ПРОИЗВОДСТВО МОЛИБДЕНА-99 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
PRODUCTION OF MOLYBDENUM-99 WITH USE OF ELECTRON BEAMS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам, системам и устройству для производства молибдена-99. Более конкретно, настоящее изобретение относится к производству молибдена-99 из мишеней, содержащих молибден-100, с использованием мощных линейных ускорителей электронов.
Уровень техники
99m
99m
99m
99m
99
99m
99
99
99
99
99
99
Технеций-99m (далее - Tc) является одним из наиболее широко используемых радиоактивных индикаторов в диагностических процедурах ядерной медицины. Tc повседневно используется для обнаружения различных форм рака, для электрокардиограмм сердца, снятых во время физических упражнений с нагрузкой, для определения плотности костей, для создания изображений выбранных органов и для других диагностических исследований. Tc излучает легко обнаруживаемое гамма-излучение 140 кэВ и имеет период полураспада, приблизительно составляющий только 6 часов, таким образом, ограничивая действие радиации на пациентов. Вследствие очень короткого периода полураспада, медицинские центры, оборудованные ядерными медицинскими средствами, получают Tc в результате атомного распада родительского изотопа молибдена-99 (далее - Мо), используя генераторы Tc. Мо имеет относительно длинный период полураспада, составляющий 66 часов, который позволяет транспортировать этот изотоп по всему миру в медицинские центры из установок с ядерными реакторами, в которых крупномасштабное производство Мо производится путем деления ядра высокообогащенного урана 235. Проблема ядерного получения Мо состоит в том, что поставки этого материала по всему миру происходят из пяти ядерных реакторов, которые построены в 1960 годы и в настоящее время приближается окончание срока их службы. Почти две трети мировых поставок Мо в настоящее время производится из двух реакторов: (1) национального исследовательского универсального реактора, находящегося в лаборатории Chalk River в Онтарио, Канада, и (2) ядерного реактора Petten в Нидерландах. В последние несколько лет имеется значительный дефицит Мо вследствие запланированных или незапланированных остановок на обоих главных реакторах, производящих этот материал. Вследствие этого возник серьезный дефицит материала для медицинского оборудования, в пределах нескольких недель остановки реактора, что приводит к значительному уменьшению материала для медицинского диагностического тестирования, и также к увеличению производственной нагрузки на оставшиеся ядерные реакторы. Хотя оба реактора в настоящее время снова в активном состоянии, существует большая неопределенность во всем мире в отношении надежности долговременных поставок Мо.
Сущность изобретения
99
100
Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения относятся к устройству, системам и процессам для производства молибдена-99 (Мо) из молибдена-100 (Мо) путем облучения электронами с высокой энергией с помощью линейных ускорителей. Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к системам для осуществления способов по настоящему изобретению. Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к устройству, содержащему системы по настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретения будет описываться со ссылками на следующие чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид в перспективе, иллюстрирующий вариант системы по настоящему изобретению, показанной с установленным защитным экранирующим ограждением.
Фиг. 2 - вид в перспективе варианта системы, показанной на фиг. 1, в которой удалено защитное экранирующее ограждение.
Фиг. 3 - вид сбоку варианта системы, показанной на фиг. 2, с удаленным защитным экранирующим ограждением с линейным ускорителем системы.
Фиг. 4 - вид сверху варианта системы, показанной на фиг. 3.
Фиг. 5 - вид с торца фиг. 3, показанный со стороны линейного ускорителя.
Фиг. 6(A) - вид в перспективе, показывающий узел мишеней варианта системы с фиг. 2, частично освобожденный от защитного экранирующего ограждения, а фиг. 6(B) - вид в перспективе, показывающий открытый узел мишеней.
Фиг. 7 - вид сбоку узла перемещения мишеней (перпендикулярный электронному пучку, генерируемому линейным ускорителем).
Фиг. 8 - вид спереди узла перемещения мишеней, показывающий впускное отверстие для пучка тормозных фотонов, генерируемого из электронного пучка линейного ускорителя.
Фиг. 9 - вид сбоку в разрезе узла перемещения мишеней, показанного на фиг. 8.
Фиг. 10 - вид сверху в разрезе узла перемещения мишеней, показанного на фиг. 8, в месте соединения компонента стойки охлаждения и кожуха для канала пучка.
Фиг. 11 - вид сверху в разрезе узла перемещения мишеней, показанного на фиг. 8, на котором преобразователь энергии и держатель мишеней установлены в канале пучка.
100
Фиг. 12 - схематическая иллюстрация преобразования электронного пучка высокой энергии в поток тормозных фотонов для облучения множества мишеней Мо.
Фиг. 13 - в увеличенном масштабе вид сбоку в разрезе с фиг. 9, показывающий установленные преобразователь энергии и держатель мишеней.
Фиг. 14 - в увеличенном масштабе вид сверху в разрезе с фиг. 11, показывающий установленные преобразователь энергии и держатель мишеней.
Фиг. 15(A) - вид в перспективе варианта держателя мишеней, фиг. 15(B) - вид сбоку в разрезе держателя мишеней.
Фиг. 16(A) - вид в перспективе сверху варианта трубки охлаждения, фиг. 16(B) - вид в перспективе снизу трубки охлаждения, и фиг. 16(C) - вид сбоку в разрезе трубки охлаждения.
Фиг. 17(A) и 17(B) показывают другой вариант трубки охлаждения по изобретению, установленной в узле мишеней с фиг. 9.
Фиг. 18(A) и 18(B) показывают трубку охлаждения с фиг. 17, зафиксированную на месте, в узле мишеней.
Фиг. 19 - вид в перспективе варианта устройства для перемещения молибдена с дистанционным управлением, установленного на защитном экранирующем ограждении секции узла мишеней варианта системы, изображенной на фиг. 1.
Фиг. 20 - вид в перспективе варианта основания опоры рамы для варианта устройства перемещения молибдена с дистанционным управлением, показанного на фиг. 19.
Фиг. 21 - вид в перспективе варианта поддона загрузочно-разгрузочного устройства, который взаимодействует с основанием для опоры рамы, показанным на фиг. 20.
Фиг. 22 - вид в перспективе варианта экранирующего контейнера, который может устанавливаться на поддон загрузочно-разгрузочного устройства, показанный на фиг. 21.
Фиг. 23 - другой вид в перспективе варианта устройства для перемещения молибдена с дистанционным управлением, показанного на фиг. 19.
Фиг. 24(A) - вид в перспективе варианта захватывающего компонента из устройства для перемещения молибден с дистанционным управлением, показанного на фиг. 19 и 23, показан в положении зацепления с крюком крана, а фиг. 24(B) - вид сбоку в разрезе варианта захватывающего компонента, когда он входит в зацепление с держателем молибденовых мишеней.
Фиг. 25 - вид в перспективе варианта опрокидывающейся стойки для соединения и отсоединения устройства для перемещения молибдена с дистанционным управлениям, показанной на фиг. 19 и 23, опрокидывающаяся стойка конфигурирована с возможностью вмещения и удерживания узла трубки охлаждения.
Фиг. 26 - горизонтальный вид в разрезе опрокидывающейся стойки, показанной на фиг. 25.
Осуществление изобретения
99
100
Варианты осуществления изобретения относятся к системам, устройству и процессам для производства Мо из мишеней Мо с использованием электронных пучков высокой энергии, генерируемых линейным ускорителем.
Линейный ускоритель частиц (часто называемый «линак» (linac)) является ускорителем частиц, который значительно увеличивает скорость заряженных субатомных частиц путем воздействия на заряженные частицы последовательностью колебательных электрических потенциалов вдоль линейного канала пучка. Генерирование электронных пучков ускорителем заряженных частиц в целом требует использования следующих элементов: (1) источник генерирования электронов, обычно это катод, (2) источник высокого напряжения для первоначальной инжекции электронов в (3) вакуумированную полую трубку, длина которой будет зависеть от требуемой энергии электронного пучка, (4) множество электрически изолированных цилиндрических электродов, расположенных вдоль длины трубки, (5) источник радиочастотной энергии для питания каждого из цилиндрических электродов, т.е. по одному источнику энергии на электрод, (6) множество квадрупольных магнитов, окружающих вакуумированную трубку, для фокусирования электронного пучка, (7) соответствующая мишень, и (8) система охлаждения для охлаждения мишени во время облучения электронным пучком. Линейные ускорители повседневно используются для различных целей, таких как генерирование рентгеновских лучей, а также для генерирования электронных пучков высокой энергии для радиационной терапии пациентов с раковыми заболеваниями.
Линейные ускорители также широко используются в качестве инжекторов Для ускорителей высокой энергии, таких как синхротроны, а также могут использоваться непосредственно для получения возможной наиболее высокой кинетической энергии для легких частиц, с тем чтобы использовать их в физике элементарных частиц, через тормозное излучение. Тормозное излучение - это электромагнитное излучение, генерируемое при торможении заряженной частицы, когда она отклоняется другой заряженной частицей, как правило, электрона под действием атомного ядра. Движущийся электрон теряет кинетическую энергию, которая преобразуется в фотон вследствие преобразования энергии. Тормозное излучение имеет непрерывный спектр, который становится более интенсивным, и пик интенсивности спектра смещается в направлении более высоких частот по мере увеличения изменения энергии ускоренных электронов.
100
100
99
100
99
100
100
99
99
100
100
Однако специалистам в данной области техники казалось, что использование электронных линейных ускорителей для генерирования фотонов высокой энергии через тормозное излучение для дальнейшего производства радиоизотопов через фотоядерную реакцию является неэффективным способом получения радиоизотопов, поскольку электромагнитные взаимодействия электронов с ядрами обычно являются значительно меньшими, чем сильные взаимодействия с протонами в качестве падающих частиц. Однако мы определили, что Мо имеет широкий «гигантский дипольный резонанс» (ГДР) для фотонейтронных реакций с энергией фотонов около 15 МэВ, что приводит в значительному увеличению сечения реакции между Мо и Мо. Кроме того, радиационная длина фотона высокой энергии, в диапазоне от 10 до 30 МэВ, в Мо составляет около 10 мм, что значительно больше, чем эта длина для протона той же самой энергии. Следовательно, эффективная толщина мишени также намного больше для фотонейтронных реакций по сравнению с протонными реакциями. Уменьшенное количество каналов реакции, связанных с электронными пучками, генерируемыми линейными ускорителями, ограничивает производство нежелательных изотопов. Для сравнения, использование пучков протонов для непосредственного производства Тс из Мо часто приводит к генерированию других изотопов Тс из других стабильных изотопов Mo, которые могут быть в обогащенных мишенях Мо. Медицинское использование накладывают строгие ограничения на количества других радиоизотопов, которые могут присутствовать вместе с Тс, поэтому представляется, что производство Тс из Мо с помощью электрона, генерированного линейным ускорителем, будет предпочтительным, поскольку риск получения других изотопов Тс является значительно более низким. Кроме того, по-видимому, в результате фотонейтронных реакций с другими изотопами молибдена, находящимися в мишенях Мо, обычно получается стабильный Mo.
99
100
100
100
100
99
99
100
100
Соответственно, вариант осуществления настоящего изобретения относится к устройству с ускорителем электронного пучка высокой энергии, предназначенному для производства Мо из множества мишеней Мо через фотоядерную реакцию на мишенях Мо. Устройство в целом содержит по меньшей мере (1) линейный ускоритель электронов, способный производить пучки электронов мощностью по меньшей мере 5 кВт, около 10 кВт, около 15 кВт, около 20 кВт, около 25 кВт, около 30 кВт, около 35 кВт, около 45 кВт, около 60 кВт, около 75 кВт, около 100 кВт, (2) охлаждаемый водой преобразователь для получения высокого потока тормозных фотонов высокой энергии, по меньшей мере 20 МэВ, из пучка электронов, генерируемого линейным ускорителем, потока тормозных фотонов с энергией около 25 МэВ, около 30 МэВ, около 35 МэВ, около 40 МэВ, около 45 МэВ, (3) охлаждаемый водой узел мишени для установки в нем держателя мишеней, вмещающего множество мишеней Мо, а также для точного позиционирования и выравнивания держателя мишеней таким образом, чтобы мишень пересекала пучок излучения потока тормозных фотонов высокой энергии, создаваемого преобразователем с водяным охлаждением, и (4) множество экранирующих компонентов для ограждения охлаждаемого водой узла мишени, с тем чтобы удерживать гамма-излучение и/или нейтронное излучение внутри узла мишени и предотвращать утечку радиации за пределы устройства. В зависимости от того, как компонент экранируется, и от его местоположения внутри установки, экранирование может содержать один или более из следующих материалов: свинец, сталь, медь и полиэтилен. Устройство дополнительно содержит (5) интегрированный узел перемещения мишени с компонентом для дистанционно управляемой загрузки и транспортировки множества держателей мишеней к компоненту перемещения мишеней, при этом каждый из держателей мишеней загружен множеством мишеней Мо. Отдельный загруженный держатель мишеней может перемещаться из дистанционно управляемого загрузочного/перемещающего компонента к компоненту перемещения мишеней, содержащемуся внутри охлаждаемого водой узла мишени. Держатель мишеней транспортируется с помощью компонента перемещения мишени в положение, которое пересекается с тормозными фотонами. Основание компонента перемещения мишени входит в контакт с компонентом, центрирующим и выравнивающим мишени, который точно позиционирует и выравнивает загруженный держатель мишеней для максимального пересечения с тормозными фотонами. Интегрированный узел перемещения мишени дополнительно конфигурируется для дистанционно управляемого удаления облученного держателя мишеней из компонента перемещения мишени и перемещения в экранированную свинцом горячую камеру (для работы с высокоактивными веществами) для отделения и восстановления Тс, распадающегося из Мо, связанного с облученными мишенями Мо. Альтернативно, облученные мишени Мо могут перемещаться в экранированный свинцом транспортировочный контейнер для перемещения его к горячей камере, находящейся в другом месте.
99
100
100
100
100
99
100
100
Очевидно, что максимальный достижимый выход Мо зависит от энергии, которая может быть безопасно передана в мишени Мо, а также от вероятности реакции фотонов «гигантского дипольного резонанса», взаимодействующих с ядрами мишени. Количество энергии, которое может быть безопасно передано в мишени Мо, зависит от теплоемкости узла мишени. Если возможно быстро перенести большое количество тепла от мишеней Мо, тогда будет возможно передать большее количество энергии в мишени Мо, перед тем как они расплавятся. Вода является желательным охладителем, поскольку она способствует рассеиванию большого количество тепла, а также является экономичной. К сожалению, когда электронный пучок проходит через охлаждающую воду внутри преобразователя тормозного излучения, энергия, связанная с электронным пучком, вызывает радиолиз воды. Радиолиз воды, среди других явлений, приводит к образованию газообразного водорода, который создает опасность, взрыва, а также перекись водорода, которая является коррозионной для молибдена и поэтому может значительно уменьшить потенциально достижимые выходы Mo из мишеней Mo. Энергия, связанная с тормозными фотонами, проходящими через охлаждающую воду в охлаждаемом водой узле мишени, вмещающем мишени Мо, также вызывает образование перекиси водорода из воды, но намного меньше газообразного водорода.
99
100
Соответственно, другой вариант осуществления изобретения относится к раздельным системам охлаждения, которые требуются для водоохлаждаемого преобразователя энергии и для водоохлаждаемого узла мишени, чтобы можно было разделить рассеивание тепловой нагрузки от двух компонентов и максимизировать производство Мо из мишеней Мо.
В объем настоящего изобретения входит включение в первую систему водяного охлаждения, предназначенную для преобразователя тормозного излучения, аппарата, или оборудования, или устройства для соединения газообразного водорода с кислородом для образования воды в рециркулирующей воде. Дополнительным вариантом является использование газообразных охладителей для охлаждения преобразователя тормозного излучения или, альтернативно, добавление водяного охлаждения для преобразователя тормозного излучения.
Также входит в объем настоящего изобретения включение во вторую систему водяного охлаждения, предназначенную для водоохлаждаемого узла мишени, одного или более буферов для уменьшения коррозионных эффектов перекиси водорода на молибдене, расходуемых металлов и дополнительной циркуляции газообразного охладителя. Подходящими буферами являются, например, гидроксид лития, гидроксид аммония и т.п. Подходящими расходуемыми металлами являются, например, медь, титан, нержавеющая сталь и т.п.
99
100
Вариант установки 10 с мощным линейным ускорителем электронного пучка для производства Мо из множества мишеней Мо показан на фиг. 1-5; она содержит электронный линейный ускоритель 20 на 35 МэВ и 40 кВт, изготовленный корпорацией Mevex Corp. (Ottawa, ON, CA), секцию 25 коллиматора для сужения электронного пучка, генерируемого линейным ускорителем 20, и секцию 30 узла мишени, содержащую камеру 42 облучения мишени (фиг. 6-11), узел 32 охлаждающей стойки, подвод 34 охлаждающей жидкости и вакуумную установку 36, соединенную с камерой 42 облучения мишени через вакуумную трубку 37. Компоненты 20, 25, 30, входящие в состав установки 10 с линейным ускорителем электронного пучка, экранированы с помощью защитного экранирующего ограждения 15, так чтобы удерживать и ограничивать гамма-излучение и/или нейтронное излучение. Электронный линейный ускоритель 20 на 35 МэВ и 40 кВт содержит три аксиальные связанные секции со стоячей волной 1,2 м частотного диапазона с (S-band), три модулятора с высокопроизводительными клистронами с пиковой мощностью 5 МВт и термоэлектронную пушку 60 кВ. Линейный ускоритель 20 установлен на несущей конструкции 22, которая снабжена роликами 23, позволяющими отсоединять линейный ускоритель 20 от секции 25 коллиматора для обеспечения доступа к компонентам секции 25 преобразователя и их технического обслуживания. Секция 25 коллиматора содержит водоохлаждаемую сужающуюся медную трубку, связанную с первой системой водяного охлаждения, причем медная сужающаяся трубка имеет бериллиевое окно для сужения электронного пучка, генерируемого линейным ускорителем 20, до диаметра от приблизительно 0,075 см до приблизительно 0,40 см, от приблизительно 0,10 см до приблизительно 0,35 см, от приблизительно 0,15 см до приблизительно 0,30 см, от приблизительно 0,20 см до приблизительно 0,25 см.
Секция 30 узла мишени содержит опорную плиту 39 для опорного элемента 38, на котором установлена камера 42 облучения мишени с впускной трубкой 40 для герметичного соединения с трубкой 28 подачи электронного пучка (фиг. 6(A) и 6(B)). Охлаждающая стойка 32 герметично соединяется с камерой 42 облучения мишени непосредственно над камерой облучения, в которой во время процесса облучения устанавливается держатель мишени. Вакуумная трубка 37 и узел 34 охлаждения участка преобразователя герметично установлены сбоку камеры 40 облучения мишени (фиг. 6(A) и 6(B)). Охлаждающая стойка 32 содержит кожух 44 трубки охладителя, который герметично соединен на удаленном конце с помощью множества гаек 45а с узлом 45 колпака трубки охладителя. Узел колпака трубки охладителя в этом варианте имеет стержни 48 для дистанционно управляемого зацепления краном (не показан) для подъема и отделения охлаждающей стойки 32 от камеры 42 облучения мишени (фиг. 7-9). Трубка 100 подачи охлаждающей воды (фиг. 16(A)-16(C)) размещена внутри кожуха 44 трубки охладителя и связана со второй системой водяного охлаждения через трубку 46 поступления воды, которая герметично соединяется с узлом 45 колпака трубки охладителя.
Трубка 100 подачи охлаждающей воды (фиг. 16(A)-16(C)) содержит узел 101 верхней втулки на ближнем конце, трубку 103 подачи охладителя, множество направляющих ребер 104 на ближнем конце и держатель 105 корпуса охлаждающей трубки для разъемного соединения с держателем 80 мишени. Узел 101 верхней втулки снабжен крюком 102 для дистанционно управляемой установки с помощью мостового крана (не показан) трубки 100 подачи охлаждающей воды в кожух 44 трубки охладителя и для удаления из него. Внешняя экранировка 106 обеспечена вокруг трубки 103 подачи охладителя, чтобы позиционировать трубку 103 подачи охладителя внутри кожуха 44 трубки охладителя и обеспечивать экранирование от потока тормозных фотонов, который может проникать в кожух 44 трубки охладителя. Внешняя поверхность внешней экранировки 106 имеет каналы, позволяющие протекать через них потоку охлаждающей воды. Трубка 103 подачи охладителя имеет внутренний верхний экран 107 и внутренний нижний экран 108, чтобы обеспечивать защиту от потока тормозных фотонов, который может проникать в трубку 103 подачи охладителя. Охлаждающая вода подается из второй системы подачи охлаждающей воды через трубку 46 впуска воды в ближний конец трубки 103 подачи охладителя через входное отверстие (не показано) в узле 101 верхней втулки и выводится из трубки 103 подачи охладителя на удаленном конце через держатель 105 корпуса охлаждающей трубки, а затем перемещается назад к узлу 101 верхней втулки в пространство между наружной стороной трубки 103 подачи охладителя и внутренней стороной кожуха 44 трубки охладителя, а затем входит в трубку 100 подачи охлаждающей воды через отверстия 109, НО в узле 10 верхней втулки. Трубка 103 подачи охладителя имеет множество ребер 104 вокруг внешнего диаметра, вблизи держателя 105 корпуса трубки охлаждающей трубки и функционирует как направляющая для дистанционно управляемой установки трубки 100 подачи охлаждающей воды в кожух 44 трубки охладителя и удаления из него с помощью мостового крана (не показан). Кожух 44 трубки охладителя имеет узел 47 для выравнивания трубки охладителя, чтобы обеспечивать точное выравнивание трубки 100 подачи охлаждающей воды в кожухе 44 трубки охладителя. Охлаждающая вода, поданная к камере 42 облучения мишени и прошедшая через нее с помощью стойки 32 охлаждения, в дальнейшем возвращается ко второй системе водяного охлаждения.
Камера 42 облучения мишени имеет внутреннюю камеру 55, в которой размещена секция 70 преобразователя тормозного излучения вблизи впускной трубки 40 электронного пучка (фиг. 11, 13, 14). Секция 70 преобразователя тормозного излучения доступна через узел 34 охлаждения секции преобразователя, который герметично соединяется со стороной камеры 42 облучения мишени. Узел 34 охлаждения секции преобразователя содержит трубку 50 охлаждающей воды, принимающую поток охлаждающей воды из первой системы водяного охлаждения для циркуляции воды в, вокруг и из секции 70 преобразователя тормозного излучения. Трубка 50 охлаждающей воды помещена внутрь кожуха 35. Вакуумная трубка 37 соединена с вакуумной установкой 36, при этом она также герметично соединена со стороной камеры 42 облучения мишени, и также сообщается с внутренней камерой 55. После того как установка 10 с мощным линейным ускорителем электронного пучка собрана, определяется целостность бериллиевого окна из оксида бериллия и его уплотнение в секции 25 коллиматора, а также целостность кремниевого окна (альтернативно, алмазного окна), помещенного между впускной трубкой 40 и секцией 70 преобразователя тормозного излучения, путем вакуумирования камеры 55 с помощью вакуумной установки 36 через вакуумную трубку 37.
100
100
100
100
Секция 70 преобразователя тормозного излучения содержит последовательно расположенные четыре тонкие танталовые пластины 26 (фиг. 12), которые размещены под углом 90° к электронному пучку 21 (фиг. 12), генерируемому линейным ускорителем 20. Однако следует отметить, что количество и/или толщина танталовых пластин может изменяться, для того чтобы оптимизировать и максимизировать генерацию фотонов, создаваемых электронным пучком. По желанию, можно использовать пластины, содержащие другой металл с высокой плотностью, например, вольфрам и сплавы вольфрама, содержащие медь или серебро. Танталовые пластины 26 при бомбардировке высокоэнергетичным пучком электронов преобразуют падающие электроны в поток 27 фотонов тормозного излучения (фиг. 12), который доставляется непосредственно к держателю 80 мишеней, вмещающему множество дисков 85 мишеней Мо (фиг. 13, 14). Следует отметить, что преобразователь может содержать более четырех танталовых пластин, или альтернативно, менее четырех танталовых пластин. Например, одна танталовая пластина, две танталовые пластины, три танталовые пластины, пять танталовых пластин или более. Альтернативно, пластины могут содержать вольфрам, или медь, или кобальт, или железо, или никель, или палладий, или родий, или серебро, или цинк, и/или их сплавы. Конструкция и конфигурация секции 70 преобразователя проектируется таким образом, чтобы рассеивать большое количество тепла, которое переносится высокоэнергетичным электронным пучком, с тем чтобы минимизировать перенос тепла к пучку фотонов и уменьшить тепловую нагрузку, передаваемую на мишени Мо во время облучения. Кроме того, танталовые пластины 26 и держатель 80 мишеней, вмещающий множество дисков 85 мишеней Мо, охлаждаются во время процесса облучения путем постоянной циркуляции: (1) охлаждающей воды через танталовые пластины 26 с помощью первой системы водяного охлаждения, и (2) охлаждающей воды через диски 85 мишеней Мо, с помощью второй системы водяного охлаждения.
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
3
3
3
3
3
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к держателям мишени для приема и вмещения в них множества дисков 85 мишеней Мо. Вариант держателя 80 мишеней, вмещающий последовательную группу из восемнадцати дисков 85 мишеней Мо, показан на фиг. 15(A) и 15(B). На концах держателя 80 мишеней имеются щели для введения в зацепление с помощью держателя 105 корпуса охлаждающей трубки на удаленном конце трубки 103 подачи охладителя. Следует отметить, что подходящие держатели мишеней для облучения мишеней Мо с помощью варианта установки 10 с мощным линейным ускорителем электронного пучка по настоящему изобретению могут вмещать последовательные группы из любого количества дисков мишеней Мо в диапазоне от приблизительно 4 до приблизительно 30, от приблизительно 8 до приблизительно 25, от приблизительно 12 до приблизительно 20, от приблизительно 16 до приблизительно 18. Подходящие диски мишени Мо могут быть подготовлены путем прессования порошков или гранул Мо товарного сорта в диски, а затем сформованные диски спекаются. Альтернативно, выделенные порошки и/или гранулы Мо, восстановленные из ранее облученных мишеней Мо могут быть спрессованы в диски, а затем подвергнуты спеканию. В качестве варианта, после того как порошки или гранулы Мо сформованы в диски, для уплотнения материалы с Мо подвергаются дуговому плавлению или электронно-лучевому плавления или другим подобным способам обработки. Спекание должно производиться в инертной атмосфере при температуре в диапазоне от приблизительно 1200°С до приблизительно 2000°С, от приблизительно 1500°С до приблизительно 2000°С, от приблизительно 1300°С до приблизительно 1900°С, от приблизительно 1400°С до приблизительно 1800°С, от приблизительно 1400°С до приблизительно 1700°С во временном диапазоне 2-7 ч, 2-6 ч, 4-5 ч, 2-10 ч в атмосфере без кислорода, обеспечиваемой инертным газом, например аргоном. Альтернативно, процесс спекания может быть выполнен в условиях вакуума. Подходящие размеры для дисков мишеней Мо могут составлять от приблизительно 8 мм до приблизительно 20 мм, от приблизительно 10 мм до приблизительно 18 мм, от приблизительно 12 мм до приблизительно 15 мм с плотностью в диапазоне от приблизительно 4,0 г/см до приблизительно 12,5 г/см, от приблизительно 6,0 г/см до приблизительно 10,0 г/см, приблизительно 8,2 г/см. Концевые элементы 81 держателя 80 мишеней имеют две или более щелей 82 для зацепления с помощью держателя 105 трубки 103 подачи охлаждающей воды, или альтернативно, трубки 154 подачи охлаждающей воды (фиг. 18(A), 18(B)).
100
На Фиг. 9 показан вертикальный вид в разрезе варианта держателя 80 мишеней, вмещающего последовательную группу 18 дисков мишеней Мо, надежно установленных в камере 42 облучения мишеней для облучения потоком тормозных фотонов, генерируемым секцией 70 преобразователя тормозного излучения. Фиг. 13 и 14 представляют в крупном масштабе, соответственно, вид сбоку и вид сверху держателя 80 мишеней, закрепленного на месте элементом 105 корпуса держателя трубки 100 подачи охлаждающей воды (фиг. 16(A)-16(C)) и позиционированного для облучения потоком тормозных фотонов.
Фиг. 17 и 18 показывают другой вариант выполнения узла 153 трубки подачи охлаждающей воды, установленной в кожухе 144 трубки для охлаждающей воды. Узел 153 трубки подачи охлаждающей воды в целом содержит трубку 154 для охлаждающей воды, имеющую множество направляющих ребер 155 трубки для охлаждающей воды вокруг ближнего конца, держатель 156 корпуса трубки для охлаждающей воды на удаленном конце (фиг. 17(A)), и удерживающее кольцо 162, приближенное к ближнему концу (фиг. 17(B)). Трубка 154 подачи охлаждающей воды имеет внешнюю экранировку 157, внутреннюю верхнюю экранировку 158 (фиг. 17(B)), и внутреннюю нижнюю экранировку (не показана). Верхний конец кожуха 144 трубки охлаждающей жидкости имеет узел 141 колпака трубки охлаждающей жидкости, содержащий корпус 142 колпака трубки охлаждающей жидкости, который входит в зацепление как единая деталь с верхним концом кожуха 144 трубки охлаждающей жидкости (фиг. 17 и 18). Корпус 142 колпака трубки охлаждающей жидкости имеет как неотъемлемую часть заплечик 143 для посадки удерживающего кольца 162 трубки охлаждающей жидкости (фиг. 18 (А) и 18(B)). Узел 141 колпака трубки охлаждающей жидкости также содержит фланец 147, расположенный между корпусом 142 колпака трубки охлаждающей жидкости и кольцевым выступом 145, который полностью входит в зацепление с верхней частью корпуса 142 колпака трубки охлаждающей жидкости/ Кольцевой выступ 145 крышки трубки охлаждающей жидкости имеет множество вертикальных каналов 146 по кругу по внутреннему диаметру, при этом каждый вертикальный канал 146 имеет прилегающий к нему горизонтальный боковой канал 146а (фиг. 17(A)). Кроме того, имеется крышка 151 трубки, охлаждающей жидкости для герметичного соединения с кольцевым выступом 145 колпака трубки охлаждающей жидкости после того, как узел 153 трубки подачи охлаждающей воды устанавливается в кожухе 144 трубки охлаждающей жидкости (фиг. 18 (А) и 18(B)). Крышка 151 трубки охлаждающей жидкости имеет множество обращенных наружу выступов 151а, разнесенных вокруг боковой стенки для введения в зацепление с возможностью скольжения с вертикальными каналами 146 и горизонтальными боковыми каналами 146а кольцевого выступа 145 колпака трубки охлаждающей жидкости. Монтажная петля 152 колпака трубки охлаждающей жидкости прикрепляется сверху крышки 151 трубки охлаждающей жидкости для разъемного введения в зацепление с крюком 266 крана, который управляется с помощью дистанционно управляемой операции устройства для перемещения молибдена (фиг. 19(A), 19, 23).
100
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к дистанционно управляемому устройству перемещения молибдена для перемещения держателей мишеней, загруженных множеством дисков 85 мишеней Мо в секцию узла мишеней для облучения сильным потоком тормозных фотонов высокой энергии, возвращения облученных держателей мишеней из секции узла мишеней, перемещения и герметизации облученных держателей мишеней в экранированном свинцом контейнере, а затем перемещения экранированного свинцом контейнера в транспортное устройство для удаления из оборудования облучения линейного ускорителя. Дистанционно управляемое устройство 200 перемещения молибдена также используется для введения и удаления узла трубки подачи охлаждающей воды в/из секции узла мишеней.
Соответствующий вариант дистанционно управляемого устройства 200 перемещения молибдена показан на фиг. 19, 23. В целом оно содержит рамную конструкцию 230, на которой устанавливается узел 240 тележки «по оси X» для дистанционно управляемого перемещения в горизонтальной плоскости узла 250 тележки «по оси Z». Узел 250 тележки «по оси Z» перемещает узел 256 захвата (фиг. 24(A), 24(B)) в вертикальной плоскости. Дистанционно управляемое устройство 200 перемещения молибдена устанавливается на основании 202 опоры рамы (фиг. 20), которая в свою очередь, крепится на защитном экранирующем ограждении 15 (фиг. 19), полностью покрывая компонент 30 секции узла мишени показательной системы 10, показанной на фиг. 1. Рамная конструкция 230 дистанционно управляемого устройства 200 для манипулирования молибденом прикрепляется к основанию 202 поддерживающей рамы (фиг. 20), при этом она содержит два главных поддерживающих элемента в виде, например, готовых рельсов 203 из нержавеющей стали с сечением в виде обратной буквы «Т», имеющих структуру с установочными отверстиями, совпадающую с болтовыми отверстиями (не показаны) структуры для экранирования камеры мишени. Т-образные рельсы 203 проходят параллельно линейному ускорителю и располагаются сверху защитного экранирующего ограждения 15, они ввинчиваются вниз в стальные блоки (не показаны), лежащие под защитным экранирующим ограждением 15 и полностью закрывающие секцию 30 узла мишеней. Несколько поперечных перекладин 204 соединяют два опорных Т-образных рельса 203, чтобы обеспечивать опору конструкции. Ближайший к линейному ускорителю конец имеет сборный строительный швеллер 206, который поддерживает один конец рамной конструкции 230 и стационарный конец пневматического цилиндра 209 поддона загрузочно-разгрузочного устройства. Установочные пластины 208 для другого конца рамной конструкции 230 расположены дальше вдоль опорных Т-образных рельсов 203. Направляющий рельс 210 загрузочно-разгрузочного устройства привинчен к опорной плите (не показана), которая в свою очередь, привинчена поперек опорных Т-образных рельсов 203. Направляющий рельс 210 загрузочно-разгрузочного устройства вертикально поддерживает и горизонтально направляет линейное перемещение поддона 212 загрузочно-разгрузочного устройства, перпендикулярно главным опорным Т-образным рельсам 203. Длинная капельница 220 также опирается на несколько поперечных перекладинах 204. Капельница 220 служит для сбора загрязненной охлаждающей воды, которая может капать из узла охлаждающей трубки или крышки проточной камеры, когда с ними производятся манипуляции (как будет описываться в дальнейшем). Капельница 220 изготовлена из двух частей, чтобы обеспечить сборку вокруг отверстия 222, которое дает доступ к секции стойки 32 охлаждения узла 30 мишеней (показана на фиг. 4, 5). Сочленение и проем вокруг отверстия 222 заграждается и герметизируется, чтобы минимизировать утечку. Каждый конец капельницы 220 имеет место слива в нижней части капельницы, которое соединяется с коленчатым патрубком с колпачком (не показан). Временно сливные шланги могут прикрепляться к этим коленчатым патрубкам, чтобы собирать сбросовую воду из дезактивационных жидкостей. Капельница 220 имеет четыре штифта, которые служат как установочная/ сборно-разборная позиция 219 для узла опрокидывающейся стойки (позиция 270 на фиг. 25), и упор 221 опрокидывающейся стойки. В используемом здесь контексте термин сборно-разборный ("demountable") означает, что компонент, например, узел опрокидывающейся стойки может быть временно закреплен в установочной позиции, а затем в дальнейшем может быть освобожден от фиксации и удален.
Поддон 212 загрузочно-разгрузочного устройства (фиг. 21) может быть, например, выполнен в виде формованного и сваренного лотка из нержавеющей стали с приблизительными размерами: 700 мм в длину × 250 мм в ширину × 30 мм в глубину. Поддон 212 загрузочно-разгрузочного устройства оборудован (1) установленными опорными катками с четырьмя опорными стойками (не показаны) для вертикальной поддержки во время перемещения, и (2) двумя опорными катками (не показаны) для поддержки горизонтального выравнивания во время перемещения. Поддон 212 загрузочно-разгрузочного устройства надежно позиционирует и транспортирует в поперечном направлении основание 292 экранирующего контейнера на вертикальных установочных пальцах 214 крышки 295 экранирующего контейнера (фиг. 23) в хранилище 216 и колпак 151 трубки для охлаждения (фиг. 18(A), 18 (В)) в хранилище 281, в местоположение, находящееся ниже дистанционно управляемого устройства 200 для перемещения молибдена для дальнейшего дистанционного перемещения. Экранирующий контейнер 290 вручную устанавливается на (и выводится из) поддона 212 загрузочно-разгрузочного устройства перед началом и после окончания операций дистанционного перемещения. Два вертикальных установочных пальца 214 используются для выравнивания и стабилизации основания 292 экранирующего контейнера на поддоне 212 загрузочно-разгрузочного устройства. Крышка 295 экранирующего контейнера и колпак 151 трубки для охлаждения дистанционно удаляются и устанавливаются, соответственно, на основание 292 экранирующего контейнера или кожух 145 трубки для охлаждения дистанционно управляемым устройством 200 для перемещения молибдена с помощью крюка 266 крана, входящего в зацепление через узел 256 захвата (фиг. 23, 24). Поддон 212 загрузочно-разгрузочного устройства немного перекрывает конец маслоуловителя 208, чтобы гарантировать постоянный путь для сбора возможных капель загрязненной воды, которые могут появиться во время возвращения и манипулирования узлом 153 трубки подачи охлаждающей воды после облучения загруженного держателя 80 мишени. Поддон 212 загрузочно-разгрузочного устройства также оборудуется сливным отверстием 213 на дне поддона и коленчатым патрубком с колпачком для будущего дренирования дезактивационных жидкостей. Поддон 212 загрузочно-разгрузочного устройства перемещается двумя пневматическими цилиндрами 209 с тяжелым режимом работы с отношением хода поршня к диаметру цилиндра 10,0''×15'', прикрепленными болтами друг к другу с компоновкой замкнутого контура. Прикрепление болтами двух цилиндров с компоновкой замкнутого контура для достижения трех возможных положений учитывает две специфичные конфигурации цилиндров для достижения центрального положения. Положение хранилища 218 колпака трубки для охлаждающей воды достигается при двух выдвинутых цилиндрах. Положение хранилища 216 крышки экранирующего контейнера достигается при выдвижении какого-либо из двух цилиндров, а положение основания 214 экранирующего контейнера достигается при двух втянутых цилиндрах.
100
Дистанционно управляемое устройство 200. перемещения молибдена является первичным дистанционным механизмом манипулирования для перемещения загруженных держателей 80 мишени с дисками 85 мишени Мо в/из секции охлаждающей стойки 32 узла 30 мишени за счет обеспечения всех траекторий пучка для горизонтального (X) и вертикального (Z) перемещения к дистанционно манипулируемым компонентам. Дистанционно управляемое устройство 200 перемещения молибдена имеет узел 256 захвата с пневматической зажимной насадкой 264, камерой с направленным вниз обзором (225) и световые пятна (не показаны) двойных светоизлучающих диодов (LED) для обзора сверху и освещения рабочей области внутри и вокруг дистанционно управляемого устройства 200 перемещения молибдена.
Вариант рамной конструкции 230 является конструкцией с четырьмя ножками, прикрученной к основанию 202 опорной рамы. Рамная конструкция 230 может быть собрана из алюминиевых структурных каркасных компонентов, полученных методом выдавливания. Рамная конструкция 230 имеет две главные балки 232, проходящие параллельно линейному ускорителю, которые связаны вместе на каждом конце, чтобы поддерживать точное разнесение и обеспечивать жесткость конструкции. Балки и перекладины обеспечивают опору для приводного двигателя по оси X и зубчатых коробок, гибкого кабельного канала, электрических кабелепроводов и соединительной коробки. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 19 и 23, две главные балки 232, непосредственно поддерживающие два линейных приводных двигателя по оси X, расположены на расстоянии около 440 мм друг от друга. Тележка 240 для перемещения по оси X устанавливается между линейными приводными двигателями 242 по оси X. Тележка 240 для перемещения по оси X поддерживает двигатель, зубчатые редукторы и линейные приводные двигатели тележки 250 для перемещения по оси Z, а также светоизлучающие диоды, создающие световые пятна, и камеру 225. Приводные двигатели 252 вертикальной оси Ζ взаимно разнесены приблизительно на 270 мм, чтобы устанавливаться между приводными двигателями 242 по оси X и обеспечивать соответствующий зазор между приводными двигателями 252 оси Ζ для операций дистанционного манипулирования, выполняемых на узле 270 опрокидывающейся стойки (см. фиг. 25). Тележка 250 для перемещения по оси Ζ поддерживает узел 256 захвата.
Подходящими линейными приводными двигателями, как для привода по оси X, так и для привода по оси Ζ, являются внутренние профили с шариковинтовой передачей, установленные на рельсах. Каждый узел состоит из квадратного алюминиевого корпуса, полученного способом выдавливания, оборудованного тележкой с внутренними циркулирующими шариками, и с составной шариковой винтовой парой, перемещающей внутренний рельс, приводимый в движение вращающейся шариковинтовой передачей с шагом 5 мм. Тележка для внешней нагрузки прикрепляется к внутренней направляемой тележке через закрывающую ленту из нержавеющей стали, чтобы защитить внутренние компоненты привода от водяных брызг и от пыли. Приводные механизмы и зубчатые редукторы смазаны на заводе-изготовителе смазкой, на основе полифенол-полиэфира, которая имеет специальные свойства сопротивляемости радиации. Оба перемещения по осям X и Ζ приводятся в действие (с помощью силового привода) на обоих линейных приводных двигателях для предотвращения заедания сборных тележек по осям X и Ζ. Каждый из приводных двигателей по осям X и Ζ является радиационно-устойчивым шаговым двигателем, оборудованным надежным (пружинный тормоз, с приложением энергии для разъединения) тормозом и бесщеточным датчиком положения. Датчики положения обеспечиваются для этих внешних условий, поскольку считывающие диски оптических датчиков положения предрасположены к потемнению и преждевременному отказу при воздействии сильных радиационных полей. Выходной приводной вал каждого двигателя соединяется с предохранительной муфтой, устойчивой к внешним воздействиям и ограничивающей крутящий момент для предотвращения механической перегрузки компонентов привода. Ограничитель крутящего момента привода по оси X устанавливается на значение крутящего момента 1,13 Нм, а ограничитель крутящего момента привода по оси Ζ устанавливается на значение крутящего момента 2,26 Нм. Если он выключен (выведен из зацепления) ограничители крутящего момента автоматически будут пытаться снова войти в зацепление после каждого поворота вала двигателя. Как только перегрузка устраняется, и скорость уменьшается, они снова входят в зацепление. Поскольку ограничители крутящего момента являются двунаправленными, и устанавливаются за пределы самой тяжелой полезной нагрузки манипулятора, они не позволят подъемной полезной нагрузке переходить в неконтролируемый режим, если они выйдут из зацепления во время подъема. Они не являются ограничителями фрикционного типа, поэтому они не требуют постоянной регулировки. Скорость двигателя является непрерывно регулируемой через управление координатной ручкой от нуля до максимально установленной скорости около 300 оборотов в минуту (об/мин). С шагом шариковинтовой передачи около 5 мм и всеми передаточными отношениями около 1:1 обеспечивается максимальная скорость линейного приводного двигателя около 25 мм/с. На обоих приводах по осям X и Ζ защитная предохранительная муфта прикрепляется к входному валу зубчатого редуктора с двойным выходным валом. Угловой редуктор с правым углом соединяется с каждым углом зубчатого редуктора с двойным выходом. Выходной вал каждого углового редуктора с правым углом присоединяется к входному валу линейного приводного двигателя через соединение. Поскольку зубчатый редуктор с двойным выходным валом является сплошным валом, один выходной вал вращается по часовой стрелке по отношению к базовому торцу, а другой вращается против часовой стрелки. В результате пары линейных приводных двигателей состоят из шарикового винта с правосторонней нарезкой и шарикового винта с левой нарезкой. Каждая пара шариковых винтов линейных приводных двигателей соответствует по шагу нарезки их длине перемещения приблизительно на 0,04 мм, что является меньшим, чем свободный ход в подшипнике на конце вала. Это соответствие предотвращает заедание двух ведомых винтов по отношению друг к другу, когда они объединяются через жесткую сборную тележку по осям X или Z.
Общий диапазон перемещения для линейных приводных двигателей составляет приблизительно 1850 мм в направлении оси X и приблизительно 1250 мм в направлении оси Z. Однако бесконтактные датчики приближения размещаются около конечных точек перемещения для предотвращения движения внутренних тележек привода в конечных областях перемещения. Следовательно, действительный диапазон перемещения составляет приблизительно 1800 мм и 1200 мм, соответственно в направлении перемещения по осям X и Z. Положения около бесконтактного датчика приближения по оси X и выше положения по оси Ζ устанавливаются в качестве исходного положения дистанционно управляемого устройства 200 для манипулирования молибденом для обнуления считывания данных датчика положения. Все перемещения с дистанционным управлением отслеживаются телевизионной камерой системы кабельного телевидения, минимум с двух точек обзора камеры, например, сверху и в ортогональной проекции, чтобы гарантировать правильное позиционирование, выравнивание и введение в зацепление дистанционно управляемого оборудования.
Световые пятна могут быть обеспечены, например, как световые пятна от двойных светоизлучающих диодов (LED), чтобы гарантировать способность оператора воспринимать глубину через использование теней. Чтобы позволить это, каждый источник света управляется индивидуально. Камеры являются цветными камерами, поддерживающими работу в сети, характеризующиеся способностью панорамирования, поворачивания и масштабирования изображения.
Узел 256 захвата (фиг. 24) является миниатюрным специально разработанным подъемным устройством, которое входит в зацепление и поднимает с помощью пневматической захватывающей насадки 264 или держатель 80 мишени, или крюк 266 крана вместе с полезной нагрузкой. Введение в зацепление с каким-либо из этих компонентов производится сначала в горизонтальном направлении перемещения к центру компонента в пневматической захватывающей насадке 264 захвата, а затем в вертикальном направлении, чтобы входить в контакт и поднимать компонент. Чтобы позволить центрирование в горизонтальном направлении, рамная конструкция 258 захвата имеет форму вилки с двумя конусовидными зубцами, ведущими к открытому кольцу полукруглой формы. Зубцы и кольцо имеют выступ на нижнем крае. Этот выступ входит в зацепление с нижней стороной плоской поверхности, обеспечиваемой на обоих подъемных компонентах.
Поскольку этот показательный вариант осуществления изобретения не имеет каких-либо вертикальных деталей на выступе рамной конструкции 258 захвата, чтобы сопротивляться горизонтальному скольжению поднимаемого компонента, захват оборудуется пневматическим зажимающим цилиндром 264 с отведением с помощью пружины, который вставляет наконечник плунжера в соответствующее ему углубление в верхней части какого-либо из поднимаемых компонентов. Наконечник плунжера входит в это углубление и прикладывает усилие, приблизительно составляющее 175 H (40 фунт-сил), чтобы гарантировать, что поднимаемый компонент не выскользнет из захвата во время операции. Когда блокирующий плунжер входит в зацепление, компонент эффективно блокируется в захвате. Однако, чтобы избежать запирания компонента в захвате, пружинный плунжер с втягиванием будет автоматически втягиваться после прекращения подачи к нему воздуха. Непреднамеренные потери воздуха также будут приводить к отведению плунжера, но это не приравнивается к выпадению компонента. Это просто означает, что компонент мог бы соскользнуть вперед и выпасть из захвата, если были созданы достаточные горизонтальные усилия за счет удара или быстрого замедления. Зажимающий цилиндр также обеспечивает степень механического соответствия в горизонтальном направлении при работе устройства сопряжения для крюка. Коническая форма, окружающая плоский участок зацепления на устройстве сопряжения для крюка позволяет ему колебаться на захвате в направлении вперед и назад. Легкое покачивание необходимо в том случае, когда требуется прохождение по дуговой траектории для операции опрокидывания стойки. Плунжер позволяет обеспечить это покачивающее движение без необходимости расцепления.
Чтобы содействовать горизонтальному перемещению, узел 256 захвата может быть оборудован тремя миниатюрными шариковыми передвижными узлами 257 на нижней части корпуса захвата. Эти шариковые передвижные узлы 257 позволяют узлу 256 захвата катиться вдоль поверхности при перемещении в горизонтальном направлении. В идеале узел 256 захвата опускается до тех пор, пока шариковые передвижные узлы 257 не создадут легкий физический контакт с соответствующей сопрягаемой поверхностью для захватываемого компонента. Затем они действуют как положительный направленный вниз ограничитель. Однако, поскольку манипулятор не оборудуется какой-либо обратной связью по прикладываемому усилию, и все операции производятся с дистанционным управлением, определенная степень вертикальной механической совместимости уже встраивается в захват. Верхний корпус узла 256 захвата, который прикрепляется к нижней части тележки 250 для перемещения по оси Z, прикрепляется болтами к нижнему корпусу рамной конструкции 258 захвата через подпружиненную скользящую муфту 254 (пружины 259). Такая компоновка скользящей муфты позволяет обеспечить перебег около 10 мм в вертикальном направлении вниз без перегрузки привода по оси Z, при этом не вызывая непреднамеренное расцепление защитного ограничителя крутящего момента. Это также ограничивает усилие на шариковых передвижных узлах 257, чтобы позволить плавное горизонтальное перемещение при качении. Пружины 259 только позволяют перебег в вертикальном направлении вниз, но они не образуют часть пути нагружения при подъеме.
Другой показательный вариант осуществления настоящего раскрываемого изобретения относится к опрокидывающейся стойке, как к части оборудования для дистанционного манипулирования, так и к части оборудования, управляемого дистанционно. Подходящий показательный узел 270 опрокидывающейся стойки показан на фиг. 25, 26 и в целом содержит: сварную конструкцию стойки, основание поворотной направляющей со узлом плеча рычага и узлом опоры стойки. Узел 270 опрокидывающейся стойки используется для поддержки узла 153 трубки для охлаждения, несущего на себе держатель 80 мишени, в то время как узел 153 трубки для охлаждения опускается вместе, с поворотным перемещением из вертикального положения в горизонтальное положение, при этом он ориентируется таким образом, как это необходимо, за счет вращения вместе с узлом 256 захвата внутри дистанционно управляемого устройства 200 для манипулирования молибденом. Вращение держателя 80 мишени необходимо для того, чтобы ориентировать его (1) вертикально для вставления в экранированный контейнер 290 и удаления из него, и (2) горизонтально для вставления в узел 153 трубки для охлаждения и удаления из него, при этом узел 153 введен в зацепление с узлом 270 опрокидывающейся стойки после того, как узел 270 был переведен вниз с поворотным перемещением в горизонтальное положение.
Узел 270 опрокидывающейся стойки содержит сварную конструкцию стойки, введенную в зацепление с основанием поворотной направляющей с возможностью вращения. Подходящая показательная сварная конструкция стойки (лучше всего ей видно на фиг. 25) содержит пару продолговатых уголковых металлических профилей 274, разнесенных между собой с помощью верхней поддерживающей пластины 272 и нижней поддерживающей пластины 273. Поддерживающие пластины 272, 273 структурно усилены в этом месте арматурными прутками 275. Верхняя поддерживающая Пластина 272 и нижняя поддерживающая пластина 274 обеспечиваются согласующимися конусообразными щелевыми отверстиями, имеющими дугообразные концы для вмещения и позиционирования в них узла 153 трубки для охлаждения. Узел 153 трубки для охлаждения поддерживается на верхней поддерживающей пластине 272 за счет размещения на ней опирающегося на эту пластину удерживающего кольца 162 узла 153 трубки для охлаждения. Нижняя поддерживающая пластина 273 обеспечивает необходимую' вторую точку поддержки узла 153 трубки для охлаждения, когда Он находится в горизонтальном положении. Сварная конструкция опрокидывающейся стойки имеет три перекладины круглого сечения, проходящие между двумя главными углами опирания. Верхняя перекладина 276 круглого сечения (также определяемая как верхний круглый вал) может входить в зацепление с крюком 266 крана во взаимодействии со узлом 256 захвата, для поднимания и опускания узла 270 опрокидывающейся стойки. Верхняя перекладина 276 круглого сечения обеспечивается двумя конусообразными дисками, позиционируемыми вокруг центра перекладины 276 для направления крюка 266 крана в нужное положение. Нижняя перекладина 284 круглого сечения (также определяемая как нижний круглый вал) служит в качестве поворотной точки для опускания узла 270 опрокидывающейся стойки в горизонтальное положение. Промежуточная перекладина 279 круглого сечения (также определяемая как промежуточный вал) действует как стопор, когда узел 270 опрокидывающейся стойки поднимается до вертикального положения, а также действует как активирующий механизм для плеча 286 рычага (фиг. 26), когда узел 270 опрокидывающейся стойки опускается в горизонтальное положение. Концы нижней перекладины 284 круглого сечения и промежуточной перекладины 279 круглого сечения проходят через стороны продолговатых уголковых металлических профилей 274.
Узел 270 опрокидывающейся стойки обеспечивается основанием поворотной направляющей, которое взаимодействует со сварной конструкцией опрокидывающейся стойки, чтобы опускать за счет поворачивания узел 270 опрокидывающейся стойки в горизонтальное положение и поднимать за счет поворачивания опрокидывающуюся стойку в вертикальное положение. Основание поворотной направляющей имеет нижнюю перекладину 284, к которой надежно фиксируется пара сопрягаемых разнесенных между собой боковых пластин 282. Эти боковые пластины 282 обеспечиваются: (1) верхним наклонным краем, Понижающимся от первого бокового конца к противоположному боковому концу, (2) согласующимися вертикальными направляющими щелевыми отверстиями, которые являются параллельными и смежными по отношению к «длинным» боковым концам боковых пластин 282, (3) согласующимися вертикальными направляющими щелевыми отверстиями, которые являются параллельными и смежными по отношению к «коротким» боковым концам боковых пластин 282, (4) согласующимися нижними поперечинами 287, зафиксированными поперек согласующихся вертикальных направляющих щелевых отверстий, смежных длинным боковым концам боковых пластин 282 в выбранном первом положении выше нижней перекладины 284, и (5) согласующимися верхними поперечинами 288, зафиксированными поперек согласующихся вертикальных направляющих щелевых отверстий, смежных длинным боковым концам боковых пластин 282 в выбранном первом положении выше нижних поперечин 287. Концы нижней перекладины 284 круглого сечения, проходящие наружу из продолговатых уголковых металлических профилей 274, также проходят наружу через согласующиеся вертикальные направляющие щелевые Отверстия, смежные длинным боковым концам вышеуказанных боковых пластин 282 между нижними поперечинами 287 и верхними поперечинами 288. Концы промежуточной перекладины 279 круглого сечения, проходящие через стороны продолговатых уголковых металлических профилей 274, также проходят наружу через согласующиеся вертикальные направляющие щелевые отверстия, смежные длинным боковым концам вышеуказанных боковых пластин 282 выше верхних поперечин 288. Узел плеча 286 рычага устанавливается с возможностью поворота на нижней пластине 284.
Щелевые отверстия на боковых пластинах 282 захватывают, направляют и позиционируют концы нижней перекладины 284 круглого сечения и промежуточной перекладины 279 круглого сечения, которые проходят наружу через стороны продолговатых уголковых металлических профилей 274. В вертикальной ориентации концы нижней перекладины 284 круглого сечения захватываются в «длинные» вертикальные направляющие щелевые отверстия между нижними поперечинами 287 и верхними поперечинами 288, в то время как концы промежуточной перекладины 279 круглого сечения захватываются внутри «длинных» вертикальных направляющих щелевых отверстий выше верхних поперечин 288, таким образом сохраняя узел 270 опрокидывающейся стойки в вертикальной ориентации. Во время операции, когда узел 153 трубки для охлаждения устанавливается в/на узел опрокидывающейся стойки, нижняя пластина 284 основания поворотной направляющей устанавливается на четырех штырях на капельнице, которая служит в качестве установочной точки 219 (см. фиг. 20) для узла 270 опрокидывающейся стойки. В том случае, когда требуется переместить узел 270 опрокидывающейся стойки из вертикального в горизонтальное положение, или наоборот, верхняя перекладина 276 круглого сечения вводится в зацепление с крюком 266 крана, прикрепленного к сборочному узлу 256 захвата дистанционно управляемого устройства 200 для манипулирования молибденом. Узел 270 опрокидывающейся стойки может подниматься до тех пор, пока проходящие наружу концы нижней перекладины 284 круглого сечения не будут упираться в верхние поперечины 288. В этом положении проходящие наружу концы промежуточной перекладины 279 круглого сечения будут выходить из «длинных» вертикальных направляющих щелевых отверстий в боковых пластинах 282. Вследствие дистанционного управления устройством 200 для манипулирования молибденом, узел 270 опрокидывающейся стойки будет опускаться за счет поворачивания из вертикального положения в горизонтальное положение за счет дистанционно управляемого перемещения узла 156 захвата в горизонтальной плоскости вдоль основания 202 поддерживающей рамы, в то же время одновременно опуская верхнюю часть узла 270 опрокидывающейся стойки, для того чтобы проходящие наружу концы промежуточной перекладины 279 круглого сечения скользили вдоль наклонного верхнего края, при этом опускаясь вниз от конца первой стороны к. концу противоположной стороны боковых пластин 282, таким образом опуская с поворачиванием верхнюю часть узла 270 опрокидывающейся стойки. Когда проходящие наружу концы промежуточной перекладины 279 круглого сечения достигают конца наклонного верхнего края боковых пластин 282, они останавливаются за счет вхождения в контакт с «короткими» вертикальными направляющими щелевыми отверстиями в боковых пластинах 282. В полностью опущенном положении узел 270 опрокидывающейся стойки поддерживается за счет введения в зацепление его верхней поддерживающей пластины 272 с опорой 221 опрокидывающейся стойки, обеспечиваемой на капельнице (фиг. 20, 26). Когда узел 270 опрокидывающейся стойки опустился за счет поворачивания, часть промежуточной перекладины круглого сечения, расположенная между продолговатыми уголковыми металлическими профилями 274 нажимает вниз на один конец плеча 286 рычага. Это приводит к тому, что другой конец плеча 286 рычага будет подниматься. Поднимающийся конец плеча 286 рычага обеспечивается закругленным выступающим наконечником (не показан), который контактирует с держателем 80 мишени, введенным в зацепление узлом 153 трубки подачи охлаждающей воды и поднимает его на несколько миллиметров, чтобы позволить пневматической зажимной насадке 264 узла 256 захвата надлежащим образом войти в зацепление с держателем 80 мишени для его удаления из узла 153 трубки подачи охлаждающей воды.
Процесс работы устройства 10 линейного ускорителя электронных пучков высокой энергии настоящего изобретения в целом содержит следующие шаги.
100
100
100
100
Первым шагом является подготовка дисков мишеней с молибденом-100. Молибденовые диски могут быть из природного молибденового порошка (с присутствием изотопов Mo-100 в количестве 9,6%) или из высокообогащенного порошка Mo-100. Порошок Mo-100 может быть мелко измельченным или другим способом подготовленным порошком, перед тем как он подвергается спеканию или помещается в пресс-форму для формования диска. Пресс-форма помещается в гидравлический пресс и затем производится сжимание дисков. Прессованные диски номинально составляют около 15 мм в диаметре и около 1 мм по толщине. Последующее спекание производится при высоких температурах в печи с разреженной или инертной атмосферой, что вызывает усадку дисков приблизительно на 4% в диаметре и на 3% по толщине. После сжимания и спекания отдельные диски-мишени вручную загружаются в держатель 80 мишени, а загруженные держатели 80 мишени вручную загружаются в облицованный свинцом экранированный контейнер 290. Манипулирование Mo-100 во время подготовки и прессования в виде дисков перед спеканием и последующей загрузки дисков после спекания в держатель 80 мишени, предпочтительно, производится внутри перчаточной камеры, чтобы ограничивать рассеивание молибденового порошка наружу и вокруг производственной среды. После удаления из перчаточной камеры загруженный экранированный контейнер может быть поднят крюком крана, входящим в зацепление с ручкой 296 на крышке 295 экранированного контейнера (фиг. 22), и затем может быть перемещен мостовым краном (не показан) к его местоположению на поддоне 212 загрузочно-разгрузочного устройства, опуская основание 292 экранированного контейнера на штыри 214, обеспечиваемые для этого на поддоне 212 загрузочно-разгрузочного устройства (фиг. 19, 21). После того как крышка 295 экранированного контейнера разгерметизируется из основания 292 экранированного контейнера за счет отпирания рукояток 294, крышка 295 экранированного контейнера перемещается краном к поддону 212 загрузочно-разгрузочного устройства и помещается в хранилище 216, обеспеченное для этой цели в поддоне 212 загрузочно-разгрузочного устройства. Затем крышка 151 колпака для охлаждающей воды удаляется из узла 141 колпака трубки для охлаждающей воды (фиг. 18(A), 18(B)), который проходит вверх из кожуха 44 трубки для охлаждающей воды, соединяющейся с камерой 42 облучения мишени (фиг. 9) с помощью узла 156 захвата дистанционно управляемого устройства 200 для манипулирования молибденом и помещается в хранилище 218, обеспеченное для этой цели в поддоне 212 загрузочно-разгрузочного устройства. Верхняя часть узла 153 трубки подачи охлаждающей воды вводится в зацепление через узел 156 захвата, поднимается из кожуха 44 трубки Для охлаждающей воды и помещается в узел 270 опрокидывающейся стойки за счет позиционирования удерживающего кольца 162 трубки для охлаждающей воды на верхней поддерживающей пластине 272 узла 270 опрокидывающейся стойки. Затем сварная конструкция опрокидывающейся стойки перемещается из вертикального положения в горизонтальное положение, как описывалось ранее, за счет дистанционно управляемого узла 256 захвата. Затем узел 256 захвата дистанционно управляется, чтобы ввести в зацепление щелевые отверстия 82 в конце держателя 80 мишени с пневматической зажимной насадкой 264 захвата, после чего за счет дистанционного управления держатель мишени удаляется из основания 292 экранирующего контейнера и вставляется в держатель 105 корпуса трубки для охладителя и закрепляется в нем на нижнем конце трубки 154 подачи охлаждающей воды. Затем сварная конструкция опрокидывающейся стойки перемещается из горизонтального положения в вертикальное положение за счет дистанционно управляемого узла 256 захвата. В дальнейшем узел 256 захвата используется для удаления загруженного узла 153 трубки подачи охлаждающей воды из узла 270 опрокидывающейся стойки, а затем опускает загруженный узел 153 трубки подачи охлаждающей воды в кожух 44 трубки для охлаждающей воды до тех пор, пока держатель 80 мишени не войдет в камеру 42 облучения мишени. Затем держатель 80 мишени точно позиционируется и выравнивается за счет дистанционно управляемого манипулирования трубкой 103 подачи охладителя (или узлом 153 трубки подачи охлаждающей воды) для максимального облучения потоком фотонов, создаваемого секцией 70 преобразователя тормозного излучения. Затем узел верхней втулки трубки 141 подачи охлаждающей воды герметизируется в кожухе 44 трубки для охлаждающей воды за счет установки колпака 151 трубки для охлаждающей воды. Затем производится первая подача охлаждающей воды под давлением к герметично прикрепленной трубке 50 подачи охлаждающей воды для раздельного циркулирования охлаждающей воды через секцию 70 преобразователя тормозного излучения. Затем производится вторая подача охлаждающей воды под давлением к герметично прикрепленной трубке 46 подачи охлаждающей воды для раздельного циркулирования охлаждающей воды через держатель 80 мишени, диски 85 мишени Мо и облучающую камеру 55 камеры 42 облучения мишени. Затем на линейный ускоритель 20 электронного пучка подается питание, чтобы он производил электронный пучок для бомбардировки танталовых пластин 26, помещенных внутрь секции 70 преобразователя тормозного излучения для создания потока тормозных фотонов с тем чтобы облучать держатель 80 мишени, в который загружено множество дисков 85 мишени Мо. Целесообразно, при использовании устройства 10 ускорителя электронного пучка высокой энергии, раскрываемого здесь, содержащего линейный ускоритель 20 электронного пучка с параметрами 35 МэВ, 40 кВт, для облучения держателя мишени, вмещающего множество дисков мишени Мо, облучать держатель мишени и диски в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 24 часов до приблизительно 96 часов, приблизительно от 36 часов До 72 часов, приблизительно 24 часа, приблизительно 36 часов, приблизительно 48 часов, приблизительно 60 часов, приблизительно 72 часа, приблизительно 80 часов, приблизительно 96 часов. После проведения облучения дисков мишени Мо в течение выбранного периода времени, к линейному ускорителю 20 электронного пучка перестает подаваться питание, два источника подачи охлаждающей воды отключаются, и из камеры 42 облучения мишени отводится охлаждающая вода. Источник подачи охлаждающей воды отсоединяется от впускной трубки 46 для воды, после чего колпак 151 трубки для охлаждающей воды отсоединяется от узла 141 колпака трубки для охлаждающей воды через дистанционное управление узла 256 захвата дистанционно управляемого устройства 200 для манипулирования молибденом и помещается в хранилище 218, обеспеченное для этой цели в поддоне 212 загрузочно-разгрузочного устройства. Затем с помощью дистанционного управления узла 256 захвата производятся манипуляции со узлом 153 трубки подачи охлаждающей воды, чтобы надежно соединить его с держателем 80 мишени, после чего узел 153 трубки подачи охлаждающей воды удаляется из кожуха 44 трубки для охлаждающей воды и размещается в сборочном узле 270 опрокидывающейся стойки за счет позиционирования удерживающего кольца 162 трубки для Охлаждающей воды на верхней поддерживающей пластине 272 узла 270 опрокидывающейся стойки. Затем сварная конструкция опрокидывающейся стойки перемещается из вертикального положения в горизонтальное положение, как описывалось ранее, за счет дистанционного управления узла 256 захвата. Затем со узлом 256 захвата производится дистанционное манипулирование, чтобы ввести в зацепление щелевые отверстия 82 в конце облученного держателя 80 мишени с пневматической зажимной насадкой 264, после чего облученный держатель 80 мишени удаляется из основания 292 экранирующего контейнера и вставляется в основание 292 экранирующего контейнера за счет дистанционного управления узла 256 захвата. Затем крышка 295 экранирующего контейнера размещается на основании 292 экранирующего контейнера узлом 256 захвата и фиксируется на месте за счет введения в зацепление рукояток 294 экранирующего контейнера с крышкой экранирующего контейнера. Экранирующий контейнер 290 может в этом случае перемещаться с помощью мостового крана в перчаточную камеру для удаления облученного держателя 80 мишени.
100
99m
100
99m
100
99m
99m
100
В этой точке процесса дополнительным решением является перенесение держателя 80 мишени с облученными дисками мишени Мо в облицованный свинцом контейнер для отправки его к оборудованию для восстановления Tc из молибдена. Альтернативно, держатель 80 мишени с облученными дисками мишени Мо может быть перемещен с помощью дистанционного управления в камеру для работы с высокоактивными веществами, в которой Tc может быть отделен и восстановлен из облученных дисков мишени Мо с использованием оборудования и способов, известных специалистам в данной области техники. В качестве подходящего оборудования для отделения и восстановления Tc можно привести пример сепаратора изотопов TECHNEGEN (TECHNEGEN является зарегистрированной торговой маркой компании NorthStar Medical Radioisotopes LLC, Madison, WI (WI - штат США Висконсин)). После того как восстановление Tc было завершено, Мо восстанавливается, высушивается, и преобразуется в диски для спекания с использованием оборудования и способов, известных специалистам в данной области техники.
100
99
100
99
100
99
100
99
Раскрываемое здесь показательное устройство линейного ускорителя электронного пучка высокой энергии для генерирования электронного пучка мощностью 40 кВт, 35 МэВ, который преобразуется в поток тормозных фотонов для облучения множества мишеней Мо, чтобы производить Мо за счет фотоядерной реакции на мишенях Мо, имеет способность производить на основе круглосуточного 24 ч. режима работы от приблизительно 50 кюри (Ci) до приблизительно 220 кюри, от приблизительно 60 кюри до приблизительно 160 кюри, от приблизительно 70 кюри до приблизительно 125 кюри, от приблизительно 80 кюри до приблизительно 100 кюри Мо из множества облученных дисков мишени Мо, имеющих вес в совокупной величине от приблизительно 12 г до приблизительно 20 г, от приблизительно 14 г до приблизительно 18 г, от приблизительно 15 г до приблизительно 17 г. Допуская 48 часовой режим для распада Мо из множества облученных дисков мишени Мо приведет в результате к ежедневному производству от приблизительно 35 кюри (Ci) до приблизительно 65 кюри, от приблизительно 40 кюри до приблизительно 60 кюри, от приблизительно 40 кюри (Ci) до приблизительно 60 кюри, от приблизительно 45 кюри до приблизительно 55 кюри Мо для отправки к ядерным фармацевтическим предприятиям.
99
100
Следует отметить, что хотя описанный вариант устройства с линейным ускорителем электронного пучка высокой энергии относится мощности линейного ускорителя электронов 40 кВт, 35 МэВ, для производства Мо из множества мишеней Мо, устройство может быть масштабировано, чтобы получить электронный пучок мощностью приблизительно 100 кВт, или альтернативно, уменьшено по размеру для получения электронного пучка мощностью приблизительно 5 кВт.