[0106] 當(dāng)穿過(guò)靶氣體時(shí)，束將發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生4X101()到高達(dá)9X101()中子數(shù)/秒。這些中 子將穿過(guò)靶室70，并利用適當(dāng)?shù)暮藱z測(cè)儀表進(jìn)行檢測(cè)。
[0107] 從靶室70泄漏到差動(dòng)栗浦部40中的中性氣體將流過(guò)高速栗17,流過(guò)冷捕集器13、 15并回到靶室70。冷捕集器13、15將去除較重氣體，不然其遲早會(huì)由于極小泄漏而污染系 統(tǒng)。
[0108] 在另一種構(gòu)造中，聚變部10布置成磁性構(gòu)造并可作為質(zhì)子源。在該構(gòu)造中，最初， 系統(tǒng)是清潔的和空的，含有1〇_9托或更低的真空，高速栗17將提高至一定速度(兩級(jí)，每一級(jí) 為渦輪分子栗）。大約25-30標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氣體（用于產(chǎn)生質(zhì)子的氘和氦-3大約各占一半 的混合物)將流入靶室60以產(chǎn)生靶氣體。一旦形成靶氣體，即，當(dāng)規(guī)定容積的氣體已經(jīng)流入 系統(tǒng)并且靶室60中的壓力達(dá)到大約0.5托時(shí)，閥打開(kāi)，其允許0.5到lsccm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分 鐘）的氘流從靶室60流入離子源20。該氣體將快速再循環(huán)通過(guò)系統(tǒng)，大致產(chǎn)生以下壓力：在 離子源20中，壓力為幾毫托;在加速器30中，壓力為20微托左右;在最靠近加速器30的栗級(jí) 中，壓力為〈20微托;在最靠近靶室60的栗級(jí)中，壓力為大約50毫托;在靶室60中，壓力為大 約0.5托。在這些條件建立之后，通過(guò)使射頻動(dòng)力源(通過(guò)射頻匹配電路與射頻天線24聯(lián)接） 達(dá)到大約10-30MHZ而激勵(lì)離子源20(使用氘）。功率值將從零上升至大約500W，產(chǎn)生密度為 大約10 11粒子數(shù)/cm3的稠密氘等離子。離子提取電壓將增大以提供所需的離子電流(大約 10mA)和聚焦。加速器電壓隨后增大到300kV，使離子束加速通過(guò)節(jié)流部并進(jìn)入靶室60。靶室 60充有大約5000高斯(或者說(shuō)0.5特斯拉)的磁場(chǎng)，其導(dǎo)致離子束進(jìn)行再循環(huán)。離子束在下降 到可忽略的低能量之前進(jìn)行大約10次循環(huán)。
[0109] 當(dāng)進(jìn)行再循環(huán)時(shí)，離子束與靶氣體發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生IX 1011到高達(dá)大約5 X1011質(zhì) 子數(shù)/秒。這些質(zhì)子將穿過(guò)同位素提取系統(tǒng)的管子，并利用適當(dāng)?shù)暮藱z測(cè)儀表進(jìn)行檢測(cè)。
[0110] 從靶室60泄漏到差動(dòng)栗浦部40中的中性氣體將流過(guò)高速栗17,流過(guò)冷捕集器13、 15并回到靶室60。冷捕集器13、15將去除較重氣體，不然其遲早會(huì)由于極小泄漏而污染系 統(tǒng)。
[0111] 在另一種構(gòu)造中，聚變部11布置成線性構(gòu)造并可作為質(zhì)子源。在該結(jié)構(gòu)中，最初， 系統(tǒng)是清潔的和空的，含有ΠΓ9托或更低的真空，高速栗17將提高至一定速度(三級(jí)，其中， 最靠近加速器的兩個(gè)為渦輪分子栗，第三個(gè)為另一不同的栗，例如羅茨鼓風(fēng)機(jī)）。大約1〇〇〇 標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氘和氦-3氣體大約各占一半的混合物將流入靶室70以產(chǎn)生靶氣體。一旦形 成靶氣體，閥將打開(kāi)，其允許0.5到ls CCm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘）的氣流從靶室70流入離子源 20。該氣體將快速再循環(huán)通過(guò)系統(tǒng)，大致產(chǎn)生以下壓力:在離子源20中，壓力為幾毫托;在加 速器30中，壓力為20微托左右；在最靠近加速器30的栗級(jí)中，壓力為〈20微托;在中心栗級(jí) 中，壓力為大約50毫托;在最靠近靶室70的栗級(jí)中，壓力為大約500毫托;在靶室70中，壓力 為大約20托。
[0112]在這些條件建立之后，通過(guò)使射頻動(dòng)力源(通過(guò)射頻匹配電路與射頻天線24聯(lián)接） 達(dá)到大約10-30MHZ而激勵(lì)離子源20(使用氘）。功率值將從零上升至大約500W，產(chǎn)生密度為 大約1011粒子數(shù)/cm 3的稠密氘等離子。離子提取電壓將增大以提供所需的離子電流(大約 10mA)和聚焦。加速器電壓隨后增大到300kV，使離子束加速通過(guò)節(jié)流部并進(jìn)入靶室70。靶室 70為線性真空室，其中，束在下降至可忽略的低能量之前行進(jìn)大約1米。
[0113] 當(dāng)穿過(guò)靶氣體時(shí)，束將發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生IX 1011到高達(dá)大約5X1011質(zhì)子數(shù)/秒。這 些中子將穿過(guò)同位素提取系統(tǒng)的管壁，并利用適當(dāng)?shù)暮藱z測(cè)儀表進(jìn)行檢測(cè)。
[0114] 從靶室70泄漏到差動(dòng)栗浦部40中的中性氣體將流過(guò)高速栗17,流過(guò)冷捕集器13、 15并回到靶室70。冷捕集器13、15將去除較重氣體，不然其遲早會(huì)由于極小泄漏而污染系 統(tǒng)。
[0115] 在另一種結(jié)構(gòu)中，聚變部10、11布置成磁性構(gòu)造或線性構(gòu)造并用作用于產(chǎn)生同位 素的中子源。系統(tǒng)將以上文參考磁性靶室或線性靶室70討論的方式工作。固體試樣，例如母 材料 98Mo的固體箱片緊靠靶室60、70放置。在靶室60、70中產(chǎn)生的中子將穿過(guò)靶室60、70的壁 部并與98Mo母材料發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生"Mo,其可以衰變?yōu)閬喎€(wěn)的 99Τη<399Μ〇將使用適當(dāng)?shù)膬x器和 本領(lǐng)域已知的技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。
[0116] 在其它結(jié)構(gòu)中，聚變部10、11布置成用于產(chǎn)生同位素的質(zhì)子源。在這些結(jié)構(gòu)中，聚 變部10、11按照上文參考磁性靶室60或線性靶室70描述的方式工作。系統(tǒng)包括位于靶室60、 70內(nèi)的同位素提取系統(tǒng)。母材料(例如，包括Η 2160的水)將流過(guò)同位素提取系統(tǒng)。在靶室中產(chǎn) 生的質(zhì)子將穿過(guò)同位素提取系統(tǒng)的壁與16〇發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生13N。利用離子交換樹(shù)脂從母材 料或其它材料中提取出13N產(chǎn)物材料。13N將利用適當(dāng)?shù)膬x器和本領(lǐng)域已知的技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。
[0117] 總之，每個(gè)聚變部10、11尤其提供緊湊的高能質(zhì)子或中子源。上面的描述僅僅舉例 說(shuō)明了聚變部1〇、11的原理。另外，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地想到許多改進(jìn)和變化， 并不希望將聚變部1〇、11限制為所示和所述的具體構(gòu)造和操作，因此，所有適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和等 同方案可以根據(jù)要求或需要付諸實(shí)施。
[0118] 如圖22和23所示，混合反應(yīng)堆5a、5b的裂變部400a、400b鄰近多個(gè)聚變部10、11的 靶室60、70定位。聚變部10、11布置成使反應(yīng)空間405被限定在靶室60、70內(nèi)。具體地，靶室 60、70內(nèi)的離子軌跡不進(jìn)入反應(yīng)空間405,因此，要照射的材料可以放置在所述空間內(nèi)。為了 進(jìn)一步增大中子通量，多個(gè)聚變部1〇、11彼此疊置，其中，有利的是多至十個(gè)中子源。如圖22 所示，混合反應(yīng)堆5a包括處于磁性布置方案的裂變部400a和聚變部10以產(chǎn)生多個(gè)疊置靶室 60，其為扁餅形狀，但是離子束在其中沿著環(huán)形路徑流動(dòng)。因此，為放置要照射的材料，可以 使用環(huán)形路徑內(nèi)的反應(yīng)空間405。
[0119] 圖23顯示了聯(lián)接到裂變部400b以限定混合反應(yīng)堆5b的聚變部11的線性布置。在該 結(jié)構(gòu)中，沿著定位在環(huán)形靶室70中的多個(gè)基本上平行、隔開(kāi)的線性路徑引導(dǎo)離子束。位于環(huán) 形靶室70中的反應(yīng)空間405適合于放置要照射的材料。因此，顯而易見(jiàn)的是，參考圖24-29描 述的裂變部400a、400b可以用于聚變部10、11的磁性構(gòu)造或線性構(gòu)造。
[0120] 參考圖22和23,裂變部400a、400b包括位于罐415中的基本上圓柱形的活化柱410 (有時(shí)候稱作活化室），所述罐容納減速劑/反射體材料，所述減速劑/反射體材料選擇成減 少在操作期間從裂變部400a、400b逸出的輻射?；罨?10定位在發(fā)生聚變反應(yīng)的靶室60、 70中。靶室60、70為大約lm高。鈹層420可以圍繞靶室60、70。減速劑典型地為D 20或H20。另外， 氣體再生系統(tǒng)425位于罐415的頂部上。位于氣體再生系統(tǒng)425中心的孔430延伸到活化柱 410中，包括LEU混合物和/或其他母材料的次臨界裝置435可以位于所述活化柱中。在優(yōu)選 結(jié)構(gòu)中，孔430的半徑為大約10cm，長(zhǎng)度為大約lm。
[0121] 每個(gè)聚變部10、11布置成從靶室發(fā)射高能中子。由聚變部10、11發(fā)射的中子各向同 性地發(fā)射，同時(shí)，進(jìn)入活化柱410的高能中子在幾乎不發(fā)生相互作用的情況下經(jīng)過(guò)活化柱。 靶室由l〇-15cm的鈹420圍繞，其使快中子通量乘以大約為2的系數(shù)。中子隨后進(jìn)入減速劑， 它們?cè)诖藴p慢至熱能并反射回活化室410中。
[0122] 據(jù)估計(jì)，來(lái)自該構(gòu)造的通量為大約1015n/s(對(duì)于在500kV和100mA下操作的單個(gè)聚 變部10、11的估算源強(qiáng)度為10 14n/s并且在所示結(jié)構(gòu)中存在十個(gè)這種裝置）。所計(jì)算的活化室 410中的總?cè)莘e通量在不確定度為0.0094的情況下為2.35 X1012n/cm2/s，熱通量（小于 0. leV)在不確定度為0.0122的情況下為1.34 X 1012n/cm2/s。如下所述，該中子速率由于存 在LEU而大大提尚。
[0123] 如參考圖1和3所述，聚變部10、11可以按照磁性布置方案或線性布置方案進(jìn)行布 置。聚變部10、11的磁性布置方案的實(shí)際優(yōu)點(diǎn)在于它們?cè)谳^低壓力氣體中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)路徑長(zhǎng)度。 為了有效使用線性構(gòu)造，靶氣體必須冷卻并且必須保持較高壓力。這種構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例具 有從裝置上方和下方軸向發(fā)射到靶室70中的若干個(gè)氘束線，如圖23所示。盡管為了成功實(shí) 現(xiàn)這點(diǎn)，靶室70可能需要在高達(dá)10托的壓力下操作，但它是用于聚變部10、11的較簡(jiǎn)單、有 效的方法。
[0124]線性構(gòu)造的主要簡(jiǎn)化在于無(wú)需建立按盤旋或螺旋方式引導(dǎo)束的磁場(chǎng)所需的部件。 缺少形成磁場(chǎng)所需部件使裝置更便宜，并且磁鐵在衰減中子通量方面不起作用。然而，在一 些結(jié)構(gòu)中，利用磁場(chǎng)使聚變部11的線性布置方案產(chǎn)生的離子束準(zhǔn)直，如下所述。
[0125]為了產(chǎn)生作為最終產(chǎn)物的具有高比活度(specific activity)的99Mo,它應(yīng)當(dāng)由化 學(xué)性質(zhì)不同的材料制成，使得它可以容易地分離。最常見(jiàn)的方式是通過(guò)中子轟擊使235u裂 變。先前所述的聚變部1〇、11產(chǎn)生足夠多的中子以在無(wú)需附加反應(yīng)的情況下產(chǎn)生大量"Mo， 但是如果裝置中已經(jīng)存在 235U，有意義的是，將其放在提供中子倍增以及提供用于產(chǎn)生"Mo 的靶的構(gòu)造中。通過(guò)裂變產(chǎn)生的中子可以在提高"Mo的比活度方面起到重要作用，并且可以 提高系統(tǒng)的總"Mo產(chǎn)出。倍增因數(shù)k eff涉及乘以式l/(l-keff)。該乘積結(jié)果可以導(dǎo)致最終產(chǎn)品 的總產(chǎn)率和比活度增大多達(dá)5-10倍。k eff是LEU密度和減速劑配置的強(qiáng)函數(shù)。
[0126] 可能存在由與H20(或D20)結(jié)合的LEU(富含20%)靶組成的次臨界組件435的若干個(gè) 次臨界構(gòu)造。所有這些構(gòu)造插入先前描述的反應(yīng)室空間405中。一部分構(gòu)造包括LEU箱片，溶 解在水中的鈾鹽的水溶液、封裝的U0 2粉末等。水溶液由于對(duì)中子的優(yōu)異慢化作用而非常受 人歡迎，但從臨界性觀點(diǎn)來(lái)看提出了挑戰(zhàn)。為了確保次臨界工作狀態(tài)，臨界常數(shù)krf f應(yīng)當(dāng)保 持在0.95以下。可以容易地添加其它控制特征以在獲得臨界狀態(tài)時(shí)減少keff。這些控制特征 包括但不限于控制棒、可注射的抑制劑或者卸壓閥，所述卸壓閥使減速劑倒空并降低臨界 性。
[0127] 鈾的水溶液為下游化學(xué)加工提供了極大優(yōu)點(diǎn)。此外，它們易于冷卻，并且提供燃料 和減速劑的優(yōu)異組合。用硝酸鈾溶液-u〇2(n〇 3)2進(jìn)行最初的研究，但是也可以考慮例如硫酸 四價(jià)鈾等的其它溶液。在一種構(gòu)造中，溶液的鹽度為大約每l〇〇g H20含66g鹽。溶液位于活 化室410內(nèi)，如圖24和25所示。除了溶液之外，在充以純水的活化室410的中心處為具有較小 直徑的筒體500。該水筒體允許krf f的值減小，使得裝置保持次臨界，同時(shí)仍然允許使用大量 LEU溶液。
[0128] 在圖24和25所示水溶液布局示意圖中，最中心筒體500包含純水并且