CN101471151B - 截面降低的同位素系统 - Google Patents

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CN101471151B CN2008101796338A CN200810179633A CN101471151B CN 101471151 B CN101471151 B CN 101471151B CN 2008101796338 A CN2008101796338 A CN 2008101796338A CN 200810179633 A CN200810179633 A CN 200810179633A CN 101471151 B CN101471151 B CN 101471151B
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Abstract

本发明涉及截面降低的同位素系统。具体而言，提供了用于发电核反应堆芯(10)的同位素生产靶棒(20)。同位素生产靶棒(20)可包括至少一个棒中心体(40)，该棒中心体(40)包括限定内部腔体(66)的外壳(65)，并且该同位素生产靶棒(20)包括位于内部腔体(66)中的多个辐射靶(70)。辐射靶(70)利用低核截面的隔离介质(74)以一定的空间排列定位，用以维持该空间排列。

Description

截面降低的同位素系统
技术领域
本发明大体上涉及在轻水动力反应堆中生产同位素。
背景技术
种类繁多的放射性同位素可用于医疗、工业、研究及商业应用中。通常，可通过利用核粒子辐射靶同位素材料来产生放射性同位素。靶原子或者直接转变成所需的同位素，或者放射性同位素通过随后产生所需放射性产物的一系列的吸收和衰变而产生。
有两种技术用来提供用于放射性同位素的辐射源：产生中子流的核反应堆；以及产生带电粒子流的粒子加速器或回旋加速器，这些粒子通常为质子，但有时为电子或其它粒子。例如，从1957年开始，位于加拿大安大略省的Atomic Energy of Canada’s(AECL’s)ChalkRiver Laboratories的Canada’s National Research Universal(NRU)反应堆便在生产医疗和工业用的放射性同位素。NRU生产了世界上很大比重的医疗用和工业用的放射性同位素，包括钼-99(用于医疗诊断的一种关键性同位素)。用于医疗、工业、研究及商业应用的其它示范性的放射性同位素包括铊-201，其用于医疗中的心脏成像；钙-44，其用于骨骼生长研究；铱-192，其用于结构及其它材料的无损检测；钴-60，其用来破坏癌细胞、给手术设备及药剂消毒、以及对食品供应消毒；铥-170，其用于白血病、淋巴瘤治疗以及动力源中的便携式血液辐射仪；钆-153，其用于骨质疏松症的检测和SPECT成像；镍-63，其用于制造长寿命的电池；和镅-241，其用于烟雾检测器中。
通常，包含同位素靶的样品棒在连续的过程中通过穿透插入NRU中，并在其中经受辐射，以便按所需的比放射性产生用于核医学和/或工业应用中的同位素。然后在发电核反应堆的运行中辐射同位素靶。在辐射之后，放射性同位素从靶中回收，并用于制备核医学疗法中的多种放射性药物。
发明内容
根据不同的方面，提供了用于发电核反应堆的同位素生产靶棒。在各个实施例中，同位素生产靶棒包括至少一个棒中心体，该棒中心体包括限定了内部腔体的外壳。同位素生产靶棒可在内部腔体中附加地包括多个辐射靶。在各个实施方案中，辐射靶利用低核截面的隔离介质按一定的空间排列定位，以维持该空间排列。
在各个其它的实施例中，同位素生产靶棒可包括至少一个棒中心体，该棒中心体包括限定了内部腔体的外壳，并且该同位素生产靶棒包括位于各相应棒中心体的内部腔体内的辐射靶罐。同位素生产靶棒附加地包括多个辐射靶，该辐射靶利用低核截面的隔离介质按一定的空间排列而定位在各相应的辐射靶罐中，用以维持该空间排列。
在还有的其它实施例中，同位素生产靶棒可包括至少一个棒中心体，该棒中心体包括限定内部腔体的外壳，并且该同位素生产靶棒包括位于各相应棒中心体的内部腔体中的辐射靶罐以及位于各相应辐射靶罐中的至少一个辐射靶接受器。在各个实施例中，各辐射靶接受器可包括多个靶储存器，这些靶储存器按一定的模式处于各辐射靶接受器的至少一部分外表面中。
根据其它方面，提供了用于核动力反应堆的燃料棒束。在各个实施例中，燃料棒束可包括多个燃料棒和至少一个同位素生产靶棒。各同位素生产靶棒可包括至少一个棒中心体，该棒中心体包括限定内部腔体的外壳，并且该同位素生产靶棒包括位于该内部腔体中的多个辐射靶。辐射靶利用低核截面的隔离介质按一定的空间排列定位，用以维持该空间排列。
根据还有的其它方面，提供了用于在核动力反应堆中生产同位素的方法。在各个实施例中，该方法可包括在辐射靶罐中密封多个辐射靶。更详细地讲，这些辐射靶利用低核截面的材料按一定的空间排列定位在罐中，用以将辐射靶维持在该空间排列中。该方法还附加地包括将辐射靶密封在同位素生产靶棒的内部腔体中，并且使同位素生产靶棒包含在核动力反应堆的燃料棒束中。
根据本文以下所提供的详细描述，本发明另外的应用领域将变得显而易见。应当理解，详细的描述和具体的实例尽管指明了本发明的各个实施例，但是它们仅旨在出于说明的目的，而非意图限制本发明的范围。另外，本发明的特征、功能和有利之处可在本发明的各个实施例中独立地获得，或者可结合在还有的其它实施例中。
附图说明
根据详细的描述和附图可更全面地理解本发明，附图中；
图1是基于本发明各个实施例的一部分核反应堆芯的透视截面图，显示了多个包括燃料棒、同位素生产靶棒、连接板、间隔格架和通道的燃料棒束组件；
图2是基于本发明各个实施例的示范性燃料棒束组件的局部分解截面图，该燃料棒束组件包含在图1所示的核反应堆芯中；
图3显示了基于本发明各个实施例的各种同位素生产靶棒，该同位素生产靶棒可包含在图2所示的燃料棒束组件中；
图4是基于本发明各个实施例的同位素生产靶棒节段的示范性示图，该同位素生产靶棒节段包含在图2所示的燃料棒束组件的多节段同位素生产靶棒中；
图5是基于本发明各个实施例的中心体的示范性示图，该中心体包含在图4所示的各同位素生产靶棒中；
图6是图5中所示中心体的示范性的纵向截面图，显示了基于本发明各个实施例的多个辐射靶通过低核截面的介质以预定的空间排列定位在中心体的腔体内；
图7是图5中所示中心体的示范性的纵向截面图，显示了基于本发明各个其它实施例的多个辐射靶通过低核截面的介质以预定的空间排列定位在中心体的腔体内；
图8是基于本发明各个实施例的显示在图7中的辐射靶接受器的示范性示图；
图9是基于本发明各个其它实施例的显示在图7中的辐射靶接受器的示范性示图；
图10示出了基于本发明各个实施例的显示在图8和图9中的辐射靶接受器的制造；
图11示出了基于本发明各个其它实施例的显示在图8和图9中的辐射靶接受器的制造；
图12示出了基于本发明其它实施例的显示在图8和图9中的辐射靶接受器的制造；
图13是基于本发明各个实施例的显示在图8至图12中的一部分辐射靶接受器的示范性示图，该辐射靶接受器在至少一端具有带内螺纹的孔；
图13A是基于本发明各个实施例的显示在图8至图12中的辐射靶接受器的示范性示图，该辐射靶接受器包括形成为具有足够的深度以保持两个或多个辐射靶丸(pellets)的辐射靶接受器；
图13B是基于本发明各个实施例的显示在图8至图12中的辐射靶接受器的示范性示图，该辐射靶接受器包括形成为沿直径延伸的孔，其穿过相应的适于保持多个辐射靶丸的辐射靶接受器；
图14A是基于本发明各个实施例的显示在图7中的辐射靶接受器的示范性示图；
图14B是基于本发明各个实施例的显示在图5中的中心体的示范性纵向截面图，其中，该中心体包括多个显示在图14A中的辐射靶接受器；
图15A是基于本发明各个实施例的显示在图5中的中心体的示范性纵向截面图，其中，该中心体具有双外壳结构；
图15B是基于本发明各个实施例的显示在图15A中的中心体的示范性径向截面图。
贯穿附图的各个视图，相应的参考标号表示相应的零件。
零件列表
10  核反应堆芯
14A 燃料棒束
14B 燃料棒束
14C 燃料棒束
14D 燃料棒束
18  燃料棒
20  同位素生产靶棒
20A 同位素生产靶棒
20B 同位素生产靶棒
20C 同位素生产靶棒
22  通道
26  上连接板
30  下连接板
34  间隔格架
38  水棒
40  中心体
42  上端帽
46  下端帽
50  同位素生产靶棒节段
54  远端部
58  阳连接器
62  阴接受器
64  阴接受器内孔
65  中心体外壳
66  中心体内部腔体
70  辐射靶
74  隔离介质
78  辐射靶盘
82  隔离介质间隔件
86  间隙空间
90  辐射靶丸
94  储存器
98  靶接受器
102 靶接受器的端部部分
106 间隙空间
110 靶接受器实心体
114 靶接受器管状体
116 纵向中心腔体
118 靶接受器管状套筒
120 实体芯
122 孔
126 螺纹孔
130 轴向端部
134 辐射靶罐
138 靶罐外壳
142 靶罐内部腔体
146 间隙空间
150 间隔件
具体实施方式
下列对各个实施例的描述在本质上仅仅是示范性的，并且绝非意图限制本发明、其应用或用途。另外，如以下所述的由各个实施例所提供的有利之处在本质上是示范性的，并且并非所有的实施例都提供相同的有利之处或相同程度的有利之处。
参照图1，提供了发电核反应堆芯10的示范性部分(例如沸水核反应堆芯的一部分)的透视截面图。发电核反应堆芯10的示范性部分包括四个燃料棒束组件14A、14B、14C和14D，当燃料棒束14A、14B、14C和14D安装后并且反应堆运行时，流体缓和剂即冷却剂经由并围绕该燃料棒束组件14A、14B、14C和14D流动。为了简便起见，燃料棒束组件14A、14B、14C和14D在文中将简单地称作燃料棒束14A、14B、14C和14D。在各燃料棒束14A、14B、14C和14D中的核反应产生热量，使用该热量将冷却剂转变成用来发电的蒸汽。各燃料棒束14A、14B、14C和14D在结构、形式和功能上基本相同。因此，为了简单和清晰起见，文中将仅描述燃料棒束14A。
还参照图2，燃料棒束14A通常包括围绕上连接板26和下连接板30的外部通道22。多个燃料棒18在燃料棒束14A中布置成阵列，并穿过多个沿着燃料棒束14A的长度在纵向或轴向上彼此间隔开的间隔格架34。燃料棒18以及通常一个或多个水棒38穿过间隔格架34以彼此间隔开的关系即阵列地保持在燃料棒束14A中，以便在燃料棒18之间限定用于反应堆冷却剂流的通路。通常，燃料棒束可根据需要沿着燃料棒束14A的整个轴向长度包括任意数目的间隔格架34，例如3到8个间隔格架34，以便将燃料棒18保持在所需的阵列中。
在各种实施例中，燃料棒束14A可包括一个或多个同位素生产靶棒20。通常，燃料棒18包含产生中子流的核燃料例如铀，而同位素生产靶棒20包含辐射靶，该辐射靶由中子流辐射以产生所需的放射性同位素。辐射靶可由任意所需的同位素如钙、钴、铱、镍、铥等制成。除了燃料棒18包含核燃料而同位素生产靶棒20包含辐射靶之外，燃料棒18和同位素生产靶棒20可具有大致相同的构造。然而，以下将仅对同位素生产靶棒20的构造、功能、构件、元件、组件、特征、特性等做进一步的描述。
现在参照图3，在各种实施例中，同位素生产靶棒20可以是全长度的棒、部分长度的棒、多节段的棒或其任意组合。例如，燃料棒束14A可包括一个或多个全长度的同位素生产靶棒20A、一个或多个部分长度的同位素生产靶棒20B、一个或多个多节段的同位素生产靶棒20C或其任意组合。各同位素生产靶棒20如同位素生产靶棒20A、20B和20C通常均包括至少一个中心体40，该中心体40在上端联接到上端帽42上，和/或在下端联接到下端帽46上。上端帽42和下端帽46与相应的上连接板26和下连接板30相配合，以便将各同位素生产靶棒20如同位素生产靶棒20A、20B和/或20C的端部稳定在通道22中。
更详细地讲，各全长度的同位素生产靶棒20A包括中心体40，该中心体40具有延伸近似燃料棒束14A的长度的轴向长度，并在上端和下端处联接到上端帽42和下端帽46上。各部分长度的同位素生产靶棒20B包括中心体40，该中心体40具有的轴向长度小于燃料棒束14A的近似长度。例如，各部分长度的同位素生产靶棒20B的中心体40可以是燃料棒束14A的近似长度的3/4、1/2、1/4等。各部分长度的同位素生产靶棒20B的中心体40在下端处联接到下端件46上。下端件46与相应的连接板30相配合，以将各同位素生产靶棒20的端部稳定在通道22中。
现在参照图3和图4，各多节段的同位素生产靶棒20C包括多个棒节段50，这些棒节段50相互连接以使得多节段的同位素生产靶棒20C可具有的轴向长度大致等于燃料棒束14A的长度或任何可增加(incremental)的较短长度，例如部分长度的同位素生产靶棒20B。各同位素生产靶棒节段50包括中心体40，使得总体的同位素生产靶棒20C包括多个中心体40。在各个实施例中，各棒节段50包括连接到第一端的阳连接器58和具有内孔64并连接到相反的第二端的阴接受器62。阳连接器58和阴接受器62可配合以相互连接相应的棒节段50。另外，最上方和最下方的棒节段50的远端部54分别联接到上端帽42和下端帽46上。
参照图4，如上所述，各多节段的同位素生产靶棒20C包括多个相互连接的棒节段50。应当理解，不同棒节段50可具有不同的轴向或纵向长度以及不同的外径，且仍然保持在本发明的范围之内。因此，通过相互连接不同长度和直径的棒节段50，各多节段的同位素生产靶棒20C可进行组装，以具有所需的长度以及沿着总体的同位素生产靶棒20C长度的一个或多个外径。因此，应当理解，图4显示了示范性的同位素生产靶棒节段50，并且文中附随的描述涉及各多节段的同位素生产靶棒20C的各棒节段50，而与各相应的棒节段50的长度和/或直径无关。
现在参照图5，基于本发明的各个实施例提供了一个或多个中心体40的示范性示图，该中心体40包含在图3中所示的各同位素生产靶棒20中。更详细地讲，在图5中所示的中心体40及附随的描述涉及各全长度的同位素生产靶棒20A、各部分长度的同位素生产靶棒20B以及各多节段的同位素生产靶棒20C的各棒节段50的各中心体40。
各同位素生产靶棒20的各中心体40包括限定内部腔体66的外壳65，其中，内部腔体66用于保持多个辐射靶70。在上端帽42和下端帽46(图3所示)和/或阳连接器58和/或阴接受器62(图4所示)连接到相应中心体40的相对的端部之前，腔体66是可进入的。在以下所述的各个实施例中，辐射靶70利用低核截面的隔离介质74按特定的空间排列而定位并保持在腔体66中。更具体地讲，通过经验数据和/或数学建模和/或适当的测试方法，辐射靶的空间排列可设计成使得辐射靶70对由燃料棒束14在发电核反应堆芯10中所产生的中子的吸收达到最优。
此外，在各个实施方案中，隔离介质74由低核截面的材料、物质、气体等构成、制成，或包括低核截面的材料、物质、气体等，该低核截面的材料、物质、气体等对于中子而言基本上是不可见的，即具有非常低或基本上可忽略的中子吸收率。例如，隔离介质可由锆、铝或任何其它适当的低核截面的材料、物质、气体等制成。因此，中子穿过隔离介质74而不被吸收，以使得发电核反应堆芯10中的中子流未受到抑制，并且未降低相应反应堆的发电效率。更具体地讲，辐射靶70的特定空间排列以及隔离介质74的低核截面最大限度地降低同位素生产靶棒20对发电核反应堆芯10产生能量的影响，同时最大限度地提高辐射靶70的比放射性即中子吸收作用。
图6提供了基于本发明各个实施例的示范性中心体40的截面图，显示了定位在相应中心体40的腔体66中的多个辐射靶盘78和辐射靶间隔件82。在各个实施例中，辐射靶70可包括由所需同位素如钴制成的盘或圆片78，而隔离介质74可包括定位在各相邻辐射靶盘78之间的多个辐射靶间隔件82。各间隔件82具有厚度T，该厚度T选择成使辐射靶盘78定位在预定的空间排列中，以由辐射靶盘78提供最优的中子吸收作用。例如，在各个实施方案中，间隔件82可具有相同的厚度T，使得各辐射靶盘78与所有相邻的辐射靶盘78等间距地隔开，即与直接位于各相应辐射靶盘78上方或下方的辐射盘78等间距地隔开。此外，如上所述，隔离介质74即间隔件82可由低核截面的材料如锆或铝制成。因此，间隔件82可提供低核截面的隔离介质和对于辐射靶盘78的间距，这被设计成最大限度地降低同位素生产靶棒20对发电核反应堆芯10的能量影响，同时最大限度地提高辐射靶盘78的中子吸收作用。
在各个实施例中，辐射靶盘78和间隔件82的尺寸设定成使得间隙空间86可存在于腔体66的内壁与辐射靶盘78和间隔件82之间。间隙空间86允许辐射靶盘78和间隔件82的热膨胀。在各个实施例中，间隙空间86以及存在于辐射靶盘78与间隔件82之间的任何空间都可充有大致为零的核截面的、高导热性的气体，例如氦气。因此，大致为零的核截面的、高导热性的气体呈现出对发电核反应堆芯10的中子流基本上无阻抗，同时提供高的导热性用以从相应中心体40的辐射靶盘78和间隔件82中除去热量。尽管图6显示了基本上整个腔体66填充有辐射靶盘78和间隔件82，但应当理解，少于整个的腔体66也可填充有辐射靶盘78和间隔件82，且仍然保持在本发明的范围之内。
图7提供了根据本发明各个实施例的示范性中心体40的截面图，显示了利用多个储存器94而保持的多个辐射靶丸90，其中，该多个储存器94处于定位在腔体66中的靶接受器98中。在各个实施例中，辐射靶70可包括由所需同位素如钴制成的靶丸90，而隔离介质74可包括具有储存器94的靶接受器98，该储存器94颇具战略地(strategically)沿着靶接受器98的至少一部分外表面定位。
更详细地讲，储存器94颇具战略地沿着靶接受器98的外表面定位，用以按预定的空间排列定位辐射靶丸90，使得辐射靶丸90提供最优的中子吸收作用。例如，在各个实施例中，靶储存器94围绕靶接受器98的外表面在相对的轴向端部部分102之间等间距地隔开，使得各靶储存器94距各相邻靶储存器94大致相等的距离，例如1mm、2mm或3mm。如上所述，隔离介质74即靶接受器98可由低核截面的材料如锆或铝制成。因此，低核截面的靶接受器98以及靶储存器94的间距被设计成最大限度地降低同位素生产靶棒20对发电核反应堆芯10的能量影响，同时最大限度地提高辐射靶丸90的中子吸收作用。
在各个实施例中，靶接受器98的尺寸设定成使得间隙空间106可存在于腔体66的内壁与靶接受器98之间。间隙空间106允许辐射靶丸90和靶接受器98的热膨胀。在各个实施例中，间隙空间106以及存在于靶丸90与储存器94之间的任何空间可充有大致为零的核截面的、高导热性的气体，例如氦气。因此，大致为零的核截面的、高导热性的气体呈现出对发电核反应堆芯10的中子流基本上无阻抗，同时提供较高导热性用以从辐射靶丸90和靶接受器98中除去热量。
尽管辐射靶丸90在形状上显示为大致圆柱形，但是可以想到，辐射靶丸90可具有适于装配到靶储存器94中的任意形状。例如，在各个实施例中，靶丸90可以为球形、椭圆形、金字塔形、锥形、矩形等。
现在参照图8和图9，在各个实施例中，各靶接受器98的靶储存器94的尺寸设定成用以保持单个辐射靶丸90。更详细地讲，在各个实施例中，靶储存器94的尺寸可设定成用以按特定的方位保持相应的辐射靶丸90(图8)，而在其它实施例中，靶储存器94的尺寸可设定成用以沿任意方位保持相应的辐射靶丸90(图9)。例如，如图8中所示，各辐射靶丸90可以为圆柱形、椭圆形、矩形等，或者为具有轴向长度L的任意形状，其中，该轴向长度L大于各相应靶丸90的外径d。另外，各辐射靶丸90的外径d稍小于靶储存器94的内径D，该内径D小于辐射靶丸90的长度L。因此，各辐射靶丸90将仅仅装配在各相应的靶储存器94中，使得各辐射靶丸90的轴向中心线与相应靶储存器94的轴向中心线同轴地对准。
然而，在其它实施例中(如图9所示)，各靶储存器94具有的内径D稍大于轴向长度L和辐射靶丸90的外径d两者中的较长者，其中，该辐射靶丸90可具有通常的任意形状。因此，仅单个的辐射靶丸90可保持在各靶储存器94中，但辐射靶丸90可以任意方位地保持在相应的靶储存器94中。例如，在各个实施例中，辐射靶丸90在形状上可为圆柱形，在此各辐射靶丸90的轴向长度L近似为各辐射靶丸90的外径d的1.25倍，而靶储存器94的内径D近似为各辐射丸90的外径d的1.5倍。因此，圆柱形的辐射靶丸90可以任意方位地保持在相应的靶储存器94中，并且各靶储存器94的大小仅足以保持单个的辐射丸90。
各靶接受器98可以任意适当的方式制造，使得各靶储存器94将具有大致相同的尺寸，即相同的深度X(如图9所示)和直径D。例如，如图10所示，在各个实施例中，各辐射靶接受器98可制成为具有实心体。靶储存器94可按预定的模式沿着实心体110的至少一部分外表面在实心体110上铣削、钻孔、镗孔，以具有大致相同的深度X和直径D(如图8和图9中所示)。作为备选，如图11中所示，在其它实施例中，各辐射靶接受器98可制成为具有管状体114，管状体114带有其中贯通的纵向中心腔体116。靶储存器94可按预定的模式沿着管状体114的至少一部分外表面在管状体114上铣削、钻孔、镗孔，以具有大致相同的深度X和直径D(如图8和图9中所示)。纵向中心腔体116减少了靶接受器98的质量即材料，由此减少了核截面。另外，纵向中心腔体116可沿着间隙空间106充有大致为零的核截面的、高导热性的气体如氦气，由此提供增强的导热性用以从辐射靶丸90和靶接受器98中除去热量，如上所述。
或者，在还有的其它实施例中，如图12中所示，各辐射靶接受器98可制成为包括穿孔的管状套筒118和装配在管状套筒118中的实体芯120。管状套筒118制成为具有大致恒定的厚度Y，并在其中按预定的模式包括多个孔122，其中，各孔122均具有大致相同的直径D(如图9所示)。因此，当实体芯120装配到穿孔的管状套筒118中时，靶储存器94将形成为具有大致相同的深度X(等于管状套筒的厚度Y)和直径D(如图9所示)。
现在参照图13，在各个实施例中，各辐射靶接受器98的至少一个相对的轴向端部部分102包括轴向螺纹孔126。螺纹孔提供了一种手段，用以在将辐射靶丸90装载到靶储存器94中和/或从靶储存器94中卸载辐射靶丸90的过程中将相应的辐射靶接受器98连接到靶丸装载和/或卸载装置(未示出)上。在如图11所示的实施例中，辐射靶接受器制成为具有管状体114和纵向中心腔体116，该纵向中心腔体116的至少一端的至少一部分可包括螺纹，用于将相应的辐射靶接受器98连接到丸装载和/或卸载装置上。
现在参照图13A，在各个实施例中，一个或多个辐射靶接受器98可制成为使得靶储存器94具有适于保持两个或多个辐射靶丸90的深度X。更详细地讲，各靶储存器94均具有深度X，使得各相应的靶储存器94均可保持两个或多个辐射靶丸90，但不会与任何相邻的沿径向或沿周向对齐的靶储存器94相交或穿透任何相邻的沿径向或沿周向对齐的靶储存器94。类似于以上关于图8至图13所述的实施例，各靶储存器94的尺寸可设定成按特定的方位保持相应的两个或多个辐射靶丸90，例如与各相应的靶储存器94的中心轴线同轴地对准(图8)，或者靶储存器94的尺寸可设定成以任意方位保持相应的两个或多个辐射靶丸90(图9)。另外，靶接受器98可按与以上关于图11和图12所述相同的方式制成，使得各靶储存器94的深度X足够深以保持两个或多个辐射靶丸90。此外，在各个实施例中，靶接受器98可制成为包括带螺纹的中心孔126(如在图13中所述及所示)，并且还包括具有深度X的靶储存器94，该深度X足够保持两个或多个辐射靶丸90。
现在参照图13B，在各个实施例中，一个或多个辐射靶接受器98可制成为使得靶储存器94形成为延伸穿过辐射靶接受器98的直径P的孔。因此，各沿径向或沿周向对齐的靶储存器94孔在相应辐射靶接受器98的轴向中心处相交。各靶储存器94孔因而适于保持多个例如两个或更多的辐射靶丸90。类似于以上关于图8至图13所述的实施例，各靶储存器94的尺寸可设定成用以按特定的方位保持相应的多个辐射靶丸90，例如与各相应的靶储存器94孔的中心轴线同轴地对准(图8)，或者靶储存器94的尺寸可设定成以任意方位保持相应的两个或多个辐射靶丸90(图9)。
现在参照图14A和图14B，图14A显示了根据多个实施例的辐射靶接受器98，而图14B提供了根据本发明各个实施例的示范性中心体40的截面图，其中，该中心体40包括多个显示在图14A中的辐射靶接受器98。在各个实施方案中，辐射靶接受器98可具有轴向长度Z，该轴向长度Z可增加地小于内部腔体66的轴向长度M，使得多个靶接受器98可定位在腔体66中。在这些实施例中，各靶接受器98可包括颇具战略地沿着相应靶接受器98的外表面定位的辐射靶储存器94，如参照图7、图8和图9所显示和描述的。或者，在备选的实施例中，靶储存器94可颇具战略地绕着相应靶接受器98的至少一个相对的轴向端部130定位，如图14A所示。形成在至少一个相对的轴向端部130中的靶储存器94的尺寸可设定成按特定的方位保持相应的辐射靶丸90，例如与各相应的靶储存器94的中心轴线同轴地对准。或者，形成在至少一个相对的轴向端部130中的靶储存器94的尺寸可设定成以任意方位保持相应的辐射靶丸90。在其它实施例中，靶接受器98可包括颇具战略地绕着至少一个相对的轴向端部130并沿着相应靶接受器98的外表面定位的靶储存器94。
各辐射靶接受器98的轴向长度Z可以是足以包括辐射靶储存器94的任一合适长度，其中，该辐射靶储存器94的尺寸设定成保持一个或多个辐射靶90(未示出)。例如，靶接受器98可具有近似为1/16英寸、2/16英寸或更大的轴向长度Z。此外，在各个实施例中，低核截面的间隔件150可设置在相邻的靶接受器98之间。各间隔件150具有厚度Q，该厚度Q设定成用以使靶接受器98定位在所需的预定空间排列中，以便由辐射靶丸90(未示出)提供最佳的中子吸收作用。
因此，可以想到显示在图14B中的示范性中心体40中的多个靶接受器98可包括使靶储存器94颇具战略地绕着至少一个相对的轴向端部130定位的一个或多个靶接受器98(图14A)，包括使靶储存器94颇具战略地沿着相应的靶接受器98的外表面定位的一个或多个靶接受器98，包括使靶储存器94颇具战略地绕着至少一个相对的轴向端部130并沿着相应靶接受器98的外表面定位的一个或多个靶接受器98，或其任意的组合。
现在参照图15A和图15B，在各个实施例中，一个或多个同位素生产靶棒20的一个或多个中心体40可具有双外壳的构造，以提供额外水平的保护，以防由于在核反应堆运行期间对中心体40的侵蚀或磨损引起中心体40整体性的破坏而从有缺陷的焊接处产生辐射泄漏。更详细地讲，在各个实施例中，一个或多个同位素生产靶棒20中的一个或多个中心体40可包括同心地定位在内部腔体66中的辐射靶罐134。辐射靶罐134包括限定内部腔体142的外壳138，其中，该内部腔体142用于按与以上关于图5至图14所述相同的方式保持辐射靶70(例如盘78和/或丸90)和隔离介质74(例如间隔件82和/或靶接受器98)。
也就是，辐射靶70可利用低核截面的隔离介质74而按特定的空间排列定位并保持在辐射靶罐134的内部腔体142中，其定位及保持方式与以上在各个实施例中关于显示在图5至图14中的中心体40的内部腔体66所述的方式相同并利用相同的结构、物质和材料。
在各个实施例中，间隙空间146可存在于腔体66的内壁与辐射靶罐134之间。间隙空间146允许辐射靶罐134热膨胀。在各个实施例中，间隙空间146可充有大致为零的核截面的、高导热性的气体如氦气，以提供较高的导热性从而将热量从辐射靶罐134中除去，同时呈现出对发电核反应堆芯10的中子流基本上无阻抗。另外，在各个实施例中，辐射靶罐的外壳138可由低核截面的材料如锆、铝或任何其它适当的具有低核截面的材料或物质制成。
尽管辐射靶盘78、隔离介质间隔件82、辐射靶丸90、靶接受器98和辐射靶罐134在文中通常描述并显示为具有圆柱形的形状即圆形或环形的截面几何形状，但是应当理解，各辐射靶盘78、隔离介质间隔件82、辐射靶丸90、靶接受器98和辐射靶罐134可具有环形的圆柱形之外的截面几何形状，并仍然保持在本发明的范围之内。例如，可以想到各辐射靶盘78、隔离介质间隔件82、辐射靶丸90、靶接受器98和辐射靶罐134可具有方形、三角形、矩形、六边形、八边形、梯形的截面几何形状，或任何其它适当的截面几何形状，并仍然保持在本发明的范围之内。更详细地讲，应当理解，用于有些或所有辐射靶盘78、隔离介质间隔件82、辐射靶丸90、靶接受器98和辐射靶罐134的截面几何形状可不同于相应的有些或所有辐射靶盘78、隔离介质间隔件82、辐射靶丸90、靶接受器98和辐射靶罐134的截面几何形状。例如，同位素生产靶棒20可构造成具有保持在辐射靶接受器98的储存器94中的辐射靶，其中，该辐射靶具有六边形的截面，而辐射靶接受器98具有三角形的截面并容纳于辐射靶罐134中，该辐射靶罐134具有方形的截面或任何其它截面几何形状的可能的组合。
应当理解，尽管用于“第一”、“第二”、“第三”等可在文中用于描述不同的元件、构件、区域和/或部分，但是这些元件、构件、区域和/或部分不应受限于这些用语。这些用语可仅仅用来区分一个元件、构件、区域与另一个构件、区域或部分。
此外，与空间相关的用语，例如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等在文中是为了便于描述一个元件或零件相对于另一个显示在图中的元件或零件的关系。可以理解，除了显示在图中的方位之外，与空间相关的用语可意图包括装置在使用中或运行中的不同方位。例如，如果图中的装置翻转，则描述为在图中其它元件或零件“下方”、“下面”的元件取向为在其它元件或零件“上方”。因此，示范性的用语“下方”可包括上方和下方的方位。装置可以另外的方式取向(转动90度或处于其它方位)，并且文中所使用的与空间相关的描述信息相应地进行解释。
此外，本文所使用的术语仅仅是出于描述特定的示范性实施例的目的，而非意图进行限制。如本文所用，单数形式“一”、“一个”、“该”可意图包括复数形式，除非上下文另有明确的说明。还可以理解，当用语“包括”用于本说明书时，指明所描述零件、整体、步骤、操作、元件、构件等的存在，但是并不排除一个或多个其它的零件、整体、步骤、操作、元件、构件、组合等的存在或补充。
根据以上描述，本领域的技术人员现在可认识到，本发明范围宽广的教导内容可以多种形式执行。因此，尽管本发明已结合其特定的实例进行了描述，但是本发明的实际范围不应因此受到限制，因为在本领域专业人员对附图、说明书和下面的权利要求进行研究之后，其它变更将变得显而易见。

Claims (17)

1.一种用于核动力反应堆芯(10)的同位素生产靶棒(20)，所述同位素生产靶棒(20)包括： 
至少一个棒中心体(40)，其包括限定内部腔体(66)的外壳(65)；以及 
位于所述内部腔体(66)中的多个辐射靶(70)，所述辐射靶(70)利用低核截面的隔离介质(74)按一定的空间排列定位，用以维持所述空间排列； 
其中，所述隔离介质(74)包括位于各相应的棒中心体(40)的所述内部腔体(66)中的至少一个辐射靶接受器(98)，各辐射靶接受器(98)均包括多个靶储存器(94)，所述多个靶储存器(94)以一定的模式处于各辐射靶接受器(98)的至少一部分外表面中。 
2.根据权利要求1所述的同位素生产靶棒(20)，其特征在于，所述同位素生产靶棒(20)还包括： 
位于各相应的棒中心体(40)的所述内部腔体(66)中的辐射靶罐(134)，所述辐射靶(70)按所述空间排列而定位在相应的所述辐射靶罐(134)中。 
3.根据权利要求2所述的同位素生产靶棒，其特征在于，所述辐射靶罐充有氦气。 
4.根据权利要求1所述的同位素生产靶棒(20)，其特征在于，各靶储存器(94)的尺寸设定成用以保持单个辐射靶(90)。 
5.根据权利要求1所述的同位素生产靶棒，其特征在于，各靶储存器的尺寸设定成用以按特定的方位保持相应的靶。 
6.根据权利要求4所述的同位素生产靶棒，其特征在于，各靶储存器的尺寸设定成用以沿任意方位保持相应的靶。 
7.根据权利要求1所述的同位素生产靶棒(20)，其特征在于，各辐射靶接受器(98)由锆和铝中的至少一种制成。 
8.根据权利要求1所述的同位素生产靶棒(20)，其特征在于，各辐射靶接受器(98)均包括实心体(110)，使得所述靶储存器按所述模式沿着所述实心体的至少一部分外表面在所述实心体上铣削、钻孔或镗孔，以具有大致相同的深度和直径。 
9.根据权利要求8所述的同位素生产靶棒(20)，其特征在于，所述靶储存器(94)在所述实心体(110)外表面的相对轴向端部部分之间围绕所述实心体(110)外表面等间距地隔开，使得各靶储存器(94)距各相邻的靶储存器(94)大致相等的距离。 
10.根据权利要求8所述的同位素生产靶棒，其特征在于，各辐射靶接受器在至少一个轴向端部部分中包括轴向螺纹孔。 
11.根据权利要求1所述的同位素生产靶棒(20)，其特征在于，各辐射靶接受器(98)均包括管状体(114)，所述管状体(114)使所述靶储存器(94)按所述模式围绕所述管状体(114)的外表面等间距地隔开。 
12.根据权利要求11所述的同位素生产靶棒，其特征在于，所述管状体包括其中贯通的纵向中心腔体，所述纵向中心腔体在至少一个轴向端部部分中具有螺纹。 
13.根据权利要求1所述的同位素生产靶棒(20)，其特征在于，各辐射靶接受器(98)包括： 
穿孔的管状套筒(118)，所述套筒(118)具有在其中按所述模式的多个孔(122)；以及 
装配在所述套筒(118)中的实体芯(120)。 
14.一种用于核动力反应堆的同位素生产靶棒，所述同位素生产靶棒包括： 
至少一个棒中心体，其包括限定内部腔体的外壳； 
位于各相应棒中心体的内部腔体内的辐射靶罐； 
位于各相应辐射靶罐中的至少一个辐射靶接受器，各辐射靶接受器均包括多个靶储存器，所述多个靶储存器以一定的模式处于各辐射靶接受器的至少一部分外表面中。 
15.一种用于核动力反应堆的燃料棒束，所述燃料棒束包括： 
多个燃料棒；以及 
至少一个同位素生产靶棒，各同位素生产靶棒均包括： 
至少一个棒中心体，其包括限定内部腔体的外壳；以及 
位于所述内部腔体中的多个辐射靶，所述辐射靶利用低核截面的隔离介质按一定的空间排列定位，用以维持所述空间排列； 
所述隔离介质包括位于各相应的棒中心体的所述内部腔体中的至少一个辐射靶接受器，各辐射靶接受器均包括多个靶储存器，所述多个靶储存器以一定的模式处于各辐射靶接受器的至少一部分外表面中。 
16.一种用于在核动力反应堆中生产同位素的方法，所述方法包括： 
利用低核截面的材料按一定的空间排列将多个辐射靶密封在辐射靶罐中，用以使所述辐射靶维持在所述空间排列中； 
将所述辐射靶罐密封在同位素生产靶棒的内部腔体中；以及 
使所述同位素生产靶棒包括在核动力反应堆燃料棒束中； 
其中，按一定的空间排列将多个辐射靶密封在辐射靶罐中包括： 
将各辐射靶保持在辐射靶接受器中的多个辐射靶储存器的相应一个辐射靶储存器中，以使所述辐射靶按所述空间排列定位，其中，所述靶储存器以一定的模式处于所述辐射靶接受器的至少一部分外表面中；以及 
将所述辐射靶接受器密封在所述辐射靶罐中，使得所述辐射靶保持在所述辐射靶接受器中。 
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，按一定的空间排列将多个辐射靶密封在辐射靶罐中还包括： 
由锆和铝中的至少一种制成所述辐射靶接受器。 
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