专利名称:可减少堆芯铀装量的医用同位素生产堆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种 核反应堆，具体涉及医用同位素生产堆的堆芯优化。
背景技术：
医用同位素生产堆是一种溶液型核反应堆。目前国际上运行的溶液堆的堆功率为20 50 kW，最高功率为50kW，堆溶液体积较小(〈20L)，在此功率下，溶液堆具有固有安全性，即无论堆芯进水稀释还是蒸发失水浓缩都引入负反应性。在外电源断电，控制棒拒动下，靠溶液温度升高引入负反应性，使堆降功率与自然散热功率相平衡，此时燃料溶液不沸腾。
目前，医用同位素生产堆采用的燃料溶液为硝酸铀酰+轻水混合的水溶液，这种燃料溶液的缺陷在于由于轻水对中子慢化的能力很强，堆芯很小，就已经达到了所需要的后备反应性，如果功率较高，则堆芯不能稳定运行，如果加大堆芯，则需要增加铀装量，还需增加吸收体以抑制后备反应性；若改为硝酸铀酰+重水，则由于重水对中子慢化的能力比轻水差，因而需要装大量的重水，造成堆芯体积太大，在提取同位素时，由于浓度低，吸附能力差，因而同位素产量低。
为了提高医用同位素的产量，必须提高溶液堆的堆功率，若提高堆功率，溶液体积就要变大。从堆冷却、堆功率稳定运行以及堆溶液内单位体积气泡产生量不能过大，以免造成堆溶液体积膨胀的角度考虑，堆溶液单位体积比功率应在2. O 2. 5kw/L。若溶液的U-235浓度不变，必然使堆的过剩反应性太大；若降低溶液的U-235浓度，就满足不了堆溶液进水或失水都引入负反应性的要求。
经大量计算发现，扁平堆芯(高径比O. 3^0. 7)可满足堆溶液进水或失水都引入负反应性的要求，但是，目前的堆芯采用轻水做反射层，具有控制棒导管和堆芯冷却管，堆芯冷却管有两种布置方案1.均匀布置(冷却管环状均匀布置在堆芯与堆容器之间)；2.辐射布置(冷却管从堆芯向外，里密外疏环状辐射布置)，控制棒导管和冷却管均为中子吸收体，布置离堆芯越近，吸收的中子越多，反应性损失越大，需要的装铀量越大。200kW的堆要求溶液体积为100L左右，在具有大量冷却管和控制棒导管时，堆溶液体积才能接近或达到100L，使得堆溶液装铀量较大(3. 6^4. O公斤)，很不经济。
目前，国际上还没有200 kff以上的溶液堆运行，因此，提供一种既可减少U-235装量，又能满足堆溶液体积要求，并在堆溶液进水或失水时都可引入负反应性的医用同位素生产堆很有必要。
发明内容
本发明的目的在于对医用同位素生产堆的堆芯进行优化，提供一种可减少堆芯铀装量的医用同位素生产堆。
本发明的技术方案如下
一种可减少堆芯铀装量的医用同位素生产堆，包括布置在堆容器内装有燃料溶液并具有堆芯冷却管的堆芯、布置在堆容器外的堆芯反射层，其特征在于装在堆容器内的燃料溶液，为硝酸铀酰与重水和轻水混合的水溶液，该燃料溶液中重水的体积为50 70%，轻水的体积为30 50%，所加硝酸铀酰的浓度为24 34g U/L ;所述堆芯反射层采用石墨层；所述堆芯冷却管向外集中靠近堆容器内壁呈环状布置；堆芯无控制棒导管。
其附加特征在于
所述布置在堆容器内的堆芯冷却管，向外集中并呈环状布置在靠近堆容器内壁的O 15cm之间。
本发明的效果在于由于燃料溶液采用硝酸铀酰与重水和轻水的混合液，减少了轻水的过慢化能力，既增大了堆芯溶液的体积和高度，但又不会过大增加U-235装量；堆芯冷却管向外集中布置，减小了反应性的损失，减小了堆芯铀装量；将堆芯轻水反射层改为石墨反射层并取消控制棒导管，减少了 U-235装量；由于高浓铀用量的减少，减少了料液中的氮含量和辐射分解铀酰的水解，有利于提取医用同位素"Mo。
具体实施方式
本发明的可减少堆芯铀装量的医用同位素生产堆，采用如下措施对目前运行的医用同位素生产堆的堆芯进行优化
I燃料溶液采用硝酸铀酰与重水和轻水的混合液如果采用硝酸铀酰+轻水，堆容器直径较大，而堆芯溶液体积和高度较小，对冷却不利，因而采用硝酸铀酰与重水和轻水的混合液，以减少轻水的过慢化能力，增大堆芯溶液体积和高度；
2.将堆芯轻水反射层改为石墨反射层由于石墨比轻水吸收中子少，增大了后备反应性，可降低堆芯铀装量；
3堆芯冷却管采用向外集中布置(冷却管远离堆芯，向外集中靠近堆容器内壁环状布置)，减小反应性的损失，减小堆芯铀装量；
4.取消控制棒导管由于堆的开启和停堆可用堆芯溶液体积的液位高度来控制，所以可不布置控制棒导管，堆芯无控制棒导管，可进一步降低堆芯铀装量。
下面结合实施例对本发明作进一步描述
一种医用同位素生产堆，堆功率200kW。堆容器内径700mm，堆容器壁厚10mm，堆芯布置在堆容器内，无控制棒导管。堆芯装有燃料溶液，燃料溶液为硝酸铀酰与重水和轻水混合的水溶液，硝酸铀酰浓度为24 34g U/L，重水体积为50 70%，轻水体积为30 50% ;堆芯反射层为石墨反射层，布置在堆容器外；堆芯冷却管向外集中并呈环状布置在靠近堆容器内壁的O 15cm之间。
经核计算，当燃料溶液为浓度24 34g U/L的硝酸铀酰、重水体积为50 70%、轻水体积为30 50%时，堆芯均能满足进水稀释或蒸发失水浓缩引入负反应性的要求。
核计算结果如表一、表二、表三所示。堆芯优化后对于减少堆芯铀装量的效果如表四所示。
表一(70%D20+30%H20)
权利要求
1.ー种可減少堆芯铀装量的医用同位素生产堆，包括布置在堆容器内装有燃料溶液并具有堆芯冷却管的堆芯、布置在堆容器外的堆芯反射层，其特征在干装在堆容器内的燃料溶液，为硝酸铀酰与重水和轻水混合的水溶液，该燃料溶液中重水的体积为50 70%，轻水的体积为30 50%，所加硝酸铀酰的浓度为24 34g U/L ;所述堆芯反射层采用石墨层；所述堆芯冷却管向外集中靠近堆容器内壁呈环状布置；堆芯无控制棒导管。
2.按照权利要求
I所述的可減少堆芯铀装量的医用同位素生产堆，其特征在于所述布置在堆容器内的堆芯冷却管，向外集中并呈环状布置在靠近堆容器内壁的(Tl5cm之间。
专利摘要
本发明公开一种可减少堆芯铀装量的医用同位素生产堆，该医用同位素生产堆的燃料溶液为浓度24~34gU/L的硝酸铀酰与体积为50～70%的重水和体积为30～50%的轻水混合的水溶液。堆芯反射层采用石墨做反射层；堆芯无控制棒导管；堆容器中的堆芯冷却管向外集中并呈环状布置在靠近堆容器内壁的0~15cm之间。本发明的医用同位素生产堆既减少了铀装量，又满足了堆芯进水稀释或蒸发失水浓缩引入负反应性的要求。
文档编号G21G1/02GKCN102831946SQ201110160629
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月15日
发明者吴英华, 李大图 申请人:中国核动力研究设计院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan