[RU]

Настоящее изобретение относится к конструкциям комбинированной мишени-замедлителя, которые существенно усиливают исходный спектр энергий полученных в ядерном реакторе нейтронов в тепловом диапазоне указанного спектра. Указанные конструкции комбинированной мишени-замедлителя могут применяться во всех случаях, когда сечение захвата нейтронов мишени, или её определённого изотопа, для тепловых нейтронов составляет по меньшей мере 2,0 барн.

(57) Реферат / Формула:

Настоящее изобретение относится к конструкциям комбинированной мишени-замедлителя, которые существенно усиливают исходный спектр энергий полученных в ядерном реакторе нейтронов в тепловом диапазоне указанного спектра. Указанные конструкции комбинированной мишени-замедлителя могут применяться во всех случаях, когда сечение захвата нейтронов мишени, или её определённого изотопа, для тепловых нейтронов составляет по меньшей мере 2,0 барн.

---

КОМБИНИРОВАННАЯ МИШЕНЬ-ЗАМЕДЛИТЕЛЬ ДЛЯ ПРОЦЕССА НЕЙТРОННОЙ
АКТИВАЦИИ
5 Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к конструкциям комбинированной мишени-замедлителя, которые могут быть использованы в процессах нейтронной активации.
10 Уровень техники
Исходный энергетический спектр нейтронов, порождаемых источником нейтронов, например, нейтронным генератором или (тепловым) ядерным реактором, который в целом характерен для конкретного источника нейтронов, является хорошо известным. Обычно различающиеся по энергии области спектра
15 нейтронов, выходящих из активной зоны ядерного реактора, подразделяются на диапазон тепловых нейтронов (от 1 МэВ до 1 эВ), диапазон промежуточных нейтронов (от 1эВ до 100 кэВ) и диапазон быстрых нейтронов (от 0,1 МэВ до 15 МэВ), где нейтроны с энергией от 0,1 МэВ до 1,0 МэВ называются также надтепловыми, а нейтроны со средней энергией порядка 2,0 МэВ называются также
20 реакторными нейтронами. Здесь и далее по тексту, если не указано иного, термин "активация" всегда относится к активациям, происходящим в диапазоне тепловых нейтронов (тепловом диапазоне). В диапазоне тепловых нейтронов активации происходят главным образом через реакцию (п, у), но, хотя и в меньшей степени, в этом диапазоне также случаются и реакции (п, р). Более того, в данном диапазоне
25 энергий в случае D2 и Be определенную роль играют реакции (у, п). а Для Li и Be -реакции (п, а). Процессы деления (n, f) будут рассмотрены далее по тексту. Более того, в диапазоне промежуточных нейтронов (промежуточном диапазоне) могут происходить так называемые "резонансы", которые могут вносить свой небольшой вклад в активацию мишени. В случае реакторных нейтронов и быстрых нейтронов
30 реакция (п, у) не является реакцией характерного типа и/или другие ядерные реакции, например, реакции (п, 2п) из-за своей низкой эффективности не могут быть использованы в промышленном масштабе.
В настоящее время процессы нейтронной активации хорошо известны, они применяются в различных областях, например, в производстве изотопов для
35 различных диагностических целей. В частности, такие решения раскрываются,
например, патентным документом ЕР № 0,791,221 В1 и международной публикацией № WO2008/060663 А2.
Сущность изобретения
5 Основной целью настоящего изобретения является повышение
эффективности процессов нейтронной активации путём использования применяемых для облучения нейтронов с максимально возможной эффективностью.
В одном аспекте изобретения указанная выше цель достигается
10 использованием конструкции комбинированной мишени-замедлителя в соответствии с п. 1 формулы изобретения. Возможные другие предпочтительные варианты осуществления указанной конструкции комбинированной мишени-замедлителя изложены в пунктах со 2 по 12 формулы изобретения.
В ходе нейтронной активации вещество (то есть мишень), подлежащее
15 активации (и, следовательно превращению/трансмутации в разнообразных схемах распада) путём облучения нейтронами, подвергается воздействию нейтронного потока с заданным энергетическим спектром от источника нейтронов (например, от активной зоны ядерного реактора или от нейтронного генератора), причём указанный энергетический спектр является характерным для используемого
20 источника. На достигающий мишени исходный спектр нейтронов влияют материалы, находящиеся между указанным источником нейтронов и мишенью по траектории распространения нейтронов. Например, если нейтроны проходят по направлению к мишени по горизонтальному каналу ядерного реактора, в промежуточном пространстве могут быть расположены разнообразные коллиматоры пучка и
25 термализующие фильтры. То же самое относится и к случаю, когда мишень расположена снаружи реакторной стенки, например, в картридже (контейнере); в таком случае реакторная стенка сама по себе образует часть промежуточного пространства.
В наших исследованиях было обнаружено, что предпочтительно настраивать 30 энергетический спектр входящих в мишень нейтронов или сдвигать указанный спектр по энергии таким образом, чтобы поток тепловых нейтронов был настолько большим, насколько это возможно, и предпочтительно был приближен к максимальному.
Более того, мы пришли к выводу, что в целях улучшения эффективности 35 процесса активации и повышения выхода трансмутации предпочтительно формировать мишень и замедлитель в виде одного блока, то есть в форме
конструкции комбинированной мишени-замедлителя таким образом, чтобы в ходе активации замедлитель располагался по меньшей мере частично в мишени, то есть суммарный объем располагался по направлению распространения нейтронного потока. В частности, замедлитель встраивается/вставляется в ту точку мишени, где 5 тепловые нейтроны исходного нейтронного потока уже были поглощены в мишени в значительной степени, предпочтительно по меньшей мере на 70%, предпочтительнее по меньшей мере на 80%, ещё более предпочтительно по меньшей мере на 90%, и ещё более предпочтительно по меньшей мере на 95% на их траектории распространения через указанную мишень, при этом уже активировав
10 облучённую часть мишени. Расположенный в данной точке мишени замедлитель предпочтительно представляет собой замедлитель, термализующий промежуточный (надтепловой) диапазон входящего в мишень исходного нейтронного потока и, тем самым, повышающий коэффициент использования тепловых нейтронов. Ещё одна мишень или другая конструкция комбинированной
15 мишени-замедлителя может быть расположена по направлению распространения нейтронов после (или ниже по потоку от) части замедлителя, генерирующей термализованные промежуточные (надтепловые) нейтроны; в последнем случае, аналогичным образом, встроенный замедлитель служит для термализации оставшихся быстрых нейтронов. То есть, за счёт чередующегося расположения в
20 мишени слоёв мишени и замедлителей, исходный спектр нейтронов сдвигается в тепловой диапазон энергии до порядка 70 - 95%, предпочтительнее до порядка 80 -95%, в результате чего можно почти удвоить полный поток тепловых нейтронов, обеспечиваемый исходным спектром нейтронов.
Тепловые нейтроны в исходном облучающем нейтронном потоке могут быть
25 поглощены мишенью (теоретически) до 100%, однако нанесение слоя мишени с толщиной участка меньшей, чем указанная полная длина поглощения тепловых нейтронов, может быть предпочтительным для некоторых элементов (в случае, например, Sm: 2,0 см; W: 10,0 см; Re: 4,0 см) по траектории распространения падающего нейтронного потока.
30 Длина одиночной зоны поглощения тепловых нейтронов для
соответствующих элементов (то есть удельная толщина поглощения в мишени) может быть определена на основании физических характеристик излучения. Выполненные нами исследования показали, что зона поглощения промежуточных нейтронов начинает формироваться в материале на глубине порядка 1,5 см для
35 каждого природного химического элемента (то есть не только для приведённых в качестве примера элементов Sm, W и Re), если сечения захвата (тепловых)
нейтронов находятся в диапазоне порядка от 15 до 18000 барн, предпочтительно -в диапазоне порядка от 20 до 6000 барн. Более того, быстрые нейтроны - в минимальном количестве - также начинают замедляться на той же глубине порядка 1,5 см.
5 То есть появляется значительная точка ветвления (участок) в поглощении,
замедляющие зоны как для тепловых, так и для промежуточных нейтронов, а также быстрых нейтронов в мишени на глубине порядка 1,5 см от фронта излучения (в предположении, что сечение для тепловых нейтронов находится в диапазоне от 15 до 8000 барн).
10 В частности, длина поглощения тепловых нейтронов в мишенях Sm, W и Re
составляет от 1,5 см до 2,5 см, от 1,5 см до 15,0 см и от 1,5 см до 5,0 см соответственно.
Если промежуточная зона (то есть диапазон энергий от 1 эВ до 100 кэВ) термализована, то полученный за счёт этого поток тепловых нейтронов может быть
15 меньше тепловой части исходного спектра, поскольку в целом поток промежуточных нейтронов меньше потока тепловых нейтронов. Это, однако, существенно не меняет приведённые выше результаты. В соответствии с изобретением замедлитель промежуточных нейтронов (здесь и далее обозначаемый как mod.i) является замедлителем, расположенным в мишени, то есть внутри её суммарного объёма.
20 Полная толщина мишени может быть разделена на слои, вокруг которых можно поместить замедлители; с этой целью также учитываются длины поглощения нейтронов различного типа/энергии, которые могут быть либо измерены, либо определены/оценены теоретическими расчётами. В рамках этой концепции замедлитель, термализующий нейтроны из различных диапазонов энергий
25 исходного спектра нейтронов, может быть расположен между отдельными слоями мишени, каждый из которых имеет конкретную толщину, определённую так, как было указано выше. Например, кроме замедлителя промежуточных нейтронов, также можно использовать замедлитель (здесь и далее обозначаемый как mode) надтепловых нейтронов (с энергией от 0,1 МэВ до 1,0 МэВ), даже интегрированный
30 с указанным замедлителем промежуточных нейтронов (здесь и далее он обозначается как mod.i + е). Существенное значение имеет то, что в случае термализации промежуточного и/или надтеплового диапазона, совокупный поток явно не уменьшается, но спектр нейтронов сдвигается в области более низких энергий нейтронов. (Поток быстрых нейтронов уменьшается, и в
35 промежуточное/надтепловое состояние переходит небольшая часть быстрых нейтронов).
Аналогичным образом, в соответствии с настоящим изобретением быстрые
нейтроны (с энергиями в диапазоне от 1,0 МэВ до 15,0 МэВ) могут быть
термализованы одним, самое большее, двумя замедлителями (здесь и далее
обозначаемыми как mod.f).
5 В соответствии с вышеизложенным так называемые внутренние
замедлители, расположенные в мишени по направлению распространения исходного нейтронного потока, падающего при выполнении активации, могут представлять собой замедлители следующих типов:
- замедлитель промежуточных нейтронов (mod.i); 10 - замедлитель надтепловых нейтронов (mod.e);
опционально, комбинация двух перечисленных замедлителей, предпочтительно в виде единого блока (mod.i + е); и
- замедлитель быстрых нейтронов (mod.f).
Полная длина (то есть толщина материала) указанных замедлителей в
15 парафине и/или полиэтилене (РЕ) предпочтительно находится в диапазоне от 40 до 50 см. С учётом характеристик химического элемента мишени по рассеянию нейтронов и коэффициенту столкновений , эта длина уменьшается (или может быть уменьшена) на толщину мишени.
Указанные внутренние замедлители увеличивают длину облучения, что
20 означает, что вследствие увеличенного расстояния между источником облучения и мишенью, в областях мишени, находящихся дальше от источника нейтронов, наблюдается уменьшение нейтронного потока.
В соответствии с настоящим изобретением, внутри мишени предусматривается по меньшей мере один внутренний замедлитель (например,
25 замедлитель типа mod.i+e), предпочтительно между двумя слоями мишени; таким образом увеличивая выход активации. В оптимальном случае для вышеупомянутых элементов толщина мишени, - то есть производящая часть - таким образом может быть удвоена относительно исходных количеств, то есть, она может быть увеличена, например, для Sm с 2,5 см до 5,0 см, в случае W с 15,0 см до 30 см, а в
30 случае Re с 5.0 см до 10,0 см.
Предпочтительно, чтобы все материалы (например, стенка реактора, вода, заслонки, фильтры и т.д.), находящиеся на передней стороне мишени (то есть в точке, где исходный нейтронный поток входит в мишень) между мишенью и источником излучения - обращённой к источнику нейтронов - образовывали
35 замедлитель тепловых нейтронов (который здесь и далее по тексту обозначается как mod.t), который может считаться, в соответствии с вышесказанным, так
называемым внешним замедлителем. Этот внешний замедлитель содержит все материалы, расположенные между источником нейтронов и мишенью которые частично преобразуют исходный спектр нейтронов. Если поток тепловых нейтронов всё ещё может быть увеличен, то указанный внешний замедлитель может быть 5 дополнен настоящим замедлителем, размещённым перед передней стороной мишени. Для этого в качестве предпочтительного может быть рекомендован графитовый слой с предпочтительной толщиной в несколько сантиметров, предпочтительнее - порядка 5 см.
Предпочтительно, чтобы отражатель нейтронов с обратным рассеиванием
10 (альбедо) (здесь и далее по тексту обозначаемый как mod.m) мог быть использован на задней стороне мишени (то есть в той части мишени, которая находится по направлению распространения нейтронного потока далее всего от источника нейтронов, и служащей поверхностью выхода для нейтронов, распространяющихся сквозь мишень, покидая её). Оптимальная толщина отражателя mod.m нейтронов
15 соответствует длине диффузии соответствующего химического элемента mod.m (например, указанная толщина составляет 50,2 см для С, и по меньшей мере 10,0 см, предпочтительнее, 30,0 см для ВеО). Также предпочтительно, чтобы указанный отражатель нейтронов, mod.m, располагался не только на задней стороне мишени, но и на боковых стенках - за исключением передней стороны - контейнера, так как
20 выходящие из реактора нейтроны движутся к мишени не только в перпендикулярном направлении.
Кроме этого, предпочтительным является и то, чтобы каждый замедлитель располагался отдельно в кассете (или, в случае экспериментальных реакторов, отдельно заключался в оболочку, так как это позволяет легко размещать указанные
25 замедлители и, опционально, обращаться с ними с помощью автоматики (например, посредством роботизированных загрузочных устройств)). Более того, также предпочтительно, чтобы мишень была разделена на несколько слоёв, которые можно по отдельности заключить в оболочку, чтобы внутренние замедлители было легко вставить между слоями мишени. То есть, предпочтительно заключать в
30 оболочку и вещество мишени, и замедлители. Также предпочтительно, чтобы полученные таким образом кассеты можно было располагать в общем контейнере для хранения, чтобы индивидуальные кассеты мишеней можно было по отдельности изымать из данного контейнера и помещать в него. Таким образом, в свете рассмотренных выше принципов, в некоторых вариантах осуществления
35 изобретения может быть реализована конструкция комбинированной мишени-замедлителя с базовыми сечениями (а) - (d) по направлению распространения
облучающего нейтронного потока, то есть сверху вниз в нижеприведённой таблице 1.
Источник нейтронов (например, зона реакций ядерного реактора
(а)
(Ь)
(с)
(d)
mod.t.
mod.t.
mod.t.
mod.t.
мишень
мишень
мишень
мишень
mod.i.
mod.i.+e.
mod.i.
mod.i.
мишень
мишень
мишень
мишень
mod.e.
mod.f.
mod.e.
mod.f.
мишень
мишень
мишень
мишень
mod.f.
mod.m.
mod.f.
мишень
мишень
mod.m.
5 Таблица 1
Как уже указывалось, рассмотренные выше внутренние замедлители (замедлители внутри мишени), которые можно заключить в оболочку или расположить в кассетах, являются полезными, если сечение захвата тепловых нейтронов мишени составляет по меньшей мере 15 барн. Для этой величины не
10 имеется верхнего предела, однако, длина мишени Gd (сечение 49700 барн) составляет порядка 0,5 см (в то время как для других химических элементов длина составляет порядка 1,5 см), что является исключением. Очевидно, что не имеет смысла делить мишень на слои внутренними замедлителями, если сечение захвата тепловых нейтронов меньше минимума, составляющего 15 барн. В этих случаях
15 решением может быть смешивание мишени с замедлителем по всей её длине, причём предпочтительно, чтобы и мишень, и замедлитель были приготовлены в порошковой форме. С учётом того факта, что как правило большинство химических элементов являются легковоспламеняющимися в порошковой форме, предпочтительно, чтобы мишень присутствовала в форме карбида, нитрида, оксида
20 или силицида; особо предпочтительными являются формы карбида и оксида, так как они являются великолепными замедлителями. Очевидно, что форма борида является негодной ввиду большого сечения захвата нейтронов для бора (В). Также следует избегать форм фторида, сульфида и хлорида, хотя они и не запрещены. В соответствии с ещё одним вариантом осуществления изобретения, если, например,
мишень не находится в форме карбида и/или оксида, её можно обеспечить в виде смеси на водной, парафиновой и иных основах. Указанная мишень в её смеси на водной, парафиновой и иных основах также может быть окислена.
Если порошковую смесь, составляющую конструкцию мишени-замедлителя в 5 соответствии с изобретением, формируют достаточно длинной (толстой), то требуемый процесс активации произойдёт в первую очередь на участке тепловых нейронов данной смеси мишени-замедлителя, местонахождение которого достаточно сложно предсказать заранее. За этим участком следует неактивный участок, где термализуются промежуточные и/или надтепловые нейтроны, а затем
10 то же самое повторяется и с быстрыми нейтронами. То есть в достаточно длинной конструкции мишени-замедлителя из порошковой смеси на передней стороне имеется неактивный участок, за которым следуют два или три активных/неактивных участка. Естественно, что в ещё одном возможном варианте осуществления может также случиться, что указанная передняя сторона начнётся с активного участка.
15 Описанная выше конструкция мишени-замедлителя с порошковой смесью в
целом соответствует идее изобретения "замедлитель (замедлители), расположенный в мишени". Однако она менее эффективна, чем рассмотренная выше комбинация слоёв мишени-замедлителя, которые могут быть заключены в отдельные оболочки или расположены в отдельных кассетах. Для промышленного
20 применения технологии, основанные на являющейся предметом изобретения конструкции мишени-замедлителя, ограничены назначением сечению мишени нижнего предела в 2,0 барн. В соответствии с этим, в частности, по меньшей мере один способный к трансмутации изотоп способного к трансмутации родительского химического элемента (то есть, мишени) должен иметь сечение захвата тепловых
25 нейтронов минимум 2,0 барн.
Ещё одним аспектом настоящего изобретения является применение вышеупомянутых конструкций для конверсии химических элементов, то есть для трансмутации посредством нейтронной активации. Целью данной трансмутации может быть подготовка конкретного изотопа; в этом случае достаточно просто
30 учесть подходящие изотопы мишени (то есть, родительского химического элемента). Для демонстрации рабочей производительности решения в соответствии с изобретением, в лабораторных условиях требуется нейтронный поток с плотностью по меньшей мере 1*108 нейтрон/см2/сек, содержащий в спектре нейтронов порядка 45% ± 5% тепловых нейтронов. В случае энергетических
35 реакторов нейтронный поток, который может быть выведен сквозь наружные стенки
реактора для кассетных/контейнерных систем имеет плотность по меньшей мере 1*1014 нейтрон/см2/сек.
В соответствии с идеей изобретения, вышеуказанный нейтронный поток может быть термализован на порядка 70% - 95%, предпочтительнее, на порядка 5 80% - 95%. Соответственно, поток с плотностью 1*1014 нейтрон/см2/сек является практически потоком тепловых нейтронов. Есть основания полагать, что конструкция мишени-замедлителя с порошковой смесью является более предпочтительной для мишени с сечением захвата нейтронов от 2,0 до 20,0 барн, в то время как для сечения свыше 20,0 барн становится более предпочтительной
10 конструкция комбинированной мишени-замедлителя, опционально в кассетной компоновке. Также есть основание полагать, что активная поверхность (то есть та поверхность, которая может быть подвергнута воздействию излучения) кассеты, составляет 1м2 (или 10 000 см2), однако, в одном реакторе может быть расположено по меньшей мере 1000 см2 и по меньшей мере одна кассета. Более того, есть
15 основания полагать что - на практике - по меньшей мере две кассеты (контейнера) с активной поверхностью 1 м2 каждой может быть расположено в каждом реакторе на траектории распространения нейтронного потока, покидающего активную зону. Общая толщина мишени составляет по меньшей мере 2,0 см.
В качестве термализующих фильтров используются материалы с высоким
20 содержанием водорода (например, Н20, D20, парафин, полиэтилен, реакторный графит и т.д.), тем не менее, с точки зрения термализации (или замедления) нейтронов необходимо учитывать материалы промежуточного пространства и материал самой мишени. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к данным термализующим фильтрам (или замедлителям), сечения захвата тепловых
25 нейтронов данных материалов должны быть низкими, в то время как сечения рассеяния тепловых нейтронов (при отдельном учёте упругого и неупругого рассеяния) у этих материалов должны быть высокими. Более того, в процессах термализации тепловых нейтронов за счёт столкновений коэффициенты столкновения данных материалов должны быть как можно более низкими.
30 В случае химических элементов с большим атомным номером (например, РЬ,
Bi), замедлители также могут защищать от гамма-излучения из источника излучения. В приведённой ниже таблице 2 сведены замедлители, которые могут быть предпочтительно использованы с решениями настоящего изобретения; атомные номера приведены перед химическими символами элементов и, в случае
35 необходимости, то есть если одновременно могут быть использованы различные изотопы конкретного элемента, после химического символа приведены также
массовые числа. В таблицу 2 также включены значения сечения захвата тепловых нейтронов (в барнах) химических элементов для тех процессов, которые могут считаться предпочтительными в отношении настоящего изобретения, то есть для процессов упругого рассеяния (coh), неупругого рассеяния (inc) и захвата (abs). 5 Сведённые в таблице 2 численные данные могут быть найдены в разнообразных научных пособиях; в этом отношении можно отослать читателя к следующим публикациям:
- Neutron Cross Section (Сечение нейтрона) - Brookheaven National Laboratory, 2nd edition 1958; (Сечение нейтрона - Брукхейвенская национальная лаборатория
10 Брукхэвен, 2-е издание, 1958);
- S.F Mughabghab et al. Neutron Cross Section: Neutron Resonance Parameters and Thermal Cross Section v.1 (Neutron Cross sections Series) (Vol1) - Saunders College Publishing; (S.F Mughabghab и др. Сечение нейтрона: (Параметры нейтронного резонанса и сечение для тепловых нейтронов, том 1 (Библиотека
15 нейтронных сечений) (Том 1) - Издательство колледжа Саундерс);
- Nuclear Fission and Neutron-included Fission Cross-section (Neutron physics and nuclear data in science and technology), Pergamon Press 1981; (Расщепление атомного ядра и сечение ядерного деления с участием нейтронов) (Нейтронная физика и ядерные данные в науке и технологии), издательство Pergamon Press
20 1981)
- Atlas of Neutron Resonances, 5th edition: Resonance Parameters and Thermal Cross Sections. Z=1-100 S.F. Mughabghab, Elsevier Science (5th edition 2006) (Атлас нейтронных резонансов, 5-е издание: Параметры нейтронного резонанса и сечение для тепловых нейтронов. Z= 1 -100 S.F. Mughabghab, издательство Elsevier Science).
coh (барн)
inc (барн)
abs (барн)
1,7568
80,26
0,3326
2He
1,34
0,0000
0,0074
4Ве
7,63
0,0018
0,0076
5,551
0,001
0,0035
4,232
0,0000
0,0002
12Мд
3,631
0,08
0,063
13AI
1,495
0,0082
0,231
14Si
2,1633
0,004
0,171
20Са
2,78
0,05
0,43
D (г/см3) (кг/м3)
ТМР (С°)
ТВР (С°)
0,07
- 259,3
- 252,8
0,12
- 268,9
1,85
1287,0
2471,0
-2,25
3650,0
5000,0
1,14
- 218,8
- 182,9
1,74
650,0
1090,0
2,70
660,3
2519,0
2,33
1414,0
3265,0
1,55
842,0
1484,0
10.
1,53
39,3
688,0
11.
6,50
1855,0
4409,0
12.
7,31
231,9
, 2602,0
13.
11,35
327,4
1749,0
14.
9,74
271,4
1564,0
15.
1,00
0,0
100,0
16.
3,10
2530,0
17.
1,97
- 78,5
18.
3,58
2800,0
3600,0
19.
3,97
2045,0
2980,0
20.
2,20
1983,0
2230,0
21.
2,10
1702,0
1880,0
22.
3,30
2580,0
23.
5,60
2687,0
~ 5000,0
24.
6,90
1400,0
25.
9,50
890,0
26.
8,90
825,0
1890,0
27.
3,70
1400,0
28.
3,20
2700,0
29.
6,51
3530,0
5100,0
Таблица 3
Уже упомянутые парафин, полиэтилен (РЕ), так же как и другие пластмассы, например, поликарбонаты (объёмная плотность: порядка 1,2 г/см3, рабочая 5 температура: максимум 115°С), полиимиды (PI, объёмная плотность: порядка 1,4 г/см3, рабочая температура: максимум 250°С), например, каптон, политетрафторэтилен (PTFE, рабочая температура: максимум 180°С), например, тефлон, также могут предпочтительно использоваться в качестве замедляющей среды. С точки зрения охраны окружающей среды, последнее вещество не является
10 предпочтительным из-за содержащегося в нём фтора. Эти материалы, за исключением PI, не являются радиационно-стойкими. Минимальная рабочая температура РЕ достаточно низка, всего 50°С. Здесь и далее по тексту, термин "рабочая температура" материала относится к тому значению температуры, при котором данный материал используется в являющемся предметом изобретения
15 процессе нейтронной активации.
Особым случаем является тот, в котором в качестве замедлителя используется отдельный изотоп природного химического элемента; в таблице 4 ниже приведены некоторые примеры; в ней также указаны пропорции (выраженные в массовых процентах) данного изотопа (относительно природных химических
20 компонентов).
Все материалы, расположенные между источником нейтронов и мишенью, действуют в качестве замедлителя, так что замедлитель может содержать такие материалы (элементы), посредством которых исходный спектр нейтронов, рассматриваемый непосредственно перед входом в мишень, предназначенный для использования для финальной активации, может быть сделан более п ред почтител ьн ы м.
Следовательно, данный замедлитель находится на передней стороне мишени и фактически действует в качестве термализующего фильтра, который
может быть выполнен в виде комбинации различных химических элементов, например, Fe, воды, Al, Pb, Bi.
Например, в случае Sm, W и Re можно утверждать следующее: толщина материала, необходимая для полного поглощения тепловых нейтронов, составляет 5 2,5 см, 15,0 см и 5,0 см в Sm, W и Re, соответственно. При этих значениях толщины тепловая часть спектра уже поглощена, а за счёт столкновений нейтронов и рассеяний в мишени искажается диапазон промежуточных (плюс надтепловых) нейтронов и диапазон быстрых нейтронов, что сопровождается уменьшением интенсивности потока.
10 Далее подробно рассматриваются некоторые важные радиационные
физические характеристики взятых в качестве примера химических элементов, которые подлежат трансмутации (конверсии) в процессе трансмутации, являющемся предметом изобретения. Примеры в каждой таблице пронумерованы, причём конверсия мишень (родительский элемент) -> продукт (дочерний элемент)
15 обозначено как "-> ". Перед обозначением каждого химического элемента указан его атомный номер, а после обозначения химического элемента указаны массовое число (числа) его изотопа (изотопов). И для соответствующей мишени (родительского химического элемента), и для её способных к трансмутации изотопов указано сечение (в барнах) захвата тепловых нейтронов, причём
20 аналогичные данные приведены также для получаемого дочернего элемента (элементов).
В процессе конверсии родительский элемент -> дочерний элемент могут также появиться и второй, и третий дочерние элементы. Далее в процессе основное внимание уделяется желаемому продукту (то есть дочернему химическому
25 элементу), другие же образования только регистрируются. В соответствующих таблицах также приведено (в массовых процентах) обогащение способных к трансмутации/трансмутированных изотопов родительского химического элемента/дочернего химического элемента.
Первой приводится общая таблица (таблица 6 ниже), содержащая все
30 химические элементы с атомным номером Z, указанные один за другим в пронумерованном порядке, которые могут быть трансмутированы в соответствии с настоящим изобретением; таблица также содержит соответствующие изотопы родительского и дочернего элементов с массовым числом А, а также соответствующие данные по сечению захвата нейтронов, выраженные в барнах (Ь).
Z %
Z %
23V
3,0
24Cr
0,25%
60,0
99,75%
4,9
83,76%
0,7
25Mn
13,3
26Fe
100,00%
13,3
91,66%
2,6
31Ga
2,7
27Ge
60,40%
2,2
20,52%
3,0
39,60%
3,6
27,43%
0,8
Z %
Z %
33As
4,5
34Se
100,00%
4,5
9,02%
85,0
35Br
6,9
36Kr
50,53%
11,0
2,27%
11,8
49,47%
2,7
11,56%
29,0
45Rh
144,8
46Pd
100,00%
103
144,8
10,97%
104
0,6
47Ag
63,3
48Cd
51,35%
107
37,6
0,88%
108
1,1
48,65%
109
91,0
12,39%
110
11,0
+46Pd
108
8,5
51Sb
4,9
52Te
57,25%
121
5,7
2,46%
122
3,4
42,75%
123
3,8
4,61%
124
6,8
+50Sn
122
0,2
53I
6,1
54Xe
100,00%
127
6,1
128
8,0
+52Te
128
0,2
10.
55Cs
29,0
56Ba
100,00%
133
29,0
2,42%
134
2,0
134
151,0
6,59%
135
5,8
11.
57La
9,0
58Ce
0,09%
138
57,0
99,91
139
8,9
88,48%
140
0,5
12.
59Pr
11,5
60Nd
100,00%
141
11,5
27,11%
142
18,7
13.
60Nd
50,5
61 Pm
17,22%
146
1,4
0, %
1,47
168,4
5,73%
148
2,5
0, %
149
1400,0
5,62%
150
1,2
0, %
151
700,0
+ 62Sm
1,47
57,0
+ 62Sm
149
42080,0
+ 63Eu
151
9100,0
14.
62Sm
5922,0
63Eu
7,44%
150
104,0
151
9100,0
26,72%
152
206,0
153
312,0
+64Gd
152
735,0
Z %
Z %
15.
64Gd
49700,0
65Tb
0,20%
152
735,0
24,87%
158
2,2
100,00%
159
23,4
21,90%
160
0,8
+ Dy
161
600,0
+ Eu
153
312,0
16.
65Tb
23,4
66 Dy
100,00%
159
23,4
2,29%
160
56,0
17.
66Dy
994,0
67Ho
0,05%
156
33,0
0,09%
158
43,0
28,18
164
2840,0
100,00%
165
64,7
+ 64Gd
157
259000,0
+ 65Tb
159
23,4
18.
68Er
159,0
69Tm
0,13%
162
19,0
1,56%
164
13,0
27,07%
168
2,7
100,00%
169
100,0
14,88%
170
5,8
+ 67Ho
163
+ 67Ho
165
64,7
+ 70Yb
171
48,6
19.
70Yb
34,8
71 Lu
31,84%
174
69,4
97,40%
175
21,0
12,37%
176
2,8
+ 72 Hf
177
373,0
20.
71 Lu
74,0
72Hf
97,40%
175
21,0
2,60%
176
2065,0
18,50%
177
373,0
21.
72Hf
104,0
73Ta
0,18%
174
561,0
18,50%
177
373,0
35,23%
180
13,0
999,98
181
20,5
+ 71 Lu
175
21,0
+ 72Hf
178m2
22.
74W
18,3
75Re
0,13%
180
30,0
30,64%
184
1,7
37,07%
185
112,0
28,41%
186
37,9
62,93%
187
76,4
+ 73a
181
20,5
Z %
z %
23.
75Re
89,7
-> 76,0s
37,07%
185
112,0
1,59%
186
80,0
62,93%
1887
76,4
13,30%
188
4,7
187
320,0
189
25,0
24.
80Hg
372,3
-> > 81TI
0,14%
196
3080,0
29,80%
202
4,9
203
11,4
6,85%
204
0,4
205
0,1
+ 79Au
197
98,6
25.
90Th
7,3
-> > 91 Pa
100,00%
232
7,3
233
39,5
+ 92U
233 (n,Y)
45,5
233 (n,f)
529,0
233 I
574,5
Таблица 6
Оксиды,
карбиды,
нитриды и
наиболее важные
соединения
способных к
трансмутации родительских соединений следующие: V02, V205, VC, VN, VSi2; Mn02, 5 MnS, MnCI2; Ga203, GaAs; As2S3; AgCI; Sb203, Sb2S3; La203, LaF3; Pr203, PrF3; Nd203, NdF3; Sm203, SmF3; Tb203, TbF3; Dy203, DyF3; Er203, ErF3; Yb203, YbF3; Lu203, LuF3; Hf02, HfC, HfN, HfSi2; W03, WC, WSi2, WS2; Re207; HgS; Th02, ThC2, ThF4, ThF2, ThS2.
Далее по тексту решения в соответствии с настоящим изобретением будут проиллюстрированы на примере некоторых реакций трансмутации, указанных в
10 таблице 6 под порядковыми номерами 3, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 22, 23, 24 и 25, и для этих реакций даётся расширенный набор изотопов, участвующих в соответствующей реакции мишень (родительский элемент) -> продукт (дочерний элемент), с указанием доли изотопа в массовых процентах, соответствующие сечения захвата нейтронов в барнах, периоды Т(1/2) полураспада, типа
15 испускаемого излучения и, наконец, некоторые важные процессы трансмутации. Примеси в мишени (родительском элементе) считаются характерными примесями в предположении, что химическая чистота мишени (родительского элемента) составляет 99,9%. Активация данных примесей в расчёт не принимается.
20 Пример 1
Галлий -> Германий
60,40
2,2
70m
0,0 сек
21,1 минут
e~Y
39,60
3,6
72m
0,0 сек
14,1 часов
e~Y
Ga69 -> Ga70 -> Ge70; +Zn70
5 Ga71 -> Ga72 -> Ge72.
Пример 2
Неодим -> Прометий
Здесь прометий не имеет стабильных изотопов.
10 Примеси в Nd: La, Се, Pr, Sm; Y; Si; Fe.
60Nd
барн
50.5
T(1/2)
излучение
142
27,11
18,7
143
12,17
337,0
144
23,85
3,6
2,1*1515 лет
145
8,30
42,0
146
17,22
1,4
147
11,0 суток
e~Y
148
5,73
2,5
149
1,7 часов
e~Y
150
5,62
1,2
151
12,4 минут
e"Y
61 Pm
барн
T(1/2)
излучение
60,0
(a) Nd146 -> Nd147 -> Pm147 -> Sm147.
5 (b) Nd148-> Nd149-> Pm149-> Sm149.
(c) Nd150-> Nd151 -> Pm151 -> Sm151 -> Eu151.
Пример 3
Самарий -> Европий
10 Примеси в Sm: Gd; Са, Y; Mg, Si; Fe.
62Sm
барн
5922,0
T(1/2)
излучение
144
3,09
0,7
145
340,0 суток
е+у К
146
5,0*107лет
147
14,97
57,0
1,0*1011 лет
148
11,24
2,4
149
13,83
42080,0
150
7,44
104,0
151
15170,0
90,0 лет
e~Y
152
26,72
206,0
153
420,0
46,3 часов
e~Y
154
22,71
8,4
155
22,3 минут
e~Y
156
(a) Sm144 -> Sm145 -> Pm145 -> Nd145.
(b) (Sm150+) -> Sm151 -> Eu151 -> Eu152m -> Eu152 -> G152.
(c) (Sm150+) -> Sm151 -> Sm152 -> Sm153 -> Eu153.
(d) Sm152 -> Sm153 -> Eu153 -> Sm154 -> Sm155 -> Eu155 -> Gd155. (f) Sm154 -> Sm155 -> Eu155 -> Eu156 -> Gd156.
Примечание: здесь, в процессе реакции Sm149 -> Sm150, Sm150 значительно обогащается; это обогащение обозначено символом (Sm150+).
Пример 4
Гадолиний -> Тербий
В ходе активации Gd в процессе реакции Gd152 -> Gd153 в 100% случаев происходит испускание излучений е+ и К. В частности:
(a) Gd152 -> Gd153 -> Eu153.
(b) (Gd158+) -> Gd159 -> TM59. (Эта реакция может быть использована.)
(c) Gd160 -> Gd161 -> ТМ61 -> Dy161.
(d) Gd160 -> Gd 161 -> TM61 -> TM62 -> Dy162.
(a)
При получении Но следует избегать избыточной активации системы, так как можно легко пропустить Но165. В случае Dy157 и Dy159 происходят
10 следующие процессы (в 100% случаев происходит испускание излучений е+и К):
(a) Dy156 -> Dy157 -> ТЫ57; и
(b) Dy158 -> Dy159 -> ТЫ 59
(c) Dy164 -> Dy165m -> Dy165 -> Ho165 (Эта реакция может быть использована).
15 При избыточной активации может произойти разветвление процесса:
(d) Dy164 -> Dy165m -> • Dy165 -> Dy166 -> Ho166m -> Ho166 -> Er166.
Пример 6
(a) Ег162 -> ЕМ 63 -> Но163.
(b) Ег164 -> Ег165 -> Но165.
(c) (Ег168+) -> ЕМ69 -> Tm169.
(d) Er170 -> ЕМ 71 -> Tm171 -> YM71.
Пример 7
Иттербий -> Лютеций
175m
0,0 сек
175
101,0 часов
e~Y
176
12,73
2,8
177m
6,5 сек
177
1,9 часов
e~Y
(a) YM68 -> Yb169m -> YM69 -> Tm169.
(b) YM74 -> Yb175m -> YM75 -> Lu175.
(c) Yb176 -> Yb177m -> Yb177 -> Lu177m -> Lu177 -> Hf177. Пример 8
Вольфрам -> Рений (-> Осмий)
75Re
барн
89,7
Т(1/2)
излучение
184
38,0 суток
185
37,07
112,0
186m
1,0 часов
186
88,9 часов
е± у К
187
62,93
76,4
4,1*1010 лет
188m
2,0
18,6 минут
188
-2,0
17,0 часов
е~ у
(a) W180 -> W181 -> Та181.
(b) W184 -> W185m -> Wo185 -> Re185.
(c) W186 -> W187 -> Re187. (и/или: вольфрам -> рений -> осмий)
(d) W184 -> W185m -> W185 -> Re 185 -> Re186m -> Re 186 -> 0s186; +W186.
(e) W186 -> W187 -> Re187 -> Re188m -> Re188 -> Os188m -> Os188.
(f) W186 -> W187 -> W188 -> Re188m -> Re188 -> Os188m -> Os188.
Пример 9
Рений -> Осмий
760s
барн
16,0
Т(1/2)
излучение
184
0,02
3000,0
185
93,6 суток
е* у К
186
1,59
80,0
187
1,64
320,0
188m
26,0 суток
188
13,30
4,7
189m
5,8 часов
(a) Re 185 -> Re186m -> Re186 -> Os186; +W186
5 (b) Re187 -> Re188m -> Re188 -> Os188m -> Os188.
Активация полученного таким образом Os может быть продолжена в процессе Осмий -> Осмий:
(c) Os186 -> Os187.
(d) Os188 -> Os189m -> Os189.
Пример 10
Ртуть -> Таллий + Золото
81TI
барн
3,4
Т(1/2)
излучение
203
29,50
11,4
204
3,8 лет
е~ К
205
70,50
0,1
206
4,3 минут
(a) Hg196 -> Hg197m -> Hg197 -> Au197.
(b) Hg196 -> Hg197m -> Hg197 -> Au197m -> Au197.
(c) Hg196 -> Hg197m -> Hg197 -> Au197m -> Au197 -> Au198 -> Au199 Hg199m-> Hg199.
(d) Hg202 -> Hg203 -> TI203.
(e) Hg204 -> Hg205 -> TI205.
Пример 11
Торий -> Протактиний (-> Уран)
92U
барн
7,5
T(1/2)
излучение
233
45,5
1,6*10° лет
а у f
234
0,00
100,0
2,4*105 лет
235m
26,5 минут
235
0,72
98,8
7,0*108 лет
а у f
236
5,1
2,3*107 лет
237
6,7 суток
е~ у
Замедлителями из Th могут быть: Th02; ThC2.
5 Элементы, полученные в результате альфа-распада, в таблице 17 не
зарегистрированы.
В таблице ниже подробно, то есть по элементам и по изотопам, описана происходящая реакция деления ядра (n, f):
233
15,0 барн
233m
500,0 барн
234
5000,0 барн
233
529,0 барн
234
0,0 барн
235
582,0 барн
236
0,0 барн
237
0,3 барн
238
0,0 барн
239
14,0 барн
(a) Th232 -> Th233 -> Ра233 -> U233.
(b) Th232 -> Th233 -> Th234 -> Pa234m -> Pa234-> U234 -> U235m -
> U235.
(c) Th232 -> Th233 -> Th234 -> Pa234m -> Pa234 -> Pa235 -> U235m ->
15 U235.
Возвращаясь к некоторым вопросам реализуемости промышленной трансмутации в соответствии с настоящим изобретением, можно добавить следующее.
В качестве рабочей гипотезы принимается, что плотность потока тепловых 20 нейтронов, которые могут быть термализованы внешними и внутренними замедлителями, составляет 1*1014 нейтрон/см2/сек, поверхность активации кассеты составляет 1 м2 = 10000 см2, а плотность массы мишени (родительского элемента) составляет г(моль)/см2, то есть она соответствует атомной единице массы (а.е.м.) рассматриваемого химического элемента, выраженной в единицах г/см2, например, 25 для элемента 45Rh 103 плотность массы мишени, выполненной из 45 Rh 103, равна
102,9 г(моль)/см2, так как данный элемент на 100% состоит из своего изотопа с массовым числом 103. Это означает, что полная масса мишени (материнского элемента) в одной кассете составляет 1029 кг. Тогда возникает вопрос: насколько долго следует выполнять активацию мишени (здесь, потери, увеличение 5 эффективности, защита и т.д. не учитываются), и сколько дочерних элементов можно произвести в данной мишени? Молярная плотность (а.е.м. - атомных единиц массы) массы была выбрана из-за того, что при этом каждая мишень (родительский элемент) содержит одинаковое количество атомов, то есть в каждой мишени имеется 6,022142 * 1023 атом на моль. Если плотность потока тепловых нейтронов
10 составляет 1*1014 нейтрон/см2/сек - принимая сечение захвата нейтрона за 1 барн -проще говоря, для активации всей молярной массы потребуется 6.0221429 секунд, или 190,961 лет (если считать в годах, каждый из которых состоит из 365 суток). В случае, например, родия (а также и других элементов) это время активации должно быть разделено на фактическое значение сечения для получения времени
15 активации, требуемого для рассматриваемого элемента; для родия это ведет к величине 190,961/144,8 = 1,318 лет. То есть, для календарного года в 365 суток, вышеуказанное количество родия нельзя трансмутировать полностью (так как его сечение составляет менее 190,9), и его дочерний элемент будет вырабатываться в количестве 780,7 кг в год на одну кассету.
20 С учётом вышеизложенных сведений, для рассмотренных выше двадцати
пяти различных мишеней (родительских элементов) в нижеприведённой таблице 18 указаны значения сечения (в барнах), атомная единица массы г(моль) (в граммах), объёмная плотность D (в г/см3), длина Lcm для 1 см2, полное время Tactivation активации (в годах), а также полная активированная масса, которую ожидается
25 активировать за один календарный год в кассете с площадью активации в 1м2. В таблице десять мишеней (родительских элементов) помечены звёздочкой (*); это означает, что эти мишени гомогенны по содержанию своих изотопов, то есть они состоят из одного изотопа на порядка 100%.
барн
г(моль) (г)
D (г/см3)
Lcm
Tactivation (ГОДЫ)
(кг/м2)/год
23V
3,0
50,9
6,11
8,3
64,653
7,996
25Мп
13,3
54,9
7,30
7,5
14,358
38,236
31Ga
2,7
69,7
5,90
11,8
70,726
4.*
33As
4,5
74,9
5,73
13,0
42,435
17,650
35Br
6,9
79,9
3,12
25,6
27,675
6.*
45Rh
144,8
102,9
12,41
8,3
1,318
780,728
47Ag
63,3
107,8
10,50
10,2
3,016
51Sb
4,9
121,7
6,69
18,2
38,971
9.*
541
6,1
126,9
4,93
25,7
31,305
40,536
10*.
55Cs
29,0
132,9
1,87
71,0
6,585
201,822
11*
57La
9,0
138,9
6,14
22,6
21,218
65,463
12.*
59Pr
11,5
140,9
6,77
20,8
16,605
84,854
13.
60Nd
50,5
144,2
7,00
20,6
3,871
14.
62Sm
5922,0
150,3
7,52
20,0
0,032
15.
64Gd
49700,0
157,2
7,90
19,9
0,004
16.*
65Tb
23,4
158,9
8,23
19,3
8,160
194,730
17.
66Dy
994,0
162,5
8,55
19,0
0,192
18.
68Er
159,0
167,2
9,06
18,4
1,201
19.
70Yb
34,8
173,0
6,96
24,8
5,487
20.
71 Lu
74,0
174,9
9,84
17,8
2,580
21.
72Hf
104,0
178,5
13,31
13,4
1,836
22.
74W
18,3
183,8
19,30
9,5
10,4335
23.
75Re
89,7
186,2
21,02
8,8
2,129
24.
80Hg
372,3
200,6
13,54
14,8
0,513
25.*
90Th
7,3
232,0
11,72
19,8
26,159
88,708
Таблица 18
Очевидно, толщину (Lcm) материала мишени следует делить на меньшие участки, при этом между полученными участками можно расположить внутренние 5 замедлители. Длины таких участков могут зависеть от исходного спектра реактора -нейтронный поток меньше в диапазоне энергий промежуточных нейтронов, чем, например, в тепловом диапазоне исходного спектра нейтронов - следовательно, длины отдельных участков мишени могут быть разными.
Принимая во внимание вышеуказанные базовые данные, здесь предлагается 10 три реализуемых на практике для увеличения производительности на промышленном уровне.
(а) Интенсивное охлаждение кассеты, содержащей конструкцию мишени-замедлителя по настоящему изобретению. Здесь благодаря охлаждению, с одной стороны, происходит увеличение плотности вследствие усадки элементов 15 (зависящей от их коэффициентов термического расширения), составляющих конструкцию мишени-замедлителя. Это увеличивает сечение (в барнах) захвата нейтронов мишени, тем самым влияя на характеристики замедления, а, с другой стороны, скорость тепловых нейтронов будет меньше (порядка 2200 м/сек), что может также давать полезный эффект; то есть, предпочтительно и полезно 20 оптимизировать рабочую температуру конструкции комбинированной мишени-замедлителя по настоящему изобретению.
(b) Увеличение используемого нейтронного потока (1*1014 нейтрон/см2/сек).
Во вступительной части настоящей заявки было отмечено, что ядерные реакции (у,
п) и (п, 2п) для данного изобретения имеют слишком низкий выход, и поэтому не
могут быть результативно использованы. Топливные сборки ядерного реактора
5 могут быть расположены так, чтобы увеличить нейтронный поток на передней стороне кассеты до определённой степени, хотя это состояние не всегда можно поддерживать. Существо этого состоит в том, что увеличивается так называемая утечка нейтронов из реактора, примерная величина которой составляет 3,5 ± 2,5%.
(c) Расположение делящегося элемента (элементов), например, U233, U235
10 и т.д. спереди передней стороны кассеты. Предпочтительно, чтобы делящийся
элемент был обогащён естественным элементом, или даже U238 (обычной практикой является обогащение U238 посредством U235 на 2,0 - 5,0%). Здесь в единственном событии теплового деления (n, f) в среднем производится 2,5 нейтрона, из которых примерно 0,09 нейтрона (~ 3,5%) представляет собой
15 "утечку", а фактический выход умножения (размножения) составляет ~ 1,4 нейтрона. Умножение нейтронов может вносить свой вклад в используемый нейтронный поток, увеличивая его - в принципе - на порядок, до 1*1015 нейтрон/см2/сек. Проблема здесь будет состоять в том, что, например, в случае U235 энергия в 1 кВт высвобождается выходе 3,1*1013 делений в секунду, что
20 очевидно выполняется и для покидающего реактор потока тепловых нейтронов той же величины.
Для того, чтобы отводить это интенсивно высвобождающееся тепло, предлагается наносить делящийся элемент в виде, например, слоя на субстрат с толщиной слоя равной 0,1 - 2,0 мм. Для обеспечения хорошей теплопроводности и
25 одинаковых коэффициентов теплового расширения данный субстрат должен быть выполнен из листового Ni (фольги) толщиной 1,0 - 2,0 мм (опционально, в сплаве с 2-5% Be), причём поверхность слоя делящегося элемента также покрывают Ni.
Несколько кусков такой фольги с делящимся элементом могут быть расположены в кассете, специально приспособленной для этой цели. Пространство,
30 ограничиваемое кусками фольги (листами) должно интенсивно охлаждаться. Есть основания полагать, что известные хладагенты годятся для охлаждения только до определённого предела. Таким образом, в качестве хладагента предлагается к использованию галлий, поскольку его температура кипения составляет порядка 2200°С, а его среднее сечение захвата нейтронов относительно мало - 2,7 барн.
35 Делящийся элемент осаждают на стороны одного или более листов/кусков фольги Ni, которые также несут Ni покрытие на своих внешних боковых поверхностях. Такой
вариант осуществления является химически стойким и термостойким до 400-500°С. Пространство, образующееся между указанными листами, заполняют Ga, действующим в качестве как замедлителя, так и хладагента; для улучшения эффективности охлаждения можно организовать поток указанного Ga. Дочерний 5 элемент Ge, производимый в галлиевом замедлителе и хладагенте, может быть отфильтрован при замене указанных делящихся элементов. Содержащую данный делящийся элемент кассету можно передвигать и обращаться с ней независимо от контейнеров с конструкциями комбинированной мишени-замедлителя по настоящему изобретению.
1. Конструкция комбинированной мишени-замедлителя, предназначенная
5 для осуществления нейтронной активации посредством нейтронного потока,
испускаемого источником нейтронов, причём замедлитель и мишень расположены на траектории распространения выполняющего активацию нейтронного потока, отличающаяся тем, что замедлитель расположен, по меньше мере частично, в мишени по направлению распространения указанного нейтронного потока и 10 выполнен из вещества, сдвигающего энергию по меньшей мере части указанного нейтронного потока, прошедшего зону мишени, расположенную перед замедлителем по направлению распространения указанного нейтронного потока.
2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что замедлитель занимает собой
ограниченную закрытую область в мишени.
15 3. Конструкция по п. 2, отличающаяся тем, что замедлитель и мишень
расположены в виде чередующихся участков по направлению распространения указанного нейтронного потока.
4. Конструкция по п. 3, отличающаяся тем, что каждый участок замедлителя выполнен из вещества, воздействующего на распределение энергии нейтронного
20 потока в разных диапазонах энергий.
5. Конструкция по любому из п.п. 2-4, отличающаяся тем, что замедлитель и мишень заключены в оболочку и/или помещены в кассету и/или контейнер по отдельности и/или вместе друг с другом.
6. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что замедлитель и мишень по
25 меньшей мере частично взаимно распределены друг в друге.
7. Конструкция по любому из п.п. 1-6, отличающаяся тем, что замедлитель выполнен из по меньшей мере одного вещества, выбранного из группы, в которую входят: Н, Не, Be, С, О, Mg, Al, Si, Са, Rb, Zr, Sn, Pb, Bi; и D2, He4, Li7, Вц, и AI4C3, N15, РЬгоз; H20, D20, парафин; BeO, C02, MgO, Al203, SiO, Si02, SiC, Zr02, ZrC, Sn02,
30 PbO, Bi203; а также поликарбонаты (PC), полиэтилен (РЕ), полиимиды (PI), политетрафторэтилен (PTFE) и смесь указанных веществ.
8. Конструкция по любому из п.п. 1-7, отличающаяся тем, что мишень выполнена из по меньшей мере одного вещества, выбранного из группы, в которую входят: V, Mn, Ga, As, Br, Rh, Ag, Sb, I, Cs, La, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Yb, Lu, Hf,
35 W, Re, Hg, Th; V02, V205, VC, VN, VSi2, Mn02, MnS, MNCI2; Ga203, GaAs; As2S3; Sb203, Sb2S3; La203, LaF3; Pr203, PrF3; Nd203, NdF3; Sm203, SmF3; Gd203, GdF3; Tb203;
TbF3; Dy203, DyF3; Er203, ErF3; Yb203; YbF3; Lu203, LuF3; Hf02, HfC, HfN, HfSi2; W03, WC, WSi2, WS2; Re207; HgS; Th02, ThC2, ThF4, ThOF2, ThS2, а также любая смесь и/или сплав и/или комбинация указанных веществ.
9. Конструкция по любому из п.п. 1-8, отличающаяся тем, что источник
5 нейтронов обеспечен активной зоной ядерного реактора, а указанная конструкция
комбинированной мишени-замедлителя расположена снаружи корпуса указанного ядерного реактора и/или в экспериментальном канале указанного ядерного реактора.
10. Конструкция по любому из п.п. 1-9, отличающаяся тем, что сечение
10 захвата тепловых нейтронов (п, у) в нейтронной активации для материала мишени
и/или его изотопа составляет по меньшей мере 2,0 барн.
11. Конструкция по любому из п.п. 1-10, отличающаяся тем, что снабжена
внешним охлаждением.
12. Конструкция по любому из п.п. 1-11, отличающаяся тем, что делящийся
15 материал расположен по направлению распространения указанного нейтронного
потока перед указанной конструкцией мишени-замедлителя.
1. Конструкция комбинированной мишени-замедлителя, предназначенная
5 для осуществления нейтронной активации в промышленном масштабе посредством
нейтронного потока, испускаемого источником нейтронов, который обеспечен активной зоной ядерного реактора, имеющего корпус реактора, причём замедлитель и мишень расположены снаружи корпуса указанного ядерного реактора и/или в экспериментальном канале указанного ядерного реактора на траектории
10 распространения выполняющего активацию нейтронного потока, при этом данная конструкция мишени-замедлителя выполнена в виде конструкции, содержащей по меньшей мере два замедлителя и по меньшей мере две мишени, расположенные с чередованием по направлению распространения указанного нейтронного потока, а каждый из указанных замедлителей выполнен из вещества, сдвигающего энергию
15 по меньшей мере части падающего нейтронного потока, исходно испущенного указанным источником нейтронов, в диапазон энергий тепловых нейтронов.
2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что каждый замедлитель и каждая
мишень заключены в оболочку по отдельности и/или помещены в кассету и/или
контейнер по отдельности и/или вместе друг с другом.
20 3. Конструкция по п. 2, отличающаяся тем, что полная толщина мишени
составляет по меньшей мере 2,0 см, а облучаемая поверхность указанной кассеты составляет по меньшей мере 1000 см2.
4. Конструкция по любому из п.п. 1-3, отличающаяся тем, что замедлитель
выполнен из по меньшей мере одного вещества, выбранного из группы, в которую
25 входят: Н, Не, Be, С, О, Mg, Al, Si, Са, Rb, Zr, Sn, Pb, Bi; и D2, He4, Li7, Вц, и AI4C3, N15, Pb208; H20, D20, парафин; BeO, C02, MgO, Al203, SiO, Si02, SiC, Zr02, ZrC, Sn02, PbO, Bi203; а также поликарбонаты (PC), полиэтилен (РЕ), полиимиды (PI), политетрафторэтилен (PTFE) и смесь указанных веществ.
5. Конструкция по любому из п.п. 1-4, отличающаяся тем, что мишень
30 выполнена из по меньшей мере одного вещества, выбранного из группы, в которую
входят: V, Mn, Ga, As, Br, Rh, Ag, Sb, I, Cs, La, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Yb, Lu, Hf, W, Re, Hg, Th; V02, V205, VC, VN, VSi2, Mn02, MnS, MNCI2; Ga203, GaAs; As2S3; Sb203, Sb2S3; La203, LaF3; Pr203, PrF3; Nd203, NdF3; Sm203, SmF3; Gd203, GdF3; Tb203; TbF3; Dy203, DyF3; Er203, ErF3; Yb203; YbF3; Lu203, LuF3; Hf02, HfC, HfN, HfSi2; W03, 35 WC, WSi2, WS2; Re207; HgS; Th02, ThC2, ThF4, ThOF2, ThS2, а также любая смесь и/или сплав и/или комбинация указанных веществ.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ, ИЗМЕНЕННАЯ ПО СТ.34 РСТ
6. Конструкция по любому из п.п. 1-5, отличающаяся тем, что сечение
захвата тепловых нейтронов (п, у) в нейтронной активации для материала мишени
и/или его изотопа составляет по меньшей мере 2,0 барн, а используемый поток
тепловых нейтронов равен 1*1014/нейтрон/см2/сек.
5 7. Конструкция по любому из п.п. 1-6, отличающаяся тем, что снабжена
внешним охлаждением.
8. Конструкция по любому из п.п. 1-11, отличающаяся тем, что делящийся материал расположен по направлению распространения указанного нейтронного потока перед указанной конструкцией мишени-замедлителя.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ, ИЗМЕННАЯ ПО СТ.34 РСТ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ