辐照释放20%网速

核科技信息22008中国原子能科学研究院主办核科技信息2008年第2期(总第92期)2007-06-30目次·综述·国际上核燃料循环多边方案及初步评估…1)便携式高能质子发生器制备PET同位素的最新进展…15)惯性静电约束核聚变研究现状…27)·核电站与核反应堆·革新核能系统的实现——开始出成果的文部科学省研究开发事业(续Ⅱ)Ⅲ.
使用高强度脉冲中子源的革新反应堆用核数据的研究开发…38)·核技术应用·食品辐照的有用性…41)食品辐照的国际现状…43)辐照食品检测技术现状…48)·简讯·美国众议院取消GNEP的拨款…50)美国从英国撤出核武器…50)美国EnergySolutions公司进口意大利放射性废物…50)美国2007年能源补贴统计数据…51)下一代核燃料因太热而无法处理…51)美国和土耳其达成核能合作协议…52)AREVA集团计划在美国爱达荷建造1座耗资20亿美元的铀浓缩厂…52)英国NexiaSolutions公司发明放射性调查新技术…52)英国新建核再循环工厂…53)英国将为日本进行乏燃料后处理…53)英国公布2007年核潜艇事故原因…53)俄罗斯又关闭1座产钚堆…54)已有10吨俄罗斯高浓铀成功转化为低浓铀…54)俄罗斯将在西部加里宁格勒建设核电站…54)俄罗斯可能为蒙古建设1座核电站…55)苏联首艘核潜艇研制成功50周年…55)俄罗斯可能会帮助英国处理退役核潜艇…55)法国Areva与日本核工业界签订31亿美元合同…56)Areva将为日本高滨核电站供应MOX燃料…56)日本后处理厂位于地震带上…56)印度原型快堆建设到达里程碑…57)印度向美国出口重水…57)铀稀缺困扰印度核电站…57)印度将于2008年底发射月球初航…58)巴基斯坦自印巴战争40年后首次公布国防预算计划…58)西班牙发生核泄漏…59)最后一批乏燃料移出切尔诺贝利反应堆…50)澳大利亚未来铀工业产值将达170亿美元/年…59)韩国从中亚购买2600吨铀…60)伊朗称将继续开展铀浓缩…60)4家外国公司有意向参与土耳其核电站竞标…60)发展中国家着眼于发展核电…61)哈萨克斯坦铀矿年产量将达4000吨…61)越南立法批准使用民用核能…61)·专利简讯·专利简讯12项…62)本期责任编辑王丽英核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,20081·综述·国际上核燃料循环多边方案及初步评估顾忠茂(中国原子能科学研究院,北京102413)1引言随着世界各国对能源需求的日益增长,越来越多的国家期望通过发展核能来确保长期的能源安全,减少温室气体的排放,改善环境质量.
预期在本世纪核能有可能在全球范围内得到较大发展.
另一方面,国际上核扩散的风险在不断增加,例如:伊朗核问题陷入僵局,朝核问题是否能从"去功能化"入手,最终实现半岛无核武化仍有悬念.
印度、巴基斯坦和以色列拒不参加核不扩散条约(NPT),且已成为事实上的核武器国家.
因此,有人认为NPT条约"不够充分",还有人认为NPT条约"漏洞百出".
面对核扩散风险上升的严峻形势,国际上有一种紧迫感,试图制定出一套新的游戏规则,寻求在全球核能扩大发展的形势下确保核不扩散机制权威性和可靠性的途径,从而强化NPT机制.
国际上曾有人主张,通过重新解释NPT条约有关获取核技术权利的条款,使非核武器国家接受部分放弃核技术的要求.
但多数非核武器国家不愿接受NPT条约的附加限制,从而使该途径难以走通.
另一种解决途径是,建立新的国际核燃料循环体系,它既能保证NPT条约所赋予的世界各国均有非歧视性地获得和平利用核能的合法权利,又能有效地防止民用核燃料循环中的高浓铀和分离钚(Pu)非法转用于军事目的,从而减小核扩散风险.
事实上,采用多国合作途径取代国家控制的铀浓缩、Pu分离或乏燃料处置的方式,曾经在欧洲采用过,只是由于政治和经济理念的不同未能在欧洲之外实现.
近年来,国际上提出了一系列旨在实现上述目标的方案,其中最有影响力的为国际原子能机构(IAEA)的多边核能合作方案(MultilateralNuclearApproaches:MNA)、俄罗斯的"普京倡议"或全球核能基础结构倡议(GlobalNuclearPowerInfrastructure:GNPI)和美国的全球核能合作伙伴倡议(GlobalNuclearEnergyPar-tnership:GNEP).
本文介绍上述三个倡议的出台背景、主要内容和近期进展,并试图剖析各倡议的主要特点,分析对我国核能发展可能产生的影响.
2IAEA的MNA简介2.
1MNA的历史背景和近期进展核能技术固有的军民两用性质,决定了在其发展初期就面临两难处境,即如何在允许广泛和平利用核能的同时防止核武器能力的扩散.
所以,建立国际核燃料循环中心的设想由来已久.
早在二战刚结束后的1946年,美国犹太人B.
Baruch就提出了包括上述设想在内的所谓"Baruch计划".
上世纪70~80年代,IAEA提出了若干有关核燃料循环中心的倡议,包括区域性核燃料循环中心(RegionalNuclearFuelCycleCenters:RFCC)、国际乏燃料管理集团、国际钚储存控制等.
近年来,事态的发展显示了进一步强化全球核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,20082·综述·核不扩散和裁军机制的必要性.
IAEA总干事巴拉迪提议,在现有核不扩散机制下重新评估核燃料循环中敏感环节的加强国际控制,包括铀浓缩、后处理和乏燃料管理.
在2003年9月举行的IAEA大会上,巴拉迪重新提出议论了几十年的核燃料循环国际合作的设想,即MNA倡议.
在2004年6月举行的IAEA理事会上,巴拉迪宣布成立一个由23位成员组成的国际专家组,由前IAEA副总干事兼核保障处处长B.
Pelland先生任组长.
国际专家组工作的主要任务是,对核燃料循环的前段和后段可能采取的多边合作方式进行研究和评估,使之实现如下双重目标:①强化核不扩散机制;②使核能的和平利用具有更好的经济性和更大的吸引力.
2005年3月,IAEA专家组向总干事递交了研究报告.
在2006年9月IAEA大会期间,举行了核燃料供应保证和防扩散保证专题讨论活动.
2006年11月,IAEA总干事在理事会会议上表示,秘书处将编写一份概述可能的核燃料供应保证方案的报告,供成员国参考.
2007年6月21日,IAEA秘书处提交"总干事报告",题为"建立可能的核能利用新型框架:核燃料供应保证的选择方案".
IAEA秘书处认为,MNA框架应考虑核燃料循环的所有敏感环节,包括铀浓缩和后处理.
但多边核能框架的推进是一个渐进过程,目前首要关注的是确定低浓铀的供应保证.
IAEA秘书处注意到,在IAEA专家组的研究报告于2005年发表之后,国际上提出了围绕核燃料循环多边方案的许多不同的建议,包括:俄罗斯提出的GNPI倡议(2006年1月)、美国提出的GNEP倡议(2006年2月)、世界核协会提出的确保国际核燃料供应安全机制(2006年5月)、法国等6个铀浓缩服务供应国提出的可靠获得核燃料的多边机制概念(2006年6月)、日本建议的建立有助于防止核燃料供应中断的信息系统(2006年9月).
"反对核威胁倡议"国际理事会提出的向IAEA捐款建立IAEA低浓铀库存建议(2006年9月)、英国提出的浓缩契约(2006年9月)、俄罗斯提出的安加尔斯克国际铀浓缩中心(2007年1月)、德国提出的建立具有治外法权地位的多边铀浓缩中心建议(2007年5月)和奥地利提出的核燃料循环多边化建议(2007年5月).
上述各种建议大多是以各种方式寻求提供低浓铀的供应保证.
IAEA秘书处认为,方案的多样性可以使燃料使用国根据其兴趣和需要选择合作方案,进而有可能增强向燃料使用国提供燃料供应的总体水平.
2.
2MNA倡议的主要内容2.
2.
1IAEA专家组研究报告主要内容2005年3月,IAEA专家组提交的研究报告认为,通过逐步引入MNA,可以实现下述双重目标:在确保全世界核燃料供应与服务的同时,提升民用核燃料循环的不扩散的保障水平.
MNA的要点如下:(1)强化现有的商业市场机制:在个案基础上,签署长期合同和政府支持的透明供应商协议.
例如,商业燃料库、燃料租赁与(乏)燃料回取、为乏燃料储存和处置提供商业服务.
(2)发展与实施由IAEA参与的国际供应保证:可以研究不同的模式,特别是IAEA作为担保机构的模式(如作为燃料库的管理机构).
(3)促使现有设施向MNA的自愿转移,并以此作为建立信心的措施:参加者包括NPT成员的非核武器国家、核武器国家以及非NPT国家.
(4)创建新设施的MNA:通过自愿协议和合同,建立多边(尤其是区域性)MNA.
对前段(如铀浓缩)和后段(如后处理、乏燃料储存与处置)核设施可以共同拥有、抽取权利或共同管理,一体化核电公司也可按这种方式进行服务.
(5)全世界核能进一步扩大的情景,可能要求发展具有强烈的多边合作(区域性的或洲的)特色的核燃料循环,也要求更广泛地包含IAEA和其它国际组织的合作.
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,20083·综述·2.
2.
2IAEA总干事报告的主要内容如前所述,MNA框架涉及核燃料循环的所有敏感环节,包括铀浓缩和后处理.
但是,这种包括了核燃料循环所有环节的多边核能合作将是一个十分复杂的框架,按照这一框架,要形成一个成熟的、可操作的多边核能合作方案,需要采取渐进的方式分阶段实施.
所以,作为启动MNA的切入点,IAEA总干事报告侧重于核燃料循环前段,特别是铀浓缩问题,期望在确保低浓铀供应的同时,防止铀浓缩技术的扩散.
IAEA总干事报告中提出了:①寻求低浓铀供应保证的可能框架,即三级安排框架;②有关供应保证的标准;③国际核燃料中心;④今后的步骤.
(1)三级安排框架一级安排:将通过现行全球核燃料供应市场安排予以提供.
当前铀浓缩市场以及铀转化和燃料制造市场的供需之间存在一种运作上的平衡.
二级安排:这是一种后备保证,它包括:①铀浓缩供应商提供的后备承诺:②拥有浓缩公司的政府作出的承诺;③拥有燃料制造商的政府作出的类似承诺.
对于低浓铀供应,在其中一个浓缩参与公司的供应被中断的情况下,将触发这种二级安排,事先谈妥的商业协议将要求其它所有浓缩参与公司以相等份额提供初始合同供应.
对于燃料组件供应,在触发二级安排的情况下,用户可在已经签订了承诺协议保证颁发出口和运输许可证的国家中寻求替代燃料制造商.
三级安排:这是在IAEA控制下的低浓铀最后储备和燃料制造协议.
这种最后储备可以是实物储备,也可以是虚拟储备,或是两者的结合.
实物储备将包括在一个或若干个不同场所储存的低浓铀,并订有在事先确定的标准得到满足的情况下确保低浓铀供应的协议.
虚拟储备将完全基于有关政府在预先确定的标准得到满足的情况下生产低浓铀或以其它方式提供低浓铀的承诺.
如果参与二级安排的任何浓缩公司或政府没有遵守其承诺,则将触发三级安排.
设想IAEA总干事将有责任和权利决定何时援用三级安排.
可以采取两种方式,即,或者是IAEA可以拥有实物或虚拟燃料库中的材料,或者是IAEA可以有充分权力利用燃料库中的材料.
鉴于燃料组件设计的多样性和持续改进,建立燃料组件实物库是不现实的.
但可采用一些防范燃料供应中断风险的办法,例如,确保每座反应堆都有若干燃料组件供应商,在反应堆场址始终保存一定数量的新燃料,在国内建设新的燃料制造能力.
应当指出,IAEA总干事报告中关于低浓铀供应的三级安排,与世界核协会2006年发布的报告中关于浓缩供应的三级安排基本相似,只是IAEA的三级安排范围更宽,除了浓缩铀之外,还包括铀转化和燃料元件制造.
很可能IAEA的三级安排是在世界核协会报告的基础上形成的.
(2)有关供应保证的标准对于在IAEA主持下的确保燃料供应的多边框架,秘书处提出了供理事会审议的下列标准:①供应中断必须是基于政治原因;②在供应保证框架下的需求国应具有一份生效的核保障监督协议,对提供的材料实施监督;③在最新的"保障监督执行情况报告"中,必须有需求国已申报材料未被转用的结论;④有关国家必须遵守理事会可能规定的诸如附加议定书之类的新的标准,并满足某些核安保和核安全的要求.
(3)国际核燃料中心国际核燃料中心在目前阶段将侧重于提供铀浓缩服务和低浓铀的供应保证.
可能有两种概念的中心,一是基于国家设施(如安加尔斯克铀浓缩中心),二是基于IAEA建立的设施.
对于前者,IAEA的作用主要是对核材料的释放作出决定;对于后者,IAEA的作用将扩大到铀浓缩厂的建设、运行和监督.
(4)今后的步骤秘书处可能会与感兴趣的IAEA成员国、工业界和其它利益相关者一道就上述可能框架进行磋商,制定有关供应保证的实施程序、标准和范本协定.
秘书处还可能与感兴趣的IAEA成员核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,20084·综述·国共同探讨建立可能的燃料储备和国际核燃料中心的问题.
此外,秘书处还将随时准备与感兴趣的IAEA成员国合作,进一步发展核燃料循环多边方案有关的现有建议和其它建议,包括核燃料和反应堆技术供应保证、乏燃料管理/处置和后处理/再循环.
3俄罗斯提出的GNPI倡议简介3.
1GNPI倡议背景近年来俄罗斯一直在积极推进在其境内储存和后处理国外乏燃料的计划,俄罗斯杜马还以压例多数通过立法支持该项计划.
该计划试图建立能接收20000t乏燃料的储存设施,此举将为俄罗斯筹集200亿美元资金.
2001年7月,普京总统签署了同意进口乏燃料的法律,还设立了一个5人专门委员会,批准和审查乏燃料的接收.
但是,2006年6月,俄罗斯联邦原子能署(FAEA)宣称,将不就进口乏燃料问题进行谈判.
2006年1月25日,在俄罗斯圣彼得堡举行的欧亚经济联合委员会峰会上,俄罗斯总统普京提出了建立在IAEA监督下的国际核燃料服务中心的建议,即所谓"普京倡议"或GNPI倡议.
倡议包括:具有核燃料循环能力(尤其是铀浓缩和后处理等敏感技术)的国家向IAEA提供这些技术能力,建立若干国际中心;这些中心将有义务确保向放弃核燃料循环活动的国家提共非歧视性的燃料供应和燃料循环服务.
俄罗斯GNPI倡议的出台时间比美国GNEP倡议提前了12天,这也许不是一种巧合,而是反映了俄、美之间在争夺全球核燃料循环多边框架中领导地位的暗中角力.
众所周知,俄罗斯在进入本世纪以后一直在寻求推进以俄罗斯为主导的国际核燃料循环中心,包括在俄境内储存和后处理外国的乏燃料.
而美国在正式公布GNEP倡议之前的数月内,在国际上透露了其倡议的基本内容.
在此情况下,俄罗斯抢先公布GNPI倡议不足为怪.
3.
2GNPI倡议的主要内容GNPI倡议是俄罗斯普京总统于2006年1月25日在欧亚经济峰会上提出的.
普京总统说:"我们将安全保障视作一种多因素概念.
因此,俄罗斯试图扩大全球能源安全领域的合作.
"GNPI倡议的核心是发展全球核能基础设施,促进所有相关国家和地区平等获得核能,并保证严格遵守不扩散义务.
这种基础设施的关键可能是在IAEA控制下的国际性网络设施,提供包括铀浓缩和后处理在内的核燃料循环服务.
俄罗斯认为,有些国家以能源安全为理由发展本国的以铀浓缩和后处理为特色的闭式燃料循环,有可能产生核扩散风险;而G-8国家给别人获取民用核技术设置障碍的有关倡议,则被有些发展中国家视作侵犯了无核武器国家和平利用核能的合法权利,NPT条约的第IV款赋予了它们这种权利.
显然,现存的向发展中国家转让核技术方面的限制和为强化国际核保障而采取的措施,不能满足核不扩散的要求.
GNPI倡议的主要目标是,降低核扩散威胁,提高能源安全,确保在遵循核不扩散标准和承诺核不扩散义务的情况下,所有国家均能获得非歧视性的、有效的核能利益,包括核燃料和相关的服务.
普京倡议的另一个目标是,采用最先进技术,通过后处理和在国际快堆设施中再循环,及时解决乏燃料问题.
GNPI倡议实施战略分步推行,其第一步是,俄罗斯准备在其领土上建立一个国际铀浓缩合作中心,在IAEA的监督保障下为参与国提供铀浓缩服务.
这种合作计划的成功实施有可能在将来会扩展到所有环节,建立和运行包括乏燃料管理在内的国标核燃料循环服务设施.
GNPI倡议的进一步实施建议还包括:(1)在开发具有创新性、防扩散性和固有安全性的反应堆及其燃料循环技术方面扩大国际合作,包括IAEA领导的创新型核反应堆和燃料循环国际合作项目(InternationalProjectonInnovativeNuclearReactorsandFuelCycles,INPRO)和美国领导的第4代核能系统国际论核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,20085·综述·坛(GenerationIVInternationalForum,GIF).
这种合作可以是双边或多边的,包括建立专门的国际研究开发中心.
(2)发展核能安全领域的国际合作,包括为发展中国家发展核能经济建立国际培训中心.
4美国提出的GNEP倡议简介4.
1GNEP倡议出台的背景2006年2月6日,美国能源部发布了"全球核能合作伙伴"(GNEP)倡议.
美国能源部声称,这是美国采取的一项新举措,旨在减小核扩散威胁的同时,扩大全球范围内对安全、洁净和经济的核能利用.
可以从三个方面了解GNEP出台的背景,一是美国试图通过扩大核能发展,解决长期的能源安全问题;二是美国意识到它多年来鼓吹的核燃料"一次通过"的方案在实际上行不通,必须通过核燃料闭式循环,实现废物最少化,才能大大缓解尤卡山地质处置库库容不足的压力;三是美国担心核燃料闭式循环会增加核扩散风险,所以提出所谓具有防扩散功能的新的燃料循环技术,并建议建立国际核燃料服务财团,将世界核能国家划分为所谓的"核燃料供应国"和核能"使用国",将核燃料闭式循环限制在少数国家中进行,以降低核扩散风险.
4.
1.
1发展核能以确保美国长期的能源安全预期21世纪美国的电力需求将大幅增长.
能源信息局的预测表明,2030年美国发电装机容量需要在现在的970GWe的基础上新增345GWe以上.
这就需要在今后20年中建设一大批发电厂.
尽管美国现有核电站的运行业绩优良,但25年来没有建设新核电站的订单.
最近几年建设的发电厂主要是燃气电厂,且还会建设新的燃气电厂.
对天然气这类燃料的过度依赖,将会导致美国能源供应长期安全的潜在脆弱性.
建设并运行新的核电站将会减少这种脆弱性,并可改善大气质量.
即使维持目前核电占20%的比例,美国必须从2015年起每年建设3~4座核电站.
2001年,美国总统批准的国家能源政策要求将核能作为关键能源而扩大利用,以保证长期的能源安全.
2002年,美国开始实施2010年核电计划,该计划发展的技术核心是"三代+"先进轻水堆设计,使之比目前核电站设计具有更好的安全性和经济性.
将会在西屋公司开发的AP-1000和GE公司开发的ESBWR技术的基础上进行开发.
2005年,布什总统签置署了一项法案(EPACT2005),授权为实施2010年核电计划提供资金.
美国政府和工业界将为2010年核电计划共同分担投资风险.
对于新建的首期2座反应堆,将有资格获得高达5亿美元的延期保护费;对二期4座反应堆的建设,可获得首期50%的延期保护费.
对最先建设的几座新核电站的投资,将为今后建造核电站验证一种理顺了关系的程序,为将来核电的大规模发展铺平道路,促进美国的能源安全.
4.
1.
2解决困扰美国进一步发展核能的核废物问题众所周知,美国基于核不扩散的政治考虑,卡特行政当局于1977年制定了冻结快堆和后处理的核能政策,主张乏燃料"一次通过"的循环方式.
这一政策在国际上引起了很大争议,并没有得到其它国家的响应,还在一定程度上束缚了美国自己的手脚,使美国逐渐失去其在核能及其核燃料循环方面的全球领导地位.
到了上世纪末,美国人开始反思和质疑卡特的能源政策.
对制定美国能源政策极具影响力的参议员P.
V.
Domenici在"钚2000年国际会议"上说:"我们现在将乏燃料当成废物.
但是,我完全不能相信,我们的后代会同意我们剥夺他们从乏燃料中开发潜能的权利.
"美国的官方立场也发生了逆转,2001年5月布什总统宣布的能源政策中指出,应考虑发展后处理技术.
30多年来,美国的核电站积累的乏燃料已达50000t以上,而尤卡山处置库的容量约为核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,20086·综述·70000t.
如果乏燃料直接处置,则用不了几年尤卡山处置库就会装满,而乏燃料中构成长期危害的Pu、次锕系元素(MA:Np、Am、Cm)和长寿命裂变产物(129I、99Tc)仅占乏燃料的1%左右.
显然,乏燃料"一次通过"的做法既不合理,也缺乏可操作性.
美国在今后需要扩大核能利用的同时,急切地感到乏燃料"一次通过"之路在实际上走不通.
于是美国不得不否定当年卡特"冻结快堆和后处理"的核能政策,提出了GNEP计划.
美国希望将乏燃料再循环,利用超铀元素的能量,而不是将其作为废物处置掉,只是将分离出的裂变产物进行地质处置.
这样,需要地质处置的废物体积可以大大减小(约50倍),减少废物固化体的热负荷从而改善处置库的释热管理,减少需要地质处置的长寿命核素总量.
美国人认为,如果GNEP计划得以实施,则美国在21世纪只需一个地质处置库就够用了.
4.
1.
3美国试图提出防扩散的全球核燃料循环解决方案从美国的最高国家利益出发,美国最担心的是燃料循环导致的核扩散.
美国试图从核燃料循环技术和核燃料管理体系两个层面,双管齐下地防止核扩散.
在闭式燃料循环技术方面,美国提出所谓具有防扩散供能的燃料再循环技术,其关键是在后处理过程中不产生纯的分离Pu,而是将Pu和MA混在一起后,制成混合燃料,在"先进焚烧快堆"内燃烧.
为了防止核燃料循环的敏感技术(后处理)在全球的扩散,美国提议建立一个"可靠的国际核燃料服务财团",参与该财团的国家分两类,一类是"燃料供应国",这类国家既可以运行核电站,也可以运行燃料生产和转运设施;另一类是"使用国",这类国家只能运行核电站,其所需核燃料由"燃料供应国"提供,核电站卸出的乏燃料将运回"燃料供应国"进行处理.
"使国国"只要能得到可靠的燃料服务,这些国家就没有必要去开发浓缩铀和后处理技术.
美国试图让世人相信,只要通过这一机制,就可以防止核扩散,在确保全球安全的情况下,使世界各国获得足够的核能.
4.
2GNEP倡议的主要内容GNEP倡议声称的四大目标为:(1)减少美国对外国化石能源资源的依赖;(2)采用新的防扩散的核燃料循环技术,获取更多的能源,产生更少的废物;(3)鼓励全世界的洁净能源发展;(4)采用最新技术,降低全球核扩散风险.
GNEP倡议包括下列七大要素;(1)在美国建设新一代核电站;(2)发展并采用新的核燃料再循环技术;(3)为在美国有效管理和最终储存乏燃料开展工作;(4)设计先进的焚烧反应堆,用再循环燃料产能;(5)建立核燃料服务计划,在尽量降低核扩散风险的情况下,使发展中国家获得核燃料并经济地利用核能;(6)为发展中国家的需要,设计和建设小型反应堆;(7)改进核保障,强化防扩散能力,提高核安全.
美国认为GNEP倡议是一项全新的战备,通过验证并采用新的核燃料循环和核废物最少化技术,并改进核技术与核材料的控制能力,以免落入恐怖分子手中.
美国能源部长Bodman说:"GNEP为全球上升的经济提供事实上无限能源带来希望,这种能源既是环境友好的,又能降低核扩散风险.
一旦GNEP计划得以实现,则全世界将有更好、更清洁和更安全的生活环境.
"5对三个倡议的初步分析5.
1三个倡议的共同点如前所述,核技术固有的军民两用性质,决定了在其发展初期就面临两难处境,即如何在允许广泛和平利用核能的同时防止核武器能力的扩散.
从这个意义上说,MNA、GNPI和GNEP是核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,20087·综述·几十年前的老概念在新的历史条件下的具体体现.
随着世界各国对能源需求的日益增长,越来越多的国家希望发展核能,预计核能在本世纪会得到较大发展;另一方面,国际上核扩散的风险却在不断增加.
面对上述越来越严峻的形势,上述三个倡议的基本目标是大致相同的,即试图建立的国际核燃料循环体系,它既能保证NPT条约所赋予的世界各国均有非歧视性地获得和平利用核能的合法权利,又能有效地防止民用核燃料循环中的高浓铀和分离Pu非法转用于军事目的,从而减少核扩散风险.
基于上述目标,三个倡议都认为,扩大全球范围内核能的发展,并不需要让所有发展核能的国家都发展自己的核燃料循环技术和进行核燃料循环生产活动.
核燃料循环的经济性与核能发展规模大小有关,对于一些中小国家或者核能发展规模不大的国家,在其境内建设和运行独立完整的核燃料循环工业体系,显然很不经济.
如果全世界所有发展核能的国家都搞铀浓缩和后处理,这既不经济和不安全,也容易加大核扩散风险.
建立并运行若干国际性的核燃料循环生产中心,为世界各国提供核电用核燃料和燃料循环服务,似乎是有必要和合理的.
上述思想反映在IAEA的"多边(区域性或洲的)合作"(如总干事报告中提出的保证低浓铀供应的三级安排框架)、俄罗斯的"国际核燃料服务中心"和美国GNEP倡议的"燃料供应国"与"燃料使用国"等提法之中.
5.
2三个倡议各自的动机5.
2.
1IAEA出台MNA的动机很显然,IAEA出台MNA的动机就是为了进一步强化全球核不扩散与军控机制.
过去几年的事态表明,核武器扩散问题的争论集中在一些国家和集团的秘密核技术交易上.
所以,有人认为1970年生效的NPT条约存在很多漏洞,必须寻求确保核不扩散机制权威性和可靠性的途径,从而强化NPT条约.
IAEA曾提出过两种基本途径:(1)通过重新解释NPT条约有关获取技术权利的条款,使非核武器国家接受部分放弃核技术的要求.
但多数非核武器国家不愿接受NPT条约的附加限制,从而使该途径难以走通.
(2)采用多国合作途径取代国家运行的铀浓缩、Pu分离和乏燃料处置,即MNA.
人们对MNA概念争论了几十年,现在似乎又回到了为支持核燃料循环的MNA模式取得共识的时候了.
在MNA框架下,IAEA可作为担保机构发挥其中心作用.
IAEA强调,参加MNA体系的成员国一律平等,体现"非岐视性"原则.
迄今为止,MNA取得的实质性进展不大.
5.
2.
2俄罗斯GNPI倡议的动机与效果从俄罗斯积极推进在其境内建立国际铀浓缩中心、储存国外乏燃料并进行后处理的计划可见,俄罗斯希望通过吸收国际资金,恢复和扩建俄罗斯的核燃料循环设施,重振其作为核大国的形象,取得在核燃料循环产业方面的主导权.
例如,GNPI倡议建议在俄罗斯境内建立国际铀浓缩中心,利用俄罗斯的设施为国外提供核电用低浓铀,国外核电站用过的乏燃料运回俄罗斯进行储存,在俄罗斯的中心培养国外技术人员.
俄罗斯试图通过上述活动获取可观的经济利益.
同时,俄罗斯十分看好快堆核能系统(包括快堆增殖和闭式燃料循环)在核能可持续发展中的应用前景及其潜在的巨大商机,其商用快堆BN-800正在建设之中,预期于2012年建成并投入运行.
2009年9月启动的由IAEA领导的INPRO项目,实际上是由俄罗斯倡导、策划并积极推动的.
俄罗斯希望通过推进INPRO项目,将研究成果纳入俄罗斯提出的GNPI框架之中,从而继续保持俄罗斯在快堆核能系统商用化方面的全球领先地位.
所以,可以明显地看出,维护其作为核大国的政治和经济利益是俄罗斯提出GNPI倡议的最大推动力.
当前,俄罗斯侧重于国际铀浓缩中心的建设和运行.
俄罗斯于2006年年底开始在安加尔斯克建立第一座接受IAEA的保障监督的国际铀核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,20088·综述·浓缩中心,该中心将为新的核能国家的核电站提供低浓铀,但不允许它们获得铀浓缩技术,即采用所谓"黑匣子"的模式运行,以防止敏感技术的扩散.
国际铀浓缩中心是一个开放式股份公司,俄罗斯表示所有国家都可参加该铀浓缩中心,并特别建议伊朗和印度加入该中心,以体现GNPI倡议的"非歧视性"原则.
尽管迄今只有哈萨克斯坦一家宣布加入俄罗斯的国际铀浓缩中心,但它毕竟是近年来若干核燃料多边合作倡议惟一取得实质性进展的一个例子.
目前,安加尔斯克国际铀浓缩中心中俄罗斯和哈萨克斯坦的股份分别为90%和10%;俄罗斯愿意将其股权降为51%,将其余39%的股权让给新加入中心的成员.
俄罗斯将利用在铀浓缩方面的技术与能力优势,通过安加尔斯克国际铀浓缩中心抢占新的国际铀浓缩市场,实现在国际核燃料循环产业中取得主导权的近中期目标.
5.
2.
3美国GNEP倡议的动机由GNEP倡议的出台背景可见,GNEP倡议制定者首先考虑的是美国国内的能源安全问题.
如前所述,美国为了减少对化石燃料的过度依赖,确保长期能源安全,并减缓温室气体排放压力,决定将核能作为关键能源扩大发展.
当前,制约美国核能进一步发展的最主要因素是乏燃料问题,推行了30年的核燃料"一次通过"政策,使美国积累了50000t以上的乏燃料,成了美国发展核能的最大障碍.
为了解决困扰美国核能发展的乏燃料问题,美国必须摒弃"一次通过"政策,实行核燃料闭式循环的技术路线,以便大大减少需要地质处置的高放废物体积,从而排除发展核能的后顾之忧.
由此可见,美国在核能及其核燃料循环技术路线方面的重大转变,完全是美国国内核能发展战略的需要.
美国提出的GNEP倡议的原动力,是为了应对其困扰核能发展而急需解决的乏燃料问题.
美国提出GNEP的第二个动机是防止核扩散.
美国一直认为核燃料闭式循环核扩散风险很大,所以在上世纪70年代冻结了后处理和快堆,实行核燃料"一次通过"政策.
美国现在重新回到核燃料闭式循环的技术路线,试图利用GNEP框架,将核燃料循环技术与产业局限在少数几个国家,以达到防止核扩散的目的.
美国提出GNEP的第三个动机,是恢复美国在核能及核燃料循环方面的全球领导地位,美国认为它关系到美国的国家安全、国际影响以及全球稳定.
在过去的30年中,美国推行的核燃料"一次通过"的政策,使其在核能及核燃料循环等方面逐渐失去了全球领导地位,在某些方面已落后于法国、俄罗斯和日本.
美国试图通过推行GNEP计划,在国内加大反应堆和核燃料闭式循环等技术的研究开发力度,建设一批新的基础设施,培养一些年轻的核科技人才,全面提升美国在核领域的能力与水平,恢复其在全球的领导地位.
总之,尽管美国声称GNEP的目的在于"扩大全球范围内对安全、洁净和经济的核能利用",但实质上,GNEP是从美国自身的最高利益出发,试图解决困扰其大规模发展核能的乏燃料等难题,应对由核燃料闭式循环所带来的核扩散问题,并使美国重新获得在核能及其核燃料循环体系的全球领导地位.
5.
2.
4美国GNEP进展情况自GNEP倡议公布以来,美国能源部投入很大力量,积极与法、日、俄、英、中等国斡旋.
2007年5月21日,美、法、日、俄、中5国签署了《联合声明》;2007年9月16日,美、法、日、俄、中等16国签署了《原则声明》;美国还与法、日、俄、中等主要伙伴国分别签署了双边合作《行动计划》.
从技术层面看,IAEA总干事提出的MNA在目前阶段所考虑的低浓铀三级安排框架和俄罗斯提出的国际铀浓缩中心,均属于核燃料循环前段,涉及的是成熟的工业技术,其中最敏感的是铀浓缩技术;美国提出的GNEP倡议主要针对核燃料循环后段,包括美国正在开发的不分离纯钚的后处理技术,Pu与MA混合燃料制造技术和焚烧快堆等技术,均属于尚待研究开发的不成核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,20089·综述·熟的技术,尚存在不少不确定因素,这表明GNEP框架下技术方案的商业实施将是15~20年以后的事情.
美国提出开发不分离纯Pu的后处理技术,将Pu与MA一起在焚烧快堆中燃烧,采用这种技术路线,是美国试图减轻沉重的乏燃料负担的现实需要,符合美国国情.
从各主要伙伴国核能及其核燃料循环的现实情况和今后发展看,日本和中国将先考虑核燃料增殖,后考虑核废物焚烧;俄罗斯将兼顾核燃料增殖与核废物焚烧;法国因核电发展规模很大,可能需要先考虑核废物焚烧,后考虑核燃料增殖.
各国基于不同的核能发展战略,其核燃料循环的技术路线也不尽相同.
所以,GNEP伙伴国并不赞成美国提出的核燃料循环方案作为惟一的技术方案.
在我国代表的提议下,美国最终不得不同意在《原则声明》中写明:"需要通过采用多种途径和技术路线以实现未来全球民用核燃料循环的长远目标".
由于各主要伙伴国坚持各自既定的核能发展战略和燃料循环技术路线,所以,美国也同意在《原则声明》的最终文本中加上如下表述:"采取最易实现的燃料循环途径,有效率、负责任地利用能源和自然资源".
当然,这些国家也不拒绝与美国在燃料循环技术等方面的合作.
可以说是采取应付的态度,对GNEP的期望值似乎不高.
另外,美国国内政治、技术等方面的因素,也会影响GNEP今后的走向.
GNEP在美国国内一直存在着激烈的争论,反对者认为GNEP的出台没有经过慎密的考虑,提出的技术方案很不成熟,没有令人信服的经济性,会增加核扩散风险等.
有人也担心(或者希望),2008年的美国大选若民主党胜出,GNEP的前景可能会出现变数.
6有关GNEP倡议的一些问题6.
1GNEP计划属于美国核能长期发展战略中的过渡阶段GNEP计划只提发展焚烧快堆而回避增殖快堆,只涉及了核废物最少化而回避资源的充分利用.
众所周知,核能可持续发展的关键是铀资源的充分利用和核废物最少化.
增殖快堆可以使铀资源的利用率从不足1%提高到60%~70%,从而使核裂变的使用从上百年延长到几千年.
所以,从核能可持续发展的角度出发,发展增殖快堆是必由之路.
IAEA前总干事H.
Blix先生在谈及GNEP时指出,由于世界铀价保持低位,后处理和MOX燃料的经济性比预期的差,但现在世界上已有一些增殖快堆,今后会有更多的增殖快堆,需要Pu装料.
所以,Blin不认为应该逐步淘汰增殖快堆,GNEP也应以上述考虑为基点.
所以,GNEP的只考虑焚烧快堆而回避增殖快堆的技术路线,与核能可持续发展长远目标不一致,或者可以说,GNEP计划只是包含了核能可持续发展目标的一部分.
正是因为上述原因,美国起草的《原则声明》文本初稿中只强调了"环境可持续",避而不谈"资源可持续",理所当然地遭到了包括中国在内的其它主要伙伴国的强烈质疑,美国不得不在最终文本中笼统地写上"可持续",其含义既包括环境的、又包括资源的可持续.
按照2005年5月美国能源部发布的先进燃料循环倡议(AdvancedFuelCycleInitiative:AFCI)的发展规划,在大约2050年之前,美国的核燃料再循环属于"过渡(Transitional)阶段",该阶段主要是消耗从热堆乏燃料中分离出的Pu和MA;在大约2050年之后,美国的核燃料再循环将进入"可持续(Susained)阶段",将利用后处理分离出的铀(堆后铀)或贫化铀进行燃料增殖,以确保核能的可持续发展.
由此可见,美国的核燃料循环发展战略是符合美国目前已积累大量乏燃料的现状和今后核能长期发展需求的,所以是一种适合于美国国情的发展战略,这一发展战略可以概括为"先焚烧、后增殖".
在这一长远发展战略中,GNEP提出的技术方案,可以认为是属于美国核能长期发展规划中的过渡阶段的技术路线.
既然如此,美国试图在GNEP核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200810·综述·倡议中让其它国家套用美国核能发展"过渡阶段"的技术方案的做法,显然是没有道理的.
6.
2后处理流程问题6.
2.
1关于Urex+流程的防扩散功能如前所述,在美国需要扩大核能利用的情况下,急切地感到乏燃料"一次通过"之路在实际上走不通,于是不得不恢复闭式燃料循环的核能政策.
但是,美国又担心传统后处理Purex流程分离Pu所带来的核扩散风险,所以在GNEP计划中提出了新的后处理流程(Urex+),其关键是在后处理过程中不产生纯的可用于制造核武器的分离Pu,而是得到Pu和MA的混合产品.
同时,在不影响快堆运行的情况下,产品中可含有适量的裂变产物,其放射性辐射可防止恐怖分子的接近.
所以,GNEP的制定者认为这种产品具有防扩散作用.
应当承认,Urex+流程所得到的混合超铀产品具有一定的γ辐射,增加了非法转移或盗窃这种产品的难度.
但有些学者指出,Urex+流程的防扩散功能是十分有限的,其理由如下:(1)可以从超铀混合物中提取Pu.
超铀混合物中除了Pu之外,主要是Np、Am和Cm,采用已有的化学分离技术很容易从中提取出纯Pu,只要有良好的α密封设施即可;如果超铀混合物中含有少量裂变产物,在有适当的γ屏蔽条件下,可以保证操作人员的安全.
这意味着,即使Urex+流程不产生纯的分离Pu,也很难防止有人从超铀混合物中获得分离Pu.
(2)超铀混合物本身也可能作为核爆炸材料.
超铀混合物的自发裂变中子发射率比武器级Pu高3个数量级,研究表明,自发裂变中子发射所导致的提前起爆将使核弹的爆炸当量从20kt降低至小于1kt,但仍然具有破坏性.
所以,作为性能较差的核武器材料,超铀混合物并不比工业Pu差太多.
(3)含有少量裂变产物的超铀混合物没有显著的辐射自保护能力.
按照IAEA设定的核材料辐射自保护阈值定义,距核材料1m远处的辐射剂量率为1Sv/h,而含有少量裂变产物的超铀混合物所产生的辐照剂量率远低于这一阈值.
6.
2.
2开发防扩散后处理技术的必要性问题如果认为美国提出的新型后处理流程的防扩散功能有限,且GNEP倡议又只允许少数有信誉的且已掌握了敏感技术的"燃料供应国"进行后处理等核燃料循环活动,就没有必要过多地考虑含Pu产品本身是否具有防扩散功能,因为所谓"燃料供应国"主要是4个核武器国家(英国暂时除外)和日本,这些国家除日本之外本身不存在核扩散问题,在这些国家发展所谓"防扩散"的后处理技术没有多少实际意义.
依此类推,铀浓缩技术同样具有高度的扩散风险,按照GNEP制定者的逻辑,难道需要摈弃现有的离心法生产低浓铀的技术而开发新的"防扩散"的铀浓缩技术吗反过来讲,如果认为Urex+流程具有防扩散功能,就没有必要害怕"燃料使用国"(例如韩国)也掌握和使用它.
显然,GNEP关于开发防扩散的后处理技术的理由未必充分.
为了防止核扩散,国际上应更多地注意如何加强IAEA对燃料循环生产活动的保障监督和实物保护.
6.
2.
3Purex流程今后的出路问题按照GNEP设计者的意图,在今后实施GNEP计划时,燃料供应国(或燃料循环国)运行的轻水堆乏燃料后处理流程是美国推荐的Urex+流程,而不是传统的Purex流程.
乏燃料后处理Purex流程起初是为生产核武器Pu而发展起来的.
后来,该流程被用于核电站乏燃料的后处理且一直沿用至今,只是随着燃耗的提高,核电站乏燃料后处理的技术难度更高,所以后处理技术一直在进行改进.
后处理工艺的进一步研究包括对Purex流程的改进,包括简化工艺流程,降低投资费用;采用无盐试剂,减少废物产生量.
法国Areva正在开发Coex流程,该流程产生的U-Pu共沉淀产物,可直接作为制造MOX燃料的原料.
上世纪90年代国际上提出了先进燃料循核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200811·综述·环概念,即除了从乏燃料中分离U和Pu外,进一步分离出MA和长寿命裂变产物(LLFP),将其制成燃料或靶件,利用快堆或加速器驱动的次临界装置(ADS)进行嬗变,从而在充发利用铀资源的同时,实现核废物最少化.
针对上述要求,各国目前主要的技术路线是改进现有的Purex更好衔接,这就是所谓"后处理-分离"(Reprocessing-Partitioning)方案.
由此可见,对传统的水法Purex流程的改进仍然是目前各国对压水堆乏燃料后处理研究的主要方向.
国际先进核能系统研究(如INPRO项目和GIF项目)均肯定了快堆增殖燃料的必要性,而增殖快堆需要由压水堆乏燃料后处理产生的分离Pu为其装料.
所以,既然承认发展增殖快堆对核能的可持续发展是必需的,则就没有必要回避Pu的增殖和Pu的分离,也就没有必要放弃传统的水后处理Purex流程而改用Urex+流程.
事实上,法国、英国、俄罗斯、日本、印度和中国等均在积极开展基于Purex流程的先进后处理流程研究.
相信各国不会轻易改变已开展多年的后处理研究开发技术路线.
尤其是印度,已在后处理技术的自主研究开发方面已取得了举世瞩目的成就.
2005年6月,印度在世界上首次完成了采用Purex流程的快堆乏燃料(燃耗100GWd/kg)后处理实验.
相信印度独立自主研究开发后处理技术的决心和能力是不会受制于人的.
所以,如果美国为了焚烧Pu和MA而决定采用Urex+流程,则是基于美国的国情制定的特殊的后处理技术路线,但这一技术路线不应强加于他国.
别的国家有权结合自己的国情,从核能可持续发展需要出发,继续改进和发展Purex流程.
当然,从后处理分离产品与MOX燃料制造相衔接和降低后处理成本的角度看,不追求纯净Pu产品而获得U-Pu混合产品的做法是可取的.
6.
3GNEP倡议的燃料供应体系问题GNEP计划建议建立一个可靠的国际核燃料供应服务体系,它将全世界的核电国家分为两类:一类是燃料供应国(或燃料循环国),它们既可运行核电站,也可进行燃料循环;另一类是燃料使用国,它们只运行核电站而不能进行燃料循环活动.
为此美国将牵头成立一个由拥有先进核技术的燃料供应国组成的国际财团,向燃料使用国提供费用合理的核燃料租赁服务,并将乏燃料返回燃料供应国进行再循环处理.
美国提出的燃料供应国,除了5个核武器国家,还将包括一些美国认为的"好伙伴",如已掌握了敏感技术的日本和德国以及有国际核燃料供应方面信誉良好的加拿大和澳大利亚等.
与GNEP不同,IAEA的MNA倡议没有将世界核电国家区分为"拥有"和"不拥有"燃料循环技术的两大类,IAEA倡议的燃料库并不限制任何人.
俄罗斯的GNPI倡议也欢迎所有有兴趣的国家参加核燃料循环国际中心,连伊朗也可以参加.
相比之下,不少国家认为GNEP是一个"不平等"或"歧视性"的倡议.
例如,韩国为了保证其能源安全也在核燃料循环方面开展了大量的研究开发,不愿意被列入燃料使用国,故于2006年3月中旬派了一个代表团赴美磋商.
美方表示考虑欠周,说韩国似应属于介于供应国和使用国之间的第三类国家.
但韩国专家透露,韩国希望成为燃料供应国的一员.
所以,韩国没有在《原则声明》上签字.
采用双重标准是美国处理国际事务方面的一贯做法,GNEP也不例外.
众所周知,澳洲的铀矿资源十分丰富,全世界低价位铀矿床的40%在澳洲,澳大利亚目前的核工业仅限于铀矿开采和出口"黄饼".
面对全球核能良好的发展前景,澳大利亚希望在国内建立从"黄饼"到燃料棒的核工业生产体系,以提高铀产品的附加值.
为此,需要在澳大利亚建设一座铀浓缩厂.
2006年6月,澳大利亚总理霍华德在访问美国时向布什总统提出了澳大利亚希望建设铀浓缩厂时,得到了布什总统的支持.
布什还建议,核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200812·综述·澳大利亚和加拿大作为世界最主要的天然铀出口国,参加美国倡议的GNEP,组建一个卡特尔(国际商业联合体),进行铀浓缩和燃料制造,并将燃料棒"租赁"给核电使用国,并返回乏燃料.
必须指出,铀浓缩是国际上极为敏感的核技术,为了防止伊朗掌握生产高浓铀的技术,美国竭力反对伊朗以发展核能的名义进行铀浓缩的研究开发.
美国在反对自己的敌人伊朗高铀浓缩的同时,却又鼓励自己的盟友高铀浓缩.
显然,伊朗人绝对不会接受美国的这种双重标准.
美国一贯采用的双重标准,打破了国际上普遍公认的游戏规则,违背了国际事务中应共同遵循的普适准则,从而无助于在新的形势下建立新的国际秩序,而只会使国际关系更加复杂化.
还有一个值得探讨的是关于国际核燃料循环生产中心的运行机制问题.
如前所述,IAEA的MNA倡议是在现有的核燃料国际商业市场机制的基础上,逐步形成核燃料循环多国合作中心,这些中心将纳入IAEA的框架,接受IAEA的领导.
对于诸如后备燃料库的管理,IAAE将作为担保机构.
俄罗斯的GNPI倡议也强调,国际核燃料循环服务中心是在IAEA控制下的国际网络设施,提供包括铀浓缩和后处理在内的核燃料循环服务.
美国提出的GNEP倡议中,一开始只字未提IAEA在燃料供应国集团或核燃料循环国际商业联合体中的作用.
我们认为,涉及全球范围的核能合作问题,纳入IAEA的框架是顺理成章的.
当然,在国际燃料服务中心中,美国、俄罗斯等国无疑可以扮演更重要的角色,但如果离开IAEA的领导或监督,这种国际中心是否具有足够的权威性和可操作性令人质疑.
7对MNA、GNPI和GNEP初步评估7.
1民用核燃料循环的国际化可能是今后发展趋势纵观世界能源供需形势的发展,世界油、气的价格持续走高和油、气资源渐趋枯竭的前景,使得越来越多的国家将核能视作确保其长期能源安全的重要替代能源.
随着核能在世界范围内的扩大发展,今后核能的开发与部署将比以往更加具有国际性,国际合作将越来越重要.
同时,扩大核能发展与强化核不扩散机制之间的关联也愈加重要,尤其是在确保相关国家获取核燃料循环的产品和服务的同时防止敏感核技术的扩散.
防止核扩散不可能是某个国家的行为,必须依靠世界各国的通力合作.
打破各国自成封闭体系的格局,建立新的国际核能生产与利用体系,形成新的在IAEA的控制之下的保障监督机制,有可能是今后世界核能发展的趋势.
近年来的一些国际合作倡议,包括GIF、INPRO、MNA、GNPI和GNEP,正是这一发展趋势的体现.
GIF和INPRO主要是在研究开发新型核能体系的技术方面开展国际合作,MNA、GNPI和GNEP倡议则除了技术层面的问题之外,更加注重于发展一种保证核燃料循环产品与服务供应系统的国际性框架,以帮助世界各国扩大核能的和平利用,并限制敏感核技术的扩散,从而强化国际核不扩散机制.
民用核燃料循环中的铀浓缩和后处理技术,既是成本很高又是极其敏感的技术.
所以,在理想情况下,燃料循环的经济性和防扩散性均不希望所有国家都建立燃料循环体系,而应通过若干国际燃料循环中心,保证世界各国的燃料供应和服务.
从长远看,我国作为一个负责任的核能发展规模很大的国家,应当有参与民用核燃料循环国际合作相关国际事务的思想准备.
7.
2IAEA的MNA框架较难顺利推进IAEA作为联合国的机构,理应在国际核能发展领域的相关事务起到领导作用.
但是,迄今由IAEA主导的核能发展及防扩散工作主要局限在核保障监督方面,从2003年总干事重新提出MNA框架以来,MNA的推进似乎并不核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200813·综述·很顺利.
控制了国际铀浓缩市场的工业界认为,目前的国际铀浓缩运行良好,有史以来从未发生过供应中断事件.
IAEA作用局限在核材料的保障监督以及为低浓铀供应提供最后一级(三级)的后备保证.
更主要的是,美国和俄罗斯这两个核大国对IAEA提出的MNA倡议似乎没有作出积极响应和支持,相反,俄、美两国另搞一套,先后在2006年初推出了GNPI和GNEP倡议.
出席2007年国际安全会议(2007年10月21~23日,新加坡)的一位俄罗斯代表甚至嘲笑MNA迄今为止只是"一纸空文"而已.
在美、俄两个核大国反应如此冷淡的情况下,预计IAEA提出的MNA难以获得顺利推进.
例如,既然俄罗斯已经建立了国际铀浓缩中心,IAEA想再建立由它领导的国际铀浓缩中心,恐怕难度就更大了.
由于我国核燃料循环前段的生产能力与我国核电的需求基本匹配,且还在进一步扩大,以满足我国核电增长的需求.
所以,预计IAEA提出的低浓铀三级安排方案对我国不会构成较大影响.
当然,我们应尊重和维护IAEA的权威性,积极参与由IAEA领导的核燃料循环多边方案所涉及的相关活动,并逐步提升我国在该领域的国际影响力.
一旦MNA框架的工作内容深入到核燃料循环后段,我国将需要更多地卷入相关问题的国际研讨.
7.
3GNEP和GNPI反映出美、俄争夺核燃料循环多边安排主导权的角力俄罗斯抢在美国发布GNEP倡议之前发布GNPI倡议,显示了俄罗斯在核燃料循环技术方面的实力,尤其是在铀浓缩技术和能力方面均具有明显优势.
显然,俄罗斯并不甘心随GNEP而起舞,决心自己搞一套与之竞争.
尽管美国为推动GNEP所投入的力量和在国际上造的声势很大,美国动员了30多个国家参加2007年9月16日的GNEP《原则声明》发布会,但国际上迄今只是就GNEP所涉及的一些原则问题进行了讨论,实质性的成果很少.
俄罗斯却利用其在铀浓缩方面的优势,抢先推出了世界上第一个国际铀浓缩中心.
可以说,俄罗斯在其与美国争夺核燃料循环国际化方面略胜一筹.
美、俄两国在核能领域的角力也反映在对新型核能系统的研究开发方面.
2000年1月,美国启动了由它领导的"第4代核能系统国际论坛(GIF)",其成员国不包括俄罗斯;2000年9月,IAEA启动了实际上由俄罗斯积极倡导、策划并推动的创新型核反应堆和核燃料循环国际合作项目(INPRO),该项目一开始的成员国中不包括美国.
与GNPI和GNEP在同一年内出台一样,GIF和INPRO也在同一年内出台,这显然不是时间上的巧合,而是折射出美、俄两国试图争夺在新一代核能系统的研究开发方面的全球领导地位.
2006年4月在维也纳举行的INPRO特别会议上,美国代表建议INPRO项目的相关研究开发内容不要与其它国际合作开发项目"重叠",俄罗斯代表则反唇相讥道:"一种矿泉水,有人喝了,难道别人就不能再喝了吗"美、俄两国的明争暗斗可从美俄代表的颇情绪化的"较劲"中略见一斑.
(编者注:本文原文列有24篇参考文献,现因篇幅有限,故略去.
)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200814·综述·便携式高能质子发生器制备PET同位素的最新进展金立云,张兴治,赵贵植,李金海(中国原子能科学研究院,北京102413)摘要:文章在介绍惯性静电约束(IEC)装置基本原理及特点的基础上,重点介绍新世纪以来,该类装置在引发D-3He聚变及制备正电子断层扫描(PET)同位素方面取得的最新进展,以资作为我国近期开发核技术应用产业,远期开发第2,3代聚变核能的参考.
关键词:惯性静电约束(IEC);D-3He聚变;质子;正电子断层扫描(PET);放射性同位素1引言从上世纪70年代计算机X光断层扫描技术(CT)诞生以来,计算机医学图像技术已随着计算机技术的迅猛发展而广泛应用于现代医学研究及临床领域,涌现出了诸如核磁共振图像技术(MRI),计算机单探头光子断层扫描技术(SPECT),以及正电子断层扫描技术(PET)等.
这些功能各异的计算机医学图像处理技术可分为结构图像技术和功能图像技术两大类.
结构图像技术主要用于获取人体器官解剖结构图像.
借助此类结构透视图像,不经解剖检查,医生就可以诊断出人体器官的器质性病变,CT及MRI便属于此类结构图像技术.
然而在人体器官发生早期病变,但器官外形结构仍表现为正常时,器官的某些生理功能,如新陈代谢等,却已开始发生异常变化.
此时采用结构图像技术做结构解剖性检查,便无法及时诊断出病变的器官,而需借助基于SPECT及PET的功能图像技术.
功能图像技术能够检测到人体器官的生化活动情况,并将其以功能图像的方式呈现出来.
这大大有助于快速准确地诊断各类疾病,有助于生物医学及药理研究.
所有这些功能图像的产生均得益于计算机技术的应用.
PET是目前世界上最为先进的医学图像设备.
基于PET以及由此产生的功能图像给现代医学带来了一场革命.
PET的工作原理是,利用18F、15O、13N、11C等同位素衰变时产生的正电子与人体器官内负电子产生湮没效应.
通过向人体注射带有正电子同位素标记化合物,采用符合探测方法,探测质湮效应所产生的于相反方向发射的511keV光子对,得到人体器官内同位素的分布信息,由计算机进行重建组合运算,得到人体器官内标记化合物分布的三维断层图像.
由于人体器官在正常和异常时,对标记化合物的亲和力不同,根据其中标记化合物的分布,就可以对人体进行生理、生化、病理及解剖学方面的研究和诊断.
几十年来,国际上PET同位素的生产主要采用回旋加速器.
虽然该项技术已经十分成熟,但也存在较大局限性,表现在加速器体积大、造价高(每台数百万美元),所以PET研究和服务中心只能设在部分大城市,很难进入农村社区或边远地区.
即使在PET中心服务区,由于PET同位素的制备、运输、直至临床应用,都需要花一定时间,这就使可应用于临床的PET同位素品种,基本上局限于18F(t1/2=110m),而很难使用寿命更短,病人所受剩余放射性剂量更少的其他同位素,包括11C(t1/2=20m)、13N(t1/2=10m)、15O(t1/2=2m)等.
基于这种情况,美国威斯康星大学核聚变所,从上世纪末开始,一直利用该所核聚变技术方面的优势,在致力于开发第2和第3代聚变核能的同时,大力开发造价在10万美元左右的便携式高能质子发生器,用以制备核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200815·综述·PET同位素,并且取得了突破性进展.
该所采用同心网格IEC装置,使D-3He产生稳态聚变反应、反应率已从初期的6*103p/s提高到2002年的3*108p/s,同时利用所产生的质子(14.
7MeV),开展制备PET同位素的原理性实验,取得了示踪量的94mTc和13N,实验结果表明,方法原理完全可行.
目前正在设法提高质子产额,以便为便携式质子发生器制备PET同位素的商业化做准备.
本文在介绍惯性静电约束(IEC)装置基本原理及特点的基础上,重点介绍新世纪以来,该类装置在引发D-3He聚变及制备PET同位素方面取得的最新进展,供我国近期开发核技术应用产业,远期开发第2和第3代聚变核能参考.
2美国UWIEC装置的工作原理及基本特点2.
1美国UWIEC装置的基本结构与组成美国UWIEC装置的基本结构如图1~2所示.
圆筒形铝真空室高75cm,直径100cm,用真空泵系统维持真空度为10-7乇范围.
10cm直径的球形网格系用W-Re丝制成,附在氮化硼绝缘柱上构成阴极.
其允许高压操作范围为-50~-200kV.
阳极为直径50cm的同心网格,由不锈钢丝制成,阳极接地.
网格结构保证离子在电极之间可以较自由穿越,最大操作电压-电流为200kV-75mA,在操作过程中,真空度一般保持在2毫乇,在阳极周围,安装了3根灯丝(偏压0~199V),使发射电子用以电离背景气产生离子,离子在网格电场中被不断加速,随后在与背景气作用过程中产生大量电荷交换离子.
所有离子和电荷交换离子被进一步加速,会聚于网格核芯区,或在核芯区回转数次后引发聚变反应.
研究表明:当电压为-50~-180kV时,离子具有较大的反应截面,其聚变反应模式有4种:束-束反应、束-气反应、束-靶反应和快-气反应.
束-束反应是指两个被加速的离子直接碰撞产生的聚变.
束-气反应是指被加速的离子与背景气体碰撞发生聚变反应.
束-靶反应是指被加速的离子轰击到阴极上,与之前沉积在阴极上的离子碰撞产生聚变反应.
快-气反应是指被图1UWIEC装置结构示意图核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200816·综述·图2UWIEC装置球形网格几何结构加速的离子与背景气体发生电荷交换而变成快速运动的中性原子,中性原子与背景气体碰撞发生聚变反应,在数毫乇的压力下,离子一般先进行电荷交换,然后再聚变.
这4种聚变反应模式可以形成3种反应机制,即会聚机制、弥漫机制和包埋机制.
会聚机制源自束-束反应和束-气反应;弥漫机制源自快-气反应,由于快中性原子可在真空室内任一点聚变,导致弥漫机制;包埋机制源于束-靶反应.
D-D反应以弥漫机制(70%)为主,会聚机制(22%)为辅;D-3He反应以包埋机制(95%)为主.
真空室周围安装气流控制器和多种分析测试仪表:(1)剩余气体分析器(RGA),用以测定真空室中气体含量和组成;(2)硅质子探测器-多道分析器(Canberra公司),探测器面积1200mm2,可以同时探测D-D反应产生的3.
0MeV质子和D-3He反应产生的14.
7MeV质子;(3)氦中子探测器,用以探测聚变反应中产生的中子;(4)高温温度计,用以监测不同反应阶段阴极表面的温度(700~1800°C).
2.
2IEC装置的主要特点以同心网格组成的IEC装置具有一系列固有的优点:非马克斯韦(Non-Maxwellion)离子能量分布.
离子在电极间被加速到达网格中心时,具有几乎相同的动能,所形成的等离子体为非马克思韦分布.
该能量分布和束-束反应方式,以及没有磁场导致的同步辐射,使得IEC特别适合于D-3He新一代燃料核聚变;反应率与离子流呈非线性关系.
计算研究表明,电势阱的形成和离子约束时间是离子密度的函数.
由于离子密度取决于约束时间,所以聚变反应率与离子流呈非线关系是完全可能的.
聚变反应率与离子流平方或立方成正比将产生高反应功率密度,大大提高反应器效率;等离子体靶聚变.
由于大多数聚变反应处在阴极网格及其周围区域,当今使用的大多数核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200817·综述·IEC装置中的大多数聚变反应是束-气反应,亦即等离子体中快速移动的离子和中性背景气体反应.
由于不存在固体靶影响等离子体相互作用,因此也就没有给约束等离子密度和反应率设定上限,这是一个很大的优点;非点火等离子体.
大多数IEC概念利用直接能量转换机制,其中高能聚变产物允许逃逸电位阱,在外部高电位电场慢化,这种结构无需等离子体点火就可直接进行聚变反应.
如果是需要等离子体点火的聚变反应,就需要把约束聚变反应产物保留在等离子体内,以使等离子体保持聚变反应的温度.
因此,IEC在反应器体积较常规反应器小时,即可达到"盈亏平衡"(break-even);体积小,结构紧凑,造价低.
由于IEC装置无需磁场,因此消除了笨重的大磁铁,加之,装置小巧紧凑,因而移动方便,造价低.
3IEC制备PET同位素的最新进展3.
1IEC制备PET同位素的基本原理由PET特有的瞬时生理过程成像功能,以及低本底,高分辨率探测能力,使PET在各种癌症、冠心病、阿滋海默(Alzheimer'sdisease)脑智障,以及肺和肾功能诊断中成为独树一帜的诊断技术.
加之美国医疗保险机构自1998年起,对某些PET诊断实施医疗保险覆盖,所以PET临床应用迅猛增加,截至2000年统计,全世界已有180个PET医疗服务中心,其中美国就有80个,每年使用放射性同位素的病例达3000万.
但是,由于PET同位素生产几乎全部依赖加速器,以及PET同位素品种80%以上只能使用18F,使PET技术的发展和应用存在很大的局限性.
鉴于此,美国威斯康星大学核聚变所自1986年确证月球月壤中积存了数百万吨3He以后,在大力开发第2,3代聚变核能的同时,于1998年起就大力开发便携式质子发生器,用以制备PET同位素.
该方法的基本原理是:采用简便,但较易达到较高能量的同心网格IEC装置,使D和3He发生聚变反应,反应式如(1~2)式所示:D+3He→p(14.
7MeV)+4He(3.
7MeV)(1)D+D→0n(2.
5MeV)+3He(0.
8MeV)(50%)(2)→p(3MeV)+3H(1MeV)(50%)(3)由于D-3He反应中产生14.
7MeV的高能质子,它正适合于制备一系列常用PET同位素图3用10MeV以上质子从18O制备18F的核反应截面核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200818·综述·(表1).
其生成截面如图3~6所示.
表1用高能质子可制备的PET同位素母体同位素生成反应PET同位素半衰期/m18O(p,n)18F11094Mo(p,n)94mTc5214N(p,α)11C2016O(p,α)13N1013C(p,n)13N1015N(p,n)15O23.
2IEC制备PET同位素的探索实验3.
2.
1制备94mTc同位素的原理性实验由于大部分D-3He反应发生在阴极表面之下,设想在该区域应有最强的质子流.
因此,靠近阴极表面将是制备同位素的理想位置.
为了证实这一设想,加工了一个固体球状阴极,用以取代W-Re网格.
有效地将IEC改变成束-靶装置,驱使离子在阴极表面产生包埋反应,质子在阴极表面各向同性地产生,所以大约有一半质子进入靶中活化靶元素,反应机制如图7所示.
选择Mo作为初次实验的靶材,是因为Mo的熔点高,可以经受IEC中聚变反应产生的巨大能量,而且与W类似,氢在Mo中具有很高的扩散性.
天然Mo中含有10%94Mo,对用(p,n)反应制备94mTc具有较大反应截面(图8),94mTc已在某些场合用于核医学研究,它发射正电子,半衰期为52m,由于反应截面大,半衰期短,预期可以在原理性探索实验中产生较大量的放射性.
固体Mo靶形状示于图9,它被安装于真空室中取代内网格,在操作过程中,Mo靶被加热图4用10MeV以上质子从14N制备11C的核反应截面核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200819·综述·图5用10MeV以上质子从16O制备13N的核反应截面图6用10MeV以上质子从15N制备15O的核反应截面核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200820·综述·图7固体靶活化反应机制图894Mo(p,n)94mTc反应截面核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200821·综述·至约1200°C.
在D-3He实验中,D和3He气体同时进入真空室中.
高压从40kV逐步升至110kV,电流和气压分别保持在恒定的30mA和2毫乇,在110kV电压下保持15分钟,平均而言,在20分钟的时间里,阴极表面产生约5*106p/s的质子流强,然后关机,打开真空盒,将Mo靶置于NaI探测器中计数,测量40分钟,扣除本底图9固体Mo靶形状图1094mTc能谱证明核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200822·综述·图11SS-M1型水容器设备图1213N同位素制备系统剖面图核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200823·综述·图13第1次实验中13N放射性计数图14第2次实验中13N放射性计数后的能谱示于图10.
显然,50道处的能峰为所预期的正电子湮没产生的511keV光子峰,94mTc在正电子发射后再发射871keVγ射线,从激发态返回基态.
经效率校正后,测得94mTc总放射性活度约1nCi(37Bq/s),这是国际上首次用IEC装置产生同位素.
实验结果表明,在阴极表面产生的D-3He反应,可以成功地在该区域制备同位素,IEC制备94mTc的原理性实验是成功的.
下一步的工作是改进设计,使其可以用商业化的方法生产和回收同位素.
3.
2.
2制备13N同位素的原理性实验选择13N作为制备原理实验的理由是:(1)目前13N是冠心病的一种最佳诊断试剂;(2)13N半衰期短(t1/2=10m),目前尚无一种较好的商用制备方法;(3)目前医疗保险机构已对13N的PET诊断实施医疗保险覆盖,使13N的使用量大幅度增加;(4)D-3He反应产生的质子能量,与16O(p,α)13N的反应截面很相匹配.
经过一系列预先实验,选择13N制备容器核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200824·综述·(水靶)及操作程序如下:采用壁厚为125μm的304不锈钢管,加工成如图11所示的容器(60cm*60cm)(SS-M1),将其安装于IEC装置中.
容器中注入1.
6L18M-cm去离子水,水中加入10mM乙醇,使生成的13N迅速形成13NH3+离子.
图12为13N制备系统,离子交换柱中填充约25gDOWEX50*8(100~200目)阳离子交换树脂.
使用前先用100mL0.
1MNaOH溶液淋洗,用Na+取代SO3-上的H+,以便更有效地分离所生成的13NH3+.
开机后,将电压-电流调节至约140kV-30mA,真空室压力为1.
4毫乇,同时调节水泵至流速为每分钟约1L,D-3He聚变反应产生的质子照射水靶,经由16O(p,α)13N反应生成13N.
照射结束后,通过离子交换柱吸附,取出离子交换柱,置于NaI探测器中进行测量,先后进行的2次实验结果如图13,14所示.
将第1次实验的数据进行拟合,所得衰变常数λ为9.
141*10-4s-1,与13N的λ真值相差21%.
再将第2次实验的数据进行拟合,所得衰变常数λ为1.
144*10-3s-1,与13N的λ真值相差仅1.
3%.
结果表明:IEC制备13N的原理性实验是成功的.
下一步的研究工作是改进IEC装置设计,向13N制备的商业化目标迈进.
图15为威斯康星大学最近投入运行的便携式IEC装置,采用双壁水冷不锈钢结构,备有专用离子注入枪,能引发D-3He稳态聚变产生14.
7MeV质子流.
图15威斯康星大学新投运的便携式IEC装置核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200825·综述·4IEC装置制备PET同位素的商业化前景与面临的挑战从1998年起,威斯康星大学核聚变所的科学家,用了短短5年时间,在国际上率先利用IEC装置实现了D-3He稳态聚变,使质子的产生率提高了4个数量级,达到3.
5*108p/s,并随之开展了用所产生质子制备PET同位素的探索实验,制得纳居级的94mTc和13N,原理性实验取得圆满成功.
由于IEC装置具有固有的小巧、紧凑、易于搬运、造价低廉等优点,特别适合于制备小剂量短寿命PET同位素,可以弥补大型加速器制备PET同位素的不足之处.
加之,美国医疗保险机构目前已对多种PET诊断实施医疗保险覆盖.
所有这一切都为"便携式高能质子发生器制备PET同位素"展现了美好的商业化前景.
但是,要把商业化前景变成现实,据估算(表2),还需要在现有IEC装置的基础上,把D-3He的反应率提高约4个数量级,即质子流从现在的3.
5*108p/s提高到1μA=6*1012p/s,以资把厚靶中PET同位素的产额提高到单次剂量为0.
1~1mCi(3.
7*107Bq/s).
而且整个制备程序都要满足临床应用的要求.
这显然不是一件轻而易举的事情.
但是威斯康星大学核聚变所的科学家们,已经拟订了未来几年的研制计划,以期把商业化的前景变成活生生的现实.
他们的计划大致有下列几个方面:(1)增加阴极电压.
从目前的最高140kV提高至180kV或更高,用以提高D-3He反应率;(2)增加质子流强度100~1000倍.
正在研究采用3He离子枪,通过表2PET同位素在厚靶上的估算产额PET同位素半衰期/m生成反应产额/mCi/A13F11018O(p,n)12094mTc5294Mo(p,n)待定11C2014N(p,α)8013N1016O(p,α)7(水)13N1013C(p,n)133(固体C):11MeV质子,饱和产额注入3He+或3He++来实现.
因为在IEC装置中有可能实现离子流强度与反应截面之间平方或立方关系;(3)提高阴极和阳极绝缘柱性能,以确保辐照期间质子流稳定;(4)改进靶结构设计,提高辐照效率和同位素的回收利用效率.
现在威斯康星大学核聚变所的科学家们,正满怀信心地为实现"便携式高能质子发生器制备PET同位素"商业化目标进行攻关,预祝他们取得成功,为人类健康事业做出积极贡献.
5结论与建议美国威斯康星大学核聚变所采用简便的IEC装置,引发D-3He聚变反应,产生14.
7MeV质子.
然后利用所产生的质子,制备短寿命PET同位素(18F、94mTc、11C、13N、15O),取得了突破性进展.
对94mTc、13N制备的原理性实验已经圆满成功,正在向商业化目标迈进,该项目具有很好的商业化前景.
我国地域辽阔,人口众多,现在正在普及社区医疗保健制度,"便携式高能质子发生器制备PET同位素"具有很大的市场潜力.
我院已于1995年在国内首先开发成功加速器生产PET同位素产业,积累了丰富的开发经验,所以在我院开展"便携式高能质子发生器制备PET同位素"研发具有得天独厚的有利条件和专业技术优势.
为此建议我院核技术所和同位素所合作,尽快组织精干技术力量,申请立项,进行开发研究.
在认真消化吸收国外经验的基础上自主创新,攻克关键技术,又好又快地完成此项开发研究,开发出具有自主知识产权的"便携式高能质子发生器制备PET同位素"高新技术,为民造福.
值得一提的是此项开发研究,还可为国际上正在大力进行的第2代(D-3He)和第3代(3He-3He)聚变核能开发积累经验,为最终解决人类面临的能源和环境危机做出积极贡献.
(编者注:本文原稿列有10篇参考文献,现因篇幅有限,故略去.
)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200826·综述·惯性静电约束核聚变研究现状吉川洁等摘要:上世纪50年代提出的惯性静电约束核聚变(IECF)概念,今天已达到能应用于对地雷的探测阶段.
可是,虽然其原理、构造极其简单,但仍然还有很多必须解决的课题.
文章对IECF研究的现状从理论、实验和应用方面进行介绍.
1前言(吉川洁)惯性静电约束(IEC:Inertial-Electros-taticConfinement)核聚变(IECF:IECFu-sion)的概念如图1(译文略)所示,是由极小型而简单的装置组成.
即,在兼阳极的直径数10cm的真空容器(接地电位)内部,配置由外加高负电位(-50~-100kV)的高熔点金属(钨、钼、钽等)构成的中空状阴极,一导入气体氘(D),在电极之间就发生辉光放电,产生大量的离子与电子.
产生的离子被中空电极加速,大部分离子穿过阴极聚束在中心部,正面碰撞发生核聚变反应.
特别是与把像D-D电子管(tube)那样被加速的氘离子射入(轰击)填充氘的钛靶的场合相比,能得到同样的核聚变反应截面,而且IECF在理想场合所需要的能量只是它的1/4.
可是,在极简单装置能获得核聚变产生中子与质子的反面,只要采用辉光放电产生离子的方法,就受电压-气压的制约,所以现在大部IECF装置中离子与残留气体碰撞的核聚变反应占优势,这便成为大幅度增加中子产生率的大障碍.
对于这个问题的解决,集中精力地在进行采用外部离子源产生离子与射入的研究.
IECF的概念,追溯到上世纪50年代,找到2位研究者.
其中一位是仅受过8年教育,但后来勤奋自学、退伍后在哈尔科夫物理技术研究所(KharkovInstituteofPhysicsandTechnology)主导核聚变研究、称为苏维埃核聚变研究之父(FatherofSovietFusionRe-search)的OlgAleksandrovichLavrentyev(照片1,译文略);另一位是15岁时提出TV概念、称为美国TV之父(FatherofUSTV)的PhiloTaylorFransworth(照2,译文略).
后来,在ITT(InternationalTelephoneandTelegraph)与Fransworth一起进行研究、美国伊利诺斯大学毕业、后来任美国核聚变研究计划负责人的RobertL.
Hrisch(照片3,译文略),于1967年首次根据该概念用DT聚变实验成功地产生了109n/s的聚变中子.
此后,这便成为了美国IECF研究盛行的经纬.
参看由日本大西正视于10年前写的关于IECF的解说,他在此解说中对今后的研究课题列出了以下几项:(1)静电势的直接测量;(2)中子产生率对离子电流的依赖关系;(3)最佳电极形状、工作条件的探索(作为理论课题);(4)电位分布的不均匀(失真)对由于中性气体存在的静电势分布的影响;(5)不稳定性激发与对IEC工作的影响;(6)静电势振动(作为装置的问题);(7)阴极高热通量的去除;(8)低发射率的外部离子源开发;(9)能源直接转换的研究.
本文在日本大西正视的IECF解说发表10年后的今天,对IECF的研究现状,就上述研究课题中的几项(包括应用)进行介绍.
2惯性静电约束核聚变理论研究2.
1静电势与核聚变反应率(大西正视)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200827·综述·惯性静电约束核聚变是把氘或氚离子聚束在球形中心发生聚变反应,在球中心附近,形成离子势的最高峰.
另一方面,碰撞阴极的离子释放次级电子,中和离子中心部的电荷.
由于离子与电子的能量和角动量的不同,这种中和不同样发生,可以设想,在球中心附近具有静电势结构.
该静电势结构由于依赖于离子的能量,所以可以认为对在球中心附近产生的离子互相间的核聚变反应率给予影响.
本节中介绍用理论解析给出势结构与核聚变反应率的解析结果,利用粒子模拟的静电势的动态行为与核聚变反应率对离子电流的依赖关系.
2.
1.
1静电势结构的解析模型在碰撞少的系统中,离子、电子的符拉索夫方程式的解可以由运动的常数函数给出,在具有球对称性的系统中,总能量:)(sss21s2rVqmφε+=(1)和角运量的二次方:22)(sssrmlV*=(2)是保存量.
式中:sm,sq和sV分别为离子和电子(s=i和e)的质量、电荷和速度.
在此,离子在阳极近旁产生,被阴极加速,电子设定为次级电子.
为了简单,离子作为有单一能量,电子碰撞率高,设定以下分布函数.
对于离子:)22001()(iiiiillHcf=εεδ(3)对于电子:=222oeeeeeexpexpllkTcfε(4)式中:00,iliε和oel是在阴极的值;C1和C2是常数.
δ和H分别是δ函数和E电离层的阶梯函数.
在半径r中的粒子密度由下式求得:),(),(2232ssrsssss20-lrmlfdldnVssεεεπ∫∫=∞∞∞(5)上式中:2222sssss2ssr)(),(rmlqmlV=φεε(6)进行积分,由位置r和静电势φ(r)的函数求得离子和电子的密度.
由于在球中心附近等离子体密度比较高,解泊松方程困难,所以在此利用等离子体近似,即通过),(),(eφφrnrin=求)(rφ.
静电势空间分布的计算结果如图2(译文略)所示.
在此,i0eo/rr是从电子·离子的球中心的最邻近半径的比,10/00rri=(0r:阴极半径).
再者,kTe=10keV,0ε=35keV.
任何场合,中心部都显示凹下的双重阱结构,电子的最邻近半径越小,阱的深度就越深.
与图2同样条件的离子密度分布如图3(译文略)所示.
电子的最邻近距离越短,中心部的密度就越高,能期待中子产生率的增加.
另一方面,对于氘等离子体,中子产生率由下式给出.
)()(2123irrrndNVnDD,∫=σ(7)式中:)(rVnDD,σ是由D-D反应产生中子的平均核聚变反应率.
图4(译文略)所示的是,电子最邻近距离对于离子最邻近距离的中子生成率的依赖关系.
密度增加,但由于产生核聚变反应的范围减小,所以用增大密度几乎不能期待中子的增多.
这可以设想是由于最邻近距离越小,发生反应的范围也减少的原故.
2.
1.
2静电势的时间行为现对在上一节中为研究双重阱的稳定性、离子电流、阱结构和中子反应率,进行的PIC粒子模拟的结果介绍如下.
计算结果:在球坐标中,荷电粒子的运动方程由下式给出:3222sssssrmlEqdtrdms+=(8)式中:E是电场,满足下式泊松方程式.
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200828·综述·0ei)(122ερρ=Errr(9)式中:iρ和eρ分别为离子和电子的电荷密度.
假设离子有以下的速度分布函数;//0////22()(,)constexp22iiiiiVVVVVmmfTT⊥⊥⊥=*(10)式中:0V,//iT和iT⊥分别是离子平均速度、径向离子温度和方位角方向离子温度(能量扩展).
//iT小时,(10)式给出近似(3)式的分布.
再者,在阴极内侧释放出的电子是次级电子,初速度为0.
图5(译文略)所示的是阴极内部的静电势分布对于阴极离子电流的时间变化.
图中//iT=5keV,iT⊥=200eV,离子平均能量为35kV.
在I0=100mA时,在中心部能看到静电势的峰值(一重阱).
随着离子电流的增加,在其内侧能看到凹面,随着电流增加凹处变深(双重阱形成).
该双重阱不稳定,不能形成稳定的双重阱.
图6(译文略)所示的是,中子产生率对离子电流的依赖关系.
在400mA以下时,中子产生率与电流成正比,但电流一增大,能得到中子产生率按电流的2.
5次方的比例增加.
这可以设想是由于进入双重阱的离子具有从静电势获得能量成为高能量的原故.
再者,本模拟为了缩短计算时间,而把离子与电子的质量比设为100.
照按该假设,可以设想势阱变动的时间常数比实际缓慢,但可认为对双重阱结构的生成本身没有影响.
一连串的模拟显示出,离子束的聚束和能量分散小,但对双重阱的生成和中子产生率的高电流依赖性是重要的.
2.
2离子束模拟(大泽穗高)2.
2.
1三维有限差分粒子模拟在IECF装置中,使用如图7(译文略)那样的中空状阴极.
该阴极是把多个(图7中是使了6个)大约直径6~12cm、厚0.
3mm、宽5mm的环对称组合进行使用.
在阴极附近,形成接近球对称的势,而且对于离子的入射方向假设面积最小,提高穿透率.
再者,在该阴极上外加电压,为了保持固定,连接引线(feedthrough).
由于该复杂形状的阴极与引线形成的电场大致是球对称,但考虑到内部结构,计算等电位面,如图8(译文略)那样,在阴极环附近与连线周边发生分布不均匀,知道了三难计算的必要性.
用以下方法进行考虑了这样的立体结构的电场分布不均匀,及其影响的空间放电的数值分析.
首先,用约600万个1mm的立方差分网格(mesh)设定计算空间,这时模拟的阴极形状如图7中的左图(译文略)那样.
在该空间,用三维有限差分法求电场.
其次,设定该电场内的种粒子,跟随粒子增加的过程进行粒子模拟.
在计算中,把氘离子(+++32D,D,D)、高速中性粒子(020D,D)与电子作为跟踪对象粒子.
在装置内部均匀的配置各离子各自1000个与3000个电子,用三维龙格-库特解法(Runge-Kutta法)进行空间内部粒子的运动计算.
在运动时,如果与实际尺寸结构物碰撞,该粒子便消失,在次级电子产生的时候,重新产生.
再者,利用近20种的原子过程与电荷交换反应、弹性碰撞,使用蒙特卡洛法计算反应截面.
另外,粒子跟踪计算用实际的离子·电子质量比进行,计算的时间最少是10-12s.
而且,作为计算方面的办法,在高速中性粒子失去能量低速化的场合,完成中性粒子的跟踪.
2.
2.
2模拟结果在该装置中,如图9的左图(译文略)那样,所谓星形方式的独特放电在特定的条件下(1.
5Pa,20kV)发生.
从水平方向阴极间隙来的光辐(spoke)能向阴极伸展.
在与此同样条件下进行模拟的是图9中的右图(译文略).
电子与中性气体碰撞,发生电离的场所用三维空间上核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200829·综述·的白点表示.
由实验照相明确了同样集中在从阴极间隙到阳极的特定场所.
再者,在阴极表面各处(黑三角)设置离子源时的入射离子束轨道(黑线)如图10(译文略)所示.
由该轨道计算,如果在从水平面±5度左右的位置设置离子源,能长时间、转圈运动离子束,而且,设置多个这样的离子源,束流有效碰撞也是可能的.
用考虑了三维立体结构的粒子模拟,也进行了其他阴极形状的最佳化,提高IECF装置的中子产生效率是可能的.
2.
3电离气体的模拟(山本靖)2.
3.
1包含原子分子过程的粒子模拟放电型IECF装置的工作气压比较高,为~1Pa,由于离子·电子与气体的原子分子过程的粒子的生成、消失、能量授受给予粒子数和能量分布很大影响.
该小组在原子分子过程的记述中,用了由加利福尼亚大学的Birdsall等人开发的蒙特卡洛碰撞过程记述法的空间一维速度二维粒子模拟程序.
该程序中,为了再现氘放电,把电子、离子(+++23D,D,D)、中性粒子(D-D2)作为分析对象,考虑表1所示的电离、电荷交换、离解、再电离的17类原子分子过程,加上由各粒子种的弹性散射合计有23类原子分子过程,同时由于考虑电源电路内部阻抗,可以选择稳定电流模型与恒定电压模型.
2.
3.
2计算结果关于京都大学进行的球形IECF装置的放电气压-放电电压特性,模拟与实验结果的比较示于图11(译文略).
计算与实验结果表明,该值有很好的一致性.
知道了放电电压不怎么受放电电流值的影响,仅依赖于气体压力.
再者,气压一变低,电压就急剧上升,该特征相当于帕兴曲线的低气压范围.
为了研究持续放电的结构,由模拟在各气压下供给离子的原子分子过程的数目,求得的结果示于图12(译文略).
由电子的气体电离反应的贡献比例低;由电子·中性粒子的反应,随着气压变高而增加;离子的贡献在气体压力低的时候变多.
再者,有关详细情况,研究有关离子供给的原子过程的空间分布结果的一个例子示于图13(译文略).
在电场强度强的阴极与阳极之间,电子由于迅速被加速到适合电离的能量以上,所以由于电子发生的电离在阴极内部和阳极附近频繁发生,知道了中性粒子的再电离在阴极位置最大.
再者,在阳极近旁电位几乎是平坦的,这可以设想相当于辉光放电的放电弧柱.
在这部分中,生成的离子向中心方向加速.
但是,在气压2.
7Pa、能量4keV中电荷交换的平均自由程为2.
8cm,与电极间距相比较短,所以离子·中性粒子的能量正比于数cm左右的局部电压.
因此,在低能下的中性粒子的再电离反应与能量成正比,所以在能量变大的阴极近旁的再电离反应就多.
2.
3.
3小结利用包含原子分子过程的粒子模拟,来进行IECF装置内部放电过程的模拟,可以说明实验结果.
而且可以解明实验中测量困难的离子、电子的供给过程与各种反应的空间分布.
3IECF实验的现状3.
1球形IECF装置(D-D和D-3He)(增田开,高松辉久)IECF装置如图1和图14(译文略)所示,是在球形阳极(真空容器)内设置同心球状几何学穿透力高的网状球壳阴极的装置,消除电压引入端子对阴极的影响,形成大致球对称的电位分布.
由外部离子源或阴极与阳极间的辉光放电产生的离子由静电场向阴极加速.
这些离子的多数穿过阴极到达中心,一部分离子发生聚变反应.
对聚变反应没有贡献、通过阴极去到真空容器的离子,如图15(译文略)的模式图那样,由于静电场而被减速,再一次去到阴极内再次被加速.
除球形IECF装置以外,圆筒形状的装置方案也考虑了,并进行了下节中介绍的实验.
现在主流的辉光放电型IECF装置中的聚变反应的大部分是束流-残留气体(束-气)碰撞反应,由于球状聚束的离子密度增加没有成为重要要核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200830·综述·素,所以即使在圆筒形IECF装置中,也能得到与球形IECF同等的聚变反应率.
圆筒形IECF中,有轴向聚束型(参看3.
2节)与径向聚束型(参看3.
3节)2种.
前者的优点是无阴极碰撞的离子损失;后者由于是轴向长的装置,有可以产生长轴线状中子的优点.
以前达到的D-D聚变反应率如表2(2007年5月)所示.
现在,实验研究的大部分是放弃辉光放电中的束-气碰撞的方案,目标是能期待飞跃提高聚变反应率的束流-束流(束-束)碰撞的实现.
如果单纯考虑束-气碰撞反应率与离子电流和气体压力、束-束反应率与离子电流的平方成比例,那么如何提高(离子电流)/(气体压力)的比便是关键.
把离子源设置在阳极(真空壁)附近提供离子、降低气体压力的实验研究,由京都大学(KU)、东京工业大学(TIT)和威斯康星大学(UW)进行.
用大电流脉冲工作飞跃增大离子电流的实验研究由TIT、关西大学和UW进行.
遗憾的是到现在为止,全都没有达到明显地观测到束-束碰撞聚变反应,期待着今后的进展.
UW、TIT和KU,也在进行D-3He反应实验.
D-3He反应由于可以产生14.
7MeV的高能质子,所以应用于后述的尖端技术的可能性引人注目.
利用IECF装置进行的D-3He反应,在1999年首次由UW观测到.
UW的装置作为IECF装置,由于可以外加最高180kV的高电压,所以能获得超过D-D反应率的D-3He反应率(>108s-1),成功地观测到了用产生的14.
7MeV质子生成释放正电子的核素(13N).
在KU,2006年观测产生的质子,成功地鉴别了D-3He聚变反应密度的空间分布,得到了令人兴奋的结果.
也就是说,与受束-气碰撞反应支配的D-D反应不同,D-3He反应发生的地方,在数十kV的条件下,明显的集中在负电位的阴极栅格(grid)和电压引入端子的金属表面.
由以前得到的其他实验事实(说明),阴极金属内吸留的是3He,可以设想是D离子与它碰撞,但详细情况还不明确.
同时指出,以前即使在束-气碰撞支配的D-D反应中,束流-吸留原子碰撞反应的贡献可能存在数成(比例).
与D-3He的情况不同,D-D场合获得了显示在阳极的束流-吸留原子碰撞反应的实验结果.
KU在圆筒形装置的阳极上蒸镀钛,增加吸留的氢,显示出中子产生率提高了3倍的实验结果.
另一方面,在阴极蒸镀钛时,没有看到中子产生率的显著提高.
在阳极蒸镀钛,提高中子产生率,KU获得的结果最高,UW的再次试验也确认了这一点.
再者,后面要谈到的,在备有水冷式阳极的球形IECF装置中,观测到由于阳极冷却,中子产生率的提高再现性良好.
这些实验事实强烈暗示,D离子与残留气体分子的电荷交换反应被中性化后到达阳极,它与吸留在阳极的氘原子、分子发生碰撞反应.
为了弄清楚这些情况,期待前面讲到的反应密度分布鉴别法适用于D-D反应测量.
但是,适用于更低能量(3.
03MeV)的D-D反应质子时的S/N比的确保,是今后的课题.
IECF装置的初次应用,即作为中子源应用于探测地雷的研究开发(参看第4章),是由日本科学技术振兴机构管理,由包括日本国内几乎所有IECF研究机构的研究小组进行研究.
IECF中子源本来就具有适于探测地雷的许多优点.
即,构造简单、寿命长、无需维护,由于运行极其容易,所以运行人员不需培训.
而且,与252Cf中子源等不同,不产生探测地雷作业以外的中子束.
再者,不使用放射性物质氚也能稳定地产生大量的中子.
这些特性再加上为把IECF中子源组入室外用的地雷探测系统,由于以下理由,IECF装置小型化是不可缺少的.
第1,由于核聚变反应截面强烈依赖于离子具有的能量(相对速度),所以产生的中子的分布是在能量最大的中心网状阴极附近最高,而且各向同性的产生.
因此,为了使中子产生点靠近被照物体(增大立体角),希望IECF中子源是小型的.
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200831·综述·第2,为了控制整体的重量,在中子源·探测设备复合前部(head)范围占最大重量的中子屏蔽体对于尽可能的轻量化是重要的.
为此,中子源的直径必须要小.
由于该目的,设计、制造了比以前装置(图14,译文略)小一圈的、直径20cm的超小型IECF中子源(图16和图17,译文均略).
为了使用这样的超小型装置可以稳定的长时间大功率放电,做成在直径20cm的阳极(真空容器)的周围配置水冷套管(外壳)的结构,达到了在当初目标107·s-1恒定中子产生率中的极稳定的长时间运行.
冷却能力还有余地,而且通过调整(conditioning)可以期待有更高的中子产生率.
该冷却水结构担负阳极冷却与中子屏蔽材料功能的同时,把各向同性产生的中子向下方聚束的任务.
也就是说,如图17所示,把下方的冷却水层做薄,由上方和横向厚的冷却水层反射的中子聚束在下方.
把252Cf中子源置于真空容器中心的实验中,使用这种冷却水结构,能得到下方中子密度约增加1倍的结果.
在D-D聚变反应的2.
45MeV单色中子方面,由蒙特卡洛模拟也显示出同等程度的聚束效果.
3.
2圆筒形IECF装置(山本靖)由于放电型IECF装置中的核聚变反应的大部分是束-气碰撞反应,所以球状聚束的离子密度的增加没有成为不可缺少的要素.
圆筒形IECF装置是以更简单的形状、阴极冷却性能的提高等为目的,由伊利诺伊大学提出的方案.
京都大学从1996年开始进行实验,主要目的是实验验证:由于工作气体压力降低引起的电荷交换反应的减少;由于平均离子能量增大引起的中子产生率的改善.
3.
2.
1实验装置图18(译文略)所示的是实验装置的概略图.
电极使用安有40mm套筒(sleeve)的杯状阳极、直径50mm和长100mm的圆筒状阴极.
为了降低放电压力,把使用2.
54GHz的微波的ECR等离子体源设置在一方的阳极后方.
从另一方的阳极背面引出中性粒子,用测量其再电离的离子的能量分布评价了装置内部离子能量的推移.
3.
2.
2实验结果与考察辉光放电可以维持放电的最低气体压力是1Pa,但是,由于使用ECR等离子体源,直到0.
05Pa左右范围都能维持IECF装置工作.
图19(译文略)所示的是中子产生率对电流的依赖关系.
由于气压降低,靶的粒子密度可以减少到4成左右.
但是,离子能量增加,中子产生率比辉光放电的场合约增加2成.
再者,降低气压时,放电电流降低.
但作为中子的产生效率,一引入中子产生率除以放电电流得到的值,则可得到在0.
3Pa时该值具有极大值,在0.
1Pa时该值具有极小值的结果.
在再电离离子能量分布测量中,有3种峰值存在,可以认为它们是由于D+(E)、D+(E/2)和低能成分构成的.
利用再电离小室(cell)中电离和离解过程逆运算阳极中中性粒子D2的能量分布变化的结果示于图20(译文略).
清楚了随着工作气压的降低,峰值的粒子数增加.
知道了即使在哪种工作气压条件下,在低能一侧与接近外加电压30keV附近也有具有峰值的分布.
低能成分的峰值对核反应的贡献非常少,我们认为,聚变反应多数是由被加速到外加电压的3/4附近的粒子所引起的.
3.
2.
3小结对聚变反应率来说,圆筒形IECF装置能获得不逊色于球形装置的值.
由于外加ECR等离子体源,即使在1Pa以下范围内,也能稳定工作,明确了中子的产生效率得到改善.
再者,由中性粒子的能量分布测量,确认了由于工作气压降低,真空容器内粒子能量的增加.
3.
3脉冲运行的IECF装置(堀田荣喜等)IECF装置运行的自由度大,不只是直流工作,当然脉冲工作也是可以的.
一般情况,由于电源系统构建容易,所以直流工作用的较多.
但是,脉冲工作有直流工作做不到的优点.
第1,使用中子束的非破坏检查等,要求脉冲中子功率的应用领域不少.
亦即,用脉冲中子进行照射,设定对它响应的适当的时间窗进行测量,这是能核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200832·综述·获得高S/N比的方法.
尤其是,以前的裂变中子源,在原理上把中子产生脉冲化是不可能的,用高速开关(shutter)能够获得拟似的脉冲中子,但控制性差,有大部分中子被浪费的问题.
第2,由于大电流化,能够期待与放电电流平方成比例的束-束反应产生中子.
很遗憾,现在的IECF装置与原来IECF的概念相反,与放电电流1次方成比例的束-气反应占支配地位,不能获得由于脉冲大电流化的效率上的优点.
但是,现在很多研究机构在集中精力进行以束-束反应为目标的研究,即使在今后实现的可能性方面,大电流的脉冲工作也是比低电流的直流工作有利.
东京工业大学在进行组合如图21(译文略)和图22(译文略)所示的径向聚束型的圆筒形IECF装置,与图23(译文略)所示的高电压脉冲电源系统的脉冲工作的IECF研究.
径向聚束型圆筒形IECF装置的优点,除比以前的球形装置极其简单的电极结构外,由于离子不受高电压馈通(feedthrough)的影响,在离子静电约束方面效率非常好.
在球形装置方面,理想的球对称能期待束流的3次方的聚束.
但是,实际上由于必须要有向阴极引入高电压的feedthrough,所以电场的对称性受到大的破坏,许多离子与feedthrough发生碰撞,这一点也由模拟结果得到了证实.
再者,东京工业大学的圆筒形IECF装置,在组合会切磁场(cusp)与阳极偏压(bias)的离子源的设置方面也有长处.
另外,在电源系统方面,除产生高电压脉冲用的高电压半导体开关SSW1以外,为了快速衰减SSW1断开后的余辉,设置了另一个高电压半导体开半SSW2,这也是一大长处.
IECF装置的脉冲工作中的典型电压、电流波形如图24(译文略)所示.
由于设置SSW2,余辉急速衰减,知道了这是适合以高S/N比测量对脉冲中子响应的检查系统的方式.
再者,在电压脉冲的上升边(前沿)与下降边(后沿)时流动的峰值电流,是从开关到放电部约3m的同轴电缆(静电容量~0.
3nF)的充、放电电流.
图25(译文略)所示的是脉冲工作时的中子产生率.
遗憾的是,在该工作范围内,也与以前的实验标准同样,与放电电流的1次方成比例的束-气反应占支配地位.
而且,这时D-D反应的最大中子产生率,在脉冲电压为-70kV、脉冲电流为10A时是6.
8*109n/s,现在使用IECF装置,获得了世界上的最高输出.
3.
4利用非蒸发型吸气泵的IECF装置压力控制(堀田荣喜,山内邦仁)以前,在实验室,作为真空排气系统是组合使用涡轮分子泵(TMP)与回转泵(RP),从高压贮气瓶通过调节管导入氘等气体,调节IECF装置真空容器内的压力,一般都是这样做的.
但是,在屋外包括探测地雷在内使用IECF装置的时候,由于振动与冲击,以及粉尘等使用环境问题,使用TMP与RP比较困难.
因此,试验性的进行使用小型、无可动部分的非蒸发型吸气(NEG)泵控制压力.
NEG泵是利用吸气作用,在活性金属(钛合金)的整体(叶片)上吸附气体分子的性质,进行排气的真空泵.
在此,并且利用加热、升温吸气材料,而氢等吸附分子被解吸的性质,边用加热器(heater)调节吸气温度,边控制压力.
因此,与使用TMP和RP那样的气体输送式泵的场合不同,在控制压力时,不需要高压贮气瓶与调节管的气体引入系统,在装置的简化方面也是有效的.
但是,吸气泵在特性上,由于只吸附H2,N2,O2,H2O,CO,CO2等化学活性的分子,定期的使用辅助泵进行He,Ne,Ar,CH4,C2H6等非活性气体排气是必要的.
但是,实际上用这种方法进行压力控制,由于压力的响应速度依赖于加热器加热的吸气温度的响应速度,所以不那么简单.
图26和图27(译文均略)所示的是压力响应特性相对NEG加热器跃迁电压(heatstep电压)的关系.
图26是给与0~6.
42V的加热器跃迁电压时压力变化的曲线图;图27是给与6.
42~0V的加热器跃迁电压时压力变化的曲线图.
0V在0.
000Pa,6.
42V相当于IECF装置运行必要的0.
766Pa压力的最终值.
从这些图像可知,响应速度非常慢,特别是图26,从零状态的升核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200833·综述·温时开始到聚束需要2小时左右.
再者,在升温时与降温时响应速度有明显差别,这是一大特征,进行PID控制时容易振动,可以说是非常难以控制的特性.
另外,用PI控制加弱微分作用谋求稳定化时,成功地获得了非常良好的稳定控制作用.
一旦压力聚束到指令值,其后的控制作用的稳定性非常高,变化压力指令值时的跟随性也良好.
再者,用该控制参数从零状态进行压力控制时,相对于跃迁响应到聚束需花约2小时,IECF装置用6~7分钟运行就能达到必要的压力,聚束便成为可能.
用得到的控制参数进行由放电电压反馈的PI控制的结果示于图28(译文略).
在放电电压反馈方面也显示良好的控制性,成功获得稳定的放电.
再者,在实际的地雷探测应用方面,例如,为了"测量10分钟+移动10分钟"的运行周期,考虑从零状态开始的升温响应差,NEG热源(加热器)在移动时也必须是接通的.
3.
5用激光诱发荧光法的电位分布测量(吉川洁,增田开,多几山宪)IECF的核聚变反应率,在理论上显示出很大程度依赖于由离子束和电子自已无碰撞地构建在阴极内部(中心部)附近的电位分布形状.
因此,以前实验研究工作的主要目的是,验证实际上以怎样的空间电位分布存在.
首次于1967年验证了由D-T聚变产生109n/s的Hirsch用屏蔽的准直仪测量相关强度的中子与轫致辐射发生处的强度分布,用此来推定电位分布形状.
再者,Swanson把电子束射入到中心部,从它的折射程度推定空间的电位分布形状.
而且,近年来伊利诺伊大学用准直仪测量由D-D聚变产生的质子(3.
03MeV),从它的空间分布形状与电流相关关系,讨论双重阱的存在(图29,译文略).
这些实验结果都强烈暗示,在中空阴极内中心部附近有电位的双重阱存在.
可是,这些都是使用的间接测量方法,希望有更高精度的直接测量方法.
因此,我们把近年来有大发展的、利用了斯塔克效应的激光诱发荧光法(LTF:Laser-inducedFluorescence)应用于IECF,进行了局部电场测量.
也就是说,是由斯塔克效应与电四极子迁移禁止HeI的21S(20.
6eV)向n1D(n=3,4)激发,由诱发的荧光偏掁度求局部电场强度的方法.
在测量中,为了尽可能采用空间电荷效应大的条件,聚变反应不是采用Starmode(高电压、小电流),而是采用了Centerspotmode(低电压;大电流)(电子管导电系数K=I(mA)/V(kV)3/2=1.
95).
图30(译文略)所示的是光学测量等离子体中心部的光强度分布、21S的LIF强度分布和由LIF(n=3)求得的电场强度构成的电位分布.
也依赖于分光的空间析像清晰度,可以明显地看到双重阱分布的存在.
再者,这样的电位分布的场合,从阴极敲出的次级电子在内部得到把He原子激发到21S(20.
6eV)的足够能量是可能的,所以这些结果并不矛盾.
此外,该结果也是对近30年来对双重阱存在的争论画上了一个句号.
关于核聚变最佳的Starmode,试验了提高测量精度、测量电场(n=4,E~10-4)、制造大量的21S,以超声速把它们注入测量场所.
由于完成了适用于LIF的研究,今后预定进行starmode的内部电位分布的研究.
4IECF装置的应用4.
1地雷探测设备(三泽毅,高侨佳之,久保美和,代谷诚治)IECF是小型中子源,由于它不使用252Cf与D-T脉冲管那样的放射性物质,所以认为有作为包括在屋外利用的中子源广泛应用的可能性.
作为其中之一,是进行用于对地雷的探测研究.
现在,由于地雷除了起爆部分的微小金属之外,外壳(case)等都是塑料,所以用以前的金属探测器探测极难.
作为探测这种地雷的方法,有用中子照射埋设地雷的土壤,利用地雷中的炸核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200834·综述·表1模拟考虑的原子分子过程序号反应1D+(high)+D2(back)→D0(high)+D+2(low)2D+(high)+D2(back)→D+2(low)+D+(high)+e3D+(high)+D2(back)→D+(low)+D+(high)+D0(back)+e4D+2(high)+D2(back)→D02(high)+D+2(low)5D+2(high)+D2(back)→D+2(high)+D+2(low)+e6D+2(high)+D2D2(back)→D+(high)+D0(high)+D2(back)7D+2(high)+D2D2(back)→D+3(low)+D0(high)8D+3(high)+D2(back)→D02(high)+D+(high)+D2(back)9D+3(high)+D2(back)→D0(high)+D+2(high)+D2(back)10D0(high)+D2(back)→D+(high)+D2(back)+e11D0(high)+D2(back)→D0(high)+D+2(low)+e12D0(high)+D2(back)→D0(high)+2D+(low)+2e13D0(high)+D2(back)→D0(high)+D+(low)+D0(back)+e14D02(high)+D2(back)→D+2(high)+D2(back)+e15D02(high)+D2(back)→2D+(high)+D2(back)+2e16e+D2(back)→D+2(low)+2e17e+D2(back)→D+(low)+D0(back)+e注:High表示高能粒子;Low表示低能粒子;back表示残留气体粒子表2IECF装置达到的D-D聚变反应率单位名称D-D聚变反应率/s京都大学1*107(稳定,62kV·30mA,φ34cm)1*107(稳定,80kV·80mA,φ20cm)5*105(稳定,圆筒形)东京工业大学7*108(脉冲,70kV·10A,圆筒形)关西大学3*106(稳定,60kV·50mA)9*107(脉冲,35kV·4.
5A)日立制作所8*107(稳定)威斯康星大学2*108(稳定,180kV·60mA)2*109(脉冲,105kV·3.
4A)伊利诺伊大学2*106(稳定)7*108(脉冲)洛斯阿拉莫斯国家实验室1*106(稳定)注:表中为2007年5月的数据药与土壤的响应不同的方法.
由于炸药中含的氢比其它元素散射中子的概率高,所以地中一存在地雷(炸药),由散射回到地表的中子数目就增加.
中子与氢和氮发生核反应(中子俘获反应),释放出具有依赖于元素特定能量的γ射线.
特别是炸药中含有很多氮,由中子俘获反应释放出10.
83MeV的γ射线,但这种γ射线比由其他元素释放出的γ射线的能量高,所以对于周围的本底,能以比较高的S/N比检测出来,测量它就能探测到地雷.
除这样的探测原理以外,探测由中子的非弹性散射反应释放出的γ射线的方法,世界各国也在进行研究.
利用中子的这些方法,在包括探测地雷、空港等的行李与信封中的炸药和药物检查中,是特别视为有希望的方法.
我们研究开发小组,开发出了小型、轻量、而且便宜、能高效率探测由于中子俘获反应而由氢与氮释放出的γ射线、能放置在γ射线入射方向的闪烁体复合探测器(图32,译文略).
这种复合探测器由底面有孔的空圆筒状NaI(Tl)闪烁体中插入高密度、能高效率探测高能γ射线的BGO闪烁体结构构成.
把由这2种探测器得到的信号进行称之为非同时测量法的数据处理,能减少周围的杂波,仅选择测量从NaI底部孔穴方向入射的γ射线,而且使得用称之为同时计数法的方法更有效率地测量γ射线成为可能.
组合IECF中子源与这种探测器,进行了探测地雷的验证实验.
实验中,把装了TNT炸药或RDX炸药的容器埋在土壤中,为了探测地雷,把中子的发射方向稍微偏离铅直方向,新设计了IECF与探测器,而且如图33(译文略)那样配置γ射线与中子的屏蔽体,用连续模型产生中子(1*107s-1)照射土壤,测量了释放出的γ射线.
用RDX100g进行测量时的γ射线能谱变化如图34(译文略)所示.
随着RDX的有、无,可以看到在由氮俘获γ射线(10.
83MeV)附近明显的不同.
使用本测量方法,能够判断有、无RDX.
由以前的实验,用10分钟测量,炸药核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200835·综述·量100g时,可检测到TNT的埋设深度约10cm、RDX的埋设深度约15cm.
希望今后用更短的时间就能探测出来,则有必要进行IECF中子产生率的增加、IECF形状与探测器配置的最佳化.
4.
2硼中了俘获治疗法(BNCT)(代谷诚治)最近,作为癌症的放射治疗方法,利用反应堆的硼中子俘获治疗法(BNCT:BoronNeutronCapturetherapy)进展显著,引人注目.
它是使用含有积集在癌细胞的硼(浓缩了的同位素10B)的药剂,随着中子照射发生10B(n,α)7Li反应产生的α射线与7Li,由α射线与7Li选择性的仅杀死癌细胞.
以前利用热中子,BNCT仅适应恶性脑肿瘤与恶性黑色瘤,脑肿瘤的场合,是随开头手术使用,但利用超热中子,不手术也可以治疗.
现在应用于头颈部癌症治疗成功率在扩大,在谋求扩大适用于肺癌、肝癌、间皮瘤.
现在,考虑硼药剂向癌细胞集积状况,作为医疗用的中子照射场,大约束状的超热中子通量必须是约1013m-2·s-1.
在利用D-D聚变反应的IECF装置中,由于生成具有约2.
4MeV能量的快中子,为了把它应用于BNCT,外加适当的中子慢化剂,尽量减少具有10keV以上能量的快中子成分,在上述状态下得到10keV以下的超热中子通量,而且必须严格控制γ射线的混入.
单纯的D-D聚变反应在一点发生,中子各向同性产生,中子无损失地通过慢化剂,可以在离发生点1m距离处设定医疗照射场,中子的产生量有必要超过1014m-2·s-1.
可以设置在医院内的IECF装置的高性能化、包括适当减速(慢化)装置等的设计的研究开发是必要的.
4.
3PET,单色Y射线的产生(增田开等)在IECF装置中,可以比较容易地把D-3He聚变反应截面最大的数百keV能量给予D离子或3He离子,在美国威斯康星大学可以外加180kV电压的装置中已经观测到超过D-D反应率的D-3He反应率.
作为质子源,利用D-3He聚变反应的潜在优点是:由聚变反应,能获得远远超过外加电压的14.
7MeV的高能量;当然,利用IEC核聚变获得的高能质子的电力远低于外加电力,但是,如以下的例子所示,在数MeV以上质子能量范围内,在显示出高反应截面的反应中,有有效利用D-3He聚变反应优点的可能性.
也就是说,在质子加速器中,质子源装置在原理上与质子能量成正比,大小和重量也不得做大,但利用D-3He聚变反应有能实现非常小型的质子源的优点.
在PET(PositronEmissionTomography:正电子发射断层照相法)检查癌症中,投入的18F与13N等放出正电子的放射性核素(PET同位素),是用质子照射的核反应来生产.
但是,例如16O(p,α)13N反应,必须要有6MeV以上的质子加速器设备,并且生产的PET同位素寿命短,所以制造(生产)场所与检诊场所必须相隔很近.
用IECF装置,利用D-3He反应,便可以使用小型而便宜的装置生产PET同位素,为PET诊断的更广泛普及做出贡献.
关于利用IECF质子源生产PET同位素,美国威斯康星大学进行了13N的生成实验,在进行生成量评价.
为了实用,例如束-束碰撞反应的发生、D-3He聚变反应率的极大提高是不可少的.
高能单色γ射线,其产生率不怎么高,如果装置是小型,则有应用于探测危险物质的可能性.
例如,10MeV左右的γ射线,由于铀等与无源检测困难的核物质的光核反应截面大,美国在进行小型准单色γ射线源的开发.
用3MeV或更小型(小于400keV)的装置加速质子束,由图35(译文略)所示的(p,γ)反应产生高能单色γ射线.
如果利用D-3He聚变反应(图36,译文略),例如与400keV相比较,用同等程度以下尺寸的装置,预计能有高5000倍的质子-γ射线转换率.
利用核聚变反应的再一个重要的潜在优点是,能检测出由D-3He反应同时产生与14.
7MeV质子反向的α粒子,有能鉴定质子入射靶(产生γ射线)的时刻的优点.
也就是说,γ射核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200836·综述·线产生的同时,达到探测器入口的有感时间最短,S/N比有戏剧性提高的可能性.
5结束语(吉川洁)对10年前提出的课题中的"静电势的直接测量、最佳电极形状、利用辉光放电的核聚变反应的模拟,以及气体种向阳极、阴极表面的包埋效应等均集中精力地进行了研究,也取得了成果.
再者,用脉冲运行成功获得每秒产生70亿个D-D反应中子(世界最高值).
另外,作为IECF应用,长时间稳定工作的IECF中子源开发获得了成功,被应用于对地雷的探测研究.
再者,可以设想,也能应用于BNCT与PET,及以单色γ射线源.
可是,现在关于辉光放电的IECF工作,在理论与实验方面充分解明还很难.
而且,现在的中子产生不是由当初目标的离子-离子碰撞产生的,而大部分是由束-气碰撞产生的.
今后,必须应用现有的尖端技术,谋求聚变发生率的飞跃提高,这是今后10年内最重要的研究课题.
译者注:现将本文原文中图的名称列于下,供参考:(1)图1:IECFT的工作原理;(2)图2:阴极内静电势分布(KTe=10keV,0ε=35keV);(3)图3:对于离子的最邻近距离与电子的最邻近距离之比的电子密度分布;(4)图4:中子产生率对电子最邻近距离与离子最邻近距离之比的依赖关系;(5)图5:静电势分布的时间变化对离子电流的依赖关系(a:I0=100mA;b:I0=300mA;c:I0=600mA);(6)图6:中子产生率对离子电流的依赖关系;(7)图7:中空状阴极的写真与分析模型;(8)图8:考虑了IECF装置内立体结构的等电位面;(9)图9:在星形模型放电条件下的实验与分析比较;(10)图10:从离子源入射的离子束轨道;(11)图11:放电气体压力与放电电压特性的比较;(12)图12:生成离子的原子过程对压力的依赖关系;(13)图13:原子过程的空间分布(P=2.
7Pa,I=20mA);(14)图14:球形IECF装置与放电情况(京都大学,阳极直径34cm);(15)图15:球形IECF装置的截面图与工作原理;(16)图16:用于探测地雷的超小型水冷IECF燃烧室(chamber;内径20cm,外径:30cm);(17)图17:用于探测地雷的超小型水冷IECF装置截面图;(18)图18:实验装置概略图;(19)图19:中子产生率随气体压力变化的比较;(20)图20:中性粒子D2的能量分布;(21)图21:径向聚束型圆筒形IECF装置的概略图;(22)图22:径向聚束型圆筒形IECF装置的截面图;(23)图23:高压脉冲电源系统回路图;(24)图24:脉冲电压与电流波形(充电电压-43.
0kV,压力8.
08mTorr);(25)图25:中子产生率与脉冲电流的关系;(26)图26:相对NEG跃迁电压的压力响应特性(升温时);(27)图27:相对NEG跃迁电圧的压力响应特性(降温时);(28)图28:PI控制的放电电压反馈作用试验(-80kV,80mA);(29)图29:IEC双重阱电位分布;(30)图30:等离子体中心部光强度分布、21S的激光诱发荧光强度分(下转第39页)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200837·核电站与核反应堆·革新核能系统的实现——开始出成果的文部科学省研究开发事业(续Ⅱ)Ⅲ.
使用高强度脉冲中子源的革新反应堆用核数据的研究开发儿柳善明(北海道大学工程系)1前言在可以长期确保能源的革新核能系统开发中,从经济性、安全性、减少环境影响的观点出发,使用快堆系统有效利用铀、钚是必要的.
再者,将来含有次锕系元素(MA)或长寿命裂变产物(LLFP)的核转换用反应堆设计也在考虑.
因此,为了含有MA的革新快堆系统技术的反应堆设计与安全性评价,MA等的高精度核数据是不可缺少的.
本项目在利用世界上最高强度脉冲中子源J-PARC(JapanProtonAcceleratorResearchComplex)等进行MA的锔(Cm)同位素与LLFP的核数据测定的同时,进行可靠性高的灵敏度分析程序系统的开发,以有助于含有MA的革新快堆系统的设计.
研究开发项目大致分为2类:一类是关于核数据取得方面的工作;另一类是有关进行获得的核数据评价的反应堆设计的研究开发.
在第一类核数据取得方面,从制样开始,以J-PARC中的俘获截面测量为主,在别的设施上进行补充J-PARC实验的实验为主要目的的俘获截面测量,还进行裂变截面测量、为评价衰变热的衰变核数据测量,综合取得核数据.
为了达到该目的,许多研究人员进行合作是必要的,北海道大学、东北大学、日本原子能研究开发机构(JAEA)、产业技术综合研究所、东京工业大学、名古屋大学、京都大学、甲南大学共8个单位联合开展实验工作.
2面向J-PARC实验利用J-PARC核散裂中子源以高精度进行MA核素的Cm同位素和LLFP核素的93Zr、99Tc中子俘获截面测量.
为此,现在在进行核数据测量用的束流管道的设计、制造和全方位Ge谱仪的高性能化的测量准备.
2.
1J-PARC概要首先简单地介绍一下J-PARC.
J-PARC是JAEA与日本高能加速器研究机构共同在JAEA的原子能科学研究所场区内正在建设的设施.
图1(译文略)所示的是J-PARC的鸟瞰图.
由直线加速器加速的质子入射到3GeV同步加速器,被加速到3GeV(电流0.
333mA).
该质子引入物质、生命科学实验设施,供中子实验(JSNS:JapanSpallationNeutronSource).
它的功率为1MW,比在美国橡树岭国家实验室建设中的中子源SNS(1.
4MW)低很多.
2GeV同步加速器的束流的一部分引入50GeV的同步加速器,用于中微子实验等的基本粒子核物理实验.
并在计划建设核转换实验设施,期待今后能有预算.
关于中子的利用,不只是应用于研究物性那样的基础研究,而且谋求广泛地供给产业应用.
产生中子的靶是水银,由核散裂反应(Spallation)产生中子.
在靶的上下设置系统不同的3种液态氢慢化剂,可以以靶为中心放射状地设置23根束流管道.
本项目利用的束流核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200838·核电站与核反应堆·管道BL04的结合型液态氢慢化剂设置在靶的下部,是由北海道大学开发的,目的是要达到高强度.
该慢化剂在设计上显示出高于SNS的同种慢化剂的性能.
预定2008年春J-PARC初次出束,以后逐步提高功率.
2.
2束流管道的设计与制造为了利用J-PARC进行核数据实验,研究中子束流管道的特性、屏蔽体与准直仪(Collina-tion)等束流管道设备的设计是必要的.
特别是,1MW级的加速器中子源的设计,由于是世界首台,对于详细的中子束特性与屏蔽信息是必须要的.
进行用模拟实验体系的实验与拟态模型的研究进行了中子束流管道的设计与制造.
图2(译文略)所示的是为了实验装置周围屏蔽体设计的屏蔽计算结果.
用此能够最佳的决定束流管道基本屏蔽体的屏蔽材料的构成与厚度,能够进行有效测量核截面与基本屏蔽体详细设计.
图3(译文略)所示的是上流部分基本屏蔽体的照片.
2007年度,进行关于其余基本屏蔽体的具体设计、制造与设置.
为了测量俘获截面,进行全方位Ge谱仪的高性能化.
为了改善单色γ射线特性,在进行探测器的置换等高级化的同时,进行能对应高强度测量的数据收集装置的高速化.
3J-PARC以外的补充实验为了由J-PARC获得的中子俘获截面数据分析研究的高精度,进行由稳定同位素试样的热中子俘获截面实验、用逆反应的中子俘获截面实验、LLFP核素的中子俘获截面实验组成的中子俘获补充实验.
再者,为了得到在J-PARC上难以获得的裂变数据,计划进行补充的裂变实验.
3.
1俘获截面的补充实验在进行截面测量的LLFP核素中,高纯度的核素的获得是困难的,所以,对于不纯物,首先必须测量含有稳定同位素的中子俘获截面.
作为例子,京都大学用电子直线加速器进行了的105Pd预实验结果示于图4(译文略).
今后,预定由进行本底评价、修正来提高测量值的精度.
再者,同时进行直到更高能量测量装置的开发.
关于难以到手的核素,计划用一种质量数大的原子核用逆反应的光核反应进行中子俘获截面评价.
79Se是LLFP的一种,因此,对于80Se进行了从阈值近旁到14MeV附近的预实验.
计算出的光核反应截面示于图5(译文略).
该结果是用作为入射γ射线平均值得到的预分析的结果,但取已有值的近似值,能良好地再现入射γ射线能量的行为.
今后,要进行包括误差研究在内的详细分析、进行关于各种核素系统的测量光核反应截面.
3.
2裂变实验为了进行MA的中子裂变截面测量,进行多层型雪崩核裂变探测器(PPAC)的开发.
特别是在MA中短半衰期、强α射线的核素不少,因此,由实验求裂变反应截面时,该α射线的放射性给予探测器的积存(Pile-up)与数据收集系统的死时间(deadtime)很大影响.
因此,希望从探测器测量系统去除α射线,仅采用裂变碎片作为数据.
在本研究中,想出了采用备有多层电极膜的PPAC,从探测器-测量系统去除α射线的方法.
使用252Cf自发裂变放射源进行了PPAC的性能试验.
图6(译文略)所示的是α射线与裂变碎片很好分离了的例子.
衰变核数据是评价衰变热方面的重要数据,从该装置制造开始时进行最初的实验,能探测数分钟的半衰期数据.
今后,预定用该装置集中精力地进行数据的获取.
4试样准备J-PARC实验与裂变实验中必要的MA和LLFP核素的高品质试样不易获得,进行制造的原料选定、各试样的规格和制作的研究是必要的.
到现在为止,在购入测量中子俘获截面用的密封放射性同位素99Tc、244Cm和LLFP核素试样方面作为不纯物同伴的稳定同位素105Pd、106Pd、108Pd、96Zr,以及测量裂变截面用的245Cm、248Cm试样的同时,对其成分进行分析.
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200839·核电站与核反应堆·5核数据评价、灵敏度分析系统、基准计算基于测量过的数据,研究能量范围内的扩展、截面间的整合性,作为在核计算中能使用的评价过的核数据.
该开发是从得到数据的2007年开始实施的.
再者,在适用它的场合,尽快地掌握实效增殖率等核特性怎样变化,把该结果反映在设计中,这实际上是非常有用的.
因此,作为灵敏度分析系统,是构筑组入误差传播的系统正在建设中,开发作为Waterfriction的代码系统(codesystem),进行样机实际安装.
进行灵敏度分析的结果如图7(译文略)所示,得到了截面变化前C/E值与变化后C/E值和变化量,由截面的变化能够掌握堆特性发生怎样的变化.
而且,在用基准计算,进行核数据验证时,为了堆物理实验的调查、分析,通过ICSBEP(国际临界安全基准实验计划)指南的调查、灵敏度分析实施系统的研究,进行了分析程序与分析模型的确定和问题的指出.
6结束语新核数据的取得,当然还有高精度化,这在今后提高革新核反应堆的设计精度、提高核能可靠性与经济性方面都是重要的.
本项目为了综合取得反应堆设计中必要的核数据,从硬件和软件两方面确保其体制是实施本项目所必须的.
国内加速器老朽化,为了J-PARC上核数据测量设置的实验装置,我想对于核能界也是极有用的.
本文原稿是根据旧电源开发促进对策特别会计法,作为文部科学省的委托事业,由北海道大学在2005~2006年度实施的"利用高强度脉冲中子源的革新反应堆用核数据的研究开发"成果的总结.
译自原子力eye,Vol.
53,No.
10,P.
66~69(2007)(徐桂)(上接第36页)布、激光诱发荧光法测量电场结果的电位分布(K=I(mA)/V(kV)3/2=1.
95);(31)图31:Centerspotmode(电子管高导电系数)与Starmode(电子管低导电系数)中的电場强度分布与误差;(32)图32:闪烁体复合探测器;(33)图33:用于探测地雷的IEC中子源与探测器配置图;(34)图34:有、无RDX的γ射线能谱;(35)图35:16O(p,α)13N反应截面;(36)图36:利用IECF质子源的高能单色γ射线的产生原理.
译自JournalofPlasmaandFusionRe-search,Vol.
83,No.
10,P.
795~809(2007)(译者注:本文原文为日文)(徐桂)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200840·核技术应用·食品辐照的有用性日本原子能委员会事务局1前言日本原子能委员会决定于2005年12月6日成立原子能委员会食品辐照专业委员会.
该委员会对食品辐照的现状进行了10次调查审议,编写了专业委员会报告书.
在报告书中,尤其是对食品辐照的有用性,根据调查审议作了说明.
2食品辐照的目的食品辐照是利用放射线生成的自由基对DNA作用发生的细胞死亡,进行食品的灭菌、杀虫、防止发芽等的方法.
利用射线的照射量改变作用的程度,按照各种目的利用射线进行照射.
表1所示的是食品辐照的利用目的、辐照品种和剂量.
即使灭菌(卫生化)需要的比较大的剂量也是在10kGy以下.
10kGy以上的必要剂量仅限于宇宙食品、医院食品的灭菌(完全灭菌)利用.
3食品辐照的优点食品辐照代表性的优点是:(1)极好的灭菌能力沙门氏(杆)菌、O-157大肠菌等成为食品卫生极大问题的病原性微生物的大部分,用比较低的剂量就能杀灭.
(2)是非热处理,对品质的影响小食品辐照,其食品的温度几乎不上升,是非加热处理技术.
它不发生由于加热的变质与香气成分的挥发、能灭菌.
新鲜食品、冷藏·冷冻食品与香辣调味料等受加热制约的食品都适于辐照.
(3)作业性好γ射线有极强穿透力,不论食品的形状如何,均能穿透到内部,可以进行大致的均匀处理.
可以包装后处理、连续大量的处理.
4香辣调味料的辐照(确保食品卫生的例子)为了确保食品卫生,扩大对香辣调味料等食品辐照的利用.
香辣调味料,主要是从热带、亚热带、温带等地出产的植物种子、果实等得到.
产出的香辣调味料微生物污染显著,其中,每克被10万~100万个以上微生物污染的也有.
这些微生物的多数是有芽胞菌,即使加热也难以杀灭.
灭菌向来是使用气流式过热蒸汽灭菌、乙烯化氧灭菌、辐照灭菌等.
但是,乙烯化氧本身有毒性,残留在食品中,对生物体有诱发癌症的可能性,所以使用受到限制.
近年来,许多国家禁止使用乙烯化氧灭菌.
再者,香辣调味料毕竟是对热有高度敏感性的物质,用气流式蒸汽过热灭菌得到充分灭菌效果时,依其种类有发生颜色、香味等变化,有降低天然价值的缺点.
由于这种情况,确立了能满足要求的灭菌效果、作为非加热处理技术的辐照处理技术,在世界上广泛应用.
例如,在食品辐照许可品种的EU指令中,香辣调味料是EU区域内统一许可辐照的品种,实际上也在市场流通.
2002年香辣调味料的流通量,荷兰是4000t,法国是1000t.
美国也于1986年批准了对香辣调味料的辐照灭菌.
其辐照量是,2000年约4.
5万t,但有报道说2005年已达到了7.
8万t.
5利用辐照防止根菜类发芽(防止食品损耗的例子)为了防止食品损耗,根菜类利用辐照防止发核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200841·核技术应用·芽.
如表1所示,防止根菜类发芽的剂量比较低.
发芽细胞对辐射的敏感性比其他细胞高,由于辐照,发芽细胞难以增殖,便能抑制发芽.
马铃薯用0.
7k~0.
15kGy剂量照射,洋葱用0.
02k~0.
15kGy剂量照射,均能在室温下保持8个月不发芽.
日本在1972年就批准了马铃薯防止发芽的辐照,1974年已实用化.
但直到现在,日本批准的食品辐照还仅是马铃薯.
2000年,中国辐照了大蒜5万t.
表1食品辐照的利用目的、辐照品种和剂量利用目的辐照品种剂量/kGy防止发芽马铃薯、洋葱、蒜、甘薯等0.
03~0.
15杀虫及不孕化、杀灭寄生虫谷类、豆类、果实、可可豆、猪肉等0.
1~1.
0延缓成熟新鲜水果、蔬菜等0.
5~1.
0改善品质干蔬菜、咖啡豆等1.
0~10.
0杀灭病原菌(胞子非形成型病原性细菌)冷冻虾、冷冻蛙腿、鸡鸭肉、飞禽肉、畜肉、饲料等1.
0~7.
0杀灭腐败菌(提高贮藏期)水果、水产加工品、畜产加工品、鱼等1.
0~7.
0灭菌(卫生化)香辣调味料、干蔬菜、阿拉伯树胶3.
0~10.
0灭菌(完全灭菌)宇宙食品、医院食品20.
0~50.
06结束语当然,食品辐照不是解决食品卫生与防止损耗全部问题的方法,只是在与其他技术比较有优越性的场合采用.
但是,由于化学药剂的使用对环境的影响,与药剂本身的毒性,所以现在有被限制的倾向.
特别是辐照对香辣调味料的有用性高,我国也应从食品安全的观点出发,进行判断可行性的研究与评价,促进我国食品辐照的发展.
译自原子力eye,Vol.
53,No.
12,P.
5~6(2007)(徐桂)(上接第64页)将放射源从储源罐顶出,放置个人剂量计的多照射位旋转平台围绕放射源转动,保证了均匀地照射剂量计,依靠远地控制器控制装置的运行(包括设置照射时间进行自动照射),设立安全门杠、声光报警以及源到位测试加强系统的安全性.
本发明可用于单个或批量X、γ个人剂量计(包括TL片)的测试、校准,可放置各种探测元件构成的、各种大小和形状的有源或无源个人剂量计进行照射,可用于放射性计量检定校准部门作为标准装置,也可用于核电厂等核设施领域、医疗领域以及专门从事个人剂量服务部门的个人剂量计的校准.
摘自中国专利数据库(张徐璞)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200842·核技术应用·食品辐照的国际现状久米民和(日本原子能研究开发机构高崎量子应用研究所)1前言日本食品辐照是1967年作为国家的特定综合研究正式开始的.
1974年作为世界首座实用设施的北海道士幌马铃薯辐照设施开始运行.
另一方面,世界上,以美国等为中心进行研究开发,关于辐照食品的健全性评价,国际性的进行工作.
1970年开始的FAO/IAEA/WHO(联合国粮农组织/国际原子能机构/世界卫生组织)的国际食品辐照项目于1980年做出结论:10kGy以下剂量照射的食品可以认为没有毒性学的危险性.
1983年,国际食品标准委员会采纳10kGy以下剂量辐照食品的一般标准,世界的食品辐照实用化迅速发展.
在此,对实施食品实用辐照的世界主要国家的状况进行介绍.
2世界食品辐照实施状况世界食品辐照许可的国家和许可品种记载在FAO/IAEA2006年1月的一览表中.
许可食品辐照的国家有57个,许可辐照的食品分为8类.
(表1).
这8类是:(1)球根及地下根茎类(防止发芽);(2)新鲜果品和蔬菜(调整成熟度、杀虫);(3)谷类及其粉制品、坚果、油粮种子、豆类、干果(杀虫);(4)鱼类和贝类及制品(杀虫、灭菌、新鲜和冷冻);(5)生家禽肉、畜肉及制品(杀虫、灭菌、新鲜和冷冻);(6)干蔬菜、香料、调味料、动物饲料(杀虫、灭菌);(7)动物性干食品(杀虫);(8)蜂蜜、宇宙食品、医院食品、军用食品、蛋液增粘剂的各种食品(灭菌).
关于世界各国的食品辐照设施,在2007年7月公布了新的一览表.
登记的有43个国家的105座设施(钴-60设施92座,电子照射设施13座).
与2004年的一览表(33个国家的71座设施)相比,登记的数目有了增加,但中国的设施登记的仅有10座,仍不符合实际数目.
以下对世界主要食品辐照实施国家的现状,分域区进行介绍.
2.
1南北美洲美国是世界上最积极进行食品辐照实用化的国家之一,2004年的处理量是约9万t.
辐照食品的类别是:肉类(绞牛肉和鸡肉)8165t;水果、蔬菜907t;香料、干香料植物79379t(表2).
以病原性大肠菌O-157的杀灭为目的,美国绞牛肉的辐照曾一度达到2万t,但由于SureBeam公司的倒闭、衣阿华州电子辐照设施的关闭等,2004年的流通量减少到一半以下.
水果的辐照是以杀灭果蝇为目的的检疫处理,夏威夷岛希洛的HawaiiPride公司利用5MeV/15kW的电子加速器进行木瓜等热带水果的X射线处理驱除害虫.
香辣调味料于1986年以来进行实用辐照,推算美国消费辐照过的食品的1/3.
有报道说,加拿大辐照香辣调味料数千吨,但详细情况不明.
在中南美洲,巴西、墨西哥、阿根廷、智利等国在进行食品辐照研究开发.
可是,实用的辐照只有极少部分.
其中,巴西接受1999年FAO/IAEA/WHO的高剂量辐照研究小组的建议,于2001年在世界上首先批准取消上限剂量,这引人注目.
现在,墨西哥与巴西是向美国出口热带水果的国家,正在积极开展为水果检疫处理的辐照工作.
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200843·核技术应用·表1世界许可食品辐照的国家及许可辐照品种(2006年)国家球根及地下根茎类(防止发芽)新鲜水果及蔬菜(调节成熟度及杀虫)谷类及粉制品(杀虫)鱼类、贝类及制品(杀虫、灭菌)家禽肉、畜肉及制品(杀虫、灭菌)干蔬菜、大蒜及制品(杀虫、灭菌)动物性干食品(杀虫)其他(灭菌)阿尔及利亚阿根廷澳大利亚奥地利孟加拉国比利时巴西加拿大智利中国哥斯达黎加克罗地亚古巴捷克丹麦埃及芬兰法国德国加纳希腊匈牙利印度印度尼西亚伊朗爱尔兰以色列意大利日本韩国利比亚卢森堡墨西哥荷兰新西兰挪威秘鲁核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200844·核技术应用·续表1国家球根及地下根茎类(防止发芽)新鲜水果及蔬菜(调节成熟度及杀虫)谷类及粉制品(杀虫)鱼类、贝类及制品(杀虫、灭菌)家禽肉、畜肉及制品(杀虫、灭菌)干蔬菜、大蒜及制品(杀虫、灭菌)动物性干食品(杀虫)其他(灭菌)菲律宾波兰葡萄牙俄罗斯沙特阿拉伯南非瑞典西班牙叙利亚突尼斯乌克兰英国美国乌拉圭泰国多哥越南赞比亚表2美国辐照食品的品种与数量(2004年)辐照品种辐照量/t肉8165水果、蔬菜907香辣调味料合计79379884512.
2欧洲欧盟(EU)在1999年一致同意实施香辣调味料(香料、蔬菜调味料)的辐照.
可是,除香辣调味料以外一致同意的统一许可辐照的品种还没有,但有各国自己的个别品种在实施辐照.
当初在EU成员国中,如比利时、法国、荷兰在进行多种食品的辐照,2004年3国的辐照量合计约1.
2万t,与2002年的辐照量1.
9万t相比,减少了1/3(表3).
尤其是法国,蛙腿的辐照几乎没有变化,但其它食品的辐照量显著减少.
此外,德国禁止辐照食品在国内流通,但出口用的香辣调味料却辐照了约800t.
再者,2004年加入EU的捷克、匈牙利、波兰等国,在进行少量的食品实用辐照.
2.
3亚洲、大洋洲亚洲是现在世界上最积极开展食品辐照的区域,2004年亚洲各国食品辐照的处理量约16万t(表4).
中国是世界上实施食品辐照量最多的国家,用约55座钴-60γ射线辐照设施进行实用辐照.
2004年中国辐照的处理量为12万t.
按辐照食品的品种分是:大蒜7.
4万t,干蔬菜、香辣调味料3.
2万t,健康食品1.
0万t,谷类4000t(表5).
2002年辐照处理量只有10万t,近年来每年的辐照处理量都在增加.
越南食品辐照处理量居亚洲第2位(中国核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200845·核技术应用·表3EU辐照食品的品种与数量/t比利时法国荷兰辐照品种2002年2004年2002年2004年2002年2004年香辣调味料、干蔬菜、调味料591496127520441081638干果实653142118鱼178192奶酪21627冷冻蔬菜2241431088冷冻鱼与贝类、冷冻虾76868620137285冷冻家禽肉13122091423冷冻肉304967冷冻蛙腿2874268888281337464其他冷冻食品156168肉食、家禽肉22812635蛋(蛋青)1231696262其他食品982159146828381669合计661459185129175671154769表4亚洲各国辐照食品的品种与数量(2004年)国家辐照品种辐照量/t中国大蒜、香辣调味料、干蔬菜120000印度香辣调味料、干蔬菜、洋葱1500印度尼西亚冷冻食品、婴儿食品、香辣调味料7000日本马铃薯8000韩国干农产品3500马来西亚香辣调味料、干蔬菜、蜂蜜850巴基斯坦干肉、干蔬菜、香辣调味料50菲律宾香辣调味料、干燥制品、冻果实103泰国香辣调味料、发酵香肠、冷冻鱼类和贝类3000越南合计冷冻虾、冷冻鱼类和贝类、香辣调味料14200158203第1位).
1999年在胡志明市建成辐照设施以来,辐照量迅速增加.
主要进行出口用的冷冻鱼类和贝类(虾类等)的辐照灭菌.
此外,2004年印度尼西亚的食品辐照量是7000t,韩国的食品辐照量是3500t,泰国的食品辐照量是3000t.
印度尼西亚常年进行冷冻食品、婴儿食品、香辣调味料等的实用辐照.
韩国除香辣调味料与干农产品外,也积极进行宇宙食品的开发.
泰国进行香辣调味料、发酵香肠、冷冻鱼类和贝类等的辐照,尤其是2006年,缔结向美国出口6种辐照水果(芒果、倒捻子、菠萝等)的协议,积极开展对果实的检疫辐照核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200846·核技术应用·表5中国辐照食品的品种与数量(2004年)辐照品种辐照目的辐照量/t大蒜防止发芽74000胡萝卜、白菜、胡椒、辣椒灭菌32000液体粉末保健食品、功能性食品灭菌10000豆类、杂粮、大米杀虫4000合计120000利用.
印度进行姜黄与辣椒等香辣调味料、干蔬菜、玉葱等的辐照,年辐照量为1500t.
马来西亚对出口的香辣调味料实施辐照,年辐照量为850t.
2.
4其他在非洲,加纳、赞比亚等国家也在研讨食品辐照问题,但进行实用辐照的仅是南非.
推算南非香辣调味料的辐照量是1.
5万t,其他食品的辐照量是3300t.
乌克兰于1986年在奥德萨设置了辐照谷物用的电子辐照设施,进行谷物的辐照杀虫,年辐照量为40万t.
可是,前苏联解体后,该设施的辐照情况不明.
再者,有克罗地亚年辐照香辣调味料600t、其他食品1.
2万t的信息,可是这些信息的详细情况不明,缺乏可靠性.
现在,在对这些国家的食品辐照情况进行调查,我想不久实际情况就会明确.
3市场流通中的标识制定食品国际标准的国际食品标准委员会基于必须给予消费者选择权的考虑,赋予用语言表示的义务.
为了作为保证正确辐照的实施的工程管理,在国际食品标准委员会的辐照食品一般标准中,规定了辐照食品时的各种条件及其记录的保存、标识与流通管理的项目.
关于辐照食品的标识,要有以下具体表示:(1)辐照食品必须在食品名称近旁标明辐照过的事实.
使用辐照标识也很好,但必须印刷在食品名的近旁;(2)用辐照食品作原料的时候,在原料一览表中必须标明辐照过的事实;(3)由单一原料制成的食品,用辐照食品制造时,必须标明辐照过的事实;国际上使用的标识,泰国和美国在店铺的标识如图1(译文略)所示.
像中国等没有规定标识的国家也有许多,但美国和欧盟基于国际食品标准委员会的标准,要求辐照食品有标识的义务,按照各个国家的法规进行实施.
4结束语马铃薯与大蒜等的防止发芽、以检疫处理为目的的热带水果的杀虫、以防止食物中毒为目的的鱼类与贝类及其肉类的灭菌、香辣调味料与干蔬菜的灭菌等,在世界各国进行实用辐照.
尤其是香辣调味料的辐照实用化,在世界上迅速发展,成为现在世界的趋势.
在日本,今后期待辐照急早实用化的领域是香辣调味料的辐照灭菌.
但热带水果的检疫处理的辐照处理也作为替代溴甲烷的方法,以美国为中心实用化正在进行,是今后引人注目的发展领域.
译自原子力eye,Vol.
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19~22(2007)(徐桂)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200847·核技术应用·辐照食品检测技术现状古田雅一(日本大阪大学理学系)1前言食品辐照在CODEX标准中作为安全的食品保存与卫生化技术而被确认.
对于食物中毒与农作物的检疫,作为替代威胁地球环境的药剂处理的新的确保卫生的手段,其利用在继续扩大.
为了正确进行食品辐照,需要恰当地进行工程管理,为了给予消费者选择的权利,有必要对辐照食品进行适当的标识.
同时,作为确认它的方法,即"检测法"是必要的(参见表1).
我国的食品辐照,现在还只是批准了马铃薯的辐照.
但近年来,随着国外食品辐照实用化的迅速发展,进口的食品中怀疑辐照过的、需要检测的食品在增加.
因此,为强化法规,辐照食品的检测法再度引起注意,为制定公定法的准备工作也在进行.
本文对现在国际上认可的实用辐照食品的检测技术的概况,以及国内检测方法的现状作一简单介绍.
2辐照食品检测方法的研究开发历史在上世纪60年代到70年代进行的辐照食品的健全性研究过程中,明确了射线照射特有的分解生成物与加热等其他处理相比极少,认为要检测出辐照过是不可能的.
在我国同时期进行的原子能特定综合研究中也没有取得出色的结果,结论是检测方法的开发出来是不可能的.
可是,在欧美,随着对验证辐照食品的标识与标识的有效性的重视,对检测研究也积极进行.
进入上世纪90年后,欧盟(EU)与FAO/IAEA进行国际性的共同研究,现在EU已经整备10个公定法(欧洲标准化委员会(CEN)标准分析法),即使CODEX委员会也采纳了其中的9个作为辐照食品的CODEX检测标准分析法(表2).
3CEN标准分析法概况以下对表2所示的分析法进行概述.
3.
1电子自弦磁共振法(ESR)电子自弦磁共振法是,用电子自弦共振装置检测由于辐照在食品中生成的比较稳定的自由基的方法(参看图1,译文略).
在CEN标准分析法中,有测定肉类等的骨头中生成的自由基、来源于干果中含有的结晶性糖的自由基,和来源于植物组织中纤维的自由基的3种方法.
本方法是,调制的试样可以再测定,有再现性很好的特征,但由于食品的保存条件,有由于热作用自由基发生消失、信号难以检测出的时候.
装置价钱贵也是难点,但如果把每种食品自由基检测出的条件最佳化,则有提高分析精度与扩大适用范围的可能性.
3.
2热释光法(TL法)分离附着在食品上的矿物质(硅酸盐)、由于辐照热激发被捕集器捕集的不成对电子释放出光,热释光法就是检测这种释放出来的光.
这时的发光特性与对剂量的信号强度随矿物质不同而不同.
由于不知道来源于食品的矿物质的种类,在CEN标准分析法中规定,对测量后的试样(矿物质)用已知剂量(通常1kGy)的γ射线进行照射,测定再次的发光,求对初期发光量的比,进行判别(图2,译文略).
虾和贝类上含有来源于土壤与砂的矿物质的可能性大,所以本方法有分析精度好、能应用于许多种食品的可能性,但矿物质的分离繁杂而核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200848·核技术应用·需要时间,这是难点.
再者,作为测量原理,只能使用一次热扫描,再照射就必须要有放射源,在通常的食品分析实验室实施一系列流程有困难.
3.
3光激发释光法(PSL法)TL法是由热激发放开束缚的不成对电子,由它们之间的能量转移获得光谱.
相对于它,PSL法是观测利用红外线的振动激发替代热激发放开不成对的电子.
PSL法与TL法相比,具有不必检测附着在食品上的矿物质试样的优点,可以直接测量.
可是,红外线激发是利用分子振动加热,所以同一试样不能重复进行测量.
3.
4化学分析法——环丁酮法与碳化氢法在肉类、蛋、干酪等动物性食品与含脂肪多的植物种子等中,通过GC/MS等检测由于脂肪(甘油三酸酯)辐解生成的化合物.
在CEN标准分析法中,采用检测辐射特异分解生成物2-烷基环丁(烷)酮的环丁酮法,与检测来源于甘油三酸脂的脂肪酸支链的碳化氢的碳化氢法.
碳化氢法严格地说,由于它不把辐射特异分解生成物作为指标的特异性,所以与环丁酮法相比要差一些.
3.
5DNACometAssay法该方法是检测由于辐照与化学物质产生的DNA链的断裂的方法.
把零散包藏在琼脂糖凝胶中的被辐照过的动植物组织的细胞,一加上电场,被断裂成各种长度的DNA断片就从细胞核流出,拖尾(Tailing)向阳极移动.
把该Tailing的长度作为指标推定照射剂量.
灵敏度高,如果选定电泳动条件,在从1Gy以下到10kGy以上剂量范围内可以定量地检则出来.
但是,在生理条件下生成的细胞在照射后进行DNA断裂的修复,所以作为检测法其定量性差.
再者,由于加热以外的物理处理与细胞的自己消化也能诱发DNA断裂,所以该法特异性低,最终只能作为选择法而为止.
3.
6微生物学方法——DEFT/APC法与LAL/GNB法该方法是对辐照敏感性高的微生物而死亡、从照射处理前后的微生物数量与微生物相的变化来推定照射履历的方法.
在原理上,由于其他灭菌处理也发生微生物相的变化,所以是作为选择法,在确定判别时,必须参照其他方法.
但是,对于日常实施微生物检查的食品产业界来说,此法是容易使用的方法.
CEN标准中制定的DEFT/APC法,是把食品中死亡菌也包括在内的全部微生物进行荧光染色,在滤纸上进行trap,把在显微镜下计数的总菌数(处理前的菌数)与好气性的活菌数(APC)的差作为指标.
LAL/GNB法是由试验(LAL)的内毒素单位数推算格兰氏阴性细菌的活菌数;用GNB染色推定格兰氏阴性细菌总数,从而推定食品是否进行过灭菌处理.
LAL/GNB法也是CEN标准法中所制定的方法.
这些分析方法中,能全部覆盖多种辐照食品种类的单一分析方法,在原理上不存在,必须是相应地选取其中的某一种方法.
表1包装辐照食品的标识(CODEXSTANI-1985(Rev.
1-1991)section5.
2.
1~5.
2.
2)(1)辐照食品,必须在食品名近旁标明辐照过的事实;使用"辐照"铅印也可以,但必须印制在食品名近旁;(2)以辐照食品作原料使用时,必须在原料表中标明辐照过的事实;(3)由单一原料制成的食品,在用辐照食品作原料制造时,必须标明它经过辐照的事实.
4我国的现状与今后课题我国研究机构(国立卫生试验场、农林水产省的食品综合研究所(当时))也参加了从1990年开始的FAO/IAE的项目,在国内也从上纪90年代后半期起,由食品综合研究所、东京都立产业技术研究所等多个机构进行化学分析、ESR测定、TL法、PSL法等的研究,根据民间的需要已经在进行数据的提供.
而且,在厚生劳动省,从2005年度起的3年内,厚生劳动科学研究中采核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200849·核技术应用·表2CODEX辐照食品的标准分析法方法CEN分析法编号分析对象(界限剂量/kGy)类别碳化氢的分析(CC)EN1784(1996)(2003年修订)鸡肉(0.
5)、猪肉(0.
5)、牛肉(0.
5)、鳄梨(0.
3)、芒果(0.
3)、木瓜(0.
3)2类,20012-烷基环丁酮分析(GC/MS)EN1785(1996)(2003年修订)鸡肉(0.
5)、猪肉(1)、液体蛋(1)、鲑(1)3类,2001骨头的ESR测定EN1786(1996)鸡肉(0.
5)、肉(0.
5)、鱼(0.
5)、蛙腿(0.
5)2类,2001纤维素的ESR测定EN1787(1996)(2000年修订)辣椒粉(5)、草莓(1.
5)2类,2001结晶糖的ESR测定EN13708(2001)干木瓜(3)、干芒果(3)、干无花果(3)、干葡萄(3)2类,2003热释光法测定(TL)EN17898(2001年修订)香料类(6)、虾(1)、贝类(1)、鲜蔬菜(1)、干蔬菜与干果(8)、马铃薯(0.
05)2类,2001、2003光激发释光法测定(PSL)EN1375(2002)香料类(10)、贝类(0.
5)3类,2003DEFT/APC法EN13783(2001)香料类(5)3类,2003DNACometAssay法EN13784(2001)鸡肉(1)、猪肉(1)、植物细胞(种子类)(1)3类,2003LALGNB法EN14569(2004)鸡肉(2.
5)纳检测法,2007年7月公布了关于采用TL法的香辣调味料的检测.
用该方法对进口的香辣调味料进行检测,把检测的情况通知各检疫所长.
再者,有关大学与公立机构在继续取得ESR测定与环丁酮法的改进等的研究成果.
2001年1月到2006年3月,根据对进口食品的监控、指导,发现辐照过的食品有5起,根据进口食品在国内流通时的监视、指导,发现对食品辐照的事例有1起.
我国检测法的整备,当然对这种违反事例的揭露是奏效的.
另一方面,2000年12月,全日本香辣调味料协会在向厚生省提出的香料辐射灭菌的许可申请中,写明了要使用适合流通管理的标识.
2005年10月公布的原子能政策大纲中关于促进消费者对食品辐照的接受,明文规定更进一步开展促进理解活动的必要性.
原子能委员会内设立的食品辐照专业委员会开始调查讨论与知识普及活动,在有关原子能、辐射应用的有关团体进行各种知识普及活动,大众传媒与科学界的关心也逐渐高了起来.
在这些讨论中也能发挥检测法本来的作用,以及"以健全的流通管理为目的的标识的核对功能".
我国将来食品辐照是有希望的.
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15~18(2007)(徐桂)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200850·简讯·美国众议院取消GNEP的拨款美国众议院拨款子委员会一致同意美国能源部(DOE)的拨款法案,该法案将为内华达州尤卡山处置库提供全部资金,但取消了全球核能合作伙伴计划(GNEP)的拨款.
该法案要求在2009财年为DOE的尤卡山处置库提供4.
95亿美元拨款,数目和美国总统布什的2009年财政预算相同.
委员会主席Visclosky称,GNEP计划效果差、设计不佳并且执行不力.
委员会没有为GNEP拨款.
该法案还将为DOE的科学与研究工作提供48.
6亿美元.
委员会还接受了能源部的提议,将新能源技术的贷款担保计划延长到2011财年.
Visclosky还对不能为DOE的环境清污提供全面资金表示遗憾,称这是国会预算的必要约束.
该法案为环境清污提供4.
635亿美元.
美国从英国撤出核武器研究美国核武库的美国科学家联盟在2008年6月26日公布一份报告中称,美国已秘密从英国Lakenheath皇家空军基地撤出了其全部的核武器.
这些核武器从1954年以来就贮存在那里.
美国官方未公布,但多个消息来源确认了这件事.
英国国防部拒绝对此发表评论,美国驻英国的空军发言人说,不对核武器的部署位置发表意见是美国的政策.
如果事实如此,那么美国就只在欧洲的6个基地贮存有核武器,主要是土耳其的Incirlik空军基地和意大利的Aviano空军基地,剩下的位于比利时、德国和荷兰.
报告作者HansKristensen认为,空基核武器的作用比过去小得多,它们绝大部分被核导弹代替了.
在冷战时期,美国贮存在欧洲的核武器最多时达到7000多枚,其中绝大部分于20世纪90年代初撤出.
估计目前不到240枚.
美国EnergySolutions公司进口意大利放射性废物美国EnergySolutions公司已经向美国核管会提交了许可证申请,申请从意大利进口2万t低放废物.
在最后期限前,公众意见已接近4000条.
EnergySolution公司打算从美国查尔斯顿、南加利福尼亚或新奥尔良的港口进口低放废物,在田纳西州进行处理后,将1600t运送到位于犹他州的美国最大的也是惟一私营的低放废物处置库.
EnergySolutions公司称,其场址有足够的空间处置意大利的废物,并保证外国废物仅占处置能力的5%.
该公司称,如果这座场址接纳了美国104座反应堆退役产生的所有低放废物,仍将有近5000万立方英尺的未用空间.
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2,200851·简讯·而意大利的废物只占该公司每年接收废物的不到1%.
美国2007年能源补贴统计数据美国能源信息署(EIA)发布了美国政府2007年能源补贴和研发支持情况.
分析显示,2007年美国政府的能源补贴和研发支持资金总额达166亿美元,是1999年的2倍.
其中67.
5亿美元与电力生产有关,60亿美元投入到研发和补贴中.
除投入输配电的8.
75亿美元外,研发资金为15.
5亿美元,35.
5亿美元用作现有发电的补贴.
用作现有发电补贴的35.
5亿美元是通过课税扣除的方式实现的,其中核电获得1.
99亿美元补贴,可再生能源获得7.
24亿美元,相当于核电的补贴率为0.
025美分/kWh,可再生能源的补贴率为0.
71美分/kWh.
可再生能源补贴主要用于风能,补贴率高达2.
3美分/kWh.
然而,为核电提供的补贴,完全是由于与核电站出售时如何处理退役基金有关的缴税规则发生变化而提供的.
2005年《能源法》对这些规则进行了修订.
在15.
5亿美元研发资金中,分别有9.
22亿美元、5.
22亿美元、1.
08亿美元投入到核电、煤电和可再生能源发电的研究,这3种发电方式分别占美国总发电量的19.
4%、49%和2.
5%(除水电外).
在核研发资金中,有3.
19亿美元用于新核电站的设计和防扩散燃料循环,3.
5亿美元用于核能和研究场址的清污,2.
53亿美元用于爱达荷国家实验室的设施及其管理.
下一代核燃料因太热而无法处理一份报告表明,"燃烧"时间更长、能量更高的新高效核燃料可能在紧急情况下是不稳定的,而且难于处置.
通过进一步浓缩反应堆所使用的铀,运营商能够利用给定数量的燃料生产更多的电力,这一量以GWd/t(U)表示.
美国和其他国家的压水堆和沸水堆在燃料效率剧增情况下仍运转良好.
现在的目标是从燃料中提取更多的能量,并产生更少的放射性废物.
据英国的周刊《新科学家》称,美国和英国的新一代核电站准备使用燃耗达到60GWd/t(U)的反应堆设计.
该杂志称,"在这一燃耗下,铀燃料棒将比现在燃耗最高燃料的'燃烧'时间长1年左右".
但是该杂志报道,阿贡国家实验室MichaelBillone进行的测试显示,如果不采用新的燃料包覆设计方法,燃耗超过45GWd/t(U)将会违反美国核管会(NRC)的安全标准.
根据模拟,突然的冷却水失水(1979年三厘岛核电站就是因冷却水失水导致反应堆堆芯部分熔化)将会造成危险.
美国核能的电力研究院称,现代化的反应堆不会发生冷却水失水事件,但NRC仍发起了对安全标准的3年审议.
NRC的一位发言人称,"我们正积极准备修订NRC的安全标准,以充分考虑燃耗的影响".
处置也可能是一个问题,因为新的高效燃料比现在使用的燃料放射性要高出50%,因此在贮存期间会放出更多的热量.
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2,200852·简讯·美国和土耳其达成核能合作协议美国国务院称,美国和土耳其达成了一项协议,该协议将允许两国交换核技术、核材料和反应堆设备.
国务院发言人SeanMcCormack称,该协议将推动能源开发.
美国法律要求,外国政府与美国开展核能合作的前提条件是同意进行防扩散核保障.
该协议必须递交美国国会,国会如果反对将有60个工作日的时间通过立法途径阻止该协议生效.
AREVA集团计划在美国爱达荷建造1座耗资20亿美元的铀浓缩厂在获得州立法机构的税收让步以后,法国核工业集团AREVA公司计划在美国爱达荷城东部的爱达荷核场址建造1座耗资20亿美元的铀浓缩厂.
AREVA公司于表示,该工厂将位于爱达荷国家实验室附近,该实验室从20世纪40年代开始运行.
AREVA计划2014年建成该厂,俄罗斯有一项计划,将其武器级铀转化为适合于电力反应堆使用的铀燃料,并出售给AREVA的竞争对手,这一计划将于2013年到期.
AREVA核工业公司董事会主席兼首席执行官MichaelMcMurphy表示,美国需要更多的清洁能源来支持其经济增长,为了使我们能够满足这些要求,我们必须扩大美国的核基础设施,保证浓缩服务的安全,减少对国外进口的依赖.
新的浓缩厂是这一计划的重要组成部分.
英国NexiaSolutions公司发明放射性调查新技术英国NexiaSolutions公司发明了一项用于核去污的放射性调查新技术,这项技术使用一个网球大小的装置帮助确定辐射源的分布情况,采用这种技术比机器人或人工调查更加方便低廉.
该装置称为辐射球(Radball),它的内部是一种对辐射有响应的半透明聚合物,外部是一层有120个小孔的铅外壳.
把该装置放到辐射区域后,例如待退役的手套箱内,射线通过小孔进入聚合物,离子化效应使聚合物链相结合,从而留下辐射类型与强度的信息.
下一步是信息分析:从多角度经球心拍摄照片,建立辐射轨迹的3D模型,然后将这一信息投射到进行辐射分析的空间模型中,便可以确定空间中的热点.
该技术的发明者Stanley称,这项技术的优点是不需要操作人员,而传统的手持或机器人辐射调查技术缺乏精确性和方向性,因此这项技术在安全、费用和操作便利性上很有好处.
不同的聚合物可用于测量不同的辐射强度.
这种技术最适合核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
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2,200853·简讯·于测量铀和钚的γ辐射.
Stanley称,这项技术已经在英国使用,但分析软件仍在开发当中.
英国新建核再循环工厂英国已开始在坎布里亚郡沃金顿的Lilly-hall工业区建造第1座核再循环工厂.
该工厂每年将为全英国处理3000t废金属.
废金属经再循环后,低放废物将送到附近的德里格贮存设施.
该工厂的所有者是瑞典公司Studsvik.
工厂计划于12月建成.
公司发言人称,新设施是为满足政府的核退役目标而建造的,它将提供一种可替代方法,对退役过程中清除的材料进行清洁.
受到较低放射性污染的材料和废物,将用专门设计的运输容器运输到这里进行处理.
英国将为日本进行乏燃料后处理英国首相布朗将会见日本首相福田康夫,对一份每年10亿英镑(19.
8亿美元)的乏燃料后处理合同进行商讨.
来自日本的乏燃料将在英国西北部坎布里亚郡的塞拉菲尔德进行后处理,然后运回日本,在反应堆内重新使用.
布朗将在2008年7月份北海道召开的八国集团会议上提出此事.
英国公布2007年核潜艇事故原因2007年3月,英国核潜艇"不懈"号在北冰洋冰层下巡航时,由于氧气装置爆炸,造成2名船员死亡.
2008年6月12日,英国国防部承认,这起事故原本是可以避免的.
12日,一个调查委员会公布了这种装置在"采购、加工、运输、贮存、安装和后勤管理"方面的细节问题.
国防部的报告称,事故是因为供应氧气的Scog独立式氧气发生器爆炸引起的.
爆炸造成2名船员死亡,1名船员受伤.
过去这种氧气发生器也发生过许多故障.
报告列出了一系列引起这次事故的"系统性故障",包括:英国国防部未能了解到和该设备相关的危险,尽管过去出现过问题;近1000个过去被认为是"危险废物"的氧气装置被进行了升级使用.
尚不知道爆炸的装置是否是其中的一个;这种装置本应在干燥贮存库保存,有些却被放在码头上2个星期;这种装置的制造商MPL的"质量控制"存在缺陷.
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2,200854·简讯·俄罗斯又关闭1座产钚堆俄罗斯关闭了剩余3座产钚堆中的第2座,这是美俄关闭冷战时期核武器材料生产设施的多年努力的一部分.
俄罗斯原子能机构在一份声明中说,这座位于谢韦尔斯克西伯利亚化学工厂的ADE-5反应堆已经停止运行,工作人员将取出剩余的铀燃料.
美国能源部也宣布了反应堆关闭的消息.
俄罗斯剩余的3座产钚堆中,第1座于2008年4月20日关闭.
最后1座产钚堆位于热列兹诺戈尔斯克,估计将于2010年关闭.
美国多年来推动俄罗斯关闭这些反应堆,但由于它们还为附近的城市供电供热,俄罗斯不愿在煤电工厂建成之前关闭这些反应堆.
美国投资了9.
26亿美元帮助建造化石燃料发电站,英国、加拿大等国也提供了经费.
谢韦尔斯克和热列兹诺戈尔斯克反应堆的设计类似于切尔诺贝利的反应堆,因而也引起了对事故的担心.
据美国核军工管理局消息,这些反应堆每年可生产1t以上的钚.
尽管两国同意各处置约37.
5t过剩武器级钚,但俄罗斯到今年初又继续生产了约1.
3t.
已有10吨俄罗斯高浓铀成功转化为低浓铀美国核军工管理局(NNSA)宣布,在美国和俄罗斯的共同努力下,已经有10t(22000磅)俄罗斯武器级高浓铀被成功转化.
10t高浓铀能够制造400枚核武器,根据美-俄之间的协定,这些高浓铀通过与天然铀混合被成功转化为低浓铀.
转化俄罗斯的冗余高浓铀将消除核扩散风险,同时使这些冗余的材料能够用于制造俄罗斯核电站和研究堆的燃料.
这些活动还支持了将俄罗斯核材料贮存到少数建筑物和场址的工作.
俄罗斯将在西部加里宁格勒建设核电站俄罗斯高级核官员称,俄罗斯正在寻求外国投资,在加里宁格勒建设一座核电站.
俄联邦原子能机构(Rosatom)主席称,"我们准备提供给国外的合伙人(主要来自欧洲)高达49%的加里宁格勒核电站股份".
外国公司将有机会为这座位于波罗的海沿岸城市的核电站供应设备.
新的发电机将是现在保加利亚正在建设的Belene核电站使用的发电机的改进版本.
俄罗斯核电建设出口公司(Atomstroyexport)将成为该项目的主承包商,其他合伙人将在不久后选出.
"哪家公司的价格最优惠,就选择哪家提供设备".
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200855·简讯·俄罗斯可能为蒙古建设1座核电站俄罗斯国有Rosatom公司称,俄罗斯可能将与蒙古签订协议,为蒙古建设1座小型或中型核电站.
Rosatom董事长SergeiKiryenko在会见蒙古总理SanjaaBayar后,发表了以上声明.
Kiryenko称,"在会见中,蒙古总理表达了建设1座小型或中型核电站的愿望".
Kiryenko称,Rosatom将与蒙古签订一份核能合作联合行动计划,计划内容涉及联合投资蒙古铀矿勘探以及铀生产、加工和为蒙古建设小型或中型核电站.
苏联首艘核潜艇研制成功50周年1952年9月9日,一份备忘录的签署标志着苏联国内的第1艘核潜艇的研制工作正式开始,Malakhit设计局为此次工作进行了重组,水下舰艇建造专家佩列古多夫被指定负责该项工作.
由Gasanov院士负责核反应堆的建造工作,苏联抽调了国内最好的设计师和研究人员参加潜艇的新设计工作.
该项目命名为627项目,委托机械工业部负责,同时,海军总参谋部开始选择和训练新艇的艇员,指定LeonidOssipenko为新艇的艇长,LevZviltsov为高级助理,负责集合第1批艇员.
这是1艘新设计的潜艇,不仅是核反应堆,还包括潜艇的外形设计,使其在水下达到最佳的运动性能.
该艇的水面排水量为4200t,水下排水量为5000t,2座反应堆驱动2个蒸汽轮机,动力为30000马力,水下的最大航速达30节(美国第1艘核潜艇"鹦鹉螺"号建造于1955年,航速为20节),潜艇的下潜深度为350m,艇员数量为86人.
根据最初的计划,潜艇有2个鱼雷舱(28m长,直径为1.
5m),其中一个有氢弹头,以及另外2个带核弹头的鱼雷.
然而,该艇最终装备8具鱼雷发射管和20枚正常尺寸的鱼雷,既可以携带核弹头也可以携带常规弹头.
该艇还有3部雷达和2具声呐.
1954年11月17日,海军和工业部门的代表在列宁格勒批准通过了潜艇的设计,在北德文斯克船厂建造该潜艇.
1957年8月,苏联的第1艘核潜艇下水,该艇的建造时间不满5年.
1958年7月1日,在海军总司令戈尔什科夫上将面前,苏联海军国旗在潜艇上升起,随后该艘潜艇在白海下水,7月4日,该潜艇进行了首次水下航行.
1958年12月,潜艇下潜到300m深处,独立高速航行了2天,1959年6月,参加第1艘核潜艇建造和测试的人员受到了表彰.
1962年7月17日,现在称之为K-3的627型潜艇在北极地区进行了下潜,该艇被命名为"LeninskiyKomsomol"号,于1991年退役.
俄罗斯可能会帮助英国处理退役核潜艇俄罗斯位于巴伦支海北德文斯克城的兹韦兹多奇卡(Zvezdochka)船厂的一位官员透露:该公司可能会帮助英国处理退役的核潜艇.
目前,英国目前有至少11艘退役核潜艇,但是英核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200856·简讯·国还没有处理潜艇上核设备的设施,因此,只能将这些潜艇停泊在海面上.
俄罗斯的这家公司擅长负责处理废弃的核设备,可以根据北极军事环境合作项目(AMEC)来帮助英国解决这个问题.
AMEC于1996年启动,由俄罗斯、挪威和美国签署AMEC宣言,以此来加强合作,处理北极圈区域内与军事相关的环境问题,英国于2003年加入该项目.
该官员透露:"我们可以拆卸潜艇上核反应堆和与之相邻的2个船舱,将其进行封存,然后运送到俄罗斯之外的一个永久贮存设备中.
"他表示,兹韦兹多奇卡船厂目前只是拆解俄罗斯的潜艇,大概每年分解2艘,但是在2012~2015年之后,公司有足够的能力承接国外的订单.
在英国皇家海军访问俄罗斯期间,俄罗斯已经与英国海军官员就该问题进行了初步的讨论.
据兹韦兹多奇卡船厂发言人透露:法国已经表示,有兴趣与该公司合作来处理法国退役的核潜艇.
法国Areva与日本核工业界签订31亿美元合同法国Areva公司宣布,与日本核工业界签订了价值31亿美元的铀供应、转化和浓缩协议.
Areva称,这份与日本多家公司签订的合同的时间跨度长达15年.
Areva公司CEOAnneLauvergeon在一份声明中称,"这些业务成功地巩固了Areva公司在日本的地位".
Areva公司在日本拥有140名雇员,2007年在日本的收入为5.
75亿欧元.
Areva将为日本高滨核电站供应MOX燃料法国Areva公司已经获得合同,为日本关西电力公司的高滨核电站供应混合氧化物(MOX)燃料.
根据合同,Areva将为高滨核电站的3号和4号机组提供16套MOX核燃料组件.
关西电力公司还选择日本原子燃料公司(NFI)参与这份合同.
这份合同是Areva近期和日本公司签订的几份合同之一,这几份合同的总价值高达20亿欧元(约32亿美元).
日本电力公司联盟称,根据"pluthermal"计划,联盟全部9个成员将从2010年开始在16~18座反应堆使用MOX燃料.
预计每年将有6t钚装入反应堆.
日本后处理厂位于地震带上日本东京大学的地球科学家MitsuhisaWatanabe称,日本北部六所村的铀浓缩、乏燃料后处理和核废物贮存设施建造在了一条活跃地质断层带上方,这里可能发生8级的地震.
Watanabe是5月27日在千叶召开的日本地学年会上发表他的研究成果的.
运行该工厂的日本核核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200857·简讯·燃料有限公司(JNFL)称,Watanabe所说的地震断层1000万年来未见任何活动,而且该断层并没有延伸到工厂以下.
日本2006年公布的国家导则称,评估核设施抗震性能时,在过去12万到13万年来发生过移动的断层才被认为是活跃的.
JNFL的调查得出的结论是,该地区不会发生6.
5级以上地震,而该工厂能够承受6.
9级的地震.
印度原型快堆建设到达里程碑印度Kalpakkam原型快堆(PFBR)项目于2008年6月24日在反应堆拱顶室内安装了关键部件,即反应堆安全容器.
该安全容器重160t,直径13.
5m,高13.
5m,周长43m,是印度Larsen&Toubro公司将7块部件焊接而成的.
重型起重机首先将放在地上支撑结构上的安全容器小心地吊起,缓慢转动53m的距离,然后精确地把它放在混凝土反应堆拱顶室内,拱顶室直径13.
8m,高17m.
这个过程持续了2个小时,成功完成.
印度PFBR功率为500MWe,建造费用为350亿卢比,将于2010年9月达到临界.
PFBR将使用铀钚混合氧化物燃料和液态钠冷却剂.
安全容器的作用是防止液态钠与反应堆拱顶室相接触.
反应堆主容器位于安全容器以内.
印度向美国出口重水印度原子能部负责生产重水的下属部门重水委员会(HWB)最近向美国光谱气体(SpectraGases)公司出口了4.
4t核级重水.
根据印度官方消息,这家位于新泽西州的公司又向印度订购了11t重水.
该公司将重水用于生产稳定同位素生化制剂.
另一家美国公司剑桥实验室公司也向印度要求购买4.
6t高质量重水.
此外韩国也订购了4t.
HWB目前运行着印度的7座重水工厂,各厂(除Hazira厂和Tuticorin厂外)在2008年3月以前都以100%的产量运行.
印度正逐渐成为重要的重水出口国,美国正在成为印度重水的最大客户.
印度官方消息称,在未来几年需求还将继续上升.
铀稀缺困扰印度核电站由于缺少铀,印度的6座核电站的发电正在受到严重影响,目前发电量还不到总装机容量的一半.
印度联邦国务部长表示,尽管印度政府正在做出努力,但铀的需求只能从"外部来源"满足印度核能发电的目标是到2020年达到20000MW.
尽管装机容量有3770MW,实际发电只有45%~50%,有些反应堆还不到30%.
特别是2座新机组——220MW的盖加Ⅳ和220MW的拉贾核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200858·简讯·斯坦核电站(RAP),正处在空闲状态.
印度至少还需6个月安排国内的铀资源,才能让这些反应堆运行起来.
到2009年3月,RAP的另1座机组将建成,它是否能够运行也将取决于当时有没有核燃料.
美印核能合作协议是满足印度铀需求的惟一手段.
而印度原子能部(DEA)也正在设计新项目,加大国内的铀生产.
印度正在Jharkhand的Turamdih建造1座新的处理设施,该设施将在6个月内开始供应核燃料.
印度在AndhraPradesh的Tummalapalle铀矿采矿项目也已启动,需要3年时间才能运行.
印度将于2008年底发射月球初航印度太空研究组织(ISRO)计划于2008年10月至12月间发射其首个无人月球任务"月球初航".
ISRO主席奈尔称,此次任务旨在获取月表图像.
任务将进行高分辨率3D成像,利用适当的地面支持系统操控科学有效载荷、月球飞行器和运载火箭.
收集数据:月球飞行器不着陆,但绕月球极轨运行,并特别关注收集极地冰层(可能存在水的迹象)的数据.
航天器需要至少2年的时间完成覆盖整个月球表面的飞行任务.
在谈及ISRO的未来计划时,奈尔表示,发射"月球初航"之后,将计划发射一枚配有本土研制低温发动机的地球同步卫星运载火箭.
所有预备测试都已完成,并有望于2009年3月发射升空.
70项任务:印度计划在2007~2012年第十一五计划期间发射70项任务.
任务的数量是过去5年的3倍.
ISRO的区域遥感中心将很快转移到Kolkata.
巴基斯坦自印巴战争40年后首次公布国防预算计划巴基斯坦政府自1965年的印巴战争40年后,首次公布军事预算情况.
虽然45亿美元的2009年国防预算已经在2008年6月11日提交议会,但是政府在6月17日向参议院提交预算详细清单进行讨论和批准.
下一年度巴基斯坦军队预算将达到1287亿卢比,比上一年度增加4.
3%.
海军预算将达到29.
1亿卢比,比上一年度增加14%,空军预算将达到710亿卢比,比上一年度增加5.
9%.
巴基斯坦国防工业包括了巴基斯坦兵工厂,巴基斯坦航空工业联合体和重工业公司,其预算分配比上一年度增加了14.
5%.
虽然目前国家通货膨胀率已经超过了10%,但是巴基斯坦2009年国防预算会受到一些影响.
但是,采办计划不会受到严重影响,因为来自美国6亿美元的军事援助将被用于采办,而且这部分预算是在已经公布的预算分配之外的一部分资金.
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200859·简讯·西班牙发生核泄漏2008年4月4日,西班牙阿斯科核电站有少量放射性金属颗粒释放.
西班牙核安全审管机构将这次事件定为国际核事件分级中的2级.
据阿斯科核电站的运营商阿斯科-班德略斯核联盟公司(Anav)称,颗粒是从阿斯科1号压水堆机组的核燃料建筑物通过通风管逃逸的,附近的监控器在4月4日探测到了这一情况.
Anav公司于当天通知了西班牙核安全委员会(CSN),并开始为期3天的清污作业,确保颗粒不会传播到核电站场址内更远的地方,如冷却塔、行政大楼或依博罗河.
Anav称95%的颗粒沉积在了释放点附近.
最后一批乏燃料移出切尔诺贝利反应堆最后一批乏燃料棒已经从切尔诺贝利3号机组移出.
切尔诺贝利3号机组是该电站最后1座停止运行的核电反应堆,该场址新的放射性废物管理与处置设施也已开放.
切尔诺贝利3号机组于2000年底关闭,乌克兰总统ViktorYushchenko和多名政府官员见证了卸料的过程.
卸出乏燃料后,该反应堆的退役就可以进入下一阶段,即拆除不再使用的设备和系统.
卸出的乏燃料将临时贮存在场址内的乏燃料贮存水池中,最终将运往SNF-2干法贮存设施.
该设施目前正在建造中,美国Holtec国际公司担任该设施的建设承包商,乌克兰政府与Holtec国际公司于2007年9月签订了有关合同.
澳大利亚未来铀工业产值将达170亿美元/年澳大利亚资源与能源部部长MartinFerguson发布了一份新的有关澳大利亚到2030年为满足世界需求的铀供应的经济分析.
为了应对气候变化,碳排放的价格将使得澳大利亚的经济随着铀出口而增长.
《铀工业展望》报告根据基本情况,讨论了2种世界情景:(1)为了应对气候变化而采取中等措施,到2050年稳定大气中二氧化碳的浓度到550ppm;(2)采取激进措施,根据众多科学家建议的减少60%的二氧化碳排放.
第1种情景,配合气候措施,还包括到2030年运行960GWe核电装机容量,目前为372GWe.
这符合政府间气候变化专门委员会(IPCC)根据二氧化碳50美元/t的价格进行的第4次评测报告结果.
第2种情景,气候危机,到那时将运行1634GWe核电.
该水平相当于通过稳定大气中二氧化碳浓度(到2050年为450ppm),限制全球温度平均增长为2℃.
这将要求每吨二氧化碳排放价格不低于100美元.
第1种情景被认为最有可能,尽管550ppm二氧化碳水平远高于今天的385ppm.
在这2种情景中,澳大利亚分别供应世界铀需求的25%和30%.
假设目前国内的政策限制取消,到2030年,澳大利亚铀出口将分别达到31400t和64500t.
核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200860·简讯·韩国从中亚购买2600吨铀韩国总理韩升洙与乌兹别克斯坦签署协议,购买2600t铀.
该协议是韩升洙对中亚10天访问期间将签署的众多协议中的第一个.
韩升洙总理还将访问哈萨克斯坦、土库曼斯坦和阿塞拜疆,与这些国家领导人进行会谈,讨论能源问题及其他事项.
韩升洙总理会见了乌兹别克斯坦总理米尔济约耶夫.
并且马上签署了该协议.
根据协议,韩国将于2010~2016年从乌兹别克斯坦购买2600t铀,总价值达4亿美元.
所有这些铀原料将由韩国核燃料公司(韩国电力公司——Kepco的子公司)制造成燃料元件供韩国核电反应堆使用.
韩国共有20座核反应堆,为韩国生产40%的电力.
目前还有3座在建.
与乌兹别克斯坦签署的协议将能够满足韩国年铀需求量的9%,韩国所有的铀都必须依靠进口.
事实上,韩国97%的能源供应都是依赖进口,因此对石油和天然气价格上涨非常关注.
伊朗称将继续开展铀浓缩伊朗声称,尽管欧洲表示,如果伊朗不接受国际提议就将展开新的制裁,伊朗仍将继续开展铀浓缩.
欧盟外交政策负责人JavierSolana向伊朗施压,让其对提议作出答复.
提议包括,如果伊朗同意停止铀浓缩,就会给以经济激励.
而伊朗则称其核计划是和平的.
Solana称,欧盟仍在寻求谈判和制裁.
伊朗外长ManouchehrMottaki称,伊朗将对提议进行研究,并在"适当的时间"作出答复.
副外长AliRezaSheikhAttar则表示,伊朗将"尽快"答复.
但SheikhAttar称,铀浓缩是伊朗的底线,伊朗必须开展铀浓缩.
英国首相布朗称,欧盟国家已经达成一致,需要对伊朗开展新一轮制裁.
他宣布,英国将冻结伊朗最大的银行Melli银行的资产,还表示EU的制裁可能以伊朗的油气部门为目标.
4家外国公司有意向参与土耳其核电站竞标土耳其第1座核电站的招标公布后,已有4家外国公司准备竞标文件,争取获得土耳其第1座核电站的许可证.
土耳其能源部一名官员称,潜在投标商包括法国VinciSA公司、比利时Suez-TractabelSA公司和加拿大的AECL,已经寻求获得规范说明.
第4家表示有意向的公司是一家日本公司.
招标的最终期限被定在2008年9月24日.
土耳其计划在南部地中海海岸的Akkuyu城建设其第1座总功率4000MWe的核电站.
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No.
2,200861·简讯·发展中国家着眼于发展核电路透社转引《华盛顿邮报》报道,超过40个发展中国家已经向联合国官员表示了启动核电项目的意愿.
《华盛顿邮报》称,包括海湾国家和拉丁美洲国家在内的发展中国家一直是核不扩散专家关注的焦点.
专家称,这些国家发展核项目的意愿无疑会为部分国家设置核武库提供便利.
该报还称,大多数国家寻求发展核电都是基于经济方面的考虑,包括对化石燃料价格过于高昂的考虑.
但是,那些拥有丰富石油和天然气储备的中东国家,例如科威特、沙特和阿拉伯联合酋长国,它们投资发展核电有部分原因是考虑到未来的地区军备竞赛.
一位负责追查核技术扩散的美国政府官员对《华盛顿邮报》表示:"我们担心,出于对伊朗核问题的反应,一些国家正在试图发展核武器.
最大的问题在于:当有足够的国家发展了核力量,以至于其他的国家也决定必须这么做时,何时达到核平衡点"据《华盛顿邮报》报道,至少已有6个国家在过去的4年中称,它们正规划进行铀浓缩或乏燃料后处理活动,这有可能扩大全球钚和浓缩铀的供应.
哈萨克斯坦铀矿年产量将达4000吨阿海珐公司称,阿海珐和Kazatomprom组成的合资公司Katco公司将每年从哈萨克斯坦开采4000t铀,直到2039年.
Katco公司有51%为阿海珐所有,49%为Kazatomprom所有.
该公司将开采铀矿,阿海珐公司负责销售.
阿海珐公司发言人称,这项新的协议加强了曾在1996年达成的合作关系,当时达成的产量为每年1000t铀.
此外,阿海珐还表示,将为Kazatomprom位于Ulba的冶金工厂建造燃料加工作业生产线提供工程援助.
该生产线产量将达每年400t,其燃料芯块将由Kazatomprom提供.
哈萨克斯坦是阿海珐公司生产铀的3个主要合作国之一,另外两个合作国是尼日尔和加拿大.
越南立法批准使用民用核能越南共和国通过了一项法律,批准为民用目的使用原子能,为其第1座核电站打通了道路.
国民大会办公室的一位官员称,通过的立法和原先公布在网站上的草案相比改动不大.
越南官员希望第1座核电站可在2020年以前运行,装机容量达到1000MW.
越南国营电力公司称,希望能够快速发展核电,在2025年以前能达到11000MW.
日本、法国、韩国、俄罗斯等国,都对帮助越南建造第1座核电站表达了兴趣.
该核电站将建在南部的宁平省.
达到1000MW.
越南国营电力公司称,希望能够快速发展核电,在2025年以前能达到11000MW.
(王丽英)核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200862·专利简讯·专利简讯12项1一体化低温核供热堆【公开日】2008.
04.
02【分类号】G21C1/32【公开号】CN101154472【申请日】2006.
09.
29【申请号】200610152552.
X【申请人】中国核动力研究设计院【文摘】本发明公开了一种一体化低温核供热反应堆.
反应堆所有一回路设备采用一体化布置,属于低、中参数压水核反应堆.
反应堆堆芯采用成熟的核电站燃料组件和控制棒组件,主热交换器为整体盘管式,稳压器为内置氮气分压控制稳压器,冷却剂循环由内置喷射器和外置驱动回路的设备完成.
驱动回路和设备以及主要一回路辅助系统布置在反应堆压力容器外围.
反应堆安全壳由堆本体安全壳和堆顶安全壳两部分组成,堆本体安全壳为钢筋混凝土结构的堆坑和钢结构的壳体组合的结构.
堆本体安全壳通过管道和阀门与密封的换料水贮存池相连.
该种堆型热功率可以在50MW到500MW范围内任意选择,堆出口温度根据用途、需求和功率大小可在100~200℃范围内选择.
2核反应堆达临界状态模拟方法【公开日】2008.
04.
16【分类号】G06F17/00【公开号】CN101162455【申请日】2006.
10.
13【申请号】200610140880.
8【申请人】核电秦山联营有限公司【文摘】本发明属于核反应堆领域,特别是一种核反应堆临界状态模拟方法,包括以下步骤:(1)硼化稀释模型得到硼浓度变化量;(2)棒位控制模型的叠步棒位与单棒换算式得到叠步棒位变化量;(3)硼浓度变化量和叠步棒位变化量代入反应性模型得到反应性变化量;(4)由反应堆模型得到中子数;(5)当改变硼浓度和控制棒棒位时中子数不变,则反应堆达临界状态.
使用本发明的方法:能够动态直观实时地表现出中子数与反应性的关系;由于采用基于计算机数值解法,对于反应性任何形式的变化,中子数均能被非常精确的计算出;所需资源少,只需一台计算机即可实现;可以灵活地更改参数,以适应不同结构的反应堆的达临界特性.
3反应堆一回路可溶硼硼-10丰度的跟踪计算方法【公开日】2008.
04.
30【分类号】G21C17/104【公开号】CN101169982【申请日】2006.
10.
25【申请号】200610150752.
1【申请人】核电秦山联营有限公司【文摘】本发明公开了一种反应堆一回路可溶硼硼-10(10B)丰度的跟踪计算方法.
它包括读入反应堆参数(d1)和反应堆功率运行史数据(d2)进行参数初始化及预处理,根据功率运行史状态数据进行硼化或稀释操作判断、反应堆参数按燃耗区间进行插值,然后根据计算了10B核消耗的一回路硼化稀释公式和一回路泄漏处理模型迭代计算出第二个状态点10B富集度X2,将10B富集度换算成丰度,并把计算结果输出,则一个状态点计算结束;继续进行下一个状态点计算,直至数据处理结束.
本发明用于跟踪计算反应堆一回路10B丰度的变化、10B的核消耗量、10B核消耗所产生的能量等.
4非能动的固有安全的管池式反应堆【公开日】2008.
03.
26【分类号】G21C15/18【公开号】CN101149990【申请日】2007.
11.
09【申请号】200710166285.
6【申请人】中国核动力研究设计院【文摘】本发明属于一种核反应堆,具体为一种固有安全的管池式研究堆.
该堆的反应堆冷核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200863·专利简讯·却水主泵和余热导出泵设置在主换热器的后面,在主回路间并联,余热换热器设置在反应堆水池中.
主回路间设置在反应堆水池的上方,主回路间的底部有一管道与反应堆水池水面以下相通.
在反应堆堆芯的进出口处各有一个水力控制开关阀与反应堆水池相通,在主管道失水事故时,主回路间的水可回到反应堆水池,同时由于反应堆容器的压力低,自动打开堆芯进出口水力控制开关阀;当余热导出泵发生故障时,靠堆芯温度高信号打开堆芯进出口水力控制开关阀,使反应堆堆芯与反应堆水池形成自然循环,导出反应堆堆芯的余热至反应堆水池.
5一种以碳化硅为惰性基体的核燃料及其制备方法【公开日】2008.
05.
28【分类号】G21C3/64【公开号】CN101188147【申请日】2007.
12.
26【申请号】200710050982.
5【申请人】中国核动力研究设计院【文摘】本发明提供了一种以碳化硅为惰性基体的核燃料及其制备方法.
该碳化硅惰性基体核燃料,是将氧化锆燃料相的燃料小球,均匀弥散在碳化硅基体中,其弥散在碳化硅基体中的质量数为5%~35%,核燃料为圆柱状或环状的陶瓷-陶瓷复合燃料芯块.
该燃料具有良好的导热性能和耐辐照性能,化学稳定性高.
其制备方法是将氧化锆燃料相燃料小球均匀弥散在碳化硅基体中,经电火花快速烧结,形成氧化锆燃料球均匀弥散在基体中的陶瓷复合碳化硅惰性基体核燃料.
这种碳化硅惰性基体核燃料是一种安全、环保的核燃料,制备方法简单、可靠.
6用于燃料组件流量测量的模拟组件【公开日】2008.
03.
26【分类号】G21C17/10【公开号】CN101149991【申请日】2007.
10.
19【申请号】200710163213.
6【申请人】中国核动力研究设计院【文摘】本发明属于模拟试验装置,具体涉及一种用于燃料组件流量测量的模拟组件.
其外形与燃料组件一致,其内侧设为闭式流道,在闭式流道内设有定位梳和模拟燃料板,定位梳为带有若干并排凹槽的梳状定位板,模拟燃料板设在定位梳的凹槽内,模拟燃料板的长度小于实际燃料板的长度,在模拟燃料板的后端、闭式流道空间内还依次设有涡轮流量计和阻力调节板,阻力调节板为带有通孔的板.
本发明避免了采用引压管进行测量的误差,因此提高了流量测量的精度.
此外,由于不需要多组测量仪表来测量,降低了试验成本.
7碳化硼屏蔽组件【公开日】2008.
05.
14【分类号】G21C11/06【公开号】CN101178947【申请日】2007.
12.
11【申请号】200710195022.
8【申请人】中国原子能科学研究院【文摘】本发明公开了一种中子反应堆堆芯屏蔽组件.
该组件由头部、中间部分和尾部三部分组成.
头部由操作头、上过渡接头组成,操作头与组件装卸设备相吻合并设有钠的排出孔;上过渡接头外侧设有定位块以保证组件之间的径向定位,上过渡接头焊接到六角套管的上端面上.
中间部分由六角套管和置于套管中的屏蔽体组成.
尾部由下过渡接头及管脚等组成,下过渡接头焊接到六角套管的下端面上,管脚设有钠的进入孔.
本发明所使用高密度热压碳化硼芯块,保证它在开裂后不逸出棒外,同时吸收体棒采用通气式的上端塞,将10B(n,α)反应产生的氦气引出棒外,技术方案不仅实用,而且有效地解决了吸收体棒包壳的承压问题.
8一种钠钾合金的制备方法及装置【公开日】2008.
06.
11【分类号】C22C1/02【公开号】CN101195878【申请日】2007.
12.
29【申请号】200710306972.
3【申请人】中国原子能科学研究院【文摘】本发明公开了一种钠钾合金的制备方法及装置,包括以下步骤:(1)抽真空、氩气置换;(2)将贮钠罐、贮钾罐、钠钾合金罐及管核科技信息2008年第2期NUCLEARSCIENTIFIC&TECHNICALINFORMATION.
No.
2,200864·专利简讯·道加热至100~300℃;(3)向钠钾合金罐充钾的同时在线称重;(4)向钠钾合金罐充钠的同时在线称重;重复步骤(3)、(4),直至满足所需的钠钾合金量.
实现该方法的装置包括贮钠罐、贮钾罐、钠钾合金罐、真空泵、氩气钢瓶通过管道连接组成,贮钠罐与钠钾合金罐通过金属软管连通,贮钾罐与钠钾合金罐通过金属软管连通,钠钾合金罐置于电子台秤上,真空泵、氩气钢瓶与装置中的管道及设备连通.
该发明提供了一种结构简单、操作安全,并在线连续称取钠和钾的重量且大量的合成钠钾合金的制备方法及装置.
9环形燃料棒的下部和上部端塞【公开日】2008.
05.
07【分类号】G21C3/10【公开号】CN101174480【申请日】2007.
07.
13【申请号】200710149436.
7【申请人】韩国原子力研究所;韩国水力原子力株式会社【文摘】一种环形燃料棒的流入和流出冷却水的下部和上部端塞,包括下部端塞和上部端塞.
下部端塞包括:碎片过滤器,所述碎片过滤器在内部通道主进口的适当位置具有多个相互交叉的销;通孔、碎片过滤器的销安装在所述通孔中;以及至少一个内通道辅助进口,当所述内通道主进口被碎片阻塞时冷却水通过所述内通道辅助进口流入下部内通道,所述内通道辅助进口具有通孔形状.
所述上部端塞在圆周方向上在所述内通道主进口的内圆周适当位置处包括至少一个上部处理凹槽和孔,燃料棒处理工具结合到所述上部处理凹槽和孔中.
10一种测氚装置及测氚方法【公开日】2008.
03.
26【分类号】G01T1/178【公开号】CN101149438【申请日】2007.
09.
26【申请号】200710050129.
3【申请人】中国工程物理研究院核物理与化学研究所【文摘】本发明公开了一种测氚装置及测氚方法.
本发明的测氚装置含有电流收集极、变径保护环和敞口的不锈钢桶体,不锈钢桶体上开有数孔.
被测气体可以自由扩散至不锈钢桶体内,能在负压和常压下进行氚浓度的测量.
本发明的氚浓度的测量方法速度快,同时还能减少在测氚浓度的监测过程中产生的放射性废物.
本发明的测氚装置结构简单,氚浓度的测量方法可靠性高、易于实施.
11高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整方法【公开日】2008.
04.
16【分类号】G01T1/24【公开号】CN101162269【申请日】2006.
10.
13【申请号】200610149634.
9【申请人】中国辐射防护研究院【文摘】本发明涉及辐射测量技术领域,具体涉及一种用于高纯锗探测器无源效率刻度的锗晶体尺寸自动调整方法.
该方法在一个测量位置处,获得多个不同Ei能量γ射线全能峰探测效率测量值,然后依据探测器产品说明书的晶体原始尺寸,进行蒙特卡罗模拟计算,获得相应的各Ei能量γ射线全能峰探测效率计算值;对效率计算值与测量值进行误差分析,通过蒙特卡罗计算获得当前晶体尺寸下,晶体尺寸T、R、L对E能量γ射线的效率影响公式;设定计算效率期望改变百分比,建立方程组,求解获得新晶体尺寸,如此循环得到最终结果.
本发明可以自动、快速、准确地确定高纯锗晶体及其灵敏区尺寸,从而对高纯锗探测器实现快速蒙特卡罗无源效率刻度提供了有效的保证.
12个人剂量计校准全景照射装置【公开日】2008.
04.
09【分类号】G01T1/02【公开号】CN101158722【申请日】2006.
02.
10【申请号】200610002898.
1【申请人】中国人民解放军63960部队【文摘】本发明是一台装载活度不大于11.
1GBq(300mCi)137Csγ源的个人剂量计校准全景照射装置.
使用圆快门技术打开和关闭屏蔽通道,利用长行程气缸快速(下转第41页)