(57)【要約】【課題】燃料バンドル内に１つまたは複数の同位体生成ロッドを配置すること。【解決手段】本発明の例示的な実施形態は、燃料バンドル（１０）内での１つまたは複数の同位体生成ロッド（１００）の配置を対象とする。この配置は、炉心監視装置の相対位置、作成中の放射性同位体のタイプ、放射性同位体の半減期すなわち崩壊の長さ、放射性同位体を生成するための目標同位体の中性子吸収率、作成中の放射性同位体の所望の比放射能、燃料バンドルの様々な領域内の中性子流束の量、目標同位体／放射性同位体が、取り外される（すなわち、収穫される）までに反応炉内に残ると予想される持続時間などの、多数の要素のいずれか１つまたはそれらの組合せを基にしてもよい。【選択図】図２Ｂ
2009133855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉用の燃料バンドル（１０）であって、
外側チャネル（１２）と、
前記外側チャネル内の燃料ロッド位置に配置された複数の燃料ロッド（１８、１９）であって、前記原子炉内の核反応を持続させるための核燃料を含む燃料ロッド（１８、１９）と、
照射目標を含む少なくとも１つの同位体作成ロッド（１００）において、前記照射目標（６２０）が、照射された場合にガンマ粒子を放出する同位体作成ロッド（１００）であって、前記燃料バンドルが前記原子炉内に装填されたときに、前記燃料バンドルに対してガンマ線検知器が配置されることになる位置に基づいて、前記外側チャネル内の前記燃料ロッド位置の１つに配置される同位体作成ロッド（１００）とを備える燃料バンドル（１０）。
【請求項２】
原子炉用の燃料バンドル（１０）であって、
外側チャネル（１２）と、
前記外側チャネル内の燃料ロッド位置に配置された複数の燃料ロッド（１８、１９）であって、前記原子炉内の核反応を持続させるための核燃料を含む燃料ロッド（１８、１９）と、
照射目標（６２０）を含む少なくとも１つの同位体作成ロッド（１００）であって、前記照射目標を照射することによって生成されることになる放射性同位体の半減期に基づいて前記外側チャネル内の前記燃料ロッド位置の１つに配置される同位体作成ロッド（１００）とを備える燃料バンドル（１０）。
【請求項３】
前記同位体作成ロッドが、前記照射目標を照射することによって生成されることになる前記放射性同位体の半減期、および、前記同位体作成ロッドが、前記原子炉内に留まるであろう持続時間、放射性同位体を生成するための前記照射目標の中性子吸収率、および生成される放射性同位体の所望の比放射能のうちの少なくとも１つに基づいて、前記外側チャネル内に配置されることを特徴とする請求項２記載の燃料バンドル。
【請求項４】
前記同位体作成ロッドが、前記照射目標を照射することによって生成されることになる前記放射性同位体の半減期、および、前記同位体作成ロッドが、前記原子炉内に留まるであろう持続時間、放射性同位体を生成するための前記照射目標の中性子吸収率、および燃料バンドルの異なる領域内の中性子流束の量のうちの少なくとも１つに基づいて、前記外側チャネル内に配置されることを特徴とする請求項２記載の燃料バンドル。
【請求項５】
前記照射目標が、コバルト−５９であることを特徴とする請求項２記載の燃料バンドル。
【請求項６】
複数の同位体生成ロッドを含み、前記同位体生成ロッドが、前記外側チャネルの少なくとも１つの隅部に配置されていることを特徴とする請求項５記載の燃料バンドル。
【請求項７】
１０×１０配列の燃料ロッド位置を含み、前記外側チャネルの隅部の（１０、１０）位置が、ガンマ線検知器に隣接して配置されることになり、前記同位体生成ロッドが、
１本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）燃料ロッド位置の位置、
２本の同位体生成ロッドに対して、（ｉ）（１、１）、および（１０、１）および（１、１０）燃料ロッド位置のいずれかの位置、および（ｉｉ）（１０、１）および（１、１０）燃料ロッド位置の位置、
３本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）および（１、１０）燃料ロッド位置の位置、
４本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）、（１、１０）、および（２、１）および（１、２）のいずれかの燃料ロッド位置の位置、
５本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）、（１、１０）、（２、１）、（１、２）ロッド位置の位置に配置されることを特徴とする請求項６記載の燃料バンドル。
【請求項８】
前記照射目標がニッケル−６２およびツリウム−１６９のいずれかであり、前記燃料バンドルが、１０×１０配列の燃料ロッド位置を含み、前記外側チャネルの隅部の（１０、１０）位置が、ガンマ線検知器に隣接して配置されることになり、前記同位体生成ロッドが、
１本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）燃料ロッド位置の位置、
２本の同位体生成ロッドに対して、（ｉ）（１、１）、および（１０、１）および（１、１０）燃料ロッド位置のいずれかの位置、および（ｉｉ）（１０、１）および（１、１０）燃料ロッド位置の位置、
３本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）および（１、１０）燃料ロッド位置の位置、
４本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）、（１、１０）、および（２、１）および（１、２）のいずれかの燃料ロッド位置の位置、
５本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）、（１、１０）、（２、１）、（１、２）ロッド位置の位置に配置されることを特徴とする請求項２記載の燃料バンドル。
【請求項９】
前記照射目標が、イリジウム−１９１であることを特徴とする請求項２記載の燃料バンドル。
【請求項１０】
１０×１０配列の燃料ロッド位置を備え、前記同位体生成ロッドが、
１本の同位体生成ロッドに対して、（３、３）および（８、８）燃料ロッド位置のいずれかの位置、
２本の同位体生成ロッドに対して、（３、３）および（８、８）燃料ロッド位置の位置、
３から６本の同位体生成ロッドに対して、選択的に（３、３）、（３、４）、（４、３）、（８、８）、（８、７）、および／または（７、８）燃料ロッド位置の位置に配置されることを特徴とする請求項９記載の燃料バンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多種多様な放射性同位体が、医療、工業、研究および商業用の用途で使用されている。一般に、放射性同位体は、目標とする同位体材料に核粒子を照射することによって製造することができる。目標原子が直接所望の同位体に変形されるか、放射性同位体が吸収と崩壊の連鎖を通じて生成され、それに続いて所望の放射性生成物を生成するかのいずれかである。
【背景技術】
【０００２】
２つの異なる技術が、放射性同位体生成のための放射源を提供するために使用されている：中性子の流束を作成する原子炉、荷電粒子、通常陽子、しかしときどき電子またはその他の粒子の流束を作成する粒子加速器すなわちサイクロトロン。例えば、医療用および工業用放射性同位体が、Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  ｏｆ  Ｃａｎａｄａ’ｓ（ＡＥＣＬ’ｓ）Ｃｈａｌｋ  Ｒｉｖｅｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（カナダ、オンタリオ州）において、Ｃａｎａｄａ’ｓ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ（ＮＲＵ）ｒｅａｃｔｏｒによって１９５７年から生成されている。ＮＲＵは、医療診断のために使用される重要な同位体モリブデン−９９を含む、世界の医療用および工業用放射性同位体の高い割合を製造している。医療用、工業用、研究および商業用途のために使用される他の例示的な放射性同位体は、医療用心臓撮像に使用されるタリウム−２０４、骨成長研究で使用されるカルシウム−４５、構造材料などの材料の非破壊検査のために使用されるイリジウム−１９２、ガン細胞を破壊するため、手術器具および薬剤を殺菌するため、および食料品の滅菌のために使用されるコバルト−６０、白血病、リンパ腫治療のために使用される携帯用血液照射器および電源のために使用されるツリウム−１７０、骨粗鬆症の検知およびＳＰＥＣＴ撮像のために使用されるガドリニウム−１５３、長寿命バッテリの作成のために使用することができるニッケル−６３、および煙検知器で使用されるアメリシウム−２４１を含む。
【０００３】
一般に、同位体目標を含む試料ロッドが、核薬品および／または工業用途で使用されるために望ましい比放射能で同位体を作成するように、連続的なプロセスでＮＲＵ内への浸透を通じて挿入され、その中で照射を受ける。同位体目標は次に、原子炉の動作中に照射される。照射後、放射性同位体が回収され、核医療処置のための様々な放射性医薬品を準備するために使用される。
【特許文献１】米国特許５，２０９，８９９号
【特許文献２】米国特許出願第１１／００２，６８０号
【特許文献３】米国特許出願（出願番号未定）（「CROSS-SECTION REDUCING ISOTOPE CANNISTER」）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的な実施形態は、同位体生成ロッドを対象とする。同位体生成ロッドは、燃料バンドル内の燃料ロッドのうちの１つまたは複数と交換することができる。同位体生成ロッドは、原子炉内で放射されたときにコバルト６０、イリジウム１９２などの放射性同位体を生成する、コバルト５９、イリジウム１９１などの照射目標を含んでいる。上記で議論したように、これらの放射性同位体は、様々な有益な用途を有する。
【０００５】
本発明の他の例示的な実施形態は、燃料バンドル内での１つまたは複数の同位体生成ロッドの配置を対象とする。この配置は、炉心監視装置の相対位置、作成中の放射性同位体のタイプ、放射性同位体の半減期すなわち崩壊の長さ、放射性同位体を生成するための目標同位体の中性子吸収率、作成中の放射性同位体の所望の比放射能、燃料バンドルの様々な領域内の中性子流束の量、目標同位体／放射性同位体が、取り外される（すなわち収穫される）までに反応炉内に残ると予想される持続時間などの、多数の要素のいずれか１つまたはそれらの組合せを基にしてもよい。
【０００６】
一実施形態では、原子炉内の燃料バンドルの構成は、ガンマ線検知器と、同位体生成ロッドを有する少なくとも１つの燃料バンドルとを含む。特に、燃料バンドルは、外側チャネルと、その外側チャネル内の燃料ロッド位置に配置された複数の燃料ロッドとを含む。燃料ロッドは、原子炉内の核反応を持続させるための核燃料を含む。また、上記で述べたように、少なくとも１つの同位体作成ロッドが、外側チャネル内に含まれる。同位体作成ロッドは、照射された場合にガンマ粒子を放出する照射目標を含み、同位体作成ロッドは、燃料バンドルに対するガンマ線検知器の位置に基づいて外側チャネル内の燃料ロッド位置の１つに配置される。
【０００７】
別の実施形態では、原子炉内の燃料バンドルの構成は、少なくとも１つの同位体生成ロッドを有する少なくとも１つの燃料バンドルを含む。特に、燃料バンドルは、外側チャネルと、その外側チャネル内の燃料ロッド位置に配置された複数の燃料ロッドとを含む。燃料ロッドは、原子炉内の核反応を持続させるための核燃料を含む。また、上記で述べたように、少なくとも１つの同位体作成ロッドが、外側チャネル内に含まれる。同位体作成ロッドは、照射された場合にガンマ粒子を放出する照射目標を含み、同位体作成ロッドは、照射目標を照射することによって生成されることになる放射性同位体の吸収および半減期に基づいて前記外側チャネル内の前記燃料ロッド位置の１つに配置される。
【０００８】
本発明は、類似の要素が、類似の符号によって表されている添付の図面を参照にしてその例示的な実施形態を詳細に説明することによってより明らかになるであろう。これらは、一例としてのみ与えられており、本発明の例示的な実施形態を制限するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
例示的な実施形態を、添付の図面をより完全に参照して説明する。しかし、例示的な実施形態は、多種多様な形態で具現化されてもよく、本明細書で説明される例示的な実施形態に限定されるように解釈されるべきではない。例示的な実施形態は、この開示が、完全であり、当業者にその範囲を完全に伝えるように提供される。いくつかの例示的な実施形態では、例示的な実施形態の不明確な理解を回避するために、公知のプロセス、公知のデバイス構造および公知の技術は、詳細には説明されない。明細書全体を通じて、図面中の類似の符号は、類似の要素を表す。
【００１０】
ある要素または層が、別の要素または層の「上にある」、「接続されている」、「結合されている」と称されるとき、これは、直接別の要素または層の上にあって、または接続されて、または結合されてよく、または、中間の要素または層が存在してもよいことを理解されたい。逆に、要素が「直接上にある」、「直接接続されている」、「直接結合されている」と称されるとき、中間の要素または層が存在していない。本明細書で使用されるとき、「および／または」という用語は、関連して列挙されたもののうちの１つまたは複数のいずれかまたはすべてを含む。
【００１１】
第１の、第２の、第３のなどの用語は、様々な要素、構成要素、領域、層、および／またはセクションを説明するために本明細書で使用されているが、これらの要素、構成要素、領域、層および／またはセクションが、これらの用語に限定されるものではないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層および／またはセクションを別の領域、層またはセクションと区別するためにしようされるのみであってよい。したがって、以下で議論される第１の要素、構成要素、領域、層および／またはセクションは、例示的な実施形態の教示を逸脱することなく第２の要素、構成要素、領域、層および／またはセクションと名づけられてもよい。
【００１２】
「下」、「下方」、「下側」、「上方」、「上側」などの空間対応用語が、図面に示されているように、ある要素または特徴の、別の要素または特徴に対する関係を説明するために、説明を容易にするために本明細書で使用されてもよい。空間対応用語は、図面に示された方向に加えて、使用または動作中のデバイスの様々な方向を包含するように意図されてもよいことを理解されたい。例えば、図面中のデバイスが、回転された場合、他の要素または特徴の「下」または「下方」にあるとして説明された要素が、そのとき、他の要素または特徴の「上方」に方向付けられる。したがって、「下方」という用語は、上方および下方の両方の方向を包含することが可能である。デバイスは、そうでないように方向付けられ（９０度または他の方向に回転され）てもよく、本明細書で仕様される空間対応説明子は、相応に解釈される。
【００１３】
本明細書で使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するだけの目的であり、限定することを意図されてはいない。本明細書で使用されるとき、単数形態「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうでないと標示していない場合は、複数形態を同様に含むことを意図されてもよい。「備える」および／または「備えている」という用語は、本明細書で使用されるとき、言及された特徴、整数、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらの群の存在または追加を排除するもではないことをさらに理解されたい。
【００１４】
別段の定義がなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術的および科学的用語を含む）は、当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。一般に使用されている辞書で定義されているものなどの用語は、関連する技術分野の文脈でのそれらの意味に一致する意味を有すると解釈すべきであり、本明細書で特にそのように定義されない場合、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されてはならないことをさらに理解されたい。
【００１５】
図１は、ＢＷＲなどの原子炉の例示的な燃料バンドルを示している。燃料バンドル１０は、上側タイプレート１４および下側タイプレート１６を包囲する外側チャネル１２を含んでもよい。複数の全長燃料ロッド１８および／または部分長燃料ロッド１９が、燃料バンドル１０内に行列状に配置され、かつ、ロッド１８、１９をその所与の行列状に維持している、互いに鉛直方向に離隔された複数のスペーサ（スペーサグリッドとしても公知である）２０を通過してもよい。
【００１６】
燃料ロッド１８および１９が少なくとも１対のウォーターロッド２２および２４とともに、燃料バンドル１０内の燃料ロッド１８、１９間の反応炉冷媒流のための通路を画定するように、燃料バンドル１０内の異なる軸方向位置に設けられた複数のスペーサ２０によって燃料バンドル１０内で互いに関して離隔した状態で維持されてもよい。燃料ロッド１８、１９をその所望の配列に維持するために、燃料バンドル１０の全軸長に沿って離隔された、５から８個の間のスペーサ２０が、通常あってもよい。スペーサ２０は、いずれのタイプのスペーサとしても、例えばフェルールタイプスペーサ、すなわち米国特許５，２０９，８９９号に記載され、かつ図示されているタイプのスペーサとして具現化されてもよい。
【００１７】
図１では、行列は、１０×１０配列であるが、例示的な燃料バンドル１０は、９×９配列または１１×１１配列など、ロッド１８、１９の異なる行列配列を有してもよい。バンドル１０は、公知のように、全長燃料ロッド１８および／または全長１８および部分長１９燃料ロッドの組合せを備えてもよい。全長ロッド１８および部分長ロッド１９のそれぞれは、当技術分野で公知のように、被覆されてもよい。ウォーターロッド２２および２４（２個が示されているが、それよりも多い、または少ない数のウォーターロッドがバンドル１０内にあってもよい）が、下側タイプレート１６と上側タイプレート１４の間の、バンドル１０内の燃料ロッド１８、１９の間に分散されてもよい。全長ロッド１８および部分長ロッド１９のそれぞれは、当技術分野で公知のように、被覆されている。ウォーターロッド２２、２４は、核燃料バンドル１０の下側領域から上側領域へ、流体を移動させる働きをし、上側領域で、水が、図示のようにウォーターロッドの上部に配置された開口を通って分散される。
【００１８】
図２Ａは、本発明の例示的な実施形態による、燃料バンドル１０のためのロッド集合体１００を示している。ロッド集合体１００（マルチセグメントロッドまたはマルチパートロッドともしばしば称される）は、複数の部品または被覆されたロッドセグメント１１０を備える。図２Ａに示すように、ロッド集合体１００は、上側端部部片１２０と下側端部部片１３０の間に複数のロッドセグメント１１０を備えてもよい。上側端部部片１２０および下側端部部片１３０は、公知のように、燃料バンドル１０（図示せず）の下側および上側のタイプレートと対合するねじ山を備えてもよい。図２Ａは、図２Ａの点線円内に副集合体３００として一般に示されている、少なくとも１つのアダプタ副集合体を介して互いに相互接続された、２つの隣接するロッドセグメント１１０ａ、１１０ｂを示している。１個のみのロッド集合体１００が図２Ａに示されているが、図２Ａに示されているロッド集合体１００のうちの１つまたは複数が、図１に示されている燃料バンドル１０など燃料バンドル内に挿入されてもよい。すなわち、１つまたは複数のロッド集合体１００が、図１の燃料ロッド１８および１９のうちの１つまたは複数と交替してもよい。
【００１９】
ロッドセグメント１１０が、ロッド集合体１００の全軸長を形成するように、上側および下側端部部片１２０、１３０の間に、および互いに取り付けられてもよい。一例では、ロッドセグメント１１０ａ、ロッドセグメント１１０ｂ、および上側および下側端部部片１２０、１３０のそれぞれが、ロッド集合体がスペーサ２０と接続するロッド集合体１００の軸長に沿った接続点で、アダプタ副集合体３００によって接続されてもよい。説明を簡単にするために図２Ａでは３個のみのスペーサ２０およびアダプタ副集合体３００が示されているが、燃料バンドル１０が、いずれかの数のスペーサ２０位置でアダプタ副集合体３００によって接続された少なくとも１つのロッドセグメント１１０ａおよび少なくとも１つのロッドセグメント１１０ｂをそれぞれ有する、１つまたは複数のロッド集合体１００を備えてもよいことを理解されたい。ロッドセグメント１１０ａ、１１０ｂは、同じ、または異なる長さを有してもよい。同様に、アダプタ副集合体３００もまた、固定された、または可変なサイズで製造されてもよい。
【００２０】
この例示的な実施形態では、ロッドセグメントおよびアダプタ副集合体は、耐腐食性であり、かつ他の反応炉構成要素に適合する材料で製造されている。例示的な材料は、例えば、ジルコニウム合金であってもよい。
【００２１】
望ましくは、各スペーサ２０の一部分が、ロッドセグメント１１０の間のアダプタ副集合体３００および／または接続点１１５をほぼカバーするように、あるいはアダプタ副集合体３００、または所与のロッドセグメント１１０と、上側および下側端部部片１２０および１３０のうちの１つとを接続する接続点１１５をほぼカバーするように、アダプタ副集合体３００のそれぞれでロッド集合体１００と接触する。したがって、フレッチング腐食の影響を除去することができる。フレッチング腐食がまだ生じるかもしれないが、ロッド集合体１００上のフレッチング磨耗は、セグメント１１０ａ、ｂ上ではなく、アダプタ副集合体３００上に生じる。したがって、このことが、所与のロッドセグメント１１０内から反応炉冷媒への内容物の解放の可能性を除去することができる。
【００２２】
図２Ａは、隣接するロッドセグメント１１０ｂとアダプタ副集合体３００の部品間の溶接点１５５を示すように、隣接するロッドセグメント１１０ａと１１０ｂの間の例示的なアダプタ副集合体３００を透過詳細図で示している（すなわち、仮想線は、ロッドセグメント１１０および／またはアダプタ副集合体３００内の構成要素を示している）。図２Ａはまた、以下で詳細に説明される用途のためのロッドセグメント１１０のうちの１つまたは複数の中に設けられた、容器集合体６００を（仮想線で）示している。ロッドセグメント１１０のすべてが、またはロッド集合体１００のすべてが、以下で詳細に説明するように、その中に容器集合体６００を一般に備えるとは限らない。また、図２Ａでは、アンダーカット部分すなわちくぼんだ破壊線３６０が示されている。以下でさらに詳細に説明するように、くぼんだ破壊線３６０は、特定のロッドセグメント１１０をロッド集合体１００から取り外すために、特定のアダプタ副集合体３００／ロッドセグメント１１０を破壊するための代替となる位置を提供する。このことは、例えば、移送中に長さを減少させるために望ましいかもしれない。
【００２３】
次に、放射性同位体を生成するためのマルチセグメント燃料ロッド１００に付随する構造を、図２Ｂを参照にして説明する。図２Ｂに示すように、これは、図２Ａのマルチセグメント燃料ロッド１００の例を示す。マルチセグメント燃料ロッド１００は、（図２Ｂで点線接続線１１１によって明示されているように）連続するマルチセグメント化された燃料ロッド１００を形成するために、接続点１１５の所で（前に示したように）対応するアダプタ副集合体３００を介して互いと接続する、様々なセグメント１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ、１１０Ｆおよび１１０Ｇに分解される。図２Ｂはまた、マルチセグメント化されたロッド１００のセグメント１１０Ａ、１１０Ｃ、１１０Ｅ、１１０Ｆおよび１１０Ｇのそれぞれにおける目標容器６００の断面Ｉ−ＶＩＩの拡大図を示している。
【００２４】
図ＩおよびＩＩは、単一のロッドセグメント１１０Ａ内に、液体、固体および気体の同位体目標６２０として示されている複数の異なる目標をその中に収容している、ロッド１００内の複数の格納容器構造６００を示している。さらに、拡大図ＩおよびＩＩは、所与のロッドセグメント１１０Ａ、１１０Ｃ、１１０Ｅなどの中の格納容器構造６００上に配置することができる標示６５０を示している。図示のように、標示６５０は、同位体目標が、例えば、固体、液体または気体の形態であるかどうかを示すことができ、目標同位体の名称および／または照射により生成される予定の同位体の名称を提供することができる（明確にするために図２Ｂには示されていない）。
【００２５】
ロッドセグメント１１０Ｂおよび１１０Ｄが、例えば、拡大図ＩＩＩおよびＩＶに示すように、核燃料６６０を含むように示されている。もちろん、代替形態では、マルチセグメントロッド１００が、前に説明したように、セグメント１１０が核燃料を備えない、またはセグメント１１０が目標容器または集合体容器６００を備えない複数のロッドセグメント１１０から成ってもよい。ロッドセグメント１１０Ｅの拡大図Ｖは、気体形態である目標を備える容器集合体６００を示している。ロッドセグメント１１０Ｆの拡大図ＶＩは、液体形態の目標６２０を備えるロッドセグメント１１０Ｆ内の容器集合体６００を示している。ロッドセグメント１１０Ｇの拡大図ＶＩＩは、所望の同位体、この場合、Ｃｏ−６０を生成するために照射されることが可能である、Ｃｏ−５９ＢＢｓの単一の列として固体目標６２０を備える容器集合体６００を示している。容器集合体６００のそれぞれが、例えば、マルチセグメントロッド１００の対応するロッドセグメント１１０内への挿入のために、このようにして、固体、液体または気体形態での目標６２０同位体材料とともに事前包装されてもよい。明らかであるように、背景技術の節で議論した放射性同位体のいずれかが、生成されてもよく、本発明は、これらの同位体に限定されない。
【００２６】
また、容器集合体６００のそれぞれが、一方の端部６１２で端部プラグ６３０によって、および第１の端部６１１で外部ねじ山６０１およびＯリング６０２によって（図６Ａ、６Ｄおよび６Ｅに示すように）密閉されているため、その接続点１１５での特定のセグメント１１０の除去（すなわち、２つのセグメント１１０の間の接続点１１５でのアダプタ副集合体３００の接続解除）が、照射目標６２０を反応炉冷媒に曝露させ、費用のかかる原子炉からの照射目標の除去を生じさせる結果となる裂け目を生じさせない。すなわち、容器集合体６００はロッドセグメント１１０の外側被覆とともに、照射目標６２０のための二重壁格納容器を提供する。
【００２７】
図２Ｃは、ロッド集合体をさらに詳細に示すための図２Ａの一部分の分解図を示している。図２Ｂの部分もまた、ロッドセグメント１１０ａ、１１０ｂまたは副集合体３００の内部空間内の構成要素を示すために仮想線（点線）で示されている。アダプタ副集合体３００は、溶接ジョイント１５５の溶接点を介してロッドセグメント１１０ａに取り付けられた雄アダプタプラグ３３０を備えてもよい。同様に、アダプタ副集合体３００は、溶接ジョイント１５５での溶接点を介してロッドセグメント１１０ｂに一方の端部で取り付けられた雌アダプタプラグ３５０を備えてもよい。雄および雌アダプタプラグ３３０、３５０の両方が、その外周の周りに複数のナット形状のくぼみ３５７を備えてもよい。一般に、くぼみ３５７が、例えば、メンテナンス休止中、レンチ様の適切な工具によるロッドセグメント１１０、上側端部部片１２０または下側端部部片１３０の取外し／分解を容易にしてもよい。
【００２８】
図２Ｃでは、くぼみ３５７が、ロッド挿入、またはロッド集合体１００の反応炉の燃料バンドル１０内への組付け中、スペーサ２０への損傷を防止するために、アングルエッジ３８０など、その両側にくぼんだ傾斜表面を備えてもよい。さらに、点線形態で示すように、雄および雌アダプタプラグ３３０および３５０のそれぞれが、溶接ジョイント１５５でプラグ３３０／３５０のセグメント１１０へ溶接するための、対応するアダプタプラグ３３０、３５０の所与のロッドセグメント１１０の端部内への挿入を容易にするために、溶接位置合せ部材３５５を備えてもよい。
【００２９】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体の部分を示す透視図および側面図である。図３Ａおよび３Ｂに示すように、雄アダプタプラグ３３０が、第１の端部３３２でロッドセグメント１１０に（溶接点などによって）取り付けられてもよい。雄アダプタプラグ３３０の第２の端部３３４が、雌アダプタプラグ３５０の対応するチャンバまたは空洞内に挿入されてもよい。雄アダプタプラグ３３０が、アングルエッジ３８０を備えるその円周の回りにナット状のくぼみ３５７を備える、円筒形セクション３３３の一部として上述の溶接位置合せ部材３３５を備えてもよい。中間部材３３９が、円筒形セクション３３３を細長セクション３３８と接続する。細長セクション３３８は、図３Ａに示すようにねじ切りされてもよい。細長セクション３３８は、雄アダプタプラグの第２の端部３３４でテーパして、ほぼ円錐状の端部３３６になる。円錐状の端部３３６が、単一のアダプタ副集合体３００として、雌アダプタプラグ３５０を雄アダプタプラグ３３０と接続するための自己アラインメント補助具を呈する。
【００３０】
雄アダプタプラグ３３０は、当技術分野で公知のように、ジルコニウム合金などの耐腐食性であり、かつ他の反応炉構成要素に適合する材料で製造されている材料で作製されてもよい。
【００３１】
図４Ａおよび４Ｂは、本発明の例示的な実施形態によるアダプタ副集合体の他の部品を示す透視図および側面図である。図４Ａおよび４Ｂに示すように、雌アダプタプラグ３５０が、所与のロッドセグメント１１０（図示せず）を取り付けるための第１の端部３５２、および雄アダプタプラグ３３０の円錐状の端部３３６および細長部材３３８をその中で受けるための第２の端部３５４を有する。雌アダプタプラグ３５０は、第１の端部３５２に雌アダプタプラグ３５０の取外しおよび／または隣接するロッドセグメントの取外しを容易にするために、縁部３８０を有する円周の周りに複数のナット状のくぼみ３５７を有する溶接位置合せ部材３５５およびほぼ円筒形のセクション３５３を備えてもよい。
【００３２】
雌アダプタ３５０は、内部空洞３５８を備える。空洞３５８の表面は、雄アダプタプラグ３３０の細長セクション３３８上の対応するねじ山（図３Ａ参照）を受けるための複数の対合するねじ山３５６を備えてもよい。空洞３５８は、雄アダプタプラグ３３０を雌アダプタプラグ３５０内に接続するために、円錐状の端部３３６を受けるための、自己アラインメント補助具として構成可能である、凹状の傾斜部分３５９をその端部に有してもよい。
【００３３】
図４Ｂに示すように、雌アダプタプラグ３５０の円筒形セクション３５３は、第２の端部３５４にくぼんだ破壊線３６０を備えてもよい。くぼんだ破壊線３６０はまた、例えば、アンダーカットセクションと称されてもよい。アンダーカットは、所与のロッドセグメント１１０が、図２Ｂの接続ジョイント１１５を外すことなく、セクションをスナップおよび／または切断して緩めることによって安全に破壊されるように、アダプタ副集合体３００のそれぞれの中に設計されてもよい。このことを以下でさらに詳細に示す。
【００３４】
別の態様では、雌アダプタプラグ３５０の空洞３５８内の細長セクション３３８のねじ山が、対応する対合するねじ山３５６と係合すると、くぼんだ破壊線３６０が、雄アダプタプラグ３３０の中間部材３３９と並ぶ。中間部材３３９の直径が、円筒形セクション３３３の直径よりも小さいため、このことは、その位置で図２Ｂのアダプタ副集合体３００の切断、スナップおよび破壊を容易にする、「弱い領域」を呈する。図２Ｂのセグメント１１０の交換、図２Ｂのアダプタ副集合体３００の交換などの場合、くぼんだ破壊線３６０がこのようにして、図３Ｂのアダプタ副集合体３３０が切断されているかどうかの視覚識別を提供してもよい。
【００３５】
図５Ａおよび５Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、ロッド集合体の例示的な下側端部部片を示す透視図および側面図である。図５Ａまたは５Ｂに示すように、図２Ａの上側および下側端部部片１２０および１３０の一方または両方が、中実の端部部片集合体５００として形成されてもよい。中実の端部部片集合体は、例えば、中実の金属材料で作製されてもよい。端部部片集合体５００は、一方の端部に端部プラグ部分５０５を備えてもよく、図２Ｂの隣接するロッドセグメント１１０内の図４Ｂの対応する雌アダプタセグメント３５０とねじ係合するために、その他方の端部に一体型の端部部片アダプタ副集合体５３０を有してもよい。
【００３６】
端部部片集合体５００は、中実のジルカロイで製造されてもよく、例えば、図１の燃料バンドル１０などの燃料バンドルの上部および底部の近くの軸方向流束が、図２Ａの上側および下側端部部片１２０および１３０の間よりもかなり下にあるため、その中に装填された核燃料（濃縮ウラン）または毒物（ガドリニウム）を必ずしも有さない。図５Ａおよび５Ｂはしたがって、再利用可能な（上側端部部片または下側端部部片として再利用可能な）端部プラグを示してもよい。その端部プラグは、計画されたメンテナンス休業中、図２Ａのロッド集合体１００の図２Ｂの隣接するセグメント１１０から比較的容易に取り外すことができる。
【００３７】
図６Ａ〜６Ｅは、本発明の例示的な実施形態による図２Ａ〜２Ｃのロッド集合体１００の所与のロッドセグメント１１０内へ挿入するように構成された、例示的な容器集合体を示す図である。
【００３８】
本発明の例示的な実施形態では、ロッドセグメント１１０の様々なものが、図２Ａ〜２Ｃに前に示したように、容器集合体６００をその中に備えてもよい。一例では、容器集合体６００が、選択された容器を収容してもよい、または含んでもよい。このような内容物の例は、ロッド集合体１００を含む燃料バンドルが、反応炉の炉心内で照射されるとき、１つまたは複数の所望の同位体を作成する１つまたは複数の照射目標であってもよい。ロッド集合体１００の１つまたは複数のロッドセグメント１１０が、例えば、同じ目標、異なる目標または複数の照射目標を備えてよい。
【００３９】
図２Ａ〜２Ｃを参照すると、本発明の１つの例示的な態様では、ロッド集合体１００のロッドセグメント１１０のうちの少なくとも１つが、その中に容器集合体６００を備え、かつロッド集合体１００の他のロッドセグメント１１０のどれもが、（端部部片１２０、１３０のいずれも）いかなる核燃料／毒物も含まない。別の態様では、ロッド集合体１００のロッドセグメント１１０のうちの１つまたは複数が、所望のウラン濃縮度および／またはガドリニウム濃度を備えてもよい。位置および濃度は、例えば、計画されたエネルギーサイクルのためのバンドル１０の所望の特性に基づいてもよい。隣接するロッドセグメント１１０が核燃料をその中に備えたとしても、照射目標を備えるロッドセグメント１１０は、核燃料を備えなくてもよい。
【００４０】
図６Ａ〜６Ｅをここで参照すると、図２Ａ〜２Ｃで最初に示された容器集合体６００が、照射目標６２０をその中に収容する容器６１０を備えてもよい。容器６１０は、一方の端部６１１で閉じ、他方の端部６１２で開いていてもよく、図６Ｄに示すように、適切なエンドキャップ６３０によって容器を閉鎖するための適切なシール６１３を備えてもよいが、エンドキャップ６３０は、両端に設けられてもよい。容器６１０は、ほぼ円筒形形状を有するものとして示されているが、容器６１０は、その円筒形形状の最大直径がロッドセグメント１１０の内直径よりも小さい限り、いかなる幾何形状で方向付けられてもよい。容器６１０は、例えば、ジルコニウム合金などの適切な材料製であってもよい。
【００４１】
容器６１０が、１つまたは複数の照射目標６２０を収容してもよい。図６Ｂに示した照射目標６２０は、ほぼ円筒形の形態または形状で示されている。しかし、照射目標６２０は、固体、液体および／または気体として具現化されてもよく、所与のロッドセグメント１１０内の容器６１０の内部に嵌合するのに十分小さい（容器６１０の内直径よりも小さい）限り、いかなる幾何形状をとってもよい。したがって、その被覆されたロッドセグメント１１０と結合された容器６１０が、ロッドセグメント１１０内に配置されたとき、照射目標６２０のための二重壁格納容器を提供する。
【００４２】
図６Ｅは、照射目標６２０をその中に収容し、かつ位置６１３で端部プラグ６３０によって密封された容器６１０を示すために、容器集合体６００の透視正面図および側面図を示している。適宜、容器６１０の内部空間は、端部プラグ６３０によって密封されたとき、照射目標６２０に対する藩領を提供するためのばね６４０を備えてもよい。端部プラグ６３０は、適切な取付手段、すなわち、溶接、ねじ係合、摩擦接続などによって、容器６１０に取り付けられてもよい。
【００４３】
別の態様では、容器６００が、その中に照射目標６２０を収容し、照射後、照射目標６２０を取り外すためのパイロット孔６０３を有する第１の端部６１１を有する。第１の端部６１１は、装置の部片が挿入されるとき、容器６００を密封するために使用される外部ねじ山６０１およびＯリング６０２を備えてもよい。パイロット孔６０３は、容器６００のロッドセグメント１１０からの取外しを助けるための、内部ねじ山を有する。
【００４４】
照射目標６２０は、例えば、カドミウム、コバルト、イリジウム、ニッケル、タリウム、ツリウム同位体、または３よりも大きい原子数を有する他のいずれかの同位体のうちの１つまたは複数を備える同位体の群から選択された目標であってもよい。例えば、目標は、ある時間原子炉内で照射されたとき、コバルト−６０になるコバルト−５９であってよい。望ましくは、所与のセグメント１１０および／または容器集合体６００は、例えば、どんな照射目標６２０がロッドセグメント１１０／容器６００内に装填されているか、および／またはどんな同位体が、その目標から生成される予定であるのかを標示するための標示またはインジケータをその上に備えてもよい。１つまたは複数の所望の同位体を生成するために照射目標を含むロッド集合体１００のうちの１つまたは複数が、原子炉の燃料バンドル（図１の燃料バンドル１０など）内で照射される特殊な方法論が、参照によって本願明細書に組み込まれる、代理人整理番号１５８４８６−１、「Methods of Producing Isotopes In Power Nuclear Reactors」という題名の、同時係属中の同一出願人による米国特許出願第１１／００２，６８０号に、より詳細に説明されている。したがって、これらのプロセスの詳細な議論は、簡略のためにここでは省略する。
【００４５】
図７は、本発明の他の例示的な実施形態による燃料バンドルのためのロッド集合体を示す図である。図７は本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体１００’を示している。図７では、ロッド集合体１００’の２，３のロッドセグメント１１０のみが、簡略のために示されており、ロッド集合体１００’が追加のロッドセグメント１１０およびスペーサ２０を備えても良いことを理解されよう。ある例では、燃料バンドル１０が、当技術分野で公知のように、上側端部部片１２０の上部に取り付けられた伸張ばね１２５を備える、上側および下側端部部片１２０および１３０に取り付けられた様々なサイズの（異なる長さの）ロッドセグメント１１０（図２Ａに示すように）を備える８個のスペーサ２０を備えてもよい。
【００４６】
図２Ａとは違って、図７では、２つの隣接するロッドセグメント１１０の間の接続が、スペーサ位置で（すなわち、スペーサ２０で）起こらないように、様々なサイズのアダプタ「ミニ副集合体」３００ａが、様々な位置に設けられてもよい。図７はまた、アンダーカットセクション１６０（図２Ｃのセグメント化された破線３６０）ならびに容器集合体６００’をさらに詳細に示している。（容器集合体６００’の取外しおよび所望の顧客への輸送のための）容器集合体６００’をその中に備える、ロッドセグメント１１０をより容易に取り外すために追加の位置を有することが望ましいため、ロッド集合体１００’は、例えば、異なる長さの隣接するロッドセグメント１１０の間で使用するためのミニ副集合体３００ａおよび延長された副集合体などの異なる長さのアダプタ副集合体３００を備えてもよい。図７に示されているロッド集合体１００’のうちの１つまたは複数が、図１に示されている燃料バンドル１０などの燃料バンドル内に挿入されてもよい。また、隣接するロッドセグメント１１０を接続するため、および／またはロッドセグメント１１０を上側または下側端部部片１２０、１３０のうちの１つと（図２Ａに示すように）、または図７に示すように、上側端部部片集合体１０００および下側端部部片集合体１１００のうちの１つに接続するために、ロッド集合体１００または１００’が、スペーサ２０の位置におけるアダプタ副集合体３００ならびにスペーサ２０の間の１つまたは複数のミニ副集合体３００ａの両方を備えてもよい。
【００４７】
図７に示すように、所与のロッドセグメント１１０は、複数の容器集合体６００’をその中に備えてもよい。図７では、容器集合体６００’が、本発明による照射ターゲットに対する他の代替となる形態である「ＢＢ」形態の複数の照射目標を備えてもよい。
【００４８】
したがって、図７に示すように、ロッド集合体１００’が、図２Ａで説明された固定されたサイズのアダプタ副集合体３００に加えて使用されることができる様々なサイズのアダプタミニ副集合体３００ａを備えてもよい。これは、２つ以上の用途を有する単一のマルチジョイントロッド集合体１００’を生成してもよい。このことは、目標内での同位体生成の程度の変動のために、反応炉内で様々なレベルの中性子流束を使用する。
【００４９】
一例として、ロッド集合体１００’が、異なるサイズのロッドセグメント１１０内の様々な位置に複数の照射目標を含み、図１の燃料バンドル１０内基準の全長燃料ロッド１８または部分長ロッド１９と同じ長さを維持している、および／または例えば図１の燃料バンドル１０内の部分長ロッドと同じ長さを有するロッド集合体１００’を提供してもよい。ロッド集合体１００’の異なるロッドセグメント１１０が、ロッド集合体１００’の軸方向長さに沿った異なる接続点で取り外され、かつ／または再接続されてもよい。例えば、所与のロッドセグメント１１０および／またはアダプタミニ副集合体３００ａが、特定のセクションを、その接続点で、またはアンダーカットセクション１６０で、ねじを回して、切断して、および／またはスナップ式に外して、もしくは破壊して緩めることによって取り外されてもよい。
【００５０】
また、図７に示すように、照射目標６２０が、反応炉の場所から受取り顧客までの直接の輸送を容易にする、事前包装された容器集合体６００’内に配置されてもよい。このような事前包装された容器６００’は、目標同位体が固体、液体または気体形態であっても、ロッドセグメント１１０の内部に配置されていても、異なる照射目標材料を含んでもよい。
【００５１】
図８Ａ〜８Ｂは、本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体を示す図であり、図９Ａ〜９Ｂは、ミニ副集合体３００ａをさらに詳細に示している。図８Ａは、雄アダプタプラグ３３０’および雌アダプタプラグ３５０’内への挿入の方向を示している。図８Ｂは、例示的なアダプタ副集合体３００’の一部としての、雄および雌アダプタプラグ３３０’、３５０’の間の接続係合を示している。
【００５２】
図８Ａおよび８Ｂは、図３Ａ〜３Ｂおよび図４Ａ〜４Ｂまたは図９Ａ〜９Ｂに示されているよりも長いアダプタ副集合体３００’を示している。例えば、より長い雄アダプタセグメント３３０’のより長い細長セクション３３８Ａが、必要性が生じた場合、ずっと長い／重いロッドセグメント１１０と互換性があるようにロッドセグメント１１０のより短いセクションの接続を可能にするアダプタ副集合体３００’を提供してもよい。図８Ａでは、図９Ａのミニ副集合体３００ａ内の短い細長セクション３３８Ｂの長さと区別するように、より長い細長セクション３３８Ａの長さが、「ｙ＊ｎ」として示されている。同様に、図８Ｂ内のアダプタ副集合体３００’の全長が、図９Ｂのミニ副集合体３００ａの長さ「ｘ」の整数ｎ倍だけ、または整数ｎを加えた分だけ、図９Ｂでの対応するミニ副集合体３００ａよりも長くてよい。
【００５３】
より小さい、図９Ａ〜Ｂの二部片ミニ副集合体３００ａが、ロッドセグメント１１０のずっと小さい副集合体を生成するためにスペーサ２０（図１に示されている）位置で使用されてもよい。図９Ｂのより小さい２部片アダプタミニ副集合体３００ａが、例えば、図８Ｂに示すより大きい２部片アダプタ副集合体３００’と同じロッド集合体１００’（図７に示されている）で使用されてもよい。
【００５４】
図１０Ａ〜Ｂは、本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のための上側端部部片アダプタを示す図である。図１１Ａ〜Ｂは、本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体の下側端部部片アダプタを示す図である。
【００５５】
図１０Ａ〜１１Ｂは、図５Ａおよび５Ｂに示す端部部片集合体５００の代替となる実施形態を示す図である。図１０Ａおよび１０Ｂは、上側端部部片集合体１０００を示す図である。上側端部部片集合体１０００は、一方の端部に上側端部部片アダプタ副集合体１３３０、および他方の端部にそれと接続された上側端部部片１３１０を備えてもよく、これらは、ねじ山を含んでもよい。図５Ａおよび５Ｂに示した一体型の端部部片集合体５００とは違って、図１０Ａおよび１０Ｂでは、上側端部部片１３１０が、図４Ａおよび４Ｂで説明したように、雌アダプタプラグ３５０と同様の雌アダプタプラグ１３５０に取り付けられている。雌アダプタプラグ１３５０は、上述の図３Ａ〜３Ｂで前述したような雄アダプタプラグ１３３０と係合されてもよい。上側端部部片副集合体１０００が、異なる長さのロッドセグメント１１０を同じ軸長のロッド集合体１００’内で異なる接続点と混合し、適合させることによって、全長ロッドがその上側端部部片１３１０からその底部端部部片２３１０まで、構築されることを可能にする。
【００５６】
同様に、図１１Ａおよび１１Ｂでは、下側端部部片集合体１１００が、下側端部部片２３１０と接続された下側端部部片アダプタ副集合体２３００を備えてもよい。特に、下側端部部片２３１０は、雄アダプタプラグ２３３０に取り付けられ、雄アダプタプラグ２３３０が、例えば、隣接するロッドセグメント１１０に取り付けられた雌アダプタプラグ２３５０と対合する。一態様では、下側端部部片が、ロッドセグメント１１０の下側セクションの取外しの後に使用されてもよい。それによりロッド集合体１００’の残りの軸長が、脱着可能な下側端部部片集合体１１００を使用する追加のサイクルのためにバンドル１０内に留まることができる。
【００５７】
したがって、上側端部部片集合体１０００および下側端部部片集合体１１００が、ロッド集合体１００’内での指定されたロッドセグメント１１０の迅速な修理または取外しを容易にすることができる、再利用可能かつ取外し可能な下側および上側端部部片を提供する。
【００５８】
図１２Ａ〜Ｃは、本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体を示す図である。一般に、アダプタ副集合体３００ｂは、２つのロッドセグメント１１０または１つのロッドセグメント１１０を図２Ａの上側端部部片１２０および下側端部部片１３０のうちの一方と接続するために対応する雌コネクタ３５０”と係合する雄コネクタ３３０”を有するプッシュスナップロッキング機構として理解することができる。雄コネクタ３３０”は、その端部に膨張可能な部材を備えてもよく、雌コネクタ３５０”は、膨張可能な部材を受けるように構成された受け部３５８”を終点とする内部空洞を備えてもよい。
【００５９】
図１２Ａおよび１２ＢはＡ雄コネクタ３３０”および雌コネクタ３５０”、および２つのコネクタ３３０”、３５０”間の接続係合の方向を示している。図１２Ｂに示すように、雄コネクタ３３０”は、雄コネクタ３３０”が対応するロッドセグメント１１０の内部空間内で位置合せすることを補助する溶接位置合せ部材３５５（図２Ｃ示すように）を備えてもよい。雄コネクタ３３０”の他の端部が、雌コネクタ３５０”の対応するボールソケットジョイント装備１２１０内で完全に係合した後終結する、内部空洞３５８”内での接続係合のためのばねプラグバイオネット１２０５を備えてもよい。
【００６０】
図１２Ａは、図１２Ａに示すように、対応するボールソケットジョイント装備１２１０内でばねプラグバイオネット１２０５を受けるように形成されることができる内部空洞３５８”を備える雌コネクタ３５０”を示している。図１２Ｃは、コネクタ副集合体３００ｂの雌３５０”と雄３３０”コネクタの間の接続係合を示している。したがって、ロッドセグメント１１０が、いったん膨張可能なバイオネットプラグばねコレット１２０５が、雌コネクタ３５０”のボールソケットジョイント装備１２１０内で堅固に固定されたあと、単一のロッド集合体１００／１００’に完全に組付けられてもよい。
【００６１】
したがって、図１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃ内のアダプタ副集合体３００ｂは、ロッド集合体１００／１００’の隣接するロッドセグメント１００どうしを接続するためのプッシュスナップ機構を示しており、図２Ａ、２Ｃおよび７に示すようなねじ係合を使用して生じることがある接着の可能性を低減することができる。これは、例えば、セグメント１１０を破壊、スナップまたは切断する必要なく、様々なロッドセグメント１１０の迅速な組立および／または分解をもたらすことができる。
【００６２】
前に説明したように、ロッドセグメント１１０のそれぞれは、その特定のロッドセグメント１１０内の内容物を識別するための識別マークまたは標示をその上に有してもよい。別法として、識別マークは、所与のロッドセグメント１１０内の容器集合体６００／６００’上にラベル付けされてもよい。
【００６３】
別の態様では、所与の雄アダプタプラグ３３０上の図８Ａ〜Ｂおよび９Ａ〜Ｂの細長セクション３３８／３３８Ａ／３３８Ｂのねじの長さは、所与のロッドセグメントが反応炉動作中に取り外されることができないように、十分長くてもよい。一例として、細長セクション３３８／３３８Ａ／３３８Ｂのねじの長さは、それが離れることができないように十分長くてもよい。このことは、所与のロッド長さが反応炉動作中に取り外されることができないことを確実にすることを助ける。
【００６４】
さらなる態様では、雄アダプタプラグ３３０および３３０’、および／または雄コネクタ３３０”が、所与のロッドセグメント１１０の排出を容易にするために同じ方向に方向付けられてもよい。例えば、雄アダプタプラグ３３０、３３０’および／または３３０”を有するセグメント１１０が、セグメント１１０の雄アダプタプラグ／コネクタ３３０、３３０’、３３０”が、例えば、取外し、設置のための適切な工具を把持することを容易にするために、バンドル１０上部に受かって鉛直方向上向きに延びるように、所与のロッド集合体１００／１００’内にすべて装填および／または配置されてもよい。ロッドセグメント１１０が落下した場合、雌アダプタプラグ３５０、３５０’および／または３５０”を有する側部を下にして着地し、それによって、雄端部がスナップするまたは破壊する機会が減少する。
【００６５】
以下の議論のために、同位体生成のための同位体目標を含む燃料ロッドを、たとえそれらのロッドが核燃料を含んでいる可能性があっても、同位体生成ロッドと呼ぶことにし、同位体目標を含まない燃料ロッドを単に燃料ロッドと呼ぶことにする。また、同位体生成ロッドは、上記で議論した実施形態に限定されない。代わりに、燃料バンドル内の燃料ロッドに代替することができるどのような同位体作成ロッドが使用されてもよい。例えば、米国特許出願番号不明、出願日不明（その全体が参照によって本願明細書に組み込まれる、本願発明人による「CROSS-SECTION REDUCING ISOTOPE CANNISTER」）に開示されている同位体生成ロッドが、使用されてもよい。
【００６６】
次に、本発明の実施形態による燃料バンドル内での同位体生成ロッドの配置を議論する。
【００６７】
図１３は、沸騰水型反応炉炉心の四分区間の断面を示している。図示のように、図１に示すような複数の燃料バンドル１０が、配列状に配置されている。燃料バンドル１０の選択された隅部に、炉心監視装置２が配置されている。炉心監視装置２は、炉心内のガンマ放射を測定することができる。例えば、炉心監視装置２の１つは、当技術分野で公知である、ガンマ横断炉心内プローブ（ＴＩＰ）などのガンマ線検知器であってよい。
【００６８】
炉心監視装置２の近傍の燃料ロッドは、これらの装置の応答に対する最大の貢献物であることを、研究が示している。したがって、本発明の第１の実施形態では、同位体生成ロッドが炉心監視装置２からできる限り遠くに配置されている。第１の実施形態に従って同位体生成ロッドを炉心監視装置２から離して配置することによって、同位体によって生成されたガンマ粒子が、同位体と炉心監視装置２の間の材料を通って減衰しなければならない。結果として、同位体生成ロッドは、炉心監視装置２に最小の影響を有し、不正確な読取を防止することを助けることになる。
【００６９】
図１４は、燃料バンドルの横断面図を示している。特に、図１４は、図１３の燃料バンドル１０−１を示している。燃料ロッド（例えば、燃料ロッド１８および／または１９）と同位体生成ロッド（例えば、ロッド１００）の考えられる位置が、図１４に示すように座標で示されている。座標（１０、１０）は、炉心監視装置２に対する燃料バンドルの方向に関わらず炉心監視装置２に最も近い燃料バンドル１０の隅部のロッド位置であることを理解されたい。言い換えれば、（１０、１０）ロッド位置は、燃料バンドル１０−１の下右側隅部であり、（１０、１０）ロッド位置は、燃料バンドル１０−２についての下左側隅部であり、燃料バンドル１０−３についての上右側隅部であり、燃料バンドル１０−４についての上左側隅部である。
【００７０】
第１の実施形態を続けると、同位体作成ロッドで埋められた第１のロッド位置が、（１、１）ロッド位置である。その後、行１および２および列１および２の位置が埋められ、（１０、１０）位置の近くでの炉心監視装置２から可能な最大距離を維持する。
【００７１】
しかし、炉心監視装置２からの距離のみが考慮されるわけではない。他の実施形態では、同位体作成の考慮が、この炉心監視装置の考慮に加えて、または別法として考えられてもよい。同位体作成の考慮は、作成中の放射性同位体のタイプ、放射性同位体の半減期すなわち崩壊の長さ、放射性同位体を生成するための目標同位体の中性子吸収率、作成中の放射性同位体の所望の比放射能、燃料バンドルの異なる領域内での中性子流速の量、目標同位体／放射性同位体が、取外し（すなわち、収穫）までに反応炉内に留まると予想される継続時間などである。すなわち、上記で説明した要素が、生放射性同位体が反応炉から取り外される（すなわち、収穫される）までの生成される所望の特徴を有する放射性同位体の量を決定する。
【００７２】
同位体作成の考慮の影響は、いくつかの例を議論することによってより容易に明らかになるであろう。特に、コバルト−５９からのコバルト−６０の生成を議論し、続いてイリジウム−１９１からのイリジウム−１９２生成の議論をする。しかし、本発明が、これら２つの例に限定されないことを理解されよう。
【００７３】
コバルト−６０の場合、半減期すなわち崩壊の長さは、極めて長く、５．２７年である。また、コバルト−５９の断面は、比較的小さく、１９バーンであり、したがって、コバルト−５９は、中性子のゆっくりした吸収体である。さらに、コバルト−６０の大部分の医療用使用は、より大きな中性子吸収によって達成される高い比放射能を好む。これらの吸収率の点では、高い比放射能を有するより大量のコバルト−６０が、実用的に最長の時間、コバルト−５９を中性子流束の最高の領域内に置くことによって生成されることになる。例えば、反応炉シャットダウンの間の時間、およびしたがって同位体生成ロッドの考えられる収穫の間の時間は、ほぼ１〜２年である。これらの同位体作成の考慮を与えると、同位体生成ロッドを生成するコバルト−６０が、最高の中性子流束の領域内に配置された場合、４〜６年間原子炉内に留まることが、予想される。
【００７４】
公知のように、中性子流束は、燃料バンドルの隅部で最高であり燃料バンドルの中心に向かって半径方向に減少する。したがって、コバルト−６０の生成における炉心監視装置の考慮および同位体生成の考慮がされると、同位体生成ロッドが、一実施形態によると、以下のように配置される。
【００７５】
１本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）ロッド位置の位置。
【００７６】
２本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、および（１０、１）および（１、１０）ロッド位置のいずれかの位置：または、バンドルの斜めの対称性が好ましい場合、（１０、１）および（１、１０）ロッド位置の位置。
【００７７】
３本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）および（１、１０）ロッド位置の位置。
【００７８】
４本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）、（１、１０）、および（２、１）および（１、２）のいずれかのロッド位置の位置。
【００７９】
５本の同位体生成ロッドに対して、（１、１）、（１０、１）、（１、１０）、（２、１）、（１、２）ロッド位置の位置、など。
【００８０】
理解されるように、（１０、１０）ロッド位置は、高い中性子流束の領域内にあるが、炉心監視装置２との近接のため、同位体作成ロッドに対する候補としては回避されていた。しかし、（１０、１０）ロッド位置だけが炉心監視装置２に近いわけではないことを図１３から理解されよう。すなわち、炉心監視装置２に隣接しない燃料バンドル１０がある。結果として、燃料バンドルが、同位体生成ロッドで（１０、１０）ロッド位置（ならびに関連する（１０、２）および（２、１０）位置など）を埋めてもよい。
【００８１】
次に、ニッケル−６２からニッケル−６３を生成する場合を議論する。ニッケル−６３の場合、半減期は極めて長く、９２年である。しかし、ニッケル−６２の断面は、１５バーンでのコバルト−５９の断面と類似している。結果として、ニッケル−６２を配置するための半径方向ロッド位置は、コバルト−５９の位置と同じである。しかし、最大の比放射能を得るための照射の最適時間は、約３５年である。燃料バンドルを３５年間照射することは実用的でないため、最大の燃料集合体寿命は、収穫までの持続時間であることが望ましい。結果として、燃料集合体は、８〜１０年の照射期間を目標とすべきである。
【００８２】
次に、ツリウム−１６９からツリウム−１７０を生成する場合を議論する。ツリウム−１７０の場合、半減期は、約１３４日である。しかし、ツリウム−１６９の断面は、前の例よりもずっと大きく、１２５バーンである。吸収率と崩壊速度のこの組合せは、高い中性子流束（コバルト−６０参照）の位置である好ましい構成を特定するが、１年間で設計され、１年サイクルの燃料取替作業で理想的である。
【００８３】
次に、イリジウム−１９１からイリジウム−１９２を生成する場合を説明する。イリジウム−１９２の場合、半減期すなわち崩壊の長さは、極めて短く７４．２日である。また、イリジウム−１９１の断面は、７５０バーンで比較的大きく、したがって、イリジウム−１９１は中性子の高速吸収体である。さらに、イリジウム−１９１の大部分の医療用用途は、より大きい中性子吸収で達成される、より高い比放射能を好む。上記で議論したように、反応炉のシャットダウンの間の時間、およびしたがって、同位体生成ロッドの考えられる収穫の間の時間は、ほぼ１〜２年である。イリジウム−１９２の短い半減期およびイリジウム−１９１の高速中性子吸収特性が与えられると、燃料バンドルの高い中性子流束領域内に配置される場合でさえも４ヶ月で同位体生成ロッドを生成するイリジウム−１９２を収穫することが好ましいであろう。しかし、収穫の実用的な考慮がされると、同位体生成ロッドを生成するイリジウム−１９２が、１〜２年間原子炉内に留まってもよいことが予想される。したがって、同位体生成ロッドを生成するイリジウム−１９２を、下側の中性子流束位置内の燃料バンドルの領域内に配置することが望ましい。イリジウム−１９２生成同位体生成ロッドが、高い中性子流束の領域内に配置された場合、４〜６年の収穫時間が与えられると、イリジウム−１９１の大部分が、イリジウム−１９２に変換されすでに他の材料に崩壊されてしまうため、極めて少ないイリジウム−１９２が存在することになる。
【００８４】
上記で議論したように、中性子流束は、燃料バンドルの隅部で最高であり、燃料バンドルの中心に向かって放射状に減少する。平均中性子流束よりもわずかに高い位置は、ウォーターロッドのため、ウォーターロッド位置のすぐ近くに存在する。したがって、炉心監視装置の考慮およびイリジウム−１９２の作製のための同位体作成の考慮がされると、同位体生成ロッドが、一実施形態によると、以下のように配置される。
【００８５】
１本の同位体生成ロッドに対して、（３、３）および（８、８）ロッド位置の位置。
【００８６】
２本の同位体生成ロッドに対して、（３、３）および（８、８）ロッド位置の位置。
【００８７】
３から６本の同位体生成ロッド位置に対して、（３、３）、（３、４）、（４、３）、（８、８）、（８、７）、および／または（７、８）ロッド位置の位置など。
【００８８】
上記の例から理解されるように、様々な要素が、原子炉内での同位体生成ロッドの配置に影響を与える。例えば、作成中の放射性同位体の半減期が長いほど、同位体生成ロッドが、より大きな中性子流束の領域内に配置されることになる。同様に、作成中の放射性同位体の半減期が短いほど、同位体生成ロッドが、より小さな中性子流束の領域内に配置されることになる。しかし、短い半減期の放射性同位体でさえも、同位体生成ロッドが原子炉内に留まると予想される持続時間が半減期と同等に短い場合には、それらの同位体生成ロッドが、より高い中性子流束の領域内に配置される可能性がある。またさらに、短い半減期の放射性同位体でさえも、それらの中性子吸収率が同等に低い場合には、それらの同位体生成ロッドが、より高い中性子流束の領域内に配置される可能性がある。さらに、生成される放射性同位体の量でより高い比放射能を得るために、より少量の放射性同位体を生成することが望ましいこともある。したがって、このことは下側の中性子流束領域内に同位体生成ロッドを配置することに緩和してもよい。
【００８９】
本発明の例示的な実施形態がこのように説明されたが、それが様々に変化してもよいことは、明らかであろう。例えば、同位体生成の考慮の間の相対的な関係のいくつかが、上記で簡潔に述べられたが、より多くのものは、この開示に基づいて当業者に明らかになるであろう。このような変形形態は、本発明の例示的な実施形態の精神および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、当業者なら明らかであろうこのような修正のすべては、頭記の特許請求の範囲内に含まれることを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】原子炉の例示的な燃料バンドルを示す図である。
【図２Ａ】本発明の例示的な実施形態による燃料バンドルのためのロッド集合体を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａのマルチセグメント燃料ロッドを示す図である
【図２Ｃ】ロッド集合体をさらに詳細に示す図２Ａの一部分の分解図である。
【図３Ａ】本発明の例示的な実施形態によるロッド集合体の雄アダプタ副集合体を示す透視図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施形態によるロッド集合体の雄アダプタ副集合体を示す側面図である。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態による雌アダプタ副集合体を示す透視図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による雌アダプタ副集合体を示す側面図である。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態によるロッド集合体の例示的な下側端部部片の透視図である。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態によるロッド集合体の例示的な下側端部部片の側面図である。
【図６Ａ】本発明の例示的な実施形態による、ロッド集合体の所与のロッドセグメント内へ挿入するように構成された内容物を備える例示的な容器集合体を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、ロッド集合体の所与のロッドセグメント内へ挿入するように構成された内容物を備える例示的な容器集合体を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、ロッド集合体の所与のロッドセグメント内へ挿入するように構成された内容物を備える例示的な容器集合体を示す図である。
【図６Ｄ】本発明の例示的な実施形態による、ロッド集合体の所与のロッドセグメント内へ挿入するように構成された内容物を備える例示的な容器集合体を示す図である。
【図６Ｅ】本発明の例示的な実施形態による、ロッド集合体の所与のロッドセグメント内へ挿入するように構成された内容物を備える例示的な容器集合体を示す図である。
【図７】本発明の他の例示的な実施形態による燃料バンドルのためのロッド集合体を示す図である。
【図８Ａ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体を示す図である。
【図９Ａ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのミニ副集合体を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのミニ副集合体を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のための上側の端部プラグアダプタを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のための上側の端部プラグアダプタを示す図である。
【図１１Ａ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のための下側の端部プラグアダプタを示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のための下側の端部プラグアダプタを示す図である。
【図１２Ａ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体を示す図である。
【図１２Ｃ】本発明の他の例示的な実施形態によるロッド集合体のためのアダプタ副集合体を示す図である。
【図１３】沸騰水型反応炉の炉心を示す図である。
【図１４】燃料バンドルの横断面図を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
２  炉心監視装置
１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４  燃料バンドル
１２  外側チャネル
１４  上側タイプレート
１６  下側タイプレート
１８  燃料ロッド（全長）
１９  部分長燃料ロッド
２０  スペーサ
２２  ウォーターロッド
２４  ウォーターロッド
３４  フランジ
３６  フランジ
５０Ａ〜Ｄ  塵受け領域
１００  ロッド集合体
１１０、１１０ａ、１１０ｂ  ロッドセグメント
１１５  接続点
１２０  上側端部部片
１５５  溶接ジョイント
１６０  アンダーカットセクション
２００  スペーサ部分
３００  アダプタ副集合体
３００ａ  ミニ副集合体
３００’  長いアダプタ副集合体
３３０、３３０’  雄アダプタプラグ
３３０”  雄コネクタ
３３２  雄アダプタプラグ第１端部
３３３  円筒形セクション（雄）
３３４  雄アダプタプラグ第２端部
３３６  円錐状端部
３３８  細長セクション
３３８Ａ  長い細長セクション
３３８Ｂ  短い細長セクション
３３９  中間部材
３５０、３５０’  雌アダプタプラグ
３５０”  雌コネクタ
３５２  雌アダプタプラグ第１端部
３５３  円筒形部分（雌）
３５４  雌アダプタプラグ第２端部
３５５  溶接位置合せ部材
３５６  対合ねじ山
３５７  ナット状のくぼみ
３５８、３５８’  空洞
３５９  凹状傾斜部分
３６０  くぼんだ破壊線
３８０  傾斜縁部
５００  端部部片集合体
５０５  下側端部プラグ部分
５３０  端部部片アダプタ副集合体
６００  容器集合体
６０１  外部ねじ山
６０２  Ｏリング
６０３  パイロット孔
６１０  容器
６１１  容器端部
６１２  容器端部
６１３  密封位置
６２０  照射目標
６３０  端部プラグ
６４０  ばね
１０００  上側端部プラグ集合体
１１００  下側端部プラグ集合体
１２０５  ビヨネットプラグばねコレット
１２１０  ボールソケットジョイント装備
１３００  上側端部プラグアダプタ副集合体
１３１０  上側端部プラグ
１３３０  雄アダプタプラグ
１３５０  雌アダプタプラグ
２３００  アダプタ副集合体
２３３０  雄アダプタプラグ
２３５０  雌アダプタプラグ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８Ａ】
2009133855.tif 000019
【図８Ｂ】
2009133855.tif 000020
【図９Ａ】
2009133855.tif 000021
【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
2009133855.tif 000023
【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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