靶向同位素生產系統的製作方法

2023-12-11 01:35:02 1

本發明整體涉及生產用於醫藥以及其它商業企業的放射性同位素並且更具體地涉及利用商業核電站反應堆堆芯生產靶向同位素。

背景技術：

用於醫藥以及其它商業企業(諸如放射性同位素熱電源(RTG))的放射性同位素的商業性生產是一種受高昂成本限制的過程，所述高昂成本與發展產生有用同位素的商業規模所需的中子源基礎設施相關聯。由於可獲得的數量非常有限的同位素生產設施處的實際或者感知的潛在幹擾，這使得有用地應用這些放射性同位素變得非常昂貴並且供應和成本的極大波動。與這種情況有關的人類成本是大多數人員不能負擔由大量可獲得的放射性同位素診斷和治療程序提供的醫療福利的成本。

因此，需要用於產生這種同位素的比較便宜的系統和方法，所述系統和方法通過使用商業核反應堆堆芯作為所需的中子源以將靶材料轉換為預先選擇的同位素組成，來生產以及包裝用戶可控的放射性同位素，用在醫療或者其它商業應用中。前述目的將允許大幅提高改進世界範圍內廣大人員的生命質量所需的放射性同位素的生產能力，這將允許更多的人員獲得由醫療和其它商業應用提供的益處。

技術實現要素：

由靶向同位素生產系統實現這些和其它目的，所述靶向同位素生產系統採用堆芯內可動核反應堆檢測器系統，所述堆芯內可動核反應堆檢測器系統通常用於測繪核反應堆的堆芯內的溫度或者中子通量。堆芯內核反應堆檢測器系統具有檢測器驅動組件，所述檢測器驅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並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。本發明的靶向同位素生產系統包括靶材料容器驅動組件，所述靶材料容器驅動組件連接到進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反應堆檢測器系統，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並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。優選地，靶材料存儲容器具有快速斷開聯接件，快速斷開聯接件將靶材料存儲容器連接到第二出口，並且靶材料容器驅動組件是線纜驅動系統，靶材料附接到所述線纜驅動系統。在一個優選實施例中，靶材料容器驅動組件被遠程操作並且靶材料存儲容器被防護。

本發明還涉及一種在核反應堆中生產靶向同位素的方法，所述核反應堆具有上述堆芯內可動核反應堆檢測器系統。生產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動組件中並且驅動靶材料容器通過多個第一路徑線性傳輸裝置並且通過多個第二路徑線性傳輸裝置至堆芯內的預選徑向位置。在從堆芯抽收回之前靶材料容器保持在堆芯內的徑向位置內達預定時間段。靶材料容器然後被驅動通過多個第三路徑線性傳輸裝置進入到存儲容器中，所述存儲容器能夠與靶材料容器驅動系統脫離，以運輸至適當的目的地。

本發明還涉及一種將堆芯內可動核反應堆檢測器系統轉換成能夠產生靶向同位素的系統的方法。該方法包括將靶材料容器驅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。該方法然後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接件，所述存儲容器構造成存儲從靶材料轉變的靶向同位素。

附圖說明

當結合附圖閱讀時能夠從以下優選實施例的描述中獲得本發明的進一步理解，其中：

圖1是圖解了基礎通量測繪系統的局部截面的示意圖，所述基礎通量測繪系統能夠根據本發明用於產生靶向同位素；

圖2是通常堆芯內可動檢測器系統的關鍵部件的示意圖；

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

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

圖5A和圖5B是防護存儲容器的一個實施例的側視圖和正視圖，所述防護存儲容器能夠用於在其已經被輻射之後容納靶材料。

具體實施方式

多種可操作商業反應堆包括如下的設計特徵，所述設計特徵在反應堆處於運轉狀態中時允許可動反應堆傳感器周期性訪問反應堆堆芯內部，以測量在反應堆堆芯內的不同軸向和徑向位置處反應堆中子和/或裂變伽馬率分布。由傳感器實施測量，使用允許遠程控制插入和移除過程的系統來將所述傳感器插入到反應堆中以及從反應堆收回所述傳感器。因為傳感器在反應堆堆芯內的操作時間之後具有高放射性，所以需要系統的遠程操作。由於這種感生放射性，系統的設計包含有存儲位置，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，以防止給系統的用於維護的其它部件帶來存取限制。現有基礎設施能夠用於允許插入和移除靶材料的包裝件，所述靶材料在反應堆堆芯內部的用戶限定的位置內在限定的時間之後轉換成所需的放射性同位素組成。然後，系統能夠用於收回靶向放射性同位素包裝件並且將包裝件插入到存儲裝置中，所述存儲裝置適於將放射性包裝件運送到能夠從包裝件中提取所需同位素的設施處。

在美國專利3,932,211和4,255,234中描述並且在圖1中示意性示出了這種堆芯內可動檢測器系統。基礎堆芯內可動檢測器系統根據電廠的大小(即，兩條、三條或者四條環路)包括四個、五個或者六個檢測器/驅動組件，所述四個、五個或者六個檢測器/驅動組件互連，使得它們能夠進入堆芯內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的五路徑和十路徑旋轉機械傳輸裝置。通過由傳輸裝置選擇特定套管來製成堆芯圖，其中檢測器被驅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)從其收回位置行進至位於堆芯正下方的地點。此時，檢測器速度減小至12英寸每分鐘，並且檢測器橫向於堆芯的頂部，方向顛倒，並且檢測器橫向於堆芯的底部。然後檢測器速度增加至72英尺每分鐘，並且檢測器移動到其收回位置(存儲位置)。通過旋轉傳輸裝置來選擇新的通量套管以用於測繪，並且重複上述程序。

圖1示出了用於插入可動微型檢測器的基礎系統。驅動微型檢測器12進入其中的可收回套管10採取如圖示意性所示的路線。套管通過管道被插入到反應堆堆芯14中，所述管道從反應堆容器16的底部延伸通過混凝土防護層區域18並且然後直到套管密封臺20為止。因為可動檢測器套管在前端(反應堆)處閉合，所以它們內部乾燥。套管必須作為反應堆水壓(2,500psig設計)和大氣之間的壓力屏障。可收回套管和管道之間的機械密封件設置在密封臺20上。管道22是反應堆容器16的本質延伸部，其中，所述套管允許插入堆芯內儀器可動微型檢測器。在操作期間，套管10是固定的，並且將僅僅在更換燃料或者維護操作期間在減壓條件下收回。如果需要在容器內部實施操作，則還可以將套管收回到反應堆容器的底部。用於插入微型檢測器的驅動系統基本包括驅動單元24、極限開關組件26、五路徑旋轉傳輸裝置28、十路徑旋轉傳輸裝置30和隔離閥32，如圖所示。

每個驅動單元均將中空螺旋纏繞驅動線纜推入到堆芯內，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動線纜的中空中心，返回到驅動線纜的尾端。圖2示出了通常堆芯內可動檢測器系統硬體34的示意圖。螺旋纏繞驅動線纜38存儲在存儲輪36上，所述存儲輪36供給通過驅動電動機42沿著向前或者相反方向旋轉的驅動輪40。螺旋纏繞驅動線纜38延伸通過五路徑旋轉傳輸器(線性傳輸裝置)28，所述五路徑旋轉傳輸器由管44通過Y形單元46連接到十路徑旋轉傳輸裝置30。螺旋纏繞驅動線纜38從十路徑旋轉傳輸單元30延伸通過密封臺20處的高壓密封件48和隔離閥32抵達圖1中示出的選擇的可收回套管10。為每個檢測器均設置了單獨驅動單元24。五路徑旋轉傳輸單元28和十路徑傳輸單元30的旋轉將每個檢測器以眾所周知的方式引導到堆芯內的選擇的可收回套管。

這種現有基礎設施34能夠用於實現靶材料包裝件的插入和移除，所述靶材料包裝件將在反應堆堆芯內部的用戶限定的位置內部在限定時間之後轉換成所需的放射性同位素組成。所述系統隨後能夠用於收回靶向放射性包裝件並且將包裝件插入到存儲裝置中，所述存儲裝置適於將放射性包裝件運送到從包裝件中提取所需的位素的設施。能夠由本領域中的技術人員使用多個不同商業可獲得的計算程序(諸如，由賓夕法尼亞的蔓越莓鄉的西屋電器公司LLC出售的alpha-phoenix-ANC(APA)核設計代碼包)的特徵來判定在給定反應堆位置中實現操作者限定的靶材料的靶輻射後同位素組成的暴露時間。

在一種允許經由驅動線纜通過現有堆芯內可動檢測器套管遠程插入和收回的靶材料容器的系統中，實現了完成商業核反應堆內部靶材料容器的定時輻射的系統的優選實施例。然後通過系統的特徵件將輻射的靶材料插入到受防護的存儲位置中，所述存儲位置還作為容器，用於將放射性同位素材料安全地運輸到易於從容器移除材料並處理材料的設施，以提取所需的放射性同位素。對於某些同位素而言，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，以在堆芯的徑向和軸向上獲得軸向通量的變化的益處。

在本系統的優選實施例中，線纜驅動機構24永久或者臨時安裝在現有堆芯內可動檢測器線纜驅動機構附近，以針對堆芯內可動檢測器驅動器中的至少一個來遠程控制將靶材料容器插入通過現有五路徑28和相關十路徑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。

堆芯內可動檢測器系統的轉換還包括就在現有套管進入到生物防護(bio-shield)結構中之前修改相關五路徑存儲位置引導套管56，這改變了從生物防護結構進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於允許人工操縱和局部運輸輻射靶材料。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選實施例並且所述路徑選擇器為遠程控制旋轉S-連接器管的形式，所述遠程控制旋轉S-連接器管將附接到插入的驅動線纜的裝置發送進常規存儲位置或者堆芯內可動檢測器傳感器或者發送進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，並且在旋轉位置選擇器控制器70的控制下將現有存儲位置引導管道56連接到傳統存儲引導路徑66或者輻射靶材料容器插入路徑管道68。

如圖5A所示，驅動線纜38和靶材料容器72之間的結合為螺紋連接，以允許容器組件80和驅動線纜在輻射材料處於容器中之後脫離(旋鬆)，從而能夠重複使用驅動線纜。分別用附圖標記74和76表示公螺紋和母螺紋。存儲有輻射靶材料容器72的簡單防護容器78被構造成允許將靶材料容器線纜組件80從驅動單元38局部人工分離並且允許局部處理容器，因此其能夠被運輸到反應堆安全殼建築物外的另一個容器，所述另一個容器用於將輻射靶材料運輸到輻射靶材料處理設施。圖5A和圖5B分別示出了存儲容器78的側視圖和正視圖。

在今天的放射性同位素市場，在研究反應堆中輻射靶材料，所述研究反應堆需要耗費大約400億美金建造。只有數量有限的研究反應堆並且因為美國的研究反應堆均非商業設施，所以它們的主要用途是教育和研究。然後將輻射樣本運輸到處理中心，在所述處理中心處，發生化學分離，以獲得為最終藥物形式和患者使用的同位素。即使研究反應堆歸大學和/或政府所有，他們也會花費大約每個靶物每年100,000美金的溢價。本發明使得能夠在商業核反應堆中產生放射性同位素。核發電設施在它們的反應堆中具有大量過剩中子和伽馬通量，能夠在不對發電任務產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放射性同位素。

儘管已經詳細描述了本發明的具體實施例，但是本領域中的技術人員應當理解的是能夠根據本公開的整體教導發展針對所述細節的各種修改方案和替代方案。因此，公開的特定實施例僅僅為闡釋而非限制本發明的範圍，所述本發明的範圍由附屬權利要求以及其所有等校物限制。