Стартовая композиция мишени на основе радия и способ ее изготовления


 


Владельцы патента RU 2436179:

Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (RU)

Группа изобретений относится к области радиохимии и предназначена для использования в технологии получения радиоактивных изотопов. Для этого стартовая композиция мишени на основе радия содержит радий и разбавитель - оксид свинца. Способ получения стартовой композиции на основе радия заключается в соосаждении карбоната радия с карбонатом свинца из водных растворов их растворимых солей растворами водорастворимых карбонатов и прокаливании полученного осадка при температуре больше 350°С. Группа изобретений позволяет увеличить удельный выход продуктов активации радия. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в технологии получения радиоактивных изотопов.

В настоящее время одним из возможных применений радия-226 является облучение его нейтронами, заряженными частицами или высокоэнергетичными гамма-квантами для получения изотопов 227Ас, 228Th, 229Th и 225Ас, представляющих значительный интерес для использования в качестве генераторов короткоживущих альфа-излучающих радионуклидов медицинского назначения, предназначенных для терапии онкологических заболеваний.

При облучении радия нейтронами в реакторах с водяным охлаждением необходимо, чтобы радий находился в труднорастворимой в воде форме. Это позволит избежать попадания значительных количеств радия, его дочерних продуктов распада и продуктов активации в теплоноситель (охлаждающую воду). При этом необходимо, чтобы данная форма радия была термически устойчива, а также позволяла проводить растворение облученного материала с целью выделения продуктов ядерных превращений. Таким требованиям удовлетворяет карбонат радия. Сульфат и фторид радия хоть и малорастворимы в воде и имеют большую температуру разложения, но их химические свойства затрудняют радиохимическое выделение целевых компонентов и регенерацию радия. Также сера в сульфате радия способна активироваться по реакциям 34S(n, γ)35S и 32S(n, p)32P. Вторая реакция приводит к образованию фосфат-ионов, дающих труднорастворимые соединения с радием и продуктами его активации (Ас при облучении протонами, быстрыми нейтронами и гамма-квантами, Ас и Th при облучении тепловыми нейтронами), что еще больше усложняет радиохимическую переработку облученной мишени.

Известна стартовая радиевая композиция мишени с использованием радия в виде бромида (Patent US №3459634).

Безводный бромид радия можно получить растворением карбоната радия в HBr или многократной обработкой хлорида радия бромистоводородной кислотой с последующим упариванием и высушиванием при 120-150°С [Вдовенко В.М., Дубасов Ю.В. Аналитическая химия радия. Серия "Аналитическая химия элементов". Ленинград, Наука. 1973. 190 с.].

Недостатком этого стартового материала для мишени является то, что бромид радия хорошо растворяется в воде и при разгерметизации оболочки мишени возможно загрязнение теплоносителя.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является стартовая радиевая композиция мишени с использованием радия в виде карбоната (Вдовенко В.М., Дубасов Ю.В. Аналитическая химия радия. Серия "Аналитическая химия элементов". Ленинград, Наука. 1973. 191 с.).

Способ изготовления такой стартовой композиции заключается в том, что сплавляют сульфат радия с карбонатами щелочных металлов при высоких температурах, растворяют полученный сплав в воде, фильтруют осадок карбоната радия и отжигают его при 700°С.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- при использовании миллиграммовых количеств радия он малопригоден вследствие неизбежных значительных механических потерь;

- для макроколичеств радия данный способ также имеет существенные недостатки вследствие снижения выхода целевых продуктов активации 226Ra по причине резонансного самоэкранирования.

Резонансное экранирование возникает вследствие значительного вклада резонансного поглощения нейтронов в процесс активации радия, и как следствие происходит быстрое падение плотности потока нейтронов с энергиями, отвечающими резонансной при компактном расположении атомов радия в объеме мишени.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение удельного выхода продуктов активации радия.

Вышеуказанная задача достигается тем, что стартовая композиция на основе радия-226 дополнительно содержит разбавитель - оксид свинца.

Радий в стартовой композиции находится в форме карбоната или плюмбата радия.

Способ получения стартовой композиции на основе радия-226 заключается в соосаждении карбоната радия с карбонатом свинца из водных растворов их солей растворами водорастворимых карбонатов и прокаливании полученного осадка при температурах выше 350°С.

Осаждение карбонатов радия-свинца производят из нейтральных или слабокислых растворов нитратов радия и свинца.

Осаждение карбонатов радия-свинца производят из нейтральных или слабокислых растворов ацетатов радия и свинца.

Использование свинца в качестве разбавителя для радия имеет следующие преимущества:

- уменьшаются механические потери при работе с миллиграммовыми количествами радия;

- отсутствует снижение выхода целевых продуктов активации радия вследствие резонансного самоэкранирования;

- упрощается последующая радиохимическая переработка облученного материала;

- природные изотопы свинца практически не активируются при облучении нейтронами и слабо влияют на плотность потока нейтронов вследствие низких сечений захвата нейтронов.

Ионы свинца Pb2+ и радия Ra2+, с одной стороны, имеют близкие значения ионного радиуса, следствием чего является схожее кристаллическое строение, близкая растворимость соединений радия и свинца (II), а также способность солей радия изоморфно соосаждаться с солями свинца (II). При необходимости свинец можно легко отделить от радия, например, осаждением малорастворимых хлорида или сульфида.

Соосаждение карбонатов было выбрано исходя из того, что радий хорошо соосаждается с карбонатом свинца, сами карбонаты радия и свинца, а также продукты их термического разложения нерастворимы в воде, но растворимы в азотной кислоте, традиционно применяемой для растворения облученных мишеней.

Осаждение необходимо проводить из нейтральных или слабокислых растворов солей свинца, так как в щелочных растворах соли свинца подвергаются сильному гидролизу, а при проведении осаждения из сильнокислых растворов наблюдается интенсивное газовыделение, приводящее к разбрызгиванию раствора.

При прокаливании при температуре ниже 350°С разложение карбоната свинца будет неполным, следовательно, имеется риск повышения давления в ампуле с облучаемым материалом во время облучения.

Преимуществами предлагаемой стартовой композиции перед прототипом является увеличение удельного выхода продуктов активации радия вследствие уменьшения коэффициента резонансного самоэкранирования и возможность использования свинца, входящего в состав стартовой композиции, в качестве носителя при осадительном разделении радия от продуктов его активации.

Свойства заявляемой композиции и способ ее получения проверяли с использованием нитрата бария в качестве имитатора нитрата радия. Исходя из близости химических свойств радия и бария, в том числе изоморфности карбонатов радия и бария, данные, полученные для бария, можно использовать для радия.

К 12 мл раствора Pb(NO3)2, содержащего 3 г нитрата свинца, 20 мг Ва и метку 133Ba, медленно через капельную воронку добавляли 30 мл раствора NH4CO3 концентрации 62 мг/мл. Оставили реакционную смесь на 15 ч для созревания осадка. Отфильтрововыли раствор через бумажный фильтр "синяя лента", промывали осадок 10 мл 10% раствора NH4HCO3, затем 4 раза порциями по 5 мл бидистиллированной воды. Концентрацию бария определили радиометрически по метке Ва, а концентрацию свинца - методом спектрофотометрии с арсеназо III.

Провели аналогичные эксперименты с использованием (NH4)2СО3, Na2CO3 и K2СО3.

Результаты опытов по соосаждению карбонатов бария-свинца приведены в таблице 1.

Таблица 1
Водорастворимый карбонат Степень осаждения свинца, % Степень соосаждение бария, %
1 NH4HCO3 >99,9 ~88
2 (NH4)2CO3 >99,9 ~92
3 K2СО3 >99,9 >99,9
4 Na2CO3 >99,9 >99,9

Из таблицы 1 видно, что наилучший результат достигается при использовании карбонатов натрия и калия.

Полученные препараты прокаливали при различных температурах. На прилагаемом чертеже приведены данные по термическому разложению стартовой композиции с соотношением Ва:Pb=1:2, полученной соосаждением карбонатов свинца и бария водным раствором карбоната калия.

Как видно из чертежа, при 410-550°С масса препарата выходит на постоянный уровень, что свидетельствует об окончании реакции разложения карбоната свинца и о термической стабильности получаемой стартовой композиции (PbO/ВаСО3). При дальнейшем нагревании в кислородсодержащей атмосфере наблюдается дальнейшее разложение с образованием плюмбата бария.

Генеральная проверка заявляемого способа проводилась экспериментально с использованием миллиграммовых количеств радионуклида 226Ra. Раствор, содержащий нитрат радия, упарили досуха, остаток растворили в растворе нитрата свинца с концентрацией 0,2 моль/л. К полученному раствору добавили избыток раствора карбоната калия с концентрацией 0,5 моль/л. Осадок отделяли фильтрованием. Затем высушивали и прокаливали при 600°С. Указанную стартовую композицию массой 1 г, содержащую 2,5 мКи 226Ra, поместили в кварцевую капсулу и облучали в нейтронной ловушке реактора СМ-3 в течение 25 эффективных (30 календарных) суток при плотности потока тепловых нейтронов 1,5·1015 см-2с-1. После облучения и выдержки в течение 17 суток произвели растворение облученной мишени в азотной кислоте. К полученному раствору добавили 50 мл азотной кислоты с концентраций 16 моль/л. При этом произошло осаждение нитратов свинца и радия. Степень осаждения радия составила 97%, захват актиния и тория осадком составил 8,7 и 11% соответственно. Таким образом осаждение малорастворимых нитратов свинца-радия из раствора облученной свинец-радиевой композиции водным раствором азотной кислоты с концентрацией 11,5 моль/л с последующим переосаждением позволяет проводить разделение радия и продуктов его активации. Раствор после осаждения проанализировали методами альфа- и гамма-спектрометрии на содержание 228Th. Выход 228Th составил 44 Ки/г, что близко к теоретически рассчитанному для данной мишени (46 Ки/г). При этом для прототипа (мишень из карбоната радия) с учетом резонансного самоэкранирования выход 228Th составил бы всего 34 Ки/г.

1. Стартовая композиция мишени на основе радия, содержащая радий и разбавитель, отличающаяся тем, что в качестве разбавителя используется оксид свинца.

2. Стартовая композиция по п.1, отличающаяся тем, что радий находится в форме карбоната радия.

3. Стартовая композиция по п.1, отличающаяся тем, что радий находится в форме плюмбата радия.

4. Способ получения стартовой композиции на основе радия, заключающийся в соосаждении карбоната радия с карбонатом свинца из водных растворов их растворимых солей растворами водорастворимых карбонатов и прокаливании полученного осадка при температуре больше 350°С.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что осаждают карбонаты из нейтральных или слабокислых растворов нитратов радия и свинца.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что осаждают карбонаты из нейтральных или слабокислых растворов ацетатов радия и свинца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству производства радионуклидов и может быть использовано для производства Мо-99. .

Изобретение относится к ядерной технологии и предназначено для получения радиоактивных изотопов для медицинских целей. .

Изобретение относится к области атомной техники, а именно к решению проблемы охлаждения активной зоны быстрых ядерных реакторов. .

Изобретение относится к области обезвреживания радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к области атомной техники. .

Изобретение относится к области атомной техники. .

Изобретение относится к технологии нейтронно-трансмутационного легирования кремния при промышленном производстве на энергетических реакторах типа РБМК. .

Изобретение относится к области атомной техники. .

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к образованию радиоактивных изотопов для изготовления радиофармпрепаратов посредством облучения мишеней в ядерном реакторе

Изобретение относится к области неорганического материаловедения, к способам получения материалов - бета-излучателей на основе ориентированного пиролитического графита

Заявленное изобретение относится к гибридному ядерному реактору, выполненному с возможностью производить медицинский изотоп. Заявленное изобретение предусматривает наличие ионного источника, выполненного с возможностью вырабатывать ионный пучок из газа, целевой камеры, включающей цель, взаимодействующую с ионным пуком с целью получения нейтронов, и активирующего элемента, расположенного в непосредственной близости от целевой камеры, и включающего исходный материал, взаимодействующий с нейтронами с целью получения медицинского изотопа посредством реакции деления. При этом расположение аттенюатора характеризуется непосредственной близостью от активирующего элемента и выбирается для поддержания реакции деления ядра на подкритическом уровне, расположение отражателя предполагает его непосредственную близость от целевой камеры и выбирается для отражения нейтронов по направлению к активирующему элементу, а замедлитель по существу окружает активирующий элемент, аттенюатор и отражатель. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 29 ил., 2 табл.

Заявленное изобретение относится к устройствам и способам для создания радиоизотопов в инструментальных трубках действующих коммерческих ядерных реакторов. Мишени облучения можно вставлять и удалять из инструментальных трубок в ходе работы и преобразовывать в радиоизотопы, которые иным образом невозможно получить в ядерных реакторах. Техническим результатом является возможность непрерывного вставления, удаления и сохранения мишеней облучения, подлежащих преобразованию в радиоизотопы, пригодные для использования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области атомной техники, а именно к конструкции мишеней для наработки изотопа Мо-99 и его выделения. Заявленная мишень для наработки изотопа Мо-99 содержит сердечник из уран-алюминиевого сплава и алюминиевую оболочку, выполнена в виде стержня, имеющего в сечении форму симметричного многогранника с гранями одинаковой ширины или круга, герметизирована с обоих торцов заглушками с поперечными размерами и формой, аналогичными размерам и форме внутренней полости оболочки в каждом сечении по длине заглушек. При этом внутри оболочки между заглушками размещен сердечник, в котором размер частиц интерметаллидов составляет не более 200 мкм. Оболочка выполнена по всей длине сердечника и заглушек и имеет как с сердечником, так и с заглушками диффузионную связь, обеспечиваемую посредством экструзии исходной сборной заготовки. Оболочка выполнена толщиной от 0,10 до 0,25 мм, при этом наружная поверхность оболочки по всей длине снабжена продольными ребрами охлаждения. Техническим результатом является повышение теплопередающей способности мишени, увеличение массы U-235 в мишени до технологически возможного предела, повышение плотности нейтронных потоков, обеспечение химической переработки и выделения изотопа Мо-99 в течение короткого периода времени, повышение выхода изотопа Мо-99. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к атомной энергетике и касается конструкции канала технологического совмещенного (КТС), содержащего тепловыделяющие и поглощающие элементы. Канал ядерного реактора содержит трубу, тепловыделяющие элементы и блоки-поглотители нейтронов. Канал снабжен второй трубой, расположенной внутри первой. Между трубами размещены тепловыделяющие сборки, во внутреннюю трубу установлено устройство для размещения блока-поглотителя нейтронов. При этом наружная труба и устройство для размещения блока-поглотителя нейтронов снабжены нижними наконечниками, на которые опираются, соответственно, тепловыделяющая сборка и блок-поглотитель нейтронов, поджатые пружинами, а устройство для размещения блока-поглотителя нейтронов в верхней части с помощью быстроразъемного захвата соединено со штангой, которая содержит узел уплотнения с наружной трубой канала. Технический результат - возможность перегрузки блока изотопного без снижения (или, при необходимости, некотором снижении) мощности реактора, уменьшение общего количества каналов и времени на их перегрузку. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх