靶向同位素生产系统的制作方法

本发明整体涉及生产用于医药以及其它商业企业的放射性同位素并且更具体地涉及利用商业核电站反应堆堆芯生产靶向同位素。

背景技术：

用于医药以及其它商业企业(诸如放射性同位素热电源(RTG))的放射性同位素的商业性生产是一种受高昂成本限制的过程，所述高昂成本与发展产生有用同位素的商业规模所需的中子源基础设施相关联。由于可获得的数量非常有限的同位素生产设施处的实际或者感知的潜在干扰，这使得有用地应用这些放射性同位素变得非常昂贵并且供应和成本的极大波动。与这种情况有关的人类成本是大多数人员不能负担由大量可获得的放射性同位素诊断和治疗程序提供的医疗福利的成本。

因此，需要用于产生这种同位素的比较便宜的系统和方法，所述系统和方法通过使用商业核反应堆堆芯作为所需的中子源以将靶材料转换为预先选择的同位素组成，来生产以及包装用户可控的放射性同位素，用在医疗或者其它商业应用中。前述目的将允许大幅提高改进世界范围内广大人员的生命质量所需的放射性同位素的生产能力，这将允许更多的人员获得由医疗和其它商业应用提供的益处。

技术实现要素：

由靶向同位素生产系统实现这些和其它目的，所述靶向同位素生产系统采用堆芯内可动核反应堆检测器系统，所述堆芯内可动核反应堆检测器系统通常用于测绘核反应堆的堆芯内的温度或者中子通量。堆芯内核反应堆检测器系统具有检测器驱动组件，所述检测器驱动组件连接到多个第一路径线性传输装置的输入部，所述多个第一路径线性传输装置在被命令时接收检测器并且将检测器供给到多个第二路径线性传输装置。多个第二路径线性传输装置沿着所需路径将检测器供给到选择的径向堆芯位置。多个第二路径线性传输装置在被命令时可交替操作，以将检测器供给通过存储管道至分离的存储位置。本发明的靶向同位素生产系统包括靶材料容器驱动组件，所述靶材料容器驱动组件连接到进入多个第一路径线性传输装置的输入部。多个第三路径线性传输装置添加到堆芯内反应堆检测器系统，所述多个第三路径线性传输装置具有输入部，所述输入部连接到存储管道并且在被命令时可操作，以将存储管道连接到多个第三路径线性传输装置上的至少两个出口中的一个。两个出口中的第一出口连接到分离的存储位置，靶材料存储容器连接到多个第三路径线性传输装置的两个出口中的第二出口。优选地，靶材料存储容器具有快速断开联接件，快速断开联接件将靶材料存储容器连接到第二出口，并且靶材料容器驱动组件是线缆驱动系统，靶材料附接到所述线缆驱动系统。在一个优选实施例中，靶材料容器驱动组件被远程操作并且靶材料存储容器被防护。

本发明还涉及一种在核反应堆中生产靶向同位素的方法，所述核反应堆具有上述堆芯内可动核反应堆检测器系统。生产靶向同位素的方法将待辐射以获得靶向同位素的靶材料插入到靶材料容器驱动组件中并且驱动靶材料容器通过多个第一路径线性传输装置并且通过多个第二路径线性传输装置至堆芯内的预选径向位置。在从堆芯抽收回之前靶材料容器保持在堆芯内的径向位置内达预定时间段。靶材料容器然后被驱动通过多个第三路径线性传输装置进入到存储容器中，所述存储容器能够与靶材料容器驱动系统脱离，以运输至适当的目的地。

本发明还涉及一种将堆芯内可动核反应堆检测器系统转换成能够产生靶向同位素的系统的方法。该方法包括将靶材料容器驱动组件连接到多个第一路径线性传输部的步骤和将多个第三路径线性传输装置连接到存储管道的步骤。该方法然后将多个第三路径传输装置的输出部连接到存储容器上的断开联接件，所述存储容器构造成存储从靶材料转变的靶向同位素。

附图说明

当结合附图阅读时能够从以下优选实施例的描述中获得本发明的进一步理解，其中：

图1是图解了基础通量测绘系统的局部截面的示意图，所述基础通量测绘系统能够根据本发明用于产生靶向同位素；

图2是通常堆芯内可动检测器系统的关键部件的示意图；

图3是变型方案类型的示意图，能够由本发明针对五路径传输装置进行所述变型方案，以容纳靶材料，以便转换通常堆芯内可动检测器系统，以生产靶向同位素；

图4是变型方案类型的示意图，能够针对通常堆芯内检测器存储路径引导管实施所述变型方案，以实施本发明的一个实施例；和

图5A和图5B是防护存储容器的一个实施例的侧视图和正视图，所述防护存储容器能够用于在其已经被辐射之后容纳靶材料。

具体实施方式

多种可操作商业反应堆包括如下的设计特征，所述设计特征在反应堆处于运转状态中时允许可动反应堆传感器周期性访问反应堆堆芯内部，以测量在反应堆堆芯内的不同轴向和径向位置处反应堆中子和/或裂变伽马率分布。由传感器实施测量，使用允许远程控制插入和移除过程的系统来将所述传感器插入到反应堆中以及从反应堆收回所述传感器。因为传感器在反应堆堆芯内的操作时间之后具有高放射性，所以需要系统的远程操作。由于这种感生放射性，系统的设计包含有存储位置，在所述存储位置处，可以在使用间歇期间存储这些高放射性传感器，以防止给系统的用于维护的其它部件带来存取限制。现有基础设施能够用于允许插入和移除靶材料的包装件，所述靶材料在反应堆堆芯内部的用户限定的位置内在限定的时间之后转换成所需的放射性同位素组成。然后，系统能够用于收回靶向放射性同位素包装件并且将包装件插入到存储装置中，所述存储装置适于将放射性包装件运送到能够从包装件中提取所需同位素的设施处。

在美国专利3,932,211和4,255,234中描述并且在图1中示意性示出了这种堆芯内可动检测器系统。基础堆芯内可动检测器系统根据电厂的大小(即，两条、三条或者四条环路)包括四个、五个或者六个检测器/驱动组件，所述四个、五个或者六个检测器/驱动组件互连，使得它们能够进入堆芯内通路套管的不同组合。为了获得套管互连能力，每个检测器均有与其相联的五路径和十路径旋转机械传输装置。通过由传输装置选择特定套管来制成堆芯图，其中检测器被驱动通过所述特定套管。为了最小化测绘所需时间，每个检测器均能够以高速(72英尺每分钟)从其收回位置行进至位于堆芯正下方的地点。此时，检测器速度减小至12英寸每分钟，并且检测器横向于堆芯的顶部，方向颠倒，并且检测器横向于堆芯的底部。然后检测器速度增加至72英尺每分钟，并且检测器移动到其收回位置(存储位置)。通过旋转传输装置来选择新的通量套管以用于测绘，并且重复上述程序。

图1示出了用于插入可动微型检测器的基础系统。驱动微型检测器12进入其中的可收回套管10采取如图示意性所示的路线。套管通过管道被插入到反应堆堆芯14中，所述管道从反应堆容器16的底部延伸通过混凝土防护层区域18并且然后直到套管密封台20为止。因为可动检测器套管在前端(反应堆)处闭合，所以它们内部干燥。套管必须作为反应堆水压(2,500psig设计)和大气之间的压力屏障。可收回套管和管道之间的机械密封件设置在密封台20上。管道22是反应堆容器16的本质延伸部，其中，所述套管允许插入堆芯内仪器可动微型检测器。在操作期间，套管10是固定的，并且将仅仅在更换燃料或者维护操作期间在减压条件下收回。如果需要在容器内部实施操作，则还可以将套管收回到反应堆容器的底部。用于插入微型检测器的驱动系统基本包括驱动单元24、极限开关组件26、五路径旋转传输装置28、十路径旋转传输装置30和隔离阀32，如图所示。

每个驱动单元均将中空螺旋缠绕驱动线缆推入到堆芯内，其中，微型检测器附接到线缆的前端，与检测器输出部通信的小直径同轴线缆螺纹旋拧通过螺旋缠绕驱动线缆的中空中心，返回到驱动线缆的尾端。图2示出了通常堆芯内可动检测器系统硬件34的示意图。螺旋缠绕驱动线缆38存储在存储轮36上，所述存储轮36供给通过驱动电动机42沿着向前或者相反方向旋转的驱动轮40。螺旋缠绕驱动线缆38延伸通过五路径旋转传输器(线性传输装置)28，所述五路径旋转传输器由管44通过Y形单元46连接到十路径旋转传输装置30。螺旋缠绕驱动线缆38从十路径旋转传输单元30延伸通过密封台20处的高压密封件48和隔离阀32抵达图1中示出的选择的可收回套管10。为每个检测器均设置了单独驱动单元24。五路径旋转传输单元28和十路径传输单元30的旋转将每个检测器以众所周知的方式引导到堆芯内的选择的可收回套管。

这种现有基础设施34能够用于实现靶材料包装件的插入和移除，所述靶材料包装件将在反应堆堆芯内部的用户限定的位置内部在限定时间之后转换成所需的放射性同位素组成。所述系统随后能够用于收回靶向放射性包装件并且将包装件插入到存储装置中，所述存储装置适于将放射性包装件运送到从包装件中提取所需的位素的设施。能够由本领域中的技术人员使用多个不同商业可获得的计算程序(诸如，由宾夕法尼亚的蔓越莓乡的西屋电器公司LLC出售的alpha-phoenix-ANC(APA)核设计代码包)的特征来判定在给定反应堆位置中实现操作者限定的靶材料的靶辐射后同位素组成的暴露时间。

在一种允许经由驱动线缆通过现有堆芯内可动检测器套管远程插入和收回的靶材料容器的系统中，实现了完成商业核反应堆内部靶材料容器的定时辐射的系统的优选实施例。然后通过系统的特征件将辐射的靶材料插入到受防护的存储位置中，所述存储位置还作为容器，用于将放射性同位素材料安全地运输到易于从容器移除材料并处理材料的设施，以提取所需的放射性同位素。对于某些同位素而言，理想的是在不同的轴向或者径向位置处分别将靶材料超过一次地插入到堆芯内，以在堆芯的径向和轴向上获得轴向通量的变化的益处。

在本系统的优选实施例中，线缆驱动机构24永久或者临时安装在现有堆芯内可动检测器线缆驱动机构附近，以针对堆芯内可动检测器驱动器中的至少一个来远程控制将靶材料容器插入通过现有五路径28和相关十路径30堆芯位置选择器中的一个或者多个。图3示出了针对现有五路径传输装置28的输入部的变型，所述输入部包括连接到Y形单元46的额外的插入和收回管道52，所述Y形单元46连同检测器通道50一起将靶材料容器插入管道52联接到五路径传输装置28的输入部60。位置选择器58将靶材料容器管道52远程连接到十路径插入/收回管道54，以与十路径传输装置30或者堆芯内可动检测器存储/辐射靶材料容器插入路径通道56连通。

堆芯内可动检测器系统的转换还包括就在现有套管进入到生物防护(bio-shield)结构中之前修改相关五路径存储位置引导套管56，这改变了从生物防护结构进入到临时安装的辐射靶材料存储容器的路径，所述临时安装的辐射靶材料存储容器适于允许人工操纵和局部运输辐射靶材料。将参照图5A和5B描述这种容器。在图4中示出了这种路径选择器的优选实施例并且所述路径选择器为远程控制旋转S-连接器管的形式，所述远程控制旋转S-连接器管将附接到插入的驱动线缆的装置发送进常规存储位置或者堆芯内可动检测器传感器或者发送进辐射靶材料存储容器。操作的路径选择器64与五路径和十路径传输装置28和30类似，并且在旋转位置选择器控制器70的控制下将现有存储位置引导管道56连接到传统存储引导路径66或者辐射靶材料容器插入路径管道68。

如图5A所示，驱动线缆38和靶材料容器72之间的结合为螺纹连接，以允许容器组件80和驱动线缆在辐射材料处于容器中之后脱离(旋松)，从而能够重复使用驱动线缆。分别用附图标记74和76表示公螺纹和母螺纹。存储有辐射靶材料容器72的简单防护容器78被构造成允许将靶材料容器线缆组件80从驱动单元38局部人工分离并且允许局部处理容器，因此其能够被运输到反应堆安全壳建筑物外的另一个容器，所述另一个容器用于将辐射靶材料运输到辐射靶材料处理设施。图5A和图5B分别示出了存储容器78的侧视图和正视图。

在今天的放射性同位素市场，在研究反应堆中辐射靶材料，所述研究反应堆需要耗费大约400亿美金建造。只有数量有限的研究反应堆并且因为美国的研究反应堆均非商业设施，所以它们的主要用途是教育和研究。然后将辐射样本运输到处理中心，在所述处理中心处，发生化学分离，以获得为最终药物形式和患者使用的同位素。即使研究反应堆归大学和/或政府所有，他们也会花费大约每个靶物每年100,000美金的溢价。本发明使得能够在商业核反应堆中产生放射性同位素。核发电设施在它们的反应堆中具有大量过剩中子和伽马通量，能够在不对发电任务产生任何不利影响的前提下利用所述过剩中子和伽马通量生产放射性同位素。

尽管已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域中的技术人员应当理解的是能够根据本公开的整体教导发展针对所述细节的各种修改方案和替代方案。因此，公开的特定实施例仅仅为阐释而非限制本发明的范围，所述本发明的范围由附属权利要求以及其所有等校物限制。