Устройство и способ генерации медицинских изотопов

Заявленное изобретение относится к средствам генерации медицинских изотопов. В заявленном изобретении предусмотрено использование кольцевой емкости для расщепляющегося раствора, окружающей генератор нейтронов. Также предусмотрена кольцевая емкость для раствора, имеющая внутреннюю стенку, которая образует внутреннюю периферию, и противоположную наружную стенку, которая образует наружную периферию, причем обе стенки проходят вдоль общей центральной оси. Кроме того, предусмотрено наличие первой кольцевой охлаждающей рубашки, находящейся в тепловом контакте с внутренней стенкой кольцевой емкости, и второй кольцевой охлаждающей рубашки, находящейся в тепловом контакте с наружной стенкой кольцевой емкости, причем в указанных первой и второй охлаждающих рубашках циркулирует охлажденная вода. Также используется камера, проходящая вдоль центральной оси в пределах внутренней периферии; при этом материал мишени, который расположен в указанной камере и который генерирует нейтроны, проходящие радиально наружу из камеры, и водную суспензию ядерного материала, расположенную между внутренней и наружной стенками кольцевой емкости для раствора, причем в указанную суспензию попадают нейтроны из материала мишени. Техническим результатом является повышение радиационной безопасности за счет оптимизации охлаждения, а также возможность работы с материалами низкой концентрации. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

 

ЗАЯВЛЕНИЕ В ОТНОШЕНИИ СПОНСИРУЕМЫХ ПРАВИТЕЛЬСТВОМ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЛИ РАЗРАБОТОК

[0001] Это изобретение было сделано при поддержке правительства грантом № DE-NA-00007520, предоставленным Департаментом Энергетики США. Правительство имеет определенные права на данное изобретение.

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0002] -

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Настоящее изобретение относится к системе для генерации изотопов, полезных для медицинских целей, таких как Мо-99, I-131, Xe-133, Y-90, Cs-137, I-125 и др., и в частности, к системе, использующей кольцевую емкость с водным расщепляющимся раствором.

[0004] Медицинские изотопы используются в ядерной медицине, где они могут быть введены пациенту в форме, которая локализуется в определенных органах или клеточных рецепторах, и где они могут быть отображены с помощью специального оборудования. Медицинские изотопы могут быть также использованы при лечении болезни, используя после такой локализации разрушающую ткань энергию ионизирующего излучения ближнего действия.

[0005] На сегодняшний день большинство радиоизотопов, используемых в ядерной медицине, получают в ядерных реакторах, использующих высокообогащенный уран (ВОУ). Реакторы, используемые для производства Мо-99 для США, находятся за пределами Соединенных Штатов, требуют вывоза ВОУ, при этом имеется риск ядерного распространения, связанный с таким вывозом из страны.

[0006] Было предложено генерировать медицинские изотопы, используя низкообогащенный уран (НОУ), который не может использоваться непосредственно для производства ядерного оружия. Системы для этой цели описаны в заявках на патенты США №2011/0096887, с названием «Устройство и способ получения медицинских изотопов» и №2010/0284502, с названием «Источник высокоэнергетичных протонов или нейтронов», включенных в настоящий документ в качестве ссылки.

[0007] В этих системах ионы направляется через объем мишени, содержащий газ для генерации нейтронов. Нейтроны могут подвергать облучению исходный материал, хранящийся в растворе в емкости с расщепляющимся раствором вблизи объема мишени. В одном варианте выполнения объем мишени является кольцевым и помещен вокруг цилиндрической емкости с расщепляющимся раствором, содержащим раствор с исходным материалом. Ионы вводят по спирали через объем мишени, производя нейтроны, направляемые во внутрь к исходному материалу и наружу к отражателю.

[0008] Нейтроны, поступившие в обогащенный нейтронами исходный материал (например, НОУ уран), размножаются, при этом нейтроны, ударяющие в исходный материал, генерируют дополнительные нейтроны, которые ударяют в другой обогащенный нейтронами материал в цепной реакции. В ядерном реакторе при установившейся мощности эффективный коэффициент размножения нейтронов (keff) равен 1. В докритической системе, keff меньше 1.

[0009] Одна из проблем с водными реакторами заключается в том, что может быть затруднительно поддерживать стабильный уровень мощности. Это происходит потому, что существуют сильные механизмы обратной связи в коэффициенте размножения нейтронов, когда температура расщепляющегося раствора поднимается и когда генерируются пустоты (пузырьки газа, вызванные радиолизом, расщепляющим воду на водород и кислород). Быстрое снижение коэффициента размножения нейтронов приводит к снижению мощности, что приводит к повторному росту коэффициента размножения нейтронов. В частности, система управления, которая пытается поддерживать постоянную мощность в реакторе, может не реагировать достаточно быстро, чтобы адекватно управлять системой. Результатом является система с неустойчивым уровнем мощности и потенциальным воздействием на безопасность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Настоящее изобретение обеспечивает улучшенную геометрию емкости для расщепляющегося раствора, используемой для генерации медицинских изотопов. В частности, указанная емкость представляет собой кольцо с ограниченной толщиной, содержащее водную суспензию исходного материала. Путем управления соотношением размеров кольца может быть получена улучшенная устойчивость реакции по сравнению с обычной цилиндрической камерой. Кроме того, возможно улучшенное охлаждение, используя охлаждающую рубашку на внутренней стенке кольцевой емкости.

[0011] В частности, один вариант выполнения настоящего изобретения обеспечивает систему для проведения ядерной реакции с кольцевой емкостью для раствора для удерживания раствора водной суспензии ядерного материала, имеющую внутреннюю стенку, ограничивающую центральное отверстие, проходящее вдоль оси. Первая и вторая охлаждающая рубашки находятся в тепловом контакте с внутренней стенкой кольцевой емкости и с противоположной наружной стенкой кольцевой емкости.

[0012] Таким образом, целью по меньшей мере одного варианта выполнения настоящего изобретения является обеспечение улучшенной устойчивости реакционной емкости, путем увеличения отношения площади теплообмена к объему с использованием кольцевой конфигурации.

[0013] Кольцевая реакционная емкость может содержать низкообогащенный уран.

[0014] Таким образом, характеристикой по меньшей мере одного варианта выполнения изобретения является создание устройства для изготовления медицинских изотопов без сопутствующих рисков, связанных с обращением с высокообогащенным ураном.

[0015] Кольцевая емкость может содержать смесь воды и по меньшей мере одного из: уранилнитрата, уранилсульфата, уранилфторида или уранилфосфата.

[0016] Таким образом, характеристикой по меньшей мере одного варианта выполнения изобретения является создание системы, которая может использовать различные расщепляющиеся растворы.

[0017] Система для проведения ядерной реакции может содержать источник частиц, расположенный для направления заряженных частиц в материал мишени, расположенный вблизи кольцевой емкости, для генерации нейтронов из материала мишени, которые должны быть доставлены в кольцевую емкость; причем материал мишени может содержаться в камере мишени, центрированной в центральном отверстии и получающей частицы вдоль оси.

[0018] Таким образом, характеристикой по меньшей мере одного варианта выполнения изобретения является создание мишени, которая может полностью содержаться в кольцевой емкости с расщепляющимся раствором, и которая будет легко производить нейтроны, проходящие в кольцевую емкость с расщепляющимся раствором после возбуждения ионов, генерируемых извне.

[0019] Генератор медицинского изотопа может содержать размножитель нейтронов и замедлитель или материал, расположенный между камерой мишени и внутренней стенкой.

[0020] Таким образом, характеристикой по меньшей мере одного из вариантов выполнения изобретения является преобразование избыточной энергии нейтронов, получаемых с помощью механизма ионных столкновений, в дополнительные нейтроны. Еще одной характеристикой по меньшей мере одного варианта выполнения изобретения является обеспечение умеренных скоростей нейтронов через столкновительные процессы и, следовательно, лучшего управления скоростей реакции в кольцевой камере.

[0021] Генератор медицинских изотопов может дополнительно содержать отражающий материал, концентрически расположенный снаружи кольцевой емкости.

[0022] Таким образом, характеристикой по меньшей мере одного из вариантов выполнения изобретения является обеспечение размещения отражателя снаружи кольцевой емкости с расщепляющимся раствором в месте, которое позволяет использовать материал с произвольной толщиной.

[0023] Соотношение радиальной толщины кольцевой емкости, перпендикулярной оси, и высоты кольцевой емкости вдоль оси, может быть существенно больше чем 0,1 или от 0,1 до 0,3 или от 0,12 до 0,25.

[0024] Таким образом, характеристикой по меньшей мере одного варианта выполнения изобретения является выполнение кольцевой камеры таких размеров, которые обеспечивают улучшения по сравнению с цилиндрической камерой или с кольцевыми камерами с другим соотношением сторон.

[0025] Ядерный материал может представлять собой низкообогащенный уран с концентрацией от 10 до 450 граммов низкообогащенного урана на литр раствора.

[0026] Таким образом, целью настоящего изобретения является создание реакционной системы, которая могут работать с ядерными материалами низкой концентрации.

[0027] Эти конкретные цели и преимущества могут применяться только в некоторых вариантах выполнения, входящих в формулу изобретения и, таким образом, не определяют объем изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0028] Фиг. 1 представляет собой вид в аксонометрии в частичном разрезе одного варианта выполнения настоящего изобретения, демонстрирующий концентрические камеры, содержащие узел кольцевых емкостей с расщепляющимся раствором, расположенную вокруг центральной цилиндрической камеры мишени, причем последняя получает ионы вдоль оси цилиндра и кольцевого отверстия;

[0029] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе узла кольцевых емкостей с расщепляющимся раствором, содержащей внутренний размножитель нейтронов, окруженный кольцевой емкостью с расщепляющимся раствором, причем последняя окружена рубашкой водяного охлаждения;

[0030] Фиг. 3 представляет собой упрощенный вертикальный разрез альтернативного варианта выполнения изобретения, в котором кольцевой реакторный узел содержит секции, которые покрывают верхнюю и нижнюю часть камеры мишени, а также и боковые части;

[0031] Фиг. 4 представляет собой вид в аксонометрии в частичном разрезе, совмещенный поверх вида сверху в поперечном разрезе еще одного альтернативного варианта выполнения, использующего гексагональное кольцевое отверстие и изолированный водный исходный материал; и

[0032] Фиг. 5 представляет собой вид сверху поперечного разреза альтернативного варианта выполнения настоящего изобретения с использованием отделенного размножителя нейтронов и замедлителя нейтронов;

[0033] Фиг. 6 представляет собой график изменения реактивности от соотношения сторон кольцевой емкости с расщепляющимся раствором, изображенной на Фиг. 2, показывающий область с улучшенной устойчивостью кольцевой емкости с расщепляющимся раствором, по сравнению с цилиндрической емкостью с расщепляющимся раствором; и

[0034] Фиг. 7 представляет собой график изменения реактивности от концентрации низкообогащенного урана, для кольцевой и цилиндрической емкостей с расщепляющимся раствором.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ

[0035] Со ссылкой теперь на Фиг. 1, генератор 10 медицинских изотопов, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, может обеспечить набор вложенных кольцевых элементов, включая наружную кольцевую отражательную камеру 12, окружающую кольцевой реакторный узел 14 и соосную с ней. Цилиндрическая камера 16 мишени вписана в кольцевой реакторный узел 14 так, чтобы все три элемента: кольцевая отражательная камера 12, кольцевой реакторный узел 14 и камера 16 мишени имеют общую центральную ось 18.

[0036] Наружная кольцевая отражательная камера 12 может быть выше, чем кольцевой реакторный узел 14, чтобы обеспечить по существу равную толщину отражающего материала вокруг кольцевого реакторного узла 14 в направлении, перпендикулярном центральной оси 18, а выше и ниже кольцевого реакторного узла 14 - в направлениях вдоль центральной оси 18. В этом варианте выполнения высота кольцевого реакторного узла 14 может быть по существу равна высоте камеры 16 мишени.

[0037] Камера 16 мишени может представлять собой ориентированный вертикально цилиндрический корпус, проходящий вдоль оси 18 и образующий цилиндрический объем, подлежащий загрузке газовой мишенью 20, например тритием. Цилиндрический объем камеры 16 мишени сообщается через вертикально расположенный трубопровод 22, проходящий вверх через наружную кольцевую отражательную камеру 12 с ионным инжектором 24, расположенным выше камеры 16 мишени и снаружи наружной кольцевой отражательной камеры 12.

[0038] Ионный инжектор 24 расположен с возможностью направления пучка ионов 26, например дейтерия (D+), вертикально вдоль оси 18 через трубопровод 22 в камеру 16 мишени. Высота камеры 16 мишени вдоль оси 18 и давление газовой мишени 20 регулируется для обеспечения по существу полного столкновения ионов с тритием в камере 16 мишени. В одном варианте выполнения газовая мишень 20 может иметь давление примерно 10 торр (1333 Па), а камера 16 мишени вдоль оси 18 имеет высоту приблизительно 1 метр.

[0039] Ионный инжектор 24 содержит источник 28 ионов, который, в одном варианте выполнения, представляет собой полость, получающую через клапан 30 предназначенный для ионизации газ-дейтерий, например, посредством микроволнового излучения, ударной ионизации ионов, или лазерной ионизации. Сгенерированный пучок ионов 26 (например, со скоростью приблизительно 50 миллиампер) проходит в ускоритель 32, ускоряющий ионный пучок вдоль оси 18. Ускоритель, например, может представлять собой электростатический ускоритель, обеспечивающий 300 киловольт для ускорения ионов.

[0040] Пучок ионов 26 затем проходит через набор отражательных камер 38, соединенных дифференциальными насосами 34. Дифференциальные насосы 34 выполнены с возможностью сохранения низкого давления в ускорителе 32 примерно на уровне 50 микроторр (6,66*10-3 Па), в то же время обеспечивая более высокое давление в 10 торр (1333 Па) в камере 16 мишени. В одном варианте выполнения эта система использует три насоса 36, каждый из которых откачивает газ из более высокой отражательной камеры 38 (в направлении ускорителя 32) и перекачивает его в более низкую отражательную камеру 38 (в направлении камеры 16 мишени). Отражательные камеры 38 взаимодействуют через сравнительно небольшие отверстия вдоль оси 18, например, один сантиметр в диаметре, чтобы обеспечить прохождение пучка ионов 26 при одновременном снижении утечки трития в камере 16 мишени.

[0041] Потоки газа, протекающие через насосы 36, могут быть охлаждены с помощью замедлителя, запитываемого охлажденной водой (не показан). Верхние насосы могут, например, представлять собой турбо насосы, работающие в диапазоне от менее 5×10-5 торр (6,66*10-3 Па) до 5-10 миллиторр (0,666-1,33 Па), соответственно, например, коммерчески доступные от компании Varian, Inc., имеющей представительства в городе Лексингтон, штат Массачусетс, США. Нижний насос может представлять собой насос Рутса, например, такого типа, который коммерчески доступен от фирмы Leybold Vacuum Products Inc., имеющей офисы в городе Экспорт, штат Пенсильвания, США. Для удаления атмосферных и/или углеводородных загрязняющих веществ из перекачиваемых газов могут быть использованы холодные ловушки, сорбционные ловушки и палладиевые натекатели.

[0042] Пучок ионов 26 в камере 16 мишени ударяет в газовую мишень 20 для получения нейтронов 40, которые проходят радиально и аксиально наружу из камеры 16 мишени, например, посредством дейтерия (D+), ударяющего тритий, чтобы получить 4Не и нейтрон с энергией 14,1 МэВ. Для 50 миллиамперного пучка ионов 26 эта реакция ожидаемо производит примерно 5×103 нейтронов в секунду.

[0043] Загрязнение газовой мишени 20 ионами пучка ионов 26 и гелием может быть уменьшено с помощью системы 42 очистки, такой как системы Сорбционного Процесса с Термоциклированием (ТСАР), разработанной Национальной Лаборатории в Саванна Ривер (SRNL).

[0044] В альтернативном варианте выполнения ионы могут быть заменены электронами, а камера мишени может содержать преобразователь тормозного излучения и фотоядерный материал, такой как уран, из которого производятся нейтроны.

[0045] Со ссылкой теперь на Фиг. 2, пучок нейтронов 40 из камеры 16 мишени может проходить в кольцевой реакторный узел 14. Кольцевой реакторный узел 14 содержит кольцевую водяную рубашку 44 начальной толщиной в один сантиметр (в радиальном направлении), в которую поступает циркулирующая охлажденная легкая вода, подаваемая через один или несколько трубопроводов 51 из наружного водяного охладителя, устройства для рециклинга. За кольцевой водяной рубашкой 44 следует коаксиальный кольцевой размножитель/замедлитель 46 нейтронов, причем в одном варианте выполнения последний представляет собой плакированный алюминием металлический бериллий, который размножает быстрые нейтроны, проходящие наружу из камеры 16 мишени, и замедляет быстрые нейтроны, проходящие во внутрь из кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором (будет описано ниже) путем «охлаждения» этих нейтронов, процесс, который снижает их скорость, в обмен на повышение температуры размножителя/замедлителя 46 нейтронов. Избыточное тепло из размножителя / замедлителя 46 нейтронов удаляют водяными рубашками 48 и 44, которые позволяют управлять температурой размножителя/замедлителя 46 нейтронов, чтобы гарантировать утечку достаточного количества нейтронов из камеры 16 мишени во время замедления нейтронов, полученных из кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором. Кроме того, размножитель / замедлитель 46 нейтронов может быть изготовлен из обедненного урана или другого подобного материала. Размножитель / замедлитель 46 нейтронов может обеспечивать коэффициент размножения, равный 1,5-3,0, такой, что он может быть отрегулирован путем регулировки его толщины.

[0046] Нейтроны, выходящие из размножителя / замедлителя 46 нейтронов, проходят через вторую кольцевую рубашку 48 с водяным охлаждением, аналогичную водяной рубашке 44, а затем в кольцевую емкость 50 с расщепляющимся раствором, причем стенки последней содержат, в одном варианте выполнения, циркалой-4. Кольцевая емкость 50 с расщепляющимся раствором содержит раствор 52 исходного материала, такого как уранилнитрат или уранилсульфат, в растворе легкой воды. Раствор 52 номинально содержит 19,75 процента 235U и, следовательно, является низкообогащенным ураном (НОУ).

[0047] Производство требуемого изотопа 99Мо происходит путем ядерного деления 235U в растворе 52, который также производит дополнительные нейтроны.

[0048] Раствор 52 может быть извлечен из кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором через один или несколько каналов 54, в которых требуемые изотопы могут быть химически извлечены из расщепляющегося раствора. Эти изотопы могут быть очищены с помощью НОУ-модифицированного процесса Cintichem, чтобы обеспечить источник требуемых медицинских изотопов, в частности 99Мо. Расщепляющийся раствор можно очистить с помощью процесса UREX, чтобы продлить полезный срок службы раствора. Трубопроводы 54 доступа также позволяют управлять высотой раствора 52 для управления реакцией, а также начальным заполнением, последующим дренажом и промыванием кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором. Трубопроводы 54 доступа также обеспечивают возможность введения и удаления азота для заполнения пространства и подпитки для воды, расщепляющегося раствора и контроля pH (при использовании уранилнитрата).

[0049] Кольцевая емкость 50 с расщепляющимся раствором концентрически окружает еще одна водяная рубашка 56, аналогичная водяным рубашкам 48 и 44, в которых циркулирует охлажденная легкая вода.

[0050] Снаружи кольцевого реакторного узла 14 расположена кольцевая отражательная камера 12, например, представляющая собой камеру с алюминиевой стенкой, заполненной отражательным материалом 60, который в одном варианте выполнения может представлять собой тяжелую воду с объемом, например, 1000 литров. Отражательный материал 60 повышает эффективность генерации путем отражения нейтронов обратно в кольцевую емкость 50 с расщепляющимся раствором и, следовательно, может также обеспечить возможность управления реакцией путем промывки кольцевой отражательной камеры 12 и, тем самым, уменьшая отражение нейтронов в кольцевую емкость 50 с расщепляющимся раствором. Управление скоростью реакции может быть также осуществлено путем изменения высоты 52 раствора в кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором.

[0051] Со ссылкой теперь на Фиг. 2 и 6, во время работы тепловая энергия, генерируемая реакциями деления, приводит к повышению температуры раствора 52, например, от 20 градусов по Цельсию до 60 градусов по Цельсию, и может способствовать генерации пустот, образованных радиолизом водорода или кислорода или за свет других газов, такие как аммиак и NOx (в случае использования уранилнитрата), а также криптона и ксенона, полученного при делении. Как правило, эти газы разбавляют путем заливки азота и отводят для обработки.

[0052] Повышение температуры и образование пустот может значительно уменьшить коэффициент keff размножения нейтронов в камере 50. Этот эффект, однако, уменьшается за счет кольцевой формы кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором, по сравнению с цилиндрической камерой аналогичного объема.

[0053] Как показано в целом на Фиг. 6, вычисленная кривая 70 реактивности в зависимости от соотношения сторон для кольцевой камеры 50 показывает более низкое изменение величины реактивности (значения ближе к нулю на графике) для кольцевого объема 50, по сравнению с кривой 72 реактивности для цилиндрического объема при указанных выше соотношениях сторон примерно 0,11. Меньшая величина изменения реактивности соответствует требуемой улучшенной устойчивости реакционной системы.

[0054] Соотношение сторон представляет собой радиальную толщину объема 50, деленную на высоту объема 50. Изменение реактивности является изменением коэффициента к размножения нейтронов (т.е. Δk), деленным на k.

Как правило, желательно, чтобы объем 50 имел соотношение сторон между 0,1 и 0,3 и, в качестве альтернативы, между 0,12 и 0,25 или существенно больше чем 0,15.

[0055] Со ссылкой теперь на Фиг. 7, зависимость рассчитанной кривой реактивности от концентрации низкообогащенного урана показывает улучшенную устойчивость в диапазоне 102-450 граммов низкообогащенного урана на литр раствора, по сравнению с цилиндрической камерой, находя, тем самым, приемлемую рабочую концентрацию в пределах этого диапазона. Считается, что эти данные могут быть экстраполированы, чтобы указать приемлемый рабочий диапазон от 10 до 450 граммов низкообогащенного урана на литр раствора.

[0056] Со ссылкой на Фиг. 3, верхняя и нижняя части камеры 16 мишени также могут быть окружены размножителем / замедлителем 46 нейтронов и частями кольцевой камеры 50 для повышения эффективности захвата нейтронов 40. Следует, таким образом, иметь в виду, что термин «кольцевой» следует понимать как включающий кольцо, имеющий верхнее и нижнее твердое основание.

[0057] Со ссылкой на Фиг. 4, следует понимать, что кольцевая камера 50 не обязательно должна представлять собой цилиндрическое кольцо, но может принимать другие кольцевые формы, такие как многоугольное кольцо 80, имеющее внутреннюю и наружную периферию, обеспечивающую многоугольное поперечное сечение, такое как шестиугольное. Кроме того, раствор 52 в кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором не обязательно должен быть равномерно распределен, но может, например, содержаться в отдельных реакционных колоннах 84, например, проходя извилистым путем через водяную баню кольцевой емкости 50 с расщепляющимся раствором. Такие реакционные колонны могут дополнительно обеспечивать пониженное тепловое сопротивление и уменьшать эффект пустот.

[0058] Со ссылкой на Фиг. 5, размножитель/замедлитель 46 нейтронов, изображенный на Фиг. 2, может предпочтительно быть разделен на два элемента, первый из которых, прежде всего, представляет собой замедлитель 92 нейтронов, изготовленный, например, из бериллия или тому подобного, как описано выше, и расположенного коаксиально внутри водяной рубашки 48 и коаксиально снаружи водяной рубашке 44, как было описано ранее. В этом варианте выполнения отдельный размножитель 90 нейтронов может быть расположен коаксиально внутри водяной рубашки 44, охлаждаться как за счет его контакта с водяной рубашкой 44, соосно окружающей размножитель 90 нейтронов, так и за счет его контакта с водяной рубашкой 94, коаксиально расположенной внутри размножителя 90 нейтронов и окружающей камеру 16 мишени. Разделение функций обеспечивает возможность независимого управления температурой в замедлителе 92 нейтронов и в размножителе 90 нейтронов, а также изготовления этих компонентов из различных материалов (при желании) и подгонки их толщины к конкретным требованиям функций, которые они выполняют.

[0059] Температуру водяной рубашки 44 и 94 можно отслеживать с помощью температурных датчиков 96 и 98 и подавать в систему 100 управления с обратной связью, управляя впускными клапанами 102 и 104 для водяных рубашек, соответственно, 44 и 94 (выпускные клапаны не показаны). Клапаны 102 и 104 могут управлять циркуляцией охлажденной воды в водяной рубашке 44 и 94, управляя, тем самым, температурой замедлителя 92 нейтронов и ее влиянием на замедление ядерной реакции. Контроллер 100 обратной связи может управлять температурой водяной рубашки 44 и 94 до заранее заданной величины или до динамического значения на основе мониторинга общей скорости реакции с помощью других средств. Кроме того, контроллер 100 обратной связи может управлять другими переменными параметрами управления, такими как высота 52 раствора для замедления скорости реакции.

[0060] Как правило, генератор 10 медицинских изотопов дополнительно экранирован бетоном и водой, в соответствии с принятой практикой. Другие изотопы, такие как 131I, 131Xe и 131In также могут быть получены по аналогичной схеме.

[0061] Определенная терминология используется в этом документе исключительно в целях ссылки, и, таким образом, не предназначена для ограничения. Например, такие термины, как «верхний», «нижний», «выше» и «ниже» относятся к направлениям в чертежах, на которые делается ссылка. Такие термины, как «спереди», «сзади», «задний», «снизу» и «сбоку», описания ориентации частей компонента приводятся в последовательной, но произвольной системе отсчета, которая очевидна со ссылкой на текст и на связанные чертежи, описывающие компонент в стадии обсуждения. Такая терминология может включать слова, специально упомянутые выше, их производные и слова аналогичного значения. Аналогичным образом, термины «первый», «второй» и другие такие численные термины, приведенные со ссылкой на структуры, не подразумевают последовательность или порядок, если иное явным образом не указано.

[0062] При введении элементов или признаков настоящего описания и иллюстративные варианты выполнения, слова, обозначающие единственное число, как, например, «указанный», предназначены для обозначения того, что имеется один или несколько таких элементов или функций. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» подразумевает включение и означают, что могут иметься дополнительные элементы или признаки, чем те, которые были особо отмечены. Также следует понимать, что этапы способа, процесса и операции, описанные в этом документе, не должны быть истолкованы как обязательно требующие их эффективность в определенном порядке, описанном и проиллюстрированном, если специально не определены как порядок работы. Кроме того, следует понимать, что могут быть использованы дополнительные или альтернативные этапы.

[0063] Специально предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается вариантами выполнения и иллюстрациями, содержащимися в данном документе, при этом следует понимать, что формула изобретения включает модифицированные формы тех вариантов выполнения, которые включают части вариантов выполнения и комбинаций элементов различных вариантов выполнения, которые входят в объем нижеследующей формулы изобретения. Все публикации, описанные в данном документе, в том числе патентные и непатентные публикации, включены в данное описание в качестве ссылки во всей их полноте.

1. Система для проведения ядерной реакции, содержащая:

кольцевую емкость для раствора, имеющую внутреннюю стенку, которая образует внутреннюю периферию, и противоположную наружную стенку, которая образует наружную периферию, причем обе стенки проходят вдоль общей центральной оси,

первую кольцевую охлаждающую рубашку, находящуюся в тепловом контакте с внутренней стенкой кольцевой емкости, и вторую кольцевую охлаждающую рубашку, находящуюся в тепловом контакте с наружной стенкой кольцевой емкости, причем в указанных первой и второй охлаждающих рубашках циркулирует охлажденная вода,

камеру, проходящую вдоль центральной оси в пределах внутренней периферии,

материал мишени, который расположен в указанной камере и который генерирует нейтроны, проходящие радиально наружу из камеры, и

водную суспензию ядерного материала, расположенную между внутренней и наружной стенками кольцевой емкости для раствора, причем в указанную суспензию попадают нейтроны из материала мишени.

2. Система по п. 1, в которой кольцевая емкость содержит низкообогащенный уран.

3. Система по п. 2, в которой кольцевая емкость содержит смесь воды и по меньшей мере одно из: уранилнитрата, уранилсульфата, уранилфторида или уранилфосфата.

4. Система по п. 1, дополнительно содержащая источник частиц, расположенный с возможностью направления заряженных частиц в материал мишени вблизи кольцевой емкости, для генерации нейтронов из материала мишени, предназначенных для кольцевой емкости для раствора.

5. Система по п. 1, дополнительно содержащая материал-размножитель нейтронов, расположенный между камерой и внутренней стенкой.

6. Система по п. 5, в которой материал-размножитель нейтронов выбран из группы, состоящей из бериллия и обедненного урана и природного урана.

7. Система по п. 6, в которой материал-размножитель нейтронов обеспечивает размножение нейтронов с коэффициентом размножения по существу 1,5-3,0.

8. Система по п. 7, дополнительно содержащая материал-замедлитель нейтронов, расположенный между камерой и внутренней стенкой и коаксиально отделенный от размножителя нейтронов.

9. Система по п. 1, дополнительно содержащая отражающий материал, концентрически расположенный снаружи кольцевой емкости.

10. Система по п. 1, содержащая систему управления с обратной связью, выполненную с возможностью управления высотой раствора водной суспензии ядерного материала в указанной кольцевой емкости для замедления скорости ядерной реакции.

11. Генератор медицинских изотопов, содержащий:

кольцевую емкость для раствора, имеющую внутреннюю стенку, которая образует внутреннюю периферию, и противоположную наружную стенку, которая образует наружную периферию, причем обе стенки проходят вдоль общей центральной оси;

первую кольцевую охлаждающую рубашку, находящуюся в тепловом контакте с внутренней стенкой кольцевой емкости, и вторую кольцевую охлаждающую рубашку, находящуюся в тепловом контакте с наружной стенкой кольцевой емкости, причем в указанных первой и второй охлаждающих рубашках циркулирует охлажденная вода, и

источник частиц, расположенный с возможностью направления заряженных частиц в материал мишени вблизи кольцевой емкости, для генерации нейтронов из материала мишени, предназначенных для кольцевой емкости для раствора;

при этом соотношение сторон, определяемое радиальной толщиной кольцевой емкости, перпендикулярной оси, и высотой кольцевой емкости вдоль центральной оси по существу больше чем 0,1.

12. Генератор медицинских изотопов по п. 11, в котором соотношение сторон имеет величину между 0,1 и 0,3.

13. Генератор медицинских изотопов по п. 12, в котором соотношение сторон имеет величину между 0,12 и 0,25.

14. Генератор медицинских изотопов по п. 11, в котором кольцевая емкость содержит низкообогащенный уран.

15. Генератор медицинских изотопов по п. 11, в котором материал

мишени содержится в камере мишени, которая расположена вокруг центральной оси и в которую частицы поступают вдоль оси.

16. Генератор медицинских изотопов по п. 15, дополнительно содержащий материал-размножитель нейтронов, расположенный между камерой мишени и внутренней стенкой.

17. Генератор медицинских изотопов, содержащий:

кольцевую емкость для раствора, имеющую внутреннюю стенку, которая образует внутреннюю периферию, и противоположную наружную стенку, которая образует наружную периферию, причем обе стенки проходят вдоль общей центральной оси;

первую кольцевую охлаждающую рубашку, находящуюся в тепловом контакте с внутренней стенкой кольцевой емкости, и вторую кольцевую охлаждающую рубашку, находящуюся в тепловом контакте с наружной стенкой кольцевой емкости, причем в указанных первой и второй охлаждающих рубашках циркулирует охлажденная вода,

причем ядерный материал представляет собой низкообогащенный уран, имеющий концентрацию от 10 до 450 граммов низкообогащенного урана на литр раствора.

18. Генератор медицинских изотопов по п. 17, дополнительно содержащий источник частиц, расположенный с возможностью направления заряженных частиц в материал мишени, расположенный вблизи кольцевой емкости, для генерации нейтронов из материала мишени, предназначенных для кольцевой емкости,

при этом соотношение сторон, определяемое радиальной толщиной кольцевой емкости, перпендикулярной центральной оси, и высотой кольцевой емкости вдоль оси, по существу больше чем 0,1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопа молибден-99 (99Mo), являющегося основой для создания радиоизотопных генераторов технеция-99m (99mTc).
Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопа молибден-99 (99Мо), являющегося основой для создания радиоизотопных генераторов технеция-99m (99mTc).

Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины. Способ получения радиоизотопа 99Mo включает облучение потоком нейтронов мишени с последующим выделением целевого радиоизотопа, образующегося в результате 98Mo(n,γ)99Mo реакции.

Изобретение относится к реакторной технологии получения радионуклидов для ядерной медицины. В заявленном способе получения радионуклида 228Th, включающем облучение мишени, в качестве материала мишени берут природный изотоп тория 230Th, мишень размещают в линейный ускоритель электронов и облучают γ-квантами тормозного излучения, и в процессе пороговой ядерной реакции 230Th(γ,2n)228Th накапливают в ней целевой радионуклид 228Th.

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины, в частности для терапии онкологических заболеваний. .

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины, в частности для терапии онкологических заболеваний. .

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины, в частности для терапии онкологических заболеваний. .
Изобретение относится к области атомной техники. .

Заявленное изобретение относится к средствам генерации медицинских изотопов. В заявленном изобретении предусмотрено использование кольцевой емкости для расщепляющегося раствора, окружающей генератор нейтронов. Также предусмотрена кольцевая емкость для раствора, имеющая внутреннюю стенку, которая образует внутреннюю периферию, и противоположную наружную стенку, которая образует наружную периферию, причем обе стенки проходят вдоль общей центральной оси. Кроме того, предусмотрено наличие первой кольцевой охлаждающей рубашки, находящейся в тепловом контакте с внутренней стенкой кольцевой емкости, и второй кольцевой охлаждающей рубашки, находящейся в тепловом контакте с наружной стенкой кольцевой емкости, причем в указанных первой и второй охлаждающих рубашках циркулирует охлажденная вода. Также используется камера, проходящая вдоль центральной оси в пределах внутренней периферии; при этом материал мишени, который расположен в указанной камере и который генерирует нейтроны, проходящие радиально наружу из камеры, и водную суспензию ядерного материала, расположенную между внутренней и наружной стенками кольцевой емкости для раствора, причем в указанную суспензию попадают нейтроны из материала мишени. Техническим результатом является повышение радиационной безопасности за счет оптимизации охлаждения, а также возможность работы с материалами низкой концентрации. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

Наверх