DE1927648U - Ofen zur erzeugung von radioaktivem jod. - Google Patents
Ofen zur erzeugung von radioaktivem jod.Info
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Description
SA. 488 432-16.9.65
DIpI.-Ing. R. B®Qtz u.
Dipl.-Ing. Lampr©cht
München 22, Sielnsdorfsir. 10
410-10.876G . ,.-. 16.9,1965
Commissariat a I1 Energie Atomique, Paris (Frankreich.)
Ofen zur Erzeugung von radioaktivem Jod
Die Erfindung "bezieht sich auf einen Ofen zur Erhitzung
von Toe strahlt em Tellur zur Freisetzung von radioaktivem Jod
131» das durch ein Edelgas, wie Argon, abgeführt wird.
Es kommt hierbei darauf an, in der ganzen Uutzzone des
Ofens eine in Längsrichtung gleichförmige Temperaturverteilung zu erzielen, da der Temperaturbereich, der einen maximalen
Wirkungsgrad ermöglicht, häufig sehr eng ist.
Es ist bei der Erzeugung von Jod 131 ferner wichtig, die aus dem Ofen abströmenden Gase und Dämpfe auf einer
hinreichend hohen Temperatur zu halten, um jegliche Kondensation zu vermeiden.
Die Arbeitsgänge müssen ferner im allgemeinen in einem abgedichteten Gehäuse durchgeführt und ferngesteuert werden,
da die fraglichen Produkte radioaktive Stoffe sind bzw. gefährliche Elemente enthalten.
410-;B-1741~3-TWo (7)
Die. Erfindung gent demgemäß aus von einem Ofen zur
Erzeugung toil radioaktivem Jod durch Erhitzung von bestrahltem Tellur und Abführung des verdampften Jod durch ein Edelgas, wie Argon, mit einer rohrförmigen beheizbaren Muffel, einer Zuführleitung für das Edelgas an einem Ende der Muffel, einer beheizten Gas-Bvakuierleitung am anderen Inde sowie mit einer Öffnung zum Einführen des bestrahlten Tellur.
Erzeugung toil radioaktivem Jod durch Erhitzung von bestrahltem Tellur und Abführung des verdampften Jod durch ein Edelgas, wie Argon, mit einer rohrförmigen beheizbaren Muffel, einer Zuführleitung für das Edelgas an einem Ende der Muffel, einer beheizten Gas-Bvakuierleitung am anderen Inde sowie mit einer Öffnung zum Einführen des bestrahlten Tellur.
Bei einem derartigen Ofen besteht die Erfindung darin,
daß eine Einrichtung zur Verschiebung eines Yerschlußstopfens
der Öffnung parallel zur Muffelachse sowie eine Einrichtung zum Herausschwenken dieses Stopfens aus dem axialen Bereich
der Muffel vorgesehen ist.
Die Einrichtungen zur Verschiebung und Schwenkung des
Stopfens können beispielsweise durch zwei pneumatische
Zylinder-Kolbenanordnungen gebildet werden, die von einer
außerhalb eines dichten Gehäuses liegenden Stelle gesteuert werden, wobei sich der Ofen in diesem Gehäuse befindet. Die Einführung des zu behandelnden Gutes, insbesondere des
bestrahlten Tellur, kann mit Hilfe von lernmanipulatoren
erfolgen.
Stopfens können beispielsweise durch zwei pneumatische
Zylinder-Kolbenanordnungen gebildet werden, die von einer
außerhalb eines dichten Gehäuses liegenden Stelle gesteuert werden, wobei sich der Ofen in diesem Gehäuse befindet. Die Einführung des zu behandelnden Gutes, insbesondere des
bestrahlten Tellur, kann mit Hilfe von lernmanipulatoren
erfolgen.
Die Beheizung der Muffel geschieht vorzugsweise über
mehrere gesondert gespeiste elektrische Wicklungen, Diese Anordnung ermöglicht bei der Temperaturregelung eine größere
Genauigkeit und gewährleistet damit eine homogene Beheizung des behandelten Gutes. Es ist selbstverständlich günstig, den
Ofen mit einer automatischen Temperaturregeleinrichtung zu versehen.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung, die insbesondere für öfen geeignet ist, die aus nichtrostendem Stahl
oder aus einem anderen Stoff hergestellt sind, der dazu neigt, das freigesetzte Jod zu absorbieren, besteht erfindungsgemäß
darin, daß im Innern der rohrförmigen Muffel eine lösbare innere Muffel aus einem Jod nicht absorbierenden
Material, wie Aluminium, vorgesehen ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthält die rohrförmige Muffel eine Auskleidung, die Jod nicht absorbiert
und insbesondere durch Oxydation der Innenfläche der Muffel unter Anwesenheit von Sauerstoff bei einer Temperatur
von etwa 4000G hergestellt ist.
Die Erzeugung einer derartigen, wirksamen Schutzhaut erfordert im allgemeinen eine Sauerstoffumwälzströmung bei
4-00 G während einiger Stunden. Wird eine derartige" Oberflächenbehandlung
durchgeführt, so ist es zweckmäßig, vor dieser Behandlung das gesamte Tellur zu entfernen, das sich
eventuell an den Wänden der Muffel abgesetzt hat; zu diesem Zweck wird die Muffel auf eine Temperatur vom etwa 7000C
erhitzt und die verdampften Stoffe werden durch einen Argonstrom abgeführt. Bs ist günstig, diese Oberflächenbehandlung
von Zeit zu Zeit zu wiederholen.
Anhand der l?ig. 1 bis 3 werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert. Zugleich wird hierbei die Wirlnxngsweise des Ofens für die Erzeugung von
radiaktivem Jod 1'31 durch Erhitzmn von bestrahltem Tellur erläutert. In der Zeichnung zeigen:
lig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Ofens|
lig. 2 eine schematische Teilansicht, die das Öffnen der Muffel und die Einführung des bestrahlten Tellurs
veranschaulicht;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Ofen ermöglicht die Erzeugung von
radiaktivem Jod 131 nach einem klassischen Verfahren, das darin
"besteht, eine bestimmte Menge Tellur zu "bestrahlen, dann
dieses "bestrahlte Tellur in dünnen Schichten zu verteilen, und es auf eine Temperatur in der Größenordnung von 4000G
zu erhitzen. Das "bei der Bestrahlung gebildete Jod verdampft "bei dieser Temperatur und wird vom Tellur freigesetzt.
Ein über das beheizte Tellur streichender Argonstrom führt das freigesetzte Jod in eine chemische Behandlungseinrichtung,
in der das Jod 131 aufgelöst und vom Tellur getrennt wird.
Da Jod 131 ein starker<//"^Stränier ist, wird der Behandlungs
ofen in einem belüfteten "Handschuhkasten" angeordnet und als Strahlungsschutz eine Bleiumhüllung vorgesehen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Mg. 1 enthält der Ofen eine Muffel 1 aus nichtrostendem Stahl, die zylindrisch
ausgebildet und horizontal angeordnet ist. Diese Muffel wird durch einen lösbaren Stopfen 2 abgeschlossen. Durch ihren
Boden 3 ist ein Rohr 4 hindurchgeführt, das zur Zuführung von Argon dient. Eine Gas-Evakuierleitung 5>
die die freigesetzten Gase zu der chemischen Behandlungseinrichtung führt, ist am
anderen Bnde der Muffel 1 in der Iahe des lintrittsflansehes
angeschlossen. Sine horizontale Schiene 8 führt einen Wagen
der Hapfe mit bestrahltem Tellur trägt.
Die Beheizung der Seitenwand der zylindrischen Muffel 1 erfolgt über drei elektrische Heizelemente 10,11 und 12, die
eine genaue Regelung der Temperaturverteilung längs der Wand ermöglichen. Der Boden 3 der Muffel wird durch ein gesondertes
Heizelement 13 und die Gas-Evakuierleitung 5 durch ein weiteres
Heizelement 14 beheizt. Der Stopfen 2 ist gleichfalls mit einem Heiselement 15 ausgerüstet, das nahe der Vorderseite 16 vorgesehe:
ist, die in der Schließlage des Stopfens 2 in den Innenraum der Muffel 1 hineinragt. Jedes der genannten Heizelemente 10 bis
ist mit einem Thermoelement zur Temperaturermittlung versehen. Wenigstens die Heizelemente 10,11 und 12 sind mit einer automatik
sehen Temperaturregeleinrichtung verbunden.
Der Ofen ist in seinem äußeren Bereich mit einer die Heizelemente umschließenden Wärmeisolation 17 versehen. Um
ferner ein Absirömen der Wärme in die Atmosphäre des "Hand— sohuhkastens" zu verhindern, können alle Außenflächen durch
drei von Kühlwasser durchströmte Mantel gekühlt werden: zu diesem Zweck ist ein zylindrischer Mantel 18 vorgesehen, ein
Mantel 19 zur Kühlung des Bodens 3 und ein Mantel 20 zur Kühlung
des Eintrittsflansches 7.
Der Stopfen 2 ist gleichfalls mit einer Wärmeisolation 21
versehen, weist jedoch beim dargestellten Aus führung slo ei spiel
im Bereich seiner Außenwand 22 keine gesonderte Kühlung auf? die Kühlung dieser Außenwand 22 erfolgt vielmehr durch Wärmeleitung
zum Eintrittsflansch 7 hin, wenn der Stopfen 2 in den Ofen eingesetzt ist.
Der Eintrittsflansch 7 enthält eine Ringnut mit trapezförmigem Querschnitt, in der eine Dichtung 23 vorgesehen ist,
die im angedrückten Zustand die Abdichtung des abgeschlossenen
Ofens gewährleistet. Der Stopfen 2 enthält ferner in seinem beheizten Teil kreisförmige Stahlsegmente 24, die dazu dienen,
ein Abwandern des sublimierten Tellur in kältere Zonen, wo
es kondensieren könnte, zu verhindern.
Ein=pneumatische Zylinder-Kolbenanordnung 25 dient zur
Verschiebung des Stopfens 2 parallel zu seiner Achse. Die Zylinder-Kolbenanordnung 25 vaiä der Stopfen 2 werden von Armen
26 (fig. 2) getragen, die eine senkrechte Verlängerung der Schenkel eines den Ofen übergreifenden Bügels 28 bilden. Dieser
Bügel ist um fest mit dem Ofen verbundene, auf beiden Seiten angeordnete Achsen schwenkbar und ermöglicht auf diese Wi?ese,
die Zylinder-Kolbenanordnung 25 und den Stopfen 2 aus dem Achsbereich der Muffel 1 herauszuschwenken. Die Bewegung
des Bügels 28 wird durch eine Zylinder-Kolbenanordnung 29 gesteuert, die fest auf der Oberseite des Ofens angeordnet ist
und deren Kolbenstange mit einer vom Bügel 28 getragenen
Kappe 30 verbunden ist.
Das zu behandelnde Tellur "befindet sich in Näpfen 3I · Es
ist hier in ]?orm von dünnen Schichten mit einer Stärke von 3 bis 5 mm ausgebreitet. Me Näpfe 31 sind in mehreren Etagen
auf dem Wagen 9 angeordnet, der eine Grifföse 32 aufweist, die
mit einem von der Vorderseite 16 des Stopfens 2 getragenen Haken 33 zusammenwirkt. Wird der Stopfen 2 nach außen gezogen,
so nimmt er demgemäß den Wagen 9 bis zur Eintrittsöffnung des
Ofens mit.
Wie insbesondere aus Iig. 2 hervorgeht, werden die auf den
Wagen 9 aufgesetzten Näpfe 31 mit bestrahltem Tellur über
einen Aufzug 35 bis auf das Niveau der Achse der Muffel 1 gehoben. Der Stopfen 2 ist hierbei herausgezogen. Über einen
fernbetätigbaren Greifer wird der Wagen 9 in die Muffel 1 auf die zu diesem Zwecke vorgesehene Schiene 8 gesetzt.
Diese Führungsschiene 8 verhindert jede Neigung des Wagens 9
und gewährleistet auf diese Weise die Aufrechterhaltung einer konstanten Stärke der dünnen Tellurschichten.
Durch Betätigung der Zylinder-Kolbenanordnung 29 wird anschließend der Stopfen 2 vor die Mündung der Muffel 1
geschwenkt. Durch horizontale Verschiebung mittels der Zylinder-
IColbenanordnung 25 wird der Stopfen 2 daraufhin in die
Muffel 1 eingeschoben und diese damit abgeschlossen. Dabei wird gleichzeitig die Dichtung 23 zwischen der Außenwand
des Stopfens und dem Eintrittsflansch 7 zusammengedrückt.
Die Heizelemente 10,11 und 12 werden so gespeist, daß über
die ganze Länge der lutzzone der Muffel eine gleichförmige Temperatur von 400 G aufrechterhalten wird und die Abweichungen
weniger als 20C betragen. Auf diese Weise wird das gesamte
Tellur homogen aufgeheizt und das Jod unter optimalen Bedingungen freigesetzt. Die Festlegung der Temperatur auf
400°ö erfolgt zum Zweck, eine rasche Freisetzung des Jods
zu ermöglichen, hierbei jedoch ein erhebliches Sublimieren des Tellurs zu verhindern.
Die Temperatur des Bodos 3 der Muffel im Bereich um das zur Zuführung von Argon dienende Rohr 4 wird durch das Heizelement
13 auf 4700G eingeregelt. Das Argon wird auf diese Weise vor seinem Eintritt in die Mutzzone des Ofens vollständig
aufgeheizt und es kann sich keine G-egenstrom-Zirkulation
ergeben. Die Temperatur der Gas-Evakuierleitung 5 wird mittels des Heizelementes 14 auf etwa 38O0C eingeregelt5
diese Temperatur genügt, um jede Kondensation auszuschließen.
Mach einer Beheizung -während einer Zeitdauer von etwa 7
Stunden ist das Jod 1-31 quantitativ aus dem Tellur freigesetzt.
Bs wird zum größten Teil durch die Gas-Evakuierleitung 5 abgeführt
und am Eingang der chemischen Behandlungseinrichtung in geeigneter Weise aufgefangen.
Man öffnet dann den Ofen, indem der Stopfen 2 durch Betätigung der Zylinder-Kolbenanordnung 25 nach außen bewegt
wird. Der Stopfen 2, dessen Haken 33 in die Grifföse 32
eingsift, nimmt hierbei den Wagen 9 mit, der die Tellurnäpfe 31 trägt. Mit Hilfe des Telemanipulators wird der
Stopfen 2 dann vom Wagen 9 gelöst, woraufhin die Zylinder-Kolbenanordnung 29 den Bügel 28 schwenkt und die von. der
Zylinder-Korbenanordnung 25 und dem Stopfen 2 gebildete Anordnung aus dem Achsbereich der Muffel 1 nach oben herausschwenkt.
Alsdann wird der Aufzug 35 vor die Mündungsöffnung . der Muffel bewegt und der Wagen 9 mittels des Telemanipulators
auf den Aufzug gesetzt.
Der vorstehend beschriebene Ofen ermöglicht eine beträchtliche Verringerung der Jodverluste während der Überführung
der Gase in die chemische Behandlungseinrichtung. Andererseits ist es möglich, die Heizelemente der Muffel selbst auszuwechseln,
ohne hierfür einen stark radioaktiven Raum betreten zu müssen.
Lediglich der Stopfen muß vollständig ausgewechselt werden,
wenn sein Heizelement einer Überholung bedarf.
Um einen sehr hohen Wirkungsgrad bei der Freisetzung des Jods zu erzielen, ist es jedoch notwendig, den nicht vernachläss:
baren Teil (im allgemeinen in der Größenordnung von 45$) des vom Tellur freigesetzten Jods, der sich an der aus
nichtrostendem Stahl bestehenden Muffel 1 absetzt, zurückzugewinnen.
Dies kann beispielsweise nach dem Herausziehen der das bestrahlte Tellur enthaltenden Näpfe durch Erhitzung
auf etwa 7000G während 2 bis 3 Stunden erfolgen,wobei das
freigesetzte Jod wiederum in einem Argonstrom abgekühlt wird. Dieselbe Jod-Bekuperation kann durch Erhitzung des Ofens
auf 400 0 in Gegenwart eines Sauerstoffstromes erfolgen. Diese Art der Freisetzung erfolgt rascher als im erstgenannten
Falle und verlangt nur etwa 1 Stunde.
Die Freisetzung des Jod;., das sich während der Erhitzung
des Tellurs an den Wänden des Ofens abgesetzt hat, er- möglicht eine Gesamtausbeute an Jod 131 in der Größenordnung
von 80 bis 85$. Hierbei ist allerdings der lachteil zu verzeichnen, daß sich die gesamte Zeit für die Herstellung des
Jods 131 merklich verlängert und daß der Produktionsvorgang
etwas komplizierter ist, da die Freisetzung des im Tellur enthaltenen
Jod/ praktisch in zwei Stufen erfolgt.
Bin zweites Ausführungs"beispiel der erfindungs gemäß en
Ofens, das in Fig. 3 "veranschaulicht ist, ermöglicht die
Termeidung dieses Nachteiles, indem ein Eontakt zwischen
dem Jod und der aus nichtrostendem Stahl "bestehenden Muffelwand verhindert wird.
Der Ofen gemäß I1Ig. 3 enthält eine aus nichtrostendem Stahl
bestehende Muffel 51 mit einem lösbaren Stopfen 52, der über
Zylinder-Kolbenanordnungen 53 und 54 bewegt werden kann. Weiterhin
sind Heizwiderstände 55 vorgesehen. Die Anordnung der G-aszu-
und -ableitungen ist jedoch anders als beim Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 1.
Die von ihrem Heizwiderstand 59 umschlossene Evakuierleitung 58 ist axial vorgesehen und ragt durch den Boden 60
des Ofens hindurch. Diese Leitung 58 führt das Gas über
eine gleichfalls behei#zte, aus Glas bestehende Leitung 61 zu
der chemischen Behandlungseinrichtung.
~ 13 -
Die zur Zuführung des Edelgases dienende leitung 62 ist
flexibel ausgebildet und durchsetzt den Stopfen 63 in axialer
Sichtung. Sie endet im Innern des Ofens gegenüber den das bestrahlte [Dellur enthaltenden Bapfen 63 über einen Yerteilerkonus
64j dessen perforierte Grundplatte 65 Tertikai angeordnet
ist und etwa den gesamten Querschnitt der Futzzone des Ofens einnimmt. Der ?erteilerkonus 64 besteht beispielsweise a,us
"Pyrex"--Glas. Stattdessen kann man den Yerteilerkonus 64
beispielsweise jedoch auch aus nichtrostendem Stahl oder Silizium herstellen. Es sei hervorgehoben, daß der Terteilerkonus
64 mit dem Jod nicht in Berührung kommt, da dieses durch das Edelgas nach dem anderen Ende des Ofens hin abgeführt
wird.
Eine zweite Muffel 66 ist im Innern der Muffel 51 angeordnet. Diese innere Muffel 66, die eine Wandstärke von etwa
5 mm aufweist, ragt in die Evakuierleitung 58 bis an die
Stelle hinein, an der die Leitung 61 anschließt. Man vermeidet auf diese Weise jeden Kontakt zwischen den erzeugten
Gasen und dem nichtrostendem Stahl der Evakuierleitung Die innere !Muffel 66 enthält auf der Seite des lösbaren
Stopfens 52 keinen Boden. Ein solcher Boden erscheint im Hinblick auf das Torhandensein des Terteilerkonus 64 sowie
mit Rücksicht auf den !Temperaturgradienten, der sich im
Betrieb durch den Heizwiderstand 55 einstellt, überflüssig.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besteht die
innere Muffel 66 aus Aluminium; stattdessen kann man sie
jedoch auch aus Quarz, Silizium oder Pyrex-Glas herstellen.
Wenn man die gleichen Betriebsbedingungen wie beim ersten Ausführungsbeispiel annimmt, ermöglicht der Ofen gemäß Pig.3
in einer einzigen Stufe eine Ausbeute an Jod 131 von etwa
80$. Die Ausbeute läßt sich noch bis auf 96$ bis 99$ steigern,
wenn man eine anschließende Entgasung der inneren Muffel 66
in durch eine 30-minutige Erhitzung auf 700 C/Argonatmosphäre
oder auf 400 G in Sauerstoffatmosphäre vornimmt.
Unter den Vorteilen des Ofens gemäß fig. 3 sei besonders hervorgehoben, daß sich die innere Muffel 66 aus Aluminium
leicht austauschen läßt. Die für die Zu- und Ableitung 62,58 gewählte Anordnung sowie das Vorhandensein des Yerteilerkonus
64 schließt ferner jede Gasturbulenz aus. Man erreicht auf. diese Weise eine gleichmäßige Argonströmung, die das Freisetzen
des Jod·: begünstigt und einem Niderschlagen auf den Ofenwänden
entgegenwirkt.
Claims (4)
1. Ofen zur Erzeugung von radioaktivem Jod durch Erhitzung
von be strahlt ent» Tellur und Abführung des verdampften Jod durch
ein Edelgas, wie Argon, mit einer rohrförmigen beheizbaren Muffel, einer Zuführleitung für das Edelgas an einem Ende der
Muffel, einer beheizten G-as-Evakuierleitung am anderen Ende
sowie mit einer Öffnung zum Einführen des bestrahlten Tellur, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen
mit einer Einrichtung (25) zur Verschiebung eines Yerschlußstopfens
(2) der Öffnung parallel zur Muffelachse sowie einer Einrichtung (29) zum Herausschwenken dieses Stopfens aus dem
axialen Bereich der Muffel versehen ist.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen
zur Parallelverschiebung und zur Schwenkbewegung des
Stopfens ans pneumatischen Zylinder-Kolbenanordnungen bestehen.
3. Ofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die rohrförmige Muffel (1) eine innere Auskleidung enthält, die Jod nicht absorbiert beispielsweise durch Oberflächenoxydation
hergestellte.
4. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß im Innern der rohrförmigen Muffel (51) eine lösbare innere Muffel (66) aus einem Jod nicht absorbierenden
Material, wie Aluminium, vorgesehen ist.
Applications Claiming Priority (2)
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CN104599734B (zh) * | 2015-01-26 | 2017-01-18 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 卧式放射性碘‑131蒸馏装置 |
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