本發(fā)明整體涉及生產(chǎn)用于醫(yī)藥以及其它商業(yè)企業(yè)的放射性同位素并且更具體地涉及利用商業(yè)核電站反應(yīng)堆堆芯生產(chǎn)靶向同位素。

背景技術(shù)：

用于醫(yī)藥以及其它商業(yè)企業(yè)(諸如放射性同位素?zé)犭娫?RTG))的放射性同位素的商業(yè)性生產(chǎn)是一種受高昂成本限制的過程，所述高昂成本與發(fā)展產(chǎn)生有用同位素的商業(yè)規(guī)模所需的中子源基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)聯(lián)。由于可獲得的數(shù)量非常有限的同位素生產(chǎn)設(shè)施處的實(shí)際或者感知的潛在干擾，這使得有用地應(yīng)用這些放射性同位素變得非常昂貴并且供應(yīng)和成本的極大波動。與這種情況有關(guān)的人類成本是大多數(shù)人員不能負(fù)擔(dān)由大量可獲得的放射性同位素診斷和治療程序提供的醫(yī)療福利的成本。

因此，需要用于產(chǎn)生這種同位素的比較便宜的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法通過使用商業(yè)核反應(yīng)堆堆芯作為所需的中子源以將靶材料轉(zhuǎn)換為預(yù)先選擇的同位素組成，來生產(chǎn)以及包裝用戶可控的放射性同位素，用在醫(yī)療或者其它商業(yè)應(yīng)用中。前述目的將允許大幅提高改進(jìn)世界范圍內(nèi)廣大人員的生命質(zhì)量所需的放射性同位素的生產(chǎn)能力，這將允許更多的人員獲得由醫(yī)療和其它商業(yè)應(yīng)用提供的益處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由靶向同位素生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些和其它目的，所述靶向同位素生產(chǎn)系統(tǒng)采用堆芯內(nèi)可動核反應(yīng)堆檢測器系統(tǒng)，所述堆芯內(nèi)可動核反應(yīng)堆檢測器系統(tǒng)通常用于測繪核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的溫度或者中子通量。堆芯內(nèi)核反應(yīng)堆檢測器系統(tǒng)具有檢測器驅(qū)動組件，所述檢測器驅(qū)動組件連接到多個第一路徑線性傳輸裝置的輸入部，所述多個第一路徑線性傳輸裝置在被命令時接收檢測器并且將檢測器供給到多個第二路徑線性傳輸裝置。多個第二路徑線性傳輸裝置沿著所需路徑將檢測器供給到選擇的徑向堆芯位置。多個第二路徑線性傳輸裝置在被命令時可交替操作，以將檢測器供給通過存儲管道至分離的存儲位置。本發(fā)明的靶向同位素生產(chǎn)系統(tǒng)包括靶材料容器驅(qū)動組件，所述靶材料容器驅(qū)動組件連接到進(jìn)入多個第一路徑線性傳輸裝置的輸入部。多個第三路徑線性傳輸裝置添加到堆芯內(nèi)反應(yīng)堆檢測器系統(tǒng)，所述多個第三路徑線性傳輸裝置具有輸入部，所述輸入部連接到存儲管道并且在被命令時可操作，以將存儲管道連接到多個第三路徑線性傳輸裝置上的至少兩個出口中的一個。兩個出口中的第一出口連接到分離的存儲位置，靶材料存儲容器連接到多個第三路徑線性傳輸裝置的兩個出口中的第二出口。優(yōu)選地，靶材料存儲容器具有快速斷開聯(lián)接件，快速斷開聯(lián)接件將靶材料存儲容器連接到第二出口，并且靶材料容器驅(qū)動組件是線纜驅(qū)動系統(tǒng)，靶材料附接到所述線纜驅(qū)動系統(tǒng)。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，靶材料容器驅(qū)動組件被遠(yuǎn)程操作并且靶材料存儲容器被防護(hù)。

本發(fā)明還涉及一種在核反應(yīng)堆中生產(chǎn)靶向同位素的方法，所述核反應(yīng)堆具有上述堆芯內(nèi)可動核反應(yīng)堆檢測器系統(tǒng)。生產(chǎn)靶向同位素的方法將待輻射以獲得靶向同位素的靶材料插入到靶材料容器驅(qū)動組件中并且驅(qū)動靶材料容器通過多個第一路徑線性傳輸裝置并且通過多個第二路徑線性傳輸裝置至堆芯內(nèi)的預(yù)選徑向位置。在從堆芯抽收回之前靶材料容器保持在堆芯內(nèi)的徑向位置內(nèi)達(dá)預(yù)定時間段。靶材料容器然后被驅(qū)動通過多個第三路徑線性傳輸裝置進(jìn)入到存儲容器中，所述存儲容器能夠與靶材料容器驅(qū)動系統(tǒng)脫離，以運(yùn)輸至適當(dāng)?shù)哪康牡亍?/p>

本發(fā)明還涉及一種將堆芯內(nèi)可動核反應(yīng)堆檢測器系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成能夠產(chǎn)生靶向同位素的系統(tǒng)的方法。該方法包括將靶材料容器驅(qū)動組件連接到多個第一路徑線性傳輸部的步驟和將多個第三路徑線性傳輸裝置連接到存儲管道的步驟。該方法然后將多個第三路徑傳輸裝置的輸出部連接到存儲容器上的斷開聯(lián)接件，所述存儲容器構(gòu)造成存儲從靶材料轉(zhuǎn)變的靶向同位素。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時能夠從以下優(yōu)選實(shí)施例的描述中獲得本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其中：

圖1是圖解了基礎(chǔ)通量測繪系統(tǒng)的局部截面的示意圖，所述基礎(chǔ)通量測繪系統(tǒng)能夠根據(jù)本發(fā)明用于產(chǎn)生靶向同位素；

圖2是通常堆芯內(nèi)可動檢測器系統(tǒng)的關(guān)鍵部件的示意圖；

圖3是變型方案類型的示意圖，能夠由本發(fā)明針對五路徑傳輸裝置進(jìn)行所述變型方案，以容納靶材料，以便轉(zhuǎn)換通常堆芯內(nèi)可動檢測器系統(tǒng)，以生產(chǎn)靶向同位素；

圖4是變型方案類型的示意圖，能夠針對通常堆芯內(nèi)檢測器存儲路徑引導(dǎo)管實(shí)施所述變型方案，以實(shí)施本發(fā)明的一個實(shí)施例；和

圖5A和圖5B是防護(hù)存儲容器的一個實(shí)施例的側(cè)視圖和正視圖，所述防護(hù)存儲容器能夠用于在其已經(jīng)被輻射之后容納靶材料。

具體實(shí)施方式

多種可操作商業(yè)反應(yīng)堆包括如下的設(shè)計特征，所述設(shè)計特征在反應(yīng)堆處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中時允許可動反應(yīng)堆傳感器周期性訪問反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部，以測量在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的不同軸向和徑向位置處反應(yīng)堆中子和/或裂變伽馬率分布。由傳感器實(shí)施測量，使用允許遠(yuǎn)程控制插入和移除過程的系統(tǒng)來將所述傳感器插入到反應(yīng)堆中以及從反應(yīng)堆收回所述傳感器。因?yàn)閭鞲衅髟诜磻?yīng)堆堆芯內(nèi)的操作時間之后具有高放射性，所以需要系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作。由于這種感生放射性，系統(tǒng)的設(shè)計包含有存儲位置，在所述存儲位置處，可以在使用間歇期間存儲這些高放射性傳感器，以防止給系統(tǒng)的用于維護(hù)的其它部件帶來存取限制?，F(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施能夠用于允許插入和移除靶材料的包裝件，所述靶材料在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部的用戶限定的位置內(nèi)在限定的時間之后轉(zhuǎn)換成所需的放射性同位素組成。然后，系統(tǒng)能夠用于收回靶向放射性同位素包裝件并且將包裝件插入到存儲裝置中，所述存儲裝置適于將放射性包裝件運(yùn)送到能夠從包裝件中提取所需同位素的設(shè)施處。

在美國專利3,932,211和4,255,234中描述并且在圖1中示意性示出了這種堆芯內(nèi)可動檢測器系統(tǒng)。基礎(chǔ)堆芯內(nèi)可動檢測器系統(tǒng)根據(jù)電廠的大小(即，兩條、三條或者四條環(huán)路)包括四個、五個或者六個檢測器/驅(qū)動組件，所述四個、五個或者六個檢測器/驅(qū)動組件互連，使得它們能夠進(jìn)入堆芯內(nèi)通路套管的不同組合。為了獲得套管互連能力，每個檢測器均有與其相聯(lián)的五路徑和十路徑旋轉(zhuǎn)機(jī)械傳輸裝置。通過由傳輸裝置選擇特定套管來制成堆芯圖，其中檢測器被驅(qū)動通過所述特定套管。為了最小化測繪所需時間，每個檢測器均能夠以高速(72英尺每分鐘)從其收回位置行進(jìn)至位于堆芯正下方的地點(diǎn)。此時，檢測器速度減小至12英寸每分鐘，并且檢測器橫向于堆芯的頂部，方向顛倒，并且檢測器橫向于堆芯的底部。然后檢測器速度增加至72英尺每分鐘，并且檢測器移動到其收回位置(存儲位置)。通過旋轉(zhuǎn)傳輸裝置來選擇新的通量套管以用于測繪，并且重復(fù)上述程序。

圖1示出了用于插入可動微型檢測器的基礎(chǔ)系統(tǒng)。驅(qū)動微型檢測器12進(jìn)入其中的可收回套管10采取如圖示意性所示的路線。套管通過管道被插入到反應(yīng)堆堆芯14中，所述管道從反應(yīng)堆容器16的底部延伸通過混凝土防護(hù)層區(qū)域18并且然后直到套管密封臺20為止。因?yàn)榭蓜訖z測器套管在前端(反應(yīng)堆)處閉合，所以它們內(nèi)部干燥。套管必須作為反應(yīng)堆水壓(2,500psig設(shè)計)和大氣之間的壓力屏障。可收回套管和管道之間的機(jī)械密封件設(shè)置在密封臺20上。管道22是反應(yīng)堆容器16的本質(zhì)延伸部，其中，所述套管允許插入堆芯內(nèi)儀器可動微型檢測器。在操作期間，套管10是固定的，并且將僅僅在更換燃料或者維護(hù)操作期間在減壓條件下收回。如果需要在容器內(nèi)部實(shí)施操作，則還可以將套管收回到反應(yīng)堆容器的底部。用于插入微型檢測器的驅(qū)動系統(tǒng)基本包括驅(qū)動單元24、極限開關(guān)組件26、五路徑旋轉(zhuǎn)傳輸裝置28、十路徑旋轉(zhuǎn)傳輸裝置30和隔離閥32，如圖所示。

每個驅(qū)動單元均將中空螺旋纏繞驅(qū)動線纜推入到堆芯內(nèi)，其中，微型檢測器附接到線纜的前端，與檢測器輸出部通信的小直徑同軸線纜螺紋旋擰通過螺旋纏繞驅(qū)動線纜的中空中心，返回到驅(qū)動線纜的尾端。圖2示出了通常堆芯內(nèi)可動檢測器系統(tǒng)硬件34的示意圖。螺旋纏繞驅(qū)動線纜38存儲在存儲輪36上，所述存儲輪36供給通過驅(qū)動電動機(jī)42沿著向前或者相反方向旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪40。螺旋纏繞驅(qū)動線纜38延伸通過五路徑旋轉(zhuǎn)傳輸器(線性傳輸裝置)28，所述五路徑旋轉(zhuǎn)傳輸器由管44通過Y形單元46連接到十路徑旋轉(zhuǎn)傳輸裝置30。螺旋纏繞驅(qū)動線纜38從十路徑旋轉(zhuǎn)傳輸單元30延伸通過密封臺20處的高壓密封件48和隔離閥32抵達(dá)圖1中示出的選擇的可收回套管10。為每個檢測器均設(shè)置了單獨(dú)驅(qū)動單元24。五路徑旋轉(zhuǎn)傳輸單元28和十路徑傳輸單元30的旋轉(zhuǎn)將每個檢測器以眾所周知的方式引導(dǎo)到堆芯內(nèi)的選擇的可收回套管。

這種現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施34能夠用于實(shí)現(xiàn)靶材料包裝件的插入和移除，所述靶材料包裝件將在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部的用戶限定的位置內(nèi)部在限定時間之后轉(zhuǎn)換成所需的放射性同位素組成。所述系統(tǒng)隨后能夠用于收回靶向放射性包裝件并且將包裝件插入到存儲裝置中，所述存儲裝置適于將放射性包裝件運(yùn)送到從包裝件中提取所需的位素的設(shè)施。能夠由本領(lǐng)域中的技術(shù)人員使用多個不同商業(yè)可獲得的計算程序(諸如，由賓夕法尼亞的蔓越莓鄉(xiāng)的西屋電器公司LLC出售的alpha-phoenix-ANC(APA)核設(shè)計代碼包)的特征來判定在給定反應(yīng)堆位置中實(shí)現(xiàn)操作者限定的靶材料的靶輻射后同位素組成的暴露時間。

在一種允許經(jīng)由驅(qū)動線纜通過現(xiàn)有堆芯內(nèi)可動檢測器套管遠(yuǎn)程插入和收回的靶材料容器的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了完成商業(yè)核反應(yīng)堆內(nèi)部靶材料容器的定時輻射的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。然后通過系統(tǒng)的特征件將輻射的靶材料插入到受防護(hù)的存儲位置中，所述存儲位置還作為容器，用于將放射性同位素材料安全地運(yùn)輸?shù)揭子趶娜萜饕瞥牧喜⑻幚聿牧系脑O(shè)施，以提取所需的放射性同位素。對于某些同位素而言，理想的是在不同的軸向或者徑向位置處分別將靶材料超過一次地插入到堆芯內(nèi)，以在堆芯的徑向和軸向上獲得軸向通量的變化的益處。

在本系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，線纜驅(qū)動機(jī)構(gòu)24永久或者臨時安裝在現(xiàn)有堆芯內(nèi)可動檢測器線纜驅(qū)動機(jī)構(gòu)附近，以針對堆芯內(nèi)可動檢測器驅(qū)動器中的至少一個來遠(yuǎn)程控制將靶材料容器插入通過現(xiàn)有五路徑28和相關(guān)十路徑30堆芯位置選擇器中的一個或者多個。圖3示出了針對現(xiàn)有五路徑傳輸裝置28的輸入部的變型，所述輸入部包括連接到Y(jié)形單元46的額外的插入和收回管道52，所述Y形單元46連同檢測器通道50一起將靶材料容器插入管道52聯(lián)接到五路徑傳輸裝置28的輸入部60。位置選擇器58將靶材料容器管道52遠(yuǎn)程連接到十路徑插入/收回管道54，以與十路徑傳輸裝置30或者堆芯內(nèi)可動檢測器存儲/輻射靶材料容器插入路徑通道56連通。

堆芯內(nèi)可動檢測器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換還包括就在現(xiàn)有套管進(jìn)入到生物防護(hù)(bio-shield)結(jié)構(gòu)中之前修改相關(guān)五路徑存儲位置引導(dǎo)套管56，這改變了從生物防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入到臨時安裝的輻射靶材料存儲容器的路徑，所述臨時安裝的輻射靶材料存儲容器適于允許人工操縱和局部運(yùn)輸輻射靶材料。將參照圖5A和5B描述這種容器。在圖4中示出了這種路徑選擇器的優(yōu)選實(shí)施例并且所述路徑選擇器為遠(yuǎn)程控制旋轉(zhuǎn)S-連接器管的形式，所述遠(yuǎn)程控制旋轉(zhuǎn)S-連接器管將附接到插入的驅(qū)動線纜的裝置發(fā)送進(jìn)常規(guī)存儲位置或者堆芯內(nèi)可動檢測器傳感器或者發(fā)送進(jìn)輻射靶材料存儲容器。操作的路徑選擇器64與五路徑和十路徑傳輸裝置28和30類似，并且在旋轉(zhuǎn)位置選擇器控制器70的控制下將現(xiàn)有存儲位置引導(dǎo)管道56連接到傳統(tǒng)存儲引導(dǎo)路徑66或者輻射靶材料容器插入路徑管道68。

如圖5A所示，驅(qū)動線纜38和靶材料容器72之間的結(jié)合為螺紋連接，以允許容器組件80和驅(qū)動線纜在輻射材料處于容器中之后脫離(旋松)，從而能夠重復(fù)使用驅(qū)動線纜。分別用附圖標(biāo)記74和76表示公螺紋和母螺紋。存儲有輻射靶材料容器72的簡單防護(hù)容器78被構(gòu)造成允許將靶材料容器線纜組件80從驅(qū)動單元38局部人工分離并且允許局部處理容器，因此其能夠被運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)堆安全殼建筑物外的另一個容器，所述另一個容器用于將輻射靶材料運(yùn)輸?shù)捷椛浒胁牧咸幚碓O(shè)施。圖5A和圖5B分別示出了存儲容器78的側(cè)視圖和正視圖。

在今天的放射性同位素市場，在研究反應(yīng)堆中輻射靶材料，所述研究反應(yīng)堆需要耗費(fèi)大約400億美金建造。只有數(shù)量有限的研究反應(yīng)堆并且因?yàn)槊绹难芯糠磻?yīng)堆均非商業(yè)設(shè)施，所以它們的主要用途是教育和研究。然后將輻射樣本運(yùn)輸?shù)教幚碇行模谒鎏幚碇行奶?，發(fā)生化學(xué)分離，以獲得為最終藥物形式和患者使用的同位素。即使研究反應(yīng)堆歸大學(xué)和/或政府所有，他們也會花費(fèi)大約每個靶物每年100,000美金的溢價。本發(fā)明使得能夠在商業(yè)核反應(yīng)堆中產(chǎn)生放射性同位素。核發(fā)電設(shè)施在它們的反應(yīng)堆中具有大量過剩中子和伽馬通量，能夠在不對發(fā)電任務(wù)產(chǎn)生任何不利影響的前提下利用所述過剩中子和伽馬通量生產(chǎn)放射性同位素。

盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是能夠根據(jù)本公開的整體教導(dǎo)發(fā)展針對所述細(xì)節(jié)的各種修改方案和替代方案。因此，公開的特定實(shí)施例僅僅為闡釋而非限制本發(fā)明的范圍，所述本發(fā)明的范圍由附屬權(quán)利要求以及其所有等校物限制。