测到的重量确定一整串靶何时被接收在靶篮250内。同样，悬臂式滚筒272能够根据所支撑的重量确定靶篮250和相应的所述一串靶舱190何时位于反应堆的排管式堆容器106内的慢化剂之内或上方。另外，力传感器检测进给线276被卡住和张力损失因而导致电机278被缠住的现象，以避免损坏。

现在请参考图5F、4B和4I，如前文所述，随着所述一串靶190进入靶升降机组件200，第二气动泵370提供阻止气流。阻止气流通过气动通道210进入靶升降机组件200，并通过流动环234向下流动，直到它到达形成在中心管216的底端222内的流动孔226。如图4H所示，中心管216的底部衬套228与主体部分202的中心孔204和靶篮250的底部凸缘267形成气密密封，从而阻止进一步向下流动。此时，阻止气流通过流动孔226进入中心管216内部，并向上流动，此时该气流遇到靶舱190，直到通过排气管线376离开输送管390。

如图4I所示，只有在靶篮250完全位于靶升降机组件200内并被锁定销组件240锁定就位时，所述一串靶舱190才被插入到靶篮250中。当靶篮250的鼻部256完全接收在靶升降机组件200的凹部212中时，活塞244的滚轮242仅能够与靶篮250的锁定凹部268接合。锁定销组件240与锁定凹部268的接合确保靶篮250的靶孔253在垂直方向和旋转方向上与靶通道208正确对准，并且还有助于减小进给线276与靶篮250之间的连接上的应力，因为锁定销组件240在所述一串靶舱190撞击靶篮250的底部时提供支撑。如图5G所示，当所述一串靶舱190已被接收在靶篮250内时，通过分别停用第一气动泵360和第二气动泵370并分别关闭相应的内侧隔离阀364和374以及排气管线的隔离阀378，停止推进气流和阻止气流，如图5G所示。现在请参考图4C和4D，在所述一串靶舱190被接收在靶篮250内之后，活塞244缩回，使得滚轮242不再与锁定凹部268接合。电机278用于降低靶篮250，并由此将所述一串靶舱190降到处于反应堆的排管式堆容器106内的重水慢化剂中。在处于慢化剂内时，所述一串靶舱190暴露于反应堆的中子通量。

在所述一串靶舱190已被辐照所需的时间量之后，再次激活线缆驱动组件270的电机278，以将靶篮250从慢化剂中提升出来。优选靶篮250悬挂在慢化剂上方的气体空间中，以允许慢化剂从靶篮250中排出，并允许短半衰期放射性同位素在从靶升降机组件200取回所述一串靶舱109之前衰变至可接受的水平。如图4E所示，靶升降机组件200底部的截头圆锥形入口表面214配置为将靶篮250的鼻部256导引到中心管216内。电缆驱动组件270继续提升靶篮250，直到靶篮250的底部凸缘267与底部衬套228的截头圆锥形内表面232接触，如图4H所示。在此位置，靶篮250可能没有在中心管216内正确对准，难以移除所述一串靶舱190。例如，如图4F所示，靶篮250偏离位置大约180°。在大多数情况下，通过稍微提升靶篮250，对准销264会与篮的鼻部256的两个凸轮面258之一接触，从而导致靶篮250旋转，直到对准销264被可滑动地接收在对准槽262中。当对准销264被接收在对准槽262内时，靶篮250被正确地定位，以便取回所述一串靶舱190。仅在靶篮的鼻部256的顶点260与对准销264直接对准的情况下设有对准平面266，如图4F所示。在这种情况下，锁定销组件240的活塞244径向向内延伸，直到滚轮242与对准平面266接合，从而导致靶篮250轻微旋转，这导致所期望的顶点260与对准销264的错位。注意，在靶篮250进一步向上运动期间，中心管216的波纹管218(图4B)被压缩。波纹管218有助于确保与靶篮250的顶部接合的硬止挡部223(图4C)可与密封表面232和267(图4H)同时接触，从而实现竖向对准和密封，而不论靶篮250的主体之间的制造公差和可能的与使用年限相关的伸长。

当所述一串靶舱190的辐照完成并且靶篮250完全就位并锁定在靶升降机组件200内的适当位置时(如图5G所示)，可开始从靶升降机组件200移除所述一串靶舱190。现在请参考图5H，从靶组件200移除所述一串靶舱190是利用来自第二气动泵370的推进气流和由第一气动泵360提供的阻止气流完成的。在启动推进气流和阻止气流之前，操作者将第一和第二气闸内侧隔离阀156和158置于其打开位置，使得所述一串靶舱190可进入气闸150。在第二气动泵370激活时，出口隔离阀374被置于打开位置，并且通过出口管372提供推进气流。另外请参考图4B，推进气流进入靶升降机组件200的气动通道210，并向下流过流动环234，直到它通过流动孔226进入中心管216的内部(图4H)。此时，推进气流与所述一串靶舱190接合，从而将该串靶舱向上并向外推出靶篮250，并推入输送管道390，如图4I所示。在启动推进气流的同时，通过启动第一气动泵360并将出口管362的内侧隔离阀364置于打开位置来启动阻止气流。在操作的这个阶段不需要排气气流，因为推进气流和阻止气流分别通过第一气动泵360的入口管366再循环到第一和第二气动泵360和370的入口。如图6H所示，在从靶升降机组件200移除所述一串靶舱190期间，第一止动活塞172向内延伸到气闸150的内部，以实现气闸150内的所述一串靶舱190的过冲止动。

另外请参考图6I，当所述一串靶舱190被正确地定位在气闸150内时，通过将第一和第二内侧隔离阀156和158移动到关闭位置，使气闸150与靶辐照系统100的其余部分隔离。另外，通过分别停用第一和第二气动泵360和370并将隔离阀364、368和374置于关闭位置，可确保推进气流、阻止气流和再循环气流。与将所述一串靶舱190插入靶升降机组件200类似，在从靶升降机组件200移除所述一串靶舱190期间，当所述一串靶舱190被隔离在气闸150中时，对气闸150进行吹扫。由于向外运动的靶舱190被释放到空气环境中，因此可使用空气吹扫，而不是使用氦气吹扫。通过将空气隔离阀170置于打开位置并通过将排气隔离阀166置于打开位置，通过排气管164提供排气气流，从而通过空气入口168进行空气吹扫。在吹扫完成时，将空气隔离阀170和排气隔离阀166置于关闭位置。

现在请参考图6J，在将各个靶舱190释放到屏蔽容器装载器组件300之前，操作者要确保路径转向器组件112与通向屏蔽容器装载器组件300的第二入口管142对准。接下来，通过将进气管168的空气隔离阀170置于打开位置并将气闸150的第一和第二外侧隔离阀152和154置于打开位置来形成推进气流。如下文所更详细地论述的，排气气流是由屏蔽容器装载器组件300实现的。在形成推进气流时，第二止动活塞174延伸到气闸150中，从而它与所述一串靶舱之中的第二靶舱190接合，由此将其固定就位。接下来，第一止动活塞172从气闸150缩回，使得所述一串靶舱之中的第一靶舱190现在被自由地推进至屏蔽容器装载器组件300。在释放第一靶舱190之后，第一止动活塞172再次延伸到气闸150中，并且第二止动活塞174缩回，使得所述一串靶舱之中的剩余七个靶舱190自由前进，直到抵接第一止动活塞172。此时，第二止动活塞174延伸到气闸150中，直到它与现在是所述一串靶舱的剩余部分之中的第二靶舱190接合。此时，第一止动活塞172再次从气闸150缩回，从而释放另一个靶舱，以输送到屏蔽容器装载器组件300。重复该过程，直到所有八个靶舱190已被单独地释放到屏蔽容器装载器组件300。在完成所有八个靶舱190向屏蔽容器装载器组件300的输送后，通过将空气隔离阀170置于关闭位置并将气闸150的第一和第二外侧隔离阀152和154置于关闭位置来确保推进气流，如图6A所示。

如图6A至6C所示，屏蔽容器装载器组件300包括具有环形托架304和外门306的可滑动抽屉302。托架304配置为在其中接收屏蔽容器盒320，如图6C所示。所述盒320限定配置为可滑动地接收靶屏蔽容器330的内腔328(图5E)，并且包括通过多个螺纹紧固件324固定到所述盒320的主体上的封闭塞322。封闭塞322还包括一对吊眼326，由此反应堆设施的悬臂起重机392(图1)可升高和降低所述盒320。所述盒320还被接收在道路运输外包装340中，该道路运输外包装340限定可用盖子342封闭的内腔344。在将所述盒320置于抽屉302的托架304中之后，移除螺纹紧固件324，在将抽屉302向内滑动到屏蔽容器装载器组件300的第一隔间310中时，封闭塞322保持就位，如图6D所示。当抽屉302向内滑动使得所述盒320被置于第一隔室310中时，将磁化的塞子拔出器308降低到与封闭塞322接触，并随后升高，从而将封闭塞322从盒320移除。注意，当所述盒320被接收在第一隔间310内时，抽屉302的门306将屏蔽容器装载器组件300的内部容积与外部环境密封或部分地密封开来。注意，在提供排气气流时，可能需要一些气流流入屏蔽容器装载器组件300。同样，排气管303设置为使得在装载靶舱190期间屏蔽容器装载器组件300的内部能够受到排气气流。

随着封闭塞322的移除，现在可接近靶屏蔽容器330，并将其移动到屏蔽容器装载器组件300的第二隔室340，如图6E和6F所示。靶屏蔽容器330优选包括多个靶腔332和中央凹部334，每个靶腔能够可滑动地接收一对先前经受辐照的靶舱190。中央凹部334配置为可滑动地接收卡口配件341，该卡口配件341包括一对相对的突起346，并且布置在竖直提升矛342的最下端。在靶屏蔽容器330的中央凹部334在竖直提升矛342下方对准后，竖直提升矛342下降到中央凹部334内并旋转大约90°，使得卡口配件341的突起346与限定在中央凹部334内的相应凹部(未示出)接合。在与靶屏蔽容器330正确接合后，提升所述竖直提升矛342，使得屏蔽容器的靶腔332之一与屏蔽容器装载器组件300的气动输送管350的出口对准，如图6G和6H所示。

在接收先前经受辐照的靶舱190之前，阻止活塞348通过形成在其中的孔口向外延伸到气动输送管350中。注意，在此优选实施例中也使用阻止气流帮助在遇到阻止活塞348之前减慢和/或停止先前经受辐照的靶舱190。一个接收表面354布置在阻止活塞348的远端，并配置为在靶舱190进入屏蔽容器装载器组件300时接收靶舱190。当靶舱190已被接收在减震接收表面354上时，阻止活塞348从气动输送管350缩回，使得相应的靶舱190被轻轻地降低到相应的靶腔332中，如图6H所示。在将经受辐照的第二靶舱190置于相应的靶腔332中之后，使提升矛342转位90°，以使第二空靶腔332对准气动输送管350。重复此过程，直到每个经受辐照的靶舱180被接收在相应的靶腔332中。在装满靶屏蔽容器330时，降低提升矛342，直到靶屏蔽容器330再次被接收在位于抽屉302的托架304中的盒320内，此时提升矛342从靶屏蔽容器330脱离。将靶屏蔽容器330再次移动到第一隔室310，此时塞子拔出器308将封闭塞322降低到盒320上的位置。现在使抽屉302从屏蔽容器装载器组件300向外滑动，并且使用螺纹紧固件324再次将封闭塞322固定到盒320上，此时可利用悬臂起重机392将其移动到运输外包装340中，并用盖子342固定在其中，如图6A所示。现在准备将先前经过辐照的靶舱190运送到期望的加工设施处。

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