由裝在管和 圓柱形壁505之間的硝酸鈾的水混合物圍繞，所述管和圓柱形壁相互配合以限定基本上環(huán) 形空間510。靶室60、70是最緊挨的外層并且同樣為環(huán)形。純水、硝酸鈾的水混合物以及靶室 60、70由Be倍增器/反射物420圍繞。在這種情況下，最外層520是容納在罐415中的大量D 20。 D20起到減速劑的作用以減少?gòu)牧炎儾?00a、400b的輻射泄露。圖26-29顯示了類似的結(jié)構(gòu) 部件，但是在容積的一部分或全部?jī)?nèi)含有不同的材料，如這些特定附圖所示。
[0129] -種照射鈾的常見方法是將其形成二氧化鈾芯塊或者將二氧化鈾粉末裝入容器 中。它們被插入反應(yīng)堆中并且在去除和處理之前進(jìn)行照射。盡管現(xiàn)在使用的U0 2粉末利用 HEU，但優(yōu)選地使用LEU。在優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，使用提供Keff〈0.95的LEU和H20的混合物。
[0130] 圖26和27顯示了活化柱410,其包括位于D20均質(zhì)溶液中的U02。本結(jié)構(gòu)中的中心筒 體500充以H 20 525,最外層530(只顯示了其一部分)也是一樣。第一環(huán)形空間535容納18% LEU(富含20%)和82%D20的溶液。第二環(huán)形層540基本上排空，與聚變部靶室60、70-致。中 心筒體500、第一環(huán)形空間535和第二環(huán)形空間540由Be層420圍繞，所述Be層起到倍增器和 中子反射物的作用。
[0131] 在另一種結(jié)構(gòu)中，通過(guò)在改進(jìn)的Cintichem法中使LEU箱片化學(xué)溶解來(lái)從鈾提取 "Mo。在該方法中，含有鈾的薄箱放在核反應(yīng)堆的高通量區(qū)域中，照射一段時(shí)間，隨后移除。 箱片溶解在各種溶液中，并且通過(guò)多種化學(xué)方法進(jìn)行處理。
[0132] 從安全、不擴(kuò)散和健康觀點(diǎn)出發(fā)，產(chǎn)生"Mo的適當(dāng)方法是利用母材料98Mo發(fā)生(n， γ)反應(yīng)。這在不受到钚或其它裂化產(chǎn)物污染的情況下產(chǎn)生"Mo。通過(guò)這種方法進(jìn)行生產(chǎn)不 需要任何形式鈾的穩(wěn)定進(jìn)料。缺點(diǎn)在于難以將"Mo從母 98Mo分離，這導(dǎo)致"Mo在產(chǎn)生器中的 低比活度。此外，如果使用濃98Mo的話，其成本相當(dāng)高。然而，在改進(jìn)從低比活度"Mo提取高 純度 99mTc的新淘析方法方面獲得了相當(dāng)大的進(jìn)展，這在不久的將來(lái)會(huì)成為成本有效的選 擇。為了在這里所示的混合反應(yīng)堆5a、5b中進(jìn)行這類生產(chǎn)，可以使用LEU的固定次臨界裝置 435以增大中子通量（多半為U0 2)，但是能夠與母98Mo隔離。次臨界裝置435仍然位于聚變部 10、11內(nèi)部，"Mo活化柱位于次臨界裝置435內(nèi)。
[0133] 在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，98Mo占據(jù)活化柱410的20 % (按體積）。如圖28和29所示，最中心筒體 500含有20%98M〇和H20的均勻混合物。第一環(huán)形層555包括次臨界裝置435并且由18%LEU (富含20% )/D20混合物組成。第二環(huán)形層560基本上排空，與聚變部靶室60、70-致。中心筒 體500、第一環(huán)形空間555和第二環(huán)形空間560由Be層420圍繞，所述Be層起到倍增器和中子 反射物的作用。最外層570(只顯示了其一部分)含有水，其減少了從裂變部5a、5b逸出的輻 射量。
[0134] 對(duì)于LEU情況而言，在聚變部10、11以1015n/s操作的情況下，Mo的生產(chǎn)率和比活度 由計(jì)算裂變產(chǎn)率的6%確定。也為各種構(gòu)造計(jì)算Km。表1總結(jié)了這些計(jì)算結(jié)果。就由98Mo進(jìn)行 生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，使用(η，γ )計(jì)數(shù)(tal ly)確定"Mo的生產(chǎn)率。下表顯示了在混合反應(yīng)堆5a、5b中 用于不同靶配置的生產(chǎn)率。
[0137]盡管所產(chǎn)生的"Mo的比活度對(duì)于所有次臨界情況而言相對(duì)穩(wěn)定，但是一些構(gòu)造可 以產(chǎn)生高得多的總生產(chǎn)率。這是因?yàn)檫@些構(gòu)造允許使用顯著更大量的母材料。同樣值得注 意的是，就所產(chǎn)生的"Mo的總量而言，由 98Mo生產(chǎn)"Mo是與由LEU生產(chǎn)一樣好的方法。然而， LEU方法由于其更易于使"Mo與裂變產(chǎn)物分離(和將其與98Mo分離相比）而更為有利，這允許 在分離之后獲得具有高比活度的"Mo。
[0138] 在使用98Mo生產(chǎn)"Mo的結(jié)構(gòu)中，次臨界裝置435可以全部去除。然而，如果次臨界裝 置435去除的話，最終產(chǎn)品的比活度低得多。然而，有一些情況顯示，先進(jìn)的產(chǎn)生器能夠利用 由 98Mo照射產(chǎn)生的低比活度。由混合反應(yīng)堆5a、5b在沒(méi)有次臨界倍增的情況下產(chǎn)生的比活度 對(duì)于一些方法來(lái)說(shuō)足夠高。此外，利用若干允許無(wú)裂變處理的生產(chǎn)設(shè)備仍然可滿足對(duì)美國(guó) "Mo的總需求。
[0139] 例如，在只進(jìn)行聚變的反應(yīng)堆的一種結(jié)構(gòu)中，省去次臨界裝置435,并且98Mo位于活 化柱410內(nèi)。為了提高"Mo的生產(chǎn)，使用由聚變部11的線性布置產(chǎn)生的更高能的離子束。優(yōu)選 地在大約十倍于上述結(jié)構(gòu)所需的功率水平下操作離子束。為此，建立磁場(chǎng)以使束準(zhǔn)直和抑 制束發(fā)生不希望的散射。磁場(chǎng)布置成使它平行于束并基本上包圍加速器30和栗浦系統(tǒng)40， 但是不必延伸到靶室70中。使用該布置方案在無(wú)需由次臨界裝置435產(chǎn)生的倍增效果的情 況下提供了所需的中子通量。這種布置方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于不需要鈾來(lái)生產(chǎn)所需的同位 素。
[0140]因此，本發(fā)明尤其提供了供生產(chǎn)醫(yī)用同位素使用的新穎且有用的混合反應(yīng)堆5a、 5b。如上所述和如圖所示的混合反應(yīng)堆5a、5b的結(jié)構(gòu)僅以舉例說(shuō)明的方式給出并且不作為 對(duì)本發(fā)明構(gòu)思和原理的限制。下列權(quán)利要求書中闡述了本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于產(chǎn)生醫(yī)用同位素的混合反應(yīng)堆，所述反應(yīng)堆包括： 用于由氣體產(chǎn)生離子束的離子源； 包括靶的靶室，所述靶與所述離子束相互作用以通過(guò)聚變反應(yīng)產(chǎn)生中子;和 緊靠所述靶室定位并且包括母材料的活化室，所述母材料與所述中子相互作用以通過(guò) 裂變反應(yīng)產(chǎn)生醫(yī)用同位素，其中所述裂變反應(yīng)保持在次臨界水平。2. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中所述裂變反應(yīng)保持在次臨界水平，其中子倍增 因素 keff介于0.80與1.0之間且不包含1.0。3. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中所述母材料包括鈾或鈾鹽的水溶液。4. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中所述靶為氣體靶。5. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中所述母材料是低濃235U并且醫(yī)用同位素是"Mo。6. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中，使用射頻共振產(chǎn)生所述離子束。7. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中，還包括位于所述離子源和靶室之間并用于加 速所述離子束的離子的加速器。8. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述氣體包括氘和氚其中之一，所述靶包括 氘和氚中的另一種。9. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述靶室限定了基本上線性的長(zhǎng)靶路徑。10. 如權(quán)利要求9所述的混合反應(yīng)堆，其中，還包括至少一個(gè)磁鐵，所述至少一個(gè)磁鐵定 位成限定在所述長(zhǎng)靶路徑的至少一部分內(nèi)使離子束準(zhǔn)直的磁場(chǎng)。11. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述靶室限定了基本上螺旋形的長(zhǎng)靶路徑。12. 如權(quán)利要求11所述的混合反應(yīng)堆，還包括至少一個(gè)磁鐵，所述至少一個(gè)磁鐵定位成 限定沿螺旋形路徑引導(dǎo)離子束的磁場(chǎng)。13. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述離子源和靶室共同至少部分地限定多 個(gè)聚變反應(yīng)堆之一。14. 如權(quán)利要求13所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述多個(gè)聚變反應(yīng)堆中每個(gè)的靶室相互配 合以基本上圍繞一圓筒形空間。15. 如權(quán)利要求14所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述活化室基本上為環(huán)形并且位于該圓柱 形空間內(nèi)。16. 如權(quán)利要求1所述的混合反應(yīng)堆，還包括緊靠活化室定位的衰減物。17. 如權(quán)利要求16所述的混合反應(yīng)堆，還包括緊靠靶室定位并選擇為朝向活化室反射 中子的反射物。18. 如權(quán)利要求17所述的混合反應(yīng)堆，還包括基本上圍繞活化室和反射物的減速劑。19. 如權(quán)利要求17所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述衰減物位于環(huán)形活化室內(nèi)部并且反射 物基本上圍繞多個(gè)靶室。20. -種用于產(chǎn)生醫(yī)用同位素的混合反應(yīng)堆，所述反應(yīng)堆包括： 聚變部，該聚變部包括布置在基本上環(huán)繞一空間的靶室內(nèi)的長(zhǎng)靶路徑，該聚變部用于 在革巴室內(nèi)產(chǎn)生中子通量;和 活化室，該活化室位于所述空間內(nèi)并包括母材料，所述母材料與所述中子通量的一部 分發(fā)生反應(yīng)以在裂變反應(yīng)期間產(chǎn)生醫(yī)用同位素，其中所述裂變反應(yīng)保持在次臨界水平。21. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，其中所述裂變反應(yīng)保持在次臨界水平，其中子倍 增因素 keff介于0.80與1.0之間且不包含1.0。22. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，其中所述母材料包括鈾或鈾鹽的水溶液。23. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，其中所述母材料是低濃235U并且醫(yī)用同位素是 "Mo〇24. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述聚變反應(yīng)堆包括用于由氣體產(chǎn)生離子 束的射頻天線。25. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，還包括定位成接收所述離子束并使所述離子束 朝向所述靶路徑加速的加速器，所述靶路徑包括靶材料。26. 如權(quán)利要求25所述的混合反應(yīng)堆，其中所述靶材料為氣體。27. 如權(quán)利要求24所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述氣體包括氘和氚其中之一，所述靶材 料包括氘和氚中的另一種。28. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述靶路徑基本上為線性。29. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，還包括至少一個(gè)磁鐵，所述至少一個(gè)磁鐵定位成 限定在所述靶路徑的至少一部分內(nèi)使離子束準(zhǔn)直的磁場(chǎng)。30. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述靶路徑基本上為螺旋形。31. 如權(quán)利要求30所述的混合反應(yīng)堆，還包括至少一個(gè)磁鐵，所述至少一個(gè)磁鐵定位成 限定沿螺旋形靶路徑引導(dǎo)所述離子束的磁場(chǎng)。32. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，還包括衰減物，該衰減物位于所述活化室內(nèi)。33. 如權(quán)利要求32所述的混合反應(yīng)堆，還包括反射物，該反射物位于所述靶室外面并布 置成將所述中子通量的一部分朝向所述空間反射。34. 如權(quán)利要求33所述的混合反應(yīng)堆，還包括減速劑，該減速劑基本上圍繞所述活化室 和反射物。35. 如權(quán)利要求20所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述聚變反應(yīng)堆是多個(gè)聚變反應(yīng)堆之一， 每個(gè)聚變反應(yīng)堆包括基本上環(huán)繞所述空間的一部分的靶路徑。36. 如權(quán)利要求32所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述活化室基本上為環(huán)形。37. 如權(quán)利要求36所述的混合反應(yīng)堆，其中，所述衰減物位于所述環(huán)形活化室內(nèi)部并且 所述反射物基本上圍繞多個(gè)靶路徑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于產(chǎn)生醫(yī)用同位素的混合核反應(yīng)堆，其包括：用于由氣體產(chǎn)生離子束的離子源；包括靶的靶室，所述靶與離子束相互作用以產(chǎn)生中子；和緊靠靶室定位并且包括母材料的活化室，所述母材料與中子相互作用以通過(guò)裂變反應(yīng)產(chǎn)生醫(yī)用同位素。衰減物緊靠活化室定位并選擇為將裂變反應(yīng)保持在次臨界水平，反射物緊靠靶室定位并選擇為朝向活化室反射中子，并且減速劑基本上圍繞活化室、衰減物和反射物。
【IPC分類】G21G1/08, G21B1/01, G21C1/30
【公開號(hào)】CN105575445
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510976878
【發(fā)明人】G·皮費(fèi)爾
【申請(qǐng)人】陽(yáng)光醫(yī)療技術(shù)公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2009年5月1日
【公告號(hào)】CA2723224A1, CN102084434A, CN102084434B, EP2294582A2, US20110096887, WO2009135163A2, WO2009135163A3