一种安全核废料嬗变靶材及其制备方法.pdf

1、10申请公布号CN102019421A43申请公布日20110420CN102019421ACN102019421A21申请号201010215598822申请日20100630B22F3/02200601C22C21/00200601C22C1/0820060171申请人西北核技术研究所地址710024陕西省西安市69信箱16分箱申请人合肥工业大学72发明人凤仪潘孝兵张学斌屠荆刘慧强欧阳晓平74专利代理机构安徽省合肥新安专利代理有限责任公司34101代理人吴启运54发明名称一种安全核废料嬗变靶材及其制备方法57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

2、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1002000MPA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。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图1页CN102019435A1/1页21一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595、平均孔径0150MM的

3、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1002000MPA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595、平均孔径0150MM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合金。权利要求书CN102019421ACN102019435A1/2页3一种安全核废料嬗

4、变靶材及其制备方法一、技术领题0001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。二、背景技术0002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157107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

5、中子俘获再衰变，将裂变废料如99TC，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130XE。0003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

6、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。0004因此，开发一种安全的核废料嬗变靶材势在必行。三、发明内容0005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。0006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。0007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。0008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

7、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1002000MPA下模压成型。0009所述的泡沫铝选自孔隙率595、平均孔径的泡沫铝。0010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。0011具体操作步骤如下00121、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说明书CN102019421ACN102019435A2/2页4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；00132、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；00143、置一圆形铝

8、盖片于圆柱形铝壳内，或在填有核废料的泡沫铝撒上铝粉。00154、将第3步所得放入圆柱形模具中加压压实，压力在1002000MPA之间。即可以得到安全嬗变靶材，见附图2。0016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。0017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、附图说明0018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。0019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

9、具上压头，7为下垫块。五、具体实施方式0020实施例100211泡沫铝的孔隙率为35，内部孔洞直径为2MM，泡沫铝外径为高度9MM。有底无盖的圆柱形铝罐内径高度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；00222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；00233圆形铝盖片外径高度2MM。置圆形铝盖片圆柱形铝壳内泡沫铝上面；00244将第3步所得放入圆柱形模具中加压压实，模具内径为模压压力在500MPA。0025实施例200261泡沫铝的孔隙率为75，内部孔洞直径为5MM，泡沫铝外径为高度30MM。有底无盖的圆柱形铝壳内径高度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；00272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；00283在填有核废料的泡沫铝撤上铝粉；铝粉高出铝罐口5MM；00294将第3步所得放入圆柱形模具中加压压实，模具内径为模压压力在100MPA。说明书CN102019421ACN102019435A1/1页5图1图2说明书附图CN102019421A