CN111128430A - 一种基于粒子加速器的99Mo生产系统及方法 - Google Patents

一种基于粒子加速器的99Mo生产系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于粒子加速器的99Mo生产系统及方法，其包括粒子产生段、粒子加速段、靶辐照部、冷却部和99Mo收集部。本发明提出的99Mo生产系统具有结构紧凑，成本低，安装方便、安全性高、产量高等特点，能克服现有加速器99Mo生产方式中的成本高等缺点。

Description

一种基于粒子加速器的99Mo生产系统及方法
技术领域
本发明属于核技术应用领域，尤其涉及一种基于粒子加速器的99Mo生产系统。
背景技术
99mTc是核医学诊断中使用最多的放射性药物，约占核医学成像的80％。99mTc有一个较短的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间T1/2)，T1/2＝6小时。因此99Mo转化为99mTc(衰减模式t1/2＝66小时)是一个理想的选择。
99Mo的主要供应方法是通过研究用反应堆辐照235U靶或者98Mo靶，但是基于反应堆的99Mo生产存在一些问题：如突然发生事故，预定维修计划或使用寿命过期导致的反应堆关闭，为达到99Mo的高活性对高浓缩铀的需求具有更高的成本和安全性挑战，在产品中不可避免地产生不需要的同位素(需要昂贵的分离过程)等。因此，寻找作为短期，中期或长期解决方案的替代生产方法是必要的。基于加速器的生产是一较好的替代方法。由于安全和经济方面的原因，使用高功率氘粒子直线加速器生产通道100Mo(γ，n)99Mo和98Mo(n，γ)99Mo是一种合适的方法。
如专利CN105453187A所述，基于加速器的99Mo生产方式主要是采用电子加速器生产，生产分两步进行，首先电子加速器轰击重金属靶产生轫致辐射光子，其次轫致辐射光子与100Mo的靶相互作用发生100Mo(γ,n)99Mo反应，从而产生99Mo。
但是该过程比较复杂，电子需要先与重金属相互作用产生轫致辐射光子，同时伴随产生有光中子，需要过滤装置过滤掉轫致辐射中的光中子后，轫致辐射光子才能与100Mo相互作用生产99Mo，过程较为复杂，光子与100Mo的反应截面较低(约0.01barn),天然钼中100Mo的含量只有9,73％，同时在光中子的过滤过程中会造成轫致辐射光子的损失，造成99Mo产额的降低，轫致辐射在与100Mo反应过程中会产生中子，中子不带电，容易造成周围环境和物质的活化，屏蔽极其困难，易对工作人员造成辐照损伤。
因此，有必要提出一种安全性高、经济性好、操作简单的99Mo生产方式。
发明内容
为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提供一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，该系统采用粒子加速器加速氘粒子轰击98Mo产生99Mo，一方面：氘粒子与98Mo反应截面较高(约0.1barn),且天然钼中98Mo的含量为23.78％，约是100Mo的2.5倍，提高了99Mo的生产效率，另一方面：氘粒子与一个98Mo原子反应产生1个99Mo原子和一个H原子，H原子作为带电粒子且本身不含放射性，容易屏蔽，不会对工作人员和环造成危害。本系发明提出的99Mo生产系统能将克服现有99Mo生产方式的不足，具有结构紧凑，成本低，安装方便、安全性高、操作方便等特点。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其包括以下结构：
粒子产生段，用于产生氘粒子；
粒子加速段，用于对氘粒子进行加速和运输；
靶辐照部，用于接收粒子加速段传输的氘粒子，并与氘粒子相互作用产生99Mo；
冷却部，与靶辐照部密封连接，对靶辐照部进行冷却，使用冷却液循环冷却靶辐照部；
99Mo收集部，与靶辐照部连接，收集靶辐照部产生的99Mo。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：粒子产生段产生的氘粒子能量在5MeV-30MeV之间。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：所述粒子加速段包括加速通道、微波功率源、真空设备和束流导引聚焦系统，所述加速通道与氘粒子产生段连接，所述真空设备、微波功率源与束流导引聚焦系统分别与加速通道连接。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：所述加速通道为金属管道，用来运输氘粒子。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：所述真空设备是用于加速通道抽真空与监测加速通道真空状态的设备。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：所述导引聚焦系统，是用一定形态的电磁场来引导并约束加速通道中的氘粒子，使之沿着预定的轨道受加速电场的加速。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：所述导引聚焦系统为圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：所述微波功率源为磁控管或者速调管，用于在加速通道中提供特定频率的微波，从而实现对氘粒子的加速。
根据本发明中所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其进一步地优选技术方案是：靶辐照部包含1个或多个98Mo靶盘，其中98Mo与氘粒子发生相互作用产生99Mo。
本发明还提供了一种基于粒子加速器的99Mo生产方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、采用氘粒子产生设备产生氘粒子；
S2、采用粒子加速设备对氘粒子束进行加速成为5MeV-30MeV氘粒子束流并对其运输；
S3、靶辐照部接收粒子加速段传输的氘粒子束流并与其相互作用产生99Mo；
S4、99Mo收集部对靶辐照部产生的99Mo进行收集。
本申请相比现有技术的有益效果是:
本发明提供了一种基于粒子加速器的99Mo生产系统及方法，不仅能将够克服现有反应堆99Mo生产方式的不足，同时也能减少现有粒子加速器99Mo生产方式的繁琐性与成本，具体是通过采用氘粒子直接轰击天然钼或98Mo生产99Mo，方法更加简单直接，且在生产过程中无放射性射线产生，采用天然钼原材料更容易得到。本系统仅只有粒子产生设备、加速设备、靶辐照部、收集部和冷却部，相比现有的系统具有结构紧凑，成本低，安装方便、安全性高等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明系统原理框图。
图2粒子产生段系统结构框图
图3是98Mo(D，H)99Mo反应示意图。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
实施例
如图1所示是本发明系统原理框图，一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其包括了粒子产生段，产生能量在5MeV-30MeV之间的氘粒子束流。粒子加速段，用于对粒子产生段产生的氘粒子进行加速和输运。靶辐照部，用于接收粒子加速段传输的氘粒子，并与氘粒子相互作用产生99Mo；冷却部，与靶辐照部密封连接，对靶辐照部进行冷却，使用冷却液循环冷却靶辐照部；99Mo收集部，与靶辐照部连接，收集靶辐照部产生的99Mo。
如图2所示，粒子加速段包括加速通道、微波功率源、真空设备和束流导引聚焦系统，所述加速通道与氘粒子产生段连接，所述真空设备、微波功率源与束流导引聚焦系统分别与加速通道连接。
其中加速通道为一种金属管道，用来运输氘粒子束流。
真空设备，是用于加速通道抽真空与监测加速通道真空状态的设备。
导引聚焦系统，是用一定形态的电磁场来引导并约束加速通道中的氘粒子，使之沿着预定的轨道受加速电场的加速。如圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。
微波功率源为磁控管或者速调管，用于在加速通道中提供特定频率的微波，从而实现对氘粒子的加速。
靶辐照部整体为一个靶座，其中靶座可以容纳1个或多个98Mo靶盘；用于接收粒子加速段传来的5MeV-30MeV氘粒子束流，并与氘粒子相互作用产生99Mo,冷却部采用冷却液循环的方式对靶辐照部进行冷却。
如图1-3所示，该发明中99Mo的产生过程是：首先采用氘粒子产生设备产生氘粒子；然后采用粒子加速设备对氘粒子束进行加速成为5MeV-30MeV氘粒子束流并对其运输；再靶辐照部接收粒子加速段传输的氘粒子束流并与其相互作用产生99Mo；最后99Mo收集部对靶辐照部产生的99Mo进行收集。在此过程中采用冷却部具有循环回路的冷却槽，在冷却槽内盛装冷却液，将冷却槽与靶辐照部连接，冷却液在冷却槽内循环，实现对靶辐照部的冷却。
本实施例在相同时间和功率的情况下，分别采用现有技术中和本申请做比对，实验结果如下表。
Figure BDA0002331446270000041
通过本发明提出的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，能将克服现有99Mo生产方式的不足，具有结构紧凑，成本低，安装方便、安全性高等特点,本发明能显著减少现有生产方法的活化程度，同时显著提高现有99Mo生产方式中99Mo的产额。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其特征在于包括：
粒子产生段，用于产生氘粒子；
粒子加速段，用于对氘粒子进行加速和运输；
靶辐照部，用于接收粒子加速段传输的氘粒子，并与氘粒子相互作用产生99Mo；
冷却部，与靶辐照部密封连接，对靶辐照部进行冷却，使用冷却液循环冷却靶辐照部；
99Mo收集部，与靶辐照部连接，收集靶辐照部产生的99Mo。
2.根据权利要求1所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其特征在于：粒子产生段产生的氘粒子能量在5MeV-30MeV之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其特征在于：所述粒子加速段包括加速通道、微波功率源、真空设备和束流导引聚焦系统，所述加速通道与粒子产生段连接，所述真空设备、微波功率源与束流导引聚焦系统分别与加速通道连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于粒子加速器的90Y生产系统，其特征在于：所述加速通道为金属管道，用来运输氘粒子。
5.根据权利要求3所述的一种基于粒子加速器的90Y生产系统，其特征在于：所述真空设备是用于加速通道抽真空与监测加速通道真空状态的设备。
6.根据权利要求3所述的一种基于粒子加速器的90Y生产系统，其特征在于：所述导引聚焦系统，是用一定形态的电磁场来引导并约束加速通道中的氘粒子，使之沿着预定的轨道受加速电场的加速。
7.根据权利要求6所述的一种基于粒子加速器的90Y生产系统，其特征在于：所述导引聚焦系统为圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。
8.根据权利要求3所述的一种基于粒子加速器的90Y生产系统，其特征在于：所述微波功率源为磁控管或者速调管，用于在加速通道中提供特定频率的微波，从而实现对氘粒子的加速。
9.根据权利要求1所述的一种基于粒子加速器的99Mo生产系统，其特征在于：靶辐照部包含1个或多个98Mo靶盘，其中98Mo与氘粒子发生相互作用产生99Mo。
10.一种基于粒子加速器的99Mo生产方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、采用氘粒子产生设备产生氘粒子；
S2、采用粒子加速设备对氘粒子束进行加速成为5MeV-30MeV氘粒子束流并对其运输；
S3、靶辐照部接收粒子加速段传输的氘粒子束流并与其相互作用产生99Mo；
S4、99Mo收集部对靶辐照部产生的99Mo进行收集。
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