УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОНЦИЯ-82
APPARATUS FOR PRODUCING STRONTIUM-82

Изобретение относится к радиохимии и производству радиоизотопов для ядерной медицины.
Известно устройство для получения стронция-82, состоящее из облученной в потоке ускоренных заряженных частиц мишени, представляющей собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, изделий из материала, сорбирующего стронций-82 и не взаимодействующего с расплавленным рубидием, и нагревателей, поддерживающих оптимальный температурный режим сорбции, при котором температура расплавленного рубидия отличается от температуры сорбента (Б.Л. Жуйков, С.В. Ермолаев, В.М. Коханюк, Патент RU 2356113).
Недостатки известного устройства:
- сложность нагревателей, обеспечивающих оптимальный температурный режим сорбции, при котором температура расплавленного рубидия отличается от температуры сорбента;
- устройство не оснащено оборудованием для очистки стронция-82 от активных и неактивных примесей;
- устройство не оснащено оборудованием для выполнения опасной операции по утилизации облученного рубидия.
Наиболее близким по технической сущности заявленному устройству является устройство для получения стронция-82, состоящее из нагревателя и изолирующей камеры, заполняемой газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, в которой установлены облученная в потоке ускоренных заряженных частиц мишень, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, и держатель облученной мишени (Б.Л. Жуйков, В.М. Коханюк, В.Н. Глущенко и др., Радиохимия, 1994, том 36, с.494-498).
Недостаток известного устройства:
- известное устройство предназначено для реализации сложной, взрывоопасной и пожароопасной технологии радиохимического получения стронция-82, использующей органический растворитель.
Для исключения указанного недостатка в устройстве для получения стронция-82, состоящем из нагревателя и изолирующей камеры, заполняемой газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, в которой установлены облученная в потоке ускоренных заряженных частиц мишень, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, и держатель облученной мишени, предлагается в изолирующей камере установить химический реактор, с корпусом которого соединить трубопроводы подачи в химический реактор расплавленного металлического рубидия, закиси азота, раствора азотной кислоты, и трубопровод выдачи из химического реактора полученного раствора солей рубидия.
В частном случае исполнения устройства предлагается:
- на трубопроводе подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор установить клапан;
- изолирующую камеру теплоизолировать.
На фигуре представлено устройство для получения стронция-82.
На фигуре приняты следующие обозначения: 1 - держатель облученной мишени; 2 - душевая насадка, 3(1)÷3(8) - запорные вентили; 4 - изолирующая камера; 5 - инструмент для вскрытия оболочки облученной мишени; 6 - клапан; 7 - мановакууметр; 8 - мерная колба; 9 - нагреватель; 10 - облученная мишень; 11 - разбрызгиватель расплавленного рубидия; 12 - теплоизоляция; 13 - термометр; 14 - трубопровод вакуумирования химического реактора; 15 - трубопровод выдачи раствора солей рубидия из химического реактора; 16 - трубопровод подачи в изолирующую камеру газа, не взаимодействующего с рубидием; 17 - трубопровод подачи закиси азота в химический реактор; 18 - трубопровод подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор; 19 - трубопровод подачи раствора азотной кислоты в химический реактор; 20 - трубопровод подачи сжатого воздуха в химический реактор; 21 - трубопровод, соединяющий химический реактор с вытяжной вентиляцией; 22 - трубопровод, соединяющий химический реактор со спецканализацией; 23 - химический реактор.
Устройство для получения стронция-82 состоит из нагревателя 9 и изолирующей камеры 4, заполняемой газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, в которой установлены облученная в потоке ускоренных заряженных частиц мишень 10, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, и держатель 1 облученной мишени 10 и установленный в изолирующей камере 4 химический реактор 23, с корпусом которого соединены трубопроводы подачи в химический реактор 23 расплавленного металлического рубидия 18, закиси азота 17, раствора азотной кислоты 19, и трубопровод 15 выдачи из химического реактора 23 полученного раствора солей рубидия.
Нагреватель 9 предназначен для нагревания всего внутреннего объема изолирующей камеры 4 до температуры большей температуры плавления рубидия. Нагреватель 9 может быть размещен внутри изолирующей камеры и представлять собой фен, который будет нагревать газ, заполняющий камеру, создавать его циркуляцию и нагревать им оборудование внутри камеры. Изолирующая камера 4, заполняемая газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, предназначена для размещения оборудования и безопасного вскрытия в ней мишени 10, облученной в потоке ускоренных заряженных частиц. Облученная мишень 10, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, предназначена для накопления в ней стронция-82, образующегося в металлическом рубидии под воздействием ускоренных заряженных частиц. Держатель 1 предназначен для закрепления облученной мишени 10 перед ее вскрытием. Химический реактор 23 предназначен для получения в нем раствора солей рубидия.
Трубопровод 18 предназначен для подачи в химический реактор 23 расплавленного металлического рубидия, трубопровод 17 - для подачи в химический реактор 23 закиси азота, трубопровод 19 - для подачи в химический реактор 23 раствора азотной кислоты, а трубопровод 15 - для выдачи из химического реактора 23 полученного раствора солей рубидия.
В частных случаях исполнения устройства для получения стронция-82:
- на трубопроводе 18 подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор 23 может быть установлен клапан 6;
- изолирующая камера 4 может быть теплоизолирована теплоизоляцией 12.
Кроме того, в состав устройства могут входить следующие элементы:
душевая насадка 2, запорные вентили 3(1)÷3(8), инструмент 5 для вскрытия облученной мишени, мановакууметр 7, мерная колба 8, разбрызгиватель 11 расплавленного рубидия, термометр 13, трубопровод 14 вакуумирования химического реактора 23, трубопровод 16 подачи в изолирующую камеру 4 газа, не взаимодействующего с рубидием; трубопровод 20 подачи сжатого воздуха в химический реактор 23; трубопровод 21, соединяющий химический реактор 23 с вытяжной вентиляцией, трубопровод 22, соединяющий химический реактор 23 со спецканализацией.
Клапан 6 предназначен для подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор 23 по трубопроводу 18. Теплоизоляция 12 предусмотрена для сохранения тепла в изолирующей камере 4. Запорные вентили 3(1)÷3(8) предназначены для переключений оборудования при выполнении технологических операций. Инструмент 5 используют для вскрытия облученной мишени 10. Мановакууметр 7 предназначен для измерения давления в химическом реакторе 23. Мерная колба 8 предусмотрена для подачи раствора азотной кислоты в химический реактор 23. Разбрызгиватель 11 предназначен для разбрызгивания расплавленного рубидия в химическом реакторе 23. Термометр 13 (1) предусмотрен для измерения температуры, одинаковой во всем объеме изолирующей камеры 4, а термометр 13 (2) - для измерения температуры в химическом реакторе 23. Трубопровод 14 используют для вакуумирования химического реактора 23 и тем самым создания необходимого перепада давления между химическим реактором 23 и вскрытой облученной мишенью 10 перед подачей в химический реактор 23 расплавленного рубидия. Трубопровод 16 предназначен для подачи в изолирующую камеру 4 газа, не взаимодействующего с рубидием, перед вскрытием облученной мишени 10, трубопровод 20 - для подачи сжатого воздуха в химическом реакторе 23 с целью выдавливания из него растворов, трубопровод 21 предназначен для соединения химического реактора 23 с вытяжной вентиляцией, а трубопровод 22 предназначен для соединения химического реактора 23 со спецканализацией.
Устройство работает следующим образом.
Заполненную металлическим рубидием мишень 10 облучают в потоке ускоренных протонов. Помещают облученную мишень 10 в изолирующую камеру 4 и устанавливают ее в держатель 1. Открывают запорный вентиль 3(3) и заполняют изолирующую камеру 4 аргоном по трубопроводу 16. Вскрывают оболочку облученной мишени 10 инструментом 5.
Включают электроплитку 9 и нагревают оборудование и весь объем в изолирующей камере 4 до температуры 45 градусов по термометру 13 (1). Открывают запорный вентиль 3 (1) и откачивают по трубопроводу 14 воздух из химического реактора 23 до давления 1 мм рт.ст. по мановакуумметру 7. Опускают открытый конец трубопровода 18 в облученную мишень 10. Закрывают запорный вентиль 3 (1), открывают электромагнитный клапан 6 и передавливают давлением аргона облученный рубидий из мишени 10 в химический реактор 23. При поступлении облученный рубидий распределяется на внутренних поверхностях химического реактора 23 разбрызгивателем 11. Закрывают электромагнитный клапан 6.
Открывают запорный вентиль 3 (4) и подают в химический реактор 23 по трубопроводу 17 закись азота порциями, по меньшей мере, до прекращения роста температуры в химическом реакторе 23 по термометру 13 (2) при подаче свежей порции закиси азота. Закрывают запорный вентиль 3 (4). В результате взаимодействия закиси азота и рубидия на внутренних поверхностях химического реактора 23 образуются взрывобезопасные и пожаробезопасные соли рубидия.
Открывают запорный вентиль 3 (7) для соединения химического реактора по трубопроводу 21 со спецвентиляцией. Открывают запорный вентиль 3 (5) и подают в химический реактор 23 по трубопроводу 19 из мерной колбы 8 3 М раствор азотной кислоты, контролируя давление по мановакуумметру 7. Душевая насадка 2 будет распределять раствор азотной кислоты по внутренним поверхностям химического реактора. Раствор азотной кислоты растворит соли рубидия на внутренних поверхностях химического реактора 23 и весь стечет на его дно. Закрывают вентиль 3 (5).
Открывают запорные вентили 3 (2) и 3 (6) и полученный раствор из химического реактора 23 по трубопроводу 15 подают на сорбцию стронция-82. Закрывают запорные вентили 3 (2) и 3 (6). Открывают вентиль 3 (7).
Заполняют химический реактор 23 из мерной колбы 8 дезактивирующим раствором. Выполняют дезактивацию химического реактора 23. Закрывают вентиль 3 (7). Открывают вентили 3 (6) и 3 (8) и сливают дезактивирующий раствор в спецканализацию.
Пример конкретного исполнения устройства для получения стронция-82.
Облученная в потоке ускоренных частиц мишень 10 представляет собой стальную оболочку диаметром 20 мм, заполненную 20 г металлического рубидия. Содержание стронция-82 в облученной мишени 10 составляет 40 ГБк.
Объемы изолирующей камеры 4 и химического реактора 23, изготовленные из нержавеющей стали, равны соответственно 40 и 3 литрам.
В качестве нагревателя 9 выбрана электроплитка.
Все трубопроводы изготовлены из нержавеющей стали.
На трубопроводе 18 подачи в химический реактор 23 расплавленного металлического рубидия установлен электромагнитный клапан 6.
Корпус изолирующей камеры 4 снаружи закрыт каолиновой ватой.
Достигнут технический результат изобретения, упрощена технология получения стронция-82 и повышена ее безопасность за счет того, что в технологическом процессе не используется органический растворитель, а облученный металлический рубидий переводится во взрывобезопасные и пожаробезопасные соли рубидия.