利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的装置和方法与流程

1.本发明涉及同位素生产技术领域，尤其涉及一种利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的装置和方法。


背景技术：

2.秦山核电candu型重水堆机组以天然铀作为燃料，堆芯本体水平布置，排管容器内充慢化剂重水，燃料通道沿堆芯本体径向均匀布置在慢化剂中，燃料通道内装载燃料，并由主泵输送冷却剂重水带走堆芯热量。重水堆堆芯属于中子过慢化设计，因此燃料通道之间有较大的空隙。在此空隙中，通量探测器组件水平或者竖直地插入其中，提供反应堆控制保护和测量功能，每个组件均有备用孔道，并且探测器组件区域中子通量可达2.0*10
14
n/cm2·
s，合适的空间和高中子通量非常适合堆照同位素的生产，但国内没有合适的生产设备。
3.在重水堆中通量探测器组件始终位于反应堆内，每个组件内均设有通量探测器孔道用于装载通量探测器，通量探测器一直插入在孔道中。每个组件内均有不同数量的冗余孔道作为备用孔道。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的装置，该装置可灵活组装和拆卸，反应堆无需开展永久变更，在不影响反应堆的正常运行的情况下在线生产多种同位素。
5.本发明的另一目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的方法，该方法利用探测器孔道在线生产多种同位素。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的装置，包括依次连接的支座、转接头、导引管、靶件屏蔽容器和缆绳屏蔽容器，所述支座固定安装在探测器的上方，所述支座内设有气动提拉机构用以将靶件和缆绳插进、退出所述探测器的孔道；当所述靶件和所述缆绳退出所述孔道时，所述靶件屏蔽容器用以切断所述缆绳并回收所述靶件，所述缆绳屏蔽容器用以回收所述缆绳。
8.作为一种可实施的方式，所述气动提拉机构包括气动马达、配气阀、定位孔和2只滚轮，所述气动马达驱动2只所述滚轮对向转动并互相压紧，所述配气阀控制所述滚轮的转动方向用于插进、退出所述靶件和所述缆绳，所述定位孔用以将2只所述滚轮压紧的竖直中心线对准所述孔道。
9.作为一种可实施的方式，所述转接头为具有弧度不锈钢变径弯头用以提供所述靶件和所述缆绳退出时的转弯空间。
10.作为一种可实施的方式，所述转接头的细口端设有卡槽用以连接所述导引管，粗口端设有卡销用以固定连接所述支座，所述转接头内设有安装接口。
11.作为一种可实施的方式，所述安装接口上安装有滑轮导引机构，所述滑轮导引机构包括一组不同外径的定滑轮，一组所述定滑轮按弧度排列在所述转接头的内壁，用以改变所述靶件和所述缆绳退出时的运动方向。
12.作为一种可实施的方式，所述导引管为可盘卷的聚乙烯管，用以引导和包覆退出的所述靶件和所述缆绳。
13.作为一种可实施的方式，所述导引管的两端均设有快接头，分别连接所述转接头和所述靶件屏蔽容器。
14.作为一种可实施的方式，所述靶件屏蔽容器为铅制屏蔽容器，中空部分两端开孔，开孔处分别设有第一切断装置和第一组闸阀。
15.作为一种可实施的方式，所述缆绳屏蔽容器为铅制中空屏蔽容器，侧面进线端开口处设有第二切断装置和第二组闸阀，所述缆绳屏蔽容器的上端设有容器端盖。
16.作为一种可实施的方式，所述缆绳屏蔽容器内设有卷扬机构，所述卷扬机构包括卷筒、驱动马达和测量仪表，所述卷筒设于所述容器端盖之下，所述驱动马达驱动所述卷筒转动以收卷所述缆绳。
17.作为一种可实施的方式，所述缆绳屏蔽容器的上方设有手轮，所述手轮连接所述卷扬机构用以手动操作所述卷扬机构，所述手轮的转盘上设有卡销用以安装长柄操作工具。
18.一种利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的方法，包括以下步骤：
19.步骤s1：在探测器正上方安装支座并用卡夹固定；
20.步骤s2：在所述支座上安装气动提拉机构，将所述气动提拉机构的定位孔与所述探测器的孔道对中；
21.步骤s3：调节所述气动提拉机构的配气阀，使2只滚轮相对向下旋转；
22.步骤s4：将靶件和缆绳梳理至输送状态；
23.步骤s5：将所述靶件插进所述气动提拉机构的2只滚轮中间；
24.步骤s6：调节所述配气阀的开度，以使2只所述滚轮缓慢匀速转动将所述靶件和所述缆绳插入所述探测器的孔道；
25.步骤s7：所述靶件插进预定的生产同位素的位置后，关闭所述配气阀；
26.步骤s8：拆除所述气动提拉机构和所述支座；
27.步骤s9：在不影响反应堆安全运行的前提下，在线辐照生产所需同位素；
28.步骤s10：辐照完成后，回收所述靶件。
29.所述步骤s10具体包括：
30.步骤s101：利用吊车将所述缆绳屏蔽容器调运至预定位置，检查所述缆绳屏蔽容器的第二组闸阀和第二切断装置是否正常；
31.步骤s102：打开所述缆绳屏蔽容器的上端盖，安装卷扬机构；
32.步骤s103：将牵引绳的一端从所述缆绳屏蔽容器的侧面孔穿入后固定在所述卷扬机构上；
33.步骤s104：安装手轮和手动长柄工具，并测试所述手轮和所述手动长柄工具是否正常驱动所述卷扬机构；
34.步骤s105：测试所述卷扬机构功能正常后，关闭所述缆绳屏蔽容器的上端盖；
35.步骤s106：将所述牵引绳穿过所述靶件屏蔽容器后，将所述靶件屏蔽容器与所述缆绳屏蔽容器进行侧面孔对中并固定；
36.步骤s107：将所述牵引绳穿过所述导引管后，将所述导引管一端与所述靶件屏蔽容器连接；
37.步骤s108：组装所述转接头和所述滑轮引导机构，并将所述牵引绳穿过所述转接头；
38.步骤s109：在所述探测器上方安装并固定所述支座；
39.步骤s110：在所述支座上安装所述气动提拉机构，并调节所述气动提拉机构的配气阀，使2只所述滚轮相对向上旋转；
40.步骤s111：将所述气动提拉机构的定位孔与所述探测器的孔道对中后固定；
41.步骤s112：将所述缆绳卡入所述气动提拉机构的定位孔和2只所述滚轮中间，并与所述牵引绳连接；
42.步骤s113：将所述转接头的粗口端安装在所述支座上并固定；
43.步骤s114：将所述转接头的细口端与所述导引管连接；
44.步骤s115：同步启动所述气动提拉机构和所述卷扬机构，平缓回收所述靶件和所述缆绳；
45.步骤s116：根据所述卷扬机构的测量仪表监测所述靶件完全进入所述靶件屏蔽容器后，暂停所述卷扬机构转动；
46.步骤s117：利用所述靶件屏蔽容器中靠近所述缆绳屏蔽容器的第一切断装置切断所述缆绳，关闭所述靶件屏蔽容器的第一组闸阀；
47.步骤s118：重新启动所述卷扬机构，待所述缆绳全部进入所述缆绳屏蔽容器后，停运所述卷扬机构，关闭所述缆绳屏蔽容器的第二组闸阀；
48.步骤s119：拆卸回收所述手轮、所述手动长柄工具以及所述卷扬机构；
49.步骤s120：利用所述吊车转运所述靶件屏蔽容器和所述缆绳屏蔽容器；
50.步骤s121：拆卸回收所述导引管、所述滑轮引导机构、所述转接头、所述气动提拉机构、所述支座。
51.与现有技术相比，本发明提供的利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的装置和方法具有以下有益效果：
52.本发明利用candu重水堆的通量探测器孔道在线生产多种堆照同位素，并且利用该装置和方法生产同位素时不影响反应堆的正常运行。该套装置可灵活组装和拆卸，反应堆无需开展永久变更。并且，该装置和方法能在反应堆厂房内有限空间进行布置和远距离控制，规避靶件转运等操作对反应堆正常运行的影响，合理减少操作人员接受的辐照剂量；可以适应多种靶材，用于多种同位素的生产。
附图说明
53.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
54.图1为本发明实施例所提供的利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的装置的结构示意图，其为侧视视角。
55.附图标记说明：
56.1、支座；2、气动提拉机构；3、转接头；4、滑轮引导机构；5、导引管；6、靶件屏蔽容器；7、缆绳屏蔽容器；8、手轮；9、卷扬机构；10、牵引绳；11、手动长柄工具；12、吊车；13、靶件；14、缆绳；15、探测器；16、反应堆反应性控制平台。
具体实施方式
57.下面通过具体实施方式进一步详细说明。
58.如图1所示，本发明提供了一种利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同位素的装置，包括支座1、气动提拉机构2、转接头3、滑轮引导机构4、导引管5、靶件屏蔽容器6、缆绳屏蔽容器7、手轮8、卷扬机构9、牵引绳10、手动长柄工具11、靶件13、缆绳14。本发明提供的装置利用重水堆的探测器15的孔道在线生产多种堆照同位素，而不影响反应堆的正常运行。通量探测器组件包括垂直通量探测器组件和水平通量探测器组件，组件内部结构相同，布置方向和位置不同。下文以垂直通量探测器组件及其孔道为例详细介绍本装置。
59.支座1为长方形不锈钢结构，以卡夹形式固定安装在探测器15上端盖处的钢板上。支座1内部设有安装卡槽和固定卡槽，安装卡槽用来固定安装气动提拉机构2，固定卡槽用来固定安装转接头3。
60.气动提拉机构2包括气动马达、配气阀、滚轮、定位孔。如图1所示，一个长方形框架固定住两只边缘相对且压紧的滚轮，两只滚轮的驱动轴在所述长方形框架外用齿轮连接，所述长方形框架使用夹具安装在支座1上。气动马达安装在所述两只滚轮的驱动轴齿轮侧，利用马达自带的齿轮驱动两只滚轮的驱动轴齿轮，从而驱动两只滚轮对向转动，两只滚轮可提供200-500牛的拉力。配气阀位于启动马达的进气口处，控制气动马达转动方向，通过不同方向的旋转完成辐照靶件13和缆绳14的插、拔操作。定位孔设置在两只滚轮下方，位于两只滚轮压紧的中心线(竖直方向)上，处于滚轮与探测器15之间，用于靶件插拔时的孔道对中。
61.转接头3为不锈钢变径弯头，其具有一定的弧度，用于在提升缆绳14和靶件13时提供转弯空间和包覆。转接头3具有不同直径的粗口端和细口端，粗口端设卡销用于与支座1固定，细口端设卡槽用于与导引管5连接。转接头3内部设有安装接口用于安装固定滑轮导引机构4。
62.定滑轮导引机构4包括一组外径不等的定滑轮，该组定滑轮按一定弧度(弧线)排列在转接头3的内壁，用于在缆绳14和靶件13回收过程中(退出孔道)提供适合的转弯半径。也就是说，缆绳14和靶件13从孔道退出时是竖直向上运动，经过转接头3后改变运动方向，即按照弧线方向运动进而使得缆绳14和靶件13倾向于水平方向运动，以进入水平放置的靶件屏蔽容器6和缆绳屏蔽容器7。
63.导引管5为可盘卷的聚乙烯管，用于引导和包覆拔出的缆绳14和靶件13。导引管5的管路两端设快接头，分别用于连接转接头3、靶件屏蔽容器6。
64.靶件屏蔽容器6为铅制长方体屏蔽容器，用于屏蔽盛装辐照后的靶件13。靶件屏蔽容器6中心开贯穿孔，贯穿孔平行于靶件屏蔽容器6的长边(即)，贯穿孔两端各设置一个闸
阀，统称为第一组闸阀。在靠近缆绳屏蔽容器7的闸阀前设置第一切断装置，第一切断装置为闸刀，用于切断缆绳14将靶件13留在靶件屏蔽容器6内，进行密封屏蔽。
65.缆绳屏蔽容器7为铅制中空屏蔽容器，用于屏蔽盛装辐照后的缆绳14。靠近靶件屏蔽容器6的面(前端)设进线孔，开孔处设第二切断装置和第二组闸阀，第二切断装置为闸刀。应急切断缆绳14和用于密封屏蔽缆绳14。缆绳屏蔽容器7上端设容器端盖，用于密封屏蔽卷扬机构9的卷筒。
66.手轮8为不锈钢制转盘，用于手动操作卷扬机构9；转盘上设卡销，用于安装长柄操作工具11。
67.卷扬机构9主要包括卷筒、传动轴、驱动马达和测量仪表，用于收卷辐照后的缆绳14和靶件13。
68.牵引绳10采用柔韧性较好的金属材料，一端固定在卷扬机构9的卷筒上，一端设挂钩连接靶件缆绳14上端挂钩，用于牵引回收缆绳14和靶件13。
69.手动长柄工具11为不锈钢专用工具，由操作杆和支架组成。一端连接手轮8上的卡销，一端进行手动操作，靠近手轮8附近安装支架，用于手动回收缆绳14和靶件13。
70.吊车12为candu型重水堆现有设备，可用于吊装靶件屏蔽容器6和缆绳屏蔽容器7。靶件13内装靶材，靶材可以根据需要更换为不同材料，用于辐射生产放射性同位素。缆绳14采用具有一定刚度的金属材料，一端连接靶件13，另一端设挂钩锁扣，用于插拔靶件13。通量探测器组件15为candu型重水堆现有设备，为同位素生产提供孔道。反应堆反应性控制平台16为candu型重水堆现有设备，为同位素生产提供场地。
71.如图1所示，本发明提供的装置通过依次连接支座1、转接头3、导引管5、靶件屏蔽容器6、缆绳屏蔽容器7，形成一个密闭传送通道，该密闭传送通道连通探测器15的孔道，规避靶件转运等操作对反应堆正常运行的影响，合理减少操作人员接受的辐照剂量。
72.气动提拉机构2、卷扬机构9、手轮8、手动长柄工具11共同构成靶件13和缆绳14的回收驱动机构。由气动提拉机构2在探测器15孔道口处提拉缆绳14和靶件13，使其平缓离开反应堆。卷扬机构9利用牵引绳10将出堆的缆绳14和靶件13通过密闭传送通道分别回收至靶件屏蔽容器6和缆绳屏蔽容器7。当靶件13完全进入靶件屏蔽容器6后，利用靶件屏蔽容器6的第一切断装置截断与靶件13连接的缆绳14，然后关闭第一组闸阀，完成靶件13的密封屏蔽封装。卷扬机构9将缆绳14全部回收到缆绳屏蔽容器7中后关闭第二组闸阀，完成缆绳14的密封屏蔽封装。
73.当气动提拉机构2失效时，卷扬机构9在滑轮引导机构4的配合下可独立完成缆绳14和靶件13的回收封装。当卷扬机构9的驱动机构(即驱动马达)失效时，可通过手轮8和手动长柄工具11手动驱动卷扬机构9完成缆绳14和靶件13的回收封装。
74.完成缆绳14和靶件13的回收封装后，利用吊车12通过吊装口就行转运。然后拆卸回收装置的剩余部件，恢复反应堆现场布置，完成一次同位素生产。
75.上述同位素生产方式可在反应堆正常运行期间反复实施，并根据需要靶件13装载不同靶材实现多种同位素的生产。本发明在不影响反应堆安全运行的前提下，利用重水堆探测器组件孔道在线进行生产钇90、钼99、锶89、镥177、钬166、铼188等多种同位素，满足科学研究和核医学等领域的关键技术应用。
76.此外，本发明基于上述装置，提供了一种利用重水堆探测器孔道在线辐照生产同
位素的方法，包括靶件插入堆芯方法和靶件回收方法两部分，该方法也能够在不影响反应堆安全运行的前提下，利用重水堆探测器组件孔道在线生产同位素。具体包括如下步骤：
77.(1)靶件插入堆芯方法：
78.步骤s1：在探测器15正上方安装支座1，并利用卡夹固定；
79.步骤s2：在支座1上安装气动提拉机构2，将气动提拉机构2的定位孔与探测器15孔道对中；
80.步骤s3：调节气动提拉机构2的配气阀，使两只滚轮相对向下旋转；需要说明的是，相对向下旋转指的是两只滚轮的接触点的运动速度方向是向下，也就是说，如图1所示，左侧的滚轮顺时针旋转、右侧的滚轮逆时针旋转。
81.步骤s4：将靶件13和缆绳14手动梳理至易于输送状态；需要说明的是，靶件13和缆绳14是已经预先安装完成，需要将其捋顺以便于将其插入至滚轮之间。
82.步骤s5：将靶件13插入两只滚轮中间；
83.步骤s6：调节气动提拉机构2的配气阀开度，使两只滚轮缓慢匀速转动将靶件13和缆绳14插入孔道；
84.步骤s7：靶件13插入预定位置后，关闭气动提拉机构2的配气阀；
85.步骤s8：拆除气动提拉机构2和支座1，以腾出空间；
86.步骤s9：在不影响反应堆安全运行的前提下，进行在线辐照生产所需同位素；
87.步骤s10：辐照完成后，回收靶件13。
88.(2)靶件回收方法：
89.步骤s101：利用吊车12将缆绳屏蔽容器7调运至预定位置，检查缆绳屏蔽容器7的第二组闸阀和第二切断装置是否正常；
90.步骤s102：打开缆绳屏蔽容器7的上端盖，安装卷扬机构9；
91.步骤s103：将牵引绳10的一端从缆绳屏蔽容器7的侧面孔穿入后固定在卷扬机构9上；
92.步骤s104：安装手轮8和手动长柄工具11，并测试8和手动长柄工具11可以正常驱动卷扬机构9；
93.步骤s105：测试卷扬机构9功能正常后，关闭缆绳屏蔽容器7的上端盖；
94.步骤s106：将牵引绳10穿过靶件屏蔽容器6后，将靶件屏蔽容器6与缆绳屏蔽容器7进行侧面孔对中并固定；
95.步骤s107：将牵引绳10穿过导引管5后，将导引管5一端与靶件屏蔽容器6连接；
96.步骤s108：组装转接头3和滑轮引导机构4，并将牵引绳10穿过转接头3；
97.步骤s109：在探测器15上方安装并固定支座1；
98.步骤s110：在支座1上安装气动提拉机构2，并调节气动提拉机构2的配气阀，使两只滚轮相对向上旋转；
99.步骤s111：将气动提拉机构2的定位孔与探测器15的孔道对中后固定；
100.步骤s112：将缆绳14卡入气动提拉机构2的定位孔和两只滚轮中间，并与牵引绳10连接；
101.步骤s113：将转接头3的粗口端安装在支座1上并固定；
102.步骤s114：将转接头3的细口端与导引管5连接；
103.步骤s115：同步启动气动提拉机构2和卷扬机构9，平缓回收靶件13和缆绳14；
104.步骤s116：根据卷扬机构9的测量仪表监测靶件13完全进入靶件屏蔽容器6后，暂停卷扬机构9转动；
105.步骤s117：利用靶件屏蔽容器6中靠近缆绳屏蔽容器7的第一切断装置切断缆绳14，关闭靶件屏蔽容器6两侧的第一组闸阀；
106.步骤s118：重新启动卷扬机构9，待缆绳14全部进入缆绳屏蔽容器7后，停运卷扬机构9，关闭缆绳屏蔽容器7的第二组闸阀；
107.步骤s119：拆卸回收手轮8和手动长柄工具11，以及卷扬机构9的驱动马达和测量仪表；
108.步骤s120：利用吊车12转运靶件屏蔽容器6和缆绳屏蔽容器7；
109.步骤s121：拆卸回收导引管5、滑轮引导机构4、转接头3、气动提拉机构2、支座1；
110.步骤s122：恢复反应堆厂房的设备、实施布置。
111.本方法根据生产需要将装载靶材的靶件13利用气动提拉机构2和缆绳14将靶件13通过探测器15的孔道插入反应堆堆芯预定位置，进行辐照生产所需同位素。
112.以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。