CN106128539B - 一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，包括：堆芯辐照子系统（1），用于将至少一个放射对象移动到核反应堆的仪表管中，进行辐照处理；放射对象传动子系统（2），用于控制放射对象进入或移出所述堆芯辐照子系统（1）；放射对象检测及存储子系统（3），用于对放射对象的活性进行检测，以及用于将检测后符合要求的放射对象存储至贮存容器中；放射对象补充子系统（4），用于向堆芯辐照子系统（1）补充放射对象；其中，所述堆芯辐照子系统（1）、放射对象传动子系统（2）、放射对象检测及存储子系统（3）以及放射对象补充子系统（4）通过管道进行连通。实施本发明，可以在测量堆芯中子注量率的同时，用于制备放射性同位素，具有便利高效等优点。

Description

一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统

技术领域

本发明涉及压水堆核电站技术领域，特别涉及一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统。

背景技术

目前，放射性同位素在医疗领域应用非常广泛，比如治疗癌症、医学成像和标记技术、癌症和其它疾病诊断和医学灭菌等，应用于医疗领域的同位素有F-18、Sr-89、Tc-99m、Pd-103、I-123、I-125、I-131等。医用放射性同位素半衰期比较短，一般为几天或甚至几个小时量级，所以从放射性同位素生产场地到具体应用地点必须快速运输。生产医用短寿期放射性同位素主要采用回旋加速器或粒子加速器，设备笨重且需要昂贵的放射和提取设备，这些设备对于医疗机构来说，存在非常昂贵、需要场地大、不安全等缺点。

由于医用短寿期放射源生产困难和半衰期较短。市场需求远远大于供给，尤其是对于在癌症等难以治愈的疾病领域中有重大医学应用的短寿期放射性同位素的需求。部分短寿期放射性核素在相当一段时间内供不应求。利用压水堆核电站生产短寿期放射性同位素能带来可观的经济效益和社会效益。

例如，中国国家知识产权局专利局于2009年8月25日公开了一件公开号为101515483A，发明名称为“用于在核反应堆仪表管中产生放射性同位素的设备和方法”的专利申请。在该专利申请中，其在沸水堆仪表管中，利用机械式传动齿轮驱动方式生产放射性同位素。

但是发明人发现，该发明申请的技术方案仍存在不足之处：该技术应用于沸水堆，利用机械式传动齿轮驱动放射源小球进入堆芯，需要小球数量多，由于指套管长度为13.3-16.2m不等，这就需要小球填满整个指套管，实现难度较大，同时，无法进行堆芯中子注量率测量，在测量堆芯中子注量率时，需要把该套系统抽出，不利于堆芯中子注量率测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，可以在测量堆芯中子注量率的同时，用于制备放射性同位素，具有便利高效等优点。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，包括：

堆芯辐照子系统，用于将至少一个放射对象移动到核反应堆的仪表管中，进行辐照处理；

放射对象传动子系统，用于控制放射对象进入或移出所述堆芯辐照子系统；

放射对象检测及存储子系统，用于对放射对象的活性进行检测，以及用于将检测后符合要求的放射对象存储至贮存容器中；

放射对象补充子系统，用于向堆芯辐照子系统补充放射对象；

其中，所述堆芯辐照子系统、放射对象传动子系统、放射对象检测及存储子系统以及放射对象补充子系统通过管道进行连通。

其中，所述放射对象为小球形状，其表面镀有防氧化的涂层。

其中，所述堆芯辐照子系统包括：

多个一端封闭且位于压水堆堆芯中的指套管；

套设于每个指套管内部的小球导管，其顶端与所述指套管连通，所述小球导管供放射对象小球在其内部移动；

导向管，设置于所述压水堆堆芯外部，套设在所述指套管外部；

其中，所述导向管、指套管、小球导管另一端穿设于一屏蔽墙上，且连接一手动隔离阀。

其中，所述放射对象传动子系统包括：

与所述指套管连通的氮气储存罐；

设置于所述氮气储存罐下侧的第一气泵；

设置于所述第一气泵与所述手动隔离阀之间的第一阀门。

其中，所述放射对象检测及存储子系统包括：

与小球导管交叉且连通的移出管道；

在所述移出管道下端设置有安装有用于探测放射对象小球活度的半导体探测器的推杆；

所述推杆通过连接线与检测控制装置相连接，所述推杆受所述检测装置控制在所述移出管道中活动；

铅屏蔽储存罐，设置于所述移出管道的顶部；

在所述移出管道位于铅屏蔽储存罐与所述小球导管之间的位置进一步设置有一第三阀门。

其中，所述放射对象补充子系统包括：

与所述小球导管连通的第一补充管，所述小球导管与第一补充管之间设置有第二阀门，所述第一补充管另一端连接有氮气储存罐；在所述氮气储存罐与所述第二阀门之间设置有第二气泵；

位于所述小球导管上侧，且与所述小球导管交叉连通的第二补充管；

补充罐，位于所述第二补充管顶部；

在所述第二补充管位于补充罐与所述小球导管之间的位置进一步设置有一第四阀门。

其中，所述小球导管位于所述压水堆堆芯中至少一部分的外表面涂有一层减摩涂层。

其中，小球导管其顶端与所述指套管连通处设置有通孔，所述通孔的直径小于所述小球的直径。

其中，所述小球导管的外径处于4mm~5mm之间，其内径处于2.5mm-3.5mm之间；所述小球直径处于2mm-3mm之间，重量处于5×10^-3g~4×10^-2g之间。

实施本发明，具有如下的有益效果：

首先，本发明提供的利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，通过在原有堆芯中子注量率系统设计上改造，充分利用已有堆芯设计特点，可减少改造带来的风险，其易于实现且不影响反应堆运行安全，同时解决了短寿期放射性同位素供应不足、生产成本高等问题，具有可观的经济效益和社会效益；

其次，本发明实施例通过氮气的流速和流量控制小球进入和退出堆芯，通过控制气源让小球处于堆芯辐照区，辐照剂量稳定，放射性同位素活度高；

另外，辐照后的放射性小球，通过自动检测和传输系统，能实现快速检测和运输的功能，取出辐照后的小球非常方便；

本发明提供的系统具有可满足堆内中子注量率测量需求、满足医用短寿期放射源活度要求、满足快速运输的要求、满足自动化要求等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种压水堆核电站生产医用短寿期放射源系统的一个实施例的结构示意图；

图2是图1中堆芯放射源辐照子系统1的结构示意图；

图3是图1中放射对象检测及存储子系统3的结构示意图；

图4是图1中放射对象补充子系统4的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

该系统利用M310等第二代或第二代半核电厂压水堆核电机组堆芯中子注量率系统进行改进，来生产医用短寿期放射源，其将原有的指套管内部件替换为小球导管和小球，使之具有堆芯中子测量功能，同时在堆芯辐照区放在放射性同位素小球，能生产医用短寿期放射源，同时具备自动检测、校核、快速移出等功能，解决了医用短寿期放射源由于半衰期短导致生产受限的难题。通过本系统，可以实现尽量减少改造带来的风险；满足堆内中子注量率测量需求；满足医用短寿期放射源活度要求；满足快速运输的要求；以及满足自动化要求等指标。

具体地，如图1所示，是本发明实施例提供的一种压水堆核电站生产医用短寿期放射源系统的一个实施例的结构示意图。同时请一并结合图2至图4所示，在本实施例中，该利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，包括：

堆芯辐照子系统1，用于将至少一个放射对象移动到核反应堆的仪表管中，进行辐照处理；

放射对象传动子系统2，用于控制放射对象进入或移出所述堆芯辐照子系统1；

放射对象检测及存储子系统3，用于对放射对象的活性进行检测，以及用于将检测后符合要求的放射对象存储至贮存容器中；

放射对象补充子系统4，用于向堆芯辐照子系统1补充放射对象；

其中，所述堆芯辐照子系统1、放射对象传动子系统2、放射对象检测及存储子系统3以及放射对象补充子系统4通过管道进行连通。

具体地，所述堆芯辐照子系统1包括：

多个一端封闭且位于压水堆堆芯102中的指套管104；

套设于每个指套管104内部的小球导管105，其顶端与所述指套管104连通，所述小球导管105供放射对象在其内部移动；

导向管107，设置于所述压水堆堆芯外部，套设在所述指套管104外部；

其中，所述导向管107、指套管104、小球导管105另一端穿设于一屏蔽墙103上，且连接一手动隔离阀108。

其中，由于原有的压水堆的设计中，中子注量率测量通道共有50个，故其中的指套管也有50个左右。所述的小球导管105与指套管104的结构比较类似，为“活动套管”。反应堆正常运行时，小球导管105随着指套管104伸入堆芯，当停堆时，小球导管105随着指套管104抽出，同时关闭手动隔离阀108，防止冷却剂泄漏。

在一个实施例中，该小球导管105的长度处于16.2m~20m之间，其外径处于4mm~5mm之间，其内径处于在2.5mm-3.5mm之间。小球导管内壁是干燥的，小球在可在里面移动。同时，小球导管105易于弯曲，为了便于抽拔，在小球导管105位于所述压水堆堆芯102中至少一部分的外表面涂有一层减摩涂；例如，在一个例子中，在小球导管105末端的6m长度上经过热处理，涂上一层金黄色的减摩涂层，人工抽拔时，可以控制抽拔力在100-200N左右。

其中，上文所提及的放射对象在本实施例中为小球形状116，例如为金属小球；在一些实施例中，所述的小球116的直径处于2mm-3mm之间，重量处于在5×10^-3g~4×10^-2g之间。小球为钼99、铱191等，同时小球表面镀有防氧化涂层。

其中，小球导管105其顶端与所述指套管104连通处设置有通孔，所述通孔的直径小于所述小球的直径，以使小球无法通过。小球在氮气（其来源将在下文中会详细描述）控制气体的控制下能在小球导管105中移动。并可通过氮气的流量和流速使小球稳定在堆芯不同高度位置，便于测量堆芯不同高度位置的中子注量率，同时也可在最大中子注量率位置活化小球，使其快速产生放射源。

其中，所述放射对象传动子系统2包括：

与所述指套管104连通的氮气储存罐111，该氮气储存罐111中存储有压缩氮气，作为控制小球传输的控制气源；

设置于所述氮气储存罐下侧的第一气泵110，该第一气泵110可以实现抽气和充气功能；以及

设置于所述第一气泵110与所述手动隔离阀108之间的第一阀门109。

105小球在进入堆芯和返回，由109阀门、110气泵（可实现抽气和充气）、111实现。

通过控制第一气泵110和第一阀门109，可以将氮气储存罐111中的氮气送入小球导管105，或者将小球导管105中的氮气抽回至氮气储存罐111中，从而实现小球进入堆芯或者返回；并且可以通过氮气的流量和流速，使小球稳定在堆芯不同高度位置上。

其中，所述放射对象检测及存储子系统3包括：

与小球导管105交叉且连通的移出管道301；

在所述移出管道301下端设置有安装有用于探测放射对象小球活度的半导体探测器的推杆115；

所述推杆115通过连接线303与检测控制装置302相连接，所述推杆受所述检测装置302控制在所述移出管道301中活动；

铅屏蔽储存罐114，设置于所述移出管道301的顶部；

在所述移出管道301位于铅屏蔽储存罐114与所述小球导管105之间的位置进一步设置有一第三阀门113。

可以理解的是，当辐照后的小球116经过小球导管105回到测量平台112处，通过装有半导体探测器的推杆115，进行活度检测，检测数据经过连接线303实时快速传输到检测控制装置302（如一计算机系统），进行对比和校核分析，通过检测控制装置302中的软件进行分析，可以得到堆芯中子注量率水平。如果此时，小球116活度达到医用短寿期活度要求，检测控制装置302给推杆115发出推动指令，推杆115推动小球116进入移出管道301，并开启第三阀门113，让小球进入铅屏蔽储存罐114中。如果小球116活度未达到医用短寿期活度要求，就由氮气控制回到堆芯102中继续辐照处理。

其中，所述放射对象补充子系统4包括：

与所述小球导管105连通的第一补充管402，所述小球导管105与第一补充管402之间设置有第二阀门117，所述第一补充管402另一端连接有氮气储存罐111（未画出）；在所述氮气储存罐111与所述第二阀门117之间设置有第二气泵121；

位于所述小球导管105上侧，且与所述小球导管105交叉连通的第二补充管401；

补充罐119，位于所述第二补充管401顶部；

在所述第二补充管401位于补充罐119与所述小球导管105之间的位置进一步设置有一第四阀门118。

通过该放射对象补充子系统4可实现在线实时快速补充小球，通过控制第四阀门118，补充罐119中的小球116由于重力自动下落到第一补充管402中；然后通过第二气泵121的作用，可以将该小球116运输至堆芯102中。

综上，可以看出，在本发明提供的一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源系统中，其通过在已有的压水堆中仪表管指套管内，增加放射性小球导管，放射性小球导管沿指套管伸入堆芯。待小球从补给罐中出来后，在导管中可由气体传输系统送入堆芯位置，通过吸收中子使其活化成放射源。辐照后的小球通过气体传输系统回到测量平台，在线实时测量放射性活度，满足活度要求的小球，通过运输系统快速收纳到储存罐中，并运输到客户手中，用于治疗癌症、医学成像、癌症和其它疾病诊断和医学灭菌等。

所述的导向管和指套管利用压力容器原有部件，充分利用已有堆芯设计特点，尽量减少了改造带来的风险。其可以在测量堆芯中子注量率，同时能生产医用短寿期放射性同位素，满足医疗领域的短寿期放射性同位素需求，提高核电厂经济效益。可制备的放射源包括F-18、Sr-89、Tc-99m、Mo-99、Pd-103、I-123、I-125、I-131等。

本发明既能满足堆内中子注量率测量需求，同时又能生产医用短寿期放射源。有利于填补国内辐照产业的需求缺口，能为压水堆核电厂带来可观的经济收入，符合国家自主创新和可持续发展战略。

实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

首先，本发明提供的利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，通过在原有堆芯中子注量率系统设计上改造，充分利用已有堆芯设计特点，可减少改造带来的风险，其易于实现且不影响反应堆运行安全，同时解决了短寿期放射性同位素供应不足、生产成本高等问题，具有可观的经济效益和社会效益；

其次，本发明实施例通过氮气的流速和流量控制小球进入和退出堆芯，通过控制气源让小球处于堆芯辐照区，辐照剂量稳定，放射性同位素活度高；

另外，辐照后的放射性小球，通过自动检测和传输系统，能实现快速检测和运输的功能，取出辐照后的小球非常方便；

本发明提供的系统具有可满足堆内中子注量率测量需求、满足医用短寿期放射源活度要求、满足快速运输的要求、满足自动化要求等优点。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，其特征在于，包括：

堆芯辐照子系统（1），用于将至少一个放射对象移动到核反应堆的仪表管中，进行辐照处理；

放射对象传动子系统（2），用于控制放射对象进入或移出所述堆芯辐照子系统（1）；

放射对象检测及存储子系统（3），用于对放射对象的活性进行检测，以及用于将检测后符合要求的放射对象存储至贮存容器中；

放射对象补充子系统（4），用于向堆芯辐照子系统（1）补充放射对象；

其中，所述堆芯辐照子系统（1）、放射对象传动子系统（2）、放射对象检测及存储子系统（3）以及放射对象补充子系统（4）通过管道进行连通；

所述堆芯辐照子系统（1）包括：

多个一端封闭且位于压水堆堆芯（102）中的指套管（104）以及套设于每个指套管（104）内部的小球导管（105），所述小球导管（105）位于所述压水堆堆芯（102）中至少一部分的外表面涂有一层减摩涂层；

所述放射对象检测及存储子系统（3）包括：

与小球导管（105）交叉且连通的移出管道（301）；

在所述移出管道（301）下端设置有安装有用于探测放射对象活度的半导体探测器的推杆（115）；

所述推杆（115）通过连接线（303）与检测控制装置（302）相连接，所述推杆受所述检测控制装置（302）控制在所述移出管道（301）中活动；

铅屏蔽储存罐（114），设置于所述移出管道（301）的顶部；

在所述移出管道（301）位于铅屏蔽储存罐（114）与所述小球导管（105）之间的位置进一步设置有一第三阀门（113）。

2.如权利要求1所述的一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，其特征在于，所述放射对象为小球形状，其表面镀有防氧化的涂层。

3.如权利要求2所述的压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，其特征在于，所述堆芯辐照子系统（1）进一步包括：

导向管（107），设置于所述压水堆堆芯外部，套设在所述指套管（104）外部；

其中，所述小球导管（105）顶端与所述指套管（104）连通，所述小球导管（105）供放射对象小球在其内部移动；

所述导向管（107）、指套管（104）和小球导管（105）另一端穿设于一屏蔽墙（103）上，且连接一手动隔离阀（108）。

4.如权利要求3所述的压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，其特征在于，所述放射对象传动子系统（2）包括：

与所述指套管（104）连通的第一氮气储存罐；

设置于所述第一氮气储存罐下侧的第一气泵（110），所述第一气泵（110）用于控制氮气的流速和流量来控制放射对象进入和退出堆芯；

设置于所述第一气泵（110）与所述手动隔离阀（108）之间的第一阀门（109）。

5.如权利要求4所述的压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，其特征在于，所述放射对象补充子系统（4）包括：

与所述小球导管（105）连通的第一补充管（402），所述小球导管（105）与第一补充管（402）之间设置有第二阀门（117），所述第一补充管（402）另一端连接有第二氮气储存罐；在所述第二氮气储存罐与所述第二阀门（117）之间设置有第二气泵（121）；

位于所述小球导管（105）上侧，且与所述小球导管（105）交叉连通的第二补充管（401）；

补充罐（119），位于所述第二补充管（401）顶部；

在所述第二补充管（401）位于补充罐（119）与所述小球导管（105）之间的位置进一步设置有一第四阀门（118）。

6.如权利要求2至5任一项所述的一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，其特征在于，小球导管（105）其顶端与所述指套管（104）连通处设置有通孔，所述通孔的直径小于所述小球的直径。

7.如权利要求6所述的一种利用压水堆核电站生产医用短寿期放射源的系统，其特征在于，所述小球导管（105）的外径处于4mm~5mm之间，其内径处于2.5mm-3.5mm之间；所述小球直径处于2mm-3mm之间，重量处于5×10^-3g~4×10^-2g之间。