本发明是关于核反应堆附设的γ辐照回路装置。属于γ辐照源技术。 核辐射加工技术在食品保鲜、商品养护、医疗器械及其他用品的消毒、材料改性、塑料接枝、三废处理以及农作物花卉育种等方面得到了广泛的应用。世界各国采用的辐射源主要是电子加速器和钴-60γ辐射源。钴源的大型装置已达到几百万居里（见中国科学技术情报研究所重庆分所编。辐射应用，1981年）。由于辐射加工技术具有效率高、杀虫灭菌彻底、能耗低、在常温下工作、操作简便、无污染、无残毒等优点，因而应用范围迅速扩大，对辐射源的需求量也很快增加。
苏联从1958年开始，相继在几座池式实验用反应堆上建造了液态金属铟-镓辐照回路装置，作为强γ源应用（见恩.普.瑟尔库斯等。辐射工艺与动力化工综合生产，即Сыркус，Н.П.и др.Радиационая технология и комплексные знергохимические производства.Москва，Атомиздат，1980.）由于液态金属与水冷反应堆的冷却剂及结构材料易发生氧化及腐蚀等作用，因此要求双层管壁保护，管系结构复杂。又由于铟镓合金价格昂贵，装量受到限制，使得该装置的中子-γ转换效率不高。虽然二十多年的研究，目前还仅用作研究用反应堆的实验装置，难于扩大规模，推广应用。早期也曾有过利用固体锰粉封装在球壳中构成辐照回路的设想（见阿.斯.金顿等著，辐照回路-γ辐射源。即Диндун，А.С.и др.Радиационные контуры-источники гамма-излучения.Рига.Зинатне.1969.）但其堆内输球系统还需从堆外引进机械传动机构，给反应堆的密封和防护带来一定的复杂性，难以实际应用，因此以后多年未见报导。到目前为止，辐照回路的实验研究一直以铟镓液态金属为载体进行。
西德在六十年代开始研制了球床高温气冷堆，采用石墨包壳的燃料球在堆内无规则堆积，在管道内由气力输送固体球的方案，并研制了堆芯出口的电动单一器等专用设备（见机械工程师学会。会议录1968-69，卷183，3G部分，气冷反应堆的燃料装卸。即Institution of Mechanical Engineers，Proceedings 1968-69，Vol183 part 3G，Refuelling of Gas-Cooled Reactors.及EUR4190，卵石床和颗粒材料问题1968。即EUR 4190，Problems of The Pebble bed and Granular Materials，1968）。
西德首先实现了大量强放射球体地气力输送，但不是用于γ辐照回路，仅用来装卸气冷反应堆燃料，其特点是固体球由堆芯下方出口流出，经电动单一器将无规则球导入管道。这种方法还不能用于一般水冷反应堆的辐照回路，因为水冷反应堆不希望堆芯下部有开口，容易引起失水事故，而一般池式水冷堆在下部开口就更不可能。因此在堆内输球回路上不宜于采用某种带电动或机械传动的单一器等。
本发明的目的是利用堆内回路全气力输球及利用γ载体球有序排列的多种辐照器，简化辐照回路装置的结构，达到在反应堆上建造大型的经济实用的γ辐照源装置。
本发明的主要内容是：
1.以中子激活后产生几十分至几小时半衰期的γ辐射元素（例如锰和铟）为基体，由锰或铟的合金球包复以其他元素（例如铝）的复盖层。球直径为8至24毫米。以此包复状态的固体成形球为γ载体。
2.在活化器（载体球在其中被中子活化的容器）和辐照器（载体球在其中辐射出γ射线的容器）等设备内。载体球有序排列，并利用球体自流动性保持缓慢移动。即球的流道均保持与水平面有倾斜角度，其角度在2至15度以内。
3.在活化器的出口采用气动单一器，所谓气动单一器即依靠管道内气体压力的变化，推动机构动作，保证每次只通过一个球。
4.辐照器可按不同辐照品的需要，在一座辐照回路装置上，制成形状不同的多种辐照器，输球管道可随时将固体球送到工作状态的辐照器内。对标准纸箱包装的辐照品可制成平板形平面辐照源;对要求γ场强均匀的测试样品等可制成螺旋管圆柱形辐照源;对液体的辐照可制成稀疏栅距的管束浸没于液体之中等。
5.适宜于纸箱包装的大型辐照器为垂直平板，该平板由许多平行管道构成，并与水平面保持2至15度的倾斜度。被辐照物品装在标准尺寸的纸箱内，以同样的倾斜度平行于平板辐照器向下移动。纸箱下部设有电动滚筒，以控制移动速度。当平板形辐照源及辐照物品箱变换移动方向时，可使纸箱变换辐照工位。固体球离开反应堆后，其放射性强度将随时间衰减，因而，在辐照器内进球与出球位置及顺序必需优化，以得到宏观均匀的γ辐射场。
本发明与现有铟-镓液态金属辐照回路装置及锰粉球辐照回路的设想相比，所具有的优点如下：
1.与液态金属回路相比，固体球对管路及反应堆的各种结构材料无腐蚀，与反应堆冷却剂相容性好，因此安全可靠，可在多种类型的反应堆上应用。
在堆内回路采用气动单一器，实现全部气力输球后，球的气力输送技术比液态金属输送技术简单易行。管道内没有放射性残留，也不会发生堵塞问题。
固体γ载体锰和铟，在价格上都比铟镓合金低很多。在获得同样辐照能力时，估计仅材料费锰金属比铟镓合金低约130倍。不仅总投资节省，而且由于可增加载体用量和改变循环流动周期，使得中子和γ利用率提高，对同样的反应堆可获得更大的辐照容量。
2.与锰粉球辐照回路相比，固体成形球避免了锰粉的放射性污染管道系统、反应堆系统及辐照室的可能性。另外金属及合金球也可承受各种应力。使球出现损坏的几率很小。
活化器采用气动单一器就无需其他传动机构由堆外深入到堆芯区附近，避免了很多防护和密封等问题，技术上现实可行。
辐照器采用多种形状，达到了一源多种，提高了γ辐射源的利用率。
在垂直平板辐照器的侧面，辐照箱倾斜向下移动，辐照箱主要靠重力下移，因此简化了动力机械设备，故在辐照场内的机械故障率下降，可靠性增加。
总之，固体球γ辐照回路装置可将反应堆的泄漏中子转化产生强γ源。特别是与某些动力堆联合应用，在综合利用反应堆的热能和辐射能的情况下，可得到大型的廉价的γ辐射源。从而可用于一般卫生品的消毒灭菌、合成材料的生产及城市排放的废水、污泥的辐射处理等。
本发明的一个实例如附图1所示。图1画出了一座200兆瓦池式低温供热反应堆附设的γ辐照回路装置示意图。该堆是专为城市供热而设计的（见中国专利公报。申请号85100044，题为“深水池式供热堆”）。该装置的平板辐照器辐射容量约为15千瓦，相当于100万居里的钴-60γ源。可以实现较大规模的供热和辐照的核能综合利用。
图1A为活化器示意图。其中1-回气管、2-送气管、3-活化球管道、4-反应堆活性区，5-单-器转子，6-衰减球管道，7-螺旋形球槽，8-γ载体球，9-活化器进气口，10-活化器出球口，11-活化器进球口;12-反应堆防护墙，13-排气口。
图1B为辐照器俯视图，图1C为辐照器的侧视图。其中
14-辐照品包装箱，15-电动滚筒，16-平板辐照器，17-管道起始端，18-球出口管，19-球入口管，20-单-器，21-贮球罐，22-单-器。
图1D为气体系统图，其中23-气体伐门，24-高压贮气罐，25-压气机，26-气体过滤器，27-低压贮气罐。
图1A反应堆活性区（4）侧面安装的活化器，其结构为圆柱形，圆柱形侧表面有螺旋形球槽（7）。槽中为顺序排列的γ载体球（8）。当送气管（2）由伐门（23）控制接通高压贮气罐（24）时，气流由送气管（2）经入口（9）进入活化器，并推动转子（5）向右旋转，转子（5）带动球（8a）至球（8b）的位置，然后球（8b）自动流至球（8c）的位置，此球已进入中心管道的底部，由进气口（9）进入的气体从中心管的底部进入，并沿中心管向上推送球至活化器出球口（10）。气体经排气口（13）回气管（1）及伐门（23）返回低压贮气罐（27）。被送出的活化球自动流向辐照器（16）的入口管（19）。γ球在辐照器内有序排列，逐一流至单一器（20），用气力将球输送至辐照器进球的起始端（17），再逐一流向辐照器出球口（18）。继而，经单一器（22）、衰减球管道（6）及活化器进球口（11）返回堆壳内的活化器。然后，用气体伐（23）切换气体管路（1）及（2）的联结状态，驱使活化器内的转子（5）返回原位。至此，便完成了一次循环的全过程。此系统用金属锰的成形球作γ载体，循环周期约为10小时。
在平板形辐照器（16）的两侧为辐照品的包装箱（14），包装箱（14）沿电动滚筒（15）按一定速度向下移动。完成所需辐照剂量后，由传送带送出。包装箱（14）为标准尺寸纸箱，其进出和排列过程主要由电动滚筒和自由滚筒完成，传送和装卸较简单。
在反应堆防护墙（12）和辐照器（16）之间，安装气体输球系统。该系统主要由高压贮气罐（24）、低压贮气罐（27）、气体伐门（23）、压气机（25）、气体过滤器（26）及气体管道（1）与（2）等组成。该系统内充以氮气。高压罐（24）内绝对压力约为2至3大气压。低压罐（27）内约为0.8大气压。由压气机（25）输送气体以维持高压罐（24）及低压罐（27）内各自的压力值。其低压为负压可保持辐照品不至受污染。另外单一器（20）的另一个作用是在事故情况下，可将辐照器内的球迅速排至贮球罐（21），以便对辐照室内的设备进行检修。