百瓦级锶-90同位素热源的密封装置的制作方法
- 国知局
- 2024-08-02 12:26:39
本申请属于同位素热源,尤其涉及百瓦级锶-90同位素热源的密封装置。
背景技术:
1、锶-90是一种含量丰富的裂片产物,其半衰期为27.7年,伴随其衰变会产生热量,是一种长寿命的同位素电源燃料。锶-90同位素热源是电源能量的来源,是电源最核心的组成部分,同时锶-90也是一种强放射性的核素,必须对其进行严格的密封包装。
2、相关技术中,通常采用铝罐包装技术对金属锶进行封装,先将金属锶块放入铝罐体,并充入氩气,然后在铝罐盖上涂上密封胶水,再盖合在铝罐体上。这种通过铝罐对金属锶进行密封的方式,需要充入气体,且需要采用密封胶水进行涂覆,若气体填充不足,或者密封胶水存在质量问题,将会影响金属锶整体的密封效果,导致产品的密封性和安全性不高。
技术实现思路
1、本申请实施例提供了一种百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,可以解决相关技术中,产品的密封性和安全性不高的技术问题。
2、本申请实施例的第一方面提供了一种百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,包括:
3、燃料芯块,燃料芯块为陶瓷化的氟化锶;
4、衬垫层,衬垫层包裹覆盖于燃料芯块,衬垫层为304不锈钢材料;
5、应力层,应力层包裹覆盖于衬垫层,应力层为哈氏合金s。
6、本申请实施例提供的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,燃料芯块采用陶瓷化的氟化锶材料,具有良好的化学稳定性和放射性控制性能,能够防止核材料的释放和扩散,提高装置的安全性。同时,密封装置的高密封性也能减少核材料泄漏的风险,保护操作人员和环境的安全。通过采用衬垫层和应力层的结构设计,能够有效提高密封性能。304不锈钢材料的衬垫层具有较好的密封性和耐腐蚀性,可以有效隔离燃料芯块与外部环境,防止核材料泄漏。哈氏合金s作为应力层,具有优异的耐腐蚀性和高温强度,能够承受高温、高压环境下的应力,进一步提高密封性。
7、在一些实施例中,百瓦级锶-90同位素热源的热功率范围与燃料芯块中的锶-90同位素的原料装料量对应,热功率范围为250瓦至400瓦,原料装料量为271克至433克。
8、本实施例中,百瓦级锶-90同位素热源的热功率范围为250瓦至400瓦,与原料装料量为271克至433克之间的对应关系,设计电源时能够实现对所需热功率的精确控制,通过精确控制原料的装料量,可以在设定的热功率范围内灵活调节锶-90同位素的放射性衰变反应,有助于实现对热源的热功率的精准调控,同时,通过合理匹配热功率范围和原料装料量,可以最大限度地提高锶-90同位素的能量利用效率,降低能源浪费的可能性。
9、在一些实施例中,燃料芯块中的氟化锶的纯度大于95%,锶-90的同位素丰度为55%至75%。
10、本实施例中,高纯度的氟化锶可以降低杂质对热源性能的影响,提高热源的稳定性和可靠性。此外,高纯度的氟化锶还能减少与其他元素的反应,从而延长燃料芯块的使用寿命。锶-90同位素的丰度范围为55%至75%。在这个范围内调节同位素的丰度,可以实现对热功率输出的精确控制。不同应用场景可能需要不同的热功率水平,通过调整同位素的丰度,可以满足不同需求。高纯度的氟化锶和适宜的锶-90同位素丰度范围可以提高热源的能量利用效率。高纯度的氟化锶减少了非放射性杂质对热源的影响,提高了能量转换效率。同时,在适宜的同位素丰度范围内调整同位素的比例,可以进一步优化热源的性能,实现更高的能源利用效率。
11、在一些实施例中,燃料芯块呈圆柱状,燃料芯块的外径为66毫米,高度为98毫米。
12、本实施例中,燃料芯块呈圆柱状,使得燃料芯块具有均匀的应力分布和较高的结构强度,能够有效承受内部压力和外部负载,同时也便于制造和组装。通过确定外径的尺寸,可以确保燃料芯块与其他部件的配合和连接,通过确定高度的尺寸,可以满足热源输出所需的燃料容量和放射性同位素的装载量。
13、在一些实施例中,衬垫层包括第一圆筒、以及盖合于第一圆筒两端的第一上底盖和第一下底盖,第一圆筒的两端呈开口状,第一圆筒的厚度为1.5毫米,第一上底盖的厚度和第一下底盖的厚度均为4毫米。
14、本实施例中,通过设置适当的第一圆筒厚度,可以保证衬垫层的结构强度和稳定性,第一上底盖和第一下底盖的设计可以提供额外的支撑和保护,确保衬垫层的完整性和稳定性。第一圆筒具有圆柱形状,两端呈开口状,厚度为1.5毫米。第一上底盖和第一下底盖的厚度均为4毫米。这种设计能够提供足够的结构强度和稳定性,确保衬垫层的有效功能和保护作用。
15、在一些实施例中,应力层包括第二圆筒、以及盖合于第二圆筒两端的第二上底盖和第二下底盖,第二圆筒的两端呈开口状,第二圆筒的厚度、第二上底盖的厚度和第二下底盖的厚度均为4毫米。
16、本实施例中,通过设置适当的第二圆筒的厚度,可以确保应力层的结构强度和稳定性。第二上底盖和第二下底盖的存在可以提供额外的支撑和保护,以确保应力层的完整性和稳定性。第二圆筒具有圆柱形状,两端呈开口状,厚度为4毫米。第二上底盖和第二下底盖的厚度也均为4毫米。这种设计能够提供足够的结构强度和稳定性,确保应力层能够有效承受和分散外部应力,保护内部结构不受损。
17、在一些实施例中,第一圆筒与第一上底盖和第一下底盖之间氩弧焊接密封,第二圆筒与第二上底盖和第二下底盖之间氩弧焊接密封,且对应的泄漏率小于10-7pa·cm3/s。
18、本实施例中,通过氩弧焊接密封,可以有效地保证第一圆筒与第一上底盖以及第一下底盖之间、第二圆筒与第二上底盖以及第二下底盖之间的连接紧密且无泄漏。该焊接方式能够提供高度密封性,确保锶-90无法穿透焊缝进入或从衬垫层泄漏出来,可以有效防止锶-90的泄露。
19、在一些实施例中,通过冷压方式或者热压方式得到陶瓷化的氟化锶。
20、本实施例中,通过冷压或热压方式,可以使氟化锶粉末颗粒之间结合紧密,形成致密的陶瓷结构。
21、在一些实施例中,锶-90的密度范围为60%至80%。
22、本实施例中,燃料芯块密度范围为60%至80%,可以通过调整燃料芯块的密度来控制热源输出的强度,通过增加或减少燃料芯块的密度,可以实现对热输出功率的调控,使得锶-90同位素热源更加灵活和适应性强,能够满足不同应用场景下的需求。
技术特征:1.一种百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,所述百瓦级锶-90同位素热源的热功率范围与所述燃料芯块中的锶-90同位素的原料装料量对应,所述热功率范围为250瓦至400瓦,所述原料装料量为271克至433克。
3.根据权利要求2所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,所述燃料芯块中的氟化锶的纯度大于95%,所述锶-90的同位素丰度为55%至75%。
4.根据权利要求1所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,所述燃料芯块呈圆柱状,所述燃料芯块的外径为66毫米,高度为98毫米。
5.根据权利要求4所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,所述衬垫层包括第一圆筒、以及盖合于所述第一圆筒两端的第一上底盖和第一下底盖,所述第一圆筒的两端呈开口状,所述第一圆筒的厚度为1.5毫米,所述第一上底盖的厚度和所述第一下底盖的厚度均为4毫米。
6.根据权利要求5所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,所述应力层包括第二圆筒、以及盖合于所述第二圆筒两端的第二上底盖和第二下底盖,所述第二圆筒的两端呈开口状,所述第二圆筒的厚度、所述第二上底盖的厚度和所述第二下底盖的厚度均为4毫米。
7.根据权利要求6所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,所述第一圆筒与所述第一上底盖和所述第一下底盖之间氩弧焊接密封,所述第二圆筒与所述第二上底盖和所述第二下底盖之间氩弧焊接密封,且对应的泄漏率均小于10-7pa·cm3/s。
8.根据权利要求1所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,通过冷压方式或者热压方式得到所述陶瓷化的氟化锶。
9.根据权利要求1所述的百瓦级锶-90同位素热源的密封装置,其特征在于,所述锶-90的密度范围为60%至80%。
技术总结本申请适用于同位素热源技术领域,提供了一种百瓦级锶‑90同位素热源的密封装置,包括:燃料芯块,燃料芯块为陶瓷化的氟化锶;衬垫层,衬垫层包裹覆盖于燃料芯块,衬垫层为304不锈钢材料;应力层,应力层包裹覆盖于衬垫层,应力层为哈氏合金S。本申请中,通过采用衬垫层和应力层的结构设计,能够有效提高密封性能;304不锈钢材料的衬垫层具有较好的密封性和耐腐蚀性,可以有效隔离燃料芯块与外部环境,防止核材料泄漏;哈氏合金S作为应力层,具有优异的耐腐蚀性和高温强度,能够承受高温、高压环境下的应力,进一步提高密封性。技术研发人员:王宁,张迎增,向清沛,席治国,韩军,姜涛,向永春受保护的技术使用者:中国工程物理研究院核物理与化学研究所技术研发日:技术公布日:2024/6/11本文地址:https://www.jishuxx.com/zhuanli/20240802/236110.html
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