Мишени облучения для производства радиоизотопов

Изобретение относится к мишени облучения для производства радиоизотопов и способу ее изготовления. Мишень содержит по меньшей мере одну пластину, определяющую центральное отверстие, и удлиненный центральный элемент, проходящий через центральное отверстие по меньшей мере одной пластины. Причем по меньшей мере одна пластина удерживается на удлиненном центральном элементе. По меньшей мере одна пластина и удлиненный центральный элемент выполнены из материалов, производящих молибден–99 (Mo–99) посредством захвата нейтронов. В способе изготовления мишени образуют непрерывный паз на внешней поверхности центрального элемента между первым и вторым концами, пропускают центральный элемент через центральное отверстие по меньшей мере одной пластины и расширяют первый конец и второй конец центрального элемента радиально наружу относительно продольной центральной оси центрального элемента. Внешние диаметры первого конца и второго конца являются большими, чем диаметр центрального отверстия по меньшей мере одной пластины. Техническим результатом является оптимизация процесса производства материала на основе Mo–99 для возможности его использования в генераторах Tc–99m в своевременном режиме. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Раскрытое здесь изобретение относится, в общем, к материалам на основе титан–молибдата–99, пригодным для использования в генераторах технеция–99m (генераторах Mo–99/Tc–99m), и, более конкретно, к мишеням облучения, используемым в производстве этих материалов на основе титан–молибдата–99.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Технеций–99m (Tc–99m) является радиоизотопом, наиболее часто используемым в ядерной медицине (например, в медицинской диагностической визуализации). Tc–99m (m означает метастабильный) обычно вводят в пациента, и его используют для визуализации внутренних органов пациента с использованием некоторого оборудования. Однако, Tc–99m имеет период полураспада, составляющий лишь шесть (6) часов. По существу, по меньшей мере в области ядерной медицины существует особый интерес к легкодоступным источникам Tc–99m и/или потребность в них.

[0003] При условии короткого периода полураспада Tc–99m, Tc–99m обычно получают в нужном месте и/или в нужное время (например, в аптеке, больнице, и т.д.) посредством генератора Mo–99/Tc–99m. Генераторы Mo–99/Tc–99m являются устройствами, используемыми для извлечения метастабильного изотопа технеция (т.е. Tc–99m) из источника распадающегося молибдена–99 (Mo–99) посредством прохождения солевого раствора через материал на основе Mo–99. Mo–99 является нестабильным и распадается с 66–часовым периодом полураспада до Tc–99m. Mo–99 обычно производят в высокопоточном ядерном реакторе посредством облучения мишеней с высокообогащенным ураном (93% урана–235) и отправляют на места производства генераторов Mo–99/Tc–99m после последующих этапов переработки для уменьшения Mo–99 до удобной формы. Генераторы Mo–99/Tc–99m затем распределяют из этих централизованных мест по больницам и аптекам по всей стране. Поскольку Mo–99 имеет короткий период полураспада, и число мест производства является ограниченным, желательно минимизировать период времени, необходимый для уменьшения облученного материала на основе Mo–99 до удобной формы.

[0004] Таким образом, по меньшей мере остается потребность в способе производства материала на основе титан–молибдата–99, пригодного для использования в генераторах Tc–99m в своевременном режиме.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает мишень облучения для производства радиоизотопов, включающую в себя по меньшей мере одну пластину, определяющую центральное отверстие, и удлиненный центральный элемент, проходящий через центральное отверстие по меньшей мере одной пластины таким образом, что по меньшей мере одна пластина удерживается на нем. по меньшей мере одна пластина и удлиненный центральный элемент выполнены из материалов, которые производят молибден–99 (Mo–99) посредством захвата нейтронов.

[0006] Другой вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает способ производства мишени облучения для использования в производстве радиоизотопов, включающий в себя этап, на котором обеспечивают по меньшей мере одну пластину, определяющую центральное отверстие, обеспечивают удлиненный центральный элемент, имеющий первый конец и второй конец, пропускают центральный элемент через центральное отверстие по меньшей мере одной пластины, и расширяют первый конец и второй конец центрального элемента радиально наружу относительно продольной центральной оси центрального элемента таким образом, что внешние диаметры первого конца и второго конца являются большими, чем диаметр центрального отверстия по меньшей мере одной пластины.

[0007] Сопутствующие чертежи, которые включены в это описание изобретения и образуют его часть, иллюстрируют один или несколько вариантов осуществления настоящего изобретения и, вместе с описанием, служат для объяснения принципов настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Далее настоящее изобретение будет теперь описано более полно со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых показаны некоторые, но не все варианты осуществления настоящего изобретения. Действительно, это изобретение может быть реализовано во многих разных формах, и не следует считать, что оно ограничено вариантами осуществления, изложенными здесь; скорее, эти варианты осуществления обеспечены таким образом, чтобы это раскрытие удовлетворяло требованиям законодательства.

[0009] Фиг. 1 является покомпонентным перспективным изображением мишени облучения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

[0010] Фиг. 2A–2C являются частичными видами мишени облучения, показанной на фиг. 1;

[0011] Фиг. 3А и 3В являются частичными видами центральной трубки мишени облучения, показанной на фиг. 1;

[0012] Фиг. 4 является видом сверху кольцевого диска мишени облучения, показанной на фиг. 1;

[0013] Фиг. 5 является перспективным изображением контейнера мишеней, включающего в себя мишени облучения, такие как мишень облучения, показанная на фиг. 1, расположенные внутри контейнера;

[0014] Фиг. 6A–6E являются видами различных этапов, выполняемых для сборки мишени облучения, показанной на фиг. 1;

[0015] Фиг. 7A и 7В являются видами мишени облучения, подвергаемой тестовому нагружению для разламывания после облучения;

[0016] Фиг. 8 является перспективным изображением бункера, включающего в себя облученные компоненты мишени в сборе, такой как мишень в сборе, показанная на фиг. 1, после как облучения, так и разборки;

[0017] Фиг. 9А–9С являются перспективными изображениями альтернативного варианта осуществления мишени облучения согласно настоящему раскрытию;

[0018] Фиг. 10А и 10В являются перспективными изображениями еще одного альтернативного варианта осуществления мишени облучения согласно настоящему изобретению; и

[0019] Фиг. 11 является перспективным изображением вибрационного измерительного агрегата, который может быть использован в производстве мишеней облучения согласно настоящему изобретению.

[0020] Повторное использование ссылочных позиций в описании настоящего изобретения и чертежах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения согласно раскрытию.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] Далее настоящее изобретение будет описано более полно со ссылкой на сопутствующие чертежи, на которых показаны некоторые, но не все варианты осуществления настоящего изобретения. Действительно, настоящее изобретение может быть реализовано во многих разных формах, и не следует считать, что оно ограничено вариантами осуществления, изложенными здесь; скорее, эти варианты осуществления обеспечены таким образом, чтобы настоящее изобретение удовлетворяло требованиям законодательства. При использовании в описании изобретения и в прилагаемой формуле изобретения, единственное число включает множественное число, если в контексте явно не указано иное.

[0022] Со ссылкой на чертежи, мишень 100 облучения согласно настоящему изобретению включает множество тонких пластин 110, которые с возможностью скольжения принимаются на центральной трубке 120, как лучше всего видно на фиг. 1 и 2А–2С. Предпочтительно, как множество тонких пластин 110, так и центральная трубка 120 выполнены из одного и того же материала, причем этот материал является материалом, который способен производить изотоп молибден–99 (Mo–99) после подвергания его процессу захвата нейтронов в ядерном реакторе, таком как ядерный реактор деления. В предпочтительном варианте осуществления, этим материалом является Mo–98. Однако, следует отметить, что в альтернативных вариантах осуществления пластины 110 и центральная трубка 120 могут быть выполнены из материалов, таких как, но не только, молибден–лантан (Mo–La), титан–цирконий–молибден (Ti–Zr–Mo), молибден–гафний–карбид (Mo Hf–C), молибден–вольфрам (Mo–W), никель–кобальт–хром–молибден (Mo–MP35N), и уран–молибден (U–Mo). Также, хотя описываемый сейчас вариант осуществления предпочтительно имеет общую длину, составляющую 7,130 дюйма, и внешний диаметр, составляющий 0,500 дюйма, альтернативные варианты осуществления мишеней облучения согласно настоящему изобретению будут иметь отличающиеся размеры в зависимости от процедур и устройств, которые используются во время процесса облучения.

[0023] Со ссылкой дополнительно на фиг. 3А и 3В, центральная трубка 120 включает в себя первый конец 122, второй конец 124, и цилиндрическое тело, имеющее цилиндрическую внешнюю поверхность 126 и продолжающееся между ними. В описываемом варианте осуществления, центральная трубка 120 имеет внешний диаметр, составляющий 0,205 дюйма, толщину стенки трубки, составляющую 0,007 дюйма, и длину, которая является немного большей, чем общая длина множества тонких пластин мишени 100 облучения. Перед сборкой мишени 100 облучения, центральная трубка 120 имеет постоянный внешний диаметр вдоль всей своей длины, которая, как отмечалось, является немного большей, чем длина полностью собранной мишени облучения. Постоянный внешний диаметр центральной трубки 120 допускает скольжение любого конца через множество тонких пластин 110 во время процесса сборки, как описано более подробно ниже.

[0024] Как лучше всего видно на фиг. 3В, перед вставкой центральной трубки 120 в множество тонких пластин 110, образуют кольцевой паз 128 на внешней поверхности 126 центральной трубки 120 в средней ее части. В предпочтительном варианте осуществления, глубина кольцевого паза для данной толщины стенки, составляющей 0,007 дюйма, приблизительно составляет 0,002 дюйма. Глубину кольцевого паза выбирают таким образом, чтобы мишень 100 облучения разламывалась на две части 100а и 100b по кольцевому пазу центральной трубки 120, а не изгибалась, при приложении силы достаточной величины поперечно к продольной центральной оси мишени облучения у ее средней части, как показано на фиг. 7A и 7B. По существу, как показано на фиг. 8, тонкие пластины 110 могут свободно удаляться с их соответствующих половин трубки и могут собираться, например, в бункере 155, для дальнейшей переработки. Как можно ожидать, глубина кольцевого паза зависит от толщины стенки центральной трубки и будет отличаться в альтернативных вариантах осуществления. Также, испытания показали, что аксиальная нагрузка на тонкие пластины 110 вдоль центральной трубки 120, составляющая 10–30 фунтов, обеспечивает чистый разлом трубки вместо потенциального изгиба.

[0025] Со ссылкой теперь на фиг. 2A, 2B и 4, большая часть массы мишени 100 облучения находится в множестве тонких пластин 110, которые с возможностью скольжения принимаются на центральной трубке 120. Предпочтительно, каждая тонкая пластина 110 является тонким кольцевым диском, имеющим толщину в аксиальном направлении мишени 100 облучения, приблизительно составляющую 0,005 дюйма. Уменьшенная толщина каждого кольцевого диска 110 обеспечивает увеличенную площадь поверхности для данного количества материала мишени. Увеличенная площадь поверхности облегчает процесс растворения кольцевых дисков после их облучения в ядерном реакторе деления в качестве части процесса производства Ti–Mo–99. Дополнительно, для предпочтительного варианта осуществления, каждый кольцевой диск 110 определяет центральную апертуру 112 с внутренним диаметром, составляющим 0,207 дюйма, так что каждый кольцевой диск 110 может быть расположен с возможностью скольжения на центральной трубке 120. Также, каждый кольцевой диск имеет внешний диаметр, составляющий 0,500 дюйма, который определяет общую ширину мишени 100 облучения. Следует напомнить, что эти размеры будут отличаться в альтернативных вариантах осуществления мишеней облучения в зависимости от различных факторов в процессе облучения, которому они будут подвергаться.

[0026] В настоящем варианте осуществления, контейнер 150 мишеней используют для вставки множества мишеней 100 облучения в ядерный реактор деления во время процесса облучения. Как показано на фиг. 5, каждый контейнер 150 мишеней включает в себя по существу цилиндрическую часть 151 тела, которая определяет множество внутренних отверстий 152. Множество отверстий 152 уплотняется концевой крышкой 153 таким образом, что мишени облучения остаются в сухой среде во время процесса облучения в соответствующем реакторе. Содержание кольцевых дисков 110 мишеней в сухом состоянии во время процесса облучения предотвращает выполнение на них оксидных слоев, которые могут помешать попыткам растворить тонкие диски в последующих химических процессах для уменьшения Mo–99 до удобной формы. Предпочтительно, двумерный микрокод 115 может быть выгравирован на внешней поверхности кольцевого диска на одном или обоих концах мишени 100 облучения таким образом, чтобы каждая мишень облучения была индивидуально идентифицируемой. Микрокоды 115 будут включать в себя информацию, такую как общий вес мишени, анализ химической чистоты мишени, и т.д., и будут считываться системой технического зрения, расположенной на сигнальном устройстве (не показано), которое вводит и/или удаляет каждую мишень 100 облучения из соответствующего отверстия 152 контейнера 150 мишеней.

[0027] Со ссылкой на фиг. 6A–6E теперь будет описан процесс сборки мишени 100 облучения. Как показано на фиг. 6А, множество кольцевых дисков 110 располагают в полуцилиндрическом углублении 142 (фиг. 1) выравнивающей оправки 140. Предпочтительно, выравнивающую оправку 140 образуют посредством процесса трехмерной (3–D) печати, и множество дисков плотно укладывают в полуцилиндрическое углубление 142 таким образом, что их центральные апертуры 112 (фиг. 4) выравниваются. В настоящем варианте осуществления, приблизительно 1400 дисков 110 принято в выравнивающей оправке 140. Хотя надлежащее число дисков 110 может быть определено в ручном режиме, в альтернативных вариантах осуществления процесс может быть автоматизирован посредством использования вибрационного загрузчика 160, показанного на фиг. 11, для загрузки требуемого числа и, таким образом, веса дисков в соответствующую выравнивающую оправку. Предпочтительно, внешняя поверхность центральной трубки 120 надрезается токарным резцом для создания кольцевого паза 128 (фиг. 3В). Как показано на фиг. 6B и 6C, первый конец 123 центральной трубки 120 развальцовывают, в результате чего создается первый фланец 123. Как показано на фиг. 6D, второй конец центральной трубки 120 вводят в центральное отверстие множества кольцевых дисков 110, которые плотно уложены в выравнивающую оправку 140. Полукруглое углубление 144 обеспечивают в концевой стенке выравнивающей оправки 140 таким образом, что центральная трубка 120 может быть выровнена с центральными апертурами. Центральную трубку 120 вводят до тех пор, пока первый фланец 123 не упрется в множество кольцевых дисков 110. После полной вставки центральной трубки 120 в множество кольцевых дисков 110, второй конец центральной трубки 120, который продолжается наружу за пределы кольцевых дисков, развальцовывают, в результате чего создается второй фланец 125, так что кольцевые диски плотно укладываются на центральной трубке 120 между фланцами. Предпочтительно, аксиальная нагрузка вдоль центральной трубки 120 будет находиться в диапазоне 10–30 фунтов.

[0028] Со ссылкой теперь на фиг. 9A–9C, показан альтернативный вариант осуществления мишени 200 облучения согласно настоящему раскрытию. Подобно обсужденному выше варианту осуществления, мишень 200 облучения включает в себя множество тонких пластин 210, которые предпочтительно являются кольцевыми дисками. Каждый кольцевой диск 210 определяет центральную щель 212, через которую продолжается удлиненная полоса 220. Как первый конец, так и второй конец удлиненной полосы 220 определяют продолжающиеся наружу фланцы 222 и 224, соответственно, которые упираются в самую внешнюю поверхность самого внешнего кольцевого диска 210 на первом конце мишени 200 облучения. Средняя часть удлиненной полосы 220 продолжается аксиально наружу за пределами множества кольцевых дисков 210 и образует петлю 226 на втором конце мишени 200 облучения. Петля 226 облегчает оперирование мишенью 200 облучения как перед, так и после облучения. Предпочтительно, чтобы все компоненты мишени 200 облучения были выполнены из Mo–98 или его сплавов.

[0029] Со ссылкой теперь на фиг. 10A и 10B показан другой альтернативный вариант осуществления мишени 300 облучения согласно настоящему раскрытию. Подобно обсужденным выше вариантам осуществления, мишень 300 облучения включает в себя множество тонких пластин 310, которые предпочтительно являются кольцевыми дисками. Каждый кольцевой диск 310 определяет центральную щель 312, через которую продолжается удлиненная полоса 320. Первый конец удлиненной полосы 320 определяют продолжающийся наружу фланец 322, который упираются в самую внешнюю поверхность самого внешнего кольцевого диска 310 на первом конце мишени 300 облучения. Второй конец удлиненной полосы 320 продолжается аксиально наружу за пределами множества кольцевых дисков 310 и образует лапку 324 на втором конце мишени 300 облучения. Лапка 324 облегчает оперирование мишенью 300 облучения как перед, так и после облучения. Предпочтительно, чтобы все компоненты мишени 300 облучения были выполнены из Mo–98 или его сплавов.

[0030] Эти и другие модификации и изменения настоящего изобретения могут быть применены на практике специалистами в данной области техники, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения, которое более конкретно изложено в прилагаемой формуле изобретения. Дополнительно, следует понимать, что аспекты различных вариантов осуществления могут быть взаимозаменяемыми целиком или частично. Дополнительно, специалистам в данной области техники следует понимать, что предшествующее описание приведено только в качестве примера и не предназначено для ограничения настоящего изобретения, описанного дополнительно в такой прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, сущность и объем прилагаемой формулы изобретения не следует ограничивать иллюстративным описанием версий, содержащихся здесь.

1. Мишень облучения для производства радиоизотопов, содержащая:

по меньшей мере одну пластину, определяющую центральное отверстие; и

удлиненный центральный элемент, проходящий через центральное отверстие по меньшей мере одной пластины таким образом, что по меньшей мере одна пластина удерживается на нем,

причем по меньшей мере одна пластина и удлиненный центральный элемент выполнены из материалов, которые производят молибден-99 (Мо-99) посредством захвата нейтронов.

2. Мишень облучения по п. 1, в которой:

по меньшей мере одна пластина дополнительно содержит множество пластин, причем каждое центральное отверстие каждой пластины является круглой апертурой, и

удлиненный центральный элемент является цилиндрической центральной трубкой, причем центральная трубка продолжается через множество пластин.

3. Мишень облучения по п. 2, в которой центральная трубка имеет первый конец и второй конец, каждый из которых продолжается аксиально наружу за пределы соответствующего конца множества пластин, причем каждый из первого конца и второго конца имеет внешний диаметр, который является большим, чем диаметр центральных отверстий множества пластин.

4. Мишень облучения по п. 3, в которой каждая пластина является кольцевым диском, и множество кольцевых дисков и центральная трубка выполнены из молибдена-98 (Мо-98).

5. Мишень облучения по п. 4, в которой каждый кольцевой диск имеет толщину в аксиальном направлении, которое параллельно продольной центральной оси центральной трубки, приблизительно составляющую 0,005 дюйма.

6. Мишень облучения по п. 5, в которой каждый кольцевой диск имеет внешний диаметр, приблизительно составляющий 0,50 дюйма.

7. Мишень облучения по п. 3, в которой каждая пластина является кольцевым диском, и множество кольцевых дисков и центральная трубка выполнены из одного из молибден-лантана (Mo-La), титан-цирконий-молибдена (Ti-Zr-Mo), молибден-гафний-карбида (Mo Hf-C), молибден-вольфрама (Mo-W), никель-кобальт-хром-молибдена (Μο-ΜΡ35Ν), и уран-молибдена (U-Mo).

8. Мишень облучения по п. 1, в которой:

по меньшей мере одна пластина дополнительно содержит множество пластин, причем каждое контрольное отверстие каждой пластины является удлиненной щелью, и

удлиненный центральный элемент является удлиненной полосой, причем удлиненная полоса продолжается через центральные отверстия множества пластин.

9. Мишень облучения по п. 8, в которой каждая пластина является кольцевым диском, и множество кольцевых дисков и удлиненная полоса выполнены из молибдена-98 (Мо-98).

10. Способ производства мишени облучения для использования в производстве радиоизотопов, включающий этапы, на которых:

обеспечивают по меньшей мере одну пластину, определяющую центральное отверстие;

обеспечивают удлиненный центральный элемент, имеющий первый конец и второй конец;

образуют непрерывный паз на внешней поверхности центрального элемента между первым и вторым концами;

пропускают центральный элемент через центральное отверстие по меньшей мере одной пластины; и

расширяют первый конец и второй конец центрального элемента радиально наружу относительно продольной центральной оси центрального элемента таким образом, что внешние диаметры первого конца и второго конца являются большими, чем диаметр центрального отверстия по меньшей мере одной пластины.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий этапы, на которых:

обеспечивают выравнивающую оправку с удлиненным углублением, выполненным в ее поверхности;

обеспечивают множество пластин, определяющих центральные отверстия; и

вводят множество пластин в удлиненное углубление выравнивающей оправки таким образом, что центральные отверстия выравниваются,

причем этап, на котором пропускают центральный элемент через центральные отверстия, происходит после того, как множество пластин будет введено в выравнивающую оправку.

12. Способ по п. 11, в котором этап расширения дополнительно включает этап, на котором зажимают множество пластин между расширенными первым концом и вторым концом центрального элемента таким образом, что аксиальная нагрузка на множество пластин составляет 10,0-30,0 фунтов.

13. Способ по п. 10, в котором этап, на котором обеспечивают удлиненный центральный элемент, дополнительно содержит этап, на котором обеспечивают цилиндрическую центральную трубку, и непрерывный паз является кольцевым.

14. Способ по п. 13, в котором этап расширения дополнительно включает этап, на котором развальцовывают первый и второй концы центральной трубки радиально наружу.