[发明专利]用于产生医用同位素的设备和方法

说明书

一种用于产生医用同位素的设备和方法，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。

本申请是名为“用于产生医用同位素的设备和方法”、申请号为201280067363.6的中国专利申请的分案申请，专利申请201280067363.6是根据专利合作条约于2012年11月21日提交的国际申请(PCT/US/2012/066214)进入中国国家阶段的国家申请。

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明在美国能源部授予的DE-NA-00007520的政府支持下完成。政府享有本发明的某些权利。

相关申请的交叉引用

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技术领域

本发明涉及用于产生医用同位素的设备和方法。

背景技术

本发明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“Device and Method for Producing Medical Isotopes”的美国专利申请2011/0096887和题为“High Energy Proton or Neutron Source”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(target volume)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(k_eff)等于1。在亚临界系统中，k_eff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。

发明内容

本发明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。