用于产生医用同位素的设备和方法技术

一种用于产生医用同位素的设备，其提供围绕中子发生器的环形裂变溶液容器。所述环形裂变溶液容器提供对所发射中子的良好捕获以及在水性反应堆中提供增强的稳定性的几何形状。中子倍增剂和/或中子减速剂可用于提高效率和控制所述环形裂变溶液容器中的反应临界点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生医用同位素的设备和方法关于联邦资助研究或开发的声明本专利技术在美国能源部授予的DE-NA-00007520的政府支持下完成。政府享有本专利技术的某些权利。相关申请的交叉引用--专利技术背景本专利技术涉及用于产生用于医用目的的同位素(例如Mo-99、I-131、Xe-133、Y-90、Cs-137、I-125等)的系统，特别地涉及采用环形裂变水溶液容器的系统。将医用同位素用于核医学中，其中将其以定位于特定器官或细胞受体的形式施用于患者，在所述特定器官或细胞受体中医用同位素可用特定的设备成像。在这样定位之后，还可利用短程电离辐射的组织破坏力将医用同位素用于治疗疾病。如今，用于核医学的大多数放射性同位素在采用高浓缩铀(HEU)的核反应堆中生产。美国用于生产Mo-99的反应堆在美国之外，其需要HEU的出口并且伴随着与这种国家外装运相关的核扩散风险。已经提出了使用低浓铀(LEU)来产生医用同位素，所述低浓铀不能直接用于制造核武器。在题为“DeviceandMethodforProducingMedicalIsotopes”的美国专利申请2011/0096887和题为“HighEnergyProtonorNeutronSource”的美国专利申请2010/0284502中描述了用于该目的的系统，所述专利申请通过引用并入本文。在这些系统中，引导离子经过容纳气体的靶区(targetvolume)以产生中子。中子可暴露于容纳在裂变溶液容器中的靶区附近的溶液中的母材。在一个实施方案中，靶区是环形的并且位于容纳母材溶液的圆柱形裂变溶液容器周围。将离子以螺旋形注入经过靶区产生向内朝向母材并且向外朝向反射器的中子。在富中子母材(例如LEU铀)中接收的中子经历倍增，其中中子撞击所述母材产生另外的中子，所述另外的中子以链式反应撞击另外的富中子材料。在核反应堆中，在稳定的功率下，有效中子增值因数(keff)等于1。在亚临界系统中，keff小于1。水性反应堆的一个问题是其很难保持稳定的功率水平。这是因为随着裂变溶液温度的上升以及随着空隙的产生(通过辐解作用将水分解为氢气和氧气所引起的气泡)在中子增值因数中存在强反馈机制。中子增值因数的快速降低导致功率降低，其引起中子增值因数再次提高。特别是，尝试在反应堆中保持恒定功率的控制系统可能不能足够快速地反应以充分地控制系统。结果是具有不稳定功率水平和潜在安全影响的系统。
技术实现思路
本专利技术提供了用于产生医用同位素的改进几何形状的裂变溶液容器。特别地，所述裂变溶液容器是容纳母材的水性悬浮液的有限厚度的环形物。通过控制环形物的纵横比，可获得相对于常规的圆柱形室而言改进的反应稳定性。此外，通过使用环形溶液容器的内壁上的冷却套可增强冷却。然后，特别地，本专利技术的一个实施方案提供了具有环形溶液容器的核反应系统，所述环形溶液容器用于容纳核材料的水性悬浮液，其具有限定沿着轴延伸的中心开口的内壁。第一冷却套和第二冷却套与环形溶液容器的内壁和环形溶液容器的相反的外壁热连通。因此，本专利技术的至少一个实施方案的目的是通过使用环形构造来增加对体积的传热面积从而向反应容器提供改进的稳定性。所述环形反应容器可包含低浓铀。因此，本专利技术的至少一个实施方案的特征是提供用于产生医用同位素而不伴随处理HEU的风险的设备。所述环形溶液容器可包含水硝酸铀酰、硫酸铀酰、氟化铀酰或磷酸铀酰中的至少一种和水的混合物。因此，本专利技术的至少一个实施方案的特征是提供可使用多种不同的裂变溶液的系统。核反应系统可包括粒子源，该粒子源定位为将带电粒子导入邻近于环形溶液容器的靶材料中用于从靶材料产生中子以在环形反应容器中接收中子；并且可将靶材料容纳在其中心位于中心开口内并且沿轴接收粒子的靶室内。因此，本专利技术的至少一个实施方案的特征是提供可整体容纳在裂变溶液容器中的靶并且其可由外部产生的离子激发之后容易地产生传递到环形裂变溶液容器中的中子。医用同位素发生器可包括位于靶室与内壁之间的中子倍增剂和/或减速剂材料。因此，本专利技术的至少一个实施方案的特征是将以离子碰撞机制得到的过量中子能量转化为另外的中子。本专利技术的至少一个实施方案的另一个特征是经过碰撞过程提供中子速度减速并且因此更好地控制环形室内的反应速率。医用同位素发生器还可包括与环形溶液容器同中心的位于外侧的反射材料。因此，本专利技术的至少一个实施方案的特征是容许将环形裂变溶液容器外侧的反射器布置在允许使用任意厚度的材料的位置处。由环形溶液容器的垂直于轴的径向厚度与环形溶液容器的沿着轴的高度所定义的纵横比可基本上大于0.1或者为0.1至0.3或者为0.12至0.25。因此，本专利技术的至少一个实施方案的特征是为相对于圆柱形室或其他纵横比的环形室实现改进的环形室而提供尺寸。核材料可以是浓度为每升溶液10克低浓铀至每升溶液450克低浓铀的低浓铀。因此，本专利技术的目的是提供可用低浓度的核材料工作的反应系统。这些特定的目的和优点仅可应用于落入权利要求范围内的一些实施方案中并且因此不限定本专利技术的范围。附图说明图1是本专利技术的一个实施方案的部分剖面透视图，其示出了包括围绕中央圆柱形靶室的环形裂变溶液容器组件的同心室，所述中央圆柱形靶室沿着圆柱体和环状物的轴接收离子；图2是环形裂变溶液容器组件的横截面视图，所述环形裂变溶液容器组件包括由环形裂变溶液容器围绕的内部中子倍增剂，所述环形裂变溶液容器两侧有水冷却套；图3是本专利技术的替代实施方案的简化正视横截面图，其中环形反应组件包括覆盖靶室顶部和底部以及侧面的部分；图4是对准另一个替代实施方案的俯视横截面的剖面透视图，所述实施方案采用六边形环状物和隔离的水性母材；以及图5是本专利技术的替代实施方案的俯视横截面视图，所述实施方案使用分开的中子倍增剂和中子减速剂；图6是图2的环形裂变溶液容器的反应性变化对纵横比的曲线图，其示出了环形裂变溶液容器相对于圆柱形裂变溶液容器的改进的稳定性的区域；以及图7是环形裂变溶液容器和圆柱形裂变溶液容器的反应性变化对低浓铀浓度的曲线图。具体实施方式现在参照图1，本专利技术的医用同位素发生器10可提供一组嵌套的环形元件，所述环形元件包括围绕环形反应堆组件14并且与环形反应堆组件14同轴的外部环形反射器室12。圆柱形靶室16安装在环形反应堆组件14中以使得环形反射器室12、环形反应堆组件14和靶室16的所有这三个元件共有共同中心轴18。外部环形反射器室12可比环形反应堆组件14更高从而提供沿垂直于中心轴18的方向围绕环形反应堆组件14以及沿着中心轴18方向在环形反应堆组件14之上和之下的基本上相等厚度的反射材料。在该实施方案中，环形反应堆组件14在高度上可基本上等于靶室16。可将靶室16垂直地定向于沿着轴18延伸并且限定将要充满靶气体20(例如氚)的圆柱形体积的圆柱形壳上。靶室16的圆柱体积经过管道22连通，所述管道22经过外部环形反射器室12向上垂直延伸到位于靶室16上和外部环形反射器室12外侧的离子注入器24。离子注入器24定位为将离子束26(例如氘(D+))沿着轴18经过管道22垂直地导入靶室16。调节靶室16的沿着轴18的高度和靶气体20的压力以确保在靶室16中离子与氚的基本上完全碰撞。在一个实施方案中，靶气体20可具有约10托的压力并且在靶室16内沿着轴18的高度为约1米。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核反应系统，其包括：用于容纳核材料的水性悬浮液的环形溶液容器，所述环形溶液容器具有限定沿着轴延伸的中心开口的内壁；和与所述环形溶液容器的所述内壁和所述环形溶液容器的相反的外壁热连通的第一冷却套和第二冷却套。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.05 US 13/373,8991.一种核反应系统，其包括：环形溶液容器，所述环形溶液容器具有限定内周的内壁和限定外周的相反的外壁，所述内壁和外壁沿着共有的中心轴延伸；与所述环形溶液容器的所述内壁热连通的第一环形冷却套和与所述环形溶液容器的外壁热连通的第二环形冷却套；与所述第一环形冷却套和所述第二环形冷却套连通的至少一个管道；在所述内周以内沿所述中心轴延伸的室；设置在所述室之内的靶材料，所述靶材料由外部产生的离子激发之后产生传递到所述环形溶液容器中的中子；和设置在所述环形溶液容器的所述内壁和外壁之内的核材料的水性悬浮液，其中当所述靶材料由外部产生的离子激发之后，所述核材料的水性悬浮液接收所述中子。2.根据权利要求1所述的核反应系统，其中所述环形溶液容器包含低浓铀。3.根据权利要求2所述的核反应系统，其中所述环形溶液容器包含硝酸铀酰、硫酸铀酰、氟化铀酰或磷酸铀酰中的至少一种和水的混合物。4.根据权利要求1所述的核反应系统，其还包括粒子源，所述粒子源定位为将带电粒子导入邻近于所述环形溶液容器的靶材料中用于由所述靶材料产生中子，所述中子在所述环形反应容器中被接收。5.根据权利要求1所述的核反应系统，其还包括位于所述室与所述内壁之间的中子倍增剂材料。6.根据权利要求5所述的核反应系统，其中所述中子倍增剂材料选自铍、贫铀和天然铀。7.根据权利要求6所述的核反应系统，其中所述中子倍增剂材料提供1.5至3.0的中子倍增。8.根据权利要求7所述的核反应系统，其还包括位于所述室和所述内壁之间而与所述中子倍增剂同轴分开的中子减速材料。9.根据权利要求1所述的核反应系统，其还包括与所述环形溶液容器同中心的位于外侧的反射材料。10.权利要求1所述的核反应系统，其中将冷却的轻水输送至所述第一环形冷却套和所述第二环形冷却套。11.一种医用同位素发生器，其包括：用于容纳核材料的水性悬浮液的环形溶液容器，所述环形溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：格里戈里·理查德·皮埃尔，萨德·亚历山大·赫尔特迈什，埃里克·尼古拉斯·万阿贝尔，罗斯·弗朗西斯·拉代尔，
申请(专利权)人：威斯康星校友研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US