专利名称：一种安全核废料嬗变靶材及其制备方法
一种安全核废料嬗变靶材及其制备方法
一、技术领题本发明涉及核废料处理工程中的核废料靶材，特别涉及通过中子诱发嬗变来缩 短核废料半衰期的嬗变靶材，确切地说是利用开孔泡沫铝(多孔铝)制备的安全核废料嬗 变靶材及其制备方法。
背景技术：
世界上现存有成千上万吨核废料，这些核废料来自核反应堆、其它核工艺和过 时核武器系统。目前还没有妥善的方法来处理它们，通常都是采用地质深埋处理。我们 知道，有些核废料的寿命很长，达几百万年，如129I的半衰期为1.57X IO7年。在地下安 全保存这些核废料长达几百万年是个很大的问题。长寿命高放核废物的嬗变技术是实现 核能发展环境友好、和谐发展的核心技术，是一劳永逸的根治上述问题的方法。嬗变是 中子俘获再β衰变，将裂变废料(如"Tc，129I和135Cs)变成短寿命或稳定核素。例如， 对于129I来说，即利用中子诱发核废料129I的嬗变，使其最终嬗变为稳定同位素13°Xe。目前在对嬗变处置高放核废物的过程中，首先要将核废物制备成适合热中子嬗 变环境的靶材。目前，制备嬗变靶材的方式主要有两种，一种是直接将核废料压制成块 体，这种形式，靶材极易吸潮，并由此导致靶材溃散及污染嬗变设备。另外一种是将直 接封装于铝包壳之中压块，这种形式的导热性差，辐照在核废料芯部产生的高温难以传 导出来，会使得嬗变靶爆裂或者使包壳胀裂。另外，上述两种形式嬗变靶的水化学性能 都不理想，高温时极易和水发生反应，这样，在发生意外事故时，有可能使核废料溶入 循环水中，造成对环境的污染。因此，开发一种安全的核废料嬗变靶材势在必行。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的弊端，旨在提供一种安全的核废料嬗变靶材，所 要解决的技术问题是使嬗变时产生的热量及时地传导出去。为解决这一问题，本发明利用开孔泡沫铝(又称多孔铝，下统称泡沫铝)比容积 大、导热性好的性质来加工安全核废料嬗变靶材。本安全核废料嬗变靶材，包括铝壳1和其内封装的芯材，与现有技术的区别是 所述的芯材由经震实、压紧的泡沫铝2和核废料3所组成。如图1所示。本靶材的制备方法是模压成型法，包括装料、震实和模压，这就是首先将泡沫 铝和核废料粉装入尚无封盖的铝壳之中，通过震动使核废料粉充盈于泡沫铝的空隙之 中，震实后置放铝盖片或铝粉，最后在100 2000MPa下模压成型。所述的泡沫铝选自孔隙率5% 95%、平均孔径00.1 50mm的泡沫铝。所述的铝材包括铝壳、泡沫铝、铝片和铝粉皆选自纯铝或铝合金。具体操作步骤如下1、将泡沫铝装入有底无盖的圆柱形铝壳中，配合为过盈配合(或以胶黏方式固定于铝壳中)，确保第2步震动时不会脱落。泡沫铝高度略低于壳口，以便在第3步加盖 封装；2、将粉状的核废料撒入泡沫铝的空隙中，同时震动，震实，粉料平齐于泡沫铝 顶端；3、置一圆形铝盖(片)于圆柱形铝壳内，或在填有核废料的泡沫铝撒上铝粉。4、将第3步所得放入圆柱形模具中加压压实，压力在100 2000MPa之间。即 可以得到安全嬗变靶材，见附图2。上述操作必须以远程控制机程控操作，或者操作人员在安全的核防护条件下操作。本靶材由于在芯材内有导热性好的铝材且与铝壳连通，所以在用中子诱发核废 料嬗变时产生的热量能迅速地被传导，可有效防止芯材爆裂或铝壳胀裂。
四
图1是本靶材剖面结构示意图。图中1为铝壳，2为泡沫铝，3为填充于泡沫铝 空隙中的核废料。图2是模压过程剖面结构示意图。图中1为铝壳，2为泡沫铝，3为核废料，4 为圆形铝片，5为模具，6为模具上压头，7为下垫块。
五具体实施例方式实施例1 1)泡沫铝的孔隙率为35%，内部孔洞直径为2mm，泡沫铝外径为010mm，高度 9mm。有底无盖的圆柱形铝罐内径010mm,高度10mm，壁厚1mm。将泡沫铝装入有底 无盖的圆柱形铝壳中，泡沫铝与圆柱形铝罐配合为过盈配合。泡沫铝高度略低于灌口， 以便在第3步加盖封装；2)将粉状的Na129I撒入泡沫铝的空隙中，同时震动，震实，粉料在震动时不再 下落为震实，粉料平齐于泡沫铝顶端；3)圆形铝盖(片)外径010mm，高度2mm。置圆形铝盖(片)圆柱形铝壳内泡 沫铝上面；4)将第3步所得放入圆柱形模具中加压压实，模具内径为010mm。模压压力在 500MPa。实施例2 1)泡沫铝的孔隙率为75%，内部孔洞直径为5mm，泡沫铝外径为020mm，高度 30mm。有底无盖的圆柱形铝壳内径020mm,高度32mm，壁厚2mm。将泡沫铝装入有底 无盖的圆柱形铝罐中，泡沫铝与圆柱形铝罐配合为过盈配合。泡沫铝高度略低于罐口， 以便在第3步加盖封装；2)将粉状的混合核废料撒入泡沫铝的空隙中，同时震动，震实，粉料平齐于泡 沫铝顶端；3)在填有核废料的泡沫铝撤上铝粉；铝粉高出铝罐口 5mm ；4)将第3步所得放入圆柱形模具中加压压实，模具内径为020mm。模压压力在 1 OOMPa。
权利要求
1.一种安全核废料嬗变靶材，包括铝壳(1)和其内封装的芯材，其特征在于所述 的芯材由开孔泡沫铝(2)和核废料(3)所组成。
2.根据权利要求1所述的靶材，其特征在于所述的开孔泡沫铝选自孔隙率5% 95%,平均孔径0.1 50mm的开孔泡沫铝。
3.根据权利要求1或2所述的靶材，其特征在于所述的泡沫铝为纯铝或铝合金。
4.如权利要求1所述的靶材的制备方法，是模压成型法，包括装料、震实和模压，其 特征在于首先将开孔泡沫铝和核废料粉装入尚无封盖的铝壳之中，然后震动使核废料 粉充盈于开孔泡沫铝的空隙之中，震实后置放铝盖片或铝粉，最后在100 2000MPa下 模压成型。
5.根据权利要求4所述的靶材的制备方法，其特征在于所述的开孔泡沫铝选自孔 隙率5% 95%、平均孔径0.1 50mm的开孔泡沫铝。
6.根据权利要求4或5所述的靶材的制备方法，其特征在于所述的铝材为纯铝或铝I=I 巫 ο
全文摘要
一种安全核废料嬗变靶材，包括铝壳(1)和其内封装的芯材，其特征是所述的芯材由开孔泡沫铝(2)和核废料(3)所组成。本靶材模压成型，首先将开孔泡沫铝(2)和核废料(3)装入尚无封盖的铝壳(1)之中，然后震实在开口处置放铝盖片或铝粉，最后在100～2000MPa下模压成型。本靶材在用中子诱发核废料嬗变时产生的热量能迅速地被传导，可有效防止芯材爆裂或铝壳胀裂造成设备或环境核污染。
文档编号C22C1/08GK102019421SQ201010215598
公开日2011年4月20日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者凤仪, 刘慧强, 屠荆, 张学斌, 欧阳晓平, 潘孝兵 申请人:合肥工业大学, 西北核技术研究所