УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАДИОИЗОТОПОВ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ТРУБКАХ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2013 года по МПК G21G1/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Иллюстративные варианты осуществления, в общем, относятся к радиоизотопам, имеющим медицинское применение, и к устройствам и способам их создания в ядерных реакторах.

Уровень техники

Радиоизотопы имеют различные медицинские применения, благодаря их возможности испускать дискретные количества и типы ионизирующего излучения. Эта способность делает радиоизотопы полезными при лечении рака, в медицинской технологии построения изображений и технологии мечения, при диагностировании рака и других заболеваний, и для медицинской стерилизации.

Короткоживущие радиоизотопы, имеющие периоды полураспада порядка дней или даже часов, особо важны при лечении рака и других заболеваний вследствие своей способности создавать уникальный профиль излучения, при этом еще и быстро распадаться на безопасные, стабильные изотопы, выделяющиеся из организма после доставки дозы радиации в конкретном применении. Однако короткие периоды полураспада этих короткоживущих радиоизотопов затрудняют их получение и обработку. Короткоживущие радиоизотопы традиционно создаются путем бомбардировки стабильных родительских изотопов в ускорителях или маломощных реакторах нейтронами на месте эксплуатации в медицинских учреждениях или вблизи промышленных предприятий. Эти радиоизотопы быстро транспортируются вследствие относительно короткого времени распада и точных количеств радиоизотопов, необходимых в конкретных применениях. Кроме того, выработка медицинских короткоживущих радиоизотопов, в общем случае, требует громоздкого и дорогостоящего оборудования облучения и выделения, которое может быть неприемлемым для медицинских учреждений с точки зрения стоимости, габаритов и/или безопасности.

Несколько короткоживущих радиоизотопов, имеющих медицинское применение, можно генерировать посредством ядерного деления, и, таким образом, в больших количествах на атомных электростанциях. Например, распад урана-235 в ядерном топливе может порождать большое количество технеция-99, который полезен в многочисленных применениях построения изображений и диагностики рака. Однако короткоживущие радиоизотопы, возникающие в ядерном топливе, могут перемешиваться с широким спектром других побочных продуктов ядерного деления. Выделение полезных короткоживущих радиоизотопов может иметь неприемлемые опасности радиационного и химического экспонирования и/или может требовать времени, в течение которого короткоживущие радиоизотопы могут распадаться до бесполезных количеств.

Вследствие трудностей с выработкой и временем жизни короткоживущих радиоизотопов, потребность в таких радиоизотопах может многократно превышать выработку, в частности, в отношении радиоизотопов, имеющих значительное медицинское применение в областях постоянного заболевания, например рака. Стоимость эффективных короткоживущих радиоизотопов может оказываться чрезмерно высокой по сравнению с типичными затратами на лечение таких заболеваний, как рак.

Раскрытие изобретения

Иллюстративные варианты осуществления относятся к способам создания радиоизотопов, пригодных для использования в медицине, в коммерческих ядерных реакторах и к соответствующим устройствам. Иллюстративные способы могут использовать инструментальные трубки, традиционно присутствующие в камерах ядерного реактора для экспонирования мишеней облучения потоку нейтронов, присутствующему в действующем ядерном реакторе. Короткоживущие радиоизотопы могут вырабатываться в мишенях облучения вследствие бомбардировки потоком. Затем эти короткоживущие радиоизотопы можно относительно быстро и просто собирать путем удаления мишеней облучения из инструментальной трубки и защитной оболочки реактора, без остановки реактора или необходимости в химических процессах выделения. Затем короткоживущие радиоизотопы можно сразу же транспортировать в медицинские учреждения для использования, например, в лечении рака.

Иллюстративные варианты осуществления могут включать в себя устройства для создания радиоизотопов в ядерных реакторах и их инструментальных трубках. Иллюстративные варианты осуществления могут включать в себя одну или несколько подсистем, способных вставлять и удалять мишени облучения из инструментальной трубки действующего коммерческого ядерного реактора. Иллюстративные варианты осуществления могут включать в себя трубчатую подсистему, подсистему привода мишеней облучения и/или подсистему сохранения и удаления мишеней облучения для вставки и удаления мишеней облучения из инструментальной трубки. Иллюстративные варианты осуществления могут сохранять линейный порядок мишеней облучения, используемых в них для обеспечения отслеживания и измерения радиоизотопов, создаваемых в мишенях облучения согласно иллюстративному варианту осуществления.

Краткое описание чертежей

Иллюстративные варианты осуществления можно лучше понять, обратившись к подробному описанию, прилагаемым чертежам, снабженным сквозной системой обозначений, которые приведены исключительно в порядке иллюстрации и, таким образом, не ограничивают иллюстративные варианты осуществления.

Фиг.1 - традиционный ядерный реактор, имеющий инструментальную трубку.

Фиг.2 - иллюстративный вариант осуществления системы для создания короткоживущих радиоизотопов в ядерном реакторе.

Фиг.3 - иллюстративный вариант осуществления трубчатой подсистемы систем, отвечающих иллюстративному варианту осуществления.

Фиг.4A и 4B - иллюстративные варианты осуществления рукава, используемого в системах согласно иллюстративному варианту осуществления.

Фиг.5 - иллюстративный вариант осуществления подсистемы привода мишеней облучения, используемой в системах согласно иллюстративному варианту осуществления.

Фиг.6 - иллюстративный вариант осуществления подсистемы сохранения мишени облучения, используемой в системе согласно иллюстративному варианту осуществления.

Фиг.7 - иллюстративный вариант осуществления механизма удаления, используемого в системах согласно иллюстративному варианту осуществления.

Фиг.8A и 8B - иллюстративный вариант осуществления мишеней облучения.

Осуществление изобретения

Далее подробно описаны иллюстративные варианты осуществления. Однако раскрытые здесь конкретные структурные и функциональные детали приведены исключительно в иллюстративных целях для описания иллюстративных вариантов осуществления. Однако иллюстративные варианты осуществления могут быть реализованы в различных альтернативных формах и не подлежат рассмотрению в порядке ограничения только приведенными здесь иллюстративными вариантами осуществления.

Следует понимать, что, хотя термины «первый», «второй», и т.д. можно использовать здесь для описания различных элементов, эти элементы не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины обычно используются только для демонстрации отличия одного элемента от другого. Например, первый элемент можно называть вторым элементом, и, аналогично, второй элемент можно называть первым элементом, не выходя за рамки объема иллюстративных вариантов осуществления. Используемый здесь термин "и/или" включает в себя любые или все комбинации одного или нескольких соответствующих перечисленных элементов.

Следует понимать, что, когда говорят, что элемент "соединен", "связан", "спарен", "присоединен" или "прикреплен" к другому элементу, он может быть соединен или связан с другим элементом непосредственно или посредством промежуточных элементов. Напротив, когда говорят, что элемент "непосредственно соединен" или "непосредственно связан" с другим элементом, промежуточные элементы отсутствуют. Другие слова, используемые для описания взаимоотношений между элементами, следует интерпретировать аналогичным образом (например, "между" против "непосредственно между", "соседние" против "непосредственно соседние", и т.д.).

Используемая здесь терминология имеет цель описания лишь конкретных вариантов осуществления и не призвана ограничивать иллюстративные варианты осуществления. Использование названий элементов в единственном числе не исключает наличия нескольких таких элементов, если в явном виде не указано обратное. Также надо понимать, что используемые здесь термины "содержит", "содержащий", "включает в себя" и/или "включающий в себя", указывают наличие определенных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключает наличия или добавления одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

Заметим, что в некоторых альтернативных реализациях, указанные функции/действия могут осуществляться в порядке, отличном от указанного на фигурах. Например, две фигуры, показанные в последовательности, могут, в действительности, выполняться, по существу, одновременно или могут иногда выполняться в обратном порядке, в зависимости от предусмотренных функций/действий.

На Фиг.1 показана традиционная камера 10 высокого давления реактора, используемая согласно иллюстративным вариантам осуществления и иллюстративным способам. Камеру 10 высокого давления реактора можно использовать, по меньшей мере, в коммерческом легководном ядерном реакторе мощностью 100 МВт, традиционно используемом для генерации электроэнергии во всем мире. Камера 10 высокого давления реактора может располагаться внутри конструкции 411 защитной оболочки, которая служит для ограничения радиоактивности в случае аварии и предотвращения доступа к реактору 10 в ходе работы реактора 10. Полость под камерой 10 реактора, известная как сухая шахта 20, служит для размещения оборудования, обслуживающего камеру, например, насосов, стоков, инструментальных трубок и/или приводов управляющих стержней. Согласно Фиг.1, по меньшей мере, одна инструментальная трубка 50 проходит вертикально в камере 10 и, в значительной степени, в или через активную зону 15, содержащую ядерное топливо и относительно интенсивные потоки нейтронов в ходе работы активной зоны 15. Инструментальные трубки 50 могут, в общем случае, быть цилиндрическими и расширяться с высотой камеры 10; однако в промышленности часто встречаются и другие геометрии инструментальной трубки. Инструментальная трубка 50 может иметь внутренний диаметр и/или просвет, например, около 1 дюйма.

Инструментальные трубки 50 могут оканчиваться под камерой 10 реактора в сухой шахте 20. Традиционно, инструментальные трубки 50 могут допускать вставку в них детекторов нейтронов и других типов детекторов, через отверстие в нижнем конце в сухой шахте 20. Эти детекторы могут проходить вверх через инструментальные трубки 50 для мониторинга условий в активной зоне 15. Примеры традиционных типов мониторов включают в себя детекторы нейтронов широкого диапазона (WRNM), мониторы исходного диапазона (SRM), мониторы промежуточного диапазона (IRM), и/или мониторы локального диапазона мощности (LPRM). Доступ к инструментальным трубкам 50 и любым устройствам мониторинга, вставленным в них, традиционно ограничивается технологическими остановками вследствие защитной оболочки и опасного излучения.

Хотя камера 10 показана с компонентами, обычно присутствующими в «коммерческом кипящем реакторе», иллюстративные варианты осуществления и способы могут быть пригодны для использования с некоторыми другими типами реакторов, имеющих инструментальные трубки 50 или другие трубки доступа, которые проходят в реактор. Например, реакторы с водой под давлением, тяжеловодные реакторы, графитовые реакторы, и т.д. имеющие номинальную электрическую мощность от менее 100 мегаватт до нескольких гигаватт и имеющие инструментальные трубки в нескольких положениях, отличных от показанных на Фиг.1, могут быть пригодны для использования с иллюстративными вариантами осуществления и способами. Поэтому инструментальные трубки, пригодные для использования в иллюстративных способах, могут представлять собой любой выступающий признак с любой геометрией вокруг активной зоны, что позволяет перекрывать доступ к потоку активной зоны различных типов реакторов.

Авторы изобретения обнаружили, что инструментальные трубки 50 могут быть пригодны для быстрой и постоянной выработки короткоживущих радиоизотопов на крупномасштабной основе без необходимости в химическом или изотопном разделении и/или в ожидании остановки реактора для коммерческих реакторов. Иллюстративные способы могут включать в себя вставку мишеней облучения в инструментальные трубки 50 и экспонирование мишеней облучения активной зоне 15 в ходе работы, т.е. экспонирование мишеней облучения потоку нейтронов, который обычно присутствует в действующей активной зоне 15. Поток в активной зоне может преобразовывать существенную часть мишеней облучения в полезный радиоизотоп, в том числе, в короткоживущий радиоизотоп, пригодный для использования в медицине. Затем мишени облучения можно извлекать из инструментальных трубок 50, даже не прерывая работу активной зоны 15, и удалять для медицинского и/или промышленного использования. Иллюстративные варианты осуществления, которые обеспечивают иллюстративные способы, рассмотрены ниже и включают в себя дополнительные детали иллюстративных способов, обеспечиваемых иллюстративными вариантами осуществления.

На Фиг.2 показан иллюстративный вариант осуществления системы для создания радиоизотопов в ядерном реакторе. Иллюстративный вариант осуществления системы 100 генерации радиоизотопов показан на Фиг.2, в положении под инструментальной трубкой 50 в сухой шахте 20, под камерой 10 высокого давления реактора. Система 100 генерации радиоизотопов согласно иллюстративному варианту осуществления может вставлять и удалять мишени 250 облучения в/из инструментальной трубки 50 для облучения в действующей камере 10. Иллюстративный вариант осуществления системы 100 генерации радиоизотопов может включать в себя три разных подсистемы, каждая из которых рассмотрена ниже - подсистему 200 инструментальных трубок; подсистему 300 привода мишеней облучения; и/или подсистему 400 сохранения и удаления мишеней облучения. В конце концов, ниже рассмотрены мишени 250 облучения и их использование в иллюстративных вариантах осуществления и способах.

Трубчатая подсистема

На Фиг.3 показан иллюстративный вариант осуществления подсистемы 200 инструментальных трубок. Согласно Фиг.3, инструментальная трубка 50, также показанная на Фиг.1-2, проходит от нижнего положения в сухой шахте 20 в камеру 10 и активную зону 15 реактора, содержащую ядерное топливо. Мишени 250 облучения могут линейно проталкиваться в и удаляться из инструментальной трубки 50 через отверстие 51 инструментальной трубки подсистемой 300 привода мишеней облучения (Фиг.5).

Инструментальная трубка 50 может доходить почти до верхней части 16 активной зоны 15. Таким образом, мишени 250 облучения могут располагаться линейно и удерживаться в вертикальном направлении активной зоны 15 в инструментальной трубке 50. Поток нейтронов в активной зоне 15 может быть известен и может быть достаточно высок для преобразования существенного количества мишеней 250 облучения в трубке 50 в полезные короткоживущие радиоизотопы. Как будет рассмотрено ниже со ссылкой на Фиг.8A и 8B, тип мишени 250 и вертикальное положение в активной зоне 15 может позволять точно вычислять время экспозиции и скорость выработки радиоизотопа для максимизации выработки и активности радиоизотопа.

Рукав 260 можно вставлять в инструментальную трубку 50 для обеспечения дополнительной защитной оболочки, экранирования и геометрического согласования мишеней 250 облучения. Рукав 260 может быть, в общем случае, жестким и изготовленным из материала, который, по существу, поддерживает его физические характеристики при экспонировании действующей активной зоне 15. Рукав 260 может быть изготовлен, например, из нержавеющей стали, алюминия, сплава циркония, инконеля, никеля, титана и т.д.

Рукав 260 может выходить за пределы отверстия 51 инструментальной трубки 50 для обеспечения направления и выравнивания за пределами инструментальной трубки 50. Например, рукав 260 может проходить вниз и оканчиваться ближе к подсистем 300е привода мишеней облучения для правильного направления мишеней 250 облучения в и из подсистемы 300 привода мишеней облучения, которая может располагаться еще ниже камеры 10, чем отверстие 51.

Рукав 260 может обеспечивать гладкую, постоянную внутреннюю поверхность для облегчения вставки и удаления мишени 250 облучения в/из инструментальной трубки 50. Как рассмотрено выше, инструментальная трубка 50 может иметь различные геометрии и/или ширину, изменяющуюся с вертикальным расстоянием в камере 10. Рукав 260 может иметь переменный внешний диаметр в соответствии с геометрией инструментальной трубки 50, но может иметь однородный внутренний диаметр, связанный с размером мишеней 250 облучения. Например, рукав 260 может иметь внутренний диаметр достаточно малый, чтобы не позволять мишеням облучения 250 сдвигаться или изменять положение на линии через инструментальную трубку 50, для сохранения порядка расположения мишеней облучения, для обеспечения идентификации на основе порядка, и т.д.

В иллюстративном варианте осуществления, рукав 260 может быть модульным и состоять из нескольких частей, что позволяет собирать его и вставлять в инструментальную трубку 50. Согласно Фиг.4A и 4B, несколько разных компонентов могут образовывать модульный рукав 260. На Фиг.4A показаны сегменты 261 рукава 260. Каждый сегмент 261 может включать в себя соединительный элемент 264 и/или 265, который может связывать каждый сегмент 261 с другим сегментом 261, что позволяет мишени 250 облучения проходить через сегменты 261 за счет пустотелости. Соединительные элементы 264 и 265 могут включать в себя, например, пустотелый нарезной конец и отверстие или пустотелый язык и приемник. Сегменты 261 могут иметь переменные внешние диаметры 262, чтобы согласовываться или сопрягаться с геометрией инструментальной трубки 50, но все же достаточно малые, чтобы проходить через отверстие 51. Сегменты 261 могут включать в себя внутренние диаметры 263, которые относительно постоянны и пригодны для приема мишеней 250 облучения. Таким образом, если сегменты 261 вставляются в инструментальную трубку 50 по отдельности, сегменты 261 можно собирать внутри инструментальной трубки 50 для обеспечения непрерывного, линейного внутреннего диаметра для мишеней 250 облучения, вставляемых в трубку 50 и рукав 260.

Альтернативно, согласно Фиг.4B, рукав 260 может иметь, по существу, постоянный внутренний и внешний диаметр, и один или несколько модульных цанговых патронов 266 можно присоединить к рукаву 260 для обеспечения посадки между инструментальной трубкой 50 и рукавом 260 / цанговым патроном 266. Таким образом, цанговые патроны 266 можно вставлять и собирать вокруг рукава 260 в инструментальной трубке 50 для обеспечения непрерывного внутреннего диаметра для мишеней 250 облучения, вставляемых в трубку 50 и рукав 260, окруженный модульными цанговыми патронами 266.

Подсистема привода мишеней облучения

На Фиг.5 показан иллюстративный вариант осуществления подсистемы 300 привода мишеней облучения. Согласно Фиг.5, две приводные шестеренки 310a и 310b могут принимать и/или передавать мишени 250 облучения из/в рукава 260 или отверстие 51 инструментальной трубки 50. Приводные шестеренки 310a и 310b могут располагаться напротив друг друга. Приводные шестеренки 310a и 310b могут располагаться под и по обе стороны от инструментальной трубки 50 в сухой шахте 20 под камерой 10. Регулируя размер и положение приводных шестеренок 310a и 310b и подсистемы 300 привода мишеней облучения на основании места в сухой шахте 20 под камерой 10, можно полностью разместить систему 100 генерации радиоизотопов в сухой шахте 20 многих современных действующих ядерных реакторов во всем мире.

Приводные шестеренки 310a и 310b могут иметь внешние или боковые поверхности 311a и/или 311b особой формы, которая соответствует форме мишеней 250 облучения, чтобы крепко захватывать и удерживать мишени 250 облучения, проходящие между приводными шестеренками 310a и 310b, или подгоняться к ним. Например, согласно Фиг.5, поверхности 311a и 311b могут иметь зубчатую форму для захвата сферических мишеней 250 облучения. Зубцы на поверхностях 311a и 311b могут иметь радиусы, по существу, сходные с радиусом мишеней 250 облучения, для надежного удержания и перемещения мишеней 250 облучения, проходящих между приводными шестеренками 310a и 310b, в то же время, поддерживая один и тот же линейный порядок мишеней 250 облучения в и из инструментальной трубки 50. Альтернативно, поверхности 311a и 311b могут иметь другие формы для согласования и/или сцепления с мишенями облучения другой формы, которую могут предложить специалисты в данной области техники.

Приводные шестеренки 310a и 310b могут вращаться в противоположных направлениях относительно параллельных осей, перпендикулярных инструментальной трубке 50, для подъема или спуска мишеней 250 облучения, проходящих между ними. Например, согласно Фиг.5, если приводная шестеренка 310a вращается по часовой стрелке, и приводная шестеренка 310b вращается против часовой стрелки, мишени 250 облучения между и под осями вращения приводных шестеренок 310a и 310b могут подниматься из подсистемы 400 сохранения и удаления в трубчатую подсистему 200. Напротив, если приводные шестеренки 310a и 310b вращаются в обратных направлениях, т.е. приводная шестеренка 310a вращается против часовой стрелки, и приводная шестеренка 310b вращается по часовой стрелке, мишени 250 облучения могут опускаться из трубчатой подсистемы 200 в подсистему удаления 400.

Приводные шестеренки 310a и 310b и другие иллюстративные приводные механизмы, пригодные для использования в подсистеме 300 привода мишеней облучения, могут сохранять линейный порядок мишеней 250 облучения, проходящих между трубчатой подсистемой 200 и подсистемой 400 сохранения и удаления мишеней облучения. Таким образом, общий линейный порядок мишеней 250 облучения можно сохранять посредством системы 100 согласно иллюстративному варианту осуществления, и можно успешно выполнять любой мониторинг мишеней облучения в зависимости от вертикального порядка мишеней 250 облучения в трубке 50.

Согласно Фиг.5, приводные шестеренки 310a и 310b могут приводиться в действие силовой подсистемой привода 390, которая допускает синхронное движение приводных шестеренок 310a и 310b. Иллюстративный вариант осуществления, показанный на Фиг.5, демонстрирует совокупность индивидуальных шестеренок, передающих движение от вала 325 силового привода к приводным шестеренкам 310a и 310b. Вал 325 силового привода может соединяться с нижними передаточными шестеренками 391a и 391b, которые входят в зацепление с зубчатой областью верхних передаточных шестеренок 392a и 392b, соответственно, благодаря чему верхние передаточные шестеренки 392a и 392b могут вращаться вследствие вращения вала 325 силового привода. Верхние передаточные шестеренки 392a и 392b могут включать в себя резьбовые или сцепляемые концы 393a и 393b, соответственно, которые сцепляются или иначе взаимодействуют с приводными шестеренками 310a и 310b, соответственно. Таким образом, обе приводные шестеренки 310a и 310b могут вращаться вследствие вращения вала 325 силового привода.

Согласно Фиг.5, нижние передаточные шестеренки 391a и 391b могут сцепляться в противоположных ориентациях с приводными шестеренками 310b и 310a, соответственно, для вращения приводных шестеренок 310a и 310b в противоположных направлениях, как описано выше. Верхние передаточные шестеренки 392a и 392b могут иметь близкие радиусы и сцепляться с приводными шестеренками 310b и 310a на аналогичных радиусах для придания симметричного углового движения (приводные шестеренки 310a и 310b могут иметь отрицательные угловые движения относительно друг друга) приводным шестеренкам 310a и 310b. Таким образом, если приводные шестеренки 310a и 310b обладают близкими внешними радиусами поверхностей 311a и 311b, мишени 250 облучения могут сопрягаться в постоянном положении на окружности с поверхностями 311a и 311b для обеспечения удержания и посадки мишеней 250 облучения через вышеописанные приводные шестеренки 310a и 310b.

Очевидно, что в иллюстративных вариантах осуществления можно использовать любой известный способ размещения шестеренок и/или подвода мощности к приводным шестеренкам 310a и 310b. Например, хотя на верхних передаточных шестеренках 392a и 392b показана система червячной передачи для приведения в движение приводных шестеренок 310a и 310b, можно использовать другие средства сопряжения, включающие в себя традиционное средства сопряжения на основе шестеренок и/или фрикционного диска. Альтернативно, например, приводные шестеренки 310a и 310b можно напрямую приводить в движение с помощью электрических двигателей без необходимости в силовой подсистеме 390 привода и вале 325 силового привода.

Вал силового привода 325 можно приводить в движение локально различными средствами, включающими в себя двигатель 921, от редукторов вне первичных циркуляционных насосов и т.д., или можно приводить в движение дистанционно. Согласно Фиг.5, вал 325 силового привода может быть присоединен к двигателю 921, способному вращать вал силового привода 325. Цифровой счетчик 911 также может быть подключен к валу 325 силового привода для определения положения, количества оборотов и/или угловой скорости вала 325 силового привода. Цифровой счетчик 911 и двигатель 921 могут быть подключены с возможностью передачи данных к компьютеру 900.

Компьютер 900 может быть соответствующим образом запрограммирован, принимать входной сигнал или иметь доступ к постоянной информации системы, включающей в себя, например, радиусы и соединение между шестеренками, используемыми в иллюстративном варианте осуществления системы 100, положение шестеренок и мишеней облучения в других подсистемах 200 и 400, профиль осевого потока реактора, размеры мишеней облучения, конфигурацию и линейный порядок, и/или информации из цифрового счетчика 911 и двигателя 921. На основании этой информации, компьютер 900 может автоматически включать двигатель 921 и перемещать мишени 250 облучения через систему 100 согласно иллюстративному варианту осуществления. Такое автоматическое включение может осуществляться на основании известной информации системы и реактора, включающей в себя онлайновое состояние. Таким образом, компьютер 900 может связываться с и координировать другие подсистемы, включающие в себя подсистему 400 сохранения и удаления мишеней облучения, описанную ниже, для обеспечения синхронизации по системе 100 согласно иллюстративному варианту осуществления.

Подсистема привода мишеней облучения 300 может вставлять и удалять мишени 250 облучения из трубчатой подсистемы 200 на любой нужной скорости, в зависимости от скорости вращения приводных шестеренок 310a и 310b и радиусов приводных шестеренок 310a и 310b. Кроме того, приводные шестеренки 310a и 310b могут служить для поддержания осевого положения мишеней 250 облучения в трубчатой подсистеме 200. Поскольку приводные шестеренки 310a и 310b могут удерживаться на месте, например, системой червячной передачи, используемой на резьбовых концах 393a и 393b верхних передаточных шестеренок 392a и 392b и приводных шестеренок 310a и 310b, мишени 250 облучения можно удерживать в осевом положении, не позволяя им выскакивать между заблокированными приводными шестеренками 310a и 310b и трубкой 50 и/или рукавом 260. Таким образом, резьбовые или сцепляющиеся концы 393a и 393b могут включать в себя винты, которые взаимодействуют с приводными шестеренками 310a и 310b таким образом, чтобы обеспечивать движение и вращение приводных шестеренок 310a и 310b, но препятствовать приводным шестеренкам 310a и 310b приводить в действие силовую подсистему привода 390.

Благодаря сохранению осевого порядка мишеней 250 облучения в инструментальной трубке 50 и порядка мишеней 250 облучения, вставляемых или удаляемых из активной зоны 15, возможно отслеживание и идентификация мишеней 250 облучения, проходящих через подсистему 300 привода мишеней облучения.

Хотя подсистема привода мишеней облучения представлена на Фиг.5 как совокупность шестеренок, другие механизмы подъема и/или спуска мишеней 250 облучения между подсистемами 200 и 400 можно использовать, что очевидно специалистом в данной области техники. Например, активатор или пневматический привод между подсистемами 200 и 400 может служить для перемещения и удержания мишеней 250 облучения между этими подсистемами. Таким образом, можно использовать другие механизмы для подсистемы 300 привода мишеней облучения, в то же время, позволяя системе 100 генерации радиоизотопов согласно иллюстративному варианту осуществления осуществлять вставку и удаление мишеней облучения в инструментальных трубках 50 действующих ядерных реакторов.

Подсистема сохранения и удаления мишеней облучения

На Фиг.6 показан иллюстративный вариант осуществления подсистемы 300 сохранения и удаления мишеней облучения. Согласно Фиг.6, мишени 250 облучения могут входить или выходить из подсистемы 300 привода мишеней облучения вблизи верхней части подсистемы 400 сохранения и удаления. Мишени 250 облучения могут входить/выходить в/из подсистемы 300 сохранения из удерживающей трубки 420, проходящей от выходного отверстия подсистемы 300 привода мишеней облучения вниз до нижней части сухой шахты 20. Удерживающая трубка 420 может быть жесткой трубкой, изготовленной из материала, пригодного для, по существу, поддержания своих физических характеристик при экспонировании радиации, присутствующей вблизи действующего ядерного реактора, включающего в себя, например, нержавеющую сталь, никелевый сплав, титан, и т.д.

Необлученные (свежие) мишени 250 облучения могут двигаться через удерживающую трубку 420 для загрузки в подсистему 300 привода мишеней облучения и/или облученные мишени 250 облучения (теперь содержащие короткоживущие радиоизотопы вследствие воздействия потока нейтронов в активной зоне) могут двигаться вниз в удерживающую трубку 420 для сохранения в удерживающей трубке 420 после удаления из действующего реактора подсистемой 300 привода мишеней облучения. Удерживающая трубка 420 может включать в себя выходную трубку 410, расположенную вблизи просвета в удерживающей трубке 420, и механизм 415 удаления, который описан ниже со ссылкой на Фиг.7.

Механизм 415 удаления может проталкивать мишени 250 облучения из удерживающей трубке 420 в выходную трубку 410. Выходная трубка 410 может затем проходить через защитную оболочку 411 во внешнюю удерживающую область 412, где мишени 250 облучения можно собирать для использования в качестве радиоизотопов. Выходная трубка 410 может проходить через защитную оболочку 411 по-разному, в том числе через известные трубопроводы и/или люки в сухой шахте 20, которые выходят из защитной оболочки 411 и/или через канал особой конструкции в защитной оболочке 411. Такой канал может быть специально предназначен для поддержания повышенного давления и/или безопасности защитной оболочки.

На Фиг.7 показан иллюстративный вариант осуществления механизма удаления 415. Согласно Фиг.7, механизм 415 удаления согласно иллюстративному варианту осуществления может включать в себя толкатель 418, присоединенный к валу 417, и приводное колесо 416 в конфигурации поршень/колесо. Приводное колесо 416 могут приводиться в действие зубчатой передачей удаления 414 для вращения и проталкивания мишеней 250 облучения в выходную трубку 410 из удерживающей трубки 420.

Зубчатая передача удаления 414 может представлять собой традиционную зубчатку, соединенную с приводным колесом 416, или может представлять собой конфигурацию винта и червяка, показанную на Фиг.7. Зубчатая передача удаления 414 может быть присоединена к силовой подсистеме привода 390 и/или валу 325 силового привода (Фиг.5) нужное число раз для синхронного извлечения мишеней облучения по мере их продвижения подсистемой 300 привода мишеней облучения. Таким образом, можно определять точное положение мишени 250 облучения между подсистемами, поддерживая порядок мишеней и/или синхронно перемещая мишени 250 через систему 100 генерации радиоизотопов согласно иллюстративному варианту осуществления. Альтернативно, двигатель 922 и/или цифровой счетчик 912 можно присоединить к приводному валу 325 для передачи информации поворотного положения и времени на компьютер 900. Такая система может быть аналогична комбинации двигателя 921 /цифрового счетчика 911, рассмотренной выше на Фиг.5, и может передавать аналогичную информацию компьютеру 900 общего пользования для облегчения синхронизации перемещения и удаления мишени 250 облучения в/из системы 100 согласно иллюстративному варианту осуществления.

Хотя иллюстративный вариант осуществления механизм 415 удаления представлен как конфигурация поршня/колеса, другие типы механизмов удаления могут быть пригодны для использования согласно иллюстративным вариантам осуществления. Например, механизм 415 удаления может включать в себя дистанционно управляемый активатор, который просто проталкивает мишени 250 облучения в выходную трубку 410 после активации. Специалист в данной области техники может заменить механизм 415 удаления другими типами механизмов удаления, известными в технике.

Согласно Фиг.6, мишени 250 облучения могут заполнять удерживающую трубку 420 вниз до механизма 450 регулировки расхода. Компонующая трубка 460 может проходить вверх и вокруг подсистем 400 и/или 300 к резервуару 419 мишеней облучения в виде спирали. Таким образом, сила тяжести может двигать мишени 250 облучения вниз через компонующую трубку 460 к механизму 450 регулировки расхода. Хотя компонующая трубка 460 показана в виде спирали, можно использовать любое количество конфигураций, в том числе прямой или восходящий путь от резервуара 419, снабженный дополнительной системой привода для проталкивания мишеней облучения к механизму 450 регулировки расхода.

Механизм регулировки расхода 450 может представлять собой набор зубчатых колес и/или колес с особой поверхностью, аналогичных приводным шестеренкам 310a и 310b подсистемы 300 привода мишеней облучения (Фиг.5), и описания их дополнительных деталей опущено. Механизм регулировки расхода может включать в себя горизонтальную пару шестеренок, а не вертикальную, как приводные шестеренки 310a и 310b. По аналогии с шестеренками 310a и 310b, механизм 450 регулировки расхода может приводиться в действие червячными передачами, соединенными с приводным валом соединительными шестеренками. Приводной вал может быть присоединен к двигателю и/или счетчику, оба из которых могут быть присоединены к компьютеру 900, который может дополнительно координировать и регулировать перемещение мишеней 250 облучения с помощью механизма 450 регулировки расхода.

Механизм 450 регулировки расхода может удерживать и/или перемещать мишени облучения между компонующей трубкой 460 и удерживающей трубкой 420, которые обе могут иметь отверстия вблизи механизма 450 регулировки расхода. Поскольку мишени облучения могут двигаться из резервуара 490 под действием силы тяжести, механизм 450 регулировки расхода может служить для предотвращения проталкивания мишеней облучения в удерживающую трубку 420 в нежелательные моменты времени. Механизм 450 регулировки расхода может приводиться в действие тем же самым редуктором 320 и/или приводом 325, что и подсистема 300 привода мишеней облучения (Фиг.5), для упрощения и поддержания синхронизации системы 100 генерации радиоизотопов согласно иллюстративному варианту осуществления. Программное обеспечение на компьютере 900, управляющем механизмом 450 регулировки расхода, может поддерживать синхронизацию между всеми подсистемами 200, 300 и 400.

Механизм 450 регулировки расхода показан в виде набора зубчатых колес; однако, несколько разных типов блокирующих устройств, например, активаторов, клапанов и т.д., можно использовать для управления перемещением мишеней облучения между компонующей трубкой 460 и удерживающей трубкой 250.

Благодаря конфигурации системы 400 сохранения и удаления согласно иллюстративному варианту осуществления, порядок и линейность мишеней 250 облучения можно сохранять от вставления для удаления из системы 100 генерации радиоизотопов согласно иллюстративному варианту осуществления. Например, при подаче мишеней 250 облучения в удерживающую трубку 420 из системы 300 привода облучения после облучения в активной зоне, мишени могут резервироваться и/или направляться в компонующую трубку 460, пока все трубки облучения не будут удалены из подсистемы 200 инструментальных трубок. Благодаря гравитационному характеру привода в компонующей трубке 460, механизм 450 регулировки расхода может позволять облученным мишеням облучения 250 возвращаться в механизм 415 удаления, что позволяет синхронно извлекать выстроенные в очередь облученные мишени 250 облучения в выходную трубку 410. Таким образом, точный вертикальный порядок мишеней облучения, от самого верхнего до самого нижнего положения в трубке 50, можно сохранять по мере того, как облученные мишени 250 облучения направляются за пределы защитной оболочки 411.

Поток нейтронов в активной зоне 15, в общем случае, известен специалисту в данной области техники или может быть определен им. Благодаря сохранению линейного порядка мишеней облучения в активной зоне, система 100 согласно иллюстративному варианту осуществления может обеспечивать максимальную удельную активность в мишенях облучения 250. Таким образом, удельную активность мишеней 250 облучения можно максимизировать, позволяя мишеням, готовым к выбросу, размещаться в осевом положении с пропусканием потока для генерации необходимой удельной активности для медицинского и/или промышленного использования мишени 250 облучения.

Кроме того, благодаря конфигурации, показанной на Фиг.6, компонующая трубка 460 может иметь длину, приблизительно равную длине инструментальной трубки 50, что препятствует неверному отсчету или перегрузке мишенями облучения подсистемы 300 привода мишеней облучения или трубчатой подсистемы 200. Резервуар 419 может сохранять дополнительные мишени облучения, которые могут выбрасываться в компонующую трубку 460 после того, как все предыдущие облученные мишени 250 облучения пройдут в удерживающую трубку 420. Таким образом, резервуар 419 может непрерывно обеспечивать мишени 250 облучения в систему 100 генерации радиоизотопов согласно иллюстративному варианту осуществления и может максимизировать выработку радиоизотопов.

Резервуар 419 может действовать хранилище компоновки мишеней и как хранилище для размещения мишеней 250, покидающих штабелированную петлю 460. Когда подсистема 300 и/или механизм 450 регулировки расхода продвигают мишени в активную зону реактора, дополнительные мишени 250 могут покидать хранилище 419 под действием силы тяжести и входить в компонующую трубку 460. При извлечении мишеней из активной зоны реактора, мишени могут перемещаться обратно в резервуар 419 хранилища. Резервуар 419 может иметь ту или иную форму, допускающую перемещение таких мишеней облучения, включая, например, конусообразный резервуар.

Иллюстративный вариант осуществления подсистемы 400 сохранения и удаления мишеней облучения, показанный на Фиг.6, может облегчать упорядоченное удаление и/или сохранение мишеней 250 облучения, содержащих короткоживущие радиоизотопы, пригодные для использования в медицинских и промышленных применениях; однако другой иллюстративный вариант осуществления подсистемы может успешно позволять удалять облученные мишени 250 облучения из системы 100 генерации радиоизотопов. Например, подсистема удаления 300 может состоять исключительно из выходной трубки, направленной за пределы защитной оболочки, что позволяет мишеням облучения 250 выходить непосредственно в камеру 10 из систем привода мишеней облучения и/или непосредственно загружаться в камеру 10 оттуда.

Работа системы генерации радиоизотопов

Вышеописанный иллюстративный вариант осуществления системы генерации радиоизотопов, позволяет суммировать порядок работы таких иллюстративных вариантов осуществления для достижения иллюстративных способов. Свежие мишени 250 облучения могут храниться в резервуаре 419 (Фиг.6) и/или удерживаться в компонующей трубке 460 механизмом 450 регулировки расхода. После освобождения или активации механизма 450 регулировки расхода, мишени 250 облучения могут двигаться вверх через удерживающую трубку 420, под действием силы тяжести вследствие того, что резервуар 419 находится выше удерживающей трубки 420, и/или под действием механизма регулировки расхода.

Когда достаточное количество мишеней 250 облучения поступает в удерживающую трубку 420, мишени 250 облучения могут выходить из удерживающей трубки 420 вблизи приводных шестеренок 310a и 310b (Фиг.5). Приводные шестеренки 310a и 310b могут вращаться для сцепления с мишенями облучения 250, выходящими из удерживающей трубки 420. Приводные шестеренки 310a и 310b могут последовательно продвигать мишени 250 облучения в рукав 260 (Фиг.3), в то же время, сохраняя порядок мишеней 250 облучения. Мишени 250 облучения можно непрерывно продвигать в рукав 260, чтобы они поступали в инструментальную трубку 50 через отверстие 51 и вверх, в активную зону 15. После того, как инструментальная трубка 50 и рукав 260 заполнены мишенями облучения, приводные шестеренки 310a и 310b могут удерживать мишени облучения на месте в трубке 50.

Активная зона 15 может быть действующей в некоторый момент времени, когда мишени облучения удерживаются в трубке 50 и активной зоне 15. Зная профиль осевого потока активной зоны 15 и компоновку мишеней 250 облучения, мишени облучения можно удерживать в активной зоне 15 в течение периода времени, чтобы, по существу, преобразовывать мишени 250 облучения в нужные радиоизотопы.

По истечении нужного периода времени, приводные шестеренки 310a и 310b могут прекращать удерживать мишени 250 в трубке 50 и рукаве 260 и/или обращать направление, чтобы мишени облучения могли проходить из рукава 260 обратно в удерживающую трубку 420. Это продвижение мишеней 250 облучения вниз может резервировать другие мишени облучения в удерживающей трубке 420 или компонующей трубке 460 дополнительно обратно в компонующую трубку 460. Удерживающий механизм 450 может дополнительно способствовать возвращению мишеней облучения в компонующую трубку 460 или, альтернативно, может не позволять мишеням облучения входить в удерживающую трубку или удалять те мишени 250, которые вошли туда, благодаря чему удерживающая трубка 420 опустошается, когда облученные мишени 250 облучения проходят вниз в удерживающую трубку 420.

Когда все облученные мишени 250 облучения вышли из рукава 260 в удерживающую трубку 420, удерживающий механизм 450 может продвигать, или позволять силе тяжести продвигать, облученные мишени 250 облучения в выходную трубку 410 (Фиг.7). Механизм 415 удаления может синхронно проталкивать мишени 250 облучения в выходную трубку 410 благодаря их перемещению удерживающим механизмом 450.

Из выходной трубки 410, облученные мишени 250 облучения могут удаляться из защитной оболочки 411 и собираться для медицинского или промышленного использования. В ходе работы систем согласно иллюстративному варианту осуществления, мишени 250 облучения поддерживают линейный порядок. Весь вышеописанный процесс может автоматизироваться удаленным пользователем или компьютером 900, который приводит в действие различные описанные выше подсистемы в отношении каждой подсистемы. Например, удаленный компьютер 900 может инициировать вставку мишени 250 в активную зону 15 и может вычислять профиль осевого потока активной зоны 15 и нейтронные характеристики мишеней 250 облучения, размещенных в активной зоне 15. Зная линейный порядок мишеней облучения и, следовательно, их осевое размещение в активной зоне, компьютер может вычислять нужное время экспозиции. По истечении времени экспозиции, компьютер может инициировать удаление мишени 250 из активной зоны и, когда все мишени 250 удалены из активной зоны 15, компьютер 900 может инициировать удаление мишеней 250 из систем согласно иллюстративному варианту осуществления и защитной оболочки 411. Точные свойства активности и радиации каждой мишени 250 облучения можно вычислять в ее линейном порядке после удаления, что позволяет собирать и использовать радиоизотопы, присутствующие в облученных мишенях облучения 250.

Мишени облучения

На Фиг.8A и 8B показан иллюстративный вариант осуществления мишеней 250 облучения и 250b. Согласно Фиг.8A, мишень 250 облучения может иметь приблизительно сферическую форму, чтобы они могли вращаться и катиться через устройства согласно иллюстративному варианту осуществления. Однако, как рассмотрено выше, мишени облучения могут иметь форму, отличную от сферической. Например, гексаэдры и/или цилиндры могут быть пригодны для использования в качестве мишеней 250 облучения во избежание качения в некоторых или всех направлениях или для применения других геометрий и/или размещений инструментальной трубки 50. Формы поверхности приводных шестеренок и трубок можно изменять в соответствии с этими разными геометриями мишеней облучения.

Согласно Фиг.8A, мишень 250 облучения может быть, в общем случае, твердой и изготовленной из материала, который преобразуется в полезный радиоизотоп при экспонировании потоку нейтронов, присутствующих в действующем коммерческом ядерном реакторе. Альтернативно, разные материалы можно плакировать или наслаивать на разных радиусах в мишени 250 облучения, что облегчает манипулирование и сбор радиоизотопов из мишени 250 облучения.

Альтернативно, как показано на Фиг.8B, мишень 250 облучения может быть, в общем случае, пустотелым и включать в себя жидкий, газообразный и/или твердый материал, который преобразуется в полезный газообразный, жидкий и/или твердый радиоизотоп при экспонировании потоку нейтронов, присутствующих в действующем коммерческом ядерном реакторе. Оболочка 251 может окружать и содержать твердый, жидкий или газообразный материал мишени 252, причем оболочка 251 подвергается незначительным физическим изменениям при экспонировании потоку нейтронов, включая, например, нержавеющую сталь и/или алюминий. Порт доступа 253 может обеспечивать доступ через оболочку 251 для сбора радиоизотопов, создаваемых в мишени 250 облучения. Например, порт доступа 253 может быть вварен или ввинчен в оболочку 251 для обеспечения уплотнения для газообразного/жидкого/твердого материала мишени 252 и созданного радиоизотопа. Порт доступа 253 может включать в себя хрупкий участок 255, который легко разрывается, легко прокалывается и т.д. под воздействием соответствующей внешней силы, когда газообразный/жидкий/твердый радиоизотоп готов к сбору.

Хотя иллюстративный вариант осуществления системы 100 генерации радиоизотопов был подробно описан в качестве устройства, пригодного для использования для осуществления иллюстративных способов создания и сбора короткоживущих изотопов, следует понимать, что другие устройства можно использовать для осуществления иллюстративных способов. Например, закрытый рукав, содержащий мишени облучения, можно вставлять и удалять из инструментальных трубок действующих коммерческих реакторов наподобие "картриджа" с различными интервалами для правильного экспонирования мишеней облучения потоку нейтронов, достаточному для создания пригодных для использования короткоживущих радиоизотопов.

Несколько разных радиоизотопов можно генерировать в иллюстративных вариантах осуществления и иллюстративных способов. Иллюстративные варианты осуществления и иллюстративные способы могут иметь особое преимущество в том, что они позволяют генерировать и собирать короткоживущие радиоизотопы относительно быстро по сравнению с периодами полураспада вырабатываемых радиоизотопов, не останавливая коммерческий реактор, без потенциально затратных процессов и без опасных и длительных процессов выделения изотопов и/или химических веществ. Хотя короткоживущие радиоизотопы, имеющие диагностические и/или терапевтические применения, можно создавать с помощью иллюстративных устройств и способов, можно также создавать радиоизотопы, имеющие промышленное применение и/или длительные периоды полураспада.

Мишени 250 облучения и время экспозиции в инструментальной трубке 50 можно выбирать в иллюстративных способах и устройствах для определения типа и концентрации создаваемого радиоизотопа. Таким образом, как рассмотрено выше, поскольку уровни осевого потока известны в действующем реакторе, и поскольку иллюстративные варианты осуществления могут позволять точно регулировать осевое положение мишеней 250 облучения, используемых в иллюстративном варианте осуществления устройств и способов, тип и размер мишени 250 облучения и время экспозиции можно использовать для определения результирующих радиоизотопов и их активности. Специалисту в данной области техники и согласно традиционным графикам распада и сечения поглощения известно, какие типы мишеней 250 облучения будут создавать нужные радиоизотопы при данной экспозиции потоку нейтронов конкретной величины. Кроме того, мишени 250 облучения можно выбирать на основании их относительно малого сечения поглощения нейтронов, чтобы, по существу, не создавать помехи цепной ядерной реакции с участием нейтронов, происходящей в активной зоне действующего коммерческого ядерного реактора.

Например, известно, что молибден-99 может превращаться в технеций-99m, имеющий период полураспада около 6 часов при экспонировании потоку нейтронов конкретной величины. Технеций-99m имеет несколько специализированных областей медицинского применения, включающих в себя медицинское построение изображения и диагностику рака, и малый период полураспада. Используя мишени 250 облучения, изготовленные из молибдена-99 и экспонированные потоку нейтронов в действующем реакторе на основании размера мишени 250, технеций-99m можно генерировать и собирать в иллюстративном варианте осуществления устройства и способов путем определения размера мишени облучения, содержащей Mo-99, осевого положения мишени в действующей активной зоне, осевого профиля действующей активной зоны, и времени экспозиции мишени облучения.

В нижеприведенной Таблице 1 указано несколько короткоживущих радиоизотопов, которые можно генерировать в иллюстративных способах с использованием надлежащей мишени 250 облучения. Наибольший период полураспада перечисленных короткоживущих радиоизотопов может составлять около 75 дней. При условии, что остановка реактора и выгрузка отработанного топлива может происходить не чаще двух лет, при том, что выделение и сбор радиоизотопа из топлива требует значительной обработки и времени охлаждения, перечисленные ниже радиоизотопы невозможно надежно создавать и собирать из традиционного отработанного ядерного топлива.

Таблица 1
Список возможных созданных радиоизотопов Исходный материал Созданный радиоизотоп Период полураспада (прибл.) Возможное использование Молибден-99 Технеций-99m 6 часов Построение изображения рака и плохо permiated органов Хром-50 Хром-51 28 дней Маркирование клеток крови и желудочно-кишечных заболеваний Медь-63 Медь-64 13 часов Изучение болезней Уилсона и Менке Диспрозий-164 Диспрозий-165 2 часа Синовэктомическое лечение артрита Эрбий-168 Эрбий-169 9,4 дней Ослабление болей при артрите Гольмий-165 Гольмий-166 27 часов Лечение рака и опухоли печени Йод-130 Йод-131 8 дней Рак щитовидной железы и использование в бета-лечении Иридий-191 Иридий-192 74 дня Внутренняя радиотерапия при лечении рака Железо-58 Железо-59 46 дней Изучение метаболизма железа и заболеваний селезенки Лютеций-176 Лютеций-177 6,7 дней Построение изображений и лечение эндокринных опухолей Палладий-102 Палладий-103 17 дней Брахитерапия для рака простаты Фосфор-31 Фосфор-32 14 дней Лечение истинной полицитемии Калий-41 Калий-42 12 часов Изучение коронарного кровотока Рений-185 Рений-186 3,7 дней Лечение рака кости Самарий-152 Самарий-153 46 часов Ослабление боли на вторичной стадии рака Селен-74 Селен-75 120 дней Изучение пищеварительных ферментов Натрий-23 Натрий-24 15 часов Изучение электролитов Стронций-88 Стронций-89 51 день Ослабление боли при раке простаты и кости Иттербий-168 Иттербий-169 32 дня Изучение спинномозговой жидкости

Иттербий-176 Иттербий-177 1,9 часа Используется для создания Lu-177 Иттрий-89 Иттрий-90 64 часа Брахитерапия рака

Таблица 1 не является полным списком радиоизотопов, которые можно создавать в иллюстративных вариантах осуществления и иллюстративных способах, но просто иллюстрирует некоторые радиоизотопы, пригодные для использования в медицине, в том числе, для лечения рака. При правильном выборе мишени, можно создавать и собирать почти любой короткоживущий радиоизотоп для использования посредством иллюстративных вариантов осуществления и способов.

Из вышеописанных иллюстративных вариантов осуществления, специалист в данной области техники может понять, что иллюстративные варианты осуществления можно варьировать путем рутинного экспериментирования и без дополнительной изобретательской деятельности. Изменения не следует рассматривать как отход от сущности и объема иллюстративных вариантов осуществления, и все подобные модификации, очевидные специалисту в данной области техники, подлежат включению в объем нижеследующей формулы изобретения.

Заявленное изобретение относится к устройствам и способам для создания радиоизотопов в инструментальных трубках действующих коммерческих ядерных реакторов. Мишени облучения можно вставлять и удалять из инструментальных трубок в ходе работы и преобразовывать в радиоизотопы, которые иным образом невозможно получить в ядерных реакторах. Техническим результатом является возможность непрерывного вставления, удаления и сохранения мишеней облучения, подлежащих преобразованию в радиоизотопы, пригодные для использования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Способ создания радиоизотопов, содержащий этапы, на которых:
вставляют, по меньшей мере, одну мишень (250) облучения в инструментальную трубку (50) ядерного реактора (10) для экспонирования мишени (250) облучения потоку нейтронов, имеющему место в действующем ядерном реакторе (10), причем мишень (250) облучения, по существу, преобразуется в радиоизотоп при экспонировании потоку нейтронов, имеющему место в действующем ядерном реакторе (10); и удаляют мишень (250) облучения и созданный радиоизотоп из инструментальной трубки (50),
причем вставление и удаление осуществляют в то время, когда ядерный реактор (10) работает.

2. Способ по п.1, в котором ядерный реактор (10) представляет собой ядерный реактор с электрической мощностью более 100 МВт.

3. Способ по п.1, в котором созданный радиоизотоп имеет период полураспада 75 дней или менее.

4. Способ по п.1, в котором на этапе экспонирования выбирают мишень (250) облучения с известным нейтронным сечением, и
размещают мишень (250) облучения в осевом положении в инструментальной трубке (50) в течение времени, соответствующего времени, необходимому для преобразования, по существу, всей мишени облучения (250) в радиоизотоп при уровне потока, соответствующем осевому положению на основании профиля осевого потока нейтронов действующего ядерного реактора (10).

5. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором
удаляют мишень (250) облучения и созданный радиоизотоп из конструкции защитной оболочки (411), окружающей ядерный реактор (10).

6. Система формирования радиоизотопов, содержащая:
трубчатую подсистему (200), выполненную с возможностью обеспечивать вставление и удаление, по меньшей мере, одной мишени (250) облучения в инструментальную трубку (50) ядерного реактора (10);
подсистему (300) привода мишеней облучения, выполненную с возможностью вставлять и удалять, по меньшей мере, одну мишень (250) облучения из инструментальной трубки (50) ядерного реактора (10) во время работы ядерного реактора (10); и
подсистему (400) хранения и удаления мишеней облучения, выполненную с возможностью хранения, по меньшей мере, одной мишени (250) облучения.

7. Система по п.6, в которой трубчатая подсистема (200) включает в себя рукав, вставленный в инструментальную трубку (50), причем рукав (260) имеет, по существу, постоянный внутренний диаметр, и в которой трубчатая подсистема (200) дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один цанговый патрон (266), форма которого позволяет ему соединяться с рукавом (260) и переменной внутренней поверхностью инструментальной трубки (50).

8. Система по п.6, в которой рукав (260) проходит через отверстие в инструментальной трубке (50) к подсистеме (300) привода мишеней облучения.

9. Система по п.6, в которой подсистема (300) привода мишеней облучения включает в себя совокупность шестеренок (310), причем каждая из шестеренок (310) имеет положение и форму поверхности для сцепления, по меньшей мере, с одной мишенью (250) облучения, при этом совокупность шестеренок (310) включает в себя первую шестеренку (310а) и вторую шестеренку (310b), причем первая и вторая шестеренки (310) конфигурированы, чтобы синхронно вращаться в противоположных направлениях совместно используемой системой передачи.

10. Система по п.6, в которой подсистема (400) хранения и удаления мишеней облучения включает в себя удерживающую трубку (420), компонующую трубку (460) и механизм удаления (415), выполненный с возможностью удаления из системы мишеней (250) облучения, которые были удалены из инструментальной трубки (50).