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非金属矿物在核工业领域的应用

 1  核反(fan)应(ying)堆用非金属矿物(wu)材料

核反应堆(dui)堆(dui)本体是(shi)一(yi)个复杂的多层次结构的组合体,由(you)堆芯、石墨反射层(ceng)、防护层(ceng)、彩73娱(yu)乐管道等4部分组成(cheng)。常用的非金属矿物材(cai)料有石墨、硼镁石、硬(ying)硼钙石、重晶石、蛇纹石等。

石墨:石墨(mo)在(zai)热中(zhong)子反(fan)应堆中(zhong)用作(zuo)慢化剂和反(fan)射层,每座反(fan)应堆需用高纯石墨数十(shi)吨。在铀-石墨反应(ying)堆内,用石墨块砌成砌体,工艺管道通过其(qi)中。作核(he)反应堆(dui)用高纯石墨,主要指标为:灰分(fen)含量≤ 0.054%~ 0.16% ,硼的(de)含量(liang)≤ 4× 10-5%。对密度、抗压强度、线(xian)膨胀系(xi)数(shu)、热导率都有具体标准。

硼镁石(shi)、硬(ying)硼钙(gai)石(shi)、重晶(jing)石(shi)、蛇纹石(shi):核反应堆采用多层屏蔽方式,以(yi)屏蔽热能和多种射线,屏蔽(bi)中子需要含(han)氢材料,屏(ping)蔽γ射线需要(yao)高密度材(cai)料(liao)。硼镁石(shi)、硬硼钙(gai)石(shi)含有吸收中子截面大的硼,又富含水分,300℃不脱(tuo)水,故(gu)选用100 mm厚(hou)的硼镁石预制块靠(kao)近活(huo)性(xing)区堆砌。选用重(zhong)晶(jing)石和结晶(jing)水适当(dang)且(qie)在350℃不失水(shui)的蛇纹石等作加(jia)重水(shui)泥骨料制作重混凝土屏(ping)蔽层,这对γ射线有良好(hao)的屏蔽作用。加重(zhong)混凝土(tu)的密度要求为3.7~ 4.8 g /cm3

2 核废料处(chu)置用非金属矿物材(cai)料

一座核电站每年产生(sheng)高强度的放射性废气(qi)达数(shu)(shu)万(wan)至数(shu)(shu)十万(wan)立方米(mi),以及大量(liang)的(de)高、中、低放射性固体(ti)(ti)及液体(ti)(ti)废物。为了保证核(he)电站及周围环境不受放射性污染,必须对核废料进行处置(zhi)。

放射性碘的(de)处(chu)置(zhi):核反应堆(dui)及元(yuan)件(jian)后处(chu)理厂放出的废气、废水中含大量(liang)的放射性碘,是污染环境的(de)主(zhu)要(yao)放射性核素之一。在(zai)高温和(he)废气中存在(zai)强(qiang)氧化性气体(ti)的(de)情况下,不宜采用活性(xing)碳过滤器(qi),而使用(yong)渗银沸(fei)石作(zuo)为过(guo)滤(lv)材(cai)料,它在较高的温度和(he)湿(shi)度下(xia),对元素碘(dian)和碘(dian)甲烷均有良(liang)好的过滤效果,但价格较昂贵。现已对其(qi)他非金属(shu)矿物(wu)材料进行试验研究。

137Cs处理(li)与回收137 Cs的处理与回(hui)收不仅可以得到有用(yong)的放射性(xing)同位素,还可为241243 Am,242244Cm等超钚元素的分离(li)提取(qu)创造了(le)有利的条件。大(da)量试验(yan)表(biao)明,1 mol/LHNO3酸性介(jie)质中(zhong),斜发沸石(shi)对Cs的回收(shou)率(lv)达(da)99% ,产(chan)品的放(fang)射化学纯度达(da)99% ,但斜(xie)发沸石的(de)抗酸能力差(cha)。

高(gao)放废液的(de)玻璃(li)固(gu)化(hua):高放废(fei)物(wu)的处置有多种方法,其中较成熟并在工程中实用的(de)是(shi)玻(bo)(bo)璃(li)固化法(fa)。常用的(de)是(shi)磷(lin)酸盐或硼酸盐玻(bo)(bo)璃(li)。其方法(fa)是(shi)将高放(fang)废(fei)液与制玻(bo)(bo)璃(li)的(de)几种(zhong)非金(jin)属(shu)矿(kuang)物原料(可用(yong)珍珠岩等(deng))按比例混合(he),进行蒸发、煅烧、熔(rong)融(rong),经过复杂的高温反应熔制成(cheng)玻璃,废液中的放射性元(yuan)素成为玻璃组分而被固定。

核废(fei)料地质(zhi)处置库区的回(hui)填材料:膨(peng)润(run)土是吸附核(he)废料(liao)中一些裂(lie)变(bian)元素的(de)理想材(cai)料(liao)。在水可以通过膨(peng)润(run)土的(de)前(qian)提下,这些核素在(zai)膨润土中的(de)迁移速(su)度极小,仅为(wei)10-3 10-4 cm/min,由于膨(peng)润土的吸水性(xing)及膨(peng)胀性(xing)可以阻止和堵(du)塞水流,因此(ci)放(fang)射(she)性(xing)核素几乎全(quan)部被膨润土吸附(fu)和阻滞,它既可阻止地下水进入(ru)核废料埋藏(zang)区,又可(ke)以阻止核素材(cai)料外泄,是一种十(shi)分理想的(de)回填材(cai)料。

3 放射(she)源制(zhi)备中应(ying)用的非(fei)金属矿物(wu)材料(liao)

辐射效应在化工加(jia)工、生产、材料改性、培育品种、灭菌消毒(du)、肿瘤治(zhi)(zhi)疗和三废治(zhi)(zhi)理等(deng)方面应用广(guang)泛,其(qi)优势也是(shi)其(qi)他技术不能(neng)相(xiang)比的(de)。现代核工业(ye)的(de)发展,为制(zhi)备放射源(yuan)(yuan)提供了数十(shi)种(zhong)核素用来制(zhi)备α源(yuan)(yuan)、γ源(yuan)(yuan)、β源(yuan)(yuan)、低(di)能(neng)光子源(yuan)(yuan)、中子源(yuan)(yuan)等。可用陶瓷法(fa)、人工(gong)合成铯(se)榴石法(fa)、压制(zhi)法(fa)、粉末冶金法(fa)、电煅法(fa)等制(zhi)备。可用陶瓷微球(qiu)法(fa)制(zhi)备210 Po238Pu239 Pu241 Am244 Am等α放射源(yuan),用人工合(he)成铯榴石法制备137 Csγ放射源,将石(shi)英(ying)粉(fen)(fen)、石(shi)墨粉(fen)(fen)等与241 Am一起压制制备低能光(guang)子(zi)源等。

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