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1 核反應(yīng)堆用非金屬礦物材料
核反應(yīng)堆堆本體是一個(gè)復(fù)雜的多層次結(jié)構(gòu)的組合體,由堆芯、石墨反射層、防護(hù)層、實(shí)驗(yàn)管道等4部分組成。常用的非金屬礦物材料有石墨、硼鎂石、硬硼鈣石、重晶石、蛇紋石等。
石墨:石墨在熱中子反應(yīng)堆中用作慢化劑和反射層,每座反應(yīng)堆需用高純石墨數(shù)十噸。在鈾-石墨反應(yīng)堆內(nèi),用石墨塊砌成砌體,工藝管道通過其中。作核反應(yīng)堆用高純石墨,主要指標(biāo)為:灰分含量≤0.054%～0.16%,硼的含量≤4×10-5%。對密度、抗壓強(qiáng)度、線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率都有具體標(biāo)準(zhǔn)。
硼鎂石、硬硼鈣石、重晶石、蛇紋石:核反應(yīng)堆采用多層屏蔽方式,以屏蔽熱能和多種射線,屏蔽中子需要含氫材料,屏蔽γ射線需要高密度材料。硼鎂石、硬硼鈣石含有吸收中子截面大的硼,又富含水分,在300℃不脫水,故選用100mm厚的硼鎂石預(yù)制塊靠近活性區(qū)堆砌。選用重晶石和結(jié)晶水適當(dāng)且在350℃不失水的蛇紋石等作加重水泥骨料制作重混凝土屏蔽層,這對γ射線有良好的屏蔽作用。加重混凝土的密度要求為3.7～4.8g/cm3。
2 核廢料處置用非金屬礦物材料
一座核電站每年產(chǎn)生高強(qiáng)度的放射性廢氣達(dá)數(shù)萬至數(shù)十萬立方米,以及大量的高、中、低放射性固體及液體廢物。為了保證核電站及周圍環(huán)境不受放射性污染,必須對核廢料進(jìn)行處置。
放射性碘的處置:核反應(yīng)堆及元件后處理廠放出的廢氣、廢水中含大量的放射性碘,是污染環(huán)境的主要放射性核素之一。在高溫和廢氣中存在強(qiáng)氧化性氣體的情況下,不宜采用活性碳過濾器,而使用滲銀沸石作為過濾材料,它在較高的溫度和濕度下,對元素碘和碘甲烷均有良好的過濾效果,但價(jià)格較昂貴。現(xiàn)已對其他非金屬礦物材料進(jìn)行試驗(yàn)研究。
137Cs處理與回收:137Cs的處理與回收不僅可以得到有用的放射性同位素,還可為241～243Am,242～244Cm等超钚元素的分離提取創(chuàng)造了有利的條件。大量試驗(yàn)表明,在1mol/LHNO3酸性介質(zhì)中,斜發(fā)沸石對Cs的回收率達(dá)99%,產(chǎn)品的放射化學(xué)純度達(dá)99%,但斜發(fā)沸石的抗酸能力差。
高放廢液的玻璃固化:高放廢物的處置有多種方法,其中較成熟并在工程中實(shí)用的是玻璃固化法。常用的是磷酸鹽或硼酸鹽玻璃。其方法是將高放廢液與制玻璃的幾種非金屬礦物原料(可用珍珠巖等)按比例混合,進(jìn)行蒸發(fā)、煅燒、熔融,經(jīng)過復(fù)雜的高溫反應(yīng)熔制成玻璃,廢液中的放射性元素成為玻璃組分而被固定。
核廢料地質(zhì)處置庫區(qū)的回填材料:膨潤土是吸附核廢料中一些裂變元素的理想材料。在水可以通過膨潤土的前提下,這些核素在膨潤土中的遷移速度極小,僅為10-3～10-4cm/min,由于膨潤土的吸水性及膨脹性可以阻止和堵塞水流,因此放射性核素幾乎全部被膨潤土吸附和阻滯,它既可阻止地下水進(jìn)入核廢料埋藏區(qū),又可以阻止核素材料外泄,是一種十分理想的回填材料。
3 放射源制備中應(yīng)用的非金屬礦物材料
輻射效應(yīng)在化工加工、生產(chǎn)、材料改性、培育品種、滅菌消毒、腫瘤治療和三廢治理等方面應(yīng)用廣泛,其優(yōu)勢也是其他技術(shù)不能相比的?，F(xiàn)代核工業(yè)的發(fā)展,為制備放射源提供了數(shù)十種核素用來制備α源、γ源、β源、低能光子源、中子源等?？捎锰沾煞ā⑷斯ず铣射C榴石法、壓制法、粉末冶金法、電煅法等制備?？捎锰沾晌⑶蚍ㄖ苽?10Po、238Pu、239Pu、241Am、244Am等α放射源,用人工合成銫榴石法制備137Csγ放射源,將石英粉、石墨粉等與241Am一起壓制制備低能光子源等。
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