Способ изготовления мишеней-накопителей

 

Изобретение относится к области атомной техники. Сущность изобретения: способ изготовления мишеней-накопителей заключается в том, что приготавливают стартовую композицию. Перемешивают раствор облучаемого элемента и металла, обладающего большой теплопроводностью, в минеральной кислоте с порошком матрицы. Далее прокаливают полученную смесь до получения оксидных покрытий на порошке и восстанавливают теплопроводящий металл в токе водорода. Преимущества изобретения заключаются в повышении радиационной и экологической безопасности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

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

Известен способ изготовления мишеней-накопителей методом плавки и литья. Этот способ предусматривает использование стартовых элементов в виде металлов либо восстановление элементов в процессе формирования мишени и включает приготовление сердечников алюмотермическим восстановлением оксидов ТПЭ с последующей разливкой в изложницы из графита (пат. ФРГ 1343961, 1971).

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

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления мишеней для облучения в реакторе, включающий приготовление стартовой композиции добавлением раствора облучаемого элемента в минеральной кислоте к порошку матрицы (алюминиевый порошок), прокаливание полученной смеси до получения оксидных покрытий на порошке матрицы, добавление металлического алюминиевого порошка для увеличения теплопроводности (А.С. СССР №1299370, 1985, БИ №24, 1999).

Этот способ позволяет получать композицию с равномерным распределением стартового элемента в объеме мишени, но он имеет существенный недостаток - подмешивание в композицию механическим способом порошка металлического алюминия. В условиях радиационно-защитных камер в дистанционном исполнении - это сложная операция, связанная с потерями и опасностью радиоактивных выбросов.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение радиационной и экологической безопасности при изготовлении мишеней для накопления и преобразования химических элементов в результате ядерных реакций.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления мишеней-накопителей приготавливают стартовую композицию перемешиванием раствора облучаемого элемента и металла, обладающего большой теплопроводностью, в минеральной кислоте с порошком матрицы, прокаливают полученную смесь до получения оксидных покрытий на порошке, восстанавливают теплопроводящий металл в токе водорода при температуре 400-600°С, а в качестве последнего используют медь или никель.

Вводимый в композицию теплопроводящий металл должен соответствовать следующим условиям:

- обладать хорошей теплопроводностью;

- не ухудшать процесса накопления радиоактивных изотопов в реакторе;

- не осложнять процесса химической переработки мишени после облучения;

- легко и полно восстанавливаться до металла.

Для этой цели по своим свойствам подходят металлы медь и никель (см. табл.1).

Отличительным признаком заявляемого способа является использование в качестве теплопроводящего металла меди или никеля, которые вводятся в раствор стартового нуклида в ионном виде и восстанавливают до металла в процессе термодеструкции стартовой композиции в токе водорода, т.е. исключается пылящая операция механического перемешивания металлического порошка с композицией стартового нуклида. В качестве матрицы в заявляемом способе можно использовать алюминий, кварц либо другой порошок, отвечающий требованиям, предъявляемым к облучаемым материалам.

Отличительный признак существенен, так как предлагаемый способ исключает пылящую операцию механического перемешивания порошков, что ведет к уменьшению потерь стартового нуклида в вентиляционную систему, т.е. уменьшает риск выброса радиоактивных изотопов в атмосферу, делает технологию изготовления мишеней менее экологически опасной, позволяет равномерно распределять медь или никель в объеме композиции.

В качестве матрицы взяли алюминиевый порошок ПА-4, в качестве стартового нуклида - природный европий. Массовое соотношение Аl:Еu=6:1. В раствор нитрата европия добавили нитрат никеля в соотношении 2.1. Навеску алюминиевого порошка и необходимое количество раствора для заданного соотношения Al:Eu:Ni=6:1:0,5 смешали и подвергли термодеструкции. Затем через полученную композицию пропустили из аппарата Каппа водород в течение 30 мин при Т=400°С. Результаты рентгенографических исследований композиции после термодеструкции и восстановления представлены в табл.2.

В качестве матрицы взяли кварцевый порошок, в качестве стартового нуклида – европий, в качестве теплопроводящего металла - медь. Композицию готовили в следующем массовом соотношении: кварц:европий:медь=10:1:0,5. Результаты анализа приведены в табл.2.

Из этих результатов видно, что медь и никель полностью восстанавливаются до металла, тем самым обеспечивая теплопроводность приготовленной композиции.

Равномерность распределения стартового нуклида и теплопроводящего металла в объеме композиции была 95%.

Формула изобретения

1. Способ изготовления мишеней-накопителей, заключающийся в том, что приготавливают стартовую композицию перемешиванием раствора облучаемого элемента и металла, обладающего большой теплопроводностью, в минеральной кислоте с порошком матрицы, прокаливают полученную смесь до получения оксидных покрытий на порошке, восстанавливают теплопроводящий металл в токе водорода.

2. Способ по п.1, заключающийся в том, что в качестве теплопроводящего металла используют медь или никель.