CN104616713A - 一种用于反应堆辐照生产i-125的氙靶制备装置 - Google Patents

一种用于反应堆辐照生产i-125的氙靶制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置，所述的生产装置中，倒气罐、开靶器、原料罐、收贮器、充焊器、真空泵、均设置在台架上并与台架固定连接，压力表固定在倒气罐上。所述的倒气罐与开靶器、原料罐、收贮器、充焊器、真空泵、压力表分别连接。所述的台架下设置有液氮泵，液氮泵与开靶器、充焊器、收贮器分别连接，充焊器与熔焊电源连接。开靶器、充焊器、真空泵、液氮泵、熔焊电源分别与控制器电连接。本发明的氙靶制备装置具有开靶、焊靶功能，不仅可用原料氙气制备不同装量规格的氙气靶，还可与I-125生产系统集成，在线将回收的124Xe重新制靶再利用。本发明紧凑小巧，操作方便。

Description

一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置
技术领域
 本发明属于放射性同位素制备技术领域，具体涉及一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置。
背景技术
广泛应用于现代核医学临床诊断与治疗、石油测井等领域的放射性碘-125主要来自于反应堆辐照124Xe后生成的125Xe的衰变。由于天然氙气中的124Xe的丰度仅为0.096%，为增加I-125的产量往往需要采用浓缩124Xe气体作为靶料，而浓缩124Xe气十分昂贵，特别是丰度高于90%的124Xe。
用于辐照生产I-125的氙靶主要有两种包装容器，一种是石英玻璃瓶，一种是金属容器如铝罐、钛罐、不锈钢罐等。由于石英玻璃瓶的结构强度不高，一般装入低于1atm的氙气，单位靶体积的产I-125量较低，不适用于大批量生产；而采用金属容器盛装氙气，可以在常温下向靶罐内装入几个甚至数十个大气压的氙气，可将单位靶体积的产I-125量大幅度提高，是现国内外大批量生产I-125的主要制靶方法。该氙靶制备的简要流程是：将氙气原料罐和金属靶筒连接到充气系统上抽一定负压后，将一定量的氙气从原料罐放出，并转移至液氮冷却的靶筒内，然后用钳子将靶筒一端的毛细管加紧密封并剪掉多余的毛细管，再将装有氙气的靶筒快速转移至焊靶室，放在专用焊机上自动或手动快速焊封。
文献表明，我国从20世纪90年代中期开始了碘-125生产工艺研究，现已具备小批量生产能力。除本发明提供单位-中国工程物理研究院核物理与化学研究所外，国内的中国原子能科学研究院和中国核动力研究院均建立了相关的生产装置。但现有的制靶工艺是将靶罐灌装氙气、靶罐焊封、回收氙气灌装等工序分别放在不同的功能间或生产装置上完成，占用较多的实验室资源，物料转移环节较多，工作效率较低，而且一般需要将装有生产回收的氙气的容器从热室（或工作箱）转移至制靶间接到制靶装置上，并将氙气转移至靶筒内按照前述方法制成靶件，而回收的氙气中往往含有少量放射性125Xe和125I，而且从热室（或工作箱）内转移出来的容器表面一般都会被放射性沾污，存在污染制靶装置、人员和环境的风险。目前，尚未见能与Na125I溶液的生产装置集成，并能够将靶罐灌装氙气、靶罐焊封、回收氙气灌装等工序一体化的专用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置的公开报道，而现实中迫切需要结构紧凑、操作安全便利的I-125生产用氙气靶的制备装置。
发明内容
为了克服已有技术中的氙气靶制备装置的靶罐灌装氙气、靶罐焊封、回收氙气灌装等工序操作场所分散且所需操作空间较大、放射性物料在不同处理场所之间转移的环节多、工作效率较低、靶料泄漏量较大、易于出现放射性污染制靶装置、人员和环境的不足，本发明提供一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置。
本发明能够高效制备符合反应堆辐照安全和I-125批量生产要求的氙气（Xe）靶件，并且实现大幅度减少工作场所（数量和面积）及达到控制放射性污染风险的目的，可利用原料氙气和回收氙气制备氙靶，将靶罐焊接密封等所有制靶工序集成一体化，可在线将回收的氙气直接制成靶件用于再生产，可在一个热室（或工作箱）内利用一套装置完成辐照后靶件的开靶、辐照靶内氙气的转移与贮存衰变、回收氙气靶件制备等工作，显著提高了生产效能和减少了生产所需场所（面积）。
实现本发明的技术方案如下：
本发明的一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置，其特点是，所述的生产装置包括台架、倒气罐、开靶器、原料罐、收贮器、充焊器、真空泵、压力表、液氮泵、熔焊电源、控制器，其连接关系是，所述的倒气罐、开靶器、原料罐、收贮器、充焊器、真空泵均设置在台架上并与台架固定连接，压力表固定在倒气罐上。所述的倒气罐与开靶器、原料罐、收贮器、充焊器、真空泵、压力表分别连接；所述的台架下设置有液氮泵，液氮泵与开靶器、充焊器、收贮器分别连接。所述的充焊器与熔焊电源连接。所述的开靶器、充焊器、真空泵、液氮泵、熔焊电源分别与控制器电连接。
所述的开靶器包括升降台Ⅰ、钢针、针座、冷冻夹套Ⅰ，所述的升降台Ⅰ上设置有针座，针座中设置有钢针，升降台Ⅰ、针座、钢针依次固定连接。所述的钢针上设置有橡胶圈，在钢针的正下方设置有冷冻夹套Ⅰ，在冷冻夹套Ⅰ内设置有倒置的靶件。所述的升降台Ⅰ、冷冻夹套Ⅰ分别与台架固定连接；所述的钢针与靶件、冷冻夹套Ⅰ为同轴心设置。
所述充焊器包括升降台Ⅱ、电机、夹持块Ⅰ、夹持块Ⅱ、连接块、冷冻夹套Ⅱ，其连接关系是，所述的升降台Ⅱ、冷冻夹套Ⅱ分别与台架固定连接。在升降台Ⅱ上设置有电机、夹持块Ⅰ、连接块、夹持块Ⅱ，所述的升降台Ⅱ与电机、夹持块Ⅱ、连接块分别固定连接，与夹持块Ⅰ滑动连接。所述连接块内设置的输气管、橡胶塞相互连接。所述的电机与夹持块Ⅰ通过丝杆连接。所述的夹持块Ⅱ上设置有熔断器，熔断器与熔焊电源连接。所述的冷冻夹套Ⅱ设置在连接块的正下方，在冷冻夹套Ⅱ内设置有靶筒。连接块、输气管、橡胶塞、靶筒、冷冻夹套Ⅱ为同轴心设置。
所述倒气罐的罐体通过管道分别连接有阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ、阀门Ⅴ。所述的阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ、阀门Ⅴ分别与开靶器、原料罐、收贮器、充焊器、真空泵对应连接。压力表与罐体通过管路连接。
本发明的一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置利用了氙气易于被液氮冷却成液态或固态（氙气的熔点为-111.9℃，沸点为-107.1℃；液氮沸点为-195.8℃），可将原料罐（包括回收了氙气的容器）释放出来的氙气几乎全部转移进靶筒内，实现了用于反应堆辐照生产I-125氙靶的高效和安全制备，其简要工作原理是：在较低真空条件下，将原料罐中的氙气定量放入倒气罐的罐体中，通过标准气体气态方程PV=nRT计算放出氙气的标准体积或重量后，再用液氮将空靶罐冷却，将罐体中的氙气全部转移至靶罐后，打开熔焊电源将靶罐的端头熔断密封，制成氙靶。当需要在线将回收氙气制靶时，在较低真空条件下，用开靶器将靶筒刺破，将靶中活化的氙气转移至液氮冷冻的收贮瓶中，贮存冷却一段时间使氙气中的125Xe全部衰变为125I，然后将冷却后的氙气按照前述方法转移至冷冻的靶筒中密封，制成新靶用于再生产。
本发明不需要多间实验室和热室（或工作箱），而只需一个热室（或工作箱）即可完成氙气靶件制备、辐照靶件开启、氙气转移与贮存衰变、氙气回收再利用等工作，获得满足反应堆辐照安全和大批量生产I-125要求的氙靶，并可以将制成的靶件（特别是利用生产回收的氙气制成的可能含有少量放射性的靶件）在生产线内直接转运至反应堆再辐照，显著提高了工作效率，减少了生产场所（数量和面积）和放射性物料在不同处理场所之间转移的环节，降低了靶料（特别是高浓缩的124Xe）转移过程中的泄漏量，完全避免了现有生产方式需要将回收氙气瓶从热室（或工作箱）转移至非放射性操作的房间重新制靶，而存在制靶装置、人员和环境被放射性污染的风险。
本发明的一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置，克服了现有制靶工艺占用实验室和热室（或工作箱）数量多（面积大）、工作效率较低、放射性物料在不同处理场所之间转移的环节多和转移过程中的靶料损失量较大、易于出现放射性污染等不足，较大提高了生产效能，显著减少了所需生产设施的数量（和使用面积）。本发明的氙靶制备装置结构紧凑，适用于利用原料氙气和I-125生产后回收的氙气制备符合反应堆辐照安全和I-125批量生产要求的氙靶，操作的稳定性和安全性好。
附图说明
图1是本发明的一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置的总体结构框图；
图2是本发明中的开靶器的结构示意图；
图3是本发明中的充焊器的结构示意图；
图4是本发明中的倒气罐的结构示意图；
图中：1.台架    2.倒气罐     3.开靶器     4.原料罐     5.收贮器     6.充焊器     7.真空泵     8.压力表     9.液氮泵     10.熔焊电源     11.控制器     12.升降台Ⅰ     13.钢针     14.针座     15.橡胶圈     16.靶件     17.冷冻夹套Ⅰ     18.升降台Ⅱ     19.电机     20.夹持块Ⅰ     21.连接块     22.输气管     23.橡胶塞     24.夹持块Ⅱ     25.熔断器     26.靶筒     27.冷冻夹套Ⅱ     28.罐体     29.阀门Ⅰ     30.阀门Ⅱ     31.阀门Ⅲ     32.阀门Ⅳ     33.阀门Ⅴ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
图1是本发明的一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置的总体结构框图，图2是本发明中的开靶器的结构示意图，图3是本发明中的充焊器的结构示意图，图4是本发明中的倒气罐的结构示意图。在图1~图4中，本发明的I-125生产用氙气靶的制备装置，包括台架1、倒气罐2、开靶器3、原料罐4、收贮器5、充焊器6、真空泵7、压力表8、液氮泵9、熔焊电源10、控制器11，其连接关系是，所述的倒气罐2、开靶器3、原料罐4、收贮器5、充焊器6、真空泵7均设置在台架1上并与台架1固定连接，压力表8固定在倒气罐2上。所述的倒气罐2与开靶器3、原料罐4、收贮器5、充焊器6、真空泵7、压力表8分别连接。所述的台架1下设置有液氮泵9，液氮泵9与开靶器3、充焊器6、收贮器5分别连接。所述的充焊器6与熔焊电源10连接。所述的开靶器3、充焊器6、真空泵7、液氮泵9、熔焊电源10分别与控制器11电连接。如图1所示。
所述的开靶器3包括升降台Ⅰ12、钢针13、针座14、冷冻夹套Ⅰ17，所述的升降台Ⅰ12上设置有针座14，针座14中设置有钢针13，升降台Ⅰ12、针座 14、钢针13依次固定连接。所述的钢针13上设置有橡胶圈15，在钢针13的正下方设置有冷冻夹套Ⅰ17，在冷冻夹套Ⅰ17内设置有倒置的靶件16。所述的升降台Ⅰ12、冷冻夹套Ⅰ17分别与台架1固定连接，钢针13与靶件16、冷冻夹套Ⅰ17为同轴心设置。如图2所示。
所述充焊器4包括升降台Ⅱ18、电机19、夹持块Ⅰ20、夹持块Ⅱ24、连接块21、冷冻夹套Ⅱ27，其连接关系是，所述的升降台Ⅱ18、冷冻夹套Ⅱ27分别与台架1固定连接。在升降台Ⅱ18上设置有电机19、夹持块Ⅰ20、连接块21、夹持块Ⅱ24，所述的升降台Ⅱ18与电机19、夹持块Ⅱ24、连接块21分别固定连接，与夹持块Ⅰ20滑动连接。所述连接块21内设置的输气管22、橡胶塞23相互连接。所述的电机19与夹持块Ⅰ20通过丝杆连接。所述的夹持块Ⅱ24上设置有熔断器25，熔断器25与熔焊电源10连接。所述的冷冻夹套Ⅱ27设置在连接块21的正下方，在冷冻夹套Ⅱ27内设置有靶筒26。连接块21、输气管22、橡胶塞23、靶筒26、冷冻夹套Ⅱ27为同轴心设置。如图3所示。
所述倒气罐2的罐体28通过管道分别连接有阀门Ⅰ29、阀门Ⅱ30、阀门Ⅲ31、阀门Ⅳ32、阀门Ⅴ33。所述的阀门Ⅰ29、阀门Ⅱ30、阀门Ⅲ31、阀门Ⅳ32、阀门Ⅴ33分别与开靶器3、原料罐4、收贮器5、充焊器6、真空泵7对应连接。压力表8与罐体28通过管路连接。如图4所示。
本发明的工作流程如下，利用回收的氙气制作靶件时，开启真空泵7对罐体28和收贮器5抽真空至压力表显示为10Pa后，关闭阀门Ⅲ 31、阀门Ⅴ33和真空泵7，再由液氮泵9对冷冻夹套Ⅰ15和收贮器5的夹套内加注液氮；利用机械手将辐照后的靶件16倒放在冷冻夹套Ⅰ15内15min后，控制升降台Ⅰ12垂直下降，在钢针13上的橡胶圈15与靶件16接触密封的同时刺破靶件16，卸除冷冻夹套Ⅰ17中的液氮，打开阀门Ⅰ29、阀门Ⅲ 31将反应堆辐照后的氙气完全转入收贮瓶5，关闭阀门Ⅰ29、阀门Ⅲ 31，让辐照后的氙气在收贮瓶5内冷却衰变约2周。
当辐照后的氙气中的125Xe全部衰变为125I后，利用机械手将靶筒26放在冷冻夹套Ⅱ27内，控制升降台Ⅱ18垂直下降让靶筒26毛细管的顶端插入连接块21内的橡胶塞23内并与之紧密接触，打开真空泵7和阀门Ⅳ32、阀门Ⅴ33，对对罐体28和靶筒26抽真空至压力表显示为10Pa后，关闭阀门Ⅳ32、阀门Ⅴ33和真空泵7，再由液氮泵9对冷冻夹套Ⅱ27加注液氮15min后，打开阀门Ⅲ31、阀门Ⅳ32，使收贮瓶5内的氙气全部转入靶筒26内，再关闭阀门Ⅲ31、阀门Ⅳ32；控制电机19驱使夹持块Ⅰ20向夹持块Ⅱ24移动，将靶筒26的端头压扁，然后开启熔焊电源10，熔断器25将靶筒26端头熔断密封，实现回收氙气的制靶再利用。
当回收的氙气量不足或利用原料罐4内的氙气新制其它规格的Xe靶时，打开阀门Ⅱ30将原料罐6中的氙气定量转移至罐体28内，再关闭阀门Ⅱ30和打开阀门Ⅳ32，使罐体28内的氙气全部转入放置在冷冻夹套Ⅱ27中的靶筒26内，再关闭阀门Ⅳ32，按照前述的方法制成新的靶件。制备靶筒装量规格的氙靶所需加入氙气的定量由理想气体状态方程PV=nRT计算得到，其中V为罐体28的容积（使用前被准确标定），P为压力表8指示数值。

Claims (4)

1.一种用于反应堆辐照生产I-125的氙靶制备装置，其特征是：所述的生产装置包括台架（1）、倒气罐（2）、开靶器（3）、原料罐（4）、收贮器（5）、充焊器（6）、真空泵（7）、压力表（8）、液氮泵（9）、熔焊电源（10）、控制器（11），其连接关系是，所述的倒气罐（2）、开靶器（3）、原料罐（4）、收贮器（5）、充焊器（6）、真空泵（7）均设置在台架（1）上并与台架（1）固定连接，压力表（ 8）固定在倒气罐（2）上；所述的倒气罐（2）与开靶器（3）、原料罐（4）、收贮器（5）、充焊器（6）、真空泵（7）、压力表（ 8）分别连接；所述的台架（1）下设置有液氮泵（9），液氮泵（9）与开靶器（3）、充焊器（6）、收贮器（5）分别连接；所述的充焊器（6）与熔焊电源（10）连接；所述的开靶器（3）、充焊器（6）、真空泵（7）、液氮泵（9）、熔焊电源（10）分别与控制器（11）电连接。
2.根据权利要求1所述的氙靶制备装置，其特征是：所述的开靶器（3）包括升降台Ⅰ(12)、钢针(13)、针座 (14)、冷冻夹套Ⅰ(17)，其连接关系是，所述的升降台Ⅰ(12)上设置有针座 (14)，针座 (14)中设置有钢针(13)，升降台Ⅰ(12)、针座 (14)、钢针(13)依次固定连接；所述的钢针(13)上设置有橡胶圈(15)，在钢针(13)的正下方设置有冷冻夹套Ⅰ(17)，在冷冻夹套Ⅰ(17)内设置有倒置的靶件（16）；所述的升降台Ⅰ(12)、冷冻夹套Ⅰ(17)分别与台架（1）固定连接；所述的钢针(13)与靶件（16）、冷冻夹套Ⅰ(17)为同轴心设置。
3.根据权利要求1所述的氙靶制备装置，其特征是：所述充焊器（6）包括升降台Ⅱ（18）、电机（19）、夹持块Ⅰ(20)、夹持块Ⅱ(24)、连接块（21）、冷冻夹套Ⅱ(27)，其连接关系是，所述的升降台Ⅱ（18）、冷冻夹套Ⅱ(27)分别与台架（1）固定连接；在升降台Ⅱ（18）上设置有电机（19）、夹持块Ⅰ(20)、连接块（21）、夹持块Ⅱ(24)，所述的升降台Ⅱ（18）与电机（19）、夹持块Ⅱ(24)、连接块（21）分别固定连接，与夹持块Ⅰ(20)滑动连接；所述连接块(21)内设置的输气管（22）、橡胶塞（23）相互连接；所述的电机（19）与夹持块Ⅰ（20）通过丝杆连接；所述的夹持块Ⅱ(24)上设置有熔断器（25），熔断器（25）与熔焊电源（10）连接；所述的冷冻夹套Ⅱ(27)设置在连接块(21)的正下方，在冷冻夹套Ⅱ(27)内设置有靶筒（26）；所述的连接块（21）、输气管（22）、橡胶塞（23）、靶筒（26）、冷冻夹套Ⅱ(27) 为同轴心设置。
4.根据权利要求1所述的氙靶制备装置，其特征是：所述倒气罐（2）的罐体（28）通过管道分别连接有阀门Ⅰ（29）、阀门Ⅱ（30）、阀门Ⅲ（31）、阀门Ⅳ（32）、阀门Ⅴ（33）；所述的阀门Ⅰ（29）、阀门Ⅱ（30）、阀门Ⅲ（31）、阀门Ⅳ（32）、阀门Ⅴ（33）分别与开靶器（3）、原料罐（4）、收贮器（5）、充焊器（6）、真空泵（7）对应连接；压力表（8）与罐体（28）通过管路连接。
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