Мишень для наработки изотопа 99мо

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к образованию радиоактивных изотопов для изготовления радиофармпрепаратов посредством облучения мишеней в ядерном реакторе. Мишень для наработки изотопа 99Мо содержит делящийся материал и имеет форму незамкнутого цилиндра. Мишень выполнена из листа толщиной не более 1 мм. В качестве делящегося материала мишени использован металлический уран, обогащенный по изотопу 235U не ниже 20%. В материал мишени введен никель, при этом образована композиция, в которой масса урана составляет 1,0-30,0% от массы никеля. Изобретение позволит упростить процессы изготовления мишени, ее извлечения и выделения наработанного 99Мо. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

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

Мишень, наиболее часто применяющаяся при производстве 99Мо и входящая, как правило, в состав облучательного блока, представляет собой материал, содержащий 235U, и является составной частью технологического цикла, включающего изготовление мишени, облучение мишени в ядерном реакторе, химическую переработку мишени с выделением целевого изотопа 99Мо.

Особенности мишени определяют степень сложности выделения 99Мо из облученной мишени. Поэтому при создании мишени необходимо соблюсти пять основных принципов:

- геометрия мишени должна обеспечивать возможность ее установки требуемым образом в облучательном блоке;

- мишень должна содержать такое количество 235U, которое необходимо, чтобы получить желаемое количество 99Мо в единичном блоке;

- мишень должна обладать хорошей теплопроводностью, чтобы предотвратить перегрев в процессе облучения;

- мишень должна представлять собой барьер, не допускающий выход радиоактивных изотопов;

- материал мишени должен соответствовать химическим процессам, использующимся в горячей лаборатории при выделении и очистке 99Мо.

Известна мишень, помещенная в облучательный блок, описанная в G.F/Vandergrift, R.A.Leonard et. At. Modification of base-side 99Mo production for LEU metal-foil targets; RERTR-99, October 2-8, 1999, Budapest, Hungary. Блок содержит оболочку, концевые детали из А1 и размещенный под оболочкой сердечник (собственно мишень) дисперсионного типа, выполненного из смеси UAlX в Аl-матрице.

Известны также мишени для наработки 99Мо (Зыков М.П., Кодина Г.E. // Радиохимия, 1999, т.41, №3, с.194. - 2004), представляющие собой частицы оксидов урана различной степени обогащения, диспергированные и в дальнейшем запрессованные в матрице из порошка алюминия.

Недостатком указанных мишеней, обусловленным ее свойствами, является необходимость значительного разбавления алюминием частиц, содержащих уран (как в составе интерметаллидов урана с алюминием, так и в составе диоксида урана), во избежание расплавления алюминиевой матрицы. Это приводит к необходимости растворения значительных количеств балластного алюминия и росту тем самым объемов радиоактивных отходов, нуждающихся в захоронении. Кроме того, длительное растворение приводит к потерям 99Мо вследствие самораспада.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбранным в качестве его прототипа является мишень, описанная в изобретении под названием «Способ получения мишени 99Мо из низкообогащенного урана», на которое выдан патент США №5615233, G21G 1/2 и которое опубликовано 25 марта 1997 года.

Согласно этому патенту блок для получения изотопа 99Мо как продукта деления урана в ядерном реакторе содержит концевые детали, внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки (подложки) из конструкционного материала и размещенную между оболочками мишень (сердечник) в виде фольги (листа толщиной 100-300 мкм) делящегося материала. Мишень имеет форму незамкнутого цилиндра. Кромки мишени стыкуются по продольному ребру, приваренному к наружной поверхности внутренней оболочки облучательного блока. Плотность контакта оболочек с мишенью обеспечена механическим обжатием сборки. Плотный механический контакт мишени с оболочками обеспечивает хорошую теплопередачу между элементами блока в процессе облучения и возможность механического отделения мишени от оболочек после облучения мишени. После разделения переработке с целью выделения 99Мо подвергается только мишень. Таким образом, уменьшается масса перерабатываемого материала и, соответственно, масса и объем технологических реагентов, размеры технологического оборудования и т.д.

Недостатки мишени-прототипа заключаются в следующем.

Изготовление фольги из урана является сложным и дорогостоящим процессом, требующим специального нестандартного оборудования.

Высокая концентрация ядер урана в зоне контакта «мишень-оболочки» обуславливает «склеивание» оболочек с мишенью вследствие их диффузионного взаимодействия. Свойственные металлическому урану радиационный рост, повышение хрупкости и разупрочнение обуславливают фрагментацию сердечника. Все это создает дополнительные затруднения в проведении операций механического разделения мишени и оболочек. Сборка блока с приваркой кромок мишени к оболочке и дальнейшее обжатие сборки являются сложными дорогостоящими операциями.

Задачей заявляемого изобретения является создание мишени для наработки изотопа 99Мо, использование которого позволит упростить процессы ее изготовления, извлечения и выделения наработанного 99Мо.

Сущность изобретения заключается в том, что в мишени для наработки 99Мо, содержащей делящийся материал и имеющей форму незамкнутого цилиндра, выполненного из листа толщиной не более 1 мм, согласно изобретению в качестве делящегося материала в мишени использован металлический уран, обогащенный по изотопу 235U не ниже 20%, в материал мишени введен никель, при этом образована композиция, в которой масса урана составляет 1,0-30,0% от массы никеля.

Материал мишени может быть выполнен из охлажденного расплава никеля и урана.

Материал мишени может быть выполнен в виде проката перемешанных порошков никеля и диоксида урана.

Технический результат, который позволит при использовании заявляемого изобретения решить поставленную задачу, заключается в том, что материал сердечника обладает пластичностью, достаточной для изготовления из него тонкого листа на стандартном оборудовании. Относительно большая площадь мишени способствует интенсификации теплообмена, снижая тем самым температуру блока.

Материал мишени по заявляемому изобретению обладает химической инертностью в интервале температур облучения и относительно высокой температурой плавления, что, с одной стороны, исключает взаимодействие материала мишени с материалом оболочек внутри блока, а с другой стороны, позволяет снизить количество балластного материала в блоке. Выполнение мишени в форме незамкнутого цилиндра сокращает уровень термических напряжений в ней при облучении, снижая вероятность ее деформирования и заклинивания в блоке. Это облегчает процесс разборки блока после облучения и исключает необходимость растворения значительных количеств балластного материала, снижая тем самым объемы радиоактивных отходов, нуждающихся в захоронении. Кроме того, не требуются дополнительные затраты времени на растворение этих материалов, приводящие к потерям 99Мо вследствие самораспада.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа (в качестве делящегося материала в мишени использован металлический уран, обогащенный по изотопу 235U не ниже 20%, в материал мишени введен никель, при этом образована композиция, в которой масса урана составляет 1,0-30,0% от массы никеля), позволяет считать его соответствующим условию патентоспособности "новизна".

В результате поиска не выявлены технические решения аналогичного назначения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения. В источниках информации не выявлена известность влияния признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, на достигаемый технический результат. Следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 изображен продольный разрез облучательного блока, на фиг.2 изображен поперечный разрез облучательного блока, на фиг.3 изображено в увеличенном масштабе сечение по радиальной плоскости вкладышей между внутренней и наружной оболочками.

Облучательный блок для наработки изотопа 99Мо содержит цилиндрическую оболочку 1, выполненную деформацией алюминиевой трубы. Продольное сечение стенки оболочки 1 имеет П-образную форму. К открытой торцевой поверхности А оболочки 1 приварен концевой элемент 2. Внутри образованной герметичной полости 3 помещены вкладыши 4 и 5, выполненные в виде колец из графита, имеющих в сечении Г-образную форму. Вкладыши 4 и 5 состыкованы друг с другом торцами цилиндрических частей с внутренними торцами полок и образуют между собой полость 6, в которую помещена мишень 7. Вкладыши 4 и 5 предназначены для обеспечения теплопередачи между мишенью 7 и оболочкой 1. Для обеспечения плотности сборки в полость оболочки 1 со стороны концевого элемента 2 помещено подкладное кольцо 8.

Мишень 7 выполнена из металлического урана, обогащенного по изотопу 235U не ниже 20%. В качестве второго компонента материала мишени 7 использован никель. Концентрация урана в материале сердечника составляет 1,0-30,0% от массы никеля.

Мишень 7 изготавливают следующим образом. Компоненты материала мишени 7 расплавляют в вакууме с получением эвтектики, состоящей из зерен никеля и интерметаллического соединения UNi5. Из расплава отливают подкат, который затем прокатывают при комнатной температуре до толщины не более 1 мм.

Мишень 7 может быть изготовлена в виде проката перемешанных порошков никеля и диоксида урана.

Блок собирают следующим образом. Между вкладышами 4 и 5 помещают мишень 7. В полость 3 оболочки 1 помещают образованный пакет до упора в днище 9. На полку вкладыша 4 помещают подкладное кольцо 8. В случае необходимости подкладное кольцо 8 дорабатывают до высоты, при которой обеспечивается плотность сборки. Затем к торцу А оболочки 1 приваривают конечный элемент 2.

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Был отлит подкат, содержащий никель марки Н-1 в количестве 95% по массе и уран в количестве 5% по массе. Уран обогащен по изотопу 235U до 96%. Подкат прокатан в валках при комнатной температуре до толщины 1,0 мм. Полученная лента разрезана на карточки размером 1,0×50×135 мм. Одну из карточек поместили в виде незамкнутого цилиндра (мишень 7) в графитовые вкладыши 4, 5 и установили в полость 6 оболочки 1. Доработкой подкладного кольца 8 под размер концевого элемента 2 обеспечили плотность сборки и загерметизировали блок приваркой концевого элемента 2 к оболочке 1.

Блок облучали в реакторе с плотностью потока тепловых нейтронов 1,0×1013 н/см2 и штатном расходе теплоносителя. В процессе облучения температура мишени не превышала 650°С, а температура на поверхности оболочки 1 была не выше штатной для данного реактора.

В процессе облучения в течение семи суток не произошло взаимодействия материала сердечника 7 с материалом вкладышей 4,5, не наблюдалось деформации мишени 7 и сколь-либо значительной газовой коррозии ее материала. При этом в четырех мишенях, размещенных в четырех блоках, наработано 1000 Ки изотопа 99Мо. В процессе получения этого целевого продукта материал 7 мишени растворялся с приемлемой скоростью, причем объем образовавшихся растворов был в четыре раза меньше объема, образуемого при переработке мишеней из сплавов урана с алюминием или дисперсии оксидов урана в алюминии, потребных для получения тех же 1000 К и изотопа 99Мо.

Превышение содержания урана в композиции свыше 30% от массы никеля приведет к недопустимо высокому энерговыделению при облучении. Вследствие этого возможно закипание теплоносителя на внешней поверхности облучательного блока, что является нарушением нормальных условий эксплуатации реакторов на тепловых нейтронах. Уменьшение содержания урана до количества менее 1% от массы никеля вызовет необходимость использования значительного числа облучательных блоков для наработки требуемого количества целевого продукта, что снизит экономическую эффективность получения 99Мо.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- мишень, в которой воплощается заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для наработки изотопа 99Мо;

- осуществление заявляемой мишени в том виде, в каком она охарактеризована в независимом пункте формулы изобретения, возможно с помощью известных средств.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

1. Мишень для наработки изотопа 99Мо, содержащая делящийся материал и имеющая форму незамкнутого цилиндра, выполненного из листа толщиной не более 1 мм, отличающийся тем, что в качестве делящегося материала мишени использован металлический уран, обогащенный по изотопу 235U не ниже 20%, в материал мишени введен никель, при этом образована композиция, в которой масса урана составляет 1,0-30,0% от массы никеля.

2. Мишень для наработки изотопа 99Мо по п.1, отличающаяся тем, что материал мишени выполнен из охлажденного расплава никеля и урана.

3. Мишень для наработки изотопа 99Мо по п.1, отличающаяся тем, что материал мишени выполнен в виде проката перемешанных порошков никеля и диоксида урана.



 

Похожие патенты:

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

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 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