如今的中国人对伽马刀手术应该不再陌生|打破加拿大垄断,出口欧美,中国的这项核芯技术前途不可“钴”量( 二 )
钴-60的自主研发主要有几方面的困难 , 但看起来却很简单 。
因为钴-60的生产过程就是把钴-59的调节棒放入重水堆中进行核反应 。
首先是要把重水堆中的原不锈钢调节棒换成钴-59调节棒 , 但是 , 这需要一个物理设计计算 , 不是随随便便拿根钴-59调节棒往重水堆里一插就可以的 , 掌握这个计算能力是前提 , 然后在此计算基础上生产出的钴-59调节棒才可以使用 。
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此外 , 这不是普通的化学反应 , 在整个反应堆上还要有屏蔽的容器 , 还有生产出来钴-60后该如何保证储存运输的安全 。
这么说吧 , 整个生产线都是从零开始 。
2004年中国核工业集团决定 , 由核技术应用的专业公司牵头 , 联合国内的核工业设计和生产单位展开钴-60项目的科研攻关 。
其中 , 研制钴-59调节棒组件的重要任务由中核北方核燃料元件有限公司承担 。
从加拿大引进的重水堆的核电机组反应堆的调节棒是不锈钢组件 , 必须用钴-59调节棒组件来取代它们 , 但这不是简单的替换问题 , 而是涉及到材料和金属工艺技术的一系列革新 。
调节棒里的核心是钴-59芯块 , 这个设计对它里面的晶粒度、性能 , 还有密度都有严格要求 。
它是用一种粉末冶金的工艺制备出来的 , 与普通的金属熔炼工艺大不同 , 但是粉末冶金的工艺制备有一个问题就是成品密度达不到很高的理论密度 。
最后 , 中国的科研人员采取了一种特殊的方式 , 很好地解决了它的密度和晶粒度 。
钴-59芯块经过反应堆辐照成为高放射性的钴-60 , 为防止芯块万一掉落金属末污染环境 , 还要给芯块镀上10微米的镍层 。
因此在组装过程中 , 要提前将钴-59芯块装入锆合金棒 , 将钴棒进行密封 。
最后进行相关的检测之后 , 才可以进行钴棒束的组装 , 生产完钴棒束之后 , 再采取穿“糖葫芦”方式 , 将钴棒束依次穿入连接部件 , 然后再用锁紧螺母将组件进行锁紧 , 这样一个整体的组件就生产完毕了 。
经过近四年的研发 , 2008年8月 , 第一批符合设计要求的钴-59调节棒组件终于生产出来 。
2008年底 , 首批国产21根钴-59调节棒被放入秦山基地重水堆机组的反应堆 。
经过一个循环周期的辐照后 , 2010年5月27日 , 这21根钴调节棒安全卸出反应堆 , 宣告了我国批量生产工业用钴-60同位素获得成功 , 当把它们挂在乏燃料水池边上 , 它们发出了优美的蓝光 , 令人印象非常深刻 。
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然而 , 钴-60源具有高强度的放射性 , 为了保证人员和环境的安全 , 装载、运输钴-60源的容器 , 必须要做到高度的屏蔽 , 还要坚固、防火、防摔 , 确保万无一失 。
2007年中国核电工程公司、北京核工程研究设计院的科研人员便开始研发大容量的钴-60源装载运输容器 。
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上图就是盛放运输钴-60源的容器 , 看着很普通 , 但是它的研发制造涉及了结构工艺、焊接材料、热工、屏蔽、力学等各个专业 。
比如力学计算 , 要保证容器的结构从9米跌落的事故条件下的包容性完好 。
还有屏蔽 , 40万或20万居里的放射性是非常大的 , 容器便采用了不锈钢铅屏的屏蔽结构 。
还有热工 , 正常的运输条件下它的表面温度不能超过一定的限值 , 在事故条件下 , 容器里边的铅不会融化 。
在多部门的协同努力下 , 钴-60同位素实现国产化 , 打破了国外对钴-60放射源的长期垄断 , 从而改变我国在钴-60源定价上的被动局面 。
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