CN1794360A - 用于碘－125的内循环辐照盒以及用其生产碘－125的方法 - Google Patents

用于碘－125的内循环辐照盒以及用其生产碘－125的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可用来生产碘－125的内循环辐照盒以及相关的生产方法。充有氙气的辐照盒具有下辐照部分和上辐照部分、以及中子控制构件。下辐照部分插入反应堆芯的辐照孔中并以大量的中子直接辐射。当向氙气辐射中子时，从氙气产生碘－125。上辐照部分从辐照孔突出来，且碘－125通过对流传输到上辐照部分并在上部中固化。中子控制构件减少上部中的中子以便大量生产高纯度和高放射性的碘－125。

Description

用于碘-125的内循环辐照盒以及用其生产碘-125的方法
技术领域
本申请总的来说涉及用于生产碘-125(125I)的设备和方法，尤其涉及可用于生产作为医用放射性同位素的碘-125的内循环辐照盒及有关制造方法。
背景技术
近年来，仅出于研究目的而利用加速器或回旋加速器少量地生产碘放射性核素。1938年，放射性碘进一步用于甲状腺的生理功能研究并已经用于肿瘤治疗。之后，放射性碘广泛地应用在放射性药物方面。
由于在几乎所有的有机化合物中卤族元素都可以被容易地取代，并可具有较高的产量和产品稳定性，因此它们可以广泛地应用于标记物的合成。碘是其中典型的一种。碘的放射性核素包括碘-123(123I)、碘-124(124I)、碘-125(125I)、碘-128(128I)、碘-131(131I)以及碘-132(132I)。加速器可以生产碘-123和碘-124，而原子反应堆能生产碘-125、碘-128、碘-131以及碘-132。其中，碘-123、碘-125和碘-131可以在核医疗学中广泛使用。尤其是碘-125，由于它的伽马能量低(35keV)并且半衰期长(60.2天)，因此可以用作示踪剂，还可以用于试管内诊断试剂或者在近距放射疗法中所使用的种子或导线中的放射源。
与生产碘-125有关的一系列核反应如图1所示。参考图1，通过吸收中子，占氙气大约0.096％的氙-124(124Xe)变成氙-125(125Xe)，然后氙-125(125Xe)以电子俘获(EC)方式衰变形成碘-125。随着时间的推移，碘-125变成稳定的同位素碲-125(125Te)。不过，由于碘-125具有用于吸收中子的大横截面，因此它可以在中子流量场中吸收中子以生成碘-126。靶材料可以包括来自氙-124的浓缩氙气、天然氙气、或者固态氙化合物，例如XeF2。为了生产高纯度和高放射性的碘-125，从氙靶生产的碘-125的分离和提纯是很重要的。然而，最重要的是选择合适的辐照条件，以及使碘-125通过再次吸收中子而生成的碘-126的浓度最低。
生产碘-125的传统方法有三种中子辐照类型，即，分批生产(batchprocess)、循环回路生产(circulating loop process)以及分批操作回路生产(batch-operated loop process)。分批生产适合于研究目的、少量碘-125的生产或是大量天然氙气的辐照。该生产过程使用如图2所示的辐照盒101。在典型的分批生产中，于液氮温度下在由锆合金或铝制成的辐照盒101中充满氙气103。盒101由盖105密封，然后受到中子α的辐射。
如上所述，分批生产所生产的碘-125吸收中子然后转变成用作放射性核素污染物的碘-126。碘-126发射不同于碘-125的低能量伽马射线的伽马射线，从而碘-126的伽马射线可能导致在放射疗法和诊断过程中出现问题。因此，碘-126的百分比必须控制在百分之一以下，且可能需要较长的冷却时间。碘-125的比放射性，即，每单位重量或化学当量的放射性减少，且由于低的经济效益，因此该生产方法不适于大量生产。此外，在中子辐射以后还需要氙气的回收装置。
在循环回路生产中，通过在中子流量场中连续辐照氙-124以获得氙-125，然后氙-125在置于原子反应堆的辐射孔外面的容器中衰变形成碘-125。碘-125被吸收在木炭、不锈钢或铝棉上。由于该生产过程允许氙气连续循环，因此氙-125在中子流量场中的残留时间较短。从而具有这样的优点：即，不仅避免了不想要的碘-126的生成，而且获得了纯碘-125。然而，该生产方法的缺点在于：设备和生产的费用高于其他任何生产方法。
分批操作回路生产是分批生产与循环回路生产的结合。如图3所示，分批操作回路生产使用辐照盒组件200，其包括辐照盒201和衰变盒203。在该生产过程中，凝缩在冷却阀中的氙气在室温下蒸发并转移到辐照盒201中。然后在原子反应堆205中向氙气辐射中子并且辐射一段指定时间，例如，16至18个小时。完成中子辐射以后，氙气转移到衰变盒203中并衰变以形成碘-125。随后，氙气反复多次地循环到辐照盒201。尽管该生产方法具有这样的优点：即能够获得高纯度和高放射性的碘-125，但它的缺点在于：设备和生产的费用也像前面所述的循环回路生产一样高。
发明内容
本发明示例性的、非限定性的实施例提供一种可用来生产碘-125的内循环中子辐照盒以及相关的生产方法。
根据本发明的一个示例性实施例，充有氙气的辐照盒包括下辐照部分、上辐照部分以及中子控制构件。下辐照部分被插入反应堆芯的辐照孔中。在下辐照部分内，以大量的中子直接辐射氙气以便生产碘-125。上辐照部分从辐照孔突出来，且中子控制构件形成在上辐照部分中以便减少中子。
在本发明的一个可选示例性实施例中，中子控制构件可以是形成在下辐照部分与上辐照部分之间的文氏管。文氏管可以具有放置在其中的内导流管(inner baffle tube)，且内导流管具有文氏管的简化形状。
在本发明的另一可选示例性实施例中，中子控制构件可以是形成在下辐照部分与上辐照部分之间的多孔屏，或者是涂覆在上辐照部分内壁上的中子吸收涂层。
在本发明的另一可选示例性实施例中，下辐照部分可以具有热保持构件，且上辐照部分可以具有冷却构件。
根据本发明的另一示例性实施例，生产碘-125的方法包括步骤：将充有氙气的辐照盒插入反应堆芯的辐照孔、使得辐照盒的上部从辐照孔突出来；向氙气辐射中子、使得氙-124通过吸收中子转变成氙-125，然后氙-125衰变以生成碘-125；和在碘-125通过对流从下部传输到上部以后固化在上部的内壁上；以及从上部的内壁上获得固化的碘-125。
附图说明
图1是表示与生产碘-125有关的一系列核反应图。
图2是表示用于分批生产的传统中子辐照盒的横截面图。
图3是表示用于分批操作回路生产的传统中子辐照盒的示意图。
图4是表示根据本发明实施例的中子辐照盒的横截面图。
图5是表示根据本发明另一实施例的中子辐照盒的各部分的横截面图。
图6是表示根据本发明另一实施例的中子辐照盒的各部分的横截面图。
图7是表示根据本发明另一实施例的中子辐照盒的各部分的横截面图。
图8是沿图7所示的直线A-A剖开的部分透视图。
具体实施方式
以下将参考附图更充分地说明本发明示例性的、非限定性的实施例。然而，本发明可以多种不同的形式实施，而不应解释为局限在本文所述的实施例。更确切的是，所披露的实施例是为了使公开的内容更加彻底和全面而提供的，且将会把本发明的精神充分传达给本领域的熟练技术人员。在不背离本发明范围的前提下，在变化的大量实施例中可以利用本发明的原理和特征。
图4以横截面图的形式表示根据本发明一个实施例的可用于生产碘-125的内循环辐照盒1。如图4所示，辐照盒1具有长的中空圆筒形状。辐照盒1插入反应堆芯的辐照孔10中并受到中子辐射的影响。辐照盒1装载有氙气且碘-125通过以中子辐照氙气而产生。
辐照盒1从辐照孔10中部分地突出来。即，辐照盒1包括位于辐照孔10内的下部3和位于辐照孔10外的上部5。下部3是直接辐照部分，直接向该下部辐射中子，而上部5是间接辐照部分，间接地向该上部辐射中子。
填充在下面的、直接辐照部分3中的氙气受到中子流量场的影响，然后通过吸收中子和伽马射线而被加热。高温氙气和从氙气生成的碘-125通过对流向上传输。上面的间接辐照部分5由于不太可能吸收中子和伽马射线而处于相对低温的状态。因此，从下面的辐照部分3传输的氙气和碘-125接触到上辐照部分5的相对冷的内壁，从而固化。
上辐照部分5具有中子控制构件20，其构造用来限制中子从下辐照部分3流入。因此能够防止上辐照部分5中的碘-125通过吸收中子而转变成不希望有的碘-126。
在本实施例中，中子控制构件20是文氏管(venturi tube)，其具有收缩狭口，该狭口形成在两个辐照部3和5互相连接的位置处。文氏管20的收缩狭口限制来自下辐照部分3的中子向上流动，从而减少了上辐照部分5中的中子流量。
在本发明的另一实施例中，文氏管20还可以具有如图7和8所示的内导流管21。如果文氏管20的收缩狭口直径很小，可能导致碘-125难以流入上辐照部分5中。在这种情况下，内导流管21用于使内部气体在辐照盒1中流畅地流通。具有文氏管20的简化形状的内导流管21沿着辐照盒的轴置于文氏管20内部，并通过支撑件8连接到文氏管20。
可选地，可以使用另一种中子控制构件来代替上述文氏管20。图5表示作为中子控制构件的一个可选例的多孔屏30。多孔屏30放置在两个辐照部分3和5之间的交界处。多孔屏30有许多微小的类似于孔的开口，这些开口限制中子向上流动并能使内部气体循环流通。
图6表示作为中子控制构件的另一可选例的中子吸收涂层40。能够吸收中子的该中子吸收涂层40被涂覆在上辐照部分5的内壁上。除非中子流量迅速减少，例如，当辐照孔10充满重水时，否则中子吸收涂层40可以理想地代替相对较长的辐照盒1来使用。另外，中子吸收涂层40可以与上述文氏管20或多孔屏30一起使用。
理想的是，下和上辐照部分3和5分别保持较高和较低的温度，从而使得下辐照部分中的有效对流以及上辐照部分中的固化现象得以发生。为此目的，下辐照部分3可以具有热保持构件6，而上辐照部分5还可以具有冷却构件7。热保持构件6保持着当氙气转变成碘-125时所产生的热量。因此，下辐照部分3在能保持高于碘的气化点的温度。具有内管6的双重真空管可用作热保持构件。冷却构件从上辐照部分5除去热量，从而上辐照部分5能保持在低于碘的固化点的温度。许多冷却片7可用作冷却构件。
下面是通过利用本发明的辐照盒1生产碘-125的方法。
辐照盒1填充有氙气并被密封。然后将辐照盒1插入反应堆芯的辐照孔10中。由于辐照盒1的长度大于辐照孔10的深度，因此辐照盒1的上辐照部分5从辐照孔10突出来。
然后，当辐照盒1受到辐照孔10中的中子辐射的影响时，填充在下辐照部分3中的氙-124吸收中子并转变成氙-125。然后碘-125从氙-125通过β衰变而产生。这样的反应产生热量，该热量施加到内部气体上。高温氙气和碘-125气体通过对流移动到上辐照部分5。对流的速度充分高。从而，几乎不存在碘-125在接触到上辐照部分5之前通过吸收中子转换成不想要的碘-126的可能性。
流入上辐照部分5的碘-125气体接触在内壁上，冷却并固化。固化在壁上以后，碘-125极少由于上辐照部分5中的低中子流量而转换成不想要的碘-126。
然后从上辐照部分5的内壁上得到固化的碘-125。该方法使得中子辐射时间显著增加，从而能够大量生产碘-125。
如上所述，本发明的辐照盒使下部保持高于碘-125的气化点的温度而使上部保持低于碘-125的固化点的温度。碘-125气体在下部被加热，向上移动到上部，并在上部固化。然后从碘-126之类的放射性核素污染物中分选出固化的碘-125。因此，就能够大量生产高纯度和高放射性的碘-125。
与传统的成批生产方法相比，本发明的辐照盒和生产方法不仅能生产出高纯度和高放射性的碘-125，而且与传统的循环回路生产方法相比具有简单的结构和有成本效率的方法。
虽然通过参考实施例部分地示出并阐述了本发明，但本领域的熟练技术人员能够理解，在不背离由附加的权利要求所限定的精神和范围的前提下，可以做出形式上和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种用于生产碘-125的内循环辐照盒，所述辐照盒充有氙气并以中子进行辐射，所述辐照盒包括：
插入反应堆芯的辐照孔中的下辐照部分，在所述下辐照部分中向氙气辐射大量的中子；
从辐照孔中突出来的上辐照部分；以及
形成在上辐照部分中以便减少中子的中子控制构件。
2.权利要求1所述的辐照盒，其中，所述中子控制构件是形成在下辐照部分与上辐照部分之间的文氏管。
3.权利要求2所述的辐照盒，其中，内导流管沿着辐照盒的轴线放置在文氏管中。
4.权利要求1所述的辐照盒，其中，所述中子控制构件是形成在下辐照部分和上辐照部分之间的多孔屏。
5.权利要求1所述的辐照盒，其中，所述中子控制构件是涂覆在上辐照部分内壁上的中子吸收涂层。
6.权利要求1至5中任意一项所述的辐照盒，其中，下辐照部分具有热保持构件。
7.权利要求6所述的辐照盒，其中，所述热保持构件是具有内管的双重管。
8.权利要求1至5中任意一项所述的辐照盒，其中，所述上辐照部分具有冷却构件。
9.权利要求8所述的辐照盒，其中冷却构件是冷却片。
10.一种生产碘-125的方法，该方法包括以下步骤：
(a)将填充有氙气的辐照管插入反应堆芯的辐照孔中，使得辐照盒的上部从辐照孔中突出来；
(b)向氙气辐射中子，以便使氙-124通过吸收中子而转变成氙-125，其中产生热量，然后氙-125衰变成碘-125；
(c)通过对流将碘-125从下部传输到上部，然后通过冷却使碘-125固化在上部的内壁上；以及
(d)从上部的内壁收集固化的碘-125。
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