CN114639499A - 一种重水堆生产无载体99Mo的方法 - Google Patents
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Abstract
本专利属于核辐射领域，具体涉及一种重水堆生产无载体99Mo的方法。目前全球的99Mo主要是研究堆通过裂变生产的无载体99Mo，国际上已在开发利用重水堆生产有载体99Mo，至今尚未见利用商用重水堆生产无载体99Mo的实例。通过本方法实现利用重水堆大批量稳定生产供应99Mo，所生产的99Mo主要应用于核医学诊断领域。本方法包括步骤一：确认装载条件；步骤二：确定装载位置；步骤三：实施靶件入堆；步骤四：堆内辐照；步骤五：靶件卸出堆芯。本发明在不影响反应堆安全运行、尽量减少燃料损失的前提下，利用重水堆辐照生产无载体99Mo，满足核医学领域对99Mo的需求。
Description
技术领域
本专利属于核辐射领域，具体涉及一种重水堆生产无载体99Mo的方法。
背景技术
99Mo是最重要医用放射性同位素99mTc的母体核素。99mTc半衰期短(6.02h)、射线能量合适(140keV)，非常适合于单光子发射断层显像(SPECT)，并可标记各种配体药物，全球每年使用99mTc标记药物进行核医学显像诊断近4000万人次，占全部临床所用放射性药物的70％左右。99Mo主要通过反应堆辐照生产，利用加速器生产以及利用中子发生器生产。反应堆上辐照生产99Mo有中子俘获98Mo(n,γ)99Mo和裂变235U(n,f)99Mo两种途径。前者因含有大量的98Mo同位素，因此被称为有载体99Mo，后者含有的Mo同位素含量很少，因此被称为无载体99Mo。目前全球的99Mo主要是研究堆通过裂变生产的无载体99Mo，国际上已在开发利用重水堆生产有载体99Mo，至今尚未见利用商用重水堆生产无载体99Mo的实例。
CANDU型重水堆机组以天然铀作为燃料，后备反应性较低，为保持反应堆功率运行，设计有在线换料系统，通过在线装卸料机，将新燃料装入堆芯、同时卸出乏燃料。一般情况下，CANDU-6型重水堆机组每次换料时，从燃料通道一侧装入8个新燃料棒束，从另一侧卸出8个乏燃料棒束。正常运行期间每天需要进行2个通道的换料。
发明内容
1.目的：
本发明的目的在于提供一种在重水堆上生产无载体99Mo的方法，通过本方法实现利用重水堆大批量稳定生产供应99Mo，所生产的99Mo主要应用于核医学诊断领域。
2.技术方案：
为实现在重水堆生产无载体99Mo，本发明提出借助CANDU型重水堆反应堆现有的装卸料系统进行靶件装入和卸出堆芯操作，期间靶件在堆芯中子环境下的照射，在不影响反应堆安全运行、尽量减少燃料损失的前提下实现99Mo的生产。
本发明实现的具体步骤如下:
一种重水堆生产无载体99Mo的方法，包括步骤一：确认装载条件；步骤二：确定装载位置；步骤三：实施靶件入堆；步骤四：堆内辐照；步骤五：靶件卸出堆芯。
步骤一：确认装载条件，具体包括：步骤1.1向核安全监管当局申请装载无载体99Mo生产靶件并获得许可；步骤1.2确认反应堆装卸料系统具备执行从下游回推新燃料的功能，并通过工程验证；步骤1.3堆芯跟踪计算程序具备跟踪计算新增靶件的能力。
步骤二：确定装载位置，具体包括：步骤2.1：根据市场需求情况，确定下一批次99Mo的出堆产量；步骤2.2：根据出堆产量需求，和反应堆一周后的换料计划，确定靶件的初步装载位置，假定该位置为某通道倒数第N位置；步骤2.3：执行堆芯模拟计算，对靶件入堆以后的堆芯安全性和产量情况进行初步评估，如评估未通过，则返回步骤2.2，重新选择辐照位置。
步骤三：实施靶件入堆，具体包括：步骤3.1：根据选定的装载位置，发布靶件装载指令；步骤3.2：燃料操作人员根据装载指令，制定详细靶件装载方案；步骤3.3：现场装入靶件，装载在燃料通道从下游起的第N号位置：步骤3.3.1：下游装卸料机装入一个新燃料棒束和一个辐照靶件；步骤3.3.2：按照正常换料流程，打开燃料通道，当通道下游N为偶数时，卸载N个乏燃料卸出至下游装卸料机，当通道下游N为奇数时，卸载N+1个乏燃料卸出至下游装卸料机；步骤3.3.3：利用装卸料机推杆将辐照靶件和新燃料棒束串回推至燃料通道中；步骤3.3.4：如N≦2，执行下一步骤；如N>2,当N为偶数时，利用装卸料机推杆将N-2根乏燃料棒束串回推至燃料通道中，当N为奇数时，利用装卸料机推杆将N-1根乏燃料棒束串回推至燃料通道中；步骤3.3.5：卸出两根乏燃料棒束，并关闭燃料通道。
步骤四：堆内辐照，具体包括：步骤4.1：监测靶件的辐照状态；步骤4.2：计算99Mo产量。
步骤五：靶件卸出堆芯，具体包括：步骤5.1：经过一周左右时间；执行堆芯模拟计算，确定换料方案；步骤5.2：执行装换料流程，卸出燃料通道内含辐照靶件在内的下游8根乏燃料棒束；步骤5.3：在乏燃料接收池中将辐照靶件装入外运容器，然后转移到分离提取生产线处理。
3.效果：
本发明在不影响反应堆安全运行、尽量减少燃料损失的前提下，利用重水堆辐照生产无载体99Mo，满足核医学领域对99Mo的需求。
附图说明
图1是重水堆装卸料过程示意图
图2是重水堆燃料棒束示意图
图3是重水堆燃料棒束截面图
具体实施方式
本专利提供了一种在不影响反应堆安全稳定运行、燃料损失最小化的前提下，装入和卸出无载体99Mo产靶件的方法，方法实施步骤如下：
步骤一：装载条件确认
步骤1.1装载无载体99Mo生产靶件的申请获得核安全监管当局的许可；
步骤1.2反应堆装卸料系统具备执行从下游回推新燃料的功能，并通过工程验证；
步骤1.3堆芯跟踪计算程序具备跟踪计算新增靶件的能力；
步骤二：确定装载位置
步骤2.1：根据市场需求情况，确定下一批次99Mo的出堆产量；
步骤2.2：根据出堆产量需求，和反应堆一周后的换料计划，确定靶件的初步装载位置(后续假定该位置为某通道倒数第N位置)；
步骤2.3：执行堆芯模拟计算，对靶件入堆以后的堆芯安全性和产量情况进行初步评估，如评估未通过，则返回步骤2.2，重新选择辐照位置。
步骤三：实施靶件入堆
步骤3.1：根据选定的装载位置，发布靶件装载指令；
步骤3.2：燃料操作人员根据装载指令，制定详细靶件装载方案；
步骤3.3：现场装入靶件，装载在燃料通道从下游起的第N(N≥1)号位置：
步骤3.3.1：下游装卸料机装入一个新燃料棒束和一个辐照靶件；
步骤3.3.2：按照正常换料流程，打开燃料通道，并将通道下游N(N为偶数)或(N+1)(N为奇数)个乏燃料卸出至下游装卸料机；
步骤3.3.3：利用装卸料机推杆将辐照靶件和新燃料棒束串回推至燃料通道中；
步骤3.3.4：如N≦2，执行下一步骤；如N>2,利用装卸料机推杆将(N-2)(N为偶数)或(N-1)(N为奇数)根乏燃料棒束串回推至燃料通道中；
步骤3.3.5：卸出两根乏燃料棒束，并关闭燃料通道。
步骤四：堆内辐照
步骤4.1：监测靶件的辐照状态；
步骤4.2：计算99Mo产量；
步骤五：靶件卸出堆芯。
步骤5.1：经过一周左右时间；执行堆芯模拟计算，确定换料方案；
步骤5.2：执行装换料流程，卸出燃料通道内含辐照靶件在内的下游8根乏燃料棒束；
步骤5.3：在乏燃料接收池中将辐照靶件装入外运容器，然后转移到分离提取生产线处理。
现结合附图对实施方案说明如下：
下游99Mo制药企业于两周后需要一批99Mo放射性核素。经测算，生产该批放射性核素需要一个靶件101在1.7E14的同类水平下辐照七天获得。经查询堆芯状态，某燃料通道300将于一周后换料，且其下游倒数第4个位置处通量水平与1.7E14相近。经堆芯模拟计算，靶件入堆以后堆芯功率分布满足安全要求。下达靶件入堆指令，实施靶件入堆操作。
如图1所示，装换料时现场操作人员将一根辐照靶件101和一根新燃料棒束装入装卸料机200。后续按照装卸料规程执行装卸料操作，从下游推出四根乏燃料棒束102，之后将一根辐照靶件101和一根新燃料棒束101回推到燃料通道300中，并将两根乏燃料棒束再推回到通道中，之后关闭燃料通道，结束装换料过程。
辐照靶件101在堆内辐照一周以后，按照正常换料流程卸出下游七个乏燃料棒束102和一个辐照后的靶件102。在乏燃料接收池301中，将辐照后靶件102装入外运容器，外运至分离提取生产线进行后续处理。
Claims (7)
1.一种重水堆生产无载体99Mo的方法，其特征在于：包括步骤一：确认装载条件；步骤二：确定装载位置；步骤三：实施靶件入堆；步骤四：堆内辐照；步骤五：靶件卸出堆芯。
2.根据权利要求1所述的一种重水堆生产无载体99Mo的方法，其特征在于：步骤一：确认装载条件，具体包括：步骤1.1向核安全监管当局申请装载无载体99Mo生产靶件的许可；步骤1.2反应堆装卸料系统具备执行从下游回推新燃料的功能，并通过工程验证；步骤1.3堆芯跟踪计算程序具备跟踪计算新增靶件的能力。
3.根据权利要求1所述的一种重水堆生产无载体99Mo的方法，其特征在于：步骤二：确定装载位置，具体包括：步骤2.1：根据市场需求情况，确定下一批次99Mo的出堆产量；步骤2.2：根据出堆产量需求，和反应堆一周后的换料计划，确定靶件的初步装载位置，假定该位置为某通道倒数第N位置；步骤2.3：执行堆芯模拟计算，对靶件入堆以后的堆芯安全性和产量情况进行初步评估，如评估未通过，则返回步骤2.2，重新选择辐照位置。
4.根据权利要求1所述的一种重水堆生产无载体99Mo的方法，其特征在于：步骤三：实施靶件入堆，具体包括：步骤3.1：根据选定的装载位置，发布靶件装载指令；步骤3.2：燃料操作人员根据装载指令，制定详细靶件装载方案；步骤3.3：现场装入靶件，装载在燃料通道从下游起的第N号位置：步骤3.3.1：下游装卸料机装入一个新燃料棒束和一个辐照靶件。
5.根据权利要求1所述的一种重水堆生产无载体99Mo的方法，其特征在于：步骤四：堆内辐照，具体包括：步骤4.1：监测靶件的辐照状态；步骤4.2：计算99Mo产量。
6.根据权利要求1所述的一种重水堆生产无载体99Mo的方法，其特征在于：步骤五：靶件卸出堆芯，具体包括：步骤5.1：经过一周左右时间；执行堆芯模拟计算，确定换料方案；步骤5.2：执行装换料流程，卸出燃料通道内含辐照靶件在内的下游8根乏燃料棒束；步骤5.3：在乏燃料接收池中将辐照靶件装入外运容器，然后转移到分离提取生产线处理。
7.根据权利要求1所述的一种重水堆生产无载体99Mo的方法，其特征在于：步骤三：实施靶件入堆，还包括：步骤3.3.2：按照正常换料流程，打开燃料通道，当通道下游N为偶数时，卸载N个乏燃料卸出至下游装卸料机，当通道下游N为奇数时，卸载N+1个乏燃料卸出至下游装卸料机；步骤3.3.3：利用装卸料机推杆将辐照靶件和新燃料棒束串回推至燃料通道中；步骤3.3.4：如N≦2，执行下一步骤；如N>2,当N为偶数时，利用装卸料机推杆将N-2根乏燃料棒束串回推至燃料通道中，当N为奇数时，利用装卸料机推杆将N-1根乏燃料棒束串回推至燃料通道中；步骤3.3.5：卸出两根乏燃料棒束，并关闭燃料通道。
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