JP5569834B2 - Method for producing high density, high purity (n, γ) 99Mo - Google Patents
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Description
本発明は、酸化モリブデン材料の放電プラズマ焼結方法、この方法により製造した酸化モリブデンペレット、およびこの酸化モリブデンペレットを原子炉で照射することによって高密度,高純度(n,γ)99Moを製造する方法およびこの方法により製造した高密度,高純度(n,γ)99Moペレットに関する。 The present invention produces a high-density, high-purity (n, γ) 99 Mo by irradiating a molybdenum oxide pellet, a molybdenum oxide pellet produced by this method, and a molybdenum oxide pellet produced by this method in a nuclear reactor. And high density, high purity (n, γ) 99 Mo pellets produced by this method.
99Moは、医療診断用放射性医薬品の中で最も多量に使われている99mTcの親核種であり、日常的な核医療診断のためには常時必要となる物質である。日本では99Moの国内生産は行っておらず、その供給を全量海外に依存している。 99 Mo is the parent nuclide of 99m Tc, which is used most in radiopharmaceuticals for medical diagnosis, and is a substance that is always required for daily nuclear medical diagnosis. In Japan, 99 Mo is not produced domestically, and the entire supply depends on overseas.
従来の濃縮度20%以上の高濃縮ウランを原料として核分裂反応により製造するU(n,fission)99Moでは、核反応によって多量に生成する核分裂生成物の処理・処分問題、また製造コストが高い点、さらに高濃縮ウランを使用するために製造過程でPuが生成し軍事転用懸念上IAEAの査察対象となり、核不拡散の観点から望ましい方法とは言えない。 Conventional U (n, fission) 99 Mo, which is produced by fission reaction using highly enriched uranium with a concentration of 20% or more as a raw material, has a problem of processing and disposal of fission products produced in large quantities by the nuclear reaction, and the production cost is high. On the other hand, Pu is produced in the manufacturing process because highly enriched uranium is used, and is subject to inspection by IAEA due to concerns about military diversion, which is not desirable from the viewpoint of non-proliferation.
これに対して、天然Mo化合物を原料とする98Mo(n,γ)99Mo核反応(中性子放射化法)により製造する(n,γ)99Moの場合は、上記の高濃縮ウランを用いるような問題が無い。すなわち中性子放射化法では、濃縮度20%未満の低濃縮ウランを燃料とする原子炉内で98Moを中性子照射するので核分裂生成物及びPuは生成せず、核不拡散の観点から望ましい。(n,γ)99Moの製造を行うためには、天然Mo化合物の固体ターゲット(一般にMoO3など)を原子炉内の限られた容積で中性子照射する必要がある。 On the other hand, in the case of (n, γ) 99 Mo produced by a 98 Mo (n, γ) 99 Mo nuclear reaction (neutron activation method) using a natural Mo compound as a raw material, the above highly enriched uranium is used. There is no such problem. That is, in the neutron activation method, since 98 Mo is neutron-irradiated in a nuclear reactor using low enriched uranium with a enrichment of less than 20%, fission products and Pu are not generated, which is desirable from the viewpoint of nuclear non-proliferation. In order to produce (n, γ) 99 Mo, it is necessary to irradiate a solid target (generally MoO 3 or the like) of a natural Mo compound with a limited volume in the reactor.
特許文献1には、原子炉内で中性子照射してモリブデン−99を製造する方法を記載している。この方法によれば、使用される三酸化モリブデンペレットは、標示純度の高い三酸化モリブデン粉末に粘結材(バインダー)として2w/o(weight per overall: 重量パーセント)の樟脳を溶解したエタノールを15w/o加え、3〜4日間放置した後、一定量を分取し金型に入れ980kg/cm2の面圧を加えてペレットに成形される。このようにして製造されたペレットを600〜750℃で90分間加熱・焼結し、水分、エタノール、樟脳を除去し、硬度を高めることを行なっている。
(n,γ)99Moの製造を行うためには、天然Mo化合物の固体ターゲットを原子炉内で中性子照射する必要があり、99Moを効率的に生産し、その製造量を増やすためには照射ターゲット材料中のモリブデン量をできるだけ増大する必要がある。ここで、原子炉内の中性子照射による(n,γ)99Moの製造では、中性子照射を行う原子炉内の容積が限られているため、照射ターゲット材料中のモリブデン量を増大するには当該照射ターゲットを高密度化する必要がある。 In order to produce (n, γ) 99 Mo, it is necessary to neutron-irradiate a solid target of a natural Mo compound in a nuclear reactor, and in order to efficiently produce 99 Mo and increase its production amount It is necessary to increase the amount of molybdenum in the irradiation target material as much as possible. Here, in the production of (n, γ) 99 Mo by neutron irradiation in a nuclear reactor, the volume in the nuclear reactor that performs neutron irradiation is limited. It is necessary to increase the density of the irradiation target.
上述の特許文献1に記載された方法により焼結された焼結体の密度は、最大であっても59%TD(Theoretical Density: 焼結密度の理論値に対する割合をいい、かさ密度と称される)であるが、当該かさ密度では99Moを効率的に生産し、その製造量を増やすために十分な密度とは言えない。
The density of the sintered body sintered by the method described in
また、中性子照射により製造された(n,γ)99Moは放射化しているため、製造後の(n,γ)99Moから粉体が剥離すると放射化した粉体が飛散することとなり、周辺環境を汚染するおそれがあり好ましくない。 In addition, since (n, γ) 99 Mo produced by neutron irradiation is activated, when the powder is separated from (n, γ) 99 Mo after production, the activated powder is scattered, There is a possibility of polluting the environment, which is not preferable.
上記問題点を解決する手段として、放電プラズマ焼結法の利用が考えられる。放電プラズマを用いて焼結体を得る方法は、多くの特許文献に記載されており、Mo中に分散された0.2〜0.3質量%の遷移金属炭化物の微粒子を有し、大きくとも10μmの結品粒径を備えた放電プラズマ焼結法で焼結されたモリブデン焼結体が得られることが知られている。このような特徴を有する放電プラズマ焼結法であれば、99Moを効率的に生産し、その製造量を増やすべく照射ターゲット材料中のモリブデンを高密度化し、また放射化粉体剥離の問題を起こさない、粉体剥離量を低く抑えた照射ターゲット、すなわち酸化モリブデン焼結体が得られると考えられる。しかし、現在までに酸化モリブデンの焼結体を形成するのに放電プラズマ焼結法を用いたことの報告はなされていない。 As a means for solving the above problems, it is conceivable to use a discharge plasma sintering method. A method for obtaining a sintered body using a discharge plasma is described in many patent documents, and has 0.2 to 0.3 mass% of transition metal carbide fine particles dispersed in Mo. It is known that a molybdenum sintered body sintered by a discharge plasma sintering method having a particle diameter of 10 μm can be obtained. With the spark plasma sintering method having such characteristics, 99 Mo is efficiently produced, molybdenum in the irradiation target material is densified in order to increase the production amount, and there is a problem of activated powder peeling. It is considered that an irradiation target that does not occur and suppresses the amount of powder peeling, that is, a molybdenum oxide sintered body can be obtained. However, there has been no report to date that the spark plasma sintering method has been used to form a sintered body of molybdenum oxide.
本出願の発明者等は、原子炉内での中性子照射による(n,γ)99Moの製造に適した高純度の酸化モリブデン焼結体を得る目的で各種の加圧焼結の中で、放電プラズマ法が適用できないか鋭意研究を行った。 The inventors of the present application, among various types of pressure sintering for the purpose of obtaining a high-purity molybdenum oxide sintered body suitable for the production of (n, γ) 99 Mo by neutron irradiation in a nuclear reactor, We have intensively studied whether the discharge plasma method can be applied.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、鋭意研究の結果に基づいて、特許文献1に示されるようなバインダーを用いることなく、99Moの効率的な生産に必要とされるモリブデンの高密度化および放射化した時の放射化粉体剥離の問題を解決する高純度の酸化モリブデンの焼結体を放電プラズマ法により得て、原子炉内での中性子照射により診断用放射性医薬品として用いることのできる半減期の短い(n,γ)99Moを生成することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and based on the results of earnest research, without using a binder as shown in
本発明は、粉末状の材料を成形ダイ中に装入し、パンチで圧縮した状態でパルス状電流を通電して放電プラズマを発生させた放電プラズマ焼結方法を用いて製造した酸化モリブデン焼結体から高純度(n,γ)99Moを製造する方法において、
粉末状の材料として高純度の酸化モリブデン材料を用いて、酸化モリブデン材料を放電プラズマ焼結方法によって焼結して70〜98%TDの高純度のモリブデン焼結体を成形し、該高純度のモリブデン焼結体を原子炉内で照射して高密度,高純度(n,γ)99Moを生成すること
を特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moを製造する方法を提供する。
The present invention relates to molybdenum oxide sintering manufactured using a discharge plasma sintering method in which a powdered material is charged into a forming die and compressed with a punch to generate a discharge plasma by applying a pulsed current. In a method for producing high purity (n, γ) 99 Mo from a body,
Using a high-purity molybdenum oxide material as a powder material, the molybdenum oxide material is sintered by a discharge plasma sintering method to form a 70-98% TD high-purity molybdenum sintered body. high density by irradiation with a molybdenum sintered body in the reactor, high purity (n, gamma) high density and generates a 99 Mo, provides a method of producing high purity (n, γ) 99 Mo To do.
本発明はまた、酸化モリブデン材料を焼結して90〜98%TDの高密度の焼結体を成形することを特徴とする放電プラズマ焼結方法によって焼結して70〜98%TDの高純度のモリブデン焼結体を成形し、該高純度のモリブデン焼結体を原子炉内で照射して高密度,高純度(n,γ)99Moを生成すること
を特徴とする高純度(n,γ)99Moを製造する方法を提供する。
The present invention also sinters the molybdenum oxide material to form a high-density sintered body of 90 to 98% TD, and sinters by a discharge plasma sintering method characterized in that the high density of 70 to 98% TD. A high purity (n, γ) 99 Mo is produced by forming a high purity molybdenum sintered body and irradiating the high purity molybdenum sintered body in a nuclear reactor. , Γ) A method for producing 99 Mo is provided.
本発明は、粉末状の材料を成形ダイ中に装入し、パンチで圧縮した状態でパルス状電流を通電して放電プラズマを発生させた放電プラズマ焼結方法を用いて製造した酸化モリブデン焼結体から高純度(n,γ)99Moを製造する方法において、
粉末状の材料として高純度の酸化モリブデン材料を成形ダイ中に装入し、540〜640℃低温状態で、10〜30kNの低加重による圧縮状態で、パルス状電流を通電して放電プラズマを発生させ、酸化モリブデン粉末を放電プラズマ焼結方法によって焼結して高密度,高純度のモリブデン焼結体を成形し、該高密度,高純度のモリブデン焼結体を原子炉内で照射して高密度,高純度(n,γ)99Moを生成すること
を特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moを製造する方法を提供する。
The present invention relates to molybdenum oxide sintering manufactured using a discharge plasma sintering method in which a powdered material is charged into a forming die and compressed with a punch to generate a discharge plasma by applying a pulsed current. In a method for producing high purity (n, γ) 99 Mo from a body,
A high-purity molybdenum oxide material is charged into the forming die as a powder material, and a discharge plasma is generated by applying a pulsed current in a compressed state with a low load of 10 to 30 kN at a low temperature of 540 to 640 ° C. The molybdenum oxide powder is sintered by a discharge plasma sintering method to form a high-density, high-purity molybdenum sintered body, and the high-density, high-purity molybdenum sintered body is irradiated in a nuclear reactor to increase the Provided is a method for producing a high density, high purity (n, γ) 99 Mo characterized by producing density, high purity (n, γ) 99 Mo.
本発明はまた、酸化モリブデン材料として三酸化モリブデンもしくは二酸化モリブデンを用いることを特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moを製造する方法を提供する。 The present invention also provides a method for producing high density, high purity (n, γ) 99 Mo, characterized by using molybdenum trioxide or molybdenum dioxide as the molybdenum oxide material.
本発明はまた、540〜640℃および10〜30kNの状態を継続し、酸化モリブデンの焼結のために4〜18分の焼結工程を実施することを特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moを製造する方法を提供する。 The present invention also maintains a state of 540 to 640 ° C. and 10 to 30 kN, and performs a sintering process for 4 to 18 minutes for sintering of molybdenum oxide. , Γ) A method for producing 99 Mo is provided.
本発明はまた、酸化モリブデン材料にモリブデンメタルを混合し、複合化したモリブデン焼結体を成形することを特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moを製造する方法を提供する。 The present invention also provides a method for producing a high density, high purity (n, γ) 99 Mo characterized in that molybdenum metal is mixed with a molybdenum oxide material to form a composite molybdenum sintered body.
本発明はまた、大径平板状の高密度,高純度のモリブデン焼結体を成形し、該成形した大径平板状のモリブデン焼結体から複数のモリブデン焼結ペレットを生成する工程を有することを特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moを製造する方法を提供する。 The present invention also includes a step of forming a large-diameter flat plate-like high-density, high-purity molybdenum sintered body and generating a plurality of molybdenum sintered pellets from the formed large-diameter flat plate-like molybdenum sintered body. A method for producing a high-density, high-purity (n, γ) 99 Mo characterized by:
本発明はまた、放電プラズマ焼結方法によって焼結された70〜98%TDの成形焼結体から生成されたことを特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moペレットを提供する。 The present invention also provides a high-density, high-purity (n, γ) 99 Mo pellet characterized by being produced from a 70-98% TD shaped sintered body sintered by a discharge plasma sintering method. .
本発明はまた、放電プラズマ焼結方法によって90〜98%TDの成形焼結体から生成されたことを特徴とする高密度,高純度(n,γ)99Moペレットを提供する。 The present invention also provides a high-density, high-purity (n, γ) 99 Mo pellet characterized by being produced from a molded sintered body of 90 to 98% TD by a discharge plasma sintering method.
本発明によれば、放電プラズマ法の適用によって、放射化した時の放射化粉体剥離の問題を解決することができる高純度の酸化モリブデン焼結体(ペレット)が成形でき、診断用放射性医薬品として用いる半減期の短い高純度(n,γ)99Moを安全・確実に製造することができる。また、この高純度の(n,γ)99Moを製造するために用いる高純度の酸化モリブデン焼結体を製造することができる。 According to the present invention, a high-purity molybdenum oxide sintered body (pellet) that can solve the problem of activated powder peeling when activated by applying the discharge plasma method can be molded, and a diagnostic radiopharmaceutical. High purity (n, γ) 99 Mo with a short half-life can be produced safely and reliably. Moreover, the high purity (n, gamma) can be produced molybdenum oxide sintered body of high purity to be used to produce the 99 Mo.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例に使用する焼結装置の要部を示す。
図1において、焼結装置1の要部は、成形ダイ2、成形ダイ2の上方及び下方中央部に形成された窪みに装着されるパンチ3、成形ダイ2の外側に配置されて成形ダイ2を外側から指示する外筒4、上下のパンチ3をそれぞれ押圧する押圧台5から構成される。上側のパンチを指す場合にはパンチ3を上パンチ3Aと称し、下側のパンチを指す場合にはパンチ3を下パンチ3Bと称する。また、上側の押圧台を指す場合には押圧台5を上押圧台5Aと称し、下側の押圧台を指す場合には下押圧台5Bと称する。
FIG. 1 shows a main part of a sintering apparatus used in an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the main part of the
成形ダイ2は、外胴4の内壁面6を摺動可能とされるが、所定の位置で固定され、押圧台5は内壁面6を摺動可能とされるが、所定の位置で固定され、押圧台5は内壁面6を摺動可能とされ、下押圧台5は支持台(図示せず)上に設定される。
The
上パンチは成形ダイ2の上方中央部に設けた窪み7の内壁面を摺動し、下パンチは成形ダイ2の下方中央部に設けた窪み8の内壁面を摺動可能とされ、上端は成形ダイ2の凸部下端面に接触する。
成形ダイ2の真中中央部には窪み7,8に連通する円筒状の空間部9が凸部形状部10によって形成される。
The upper punch can slide on the inner wall surface of the
A
上パンチ3Aは、下方の下パンチ3A方向に延びる押圧パンチ部11を備えており、この押圧パンチ部11は空間部9の内面すなわち凸部形状の内面壁を摺動する。
The
このような形状のため、空間部9には上パンチ3Aおよび下パンチ3Bによって酸化モリブデン粉末が装入される酸化モリブデン粉末装入部12が形成され、ここに酸化モリブデン粉末13が装入される。
Due to such a shape, the
上押圧台5Aには押圧機、すなわち圧縮機によって押圧力が加えられる。 A pressing force is applied to the upper pressing table 5A by a pressing machine, that is, a compressor.
押圧台5、パンチ3および成形ダイ2は通電性材料で形成され、パンチ3はブラファイト材で形成される。従って、酸化モリブデン装入部に装入された酸化モリブデン粉末に対して、押圧台5、パンチ3および成形ダイ2を介して電気が通電され得ることになる。16は電気配線を示す。
The pressing table 5, the
酸化モリブデンとして二酸化モリブデンMoO2および三酸化モリブデンMoO3が選定される。二酸化モリブデンMoO2および三酸化モリブデンMoO3の化学的性質は次の通りである。これらの酸化モリブデンは診断用放射性医薬品としての(n,γ)99Moを生成するために使用するため、高純度であることが要求される。従って、本実施例で、高純度の酸化モリブデンとは、高純度の三酸化モリブデンとして形成されて、本発明による新たな不純物の混入が無いという意味の、99.9%以上の純度を有する酸化モリブデン原料を用いた場合にその純度を保つものとする。
〔二酸化モリブデン;Mo(IV)O2〕
分子量127.9、正方晶系;単斜晶系、水に不溶
Moを空気中で熱する際に中間生成物として生じるが、また赤熱されたMoに水蒸気を通したり、モリブデン酸塩を亜鉛と融解するような方法によって還元生成される。下記のMoO3と異なり、苛性アルカリや酸に溶解しない。
〔三酸化モリブデン;Mo(VI)O3〕
分子量144.0、斜方晶系、融点795℃〔昇華〕、沸点1155℃、水に難溶
Moの最も普通の酸化物である。Moの単体またはその化合物を、空気または酸素雰囲気で熱するか硝酸で酸化したときに得られる最終的な酸化形態の物質である。MoO3は、水へ溶け難く、滑石粉のような滑らかな感じの白色粉末であるが、熱すると淡黄色となり、795℃で融解し褐色の液体になる。しかし、この融点付近の温度から白い煙状に昇華し始める。
As the molybdenum oxide, molybdenum dioxide MoO 2 and molybdenum trioxide MoO 3 are selected. The chemical properties of molybdenum dioxide MoO 2 and molybdenum trioxide MoO 3 are as follows. Since these molybdenum oxides are used to produce (n, γ) 99 Mo as a diagnostic radiopharmaceutical, high purity is required. Therefore, in this embodiment, high-purity molybdenum oxide is formed as high-purity molybdenum trioxide and has an oxidation purity of 99.9% or more, meaning that no new impurities are mixed according to the present invention. When molybdenum raw material is used, its purity should be maintained.
[Molybdenum dioxide; Mo (IV) O 2 ]
Molecular weight 127.9, tetragonal system; monoclinic system, insoluble in water Mo is generated as an intermediate product when heated in air, but water is passed through red-hot Mo or molybdate and zinc. Reduced by a method that melts. Unlike MoO 3 below, it does not dissolve in caustic or acid.
[Molybdenum trioxide; Mo (VI) O 3 ]
Molecular weight 144.0, orthorhombic system, melting point 795 ° C. [sublimation], boiling point 1155 ° C., hardly soluble in water It is the most common oxide of Mo. It is a substance in the final oxidized form obtained when Mo alone or its compound is heated in air or oxygen atmosphere or oxidized with nitric acid. MoO 3 is a white powder that hardly dissolves in water and has a smooth feeling like talc powder, but when heated, it turns pale yellow and melts at 795 ° C. to become a brown liquid. However, it begins to sublime into white smoke from the temperature near the melting point.
MoO3は、フッ化水素酸および濃硫酸を除き、通常の酸には溶解しないが、一方アンモニア水や炭酸アルカリ水溶液のような弱アルカリには溶解し、モリブデン酸塩(M2MoO4)になる。 MoO 3 does not dissolve in ordinary acids except for hydrofluoric acid and concentrated sulfuric acid, but dissolves in weak alkalis such as ammonia water and alkali carbonate aqueous solution and dissolves in molybdate (M 2 MoO 4 ). Become.
このように、選定された高純度の二酸化モリブデン粉末あるいは三酸化モリブデン粉末をグラファイト製の成形ダイ2の型(酸化モリブデン装入部)12に入れ、それを同じくグラファイト製のパンチ3で上下から挟み込み、加圧しながら電流を通じて放電プラズマを生成し、高密度,高純度の粉末体を焼結させた。
Thus, the selected high-purity molybdenum dioxide powder or molybdenum trioxide powder is put into the mold (molybdenum oxide charging portion) 12 of the graphite molding die 2 and is sandwiched from above and below by the
図2に焼結して成形した高密度,高純度のペレット状の酸化モリブデン焼結体20を示す。
この方法による粉末体の焼結メカニズムは、ダイ中に詰めた酸化モリブデン粉末の粒子間にON−OFFパルス通電による放電が生じ、粒子表面層の気化による溶着(ネック形成)が起り、この結果、ダイ中の粉末体の全体が焼結・成形することによる。
FIG. 2 shows a sintered high-density, high-purity molybdenum oxide sintered
As for the sintering mechanism of the powder body by this method, discharge due to ON-OFF pulse energization occurs between the particles of the molybdenum oxide powder packed in the die, and welding (neck formation) occurs due to vaporization of the particle surface layer. This is because the entire powder body in the die is sintered and formed.
この方法によれば、原料粉末である酸化モリブデン粉末の融点より低温で焼結・成形することが可能であり、原料粉末が有する物性を損なわずに高密度に成形することができる。
また、その焼結が低加重で短時間で可能なため、生産性が高いと評価できる。
According to this method, it is possible to sinter and form at a temperature lower than the melting point of the molybdenum oxide powder that is the raw material powder, and it is possible to form it at a high density without impairing the physical properties of the raw material powder.
Further, since the sintering can be performed in a short time with a low load, it can be evaluated that the productivity is high.
この方法の特徴を列挙すれば次のようになる。
・放電プラズマ焼結法
・バインダー不要;高純度化と短時間製造を可能とした
・高密度;従来59%TD→本法例えば、95%TD以上
・焼成密度の制御が可能;70〜98%TDの範囲で制御可能
(放電プラズマ焼結処理の加重・加熱温度・処理時間がパラメータとなる)
・短時間製造可能;従来4〜5日→本法;1時間(焼結工程;例えば10分)
・低温焼結可能;従来720℃→本法;例えば600℃
・低加重;従来1〜8トン/cm2→本法例えば0.3トン/cm2
・プロセスがシンプル
The characteristics of this method are enumerated as follows.
・ Discharge plasma sintering method ・ No need for binders; high purity and short time production possible ・ High density; conventional 59% TD → This method, for example, 95% TD or more ・ Calculation of firing density is possible; 70 to 98% Controllable within the range of TD (weighting, heating temperature and processing time of discharge plasma sintering process are parameters)
・ Can be manufactured in a short time; conventional 4-5 days → this method; 1 hour (sintering process; for example, 10 minutes)
Low temperature sintering possible: Conventional 720 ° C. → This method; eg 600 ° C.
Low load:
・ Simple process
図3は、高密度,高純度の酸化モリブデン粉末の内、三酸化モリブデンMoO3粉末について、図1に示す焼結装置を用いて、高密度,高純度の焼結体としての三酸化モリブデンペレットを成形した場合の実験結果を示す。粒径は、2〜4μmの範囲に、90%以上の三酸化モリブデンMoO3粉末が含まれている。 FIG. 3 shows molybdenum trioxide pellets as a high-density, high-purity sintered body using the sintering apparatus shown in FIG. 1 for molybdenum trioxide MoO 3 powder among high-density, high-purity molybdenum oxide powders. The experimental result at the time of shape | molding is shown. The particle size is in the range of 2 to 4 μm and contains 90% or more of molybdenum trioxide MoO 3 powder.
図3(a)は、圧力10kN、保持時間を10分にして加熱温度と密度%との関係を示す。密度80〜95%TDとする場合、加熱温度を540℃以上に設定すれば640℃以内の温度で充分であることが判る。 FIG. 3A shows the relationship between the heating temperature and the density% when the pressure is 10 kN and the holding time is 10 minutes. When the density is 80 to 95% TD, it can be seen that if the heating temperature is set to 540 ° C. or higher, a temperature within 640 ° C. is sufficient.
図3(b)は、圧力10kN、設定温度を550℃にして、保持時間と密度%TDとの関係を示す。密度80〜95%TDとする場合、保持時間は4分以上に設定すれば、18分以内の保持時間で充分であることが判る。なお、この保持時間4−18分は、三酸化モリブデンの焼結のために設定される焼結工程のための時間であり、これ以上の時間保持しても差しつかえない。 FIG. 3B shows the relationship between the retention time and the density% TD when the pressure is 10 kN and the set temperature is 550 ° C. When the density is 80 to 95% TD, it can be seen that if the holding time is set to 4 minutes or more, a holding time of 18 minutes or less is sufficient. This holding time of 4-18 minutes is a time for the sintering step set for sintering of molybdenum trioxide, and it may be held for longer than this.
図3(c)は、設定温度550℃、保持時間10分(一部5分)にして、圧力kNと密度%TDとの関係を示す。密度90〜95%とする場合、圧力kNは10kN以上に設定すれば、35kN以内の圧力で十分であることが判る。そして、これらのデータによれば、95%TD以上の高密度の焼結された三酸化モリブデンペレットを形成し得ることが判る。 FIG. 3C shows the relationship between the pressure kN and the density% TD at a set temperature of 550 ° C. and a holding time of 10 minutes (partially 5 minutes). When the density is 90 to 95%, it can be seen that if the pressure kN is set to 10 kN or more, a pressure within 35 kN is sufficient. Then, according to these data, it can be seen that can form molybdenum trioxide pellets sintered above the high density 95% TD.
そして、図3によれば、80〜98%TDの範囲で焼成密度の制御が可能となり、この場合に、放電プラズマ焼結処理の加重・加熱温度処理時間がパラメータとなることが判る。なお、さらに低い焼結密度の制御も可能である。 And according to FIG. 3, it becomes possible to control the firing density in the range of 80 to 98% TD, and in this case, it can be seen that the weighting / heating temperature treatment time of the discharge plasma sintering treatment is a parameter. It is also possible to control a lower sintering density.
そして、これらのデータを基に検討してみると、酸化モリブデンターゲット(サイズ;20mmφ、10mm厚)を作製するための処理条件として次のような条件が設定され得る。 Then, considering these data, the following conditions can be set as processing conditions for producing a molybdenum oxide target (size: 20 mmφ, 10 mm thickness).
使用ダイ(グラファイト製);od.50mmΦx id.20.5 or
20.0mmΦ
パンチ(グラファイト製);20mmΦx 20mmh
〔MoO3〕原料量13.5〜14.0g、
焼成温度500〜600℃、温度保持5〜12分間(主に10分間)、加重6〜30kN(主に10kN)、電圧2.3〜2.5V、電流480〜800A
〔MoO2〕原料量10.2g、焼成温度750〜900℃、温度保持5〜10分
間、加重10kN、電圧3.0〜3.2V、電流1200〜1300
A
Die used (made of graphite); od. 50 mmΦx id. 20.5 or
20.0mmΦ
Punch (made of graphite); 20mmΦx 20mmh
[MoO 3 ] Raw material amount 13.5 to 14.0 g,
Firing temperature 500-600 ° C., temperature holding 5-12 minutes (mainly 10 minutes), weight 6-30 kN (mainly 10 kN), voltage 2.3-2.5 V, current 480-800 A
[MoO 2 ] Raw material amount 10.2 g, firing temperature 750 to 900 ° C., temperature holding 5 to 10 minutes
Between, weight 10kN, voltage 3.0 ~ 3.2V, current 1200 ~ 1300
A
これらの例によれば三酸化モリブデンMoO3粉末あるいは二酸化モリブデンMoO2粉末を対象にして高密度,高純度の焼結体を得るようにしているが、三酸化モリブデンMoO3粉末あるいは二酸化モリブデンMoO2粉末にモリブデンメタルを混合して複合化された高密度,高純度の焼結ペレットを得ることが可能である。量産化のために、圧縮加重を高くするようにして大径の平板状の高純度の焼結体を形成して任意の複数(例えば6個)の焼結ペレットを打ち抜くなどして生成することが可能である。すなわち、大径の複数個の焼結部を有する放電プラズマ焼結法のダイを用い、複数個の酸化モリブデンペレットを同時に成形する工程を備えて高純度モリブデン焼結体を製造することが可能である。 High density directed to molybdenum trioxide MoO 3 powder or molybdenum dioxide MoO 2 powder According to these examples, but so as to obtain a sintered body of high purity molybdenum trioxide MoO 3 powder or molybdenum dioxide MoO 2 It is possible to obtain high-density and high-purity sintered pellets by mixing molybdenum metal with powder. For mass production, a large-diameter plate-like high-purity sintered body is formed so as to increase the compression load, and a plurality of (for example, six) sintered pellets are punched out to produce it. Is possible. In other words, it is possible to manufacture a high-purity molybdenum sintered body by using a discharge plasma sintering die having a plurality of large-diameter sintered portions and forming a plurality of molybdenum oxide pellets simultaneously. is there.
以上の結果から、密度90〜95%TD(4.2〜4.5g/cm3)のMoO3ペレットを作製する処理条件としては、典型的事例として、加熱実効温度600℃、加重10kN、加熱保持時間10分程度が適正と判断され、加熱温度と加熱保持時間を変えることでMoO3ペレットの焼結密度として70〜95%TDの範囲で任意に制御することが可能であると判断できる。 From the above results, as typical processing conditions for producing MoO 3 pellets having a density of 90 to 95% TD (4.2 to 4.5 g / cm 3 ), an effective heating temperature of 600 ° C., a load of 10 kN, heating It is determined that the holding time of about 10 minutes is appropriate, and it can be determined that the sintering density of the MoO 3 pellets can be arbitrarily controlled in the range of 70 to 95% TD by changing the heating temperature and the heating holding time.
このように、粉末状の材料として高純度の酸化モリブデン材料を用いて、バインダーを用いることなく、酸化モリブデン材料を焼結して70〜98%TDの高純度の焼結体を成形する酸化モリブデン材料の放電プラズマ焼結方法が構成される。 Thus, using a high-purity molybdenum oxide material as a powder material, the molybdenum oxide material is sintered without using a binder to form a 70-98% TD high-purity sintered body. A discharge plasma sintering method of the material is configured.
また、粉末状の材料として高純度の酸化モリブデン材料を用いてバインダーを用いることなく、酸化モリブデン材料を焼結して90〜98%TDの高純度の焼結体を成形する酸化モリブデン材料の放電プラズマ焼結方法が構成される。 Moreover, the discharge of the molybdenum oxide material which forms a high purity sintered body of 90 to 98% TD by sintering the molybdenum oxide material without using a binder using a high purity molybdenum oxide material as a powder material A plasma sintering method is configured.
また、粉末状の材料として高純度の酸化モリブデン材料を用いて、バインダーを用いることなく成形ダイ中に装入し、540〜640℃低温状態で、10〜30kNの低加重による圧縮状態で、パルス状電流を通電して放電プラズマを発生させ、酸化モリブデン粉末を焼結して高純度の焼結体を成形する酸化モリブデン材料の放電プラズマ焼結方法が構成される。 In addition, a high-purity molybdenum oxide material is used as a powder material, and it is charged into a forming die without using a binder. A discharge plasma sintering method of a molybdenum oxide material is formed in which a discharge current is generated by energizing a shaped current, and molybdenum oxide powder is sintered to form a high-purity sintered body.
酸化モリブデン材料として三酸化モリブデンもしくは二酸化モリブデンを用いる酸化モリブデン材料の放電プラズマ焼結方法が構成される。 A discharge plasma sintering method of molybdenum oxide material using molybdenum trioxide or molybdenum dioxide as the molybdenum oxide material is configured.
540〜640℃および10〜30kNの状態を継続し、酸化モリブデンの焼結のために4〜18分の焼結工程を実施する酸化モリブデン材料の放電プラズマ焼結方法が構成される。 A discharge plasma sintering method of molybdenum oxide material is configured in which the state of 540 to 640 ° C. and 10 to 30 kN is continued and the sintering step of 4 to 18 minutes is performed for sintering of molybdenum oxide.
70〜98%TDの成形した高純度の焼結体を得ることを特徴とする酸化モリブデン材料が放電プラズマ焼結方法によって焼結された酸化モリブデンペレットが構成される。 Molybdenum oxide pellets obtained by sintering a molybdenum oxide material characterized by obtaining a 70 to 98% TD molded high-purity sintered body by a discharge plasma sintering method are formed.
90〜98%TDの成形した焼結体を得ることを特徴とする酸化モリブデン材料が放電プラズマ焼結方法によって焼結された酸化モリブデンペレットが構成される。 Molybdenum oxide pellets obtained by sintering a molybdenum oxide material characterized by obtaining a molded sintered body of 90 to 98% TD by a discharge plasma sintering method are configured.
以上のようにして、原子炉内で照射して高純度(n,γ)99Moを生成する高純度のモリブデン焼結体であって、この高純度のモリブデン焼結体を、粉末状の材料として高純度の酸化モリブデン材料を用いて、酸化モリブデン材料を放電プラズマ焼結方法によって焼結して高密度であって高純度に成形することができる。 As described above, a high-purity molybdenum sintered body that generates high-purity (n, γ) 99 Mo by irradiation in a nuclear reactor, and this high-purity molybdenum sintered body is converted into a powdery material. As a high-purity molybdenum oxide material, the molybdenum oxide material can be sintered by a discharge plasma sintering method to form a high-density and high-purity material.
図4は、製造した高密度、高純度のモリブデン焼結体を原子炉で照射することを示す図である。図4において、原子炉41の炉心42にはペレット保持装置43によって高密度,高純度のペレット状の酸化モリブデン焼結体20が挿入される。挿入された酸化モリブデン焼結体を炉心42内で照射することによって高密度、高純度(n,γ)99Mo21を製造する。
FIG. 4 is a diagram showing that the manufactured high-density, high-purity molybdenum sintered body is irradiated in a nuclear reactor. In FIG. 4, a high-density, high-purity sintered molybdenum oxide sintered
このようにして形成した酸化モリブデンペレットを筒体に封して原子炉に挿入して照射を行い、(n,γ)99Moの核反応を起こす。このペレットを溶解して99Mo溶液を得て、その99Moから99mTc(テクネチウム−99m)を抽出することで医療診断に用いる。 The molybdenum oxide pellets thus formed are sealed in a cylinder, inserted into a nuclear reactor, and irradiated to cause a nuclear reaction of (n, γ) 99 Mo. This pellet is dissolved to obtain a 99 Mo solution, and 99m Tc (technetium- 99m ) is extracted from the 99 Mo for use in medical diagnosis.
このようにして、粉末状の材料として高純度の酸化モリブデン材料を用いて、酸化モリブデン材料を放電プラズマ焼結方法によって焼結して高密度,高純度のモリブデン焼結体を成形し、該高純度のモリブデン焼結体を原子炉内で照射して高密度,高純度(n,γ)99Moを生成することができる。 In this way, a high-purity molybdenum oxide material is used as the powder material, and the molybdenum oxide material is sintered by a discharge plasma sintering method to form a high-density, high-purity molybdenum sintered body. High-density, high-purity (n, γ) 99 Mo can be produced by irradiating a purity molybdenum sintered body in a nuclear reactor.
図5は、本実施例のフローを示す。この例は三酸化モリブデン粉末を使用する例を示すが、二酸化モリブデン粉末を使用する場合も同様である。 FIG. 5 shows the flow of this embodiment. This example shows an example using molybdenum trioxide powder, but the same applies when using molybdenum dioxide powder.
高純度モリブデン粉末として、高純度三酸化モリブデン粉末MoO3を準備し(S1)、図1に示す成形ダイ中に装入する(S2)。成形ダイおよびパンチを使用して加圧し、これに伴って昇温加熱し、通電を行う。これによって高密度,高純度の三酸化モリブデン粉末の焼結を行う(S3)。 A high-purity molybdenum trioxide powder MoO 3 is prepared as a high-purity molybdenum powder (S1), and charged into the forming die shown in FIG. 1 (S2). Pressurization is performed using a molding die and a punch, and the temperature is raised and heated accordingly, and electricity is supplied. Thereby, high-density and high-purity molybdenum trioxide powder is sintered (S3).
三酸化モリブデン焼結体(この例の場合、三酸化モリブデン焼結ペレット)を形成し(S4)、成形ダイから取り出す(S5)。 A molybdenum trioxide sintered body (in this example, molybdenum trioxide sintered pellets) is formed (S4) and taken out from the forming die (S5).
生成した三酸化モリブデン焼結ペレットを複数個並列させて筒体(ラビット)に封入し(S6)、原子炉による照射を行い(S7)、(n,γ)99Mo、すなわちモリブデン−99を生成させ(S8)、外部に取り出す(S9)。 A plurality of the produced molybdenum trioxide sintered pellets are juxtaposed and sealed in a cylinder (rabbit) (S6), and irradiated by a nuclear reactor (S7) to produce (n, γ) 99 Mo, that is, molybdenum-99. (S8) and take it out (S9).
このようにして、焼結された高密度,高純度の酸化モリブデンペレットを原子炉内照射することによって高密度,高純度のモリブデン−99を製造する。この高密度,高純度のモリブデン−99は半減期が6.01時間と短く診断用放射性医薬品として用いるのに適しているテクネチウム−99mの原料となる。 In this way, high-density, high-purity molybdenum-99 is produced by irradiating the sintered high-density, high-purity molybdenum oxide pellets in the reactor. This high-density, high-purity molybdenum-99 has a short half-life of 6.01 hours and is a raw material for technetium-99m suitable for use as a diagnostic radiopharmaceutical.
図6は、MoO3原料粉末の状態を示す顕微鏡写真(図6(a))と、高密度、高純度モリブデン焼結ペレットの焼結状態を示す写真(図6(b))を示す。図6(b)に示すように、放電プラズマ焼結方法を用いて焼結することによって焼結密度の高いモリブデン焼結ペレットを成形することができる。図6(b)に示すものは88%TDの焼結状態を示す。 FIG. 6 shows a micrograph (FIG. 6A) showing the state of the MoO 3 raw material powder and a photograph (FIG. 6B) showing the sintered state of the high-density, high-purity molybdenum sintered pellet. As shown in FIG. 6B, a molybdenum sintered pellet having a high sintering density can be formed by sintering using a discharge plasma sintering method. FIG. 6B shows a sintered state of 88% TD.
放電プラズマ焼結方法を用いて焼結することによって焼結密度の高いモリブデン焼結ペレットを成形できること、および焼結密度が従来法に生成した同一の焼結密度であっても、モリブデン焼結ペレットの外表面に付着する粉末を極めて少なくすることができる特長が得られる。外表面に付着する粉末が極めて少ないことは原子炉で照射する時に、照射雰囲気を汚染する量を極めて少なくすることができることになり、大きなメリットとなる。 Highly sintered molybdenum pellets can be formed by sintering using the spark plasma sintering method, and even if the sintered density is the same sintered density generated in the conventional method, molybdenum sintered pellets The feature that the amount of powder adhering to the outer surface of the resin can be extremely reduced is obtained. The fact that the amount of powder adhering to the outer surface is extremely small can greatly reduce the amount of contamination of the irradiation atmosphere when irradiated in a nuclear reactor, which is a great merit.
従来の圧紛成形焼結法で成形したMoO3焼結ペレットおよび本実施の放電プラズマ焼結法で成形したMoO3焼結ペレットでは同じMoO3焼結ペレットであっても、放電プラズマ焼結法を用いて、MoO3焼結ペレットを成形すると、図7に示すように、蒸発凝固、体積拡散、表面拡散、粒界拡散によってMoO3粒子同士が(表面)融着する。一方、圧紛成形、焼結法では、焼結温度が低いためにMoO3粒子同士が融着するには至らない。圧紛成形焼結法において焼結温度を720℃以上に上げられない理由は、MoO3がそれ以上の温度では昇華してしまうことによる。 In the conventional MoO 3 sintered pellets were molded with MoO 3 sintered pellets and spark plasma sintering of the present embodiment, which has been molded with the compressed powder molding sintering be the same MoO 3 sintered pellets, spark plasma sintering using, when forming the MoO 3 sintered pellets, as shown in FIG. 7, the evaporation coagulation, volume diffusion, surface diffusion, MoO 3 grains by grain boundary diffusion are (surface) fusion. On the other hand, in the compacting and sintering methods, MoO 3 particles do not fuse together because the sintering temperature is low. The reason why the sintering temperature cannot be increased to 720 ° C. or higher in the compacting and sintering method is that MoO 3 is sublimated at a temperature higher than that.
以上の理由から、本実施例によれば、圧粉成形焼結法に比べて低温(600℃)の焼結処理であっても高密度のMoO3ペレットを得ることができ、MoO3粒子同士の(表面)融着によって粉化が起こりにくくなり、MoO3ペレットから生ずる粉化物を微々たるものにすることができることになる。 For the above reasons, according to this embodiment, it is possible as compared with the compacting sintering even sintered low temperature (600 ° C.) to obtain a high-density MoO 3 pellets, MoO 3 grains This (surface) fusion makes it difficult for pulverization to occur, and the pulverized product generated from the MoO 3 pellets can be made minute.
このように、本実施例によれば照射ペレット体積の制限を解決し、放射化粉体剥離の問題を原子炉のRI製造分野で初めて解決することができる。 Thus, according to the present embodiment, the limitation of the irradiation pellet volume can be solved, and the problem of activated powder peeling can be solved for the first time in the field of RI manufacturing of nuclear reactors.
1…焼結装置、2…成形ダイ、3…パンチ、4…外筒、5…押圧台、6…内壁面、7,8…窪み、9…空間部、10…凸状形状部、11…押圧パンチ部、12…酸化モリブデン搬入部、13…酸化モリブデン粉末、16…電気配線、20…ペレット状の酸化モリブデン焼結体。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
粉末状の材料として99.9%以上の高純度で、2〜4μmの範囲に90%以上が入る酸化モリブデン材料を成形ダイ中に装入し、550〜630℃の低温状態で、かつ10〜30kNの低加重による圧縮状態で、パルス状電流を通電して放電プラズマを発生させ、酸化モリブデン粉末を放電プラズマ焼結方法によって焼結して80〜98%TDの高密度、高純度のモリブデン焼結体を成形し、該高密度、高純度のモリブデン焼結体を原子炉内で中性子照射して高密度、高純度(n,γ)99Moを生成すること
を特徴とする高密度、高純度(n,γ)99Moを製造する方法。 A powdered material is placed in a forming die, and a pulsed current is applied in a state compressed by a punch to generate a discharge plasma, which is then manufactured using a discharge plasma sintering method in which sintering is performed. In a method for producing high purity (n, γ) 99 Mo from a ligation,
As a powdered material, a molybdenum oxide material having a high purity of 99.9% or more and 90% or more in a range of 2 to 4 μm is charged into a forming die, and is in a low temperature state of 550 to 630 ° C. In a compressed state with a low load of 30 kN, a pulsed current is applied to generate discharge plasma, and molybdenum oxide powder is sintered by a discharge plasma sintering method to sinter molybdenum oxide with high density and high purity of 80 to 98% TD. A high-density, high-purity characterized in that a compact is formed, and the high-density, high-purity molybdenum sintered body is irradiated with neutrons in a nuclear reactor to produce high-density, high-purity (n, γ) 99 Mo. A method for producing purity (n, γ) 99 Mo.
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