用于在核反应堆仪表管中产生放射性同位素的设备和方法 |
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| 申请号 | CN200910004759.6 | 申请日 | 2009-02-20 | 公开(公告)号 | CN101515483B | 公开(公告)日 | 2016-09-28 |
| 申请人 | 通用电气-日立核能美国有限责任公司; | 发明人 | W·E·拉塞尔二世; C·J·莫内塔; D·G·史密斯; R·E·斯塔乔夫斯基; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于在 核反应堆 仪表管中产生 放射性 同位素的设备和方法。一种用于在运行的民用核反应堆(10)的仪表管(50)中产生放射性同位素的设备和方法。放射对象(250)可以在运行过程中插入仪表管(50)以及从其中移除，并且可以转变成不能以其它方式从核反应堆中获取的放射性同位素。示例性设备可以连续地插入、移除和存储待转变成可用的放射性同位素的放射对象(250)。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种放射性同位素产生系统，所述系统包括： 管道子系统(200)，其构造成允许将至少一个放射对象(250)插入到核反应堆（10)的仪 表管(50)中以及从其中移除； 放射对象传动子系统(300 )，其构造成以便插入所述至少一个放射对象(250)以及将其 从所述核反应堆(1 〇)的所述仪表管(50)中移除；以及 放射对象存储和移除子系统(400)，其构造成以便存储所述至少一个放射对象(250)， 其中所述放射对象传动子系统包括多个齿轮（310)，各设置所述齿轮（310)中的各齿 轮，并且所述齿轮(310)中的各齿轮都具有成形为以便与所述至少一个放射对象(250)相配 的表面，其中，所述多个齿轮(310)包括第一齿轮(310a)和第二齿轮(310b)，所述第一齿轮 和所述第二齿轮(310)构造成以便由共享的齿轮系统同步地沿相反的方向旋转。 |
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| 说明书全文 | 用于在核反应堆仪表管中产生放射性同位素的设备和方法技术领域[0001] 本发明大体设及具有医疗应用的放射性同位素和用于在核反应堆中产生放射性 同位素的设备和方法。 背景技术[0003] 具有大约几天或甚至几小时量级的半衰期的短期放射性同位素对癌症和其它医 学治疗特别重要，因为短期放射性同位素具有产生独特的放射分布，且在放射剂量输送到 具体应用之后会快速地衰变成从体内排出的无害、稳定的同位素的能力。然而，运些短期放 射性同位素的短半衰期也使其难W获取和处理。短期放射性同位素通常通过使用在医疗设 施或附近生产设施处的现场的中子来轰击加速器或低功率反应堆中稳定的母同位素来产 生。由于衰变时间相对较快和特定应用中需要精确数量的放射性同位素，运些放射性同位 素被迅速运送。此外，医用短期放射性同位素的产生通常需要笨重且昂贵的放射和提取设 备，运些设备对于医疗机构可能太昂贵、占用太大空间和/或不安全。 [0004] 具有医疗应用的若干种短期放射性同位素可W通过核裂变产生，并且由此可W在 核电站中大量产生。例如，在核燃料中的轴235的裂变可W产生大量的得99,得99在多重成 像和癌症诊断应用中很有用。然而，在核燃料中产生的短期放射性同位素可能与大量其它 核裂变副产物混合。对有用的短期放射性同位素的提取可能会有不能接受的福射和化学曝 露危险，W及/或可能需要大量时间，在运段时间里，短期放射性同位素可能会衰变到不可 用的数量。 [0005] 由于生产的困难和短期放射性同位素的寿命，对运种放射性同位素的需求可能远 远大于供给，尤其是对于在诸如癌症等难W治愈的疾病领域中有重大医学应用的那些放射 性同位素的需求。与用于诸如癌症等疾病的典型的护理成本相比，有效的短期放射性同位 素的成本可能变得过高。 发明内容[0006] 示例性实施例设及在民用核反应堆和相关设备中产生可用于医学应用的放射性 同位素的方法。示例性方法可W使用在核反应堆容器中常见的仪表管Qnshumentation tube), W将放射对象曝露于在运行的核反应堆中出现的中子流。由于该中子流，短期放射 性同位素可W在放射对象中产生。然后，可W通过将放射对象从仪表管和反应堆安全壳中 移除中来相对快速且简单地获取运些短期放射性同位素，而无须关闭反应堆或不需要化学 提取过程。然后，放射性同位素可W立即运送到医学设施，W用于例如癌症治疗。 [0007] 示例性实施例可W包括用于在核反应堆中产生放射性同位素的设备及其仪表管。 示例性实施例可W包括构造成W便将放射对象插入运行的民用核反应堆的仪表管中W及 从其中移除的一个或多个子系统。示例性实施例可W包括管道子系统、放射对象传动子系 统，W及/或用于将放射对象插入仪表管中W及从其中移除的放射对象存储和移除子系统。 示例性实施例可W W线性顺序来保持其中所使用的放射对象，W允许跟踪和测量在示例性 实施例放射对象中产生的放射性同位素。[000引附图简述 [0009] 通过详细描述附图，示例性实施例将变得更加显而易见，其中，相同元件由相同参 考标号表示，运些参考标号仅W说明方式给出，因此不限制本文的示例性实施例。 [0010] 图1是具有仪表管的传统核反应堆的图示。 [0011] 图2是用于在核反应堆中产生短期放射性同位素的示例性实施例系统的图示。 [0012] 图3是示例性实施例系统的示例性实施例管道子系统的图示。 [0013] 图4A和4B是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例套管的图示。 [0014] 图5是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例放射对象传动子系统的图 /J、- O [0015] 图6是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例放射对象存储子系统的图 /J、- O [0016] 图7是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例移除机构的图示。 [0017] 图8A和8B是示例性实施例放射对象的图示。 具体实施方式[0018] 此处公开了示例性实施例的详细的说明性实施例。然而，为了描述示例性实施例， 本文公开的特定的结构和功能细节仅仅是代表性的。然而，示例性实施例可WW许多替换 形式来实现，并且不应理解为仅限于本文所阐述的示例性实施例。 [0019] 应当理解，虽然用语第一、第二等在本文中可用于描述各元件，但是运些元件不应 被运些用语限制。运些用语仅用于使一个元件区别于另一个元件。例如，第一元件可W称为 第二元件，同样，第二元件也可W称为第一元件，而不偏离示例性实施例的范围。如本文所 用，用语"和/或"包括相关所列项目中的一个或多个项目的任何及所有组合。 [0020] 应当理解，当元件被称为"连接"、"联接"、"配合"、"附接"或"固定"到另一元件时， 该元件可W直接连接或联接到其它元件或可能存在中间元件。相反，当元件被称为"直接连 接"或"直接联接"到另一元件时，则不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词语 (例如，"...之阿'对"直接化..之间"、"相邻'对"直接相邻'等)应W同样方式解释。 [0021] 本文所使用的用语仅出于描述特定实施例的目的，并且不意图限于示例性实施例 中。如本文所用，除非文字明确地作出其它表示，单数形式"一"和"该"旨在也包括复数形 式。还应当理解，本文中使用的用语"包括"和/或"包含"表明存在所述的特征、整体、步骤、 操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、 部件和/或其组合。 [0022] 还应当注意，在一些备选实施中，所述功能/动作可W不按附图中所表明的顺序出 现。例如，取决于所设及的功能性/动作，连续显示的两个附图事实上可W基本上同时实施， 或者有时可WW相反的顺序来实施。 [0023] 图1是可与示例性实施例和示例性方法一起使用的传统的反应堆压力容器10的图 示。反应堆压力容器10可用于至少100兆瓦电力的民用轻水核反应堆中，该轻水核反应堆在 全世界范围内通常用于发电。反应堆压力容器10可布置在安全壳结构411内部，该安全壳结 构411用于在出现事故的情况下拦截放射能，并且防止在反应堆10运行过程中进入该反应 堆10。反应堆容器10下方的空腔(称为干井20)用于容纳服务于该容器的装置，如累、排水 管、仪表管和/或控制杆驱动器等。如图1所示，至少一个仪表管50垂直延伸到容器10中并深 深地进入或通过堆忍15,该堆忍15在运行过程中包含核燃料和相对大量的中子流。仪表管 50通常可W为圆柱形，并且可W依据容器10的高度加宽;然而，在行业内也通常会见到其它 仪表管几何形状。仪表管50可具有例如约1英寸的内径和/或孔隙。 [0024] 仪表管50可在反应堆容器10下方终止于干井20中。通常，仪表管50可W允许中子 探测器和其它类型的探测器通过干井20中下端处的开口插入其中。运些探测器可W通过仪 表管50向上延伸，W监测堆忍15中的状态。传统监测器类型的实例包括宽区段探测器 (WRNM)、源区段监测器(SRM)、中间区段监测器（IRM)和/或局部功率区段监测器化PRM)。由 于密封性和福射危害，进入仪表管50和插入在其中的任何监测装置通常都限于运行停止 期。 [0025] 虽然W民用沸水反应堆中常见的部件显示了容器10,但是示例性实施例和方法可 W与具有仪表管50或延伸到反应堆中的其它进入管的若干种不同类型的反应堆一起使用。 例如，具有从100兆瓦电力W下到若干千兆瓦电力的额定功率并且具有处于与图1所示的位 置不同的若干位置上的仪表管的压水反应堆、重水反应堆、石墨减速反应堆等可W与示例 性实施例和方法一起使用。运样，可用于示例性方法的仪表管可W是关于堆忍采用任意几 何形状的任意突出特征，其允许封闭通到各种类型的反应堆的核堆忍流的通道。 [0026] 申请人认识到，仪表管50可用于快速并持续地大量产生短期放射性同位素，而不 需要化学或同位素隔离和/或等待民用反应堆的反应堆关闭。示例性方法可W包括在堆忍 15运行时将放射对象插入仪表管50中，并且将该放射对象曝露于堆忍15,从而使放射对象 曝露于通常在运行的堆忍15中遇到的中子流。堆忍流可W将放射对象的相当一部分转变成 有用的放射性同位素，包括可用于医学应用的短期放射性同位素。然后，将放射对象从仪表 管50中收回（甚至在堆忍15正在进行的运行过程中）和移除，W用于医学和/或工业用途。W 下描述了使示例性方法可行的示例性实施例，包括示例性实施例使其可行的示例性方法的 其它细节。 [0027] 图2是用于在核反应堆中产生放射性同位素的示例性实施例系统的说明。在图2中 显示了示例性实施例放射性同位素产生系统100布置在反应堆压力容器10的下方，在干井 20中、仪表管50的下方。示例性实施例放射性同位素产生系统100可W将放射对象250插入 仪表管50中W及从其中移除，W用于在运行的容器10中放射。示例性实施例放射性同位素 产生系统100可W包括S个不同的子系统(将在下面依次讨论），即仪表管道子系统200、放 射对象传动子系统300和/或放射对象存储和移除子系统400。下面最后将讨论放射对象250 及其在示例性实施例和方法中的用途。[002引管道子系统 [0029]图3是示例性实施例仪表管道子系统200的图示。如图3所示，也如图1-2所示，仪表 管50从干井20中的较低位置延伸到反应堆容器10和包含核燃料的核堆忍15中。可经由仪表 管开口 51由放射传动子系统300(图5)将放射对象250线性地推入仪表管50中W及从其中移 除。 [0030] 仪表管50可W延伸到堆忍15的顶部16附近。从而放射对象250可W贯穿核堆忍15 的垂直长度而线性地布置和保持在仪表管50中。堆忍15中的中子通量可W是已知的，并且 可W足够地高，W便将管50中的相当大量的放射对象250转变成有用的短期放射性同位素。 如参照图8A和8B将在W下讨论的，对象250的类型和核堆忍15中的垂直位置可W允许精确 地计算曝露时间和放射性同位素产生速率，W增强放射性同位素的产生和放射性。 [0031] 可将套管260插入仪表管50中，W提供对放射对象250的进一步的密封、防护和几 何匹配。套管260可W是大体刚性的，并且可由当曝露于运行的核堆忍15时基本上保持其物 理特征的材料制成。套管260可由例如不诱钢、侣、错合金、因科儀合金（incone 1 )、儀、铁等 制成。 [0032] 套管260可W延伸越过仪表管50的开口 51，W提供仪表管50之外的引导和对准。例 如，套管260可W向下延伸，并且在靠近放射对象传动子系统300处终止，W便适当地将放射 对象250导入和导出放射对象传动子系统300,该子系统可W定位得比开口 51更低于容器 10。 [0033] 套管260可W提供平滑、持续的内表面，W有利于将放射对象250插入仪表管50W 及从其中移除。如上所述，仪表管50可W具有多种几何形状，和/或可W依据进入容器10的 垂直距离改变宽度。套管260可W具有不同的外径，W对应仪表管50的几何形状，但是套管 260可W具有与放射对象250的大小相关联的一致的内径。例如，套管260可W具有窄到足W 防止放射对象250在仪表管50中直线地移动或改变位置的内径，W允许保持放射对象的顺 序W允许基于顺序的识别等。 [0034] 在示例性实施例中，套管260可W是模块化的，并包括允许组装和插入仪表管50中 的若干件。如图4A和4B所示，若干不同的部件可W形成模块化的套管260。在图4A中，显示了 套管260的区段261。各个区段261可W包括配合元件264和/或265,该配合元件可W将各个 区段261连接到另一区段261，并且由于是空的而允许放射对象250穿过区段261。配合元件 264和265可W包括例如空屯、螺纹端和孔或空屯、突出部和接受器。区段261可W具有变化的 外径262，W符合或反映仪表管50的几何形状，并且该外径足够小W能通过开口 51。区段261 可W包括相对恒定且具有与接纳放射对象250相适应的宽度的内径263。因此，如果区段261 单独地插入仪表管50中，则可W将区段261组装在仪表管50内部，W便为插入到管50和套管 260中的放射对象250提供连续、线性的内径。 [0035] 或者，如图4B所示，套管260可W具有基本上恒定的内径和外径，并且一个或多个 模块化的筒夹266可W联接到套管260, W提供仪表管50和套管260/筒夹266之间的配合。因 此，筒夹266可W围绕仪表管50中的套管260而插入和组装，W便为插入到管50及由模块化 筒夹266所围绕的套管260中的放射对象250提供连续、线性的内径。 陳]放射对象传动子系统 [0037]图5是示例性实施例放射对象传动子系统300的图示。如图5所示，两个传动齿轮 310a和31化可W从仪表管50的套管260或开口 51接收放射对象250,和/或将放射对象250传 送到仪表管50的套管260或开口 51。传动齿轮310a和310b可W布置成彼此相对。传动齿轮 310a和31化可W在容器10下方的干井20中布置在仪表管50下方及两侧上。通过基于容器10 下方的干井20中的空间量来确定传动齿轮310a和31化W及目标传动子系统300的大小和定 位，放射性同位素产生系统100可W完全配合在全世界许多当前运行的核反应堆的干井20 内。 [0038] 传动齿轮310a和310b可W具有特别地成形的圆周表面或侧表面311a/3Ub，该表 面与放射对象250的形状互补，从而牢固地抓住并保持进入传动齿轮310a和310b之间的放 射对象250或与该放射对象250相适配。例如，如图5所示，表面311a和31化可W具有圆齿形， W便与球形放射对象250匹配。表面311a和31化中的圆齿可W具有与放射对象250的半径基 本上相似的半径，W牢固地抓住并移动进入传动齿轮310a和310b之间的放射对象250,同 时，保持放射对象250进入和退出仪表管50的相同的线性顺序。或者，表面311a和311b可W 具有其它形状，W符合和/或匹配可由本领域技术人员替换的W另外方式成形的放射对象。 [0039] 传动齿轮310a和31化可W绕垂直于仪表管50的平行轴线沿相反的方向旋转，W便 升高或降低从其中通过的放射对象250。例如，如图5所示，如果传动齿轮310aW顺时针方向 旋转，传动齿轮310bW逆时针方向旋转，则位于传动齿轮310a和310b的旋转轴线之间和下 方的放射对象250可W从存储和移除子系统400提升到管道子系统200中。相反，如果传动齿 轮310a和310bW相反的方向旋转，使得传动齿轮310aW逆时针方向旋转，传动齿轮310bW 顺时针方向旋转，则放射对象250可W从管道子系统200降低到移除子系统400中。 [0040] 传动齿轮310a和31化和可用于放射对象传动子系统300的其它示例性传动机构可 W保持从管道子系统200和放射对象存储和移除子系统400之间穿过的放射对象250的线性 顺序。运样，可在整个示例性实施例系统100中保持放射对象250的整体线性顺序，并且可W 成功地执行取决于管50内的放射对象250垂直顺序的任意放射对象监测。[0041 ] 如图5所示，传动齿轮310a和31化可由驱动动力子系统390驱动，该驱动动力子系 统390允许传动齿轮310a和31化之间的同步运动。图5所示的示例性实施例显示了多个单独 的齿轮，该多个单独的齿轮将来自动力传动轴325的运动传递到传动齿轮310a和31化。动力 传动轴325可W连接到分别与上传递齿轮392a和39化的带齿区域晒合的带齿的下传递齿轮 391a和39化，从而可W通过动力传动轴325的旋转来使上传递齿轮392a和39化进行旋转。上 传递齿轮392a和39化分别可W包括分别与传动齿轮310a和31化晒合或者W其它方式联锁 的螺纹端或联锁端393a和393b。运样，可W通过动力传动轴325的旋转来使两个传动齿轮 3 IOa和3 IOb进行旋转。 [0042] 如图5所示，下传递齿轮391a和39化可W分别采取关于传动齿轮310a和31化相对 的定向来晒合，从而如上所述沿相反的方向旋转传动齿轮310a和31化。上传递齿轮392a和 39化可W具有相似的半径，并且可W与具有相似半径的传动齿轮31化和310a晒合，从而对 传动齿轮310a和31化施加对称的角运动（传动齿轮310a和31化可W具有各自的负角运动）。 因此，如果传动齿轮310a和31化具有表面311a和31化的相似的外半径，放射对象250就可W 适配在表面311a和31化内的不变的周边位置处，从而允许通过上述传动齿轮310a和31化来 保持和配合放射对象250。 [0043] 应当理解，可W在示例性实施例中使用布置齿轮和/或为传动齿轮310a和31化提 供动力的任何已知的方法。例如，虽然显示了在上传递齿轮392a和39化上用蜗轮系统来驱 动传动齿轮310a和310b，但是也可W使用其它接合方式，包括传统齿轮和/或摩擦片接合。 或者，例如，传动齿轮310a和310b可W直接由电动机驱动，而不需要驱动动力子系统390和 动力传动轴325。 [0044] 动力传动轴325可由多种装置本地驱动，包括来自无齿轮主循环累的马达921等， 或者也可W远距离驱动。如图5所示，动力传动轴325可W连接到能够旋转该动力传动轴325 的马达921。数字计数器911可W进一步连接到动力传动轴325, W便探测动力传动轴325的 位置、旋转次数和/或角速度。数字计数器911和马达921两者都可W与计算机900通信连接。 [0045] 可W对计算机900进行适当地编程，对其输入或者可W访问相关的系统信息-包括 (例如)示例性实施例系统100中使用的齿轮半径和运些齿轮之间的连接、放射对象在其它 子系统200和400中时齿轮的位置、反应堆轴向流分布、放射对象尺寸、补料和线性顺序，和/ 或来自数字计数器911和马达921的信息。利用运种信息，计算机900可W自动地促动马达 921，并且使放射对象250移过示例性实施例系统100。运种自动促动可W基于已知的系统和 反应堆信息，包括在线状态。运样，计算机900可W与其它子系统连接(包括W下描述的放射 对象存储和移除子系统400)，并与其协调，从而允许整个示例性实施例系统100中的同步。 [0046] 取决于传动齿轮310a和31化的旋转速率和传动齿轮310a和31化的半径，放射对象 传动子系统300可W W任何合乎需要的速度将放射对象250插入管道子系统200中，W及从 其中移除该放射对象250。此外传动齿轮310a和31化可用于保持放射对象250在管道子系统 200内的轴向位置。因为可W通过(例如）上传递齿轮392a和39化的螺纹端393a和393b上所 用的蜗轮系统W及传动齿轮310a和310b将传动齿轮310a和310b保持就位，所W放射对象 250可W保持在轴向位置，而在锁定的传动齿轮310a和3WbW及管50和/或套管260之间，放 射对象250没有空间漏出。也就是说，螺纹端或联锁端393a和393b可W包括与传动齿轮310a 和310b接合的螺旋，从而为传动齿轮310a和310b提供运动，并且旋转该传动齿轮310a和 310b，但是阻止传动齿轮310a和31化对驱动动力子系统390进行驱动。 [0047] 通过保持仪表管50中的放射对象250的轴向顺序和将放射对象250插入堆忍15中 或从其中移除的顺序，可使得能够对通过放射对象传动子系统300的放射对象250进行跟踪 和识别。 [0048] 虽然放射对象传动子系统在图5中被示为一系列齿轮，但是如本领域技术人员将 理解的，可W使用在子系统200和400之间提升和/或降低放射对象250的其它机构。例如，子 系统200和400之间的促动器或气动式驱动器可用于在运些子系统之间移动和保持放射对 象250。运样，其它机构可用于目标传动子系统300,同时仍然允许示例性实施例放射性同位 素产生系统100用于将放射对象插入运行的核反应堆的仪表管50中W及从其中移除。[00例放射对象存储和移除子系统 [0050] 图6是示例性实施例放射对象存储和移除子系统300的图示。如图6所示，放射对象 250可W在存储和移除子系统400的顶部附近进入或离开放射对象传动子系统300。放射对 象250可W从保持管420进入/离开存储子系统300,该保持管420从放射对象传动子系统300 的出口向下延伸到干井20的较低位置。保持管420可W是由设计成当曝露于存在于运行的 核反应堆附近的福射时能够基本上保持其物理特征的材料(包括例如不诱钢、儀基合金，铁 等)制成的刚性管。 [0051] 未经放射的（新的）放射对象250可W通过保持管420向上移动，W装入放射对象传 动子系统300中，和/或经放射的放射对象250(由于曝露于堆忍中子流，现在包含短期放射 性同位素)可W向下移入到保持管420中，W在由放射对象传动子系统300从运行的反应堆 移出之后存储在保持管420中。保持管420可W包括位于保持管420中的间隙附近的出管410 和移除机构415，W下对应于图7对其进行了描述。[0化2] 移除机构415可W将放射对象250从保持管420推入出管410。而出管410可通过安 全壳411到达外部保持区412,在该外部保持区412中可W获取放射对象250W作为放射性同 位素使用。出管410可W W多种方式通过安全壳411，包括通过引出安全壳411的干井20中的 已知的管路和/或舱口，和/或通过穿过安全壳411的特别设计的通道。运样的通道可W特别 地设计成可承受安全壳加压和/或稳固。 [0053] 图7是示例性实施例移除机构415的图示。如图7所示，示例性实施例移除机构415 可W包括连接到轴417的推棒418和成活塞/轮构造的传动轮416。传动轮416可由移除齿轮 装置414驱动，W旋转并将放射对象250从保持管420推入出管410中。 [0054] 移除齿轮装置414可W是连接到传动轮416的传统的嵌齿，或者可W是如图7所示 的螺旋和蜗轮构造。移除齿轮装置414可W在合乎需要的时间连接到驱动动力子系统390 和/或动力传动轴325(图5)，W便在放射对象被放射对象传动子系统300移动时，同步地提 取该放射对象。运样，通过保持对象顺序和/或同步地将目标250移过示例性实施例放射性 同位素产生系统100,子系统之间的精确定位和放射对象250识别是可行的。或者，马达922 和/或数字计数器912可W附接到传动轴325, W便为计算机900提供旋转定位和定时。运样 的系统可W与W上在图5中所讨论的马达921/数字计数器911组合相似，并且可W将相似的 信息传递给共享的计算机900, W方便放射对象250在示例性实施例系统100内部的移动的 同步W及从其中移除的同步。 [0055] 虽然示例性实施例移除机构415被示为活塞/轮构造，但是其它类型的移除机构也 可与示例性实施例一起使用。例如，移除机构415可W包括只是在被促动时将放射对象250 推入出管410中的远程操作的促动器。如本领域技术人员所知，本领域已知的其它类型的移 除机构可W替代移除机构415。 [0056] 如图6所示，放射对象250可W填入向下通到流动控制机构450的保持管420。补料 管460可W W螺旋形的方式向上并在子系统400和/或300周围延伸到放射对象胆存器419。 运样，重力可W驱动放射对象250向下通过补料管460到达流动控制机构450。虽然补料管 460被示为螺旋形，但是可W使用任何种构造，包括由附加驱动系统辅助W便将放射对象推 到流动控制机构450的、自胆存器419笔直或向上的通道。 [0057] 流动控制机构450可W是与放射对象传动子系统300的传动齿轮310a和31化（图5) 相似的带齿的和/或特别地创平的齿轮，而省略了对运些多余部分的描述。流动控制机构可 W包括水平的而非像传动齿轮310a和310b那样垂直的成对的齿轮。与齿轮310a和310b相 似，流动控制机构450可由通过连接齿轮连接到传动轴的蜗轮来移动。传动轴可W连接到马 达和/或计数器，马达和/或计数器两者都可W连接到计算机900,计算机900可W与流动控 制机构450-起进一步协调和控制放射对象250的运动。 [0058] 流动控制机构450可W在补料管460和保持管420之间保持和/或移动放射对象，该 补料管460和保持管420两者都可具有靠近流动控制机构450的开口。因为可W从胆存器490 中用重力驱动放射对象，流动控制机构450可用于在任何不希望的时间阻止放射对象被向 上推入保持管420中。流动控制机构450可由与放射对象传动子系统300(图5)相同的齿轮组 320和/或动力传动件325驱动，W便简化和保持示例性实施例放射性同位素产生系统100的 同步。对流动控制机构450进行控制的计算机900上的软件可W保持所有子系统200、300和 400之间的同步性。 [0059] 流动控制机构450被示为一组齿轮;然而，可使用若干种不同类型的阻止装置(如 促动器、阀等)来控制放射对象在补料管460和保持管250之间的运动。 [0060] 通过示例性实施例存储和移除系统400的构造，可W保持放射对象250顺序和线性 不受将放射对象250插入示例性实施例放射性同位素产生系统100中和从其中移除的影响。 例如，当放射对象250在堆忍中被放射之后，该放射对象250从放射传动系统300中被送入保 持管420中，该对象可W被支持和/或被推入补料管460中，直到所有放射管从仪表管道子系 统200中移除。由于补料管460的重力驱动性质，流动控制机构450可W允许经放射的放射对 象250向上返回到移除机构415,该移除机构415可W同步地将成队列的经放射的放射对象 250提取到出管410。运样，当经放射的放射对象250被引到安全壳411外时，可W保持放射对 象从管50中最顶端到最底端的位置的精确的垂直顺序。 [0061] 堆忍15内的中子通量对本领域技术人员通常是已知或可确定的。通过保持堆忍中 的放射对象的线性顺序，示例性实施例系统100可W提供放射对象250中的最大的放射性。 运样，通过允许将已准备好释放的对象置于具有有助于为放射对象250的医学和/或工业用 途产生所需的特定放射性的流的轴向位置处，可W提高放射对象250的特定放射性。 [0062] 此外，通过图6所示的构造，补料管460的长度大约可W等于仪表管50的长度，从而 防止错误的计数或防止放射对象过量流到放射对象传动子系统300或管道子系统200中。胆 存器419可W存储另外的放射对象，在所有的之前经放射的放射对象250传入保持管420中 之后，该另外的放射对象可W释放到补料管460中。运样，胆存器419可W持续地将放射对象 250供应到示例性实施例放射性同位素产生系统100中，并且可W提高放射性同位素的产 量。 [0063] 胆存器419可W充当目标补料储存器和用于放置离开多层环460的目标250的储存 器。当子系统300和/或流动控制机构450将目标推进到反应堆堆忍中时，可W允许另外的目 标250通过重力离开储存器419，并进入补料管460。当目标从反应堆堆忍退出时，该目标可 W移回到储存器胆存器419中。胆存器419可W具有允许运种放射对象运动的多种形状，包 括例如漏斗形胆存器。 [0064] 图6所示的示例性实施例放射对象存储和移除子系统400有助于包含可用于医学 和工业应用的短期放射性同位素的放射对象250的有序移除和/或存储;然而，其它示例性 实施例子系统也可W成功地允许从放射性同位素产生系统100中移除经放射的放射对象 250。例如，移除子系统300可W全部由引到安全壳外部的出管组成，使得放射对象250可W 直接从放射对象传动系统离开容器10,和/或直接从放射对象传动系统装入容器10中。 [0065] 放射性同位素产生系统的运行 [0066] W上描述了示例性实施例放射性同位素产生系统，可W概括运种示例性实施例用 W实现示例性方法的运行。新的放射对象250可W存储在胆存器419(图6)中，和/或由流动 控制机构450保持在补料管460中。在释放或启用流动控制机构450之后，通过重力（因为胆 存器419位于保持管420上方)和/或通过流动控制机构驱动，放射对象250可W通过保持管 420向上移动。 [0067] 当足够量的放射对象250已经进入了保持管420时，放射对象250可W在传动齿轮 310a和31化（图5)附近离开保持管420。传动齿轮310a和31化可W旋转，W与来自保持管420 的放射对象250配合。传动齿轮310a和310b可W顺序地将放射对象250移入套管260(图3) 中，同时保持放射对象250的顺序。放射对象250可W连续地推入套管260中，W便通过开口 51进入仪表管50中，并且向上进入堆忍15中。当仪表管50和套管260装满了放射对象时，传 动齿轮31 Oa和31化可W使放射对象在管50中保持就位。 [0068] 在放射对象保持在管50和堆忍15中的同时，可W运行堆忍15。已知堆忍15的轴向 流分布和放射对象250补料，可W将放射对象保持在堆忍15内一段时间，W大致将放射对象 250转变成所需的放射性同位素。 [0069] 当所需的时间段结束时，传动齿轮310a和31化可W停止将目标250保持在管50和 套管260内和/或调转方向W便允许放射对象从套管260返回到保持管420中。对放射对象 250的运种向下驱动可W支持保持管420或补料管460中的其它放射对象进一步返回到补料 管460中。保持机构450可W进一步协助使放射对象返回补料管460中，或者备选地，可W防 止任何放射对象进入保持管或移除进入保持管的那些目标250,使得当经放射的放射对象 250向下进入保持管420中时，该保持管420是空的。 [0070] 当所有经放射的放射对象250从套管260倒空到保持管420中时，保持机构450可W 将经放射的放射对象250推入或允许重力将其推入出管410(图7)中。移除机构415可W通过 保持机构450将放射对象250W与其运动同步的方式推入出管410。 [0071] 可W从出管410将经放射的放射对象250从安全壳411中移除并获取，W用于医学 或工业。在示例性实施例系统的整个运行中，放射对象250保持线性顺序。W上所述的整个 过程可W由如上所述关于各子系统驱动每个子系统的远程用户或计算机900自动地完成。 例如，远程计算机900可W启动目标250到堆忍15的插入，并且可W计算堆忍15的轴向中子 流分布和置于堆忍15中的放射对象250的中子特征。已知放射对象的线性顺序并由此已知 其在堆忍中的轴向布置，计算机可W计算所需的曝露时间。当曝露时间过去时，计算机可W 启动放射对象250从堆忍中的移除，且当从堆忍15移除了所有目标250时，计算机900可W启 动从示例性实施例系统和安全壳411中移除目标250。当移除时，可W W线性顺序计算各个 放射对象250的精确放射性和放射特性，从而允许获取和使用存在于经放射的放射对象250 中的放射性同位素。[007。放射对象 [0073] 图8A和8B是示例性实施例放射对象250a和250b的图示。如图8A所示，放射对象 250a可W是粗略的球形，W便允许旋转并滚动通过示例性实施例设备。然而，如上所述，放 射对象也可W是其它形状。例如，六面体和/或圆柱体可用于放射对象250, W便防止在某些 或所有方向滚动，或W便适应不同的仪表管50几何形状和/或位置。驱动齿轮的表面和管道 形状可W不同，W符合运些不同的放射对象几何形状。 [0074] 如图8A所示，放射对象250a可W大体为实屯、的，并且由当曝露于存在于运行的民 用核反应堆中的中子流时会转变成有用的放射性同位素的材料制成。或者，不同的材料可 W在放射对象250a中不同半径上积累或层叠，W允许更容易地处理，及更容易地从放射对 象250a中获取放射性同位素。 [0075] 或者，如图8B所示，放射对象25化可W是空屯、的，并且包括当曝露于存在于运行的 民用核反应堆中的中子流时会转变成有用的气态、液态和/或固态放射性同位素的液态、气 态和/或固态材料。壳体251可W围绕和密封固态、液态或气态目标材料252,当曝露于中子 流时具有可忽略的物理变化的壳体251包含例如不诱钢和/或侣。进入孔口 253可W允许通 过壳体251进入，W获取放射对象25化中产生的放射性同位素。例如，进入孔口253可W焊接 或螺纹连接到壳体251上，W便为气态/液态/固态目标材料252和所产生的放射性同位素提 供密封。进入孔口 253可W包括当准备好获取气态/液态/固态放射性同位素时在受适当的 外力影响时容易破裂、容易戳穿等的脆弱区域255。 [0076] 虽然已将示例性实施例放射性同位素产生系统100详细描述成可用于执行产生和 获取短期同位素的示例性方法的设备，但是应当理解，其它设备也可用于执行示例性方法。 例如，包含放射对象的闭合套管可W W各种时间间隔W "弹药筒"状的方式插入运行的民用 反应堆的仪表管中W及从其中移除，W便适当地将放射对象曝露于足W产生有用的短期放 射性同位素的中子流。 [0077] 可W在示例性实施例和示例性方法中产生多种不同的放射性同位素。示例性实施 例和示例性方法可W具有特定的优点，因为它们允许W与所产生的放射性同位素的半衰期 相比相对较快的时标(timescale)产生并获取短期同位素，而不停止民用反应堆、没有潜在 地昂贵的过程，并且没有危险且长期的同位素和/或化学提取过程。虽然可W用示例性设备 和方法来产生具有诊断和/或治疗应用的短期放射性同位素，但也可W产生具有工业应用 和/或长时间的半衰期的放射性同位素。 [0078] 可W在示例性方法和设备中选择仪表管50中的放射对象250和曝露时间量，W确 定所产生的放射性同位素的类型和浓度。也就是说，如上所述，因为在运行的反应堆内的轴 向中子通量水平是已知的，且因为示例性实施例可W允许精确控制用于示例性实施例设备 和方法的放射对象250的轴向位置，所W放射对象250类型和尺寸W及曝露时间可用于确定 所得的放射性同位素及其强度。本领域技术人员已知W及参照传统的衰退和截面表已知， 曝露于特定量的中子流时何种类型的放射对象250将产生所需的放射性同位素。此外，可W 基于放射对象250相对更小的中子截面选择放射对象250, W便基本上不干扰出现在运行的 民用核反应堆堆忍中的核连锁反应。 [0079] 例如，已知当曝露于特定量的中子流时，钢99可W转变成半衰期为约6小时的得 99。得99具有多种特定的医学用途(包括医学成像和癌症诊断)和短期半衰期。使用由钢-99 制成并基于目标250的尺寸曝露于运行的反应堆中的中子流的放射对象250,通过确定包含 钢-99的放射对象的尺寸、运行的核堆忍中的目标的轴向位置、运行的核堆忍的轴向分布W 及放射对象的曝露时间量，可W在示例性实施例设备和方法中产生和获得得99。 [0080] 下面的表1列出了使用适当的放射对象250可W在示例性方法中产生的若干种短 期放射性同位素。所列出的短期放射性同位素的最长半衰期为约75天。假定反应堆停止和 废燃料提取不频繁地两年出现一次，由于从燃料中提取和获取放射性同位素要求相当长的 过程和冷却时间，W下所列的放射性同位素可能不能从传统的废核燃料中产生的获取。 [0081 ]表1-所产生的潜在放射性同位素列表 [0083] 表1不是可W在示例性实施例和示例性方法中产生的放射性同位素的完整列表， 而是可与包括癌症治疗的医学治疗一起使用的某些放射性同位素的说明性列表。适当地选 择目标，通过示例性实施例和方法可W产生和获取几乎任意短期放射性同位素来使用。 |
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