俄罗斯托木斯克理工大学(TPU)已建成一套钴坯镀镍设施,用于制备压力管式RBMK反应堆生产放射性同位素钴-60所需的钴靶。这类钴靶是俄罗斯国家原子能公司相关辐射灭菌系统中的关键元件。

据介绍,TPU科研团队采用真空离子溅射法在钴坯表面沉积镍层。与传统电镀镍工艺相比,真空等离子体沉积不产生有毒化学废料,镍层与工件之间的附着力也更稳定。该技术可制备尺寸和质量要求较高的部件,随后送入RBMK反应堆中辐照。
钴靶的核心材料是稳定同位素钴-59制成的微型圆柱体。这些圆柱体将在RBMK反应堆堆芯中放置约五年,钴-59原子在热中子作用下俘获一个中子,转化为钴-60。钴-60是一种半衰期为5.27年的伽马射线源,可用于医疗器械、食品等产品的辐射灭菌。在这一过程中,反应堆仍可正常发电。
TPU温伯格科学教育中心副教授、新设施负责人德米特里·西德列夫表示,团队多年来一直从事相关设备研发和制造,不仅开发设备,也在实际项目中改进技术,并培养能够操作这些装置的专业学生。参与项目的三年级学生安东·伊林介绍,新设备的目标是在钴-59靶坯表面形成均匀、牢固的镍层,以便在运输和操作过程中保护靶坯及工作人员。
这套装置由温伯格科学教育中心工作人员设计,并在托木斯克理工大学车间制造。测试结果显示,镍膜附着力良好,即使在极端热负荷下也能保持完整。TPU代理校长列昂尼德·苏希赫表示,项目难点在于确保镍涂层覆盖钴坯整个表面,并避免出现微米级缺陷,这也是最终产品的重要质量指标。
接下来,实验室团队将在RBMK反应堆机组总设计师参与下,对该生产基地进行全面认证,以获得批量生产的正式许可。该生产线设计日产量不少于100个钴坯。
俄罗斯核电运营公司Rosenergoatom业务发展总监尼基塔·康斯坦丁诺夫称,该公司利用RBMK反应堆生产钴-60已有30多年,目前约占全球市场30%的份额。全球约15%的医疗器械使用俄罗斯生产的这类同位素进行灭菌。他表示,此前俄罗斯在钴预制件制备方面缺少稳定技术,如今TPU投产的镀镍装置有望满足Rosenergoatom对靶材坯件的生产需求;如未来需求增加,TPU科研团队也可再制造新的真空等离子体腔室。
目前,俄罗斯共有26家辐射灭菌设施,主要参与方包括俄罗斯国家原子能公司健康技术部门旗下的Aktsentr,以及位于车里雅宾斯克州奥焦尔斯克优先发展区的Era区域辐射技术中心,合计年处理能力约7万吨。
这座钴坯镀镍生产设施是在首届托木斯克国际能源论坛期间正式投产的。论坛于6月24日至27日举行,吸引了来自俄罗斯各地及5个外国的400多名专家参加,议题涵盖地热能开发、新型核技术、偏远地区能源供应和先进燃料等方向。