Устройство для производства радионуклидов

Изобретение относится к устройству для производства радионуклидов. Устройство содержит ускоритель электронов (8), конвертер электронов, мишенный узел (5), включающий капсулу с облучаемым веществом, и систему охлаждения, выполненную в виде циркуляционного контура, содержащего насос-расходомер (6) и контейнер (4) с теплоносителем, снабженный холодильником (9) и уровнемером (7). Конвертер и капсула с облучаемым веществом помещены в одном корпусе мишенного узла (5). Контейнер (4) может быть размещен таким образом, что уровень теплоносителя в нем расположен по высоте ниже мишенного узла (5), но выше насоса-расходомера (6). В качестве теплоносителя используют жидкие металлы, например, эвтектический сплав натрий-калий. Контейнер (4) соединен с вакуумным насосом (2) и с баллоном с инертным газом (1). Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения конвертера электронов и капсулы с облучаемым веществом и упрощение конструкции устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области ядерной физики и ускорительной техники и может использоваться для производства радиоизотопов и радиофармпрепаратов.

Известно устройство для циклотронного получения технеция-99 м из молибде-на-100, представленное в патенте [RU 2639752, 2013], содержащее мишенное вещество, нанесенное на тонкостенную металлическую подложку, снабженную с обратной стороны системой мелких каналов для охлаждения циркулирующей водой. Подложка с мишенным веществом помещена в герметичную капсулу-мишень, которая, в свою очередь, помещается в мишенное устройство.

Недостатком указанного устройства является относительно низкая производительность, связанная с тем, что разовая загрузка исходного изотопа в виде тонкого слоя относительно мала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство по патентной заявке [US 2017301426 (А1), 2017] для производства молибдена 99 из молибдена 100 посредством фотоядерной реакции на мишенях. Устройство содержит ускоритель электронов, конвертер электронов в поток фотонов, мишенный узел, включающий капсулу с облучаемым веществом, систему охлаждения конвертера электронов и систему охлаждения мишенного узла циркулирующей жидкостью.

Недостатками указанного устройства являются относительно низкая теплоотдача от конвертера электронов и капсулы к охлаждающей жидкости, ограничивающая возможность использования относительно толстых слоев облучаемого вещества, и наличие двух раздельных систем охлаждения конвертера электронов и мишенного узла.

Задача данного изобретения заключается в том, чтобы исключить эти недостатки, а именно, увеличить теплоотдачу от конвертера электронов и капсулы к теплоносителю и исключить одну из систем охлаждения.

Технический результат - повышение эффективности охлаждения конвертера электронов и капсулы с облучаемым веществом и упрощение конструкции устройства.

Для исключения указанных недостатков устройства для производства радионуклидов, содержащего ускоритель электронов, конвертер электронов, мишенный узел, включающий капсулу с облучаемым веществом, и систему охлаждения предлагается:

- конвертер электронов и капсулу с облучаемым веществом поместить в одном корпусе мишенного узла;

- систему охлаждения мишенного узла выполнить в виде циркуляционного контура, содержащего насос-расходомер и контейнер с теплоносителем, снабженный холодильником и уровнемером.

В частных случаях исполнения устройства для производства радионуклидов предлагается:

- во-первых, контейнер разместить таким образом, чтобы уровень теплоносителя в нем находился ниже мишенного узла, но выше насоса-расходомера;

- во-вторых, в качестве теплоносителя использовать жидкие металлы, например, эвтектический сплав натрий-калий;

- в-третьих контейнер соединить с вакуумным насосом и с баллоном с инертным газом.

Сущность изобретения поясняется на фигуре чертежа, где представлена структурная схема устройства.

На чертеже приняты следующие обозначения позиций: 1 - баллон с инертным газом; 2 - вакуумный насос; 3 - вентиль дренажный; 4 - контейнер электронов; 5 - мишенный узел; 6 - насос-расходомер; 7 - уровнемер; 8 - ускоритель электронов; 9 - холодильник.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Устройство для производства радионуклидов содержит ускоритель электронов 8, конвертер электронов, мишенный узел 5, включающий капсулу с облучаемым веществом, и систему охлаждения.

Конвертер электронов и капсула с облучаемым веществом помещены в одном корпусе мишенного узла 5.

Система охлаждения мишенного узла 5 выполнена в виде циркуляционного контура, содержащего насос-расходомер 6 и контейнер 4 с теплоносителем, снабженный холодильником 9 и уровнемером 7.

В частных случаях исполнения устройства для производства радионуклидов:

- во-первых, контейнер 4 размещен таким образом, что уровень теплоносителя в нем находится ниже мишенного узла 5, но выше насоса-расходомера 6;

- во-вторых, в качестве теплоносителя используют жидкие металлы, например, эвтектический сплав натрий-калий;

- в третьих, контейнер 4 соединен с вакуумным насосом 2 и с баллоном 1 с инертным газом.

Баллон с инертным газом 1 предназначен для заполнения контейнера 4 и мишенного узла 5 инертным газом, например, аргоном, для защиты жидкометаллического теплоносителя от окисления атмосферным воздухом.

Вакуумный насос 2 предназначен для откачки воздуха из контейнера 4, мишенного узла 5 и всего циркуляционного контура с насосом-расходомером 6 перед заполнением их теплоносителем и инертным газом.

Вентиль дренажный 3 предназначен для заполнения контейнера 4 теплоносителем и слива теплоносителя (при необходимости).

Контейнер 4 служит для содержания объема теплоносителя, необходимого и достаточного для работы циркуляционного контура.

Мишенный узел 5 служит для размещения в его корпусе конвертера электронов и капсулы с облучаемым веществом таким образом, чтобы они находились в потоке теплоносителя и облучались пучком ускоренных электронов.

Насос-расходомер 6 предназначен для прокачки и измерения расхода теплоносителя через мишенный узел 5.

Уровнемер 7 обеспечивает контроль необходимого уровня теплоносителя в контейнере 4.

Ускоритель электронов 8 предназначен для генерации пучка ускоренных электронов.

Холодильник 9 служит для охлаждения теплоносителя.

Пучок электронов взаимодействует с конвертером электронов и генерирует поток фотонов, необходимый для осуществления фотоядерной реакции в облучаемом веществе.

Теплоноситель передает тепло от конвертера электронов и капсулы к холодильнику 9.

Вода служит для охлаждения теплоносителя в контейнере 4.

Устройство для производства радионуклидов работает следующим образом.

В результате взаимодействия пучка ускоренных электронов с веществом конвертера электронов рождается поток фотонов, пронизывающий капсулу и облучаемое вещество, содержащееся в ней. В облучаемом веществе происходит фотоядерная реакция, приводящая к наработке необходимого радионуклида. При этом в конвертере электронов и в облучаемом веществе выделяется большое количество тепла в малом объеме, температура конвертора электронов и капсулы с облучаемым веществом повышается и может достичь недопустимой величины.

Насос-расходомер 6 прокачивает теплоноситель, содержащийся в контейнере 4, через мишенный узел 5, где теплоноситель охлаждает конвертер электронов и капсулу до температуры не выше допустимой.

Вода, циркулирующая через холодильник 9, охлаждает подогретый в мишенном узле 5 теплоноситель до его первоначальной температуры.

Работа насоса-расходомера 6 основана на законе Ампера и законе Фарадея. Насос-расходомер 6 содержит источник постоянного магнитного поля и рабочий канал, заполненный жидким металлом, через который пропускают электрический ток. В соответствии с законом Ампера, при пропускании электрического тока через проводник, находящийся в магнитном поле, в проводнике возникает сила, пропорциональная магнитной индукции и силе тока. Эта сила заставляет проводник, в данном случае - жидкий металл, двигаться. Таким образом выполняется функция насоса.

При движении проводника в магнитном поле, в соответствии с законом Фарадея, индуцируется электродвижущая сила (эдс), пропорциональная скорости движения проводника. По известной эдс можно определить скорость движения жидкого металла и его расход. Насос-расходомер 6 снабжен двумя электродами для измерения напряжения на рабочем канале, которое является суммой индуцированной эдс и падения напряжения от прохождения тока питания. Предварительно измеряют падение напряжения при прохождении тока питания через неподвижный жидкий металл. Измеряют напряжение на рабочем канале при циркуляции теплоносителя и вычитают из него падение напряжения при неподвижном жидком металле. Таким образом определяют индуцированную эдс и расход жидкого металла.

Использование в качестве теплоносителя жидких металлов существенно повышает, по сравнению с водой и другими теплоносителями, коэффициент теплоотдачи от конвертора электронов и капсулы. Благодаря этому становится возможным применять толстые слои облучаемого вещества, т.е. увеличивать его разовую загрузку и наработку конечного радионуклида.

Уровнемер 7 представляет собой установленный на необходимом уровне металлический стержень, электрически изолированный от корпуса контейнера 4. При достижении жидким металлом этого уровня происходит замыкание электрической цепи, в которую включен уровнемер 7, и вырабатывается электрический сигнал.

После экспозиции капсулы под облучением в течение заданного времени отключают ускоритель электронов 8 и насос-расходомер 6. Теплоноситель сам сливается под действием силы тяжести из мишенного узла 5 в контейнер 4. Подают из баллона 1 инертный газ в контейнер 4 и в мишенный узел 5 до давления немного превышающего давление атмосферного воздуха, извлекают из мишенного узла 5 облученную капсулу и вставляют вместо нее новую капсулу.

Конкретный вариант исполнения устройства для производства радионуклидов.

В устройстве предполагается использовать ускоритель электронов 8, генерирующий пучок электронов с энергией 35 МэВ и током 0,1 мА. Диаметр пучка электронов 5 мм. Толщина входного окна мишенного узла 5 равна 1 мм. Толщина конвертора электронов, выполненного из вольфрама, равна 2 мм, внутренний диаметр капсулы равен 6 мм. Производительность насоса-расходомера 6 составляет 300 л/ч. В качестве теплоносителя использован эвтектический сплав натрий калий с содержанием натрия 22%, калия - 78%. Загрузка сплава натрий-калий в циркуляционный контур 0,5 литра. Наружный диаметр труб циркуляционного контура 12 мм, толщина стенки 1 мм. В качестве инертного газа использован аргон высокой чистоты. Для откачки использован сухой вакуумный насос 2, обеспечивающий давление остаточных газов 10-3 мм рт.ст.

Преимущества заявляемого устройства заключаются в существенном повышении эффективности охлаждения конвертера электронов, облучаемого вещества и мишенного узла в целом за счет повышения коэффициента теплоотдачи благодаря применению жидкометаллического теплоносителя, и упрощение конструкции устройства для производства радионуклидов за счет исключения одного из циркуляционных контуров системы охлаждения.

1. Устройство для производства радионуклидов, содержащее ускоритель электронов, конвертер электронов, мишенный узел, включающий капсулу с облучаемым веществом, и систему охлаждения, отличающееся тем, что конвертер электронов и капсула с облучаемым веществом помещены в одном корпусе мишенного узла, а система охлаждения выполнена в виде циркуляционного контура, содержащего насос-расходомер и контейнер с теплоносителем, снабженный холодильником и уровнемером.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контейнер размещен таким образом, что уровень теплоносителя в нем расположен по высоте ниже мишенного узла, но выше насоса-расходомера.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве теплоносителя используют жидкие металлы, например, эвтектический сплав натрий-калий.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контейнер соединен с вакуумным насосом и с баллоном с инертным газом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления полупроводниковых бета-вольтаических преобразователей на основе радионуклида никель-63 для использования в автономных источниках электрического питания.

Изобретение относится к системам производства изотопов. Система производства изотопов содержит: ускоритель частиц, выполненный с возможностью генерирования пучка частиц, сборку-мишень, содержащую корпус, имеющий технологическую камеру и резонатор, который расположен смежно с технологической камерой.

Изобретение относится к способу определения величины альфа-активности 230Th. Контроль химического выхода целевого нуклида проводится по величине активности изотопа 234Th, содержащегося в изучаемом минерале и находящегося в состоянии векового равновесия с материнским изотопом 238U.

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов и может быть использовано для производства радиоизотопа молибден-99. Предложенное изобретение основано на эффекте Сцилларда-Чалмерса.

Изобретение относится к технологии получения радионуклида технеций-99m, в частности для ядерной медицины. Способ включает изготовление мишени из мелкодисперсных труднорастворимых частиц на основе долгоживущего радионуклида технеций-99 или его соединений, окруженных буферным материалом в виде твердого вещества, растворимого в воде или других растворителях, облучение мишени в потоке быстрых нейтронов, накопление в материале мишени радионуклида технеций-99m, образующегося в результате реакции неупругого рассеяния на ядрах технеций-99, отделение путем растворения в воде или других растворителях буферного материала, содержащего накопленный технеций-99m, выделение целевого радионуклида из полученного раствора, возврат нерастворенного мелкодисперсного мишенного материала для изготовления новой мишени и последующего облучения.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано при изготовлении стержневых мишеней для наработки изотопа Мо-99. Способ изготовления мишени для наработки изотопа Мо-99 включает изготовление заготовки оболочки и задней заглушки, получение слитка уран-алюминиевого сплава с твердой фазой в виде интерметаллида UAl4 либо смеси интерметаллидов UAl3 и UAl4 с размером частиц не более 150 мкм, прессование слитка в пруток с предварительным нагреванием слитка до температуры 480-520°С, резку на заготовки и обработку прутка, вакуумный отжиг полученных заготовок сердечников при температуре от 580°С до 620°С в течение не менее 1 часа, сборку заготовок, прессование сборной заготовки с площадью сердечника, составляющей не более 0,95 от расчетного значения, полученного из условия равенства вытяжек слоев при прессовании, с ее предварительным нагреванием до температуры 380-420°С и окончательную отделку отпрессованной мишени.
Изобретение направлено на создание составов Sn-117m высокой чистоты и способов их приготовления. Способ очистки состава Sn-117m с высокой удельной активностью, который включает в себя экстракцию иодидного комплекса Sn-117m органическим растворителем из кислотного водного раствора кадмия, содержащим растворенную облученную мишень кадмия, кислоту и источник иодида.
Изобретение относится к способу производства радиоизотопа молибден-99, являющегося основой для создания радиоизотопных генераторов Мо-99/Тс-99m, применяемых в ядерной медицине для диагностических целей.

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины. Способ производства трихлорида лютеция-177 включает изготовление мишени путем растворения стартового материала оксида лютеция-176 в азотной кислоте при температуре 90°С, дозирования полученного материала в кварцевую ампулу, выпаривания материала из ампулы до сухого состояния при температуре 110°С, запайки кварцевой ампулы в вакууме и помещения ампулы в мишень, выполненную в виде алюминиевой капсулы, облучение мишени в реакторе в течение 10 эффективных суток, после облучения алюминиевую капсулу дезактивируют азотной кислотой концентрацией 6 моль/л в течение 10 мин, промывают дистиллированной водой, вскрывают, извлекают кварцевую ампулу, дезактивируют азотной кислотой концентрацией 4 моль/л в течение 40 мин при температуре 70°С, промывают дистиллированной водой и высушивают, измеряют уровень загрязнения поверхности кварцевой ампулы методом мазка, затем дезактивированную кварцевую ампулу помещают в защитный бокс, где производят повторную дезактивацию и повторно измеряют уровень загрязнения поверхности кварцевой ампулы, в случае если уровень загрязнения не превышает 185 Бк, кварцевую ампулу надрезают по окружности абразивным инструментом, промывают и вскрывают, затем сухой осадок лютеция-177 в кварцевой ампуле растворяют в соляной кислоте с концентрацией 0,1 моль/л, затем извлекают и дозируют во флаконы, упаковывают в контейнеры для транспортировки потребителю.

Изобретение относится к cпособу наработки радиоактивных изотопов в ядерном реакторе на быстрых нейтронах. Способ предусматривает использование мишеней для наработки радиоизотопов, размещаемых в облучательной сборке между втулками, и прутков, выполненных с использованием замедляющего нейтроны материала, при этом облучательную сборку помещают в боковом экране ядерного реактора на быстрых нейтронах.

Изобретение относится к устройству для производства радионуклидов. Устройство содержит ускоритель электронов, конвертер электронов, мишенный узел, включающий капсулу с облучаемым веществом, и систему охлаждения, выполненную в виде циркуляционного контура, содержащего насос-расходомер и контейнер с теплоносителем, снабженный холодильником и уровнемером. Конвертер и капсула с облучаемым веществом помещены в одном корпусе мишенного узла. Контейнер может быть размещен таким образом, что уровень теплоносителя в нем расположен по высоте ниже мишенного узла, но выше насоса-расходомера. В качестве теплоносителя используют жидкие металлы, например, эвтектический сплав натрий-калий. Контейнер соединен с вакуумным насосом и с баллоном с инертным газом. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения конвертера электронов и капсулы с облучаемым веществом и упрощение конструкции устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх