способ изготовления мишени для облучения в реакторе

Формула изобретения

1. Способ изготовления мишени для облучения в реакторе, включающий получение смеси исходного облучаемого элемента с порошком матрицы, прессование из смеси таблеток и последующий их отжиг, отличающийся тем, что смесь исходного облучаемого элемента с порошком матрицы получают добавлением раствора облучаемого элемента в минеральной кислоте к порошку металлического алюминия, смесь перемешивают, прокаливают до получения оксидных покрытий, добавляют разрыхляющий компонент, повторно прокаливают.

2. Способ по п.1 отличается тем, что в качестве разрыхляющего элемента используют этиловый спирт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано для накопления и преобразования в результате ядерных реакций химических элементов.

Известен способ изготовления мишеней для облучения методом плавки и литья. При реализации этого метода необходимо использовать стартовые элементы в виде металлов, либо производить восстановление элементов непосредственно в процессе формирования мишени. Например, способ изготовления мишеней-наполнителей трансплутониевых элементов (ТПЭ) (пат. ФРГ 1343961, 1971) включает приготовление сердечников алюмотермическим восстановлением оксидов ТПЭ с последующей разливкой в изложницы из графита.

Недостатком этого способа является многостадийность и сложность технологии, приводящие к большому количеству отходов. Особенно эти потери существенны (до 25-30%) при периодическом изготовлении мишеней-накопителей в малых масштабах.

Другой известный способ изготовления мишеней-накопителей (см. сб. Теплофизические исследования - 80. Обнинск: ФЭИ, 1982, с. 134-143; Давиденко В.А. и др. Получение трансплутониевых элементов в реакторах СМ-2 и МИР. Ат. энергия, 1972, т. 33, вып. 4, с. 815-819) включает получение порошка оксидов ТПЭ термическим разложением их оксалатов, смешение порошков оксидов с порошком матрицы (алюминий), последующее прессование таблеток и вакуумную термообработку при 600^oC.

Недостатками этого метода являются

- значительная неравномерность распределения элементов из-за большой разности плотностей (более чем в 4 раза) оксидов ТПЭ и порошка матрицы и, как следствие, неравномерность распределения объемной плотности теплового потока в мишени при облучении. Для исключения локального перегрева количество загружаемого стартового элемента в мишень в связи с этим уменьшалось;

- большие потери (до 15%) стартового элемента на стадии перемешивания порошков, поскольку используются частицы оксидов ТПЭ малых размеров, легко распыляемые при изготовлении.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления мишеней для облучения, включающий смешивание исходного облучаемого элемента в виде органического экстракта с порошком матрицы, прокаливание смеси до получения оксидных покрытий облучаемого элемента на поверхности порошка матрицы, прессование из смеси таблеток, последующий отжиг их в вакууме, загрузка таблеток в корпус мишени и герметизация. (В.М.Лебедев, В.М.Махин, В.М.Николаев и др. Способ изготовления мишеней для облучения, авт. св. N 1299370 от 14.08.85, БИ N 24, 1999 г.).

Этот способ позволяет получать мишени с равномерным распределением облученного элемента в объеме мишени (не менее 90%), но он имеет ряд недостатков:

во-первых, получение экстракта ТПЭ является сложной технологической операцией и требует специального оборудования;

во-вторых, емкость экстрагента по ТПЭ невелика, что не позволяет получать композицию с большим содержанием ТПЭ;

в-третьих, композицию перед прессованием необходимо размолоть, чтобы получить сыпучий материал.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления мишеней для облучения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления мишеней для облучения, включающем приготовление смеси облучаемого элемента с порошком матрицы (порошок металлического алюминия), прессование из смеси таблеток и последующий их отжиг в вакууме, смесь исходного облучаемого элемента с порошком матрицы получают добавлением к порошку матрицы раствора облучаемого элемента в кислоте (например, азотной) перемешиванием и прокаливанием смеси для получения оксидных покрытий облучаемого элемента на поверхности порошка матрицы, добавлением к прокаленной и охлажденной смеси разрыхляющего компонента для придания сыпучести и повторением процесса прокаливания.

В качестве разрыхляющего компонента используют этиловый спирт, а в качестве порошка матрицы - алюминий.

Отличительными признаками заявляемого способа являются использование при приготовлении смеси раствора облучаемого элемента в кислоте и разрыхляющего компонента для получения сыпучей смеси.

Отличительные признаки существенны. Поскольку технология приготовления водного раствора в дистанционных условиях значительно проще, чем технология приготовления экстракта, а растворимость облучаемого элемента в кислоте всегда больше растворимости (емкости) этого элемента в органическом экстрагенте.

Применение в процессе прокаливания смеси разрыхляющего компонента (например, этилового спирта) позволяет получать сыпучую композицию, не прибегая к механическому измельчению.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого решения дают возможность в условиях радиационных защитных камер точно дозировать облучаемый элемент в мишень и равномерно распределять его в объеме матрицы, готовить сыпучую смесь порошка матрицы (порошок металлического алюминия) и облучаемого элемента. Из полученной смеси, плотность которой близка к плотности порошка матрицы, путем механического смешивания с чистым порошком матрицы можно получать композицию с заданным содержанием стартового элемента в смеси и прессовать таблетки с высокой теплопроводностью.

Необходимую навеску алюминиевого порошка марки ПА-4 засыпали в тигель из нержавеющей стали. Туда же залили заранее приготовленный раствор нитрата европия с заданным количеством этого элемента, меченого Eu = 152. Соотношение Al : Eu брали равным 10 : 2 (по массе). Смесь перемешали до пастообразного состояния, затем поместили в печь и подвергли термической обработке. После охлаждения в тигель залили этиловый спирт, перемешали и вновь подвергли термообработке. К полученной сыпучей композиции Al-Eu₂O₃ добавили одинаковое по весу количество порошка ПА-4 и перемешали. Смесь засыпали в пресс-форму и прессовали в виде таблеток при давлении прессования 300 МПа.

Таблетки прокалили в вакууме при температуре 600^oC в течение часа. После прокалки таблетки поместили в оболочку. Оболочку вакуумировали, заполнили гелием, герметизировали и проверили равномерность распределения европия. Равномерность распределения Eu по объему мишени была 95,4% (контролировали по Eu-152).