一种辐照低浓铀箔靶件铀箔溶解装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于放射性物质溶解领域，具体设及一种福照低浓轴锥祀件轴锥溶解装 置。
【背景技术】
[0002] 99m〇是一种人工放射性核素，半衰期为66h，衰变得到""TcD^mTc是现代核医学中应 用最广泛的同位素，"mjc药物占临床用放射性诊断药物的80% W上。
[0003] "Mo可W通过多种方式获得:①从235U裂变产物中提取，核反应: 235U(n，f)99Mo;② 热中子福照钢-98,核反应:98Mo(n，丫）"Mo;③加速器质子诱发 238U裂变，核反应: 238U(p，f) 99Mo;④加速器福照钢，核反应:ι^Μ〇(ρ，ηρ) 99Μο。虽然有多种途径和技术可W生产，得到高 比活度产物的主要途径是反应堆福照轴-235通过裂变反应生成"Mo和其他产物，"Mo占裂 变产物的6.1 % (质量百分比）。
[0004] 轴祀(235U)入堆后在热中子的作用下会发生裂变反应，反应截面为58化(针对"Mo 而言）。裂变反应方程式为：
[000引 235化0 一 236U 一 99M0+134gn+化
[0006] 尽管利用高浓轴化EU)大规模生产裂变"Mo仍是目前全球"Mo的主要来源，但由于 肥U是核武器材料，其使用受到核不扩散条约(NPT)的限制。为了防止核扩散，近年国际原子 能机构和美国积极推动应用低浓轴(LEU)生产裂变"Mo的技术，使之成为全球裂变"Mo生产 的发展趋势。肥U和L抓祀件的主要区别如表1所示。
[0007] 表1:肥U和LEU祀件的比较 [000引
[0009]从表1可见，使用低浓轴祀件与高浓轴祀件生产裂变"Mo的主要区别在于:若生产 同样量的"Mo，低浓轴（轴235含量<20%)祀中轴的含量为高浓轴（轴235含量>93%)祀件的 5-6倍; 239化含量增加20-30倍。要保持"Mo产率和纯度，保证经济效益，U量的增大给制祀和 溶祀工作带来了难题。
[0010] 高浓轴祀件主要有U-Al弥散体或U-Al合金祀，祀件的溶解主要是A1与溶解液的反 应。因为A1是活泼的两性金属，肥啤E件用化0H溶液溶解，当外层的Ξ氧化二侣纯化膜被溶 解后，A1的反应剧烈，只需对反应进行控制。而低浓轴锥祀件是对轴锥的溶解，轴的化学性 质活泼，可溶解于酸，在无氧化剂存在时，对碱性溶液呈惰性。轴锥溶解于酸的反应是吸热 反应，溶解速率与溫度、压力和酸度有关。在低浓轴锥祀件的轴锥溶解中需要考虑更多的安 全问题，如:反应效应、原子核热效应、祀件中产生的放射性活度、溶解产生的气体压力等都 是溶解器设计时要考虑的问题。
[0011] 为了避免硫酸溶解低浓轴锥祀件产生的放射性废物处理难的问题，轴锥的溶解采 用硝酸溶解的方式。在酸性溶液中，金属轴及其氧化物是一个强还原剂，很容易被氧化成四 价或六价。主要的化学反应方程式为：
[0014] 金属轴锥的溶解反应速度依赖于H+浓度。金属轴溶解比U〇2多产生3倍的N0,产生气 体的压力增大；用硝酸溶祀过程中无此产生;体系中可能的气体有NO和祀件溶解产生的放 射性气体。
[0015] 轴在水溶液中有四种氧化态，W离子形式存在的四种氧化态在水溶液中的氧化还 原反应、水解反应和配位反应是溶祀器的设计必须考虑的问题。
[0016] 氧化还原反应(aA+ne = bB，η为电子迁移数)的电位E可W由化rns t方程式来表示：
[0017]
[0018] 式中日4为溶液中氧化态4的活度，加为还原态8的活度，6*^为标准氧化-还原电位，尺 和F分别为气体常数和法拉第常数，E与溫度有关系。在酸性介质中，如25°C，lmol/L HC1化 溶液中，各种轴离子的标准氧化-还原电位6*^。
[0019]
[0020] 护+是强还原剂，即便是在酸性溶液中也非常不稳定。由于U0227U4+的ED(0.58v)比 1]〇2 2711〇22+的6*^(0.063V)高，在酸性介质中11〇2+易发生歧化反应，反应方程式如下：
[0021]
[0022] U化+离子在溶液pH值为2-2.5范围内是稳定的，酸度的增加或降低都不利于溶解完 全。因为，酸度增加 U〇2+易发生歧化反应，溶液pH值升高会导致U4+和U022+的水解。
[0023] IJ4++出 0 = U(0H)3++H+
[0024] 随着溶液抑值增加，U4+与U(0H)3+可形成聚合体，然后进一步形成多核离子U[(0H) 如]和聚合物[U(0H)4]n。运些聚合物分子量大，一般难溶于酸。U02 2+的水解是个很复杂 的过程，存在一系列的水解并伴随反应产物的聚合，最终生成轴酸、多轴酸和氨氧化物沉 淀。产生运些聚合物或沉淀对祀件溶解是很不利的，应该通过装置设计控制反应条件W避 免。选择不诱钢材质，在祀件溶解时应用HN03并控制酸度，确定溶解后溶液中不需要的化学 物种或复合物w及溶液中发生的化学反应，使轴祀溶解完全。
[0025] 根据水溶液中轴离子的热力学数据如表2所示。
[0026] 表2:水溶液中轴离子的热力学数据
[0027]
[002引注:表中Δ Η为洽变，A S为赌变
[0029] 从表中数据可知，若Δ G= Δ H-T Δ S〉0，U(V)生成U(VI)不能自发进行，溶解在等容 条件下进行，促进u(v)生成U(VI)只能改变体系的溫度和压力。
[0030] 福照后低浓轴锥溶解后会产生气体，体系中可能存在的气体有NO、M)2、i33Xe、 i35Xe、i"I、i33巧日85Kr等。运些气体生成后都在密闭的溶解器中，给溶解体系增加了压力，通 过控制溶解时的压力为2atm，使溶解加速。当控制溶解溫度为100°C，溶解压力为2atm，溶解 60g轴锥祀件为例，溶解密闭系统的总赌变Δ S= Δ詢琢+ Δ S^i，根据下式计算：
[0031]
[0032] 式中Cv. m = 0.12KJ/kg. K，为轴的等体积下热容量。
[0033] Δ S= Δ她1+Δ S職=0.043kJ.mol-i，在体积不变的情况下，提高溶解溫度使AG< 0，使溶解反应自发进行，利于溶解完全。当控制溶解溫度为100°C，ΔG=ΔH-TΔS = -3.04kJ. mo rkO，避免歧化反应发生，促进U完全溶解为U022+。
[0034] 综上所述，低浓轴锥祀件轴锥溶解器要具备控溫、承压和净化放射性废气的能力， W达到轴锥完全溶解，并将有用气体回收，达标气体排放。
【发明内容】
[0035] 针对低浓轴组分的组成特点、轴的水溶液化学性质和不同价态之间的转化性质， 本发明提供一种福照低浓轴锥祀件轴锥溶解装置，能够使低浓轴锥快速溶解，并对体系中 产生的气体废物进行处理、储存，保障溶解过程中气体安全排放。
[0036] 为达到W上目的，本发明采用的技术方案是:提供一种福照低浓轴锥祀件轴锥溶 解装置，包括溶解器，所述溶解器的底部设有加热器，溶解器内穿设有进液管线、气体吸收 管线W及出液管线;所述气体吸收管线上依次设有限压单向阀、气体吸收单元和气体储存 单元;所述气体吸收管线的进气端设有限压单向阀。
[0037] 进一步，在气体吸收单元两端的管线之间设有辅助气路管线，所述辅助气路管线 上设有碱吸收柱。
[0038] 进一步，所述进液管线上设有用于将溶解器内的气体赶出的进气管线。
[0039] 进一步，所述气体吸收单元包括依次设置的Ξ级串联碱吸收柱、分子筛柱、两级串 联活性炭吸收柱、吸气剂柱W及惰性气体吸收柱;Ξ级串联碱吸收柱内置氨氧化钢溶液，用 于吸收溶解过程中释放的舰及挥发的酸性气体;分子筛柱，用于吸附和干燥残余的舰和气 溶胶;两级串联活性炭吸收柱，用于吸收系统中氮的氧化物;吸气剂柱内装有铁系吸气剂， 用于进一步吸收气路中的气溶胶。
[0040] 进一步，所述惰性气体吸收柱的外围设有冷阱，该冷阱内加入液氮，用于将惰性气 体吸收柱中的惰性气体吸附到柱子上。
[0041] 进一步，所述气体储存单元包括储气罐及与储气罐相连接的真空累。
[0042] 进一步，所述出液管线上设有过滤器。
[0043] 进一步，所述气体吸收管线上设有压力表。
[0044] 本发明的有益技术效果在于：
[004引1、本发明通过充分考虑到低浓轴锥的特性W及各价态轴离子的水溶液化学性质， 在容器和管路设计上通过选材、耐压、控溫和尾气吸收设计来制作溶解装置，W便于加溫加 压操作，避免U4+水解产生胶体聚合物，保障福照轴锥溶解完全;整个溶解装置操作简单，轴 锥溶解迅速；
[0046] 2、本发明通过在气体吸收管线上串联几组不同的吸收柱，用于吸收溶解过程中释 放的舰及挥发的酸性气体，并在气路中连接入一个铁系吸气剂柱，性质活泼，与惰性气体不 发生反应，在气路中安置其后的是惰性气体吸收冷阱，二者保障了排放气体的净化效果。
[0047] 3、本发明的溶解器，能够放置质量大的金属轴锥，为低浓轴祀件的使用提供后续 处理的保障;该溶解器最大处理量为lOOg，意味着可同时处理多个祀件，一般低浓轴祀件中 轴锥质量为约15-20g，较大的处理量为低浓轴祀件的溶解提供了便利。