BE1023802B1 - Procédé de production d'une fraction contenant des radio-isotopes de xe-133, fraction contenant les radio-isotopes de xe-133 - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de production de radio-isotopes du xénon pur comprenant les étapes de dissolution basique de cibles d'uranium hautement enrichi avec obtention d'une phase gazeuse contenant des radio-isotopes du xénon, isolement de ladite phase gazeuse, récupération d'une fraction contenant lesdits radio-isotopes du xénon, caractérisé en ce que ledit isolement comprend un passage de ladite phase gazeuse dans un tube en U plongé dans de l'azote liquide contenu dans un récipient blindé, au travers de rognures d'inox, une séparation desdits radio-isotopes du xénon de ladite phase gazeuse par liquéfaction desdits radio-isotopes du xénon au moyen desdites rognures d'inox refroidies, lesquelles capturent lesdits radio-isotopes du xénon par condensation, une collecte desdits radio-isotopes du xénon liquéfié et d'une phase gazeuse appauvrie en lesdits radio-isotopes du xénon et récupération desdits radio-isotopes du xénon sous forme gazeuse par réchauffement progressif à température ambiante.

Description

« PROCÉDÉ DE PRODUCTION D'UNE FRACTION CONTENANT DES RADIOISOTOPES DE XE-133 , FRACTION CONTENANT LES RADIO-ISOTOPES DE XE- 133»

La présente invention se rapporte à procédé de production de radio-isotopes du Xénon, en particulier du Xe-133 pur comprenant les étapes de

Dissolution basique de cibles d'uranium hautement enrichi avec obtention d'une bouillie basique contenant des sels d'aluminium et des isotopes issus de la fission de l'uranium hautement enrichi et d'une phase gazeuse contenant des radio-isotopes du Xénon, en particulier du Xe-133, en tant que produit de fission de l'uranium, Isolement de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du Xénon, en particulier du Xe-133, et Récupération d'une fraction contenant lesdits radio-isotopes du Xénon, en particulier du Xe-133.

Un tel procédé de production de radio-isotope de Xe-133 est connu de l'état de la technique, voir par exemple le document « Reprocessing of irradiated Uranium 235 for the production of Mo-99, 1-131, Xe-133 radioisotopes. J. Salacz - revue IRE tijdschrift, vol 9, N°3 (1985).

Selon ce document, le traitement de produits de fission de l'uranium dans le but de produire des radio-isotopes de courte durée de vie implique des conditions de travail particulièrement contraignantes.

Ces conditions de travail particulièrement contraignantes impliquent entre autres de travailler dans des cellules blindées et à l'aide de pinces robotisées ou manipulées de l'extérieur de cellules blindées par les manipulateurs de la chaîne de production. Une fois les processus de traitement des cibles contenant de l'uranium hautement enrichi bien établis et sécurisés en ce que la pollution de l'environnement est nul ou très faible, le processus de production des radio-isotopes est clairement figé. La moindre modification de ces procédés est évitée dans la mesure du possible pour éviter de perturber le schéma de production, dans la mesure ou lorsque le niveau de pollution de l'environnement est considéré comme sécurisé, chaque modification est considérée comme un nouveau risque à gérer dans le but d'obtenir un nouveau design satisfaisant les contraintes environnementales. De plus, le procédé est réalisé dans des cellules comprenant des hublots de verre blindé au plomb de plusieurs dizaine de cm et au travers desquelles cellules passent des bras articulés manipulés de l'extérieur, robotisés ou non.

Plusieurs cellules se suivent. Dans chaque cellule, une partie du procédé est réalisée et au fur et à mesure des cellules, des radio-isotopes sont récupérés.

Une première cellule est dédiée à la dissolution de cibles d'uranium hautement enrichies qui forme une bouillie. La dissolution est accompagnée de la libération des radio-isotopes du Xénon, en particulier du Xe-133 Xénon, lequel est un produit de fission de l'uranium.

En effet, dès la dissolution de la cible irradiée, le Xénon piégé dans les cibles d'uranium hautement enrichi se libère sous forme d'une phase gazeuse puisque le Xénon se présente sous forme gazeuse à partir de -109°C. A ce stade, la phase gazeuse comporte les radio-isotopes du Xénon, en particulier du Xe-133, mais également d'autres produits de fission sous forme gazeuse, comme par exemple le Kr-85, mais aussi les gaz issus de la dissolution des cibles durant la réaction exothermique de dissolution, comme par exemple du NH3, des oxydes d'azote, du C02...

Selon ce document, la présence d'ammoniac doit impérativement être évitée durant la capture de Xénon, raison pour laquelle la phase gazeuse isolée est préalablement passée au travers d'un tamis moléculaire permettant de capturer d'abord l'eau et l'ammoniac.

Selon ce document, la première phase gazeuse est ensuite passée au travers de copeaux de cuivre avant d'être purifiée.

En effet, le cuivre présente d'excellentes propriétés de conductivité thermique et donc favorise la capture du Xénon.

Les radio-isotopes du Xénon, en particulier du Xe-133 étant libéré sous forme de gaz à la dissolution des cibles d'uranium hautement enrichi, il est nécessaire de les isoler avec une très grande efficacité pour éviter qu'ils ne s'échappent dans le système de ventilation et qu'il contamine l'atmosphère, ou simplement les filtres du système de ventilation.

Malheureusement, l'usage de copeaux de cuivre bien que décrit comme très efficace a conduit à d'autres difficultés en particulier à cause de sa faible résistance à la corrosion. En effet, le cuivre forme un complexe caractéristique [Cu(NH3)6]++coloré avec l'ammoniac résiduel de la phase gazeuse.

De plus, il est apparu que le rendement d'isolement du Xe-133 pour éviter son relargage dans le système de ventilation n'était pas très stable d'une production à l'autre et que ce procédé devait être optimisé.

En outre, bien que le Xe-133 issu du procédé connu rencontrait les spécifications de l'époque avec une teneur en impureté inférieure à 3%, les contraintes de plus en plus sévères en terme de pureté des radio-isotopes requéraient d'améliorer le procédé existant. L'invention a pour but de pallier aux inconvénients de l'état de la technique en procurant un procédé dans lequel la capture du xénon était optimisée et permettait d'obtenir une purification stable et efficace du radioisotope Xe-133 dans le but de sa valorisation.

En effet, le Xe-133 est utilisé comme traceur en imagerie médicale des voies respiratoires au cours de laquelle il est inhalé par le patient, mais aussi pour l'imagerie médicale du cœur de par son grand pouvoir de pénétration dans la circulation sanguine.

Pour résoudre ce problème, il est prévu suivant l'invention un procédé tel qu'indiquée au début, caractérisé en ce que ledit isolement de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 comprend les étapes de : ledit isolement de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 comprend les étapes de :

Passage de ladite phase gazeuse contenant lesdits radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133 gazeux dans un tube en forme de U plongé dans de l'azote liquide contenu dans un récipient blindé, au travers de rognures d'inox, Séparation desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 par liquéfaction desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 au moyen desdites rognures d'inox refroidies, lesquelles capturent lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 par condensation,

Collecte desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 liquéfié et d'une phase gazeuse substantiellement appauvrie en lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, et Récupération desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 sous forme de gaz par réchauffement progressif à température ambiante.

Comme on peut le constater, selon le procédé selon la présente invention, la capture desdits isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 est effectuée par des rognures d'inox qui permettent de stabiliser le rendement d'isolement du Xe-133 et ainsi réduire tout risque de relargage dans le système de ventilation qui auparavant n'était pas très stable d'une production à l'autre.

En effet, la phase gazeuse substantiellement appauvrie en lesdits isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 est collectée et acheminée vers le système de ventilation qui est relié à la cheminée pour relargage dans l'atmosphère après une filtration ultime. Bien entendu, toute l'installation du système de ventilation raccordé à la cheminée est une installation existante et dimensionnée. Par conséquent, il est requis que les quantités de composés polluants restent sensiblement stables d'une production à l'autre étant donné que lorsque l'installation est dimensionnée, elle ne peut pas aisément être reconstruite ou modifiée entre chaque production.

Par conséquent, lorsque des produits hautement dangereux pour l'environnement sont manipulés, il y a lieu que les campagnes de production soient aussi reproductibles que possible afin que les dimensionnements déterminés pour ces installations soient conformes à la capacité attendue de capture des polluants.

Au vu du besoin de systématiser et de stabiliser la production desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, il a donc été imaginé suivant la présente invention de modifier la nature des copeaux de cuivre et de remplacer la matière de remplissage du tube en U du piège cryogénique par des billes d'acier dont la géométrie est plus homogène et aurait potentiellement permis d'atteindre une stabilité d'une production à l'autre.

Malheureusement et contre toute attente, les billes d'inox ne permettaient pas d'atteindre le résultat escompté. En effet, durant le passage de la phase gazeuse, les radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 n'étaient simplement pas capturé par le piège cryogénique.

Différents essais ont alors été menés en vue de déterminer la matière idéale des billes à placer dans le tube en U pour fabriquer un piège cryogénique efficace.

Il est toutefois apparu que pour atteindre une production stable des radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, et une composition de la phase gazeuse sensiblement appauvrie en lesdits radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133, l'inox constituait un métal de choix au vu de sa résistance à la corrosion, mais qu'au delà, bien qu'il soit souhaitable d'assurer la reproductibilité de la composition de la phase gazeuse sensiblement appauvrie en lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, le côté non homogène de rognures était un critère requis pour assurer l'efficacité du piège desdits radio-isotopes du xénon.

Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, le procédé selon la présente invention comprend une étape de balayage de ladite bouillie basique à l'aide d'un gaz rare, en particulier d'hélium permettant d'entraîner ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133.

En effet, dans l'acidificateur dans lequel la bouillie basique est produite, la phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 est libérée. Le dissolveur comporte une entrée de gaz et une sortie de gaz. La phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 quitte le dissolveur par la sortie de gaz, laquelle est reliée au piège cryogénique (directement ou indirectement). Toutefois, le soutirage de la phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 vers le piège cryogénique est largement augmentée par le balayage du ciel du dissolveur par un gaz rare, en particulier par de l'hélium car celui-ci ne se condense pas de la même manière que les radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133.

Dans une autre forme de réalisation avantageuse du procédé selon la présente invention, lesdites rognures d'inox sont des rognures d'acier inoxydable 316. En effet, l'inox 316 est le métal de choix par excellence car il présente une bonne résistance à la corrosion et une bonne conductivité thermique.

Dans encore un autre mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé selon la présente invention, lesdites rognures d'inox présentent un poids moyen compris entre 20 et 30 mg/rognure, de préférence entre 22 et 28 mg/rognure.

De préférence, les rognures d'inox présentent en moyenne une longueur de 7 mm, un diamètre d'environ 2,5 mm ainsi qu'une épaisseur d'environ 1,7 mm.

Plus particulièrement, dans le procédé selon la présente invention, lesdites rognures d'inox présentent une densité non tapée comprise entre 1,05 et 1,4.

Cette densité non tapée des rognures d'inox dans le procédé selon la présente invention permet d'atteindre un compromis parfait entre maintenir un écoulement fluidique avantageux pour d'une part évacuer la phase gazeuse appauvrie en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 vers le système d'évacuation, mais aussi durant la libération des radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133 piégés.

Dans le procédé selon la présente invention, il est en outre préféré que ledit tube en U plongé dans de l'azote liquide comporte une quantité de rognures d'inox comprise entre 90 et 110 g.

Dans une autre variante avantageuse de la présente invention, durant l'isolement, le procédé comprend dans l'étape de l'isolement, avant ladite étape de passage de ladite phase gazeuse contenant lesdits radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133 gazeux dans un tube en forme de U plongé dans de l'azote liquide contenu dans un récipient blindé, au travers de rognures d'inox, une étape de filtration de la phase gazeuse contenant lesdits isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, sur un tamis moléculaire pour capturer de la vapeur d'eau et de l'ammoniac.

Plus particulièrement, selon la présente invention, ladite étape de filtration sur un tamis moléculaire est suivie d'une capture des traces de vapeur d'eau résiduelle sur du silicagel.

Dans encore une autre variante du procédé selon la présente invention, le procédé comporte après ladite étape d'isolement, lesdits radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133 sous forme de gaz sont passés au travers d'un lit de charbon actif en vue d'éliminer les traces de gaz rares résiduels. D'autres formes de réalisation du procédé de production de radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées. L'invention a aussi pour objet une fraction de radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, conditionné dans un flacon étanche placé dans une enceinte blindée, présentant une pureté en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 supérieure à 98% de l'activité présente sous la forme chimique du xenate dudit radio-isotope d'l-131 par rapport à l'activité totale dudit radio-isotope d'l-131 sous toutes ses formes dans ladite fraction. D'autres formes de réalisation de la fraction de radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées. L'invention a aussi pour objet une fraction de radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 obtenue selon le procédé suivant la présente invention tel que décrit ci-dessus. D'autres formes de réalisation de la fraction obtenue suivant le procédé de la présente invention sont indiquées dans les revendications annexées. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux exemples.

Dans les dessins, la figure 1 représente un piège cryogénique suivant la présente invention.

La figure 2 illustre l'activité du xénon sortante du piège cryogénique mesuré en nombre de coups (CPS) en fonction du temps.

Dans le cadre de la présente invention, par le terme « effluent de la résine » on entend la phase mobile qui passe au travers de la résine et qui quitte la colonne chromatographique.

Lorsque de l'uranium 235 est bombardé de neutrons, il forme des produits de fission de une masse inférieure qui sont eux-mêmes instables. Ces produits génèrent via un cycle de fission d'autres radio-isotopes. C'est notamment de cette manière que sont produits les radio-isotopes de Mo-99, Xe-133 et 1-131.

Les cibles d'aluminium contenant de l'uranium hautement enrichi sont dissoutes durant une phase de dissolution basique en présence de NaOH (3 mol/l) et de NaNÜ3 (4 mol/l). Durant la dissolution, une bouillie est formée ainsi qu'une phase gazeuse de Xe-133. La bouille contient une phase solide principalement formée d'uranium et d'hydroxydes de produit de fission et une phase liquide de molybdate (Mo04 ) et d'iode 131 sous forme de sels d'iode.

La bouillie est ensuite diluée avec de l'eau à hauteur d'un volume d'environ 1,8 litre pour un nombre de cibles allant de 3 à 9 pour permettre son transfert vers l'étape ultérieure.

La phase gazeuse de Xénon est récupérée séparément.

La dissolution de l'aluminium de la cible est une réaction exothermique. La bouille contenant la phase solide et la phase liquide basique est alors filtrée. La phase solide est lavée deux fois avec un volume d'eau de 900 ml, récupérée et éventuellement renvoyée en amont du procédé pour une dissolution acide subséquente. Le filtrat (phase liquide basique récupérée contenant les produits de fission du Mo-99, de ΓΙ-131, de ΙΊ-133, de ΙΊ-135, du Cs-137, du Ru-103, du Sb-125 et du Sb-127) mais aussi de l'aluminate formé par la dissolution basique des cibles d'aluminium, lequel est soluble à pH basique. L'aluminium est soluble en milieu basique ainsi qu'en milieu acide. Par contre, il est insoluble lorsque le pH est compris entre 5 à 10

Le filtrat collecté doit ensuite être acidifié. Toutefois, l'acidification provoque également un dégagement de chaleur. Par conséquent, avant acidification, le filtrat est refroidi à une température d'environ 50°C.

En effet, comme on le sait du document « Form and Stability of Aluminium Hydroxide Complexes in Dilute Solutions (J.D. Hem and C.E. Roberson - Chemistry of Aluminum in Natural Water - 1967), le comportement de l'aluminium en solution est complexe et les réactions de transformation de l'ion Al3+ en la forme précipitée d'hydroxyde et la forme soluble d'aluminate sont soumises à une certaine cinétique.

La formation de solides métastables est connue et les conditions d'équilibre sont parfois difficiles à atteindre même avec des temps de réaction importants. Les oxydes et hydroxydes d'aluminium forment différentes structures cristallines (bayerite, gibbsite, ...) qui sont chimiquement similaires mais différentes par leur solubilité. Les conditions expérimentales de température, de concentration et aussi de vitesse d'addition des réactifs influencent fortement les résultats obtenus

La réaction qui régit l'équilibre entre les différentes formes de l'aluminium est la suivante au moment de l'acidification

Comme le milieu est fortement radioactif et à une température élevée à cause de la dissolution basique mais aussi à cause du caractère exothermique de la neutralisation durant l'étape d'acidification, l'addition d'acide formerait à des endroits localisés des surconcentrations en acide entraînant des échauffements locaux par la réaction de neutralisation, et la formation de formes insolubles aluminiques ou à cinétique de re-dissolution lente de sels d'aluminium. Toutefois, vu les contraintes du procédé décrit dans l'état de la technique, le milieu réactionnel présente une température élevée, qu'il est fortement radioactif et peu accessible, il n'est pas possible de le maintenir sous agitation pour éviter ces points de concentration en aluminate à haute température.

Les effets des surconcentrations en acide doivent être évités pour éviter deux raisons principales. D'une part, la formation de précipités de sels d'aluminium provoque un risque important de colmatage de l'installation, ce qui nuit au rendement de la production, mais également ajoute un risque sanitaire au vu de la forte radioactivité du mélange réactionnel. Il n'est en effet pas simple, voire inenvisageable d'intervenir manuellement pour décolmater l'installation, mais en outre, cela ne pourrait se faire qu'au détriment du rendement de production.

Par conséquent, le filtrat est refroidit en vue d'éviter la précipitation de sels d'aluminium durant l'acidification à une température d'environ 50°C et dans tous les cas inférieure à 60°C. Le filtrat est donc acidifiée par de l'acide nitrique concentré (65%). Les radio-isotopes de l'iode sont alors dégagés durant l'acidification. Pour favoriser le dégagement d'iode, le filtrat acidifié est chauffé à une température supérieure à 93°C, de préférence supérieure ou égale à 95°C, de préférence entre 96°C et 99°C; mais de préférence inférieure à 100eC et maintenue sous bullage. L'acidification permet l'obtention d'une solution à pH acide afin de pouvoir fixer le radio-isotope de Mo-99 sur la colonne d'alumine (et de libérer les radio-isotopes de l'iode en vue de leur récupération ultérieure.

La phase liquide acidifiée, appauvrie en iode est alors chargée sur une colonne d'alumine, conditionnée dans de l'acide nitrique 1 mol/l. Le Mo-99 est adsorbé sur l'alumine alors que la majorité des produits de fission contaminants sont éliminés dans l'effluent de la colonne d'alumine.

La colonne d'alumine sur laquelle le radio-isotope de Mo-99 est fixé est lavée par de l'acide nitrique à une concentration d'une mol/l, par de l'eau, du sulfite de sodium à une concentration d'environ 10 g/l et enfin encore une fois à l'eau. L'effluent de lavage est écarté

La colonne d'alumine est ensuite éluée par du NaOH à une concentration d'environ 2 mol/l et ensuite par de l'eau. L'éluat récupéré de la colonne d'alumine forme le premier éluat du radio-isotope de Mo-99.

Dans un mode préféré du procédé selon la présente invention, le premier éluat de la colonne est conservé pendant une période de temps comprise entre 20 heures et 48 heures. Après cette période de temps prédéterminée, la colonne d'alumine est à nouveau éluée à l'aide de NaOH à une concentration d'environ 2 mol/l et ensuite avec de l'eau, avant son nettoyage. L'éluat de la nouvelle élution forme le deuxième éluat du radioisotope de Mo-99 A ce stade, soit le premier éluat du radio-isotope de Mo-99 est rassemblé avec le deuxième éluat du radio-isotope de Mo-99 et forme un éluat unique qui va encore subir les étapes de purification ultérieure. Soit chaque premier et deuxième éluats sont traités séparément dans les étapes de purification ultérieure, de la même manière. Pour plus de simplicité, on parlera dans la suite de l'éluat de radio-isotope de Mo-99, qu'il s'agisse du premier éluat du radio-isotope de Mo-99 ou du deuxième éluat du radioisotope de Mo-99 ou des deux rassemblés. L'éluat de radio-isotope de Mo-99 de la colonne d'alumine est alors chargé sur une deuxième colonne chromatographique contenant une résine échangeuse d'ions de type anionique forte préalablement conditionnée dans de l'eau.

La colonne échangeuse d'ions est ensuite éluée au moyen d'une solution de nitrate d'ammonium à une concentration d'environ 1 mol/l. L'éluat récupéré comprend donc le radio-isotope de Mo-99 dans une fraction contenant du nitrate d'ammonium.

La solution de nitrate d'ammonium contenant le radio-isotope de Mo-99 est alors chargée sur une colonne de charbon actif 35-50 mesh, qui peut être éventuellement dopé à l'argent pour récupérer les éventuelles traces d'iode . La colonne de charbon actif sur laquelle le radio-isotope de Mo-99 est fixé est alors lavée à l'eau et ensuite éluée avec une solution de NaOH à une concentration d'environ 0,3 mol/l. L'élution de la colonne de charbon actif permet de récupérer une solution de Na299Mo04 dans du NaOH mais de garder l'iode éventuel capturé sur la colonne à une concentration préférée de 0,2 mol/l, laquelle sera ensuite conditionnée et emballée pour livraison.

Dans une forme d'utilisation particulière de l'invention, la solution de Na299MoC>4 dans du NaOH à une concentration préférée de 0,2 mol/l est chargée sur une résine d'alumine dans un générateur de Mo-99/Tc-99 ou sur une résine d'oxyde de titane pour permettre la génération de radioisotope du technétium 99 pour la médecine nucléaire.

Durant la formation de la bouille, des produits de fission de l'uranium sont libérés, certains sous forme soluble, d'autres sous forme de gaz. C'est entre autre le cas du xénon et du krypton qui se trouvent donc dans une phase gazeuse. La phase gazeuse sort du milieu liquide et reste confinée dans le récipient étanche dans lequel la dissolution a lieu. Le récipient étanche comprend une sortie de phase gazeuse reliée un dispositif de récupération des gaz rares, isolé de l'environnement extérieur, mais également une entrée pour un gaz de balayage.

La phase gazeuse contient de l'ammoniac (NH3) qui provient de la réduction des nitrates et des produits de fission gazeux principaux qui sont le Xe-133 et le Kr-85

La dissolution est une réaction très exothermique, ce qui impose deux gros réfrigérants. Néanmoins, de la vapeur d'eau est présente dans la phase gazeuse. La phase gazeuse est emportée par un gaz vecteur (He) vers le dispositif de récupération des gaz rares.

La phase aqueuse quitte le récipient étanche de dissolution basique et est amenée vers le dispositif de récupération des gaz rares. La phase gazeuse contenant entre autres le radio-isotope Xe-133 est d'abord passée au travers d'un tamis moléculaire permettant d'éliminer l'ammoniac (NH3) et la vapeur d'eau. Ensuite, la phase gazeuse est passée au travers de silicagel afin d'éliminer tout trace de vapeur d'eau résiduelle

La phase gazeuse contenant entre autres le radio-isotope Xe-133 est alors amenée dans un tube en forme de U plongé dans de l'azote liquide (soit à -196°C) contenu dans un récipient blindé, au travers de rognures d'inox.

Les rognures d'inox sont fabriquées à partir de tige d'inox 316 présentant un diamètre compris entre 1,5 et 2 cm et d'une longueur comprise entre 10 et 20 cm, de préférence entre 14 et 18 cm, plus particulièrement d'environ 16 cm à l'aide d'une fraise à 4 lèvres d'un diamètre de 16 mm au moyen d'un étau hydraulique. La vitesse de la fraiseuse comportant la fraise susdite est de 90 t/min et réglée avec une vitesse d'avancement de 20 mm/min. La profondeur de passe de la fraise est d'environ 5 mm.

Les rognures d'inox présentent un poids moyen compris entre 20 et 30 mg/rognure, de préférence entre 22 et 28 mg/rognure et une densité non tapée une fois mise en forme comprise entre 1.05 et 1.4.

Les rognures d'inox présentent en moyenne une longueur de 7 mm, un diamètre d'environ 2,5 mm ainsi qu'une épaisseur d'environ 1,7 mm.

Le tube en U comporte une quantité de rognure comprise entre 90 g et 110 g. Le volume de rognures d'inox 316 compris dans le tube en U est entièrement immergé dans de l'azote liquide.

Le radio-isotope Xe-133 issu de ladite phase gazeuse contenant le radio-isotope Xe-133 est alors capturé par liquéfaction dudit Xe-133 au moyen desdites rognures d'inox refroidies, lesquelles capturent le Xe-133 par condensation.

La température de liquéfaction du Xe-133 se situe aux environs de -107°C. Par conséquent, le Xe gazeux est condensé sous forme liquide sur les rognures d'inox.

Par contre, puisque la température de liquéfaction du Kr-85 se situe autour de -152eC, il y a une quantité nettement moindre de Kr qui est piégée dans le piège à azote liquide et le Kr résiduel est collecté dans des pièges spécifiques avec les gaz issus du procédé décrit ici, à savoir, entre autres la phase gazeuse substantiellement appauvrie en Xe-133.

Une fois que le Xe-133 a été capturé par le piège à azote liquide, les canalisations sont purgées et l'injection d'azote liquide est coupée et le piège est mis en contact avec une ampoule sous vide dont le volume est 50 fois plus grand que le volume des rognures contenu dans le piège à azote liquide.

Le piège à azote liquide est alors, en circuit fermé avec l'ampoule de collecte, porté à température ambiante. Après réchauffement 99% du Xe-133 initialement présent sous forme gazeuse se retrouve dans l'ampoule.

Comme mentionné précédemment, l'acidification de la bouillie basique permet l'obtention d'une solution à pH acide qui permet la fixation du radio-isotope de Mo-99 sur la colonne d'alumine mais aussi de libérer les radio-isotopes de l'iode en vue de leur récupération.

La récupération de l'iode est réalisée pendant et après l'acidification du filtrat basique préalablement refroidi.

Les radio-isotopes de l'iode sont dégagés par chauffage du filtrat acidifié à une température supérieure à 93°C, de préférence supérieure ou égale à 95°C, de préférence entre 96°C et 99°C; mais de préférence inférieure à 100°C et maintenue sous bullage pour favoriser le dégagement d'iode sous forme gazeuse.

Durant le chauffage du filtrat acidifié, il y a formation d'une phase gazeuse qui contient les radio-isotopes de l'iode mais également une partie du filtrat qui s'est évaporée. L'acidificateur comporte une tubulure de sortie de phase aqueuse qui plonge dans un récipient fermé contenant de l'eau. Une autre tubulure sort de ce récipient fermé. La phase aqueuse quitte donc l'acidificateur et est mise à buller dans l'eau contenue dans le récipient fermé. De cette manière, la partie du filtrat qui s'est évaporée est dissoute dans l'eau contenue dans le récipient fermé, tandis que la partie insoluble, à savoir les radio-isotopes de l'iode se retrouvent au-dessus de la surface d'eau, dans le récipient fermé et le quittent au moyen de la tubulure de sortie du récipient fermé vers un deuxième récipient fermé, à savoir un piège contenant du NaOH à une concentration de 3 mol/l. Les radio-isotopes de l'iode sont alors transformés en iodure sels d'iode et solubilisés dans le NaOH contenu dans le piège à iode.

La fraction contenant les radio-isotopes de l'iode est alors ensuite conditionnée en flacons hermétiques contenus dans une enceinte blindée en vue de son expédition vers le client.

Exemples.-

Exemple Comparatif :

Une campagne de production durant laquelle 3 cibles d'aluminium contenant de l'uranium hautement enrichi sont dissoutes durant une phase de dissolution basique en présence de 1,5 litre de NaOH (3 mol/l) et de NaN03 (4 mol/l).

La phase gazeuse contient entre autre du NH3 qui provient de la réduction des nitrates qui a lieu durant la dissolution des cibles.

Les produits de fission gazeux principaux sont les radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 et le Kr-85.

La dissolution est une réaction très exothermique, ce qui impose deux gros réfrigérants, néanmoins, de la vapeur d'eau est présente dans la phase gazeuse.

La phase gazeuse est emportée par un gaz vecteur rare, plus particulièrement de l'hélium vers le dispositif de récupération des gaz rares et passe d'abord au travers d'un tamis moléculaire pour éliminer le NH3 et la vapeur d'eau.

Les éventuelles traces de vapeur d'eau résiduelle sont fixées sur silicagei avant que la phase gazeuse contenant les radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 passe au travers du piège cryogénique PI. Le tube en U du piège cryogénique est rempli de billes d'inox à hauteur de d'une quantité comprise entre 90 et 110 g.

Un détecteur de l'activité du xénon (Dl) à la figure 1 a été placé en amont du piège cryogénique PI ainsi qu'un détecteur de l'activité du xénon (D2) à la figure 1 a été placé en aval du piège cryogénique dans le sens du passage du gaz.

Le détecteur de l'activité du xénon (activité entrante dans le piège cryogénique) mesure un nombre de coups (CPS). La courbe tracée sur base des mesures du détecteur 1 (Dl) est la courbe A à la figure 2. Une fois le balayage par l'hélium réalisé, on aperçoit une nette croissance de l'activité du xénon (Courbe A).

Exemple 1.-

La même campagne de production que dans l'exemple a été reproduit, mais la phase gazeuse contenant les radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 passe au travers du piège cryogénique PI.

Un détecteur de l'activité du xénon (Dl) à la figure 1 a été placé en amont du piège cryogénique ainsi qu'un détecteur de l'activité du xénon (D2) à la figure 1 a été placé en aval du piège cryogénique dans le sens du passage du gaz.

Le détecteur de l'activité du xénon (activité entrante dans le piège cryogénique) mesure un nombre de coups (CPS). La courbe tracée sur base des mesures du détecteur 1 (Dl) est la courbe A à la figure 2. Une fois le balayage par l'hélium réalisé, on aperçoit une nette croissance de l'activité du xénon (Courbe A).

Les deux pièges PI (billes d'inox) et P2 (rognures d'inox) sont placés en parallèle. La phase gazeuse passe donc par l'un ou l'autre selon les cas.

Le détecteur de l'activité du xénon (activité sortante du le piège cryogénique) mesure un nombre de coups (CPS). La courbe tracée sur base des mesures du détecteur 2 (D2) est la courbe B à la figure 2. Comme on peut le constater à la figure 2, lorsque la phase gazeuse contenant les radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133 passe au travers du piège 2 contenant des rognures d'inox P2(l) sur la figure 2, on constate que le niveau de capture des radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 est important et que le nombre de coups, et donc la teneur en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 diminue fortement dans la phase gazeuse appauvrie en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133.

Par contre, comme on peut le constater, le niveau de capture des radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 est nettement moins élevé lorsque le piège cryogénique contient des billes d'inox (PI). Le nombre de coups, et donc la teneur en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 ne diminue pas de manière significative pour le piège cryogénique contenant des billes d'inox tandis que pour le piège P2 contenant des rognures d'inox, le niveau de capture des radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 est important et le nombre de coups, et donc la teneur en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 diminue fortement dans la phase gazeuse appauvrie en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133.

Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de production de radio-isotopes du xénon pur, en particulier du Xe-133 pur, comprenant les étapes de : Dissolution basique de cibles d'uranium hautement enrichi avec obtention d'une bouillie basique contenant de l'alumine et des isotopes issus de la fission de l'uranium hautement enrichi et d'une phase gazeuse contenant des radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, en tant que produit de fission de l'uranium, Isolement de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, et Récupération d'une fraction contenant lesdits radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133, caractérisé en ce que ledit isolement de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 comprend les étapes de : Passage de ladite phase gazeuse contenant lesdits radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133 gazeux dans un tube en forme de U plongé dans de l'azote liquide contenu dans un récipient blindé, au travers de rognures d'inox, Séparation desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 par liquéfaction desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 au moyen desdites rognures d'inox refroidies, lesquelles capturent lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 par condensation, Collecte desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 liquéfié et d'une phase gazeuse substantiellement appauvrie en lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, et Récupération desdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 sous forme de gaz par réchauffement progressif à température ambiante.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de balayage de ladite bouillie basique à l'aide d'un gaz rare, en particulier d'hélium permettant d'entraîner ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel lesdites rognures d'inox sont des rognures d'acier inoxydable 316.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites rognures d'inox présentent un poids moyen compris entre 20 et 30 mg/rognure, de préférence entre 22 et 28 mg/rognure. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les rognures d'inox présentent en moyenne une longueur de 7 mm, un diamètre d'environ 2,5 mm ainsi qu'une épaisseur d'environ 1,7 mm.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites rognures d'inox présentent une densité non tapée comprise entre 1,05 et 1,4.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit tube en U plongé dans de l'azote liquide comporte une quantité de rognures d'inox comprise entre 90 et 110 g.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre dans l'étape de l'isolement, avant ladite étape de passage de ladite phase gazeuse contenant lesdits radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 gazeux dans un tube en forme de U plongé dans de l'azote liquide contenu dans un récipient blindé, au travers de rognures d'inox, une étape de filtration de la phase gazeuse contenant lesdits isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, sur un tamis moléculaire pour capturer de la vapeur d'eau et de l'ammoniac.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, lorsqu'elle dépend de la revendication 2, dans lequel ladite étape de filtration sur un tamis moléculaire est suivie d'une capture des traces de vapeur d'eau résiduelle sur du silicagel.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel après ladite étape d'isolement, lesdits radioisotopes du xénon, en particulier du Xe-133 sous forme de gaz sont passés au travers d'un lit de charbon actif en vue d'éliminer les traces de gaz rares résiduels.
10. 10. Fraction de radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133, conditionné dans un flacon étanché placé dans une enceinte blindée, ladite fraction présentant une pureté radiochimique en radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133 supérieure à 98% de l'activité présente sous la forme chimique du xenate dudit radio-isotope d'l-131 par rapport à l'activité totale dudit radio-isotope d'l-131 sous toutes ses formes dans ladite fraction.
11. 11. Fraction de radio-isotopes du xénon, en particulier du Xe-133obtenue selon la procédé suivant l'une quelconque des revendications là 9.