通过核素激活靶和测量体在核反应堆中选择性地进行核素激活和测量的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于将核素激活靶和测量体选择性地移入或移出核反应堆(100)的仪表指状件(110)的设备(1)。所述设备(1)具有用于容纳和输送所述测量体和靶的通道系统(2)。所述通道系统(2)包含至少一个具有用于耦接至所述仪表指状件(110)的端部耦接件(11)的反应堆分支(10)、用于暂时存储所述测量体和靶的存储分支(20)以及具有用于耦接至测量装置(300)的端部耦接件(31)的测量分支(30、1030a、1030b)，所述测量装置用于确定由于核反应堆中的高能激发而可变的测量体的性质。所述设备还包含用于通过所述设备(1)输送测量体和靶的气动或机械输送装置(90)和多路配件(60)，至少所述反应堆分支(10)、存储分支(20)和测量分支(30、1030a、1030b)以节点的方式直接通入所述多路配件，并且所述多路配件被构造成将各分支选择性地彼此流通连接。本发明专利技术还涉及一种使用这种设备(1)用于激活核素激活靶以及任选地用于核反应堆(100)的仪表指状件(110)中的测量体的高能激发的方法。

Equipment and method for selective nuclide activation and measurement in nuclear reactor by nuclide activation target and measuring body

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过核素激活靶和测量体在核反应堆中选择性地进行核素激活和测量的设备和方法
本专利技术涉及一种用于将核素激活靶和测量体选择性地移入或移出核反应堆的仪表指状件(Instrumentationsfinger)的设备。本专利技术还涉及一种使用这种设备用于激活核素激活靶以及任选地用于高能激发核反应堆的仪表指状件中的测量体的方法。
技术介绍
放射性核素用于许多技术和医学领域，尤其是核医学。为了产生放射性核素，通常相应地用中子辐照合适的稳定核素。这会由于中子俘获而产生不稳定的核素，其通过放射性衰变序列发射α、β、γ或质子辐射再次转化为稳定的核素。用中子辐照，也称为核素激活，通常在研究反应堆中进行，但研究反应堆对于放射性核素的大规模生产鉴于其生产能力通常受到限制。备选地，已经提出使用用于能量产生的商用核反应堆作为中子源用于生产放射性核素。为此目的，考虑将所谓的核素激活靶引入商用核反应堆的一个或多个仪表指状件中，以便在那里被核燃料棒发射的辐射激活。由EP2093773A2和US2013/0170927A1已知用于将核素激活靶引入核反应堆或将其从中除去的相应设备和方法。所使用的用于接收靶的仪表指状件通常是已经存在的管，其在反应堆堆芯内与核燃料棒平行延伸，并且大部分是用于确定反应堆堆芯功率密度分布的所谓的球或气动球测量系统(Kugelschussmesssystem)的部分。在这样的系统中，具有例如由钒制成的可激活材料的测量球被填充到反应堆堆芯的仪表指状件中，以辐照测量体。由于其直径仅比仪表指状件的直径略小，所以球直接彼此前后或上下成链状位于指状件内。这些球由核燃料棒发出的辐射激活，并在预定的停留时间后，通过通道系统从反应堆堆芯区域输送到测量装置，即所谓的测量台，以测定其活性。包括仪表指状件的通道系统是独立的，其直径在球直径的范围内，因此当仪表指状件中的球链被转移到测量台上时，其序列得以保留。这样，可以为链中的球分配核燃料棒的相应纵向位置，这进而可以得出关于反应堆堆芯中的中子通量的轴向功率密度分布的结论。这种具有测量设备和相应的通道系统的测量系统例如由US3711714已知，其也被称为球测量系统或气动球测量系统。通过球测量获得的知识用于反应堆安全，因此通常必须定期进行。原则上，还已知具有仪表指状件和相应的测量体的其他测量系统，其用于测量测量体的由于核反应堆中的高能激发而变化的其他性质，所述性质表征燃料棒的性质和反应堆堆芯内部的状况。虽然用于高能激发的测量体在仪表指状件中仅停留几分钟以便确定燃料棒的特定性质或反应堆堆芯内部的状况，例如确定功率密度分布，但要靶的充分的核素激活则需要数天或数周的时间。在这段时间内，用于放射性核素生产的仪表指状件对于迄今提出的核素激活系统来说是不可用于测量的。另外，迄今提出的核素激活系统需要将各个仪表指状件从测量系统解耦并重新耦接到核素激活系统，然后再返回。因此，只有在加大技术投入的情况下，才能在核素激活和测量之间进行转换，并且还存在由于解耦和重新耦接导致的额外的污染风险。两者都导致在商用核反应堆中实施核素激活系统迄今几乎没有被接受。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种设备和方法，其一方面能够使核反应堆的仪表指状件在技术上可接受地用于靶激活，但另一方面允许在反应堆堆芯中随时进行测量，例如用于确定功率密度分布或中子通量的气动球测量。此目的通过根据权利要求1所述的用于选择性地将核素激活靶和测量体移入或移出核反应堆的仪表指状件的设备，以及通过使用根据权利要求13所述的这种设备用于激活核素激活靶并且任选地用于高能激发核反应堆的仪表指状件中的测量体的方法来达成。本专利技术的有利实施方案是从属权利要求的主题。根据本专利技术，所述设备具有用于接收和输送测量球和靶的通道系统，其包括通入多路配件的多个通道分支，所述多个通道分支可经由可切换的多路配件选择性地彼此发生流通连接。根据本专利技术，所述通道系统包括至少一个具有端部耦接件的反应堆分支，所述端部耦接件用于将所述通道系统耦接至所述仪表指状件；一个用于暂存测量体或靶的存储分支；以及具有端部耦接件的测量分支，所述端部耦接件用于将所述通道系统耦接至测量装置，所述测量装置用于确定由于核反应堆中的高能激发而可变的测量体的性质。至少所述反应堆分支、存储分支和测量分支以节点的方式通入设备的多路配件。所述可切换的多路配件被构造成在第一切换位置将反应堆分支与存储分支流通地连接，以及在第二切换位置将反应堆分支与测量分支流通地连接。所述设备还具有气动或机械输送装置，用于将所述测量体和靶输送通过所述设备。所述通道系统和多路配件特别地是引导流体和固体的。以根据本专利技术的方式已知，通过在通道系统中预设存储分支，首次使得可以在任何时候中断运行中的靶激活过程，以进行优先测量，并将部分辐照的核素激活靶临时停放或临时存储在存储分支中，以短时间地释放用于激活的仪表指状件以进行优先测量(例如用于确定功率密度的球测量)，并随后再次用临时存储的靶填充以继续激活过程。因此，有利地实现了可以灵活地或重复地使用仪表指状件，尤其是在任何时间可用于测量，如果这根据核反应堆的操作规程是有必要的。结果，一方面可以确保操作安全性，另一方面原本未使用的仪表指状件还可以在商业上用于生产放射性核素。如果人们考虑到大多数规定的测量(例如用于确定功率密度的球测量)不是每天必需的，并且相应的测量体为此通常只停留在仪表指状件中几分钟，那么由此产生的核反应堆的额外利用潜力就变得显而易见。在剩余时间中，可将所述仪表指状件自由地用于核素激活。优选地，所述存储分支的长度至少对应于仪表指状件的长度，使得对应于仪表指状件的长度的最大可能靶量可以被临时停放在存储分支中。根据一种有利的实施方案，所述存储分支的长度为至少5m，特别地至少10m，优选地至少30m。此外，所述存储分支优选地具有基本上直线的、特别是基本上水平取向的部分。或者，所述存储分支可以至少部分地构造为螺旋形，由此得到特别节省空间的实施方案。另外，由本专利技术提供的能够在任何时候中断核素激活过程并短暂地执行测量的可能性有利地实现了，在遵守操作安全规定的情况下将核反应堆中现有的数个、特别是基本上所有的仪表指状件用于放射性核素生产。为此，可以规定，核反应堆的数个或所有的仪表指状件配备有根据本专利技术的设备，或者根据本专利技术的设备被设计为用于操作多个仪表指状件，即用于将核素激活靶和测量体选择性地移入或移出核反应堆的数个仪表指状件。可切换的多路配件允许——在将根据本专利技术的设备成功实施一次之后——以技术上非常简单的方式，在反应堆运行时——无需进一步修改系统，特别是无需打开封闭的通道系统——在放射性核素的生产和使用测量体的测量之间进行切换。因此，污染风险被有利地降至最小。可切换的多路配件用作开关，以释放或阻断不同分支之间的不同输送路径。为了中断靶的激活并释放仪表指状件，将先前通过通道系统引入仪表指状件的靶通过反应堆分支从仪表指状件中移出并转移到存储分支中。为此，多路配件处于第一切换位置，从而反应堆分支与存储分支流通地连接。随后将多路配件转变到第二切换位置，以便将反应堆分支与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将核素激活靶和测量体选择性地移入或移出核反应堆(100；1100)的至少一个仪表指状件(110、1110a、1110b)的设备(1、1001)，其中所述设备(1、1001)具有：/n-用于接收和输送测量体和靶的通道系统(2、1002a、1002b)，其包含具有用于耦接至所述仪表指状件(110、1110a、1110b)的端部耦接件(11)的反应堆分支(10、1010a、1010b)、用于暂时存储测量体或靶的存储分支(20、1020a、1020b)以及具有用于耦接至测量装置(300、1300)的端部耦接件(31)的测量分支(30、1030a、1030b)，所述测量装置用于确定由于核反应堆中的高能激发而可变的测量体的性质；/n-可切换的多路配件(60、1060)，至少所述反应堆分支(10、1010a、1010b)、存储分支(20、1020a、1020b)和测量分支(30、1030a、1030b)以节点的方式直接通入所述多路配件，并且所述多路配件被构造成在第一切换位置将所述反应堆分支(10、1010a、1010b)与所述存储分支(20、1020a、1020b)流通地连接，以及在第二切换位置将所述反应堆分支(10、1010a、1010b)与所述测量分支(30、1030a、1030b)流通地连接；/n-气动的或机械的输送装置(90、1090)，用于输送所述测量体和靶。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171102 EP 17199688.71.一种用于将核素激活靶和测量体选择性地移入或移出核反应堆(100；1100)的至少一个仪表指状件(110、1110a、1110b)的设备(1、1001)，其中所述设备(1、1001)具有：
-用于接收和输送测量体和靶的通道系统(2、1002a、1002b)，其包含具有用于耦接至所述仪表指状件(110、1110a、1110b)的端部耦接件(11)的反应堆分支(10、1010a、1010b)、用于暂时存储测量体或靶的存储分支(20、1020a、1020b)以及具有用于耦接至测量装置(300、1300)的端部耦接件(31)的测量分支(30、1030a、1030b)，所述测量装置用于确定由于核反应堆中的高能激发而可变的测量体的性质；
-可切换的多路配件(60、1060)，至少所述反应堆分支(10、1010a、1010b)、存储分支(20、1020a、1020b)和测量分支(30、1030a、1030b)以节点的方式直接通入所述多路配件，并且所述多路配件被构造成在第一切换位置将所述反应堆分支(10、1010a、1010b)与所述存储分支(20、1020a、1020b)流通地连接，以及在第二切换位置将所述反应堆分支(10、1010a、1010b)与所述测量分支(30、1030a、1030b)流通地连接；
-气动的或机械的输送装置(90、1090)，用于输送所述测量体和靶。


2.根据权利要求1所述的设备(1、1001)，其中，所述通道系统(2)具有用于去除已辐照的靶的去除分支(40)。


3.根据权利要求2所述的设备(1、1001)，其中，所述去除分支(40)直接通入可切换的多路配件(60)，并且所述多路配件(60)还被构造为在第三切换位置将所述去除分支(40)与反应堆分支(10、1010a、1010b)或存储分支(20、1020a、1020b)流通地连接。


4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述去除分支(40)在竖直方向上布置在所述多路配件(60)的下方。


5.根据前述权利要求的任一项所述的设备(1、1001)，其中，所述设备(1、1001)至少沿所述存储分支(20、1020a、1020b)的一部分(22)具有防止电离辐射的屏蔽(23、1023)。


6.根据前述权利要求的任一项所述的设备(1、1001)，其中，所述设备(1、1001)在测量分支(30、1030a、1030b)中具有用于暂时停放测量体或靶的停放部分(1032a、1032b)。


7.根据前述权利要求的任一项所述的设备(1、1001)，其中，所述设备(1、1001)至少沿所述测量分支(30、1030a、1030b)的一部分(1032a、1032b)具有防止电离辐射的屏蔽(1023)。


8.根据前述权利要求的任一项所述的设备(1、1001)，其中，用于引入未辐照的靶或去除已辐照的靶的存储分支(20、1020a、1020b)具有用于耦接到引入装置、去除装置和/或组合的引入-去除装置(1400)的端部耦接件(1021a、1021b)。


9.根据前述权利要求的任一项所述的设备(1、1001)，其中，所述多路配件(60)还被构造成用于在第四切换位置将所述存储分支(20、1020a、1020b)与所述测量分支(30、1030a、1030b)流通地连接。


10.根据前述权利要求的任一项所述的设备(1、1001)，其中，所述通道系统(2、1002a、1002b)还具有带有端部耦接件(51)的引入分支(50)，所述端部耦接件用于耦接至用于引入未辐照的靶的引入装置(500)，其中，所述引入分支(50)直接通入所述多路配件(60)，并且所述多路配件(60)进一步构造为在第五切换位置将所述引入分支(50)与所述反应堆分支(10、1010a、1010b)或所述存储分支(20、1020a、1020b)流通地连接。


11.根据前述权利要求的任一项所述的设备(1、1001)，其还具有废气装置(80、1080)，用于从所述测量分支(30、1030a、1030b)、从所述存储分支(20、1020a、1020b)和/或从所述反应堆分支(10、1010a、1010b)中排出输送气体，其中所述废气装置(80)具有直接通入所述多路配件(60、1060)的废气通道(88)，并且所述多路配件(60、1060)还被构造为在第六切换位置将...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝特·比特利，雷内·考尔巴希，卢西恩·柯纳斯，库尔特·海德克，雷欧·奥诺，卢卡斯·迈耶，德克·鲍林，帕特里克·埃比，
申请(专利权)人：格斯根德尼肯核电股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH