ОБЛУЧАТЕЛЬНАЯ СБОРКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ МЕДИЦИНСКИХ ИЗОТОПОВ В АТОМНОМ КАНАЛЬНОМ РЕАКТОРЕ

Полезная модель относится к области ядерной энергетики, касается, в частности, конструкций облучательных устройств ядерных канальных реакторов и может быть использована для облучения мишеней с ураном или другим веществом для получения радиоактивных изотопов, применяемых при изготовлении радиофармпрепаратов для диагностики и терапии в медицине.
В настоящее время широко используются радиоактивные источники, полученные в процессе облучения исходных материалов в ускорителях (Вестник Radentcy-Euroasia №1 (7). М.Д993) и ядерных реакторах (В.А.Цыканов, Б.В.Самсонов «Техника облучения в реакторах с высоким нейтронным потоком. М., Атомиздат, 1993.). Известны также экспериментальные конструкции звеньев облучательных устройств реактора БН-600, используемые для получения радиоактивного кобальта-60. В данных конструкциях стартовый материал в виде таблеток помещен в ампулы из нержавеющей стали (В.В.Мальцев, А.И.Карпенко, И.А.Лернов, В.В.Головин «Опыт наработки радионуклида Со-60 в быстром натриевом реакторе БН-600 большой мощности». - Конверсия в машиностроении, №3, 2000. Известно также облучательное устройство ядерного канального реактора в виде стержня дополнительного поглотителя (патент №2107957, МКИ G21С 7/10). Поглотитель нейтронов содержит несущий элемент, на котором закреплены звенья (мишени) с ампулами, полностью заполненные таблетками кобальта-59 с покрытием из нитрида титана, соприкасающимися основаниями. Ампулы зафиксированы от выпадения стопорными пружинами. В материлах Международной научно-технической конференции «Использование реактора: наука и технология». Тезисы докладов ГНЦ РФ НИИАИР, Димитровград, 2001, с.207. описана облучательная сборка, состоящая из проточного контейнера и расположенных в нем стопкой монокристаллов любого облучаемого материала. Через контейнер снизу вверх пропускают воду от системы охлаждения. Корпус контейнера выполнен из алюминия, так как он незначительно ослабляет поток тепловых нейтронов.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является конструкция облучательной сборки, представленной в патенте на полезную модель РФ №38249. Сборка состоит из нескольких, расположенных стопкой внутри проточного контейнера мишеней с облучаемым материалом. В данном патенте мишень состоит из облучаемого материала, покрытого несколькими слоями фольгированного металла, например, алюминиевой фольги (мягкий корпус). Облучательная сборка снабжена узлом подвески для ее транспортирования.
Недостатками ближайшего аналога являются:
невозможность прямого использования облучаемого материала для производства радиоактивных источников из-за значительного поверхностного загрязнения, так как использование мягкого корпуса из фольги не гарантирует от проникновения радиоактивного теплоносителя к облучаемому материалу;
возможность загрязнения теплоносителя реактора радионуклидами, которые образуются при облучении мишени потоком нейтронов;
сложность сборки, разборки и транспортировки облучательного устройства.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит:
в обеспечении непосредственного использования облучаемого материала для производства закрытых радионуклидных источников и исключения риска выхода радионуклидов в теплоноситель реактора;
в ускорении и облегчении процесса сборки, разборки, транспортировки облучательного устройства;
в облегчении процесса разборки и транспортировки облучаемой мишени.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что в облучательной сборке для получения радиоактивных медицинских изотопов в атомном канальном реакторе, состоящей из нескольких мишеней, размещенных тандемно внутри проточного контейнера с подвеской, предложено мишени снабдить индивидуальными подвесками и образовать их из стаканов, установленных концентрично с зазором, а облучаемый материал поместиь в этот зазор, при этом сами мишени внутри проточного контейнера разместить в защитном герметичном контейнере, снабженном гофром и предохранительным клапаном.
Данная конструкция облучательной сборки значительно превосходит ту, которая представлена в ближайшем аналоге по радиационной безопасности, так как в нее введена дополнительная защита - защитный контейнер, который исключает попадание радиоактивных продуктов в контур охлаждения реактора при нарушении герметичности мишеней. Облучаемый материал находится в более однородном температурном поле, так как на защитном контейнере происходит выравнивание температуры воды за счет его высокой теплопроводности. Повышение температуры и давления внутри защитного контейнера не вызывает его разрушения и загрязнения контура охлаждения реактора, так как контейнер снабжен гофром, удлинение которого приводит к увеличению свободного объема. Если увеличение свободного объема окажется недостаточным, срабатывает предохранительный клапан. Так как вышележащие мишени опираются на подвески нижележащих мишеней, значительно снижается экранирование нейтронного потока, падающего на мишени. Выполнение мишени в виде двух стаканов различного диаметра, размещенных концентрично друг другу, упрощает снаряжение мишени и извлечение облучаемого материала из нее. Такая конструкция мишени исключает просыпание облученного материала при ее разборке, так как наружный стакан при этом выполняет роль поддона, куда собираются опавшие частички облученного материала, что исключает необходимость химической дезактивации.
Графический материал, поясняющий сущность полезной модели, представлен на фиг.1, 2, где на фиг.1 дано сечение облучательной сборки, а на фиг.2 изображена конструкция мишени. Облучательная сборка (фиг.1) включает защитный контейнер 1, предназначенный для загрузки в него облучательных мишеней 2. Контейнер защитный 1, заполненный мишенями 2, помещают в облучательный контейнер 3, который выполнен в виде трубы. В нижней части облучательного контейнера 3 закреплен направляющий конус 4 с отверстиями 5 для прохода охлаждающей воды. В верхней части облучательного контейнера 3 расположен захват 6 узла подвески 7, который подсоединяется к крюку крана (на фиг.1, 2 не показан). На стенке облучательного контейнера 3 выполнены отверстия 8 для поступления охлаждающей воды. Защитный контейнер в верхней части снабжен гофром 9 и закрыт герметично крышкой 10, в которой установлен предохранительный клапан 11. Защитный контейнер 1 центрируется в облучательном контейнере 3 посредством центраторов 12. Мишень (фиг.1, 2) состоит из стаканов 13, 14 разных диаметров, установленных концентрично. Зазор между боковыми стенками стаканов заполнен облучаемым материалом 15, например, окисью урана. Торец мишени закрыт крышкой 16, с приваренным узлом подвески мишени 17, посредством которого с помощью крана производится загрузка и выгрузка мишени. После облучения мишеней до необходимого флюенса в облучательном канале контейнер облучательный 3 извлекают из облучательного канала реактора и помещают в бассейн выдержки, снимают подвеску 7 с захватом 6, а затем герметизирующую крышку защитного контейнера 1. Затем извлекают мишени 2 и загружают их в транспортный контейнер. Транспортный контейнер направляют на переработку мишеней 2 для извлечения облучаемого материала 15.
Предложенное техническое решение позволяет напрямую использовать извлеченный из мишеней облученный материал в качестве готовых радиоактивных источников, исключить риск выхода радионуклидов в теплоноситель реактора, увеличить степень безопасности при обращении с радиоактивными материалами, надежно фиксировать мишень с облученным материалом при выполнении транспортно-технологических операций.