KR102616539B1 - 카트리지 및 방사성 동위 원소를 생산하는 방법에서의 카트리지의 용도 - Google Patents
카트리지 및 방사성 동위 원소를 생산하는 방법에서의 카트리지의 용도 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102616539B1 KR102616539B1 KR1020217002279A KR20217002279A KR102616539B1 KR 102616539 B1 KR102616539 B1 KR 102616539B1 KR 1020217002279 A KR1020217002279 A KR 1020217002279A KR 20217002279 A KR20217002279 A KR 20217002279A KR 102616539 B1 KR102616539 B1 KR 102616539B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- target
- cartridge
- activated
- irradiation
- targets
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000011359 shock absorbing material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 28
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 claims description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 16
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 14
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 11
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 8
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 8
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 claims description 5
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 claims description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 claims description 5
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 3
- 239000006261 foam material Substances 0.000 claims description 3
- 229920001821 foam rubber Polymers 0.000 claims description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N polynoxylin Chemical compound O=C.NC(N)=O ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 claims description 3
- 239000004639 urea-formaldehyde foam Substances 0.000 claims description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 claims description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 40
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 17
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 8
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 2
- OHSVLFRHMCKCQY-NJFSPNSNSA-N lutetium-177 Chemical compound [177Lu] OHSVLFRHMCKCQY-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-AKLPVKDBSA-N ytterbium-176 Chemical compound [176Yb] NAWDYIZEMPQZHO-AKLPVKDBSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
- G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
- G21G1/02—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes in nuclear reactors
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H6/00—Targets for producing nuclear reactions
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H2277/00—Applications of particle accelerators
- H05H2277/10—Medical devices
- H05H2277/11—Radiotherapy
- H05H2277/116—Isotope production
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 방사선 조사 표적(10)으로서 사용하기 위한 카트리지를 제공한다. 카트리지는 하우징(12) 및 상기 하우징에 포함된 밀봉된 앰플(14)을 포함하며, 앰플(14)은 중성자속에 의해 활성화 시에 방사성 동위 원소로 전환되는 모재(16)를 포함하며, 앰플(14)이 충격 흡수 재료(24)에 의해 상기 하우징(12)의 내부에 유지된다. 카트리지는 중수 원자로의 감속재(104)에서 방사선 동위 원소를 생산하는 방법에서 방사선 조사 표적(10)으로서 사용된다.
Description
본 발명은 방사선 조사 표적(irradiation target)으로서 사용하기 위한 카트리지 및 상기 카트리지를 사용하여 중수형 원자력 발전소에서 방사성 동위 원소를 생산하는 방법에 관한 것이다.
방사성 동위 원소는 의료 목적뿐만 아니라 다양한 기술 및 과학 분야에서 사용된다. 일반적으로, 방사성 동위 원소는 연구용 원자로 또는 사이클로트론에서 생산된다. 그러나, 방사성 동위 원소의 상업적 생산을 위한 시설의 수가 이미 한계에 도달하여 감소할 것으로 예상되기 때문에, 대체 생산처의 제공이 요구되고 있다.
WO 2016/207054 A1에는 중수형 원자력 발전소를 이용하여 방사성 동위 원소를 생산하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 반응성 메커니즘 데크의 뷰포트(view port) 또는 중성자속 모니터 튜브(예비품)와 같은 중수로의 포트에 배치되는 이중벽 가이드 튜브를 통해 중수로의 중수 감속재(moderator)에 표적을 삽입하는 단계를 포함한다. 중수로는 표적에 방사선을 조사하여 표적을 방사성 동위 원소로 전환하도록 작동한다. 이어서, 방법은 공압 구동 시스템을 사용하여 반응성 메커니즘 데크를 통해 중수로의 감속재로부터 방사성 동위 원소를 제거하는 단계를 포함한다.
WO 2016/173664 A1은 상업용 원자로의 적어도 하나의 계기 장비 튜브 시스템을 사용하여 원자로에서 방사선 조사 표적으로부터 방사성 동위 원소를 생산하는 방법을 보여준다. 방사선 조사 표적과 더미 표적이 계기 장비 핑거에 삽입되며, 방사선 조사 표적이 노심에서 중성자속에 노출됨으로써 활성화되어 원하는 방사성 동위 원소를 형성한다. 더미 표적은 방사선 조사 표적을 방사성 동위 원소로 전환하기에 충분한 미리 산출된 중성자속 밀도에 대응하는 노심의 미리 결정된 축방향 위치에 방사선 조사 표적을 유지한다. 활성화된 방사선 조사 표적으로부터 더미 표적을 분리하는 단계는 더미 표적 및/또는 활성화된 방사선 조사 표적을 자기장에 노출시켜 계기 장비 튜브 시스템 내에 더미 표적 또는 활성화된 방사선 조사 표적을 유지하면서 활성화된 방사선 조사 표적 또는 더미 표적 중 다른 하나를 계기 장비 튜브 시스템으로부터 방출하는 단계를 포함한다.
WO 2017/012655 A1에는 원자로의 계기 장비 튜브 시스템으로부터 활성화된 방사선 조사 표적을 채취하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 정점, 출구 포트, 및 정점과 출구 포트 사이의 잠금 요소를 구비한 배출 튜브에 계기 장비 튜브 시스템을 결합하는 단계; 계기 장비 튜브 시스템으로부터 배출 튜브로 활성화된 방사선 조사 표적을 통과시키고 잠금 요소를 이용하여 활성화된 방사선 조사 표적이 배출 튜브 외부로부터 이동하는 것을 차단하는 단계; 미리 정해놓은 양의 활성화된 방사선 조사 표적을 배출 튜브 내의 다른 양의 표적으로부터 분리하는 단계; 출구 포트를 저장 용기에 결합하고 잠금 요소를 해제하여 중력의 작용 하에 미리 정해놓은 양의 활성화된 방사선 조사 표적을 저장 용기 내로 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 분리 단계는 미리 정해놓은 양의 활성화된 방사선 조사 표적은 정점 위로 통과시키며 다른 양의 표적은 정점을 사용하여 배출 튜브 내에 보유하는 단계를 포함한다.
US 2013/0177118 A1에는, 직접적인 인간과의 상호 작용이나 전력 생산 활동의 중단 없이, 원자로 내에서 방사선 조사 표적에 방사선이 조사될 수 있도록 하며 방사선 조사 표적이 채취 가능한 구성으로 퇴적될 수 있도록 하는 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 취급 및/또는 선적을 위해 원하는 생산 동위 원소를 저장하는 접근 가능한 종단점을 포함한다. 표적 속성에 따라 다수의 저장 용기(cask)와 함께 사용하기 위한 용기 튜브가 제공된다. 특정 집단의 방사선 조사 표적을 분리하기 위해, 하나 이상의 정지부(stop)가 용기 튜브의 원하는 위치에 삽입될 수 있다. 특정 실시예에서, 예시적인 실시예의 시스템에서 사용되는 리더 구체(leader sphere)의 길이에 대응하는 거리(d)를 두고 2개의 정지부가 제공된다. 이후, 리더 구체는 중력 또는 공압력에 의해 용기 튜브로부터 별도의 용기 또는 기타 시설로 비워질 수 있다.
US 2013/0170927 A1에는 운전 중인 상업용 원자로의 계기 장비 튜브에서 방사성 동위 원소를 생산하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 방사선 조사 표적이 운전 중에 계기 장비 튜브 내외로 삽입 및 제거되며 방사성 동위 원소로 전환된다. 발전소 운전 중에 표적을 재충전하거나 채취하기 위한 접근을 허용하기 위해 채취 스테이션이 접근 제한 구역 외부에 위치할 수 있다. 채취 용기 및/또는 용기 튜브에는 채취 용기 내로 이동하는 방사선 조사 표적의 속성을 계수하거나 측정하는 표적 계수기가 장착될 수 있다. 예를 들어, 표적 계수기는 각각의 방사선 조사된 표적을 계수할 수 있는 광학 또는 자성 계수기를 사용하여 채취 용기 내로 통과하는 다수의 별개의 방사선 조사된 표적을 계수할 수 있다.
US 2013/0315361 A1은 운전 중인 상업용 원자로의 다수의 계기 장비 튜브에서 방사성 동위 원소를 생산하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 원자로의 운전 동안 방사선 조사 표적이 다수의 계기 장비 튜브 내외로 삽입 및 제거되며 방사성 동위 원소로 전환된다. 방사선 조사 표적을 노심 내부의 또는 그 부근의 원하는 위치에 적절하게 배치하기 위해 방사선 조사 표적의 위치 설정이 사용된다. 위치 설정 표적이 그 표식 또는 물리적(자성) 특성을 기반으로 채취 용기로부터 분류될 수 있다.
US 2013/077725 A1에는 용기, 용기 내에 배치된 적어도 하나의 제1 방사선 조사 표적, 용기 내에 배치된 적어도 하나의 제2 방사선 조사 표적, 및 제1 방사선 조사 표적을 제2 방사선 조사 표적보다 용기의 축방향 중심에 더 가깝게 배치하도록 구성된 위치 설정 구조체를 포함하는 방사선 조사 표적 캡슐화 조립체가 개시되어 있다.
EP 2 242 062 A2는 재료의 유지, 방사선 조사, 및 용리를 위한 캡슐(1)에 관한 것이다. 캡슐은 제1 단부 영역, 제2 단부 영역, 및 중간 영역을 갖는 다중 직경 튜브를 포함할 수 있다. 와셔와 필터가 단부 영역에 제공되며, 단부 영역은 단부 영역에 단부 캡이 압입되는 상태로 다양한 방법 및 재료를 사용하여 밀봉될 수 있다. 중간 영역은 중성자속 공급원에 의해 방사선 조사될 재료를 저장하도록 설계된다. 캡슐 구성 요소는 방사선 조사 단계가 수행된 후 캡슐이 안전하게 취급될 수 있도록 낮은 핵(반응) 단면적을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 캡슐은 또한, 방사선 조사 단계가 수행된 후 동일한 캡슐이 캡슐의 중간 영역 내부에서 재료를 용리하는 데 사용될 수 있도록 용리 및 방사선 조사 컬럼으로서 대칭 구성을 갖도록 설계된다.
출력 운전 동안 상업용 원자로에서 방사성 동위 원소를 생산하기 위한 다양한 제안이 존재하긴 하지만, 제안된 해결 방안은 모두 값비싼 원자로 설계 수정을 필요로 한다.
본 발명의 목적은, 방사선 조사 표적의 용이한 취급을 가능하게 하며 기존 원자로 구조에 나중에 설치될 수 있는, 중수로의 중수 감속재에서 생산되는 방사성 동위 원소용의 처리 및 채취 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선 조사 표적으로서 사용하기 위한 카트리지로서, 카트리지는 하우징 및 상기 하우징에 포함된 밀봉된 앰플을 포함하며, 앰플은 중성자속에 의해 활성화 시에 방사성 동위 원소로 전환되는 모재를 포함하며, 앰플이 충격 흡수 재료에 의해 상기 하우징의 내부에 유지되는 것인 카트리지를 제공한다.
본 발명은 추가로, 전술한 바와 같은 카트리지 형태의 방사선 조사 표적을 사용하여 중수 원자로에서 방사성 동위 원소를 생산하는 방법으로서, 노심 내에 감속재를 통과하는 적어도 하나의 가이드 튜브를 제공하는 단계; 하나 이상의 방사선 조사 표적을 가이드 튜브에 삽입하고, 방사선 조사 표적을 원자로의 감속재의 중성자속에 노출시켜 방사선 조사 표적의 모재를 방사성 동위 원소로 전환함으로써 방사선 조사 표적을 활성화하여 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적을 형성하는 단계; 가이드 튜브로부터 활성화된 방사선 조사 표적을 회수하는 단계; 및 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적을 저장 용기로 배출하는 단계를 포함하며, 하나 이상의 방사선 조사 표적을 가이드 튜브에 삽입하고 상기 가이드 튜브로부터 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적을 회수하는 단계는 공압 구동 시스템을 사용하여 수행되며, 방사선 조사 표적을 저장 용기로 배출하는 단계는 상기 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적의 일부를 분리하여 상기 하나 이상의 방사선 조사 표적의 상기 일부만을 저장 용기로 배출하는 단계를 포함하는 것인 방사성 동위 원소를 생산하는 방법을 제공한다.
본 발명자는 CANDU 원자로와 같은 상업용 중수로의 뷰포트, 중성자속 모니터 튜브(예비품) 또는 다른 예비 포트가, 덜 제한적인 공간 요건으로 인해, 출력 운전 동안 방사성 동위 원소를 생산하는 데 사용되는 경우 다른 상업용 원자로의 계기 장비 시스템을 능가하는 장점을 제공한다는 것을 발견하였다. 특히, 이중벽 튜브 장치를 포함하는 가이드 튜브가 뷰포트 또는 다른 예비 포트에 설치되어, 공압 시스템을 통해 중수로의 중수 감속재 내외로 방사선 조사 표적을 전달 및 회수하는 데 사용될 수 있다. 가이드 튜브는, 바람직하게는, 뷰포트에 설치되며, 이송 카트리지용의 가스 투과성 정지부를 포함하며, 정지부는 중성자속이 표적의 최적의 활성화를 달성하기에 충분한 중수 감속재 내부의 영역에 위치한다. 가이드 튜브가 기밀 방식으로 뷰포트의 심블 베어링(thimble bearing)에 밀봉될 수 있다. 또한, 중수로의 감속재에서의 표적의 활성화는 다른 원자력 발전소의 노심에 삽입되는 재료보다 온도에 덜 민감한 재료의 사용을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 방사선 조사 표적이 이송 카트리지의 형태로 설계된다. 카트리지는 의료용 방사성 동위 원소를 취급하기 위해 제약 산업에 의해 제공되는 일반적인 유리 앰플과 함께 사용하도록 되어 있다. 카트리지 내부의 충격 흡수 재료에 의해, 카트리지 내부의 밀봉된 앰플이 공압 이송 시스템을 사용하여 중수 감속재 내외로 방사선 조사 표적을 전달 및 회수하는 동안 부하를 견딜 수 있는 것이 보장된다.
따라서, 방사성 동위 원소의 모재가, 세라믹 볼이나 실린더로 형성되지 않고서도, 카트리지 내부에서 활성화될 수 있다. 따라서, 제약 산업에서는 그 품질 인증 공정을 추가 수정 없이 계속 사용할 수 있다. 원자력 발전소에서는 방사성 동위 원소가 항상 앰플에 밀봉되어 있기 때문에, 추가적인 제약 규정을 준수하여야 할 필요가 없었다. 표적의 오염이 발생할 위험이 없다. 작동 오류로 인한 자유 방사성 동위 원소의 방출도 사실상 불가능하다. 표적 활성화 비용이 감소되며, 활성화 후, 활성화된 표적이 핫 셀(hot cell)을 사용하지 않고 노심으로부터 저장 용기로 직접 이송될 수 있다.
공압 이송 시스템이 카트리지를 저장 용기로 직접 이송하도록 설계될 수 있다. 이것은 핫 셀 등에서의 추가의 패킹 단계가 필요하지 않음을 의미한다. 바람직하게는, 이송 시스템은 노심 또는 감속재로부터 배출 유닛으로 직접 연결되는 이송 관 및 가스 관을 포함한다. 이송 시스템의 배출 유닛은 활성화된 표적의 분배를 제공하도록 되어 있다. 이를 통해 저장 용기로 이송되는 표적을 안전하게 취급할 수 있으며 표적의 개수를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 방사선 검출기가 이송 시스템의 배출 유닛에 설치되어 표적의 방출 및 등록 동안 활성도를 측정한다. 배출 유닛은 또한, 활성화된 표적의 제어 하의 방출을 가능하게 하기 위해 특정 잠금부 및 밸브 장치를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 카트리지 또는 방사선 조사 표적의 하우징은, 바람직하게는, 폴리에틸렌, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 또는 폴리프로필렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된 플라스틱 재료로 형성된다. 바람직한 플라스틱 재료는 폴리에틸렌 또는 PEEK이다. 그러나, 용기의 재료가 플라스틱으로 제한되는 것은 아니며, 원자로 조작자에 의해 노심에 삽입하기에 적절하다고 판단되는 임의의 다른 재료로 형성될 수 있음이 이해될 것이다.
바람직하게는, 카트리지가 베릴륨 라이너 또는 코팅을 포함하며, 이것은 중성자의 추가의 감속 또는 증식을 가능하게 한다.
보다 바람직하게는, 앰플이 밀봉된 유리 앰플이지만, 의료용 방사성 동위 원소를 캡슐화하기 위해 제약 산업에서 제공하는 임의의 다른 재료로 형성될 수 있다.
충격 흡수 재료는 바람직하게는 절연 재료, 보다 바람직하게는, 발포체 또는 섬유 재료의 충전물, 그리고 특히, 확장 폴리스티렌 발포체, 우레아-포름알데히드 발포체, 폴리우레탄 발포체, 고무 발포체, 글라스 울, 미네랄 울, 셀룰로스 섬유 및 기타 천연 섬유, 유리 섬유 충전재, 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 절연 재료는 폴리스티렌 발포체 및 미네랄 울 또는 글라스 울이다.
충격 흡수 재료가 앰플의 대향 단부에 인접하게 위치된 탄성 재료로 형성된 가요성 구조체를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 가요성 구조체에는 앰플의 전단부 또는 후단부를 수용하기 위한 중앙 홀이 제공된다. 따라서, 앰플이 절연 재료로 안전하게 싸여지며 및/또는 가요성 구조체에 의해 제자리에 고정되므로, 공압 시스템을 통한 이송 동안 앰플이 손상되지 않는다.
추가의 바람직한 실시예에 따르면, 카트리지가 자성 재료 또는 코팅을 추가로 포함한다. 자성 카트리지를 제공하면, 방사성 동위 원소 발생 시스템의 배출 유닛에서의 분배 작업이 용이해질 수 있다.
바람직하게는, 카트리지의 하우징은, 바람직하게는, 제1 부분 및 제2 부분을 구비하며, 제1 및 제2 하우징 부분은 이들 부분 상에 배치된 내부 및 외부 나사산을 결합함으로써 서로 탈착 가능하게 부착된다. 이에 의해, 방사성 동위 원소를 포함한 앰플의 용이한 취급과 제거가 허용된다. 대안으로서, 하우징의 제1 부분과 제2 부분이 함께 끼워져 단지 마찰에 의해 서로 견고하게 유지될 수 있다.
중수 원자로에서 방사성 동위 원소를 생산하는 방법에 있어서, 활성화된 방사선 조사 표적을 배출하는 단계는, 바람직하게는, 활성화된 표적 중 적어도 하나, 보다 바람직하게는, 정확히 하나의 활성화된 방사선 표적을 잠금 기구 내부에 유지하여 상기 적어도 하나의 표적, 바람직하게는, 상기 하나의 표적을 나머지 표적으로부터 분리하여 상기 적어도 하나의 표적, 바람직하게는, 상기 하나의 표적을 저장 용기로 배출하는 단계를 포함한다.
또한, 활성화된 방사선 조사 표적을 배출하는 단계는, 바람직하게는, 방사선 검출기를 사용하여 잠금 기구 내의 활성화된 방사선 표적의 부재 또는 존재를 결정하여 잠금 기구의 작동을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명이 아래의 도면을 참조하여 후술된다:
도 1은 본 발명에 따른 방사선 조사 표적으로서 사용하기 위한 카트리지의 개략도를 보여주며;
도 2는 본 발명에 사용되는 방사성 동위 원소 생산 시스템의 개략도를 보여주며;
도 3은 본 발명에 사용하기 위한 방사성 동위 원소 생산 시스템의 배출 유닛의 개략도를 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선 조사 표적으로서 사용하기 위한 카트리지의 개략도를 보여주며;
도 2는 본 발명에 사용되는 방사성 동위 원소 생산 시스템의 개략도를 보여주며;
도 3은 본 발명에 사용하기 위한 방사성 동위 원소 생산 시스템의 배출 유닛의 개략도를 보여준다.
도 1을 참조하면, 방사선 조사 표적(10)으로서 사용하기 위한 카트리지는 하우징(12) 및 상기 하우징(12)에 포함된 밀봉된 앰플(14)을 포함한다. 하우징(12)은 원자로 작업자에 의해 노심에 삽입하기에 적절한 것으로 판단되는 재료로 형성된다. 바람직하게는, 이 재료는 중성자 감속 특성 및 비중성자 흡수성을 나타내며, 보다 바람직하게는 플라스틱 재료이다. 앰플(14)은 중성자속에 의해 활성화 시에 방사성 동위 원소로 전환되는 모재(16)를 포함한다.
하우징(12)은 제1 부분(18) 및 제2 부분(20)을 구비하며, 제1 및 제2 하우징 부분(18, 20)이 서로 나사 체결될 수 있도록 이들 부분 상에 결합 나사산이 제공된다. 나사산이 자성을 나타낼 수 있는 링(22)에 삽입될 수 있으며, 또는 링(22)에 내부 나사산이 제공되어 제1 및 제2 하우징 부분(18, 20)에 제공된 결합 외부 나사산과 맞물릴 수 있다. 따라서, 하우징(12)이 모재(16) 또는 방사성 동위 원소를 포함하는 앰플(14)을 삽입하거나 제거하기 위해 용이하게 개방 및 폐쇄될 수 있다. 대안으로서, 하우징(12)의 제1 및 제2 부분(18, 20) 중 하나에, 제1 또는 제2 하우징 부분(18, 20) 중 다른 하나의 내경에 대응하거나 약간 더 작은 외경을 갖는, 돌출 섹션(도시하지 않음)이 제공될 수 있다. 이어서, 하우징 부분(18, 20)이 함께 끼워져 단지 마찰에 의해 서로 견고하게 유지될 수 있다. 바람직하게는, 돌출 섹션이 다른 하우징 부분으로의 삽입이 용이하도록 테이퍼형으로 형성된다. 자성 링(22)이 또한 돌출 섹션에 부착될 수 있다.
하우징(12)은, 바람직하게는, 중수로의 감속재의 조건을 견디기에 적합한 플라스틱 재료로 형성된다. 플라스틱 재료의 예로는, 폴리에틸렌, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 또는 폴리프로필렌이 있다. 바람직하게는, 하우징(12)이 폴리에틸렌 또는 PEEK로 형성된다. 또한, 하우징(12)에 베릴륨 라이너 또는 코팅이 제공될 수 있으며, 이것은 중성자의 추가 감속 또는 증식을 가능하게 한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 앰플(14)이 밀봉된 유리 앰플이다. 그러나, 앰플(14)의 재료가 유리로 제한되는 것은 아니며, 임의의 다른 재료로 형성될 수 있으며 의료용 방사성 동위 원소를 캡슐화하기 위해 제약 산업에서 적절하다고 판단되는 임의의 다른 형상으로 제공될 수 있음이 이해될 것이다.
앰플(14)은 앰플(14)을 둘러싸고 있는 충격 흡수 재료(24)에 의해 하우징(12)의 내부에 유지된다. 충격 흡수 재료(24)는 바람직하게는, 절연 재료, 보다 바람직하게는, 발포체 또는 섬유 재료의 충전물을 포함한다. 충격 흡수 재료(24)의 예로는, 폴리스티렌 발포체, 요소 발포체, 요소-포름알데히드 발포체, 폴리우레탄 발포체, 고무 발포체, 글라스 울, 미네랄 울 및 유리 섬유 충전재와 같은 합성 섬유, 셀룰로오스 섬유, 면 섬유 및 쌀 껍질과 같은 천연 섬유, 또는 이들의 조합이 있다. 바람직한 절연 재료는 폴리스티렌 발포체 및 미네랄 울 또는 글라스 울이다.
앰플(14)을 둘러싸고 있는 절연 재료의 대안으로서 또는 이에 추가하여, 충격 흡수 재료(24)가 앰플(14)의 대향 단부면(28, 30)에 인접하게 위치된 탄성 재료로 형성된 가요성 구조체(26)를 포함할 수 있다. 가요성 구조체(26)는 양 단부가 하우징(12) 내에 고정되며, 앰플(14)의 전단부(28) 또는 후단부(30)를 수용하기 위한 중앙 홀(32)을 구비한다. 따라서, 앰플(14)이 절연 재료로 안전하게 싸여지며 및/또는 가요성 구조체(26)에 의해 제자리에 고정되므로, 공압 시스템을 통한 이송 또는 노심에서의 활성화 동안 앰플(14)이 손상되지 않는다.
전술한 카트리지는 중수 원자로에서 방사성 동위 원소를 생성하는 방법에서 방사선 조사 표적(10)으로서 사용된다. 카트리지는 방사성 동위 원소 생산 시스템의 가이드 튜브에서의 이송이 용이하도록 둥근 단부면을 갖는 실질적으로 원통형으로 형성된다. 곡선부에서의 이송을 용이하게 하기 위해, 카트리지의 양측에 원주 방향 타이(tie)가 장착된다. 방사선 조사 표적으로서 사용하기 위한 카트리지의 전형적인 치수는 길이가 약 70 ㎜ 내지 90 ㎜이며 외경이 10 ㎜ 내지 15 ㎜이다. 앰플(14)은, 바람직하게는, 길이가 약 40 ㎜ 내지 60 ㎜이며 외경이 약 6 ㎜ 내지 10 ㎜이다. 카트리지의 치수는 앰플(14)이 카트리지의 내부에 안전하게 유지될 수 있으며 또한 카트리지가 노심의 가이드 튜브를 통과할 수 있도록 선택된다.
도 2를 참조하면, 출력 운전 중에 상업용 중수로에서 방사성 동위 원소를 생성하는 시스템(100)은 일반적으로 아래와 같은 구성 요소를 포함한다:
중수 원자로의 칼란드리아(106)에 있는 감속재(104)를 통과하는 가이드 튜브(102)로서, 가이드 튜브(102)의 내외로의 방사선 조사 표적(10)의 삽입 및 제거를 허용하도록 구성되는 가이드 튜브(102);
방사선 조사 표적(10)을 가이드 튜브(102) 내로 삽입하고 방사선 조사 표적(10)을 가이드 튜브(102)의 외부로 구동시키도록 구성되는 표적 이송 시스템(108)으로서, 가이드 튜브(102)에 연결된 가스 관(112) 및 이송 관(110), 공압 작용을 통해 이송 관(110) 및 가이드 튜브(102)의 내외로 방사선 조사 표적(10)을 구동시키기 위한 가스 공급부(114), 및 이송 시스템(108)으로부터 이송 가스를 배출하기 위한 배기 가스 시스템(116)을 포함하는 이송 시스템;
가이드 튜브(102)로부터 방사선 조사 표적(10)을 회수하도록 구성되며, 방사선 조사 표적(10)을 서로 분리하여 방사선 조사 표적(10)을 저장 용기(120)로 방출하기 위한 분리기 장치(도 3)를 포함하는 표적 배출 유닛(118);
표적 이송 시스템(108) 및 표적 배출 유닛(118)의 작동을 제어하기 위해 방사성 동위 원소 생산 시스템의 구성 요소에 연결되며 노심 모니터링 시스템에 의해 제공되는 바와 같은 원자로의 실제 상태를 기반으로 방사선 조사 표적(10)에 대한 방사선 조사 시간을 산출하도록 추가로 구성될 수 있는 이송 시스템 제어 유닛(122).
이송 관(110)에 노심 외측의 방사선 조사 표적(10)에 대한 감쇠 위치를 정하기 위한 자성 잠금부(124)와 같은 정지부가 제공될 수 있다.
표적 배출 유닛(118)이 도 3에 더 상세히 도시되어 있다. 배출 튜브(126)가, 예를 들어, 나사산이 형성된 연결부에 의해 이송 관(110)에 부착된다. 따라서, 표적 배출 유닛(118)이 제거되어 표적 충전 장치(도시하지 않음)로 교체될 수 있다. 충전 장치는 휴대용일 수 있으며, 방사선 조사 표적(10)을 이송 관(110) 내로 공급하기 위해 필요에 따라 이송 관(110)에 부착될 수 있다. 이후, 시판 부품을 갖는 표준형 시판 공압 탱크를 포함하는 가스 공급부(114)가 이송 관(110)에 연결되어 방사선 조사 표적(10)이 완전히 삽입되는 것을 보장하기 위해 이송 관(110)에 가스를 공급하도록 사용될 수 있다.
제1 잠금 요소(128)가 노심에서부터 표적 배출 유닛(118)의 유출구(132)를 바라보는 방향으로 방사선 검출기(130)의 상류 위치에서 배출 튜브(126)에 배치된다. 바람직하게는, 제1 잠금 요소(128)는 자석 또는 솔레노이드 또는 자성 작동식 잠금 요소이며, 가장 바람직하게는, 제1 자석 또는 솔레노이드가 배출 튜브(126)의 길이 방향 축선을 따라 이동 가능하다. 자석 또는 솔레노이드는 배출 튜브(126) 내에 자성의 방사선 조사 표적(10)을 유지 및 보유하도록 구성된다. 비자성의 방사선 조사 표적(10)이 방사성 동위 원소를 생성하는 데 사용되는 경우에는, 자석이 스프링 장전식 또는 공압 작동식 잠금 요소와 같은 기계적 잠금 요소로 대체될 수 있다.
제2 잠금 요소(134)가 제1 잠금 요소(128)와 방사선 검출기(130)의 하류 위치에서 배출 튜브(126)에 배치된다. 제2 잠금 요소(134)는 배출 튜브(126)로부터 저장 용기(120)로 유동하는 방사선 조사 표적(10)을 차단하도록 구성된다. 바람직하게는, 제2 잠금 요소(134)가 배출 튜브(126)와 교차하는 핀(136)과 같은 보유 수단을 포함하는 자성 잠금부를 포함하므로, 자성 잠금부가 활성화될 때까지 방사선 조사 표적(10)이 배출 튜브(126)에 보유된다. 대안으로서, 제2 잠금 요소(134)가 스프링 장전식 또는 공압 작동식 잠금 요소와 같은 기계적 잠금 요소일 수 있다.
제1 및 제2 잠금 요소(128, 134)는 미리 정해놓은 양의 방사선 조사 표적이 제1 및 제2 잠금 요소(128, 134)의 사이에 유지되도록 서로 거리를 두고 배치된다. 바람직하게는, 이 미리 정해놓은 양은 정확히 하나의 방사선 조사 표적(10)에 대응한다. 따라서, 제1 및 제2 잠금 요소(128, 134)가 방사선 조사 표적(10)의 분리기 장치를 구성한다.
제1 및 제2 잠금 요소(128, 134)가 제1 잠금 요소(128)와 제2 잠금 요소(134) 사이에서의 하나 이상의 방사선 조사 표적(10)의 부재 또는 존재를 결정하는 방사선 검출기(130)에 응답하여 이송 시스템 제어 유닛(122)에 의해 원격으로 제어될 수 있으므로, 방사선 조사 표적(10)의 신속한 자동적인 처리가 달성된다.
도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 배출 튜브(126)가 표적의 방출을 위해 선택적으로 개방 및 폐쇄될 수 있도록 모터 밸브(138)가 배출 튜브(126)의 유출구(132)에 근접하게 배치된다. 유출구(132)가 저장 용기(120)에 착탈 가능하게 연결되어 배출 튜브(126)로부터 방출되는 선택된 개수의 방사선 조사 표적(10)을 수용한다.
가스 공급 튜브(140)가 모터 밸브(138)의 상류이면서 제1 잠금 요소(128) 및 제2 잠금 요소(134)를 포함하는 분리기 장치의 하류의 위치에서 배출 튜브(126)에 부착된다. 가스 공급 튜브(140)가 질소 또는 공기와 같은 가압 가스용의 가스 공급부(114) 및 표적 이송 시스템의 밸브 배터리(142)에 연결되어, 가압 가스가 노심의 가이드 튜브(102)에 방사선 조사 표적(10)을 삽입하기 위해 이송 관(110)에 공급될 수 있으며, 또는 가이드 튜브(102)로부터 활성화된 방사선 조사 표적(10)을 회수하며 및/또는 표적을 표적 배출 유닛(118)으로 이송하기 위해 가스 관(112)에 공급될 수 있다. 화살표(144)로 표시된 바와 같은 잉여 가스가 배기 가스 시스템(116)을 통해 표적 배출 유닛(118)으로부터 배출된다.
가스 공급 튜브(140)는 또한, 이송 시스템 제어 유닛(122)에 의한 공압 이송 시스템의 제어를 가능하게 하도록 누출 검출기 및/또는 압력 검출기(146)를 포함할 수 있다.
중수형 원자력 발전소, 특히 CANDU 가압 중수로는 중성자 포획에 의해 비우라늄계 표적을 활성화할 수 있는 넓은 공진 범위에 걸쳐 매우 높은 열 중성자속 및 높은 수준의 천열수성 중성자속을 갖추고 있다. 이러한 중성자 포획은 방사성 동위 원소를 얻기 위해 생성되는 폐기물을 상당히 감소시킬뿐만 아니라 이제는 퇴거된 노후 연구용 원자로의 생산을 대체하기 위해 Mo-99와 같은 상당한 양의 방사성 동위 원소를 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있다.
본 개시는 운전 위험에 큰 영향을 미치지 않으면서 발전소의 운전 중에 수행될 수 있는 중수형 원자력 발전소 내외로의 표적의 삽입 및 회수를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 가이드 튜브(102)가 일차 냉각제 루프의 압력 튜브의 외측에 마련되며 연료 다발로부터 분리되어 있는 영역인 감속재(104)에 제공된다.
CANDU 가압 중수로에 대해서는 본 명세서에 참조로서 인용된 WO 2016/207054 A1에 상세히 설명되어 있다. 전형적인 중수로 조립체는 연료가 포함된 일차 냉각 루프(도시하지 않음), 일차 냉각 루프와 분리된 별도의 시스템인 중성자를 감속시키는 감속재(104), 및 방사선 차폐를 제공하며 일차 냉각 루프 연료 채널을 지지하는 단부 차폐부로서 분류되는 별도의 압력 경계를 갖는다.
다시 도 2를 참조하면, 감속재 구성 요소는 칼란드리아(106) 및 칼란드리아(106) 내측 용적 내외로 유입 및 유출되는 중수 감속재(104)를 포함한다. 뷰포트(150)가 반응성 메커니즘 데크(152)로부터 칼란드리아(106)로 연장되며 칼란드리아 노즐(도시하지 않음)에 의해 칼란드리아(106)에 고정된다. 뷰포트(150)가 주기적인 검사 중에 서로 다른 레벨의 중성자속에 노출된 2개의 영역에서 원자로의 부식 및 마모를 모니터링하기 위해 사용된다. 기존의 심블(154)이 뷰포트(150)의 제자리에 배치되어 방사성 동위 원소 생산을 위한 가이드 튜브(102)의 삽입 및 부착을 허용한다.
반응성 메커니즘 데크(152)에 포함된 뷰포트(150)가 언급되지만, 칼란드리아(106) 내의 다른 수평 또는 수직 방향으로 연장되는 예비 포트가 또한 본 발명에서 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
방사성 동위 원소 생산에 사용되는 가이드 튜브(102)는 내부 표적 튜브(156) 및 내부 표적 튜브(156)로부터 분리되어 내부 표적 튜브를 둘러싸는 외부 압력 경계 튜브(158)를 획정하는 이중벽 튜브 장치를 포함한다. 표적 튜브(156)가 이송 관(110)에 연결되며, 압력 경계 튜브(158)가 반응성 메커니즘 데크(152)의 뷰포트(150)에서, 예를 들어, 분배기(도시하지 않음)에 의해 표적 이송 시스템(108)의 가스 관(112)에 연결된다. 가이드 튜브(102)는 지르코늄 합금 또는 스테인리스 강으로 형성될 수 있다.
방사선 조사 표적(10)은 공압 작용에 의해 이송 관(110)을 통해 내부 표적 튜브(156)에 삽입되며, 내부 표적 튜브(156)의 하부의 가스 투과성 정지부(160)에 의해 노심 내의 원자로 제자리에 유지된다. 가스 투과성 정지부(160)는 이상적인 시간 이내에 표적을 활성화시키는 것을 보장하기 위해 높은 중성자속을 갖는 감속재(104)의 영역에 위치된다. 가이드 튜브(102)의 바닥에는 위치 탐지기(164)에 의한 칼란드리아(106)의 내부에서의 위치 설정을 허용하기 위해 가이드 선단(162)이 마련된다. 가이드 튜브(102)는 길이가 대략 14 m이며 직경이 8 ㎝ 내지 10 ㎝일 수 있다.
방사선 조사 표적은, 가스 투과성 정지부(160)를 타격하여 내부 표적 튜브(156)의 바닥에서 정지할 때까지, 표적을 아래로 밀어내는 공압에 의해 이송 관(110)을 통해 뷰포트(150)로 그리고 내부 표적 튜브(156) 내로 아래로 이동한다. 정지부(160)는 공압이 상방 및 하방 모두로 정지부(160)를 용이하게 통과할 수 있도록 간극을 갖는다. 활성화 기간 이후, 가스 관(112) 상의 공압이 아래로 압력 경계 튜브(158)에 인가됨으로써 공압이 역전된 다음, 가스 투과성 정지부(160)를 지나쳐 바닥으로부터 내부 표적 튜브(156)로 위로 다시 되돌아가 활성화된 표적(10)을 내부 표적 튜브(156)를 통해 위로 이송 관(110)으로 밀어낸다.
표적(10)의 외경은, 표적의 용이한 이동을 허용하기 위한 간격을 갖는 상태로, 내부 표적 튜브(156)의 내경을 규정하는 것으로 이해된다. 차례로, 내부 표적 튜브(156)의 외경은, 내부 표적 튜브(156)와 압력 경계 튜브(158)의 사이에 방사상 간극이 존재하여 가스가 내부 표적 튜브(156)와 압력 경계 튜브(158)의 사이에서 축 방향으로 아래로 유동할 수 있는 상태로, 압력 경계 튜브(158)의 내경을 규정한다. 바람직한 실시예에서, 가이드 튜브(102) 자체가 압력 경계 튜브(158)를 형성할 수 있다.
본 발명의 방법에서, 상기와 같이 규정된 카트리지가 중수 원자로에서 방사성 동위 원소를 생산하기 위한 방사선 조사 표적(10)으로서 사용된다.
이 방법에 따르면, 하나 이상의 방사선 조사 표적(10)이 가이드 튜브(102)에 삽입되며, 방사선 조사 표적(10)을 중성자속에 노출시켜 방사선 조사 표적(10)의 모재(16)를 방사성 동위 원소로 전환함으로써 원자로의 감속재(104)에서 활성화되어 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적(10)을 형성한다. 이후, 활성화된 방사선 조사 표적(10)은 가이드 튜브(102)로부터 회수되어, 방사성 재료용의 시판 선적용 플라스크일 수 있는 저장 용기(120)로 배출된다.
하나 이상의 방사선 조사 표적(10)을 가이드 튜브(102)에 삽입하고 상기 가이드 튜브(102)로부터 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적(10)을 회수하는 단계는 가스 공급부(114)를 포함하는 공압 구동 시스템을 사용하여 수행되며, 저장 용기(120) 내로 방사선 조사 표적(10)을 배출하는 단계는 상기 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적(10)의 일부를 분리하여 상기 하나 이상의 방사선 조사 표적(10)의 상기 부분만을 저장 용기(120)로 배출하는 단계를 포함한다.
방사성 동위 원소 생산 시스템의 운전을 위해, 방사성 동위 원소용 모재(16)를 포함하는 하나 이상의 카트리지가 이송 관(110)에 연결된 충전 장치(도시하지 않음)를 통해 노심으로 이송된다. 카트리지가 가스 투과성 정지부(160)를 타격할 때까지 카트리지가 이송 관(110)으로부터 가이드 튜브(102)의 내부 표적 튜브(156)를 통해 이동하도록 질소 또는 공기와 같은 가압 가스가 가스 공급부(114)로부터 이송 관(110)으로 공급된다. 바람직한 실시예에서, 표적 배출 유닛은(118)이 이송 관(110)에 연결되며 가스 공급 튜브(140)를 통해 가압 가스를 공급하는 데 사용된다. 배기 공기는 가스 관(112)을 통해 표적 배출 유닛(118) 및/또는 가스 관(112)에 연결된 배기 시스템(116)으로 빠져나갈 수 있다.
카트리지가 노심에 도달하자마자(블로잉 종료 시에), 시스템은 압력 없이 운전된다. 이후, 방사선 조사 표적(10)이 중수 감속재(104)에서 활성화된다.
모재(16)가 Mo-98인 경우, 재료를 Mo-99로 전환하는 데 필요한 활성화 시간은 대략 일주일이다. 다른 모재(16)가 또한 사용될 수 있지만, 상이한 활성화 시간을 필요로 한다. 예를 들어, 이터븀-176(Yb-176)으로부터 루테튬-177(Lu-177)이 생산될 수 있다.
활성화 기간이 지난 후, 노심으로부터 활성화된 표적(10)을 회수하여 내부 표적 튜브(156)에서 이송 관(110)을 통해 표적 배출 유닛(118)으로 이송하기 위해 가스 관(112)을 통해 이송 가스가 공급된다. 가스 압력이 내부 표적 튜브(156)를 둘러싸고 있는 압력 경계 튜브(158) 및 가스 투과성 정지부(160)를 통해 카트리지에 도달한다.
이후, 카트리지는 활성화된 방사성 동위 원소의 감쇠 위치를 정하는 이송 관(110)에 배치된 자성 잠금부(124)까지 운반될 수 있다. 자성 잠금부(124)는 활성화된 표적(10)용의 정지부를 제공하기 위해 폐쇄될 수 있다. 생산된 방사성 동위 원소에 따라, 활성화된 표적(10)이 수명이 짧은 방사성 핵 종이 분해될 때까지, 예를 들어, 24시간의 미리 결정된 시간 동안 감쇠 위치에 선택적으로 머무른다.
감쇠 기간이 지난 후, 가스 관(112)을 통한 가스 공급이 다시 활성화되며, 활성화된 표적(10)이 공압 작용에 의해 표적 배출 유닛(118)으로 이송된다. 이때, 모터 밸브(138) 및 제2 잠금 요소(134)는 활성화된 표적(10)이 유출구(132)를 통과할 수 없도록 폐쇄 위치에 있다.
방사선 센서(130)가 제2 잠금 요소(134)에 도달한 활성화된 표적(10)을 검출한다.
이후, 시스템은 압력 없이 운전되며, 제2 잠금 요소(134)는 폐쇄 위치로 이동하여 제1 및 제2 잠금 요소(128, 134)의 사이에 미리 정해놓은 양의 활성화된 표적(10)을 유지하도록 작동된다. 따라서, 제1 잠금 요소(128)의 상류의 카트리지 또는 활성화된 표적(10)이 차단되며 제1 잠금 요소(128)를 지나쳐 통과할 수 없으며, 일정량의 활성화된 표적(10)이 제1 잠금 요소(128)의 상류의 나머지 활성화된 표적(10)으로부터 분리된다. 바람직한 실시예에서, 일정량의 활성화된 표적(10)은 정확히 하나의 표적 또는 카트리지에 대응한다.
이후, 배출 유닛(118)의 모터 밸브(138)가 개방되며, 제2 잠금 요소(134)가 개방 위치로 구동되어, 카트리지 또는 활성화된 표적(10)이 유출구(132)를 통과하여 중력의 작용에 의해 저장 용기(120) 내로 활주 이동할 수 있다.
방사선 검출기(130)는 카트리지가 더 이상 배출 튜브(126)에 없다는 것을 보여준다.
이후, 제2 잠금 요소(134)가 폐쇄되며, 제1 잠금 요소(128)가 개방되어 다음 회분의 일정량의 활성화된 표적(10)이 제1 및 제2 잠금 요소(128, 134)의 사이의 공간으로 활주 이동될 수 있다. 이후, 제1 잠금 요소(128)를 폐쇄하며 분리된 표적을 저장 용기(120)로 방출하는 방식으로 배출 과정이 반복된다.
저장 용기(120)의 저장 용량이 고갈되거나 원하는 양의 활성화된 표적(10)이 저장 용기(120)에 적재되면, 모터 밸브(138) 및 제2 잠금 요소(134)가 폐쇄된다. 제1 잠금 요소(128)는 분리기 장치가 비활성화되도록 이미 폐쇄 위치에 있다.
방사선 검출기(130)는 제1 및 제2 잠금 요소(128, 134) 사이의 배출 튜브(126)에 카트리지가 없음을 보여준다. 이후, 제1 잠금 요소(128)의 상류에 배치된 나머지 카트리지가 감쇠 위치에서 폐쇄된 자성 정지부(124)를 타격할 때까지 배출 튜브(126)에서 가스 공급 튜브(140)를 통해 가스를 공급함으로써 노심을 향해 송풍 작용에 의해 이동된다. 활성화된 표적(10)이 감쇠 위치에 유지되어 저장 용기(120)에서의 작업자의 투여량이 최소화된다.
이후, 활성화된 표적(10)으로 채워진 저장 용기(120)가 제거되어 새로운 빈 용기(120)로 교체될 수 있다. 채워진 저장 용기(120)는 추가 처리를 필요로 하지 않고 바로 고객에게 선적되도록 준비될 수 있다. 이후, 다음 회분의 미리 정해놓은 개수의 카트리지를 방출하기 위해 배출 과정이 반복된다.
방사성 핵종 발생 시스템은 종래의 계기 장비 예비 포트 또는 뷰포트(150)를 구비한 임의의 중수형 원자력 발전소에 설치될 수 있다. 위에 규정된 바와 같은 카트리지를 사용하면, 활성화된 방사선 조사 표적(10)이 추가 처리를 필요로 하지 않는다. 오히려, 밀봉된 앰플(14) 또는 제약 산업에서 직접 제공하는 기타 캡슐 제품이 카트리지에 포함될 수 있다.
전술한 명세서에서 본 발명이 특정 예시적인 실시예 및 그 예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 아래의 청구범위에 기재된 발명의 더 넓은 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 방식으로 간주되어야 한다.
Claims (17)
- 방사선 조사 표적으로서 사용하기 위한 카트리지(10)로서,
카트리지(10)는 하우징(12), 상기 하우징(12)에 포함된 밀봉된 앰플(14) 및 충격 흡수 재료(24)를 포함하며,
앰플(14)은 중성자속에 의해 활성화 시에 방사성 동위 원소로 전환되는 모재를 포함하며,
앰플(14)은 상기 충격 흡수 재료(24)에 의해 상기 하우징(12)의 내부에 유지되는 것인 카트리지(10). - 제1항에 있어서, 하우징(12)은 플라스틱 재료로 형성되는 것인 카트리지(10).
- 제1항에 있어서, 하우징(12)은, 폴리에틸렌, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 플라스틱 재료로 형성되는 것인 카트리지(10).
- 제1항에 있어서, 베릴륨 라이너 또는 코팅을 포함하는 카트리지(10).
- 제1항에 있어서, 앰플(14)은 밀봉된 유리 앰플인 것인 카트리지(10).
- 제1항에 있어서, 충격 흡수 재료(24)는 절연 재료를 포함하는 것인 카트리지(10).
- 제6항에 있어서, 절연 재료는 발포체 또는 섬유 재료를 포함하는 것인 카트리지(10).
- 제6항에 있어서, 절연 재료는 확장 폴리스티렌 발포체, 우레아-포름알데히드 발포체, 폴리우레탄 발포체, 고무 발포체, 글라스 울, 미네랄 울, 셀룰로스 섬유 및 기타 천연 섬유, 유리 섬유 충전재, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 카트리지(10).
- 제1항에 있어서, 충격 흡수 재료(24)는 앰플(14)의 대향 단부에 인접하게 위치된 탄성 재료로 형성된 가요성 구조체(26)를 포함하는 것인 카트리지(10).
- 제9항에 있어서, 가요성 구조체(26)에는 앰플(14)의 전단부(28) 또는 후단부(30)를 수용하기 위한 중앙 홀(32)이 마련되는 것인 카트리지(10).
- 제1항에 있어서, 자성 재료 또는 코팅을 추가로 포함하는 카트리지(10).
- 제1항에 있어서, 하우징(12)은 서로 탈착 가능하게 부착되는 제1 부분(18) 및 제2 부분(20)을 구비하는 것인 카트리지(10).
- 중수 원자로에서 방사선 조사 표적으로부터 방사성 동위 원소를 생산하는 방법으로서,
상기 방사선 조사 표적은 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 카트리지(10) 형태로 제공되고,
상기 방법은,
원자로의 노심 내에 감속재(104)를 통과하는 적어도 하나의 가이드 튜브(102)를 제공하는 단계;
하나 이상의 방사선 조사 표적을 가이드 튜브(102)에 삽입하고, 방사선 조사 표적을 원자로의 감속재(104)의 중성자속에 노출시켜 방사선 조사 표적의 모재를 방사성 동위 원소로 전환함으로써 방사선 조사 표적을 활성화하여 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적을 형성하는 단계;
가이드 튜브(102)로부터 활성화된 방사선 조사 표적을 회수하는 단계; 및
하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적을 저장 용기(120)로 배출하는 단계
를 포함하며,
하나 이상의 방사선 조사 표적을 가이드 튜브(102)에 삽입하는 단계 및 상기 가이드 튜브(102)로부터 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적을 회수하는 단계는 공압 구동 시스템을 사용하여 수행되며,
방사선 조사 표적을 저장 용기(120)로 배출하는 단계는 상기 하나 이상의 활성화된 방사선 조사 표적의 일부를 분리하여 상기 하나 이상의 방사선 조사 표적의 상기 일부만을 저장 용기(120)로 배출하는 단계를 포함하는 것인 방사성 동위 원소를 생산하는 방법. - 제13항에 있어서, 활성화된 방사선 조사 표적을 배출하는 단계는, 적어도 하나의 표적을 나머지 표적으로부터 분리하고 상기 적어도 하나의 표적을 저장 용기(120)로 배출하기 위하여, 활성화된 표적 중 상기 적어도 하나를 분리기 장치 내에 유지하는 단계를 포함하는 것인 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 분리기 장치는 서로 미리 결정된 거리를 두고 배치되는 제1 및 제2 잠금 요소를 포함하며, 상기 제1 및 제2 잠금 요소는 자석 또는 솔레노이드, 자성 작동식 잠금 요소, 공압 작동식 잠금 요소 및 기계 작동식 잠금 요소 중의 적어도 하나로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
- 제13항에 있어서, 방사선 검출기(130)가 배출 유닛에 설치되며, 활성화된 방사선 조사 표적을 배출하는 단계는 방사선 검출기(130)에 의해 분리기 장치 내의 활성화된 방사선 표적의 부재 또는 존재를 결정하는 단계를 포함하는 것인 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
- 제14항에 있어서, 활성화된 방사선 조사 표적을 배출하는 단계 동안에, 정확히 하나의 활성화된 방사선 표적이 분리기 장치 내에 유지되는 것인 방사성 동위 원소를 생산하는 방법.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2018/070809 WO2020025120A1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Cartridge and use of the cartridge in a method of producing radioisotopes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210036926A KR20210036926A (ko) | 2021-04-05 |
| KR102616539B1 true KR102616539B1 (ko) | 2023-12-20 |
Family
ID=63077879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020217002279A KR102616539B1 (ko) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | 카트리지 및 방사성 동위 원소를 생산하는 방법에서의 카트리지의 용도 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3830841B1 (ko) |
| KR (1) | KR102616539B1 (ko) |
| CN (1) | CN112334994A (ko) |
| AR (1) | AR115552A1 (ko) |
| CA (1) | CA3107564A1 (ko) |
| WO (1) | WO2020025120A1 (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7407097B2 (ja) * | 2020-10-30 | 2023-12-28 | 三菱重工業株式会社 | 放射性同位体の製造装置及び放射性同位体の製造方法 |
| JP7426327B2 (ja) | 2020-10-30 | 2024-02-01 | 三菱重工業株式会社 | 放射性同位体の製造装置及び放射性同位体の製造方法 |
| JP2022076403A (ja) * | 2020-11-09 | 2022-05-19 | 三菱重工業株式会社 | カプセルユニット及び放射性同位体の製造方法 |
| CN116848591A (zh) * | 2021-02-17 | 2023-10-03 | 法玛通股份有限公司 | 用于放射性核素生成系统的靶输送系统 |
| CN114822901B (zh) * | 2022-04-19 | 2023-03-24 | 中核核电运行管理有限公司 | 一种重水堆观察孔在线辐照装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011047937A (ja) * | 2009-08-25 | 2011-03-10 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | 同位体送り出しシステムの照射ターゲット保持構体 |
| US20130077725A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Irradiation target encapsulation assembly and method of assembly |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT243757B (de) * | 1963-12-06 | 1965-11-25 | Oesterr Studien Atomenergie | Verfahren zur Herstellung von gelöst vorliegendem <131>Jod |
| FR2647945B1 (fr) * | 1989-06-02 | 1991-08-30 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de production de radio-isotopes notamment de cobalt 60 |
| US8699651B2 (en) * | 2009-04-15 | 2014-04-15 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Method and system for simultaneous irradiation and elution capsule |
| US9305673B2 (en) | 2011-12-28 | 2016-04-05 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas, Llc | Systems and methods for harvesting and storing materials produced in a nuclear reactor |
| US20130315361A1 (en) | 2012-05-22 | 2013-11-28 | John F. Berger | Systems and methods for processing irradiation targets through multiple instrumentation tubes in a nuclear reactor |
| US9330798B2 (en) | 2011-12-28 | 2016-05-03 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Systems and methods for processing irradiation targets through a nuclear reactor |
| KR101534689B1 (ko) * | 2013-11-28 | 2015-07-07 | 주식회사 비츠로셀 | 내충격성을 높인 앰플형 비축전지 |
| KR101485898B1 (ko) * | 2014-01-02 | 2015-01-26 | 주식회사 비츠로셀 | 활성화 효율을 높인 앰플형 비축전지 |
| WO2017012655A1 (en) | 2015-07-21 | 2017-01-26 | Areva Gmbh | System and method for harvesting of activated irradiation targets from a nuclear reactor and radionuclide generation system |
| KR102561593B1 (ko) * | 2015-02-09 | 2023-07-31 | 프라마톰 게엠베하 | 조사 타겟 처리 시스템 |
| CA3128914C (en) | 2015-04-30 | 2023-10-03 | Framatome Gmbh | Radionuclide generation system and method of producing radionuclides |
| CA2895622A1 (en) | 2015-06-22 | 2016-06-16 | William Henry Cooper | Method of producing radioisotopes using a heavy water type nuclear power plant |
-
2018
- 2018-07-31 KR KR1020217002279A patent/KR102616539B1/ko active IP Right Grant
- 2018-07-31 CN CN201880094694.6A patent/CN112334994A/zh active Pending
- 2018-07-31 WO PCT/EP2018/070809 patent/WO2020025120A1/en unknown
- 2018-07-31 EP EP18748917.4A patent/EP3830841B1/en active Active
- 2018-07-31 CA CA3107564A patent/CA3107564A1/en active Pending
-
2019
- 2019-06-14 AR ARP190101650A patent/AR115552A1/es active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011047937A (ja) * | 2009-08-25 | 2011-03-10 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | 同位体送り出しシステムの照射ターゲット保持構体 |
| US20130077725A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Irradiation target encapsulation assembly and method of assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112334994A (zh) | 2021-02-05 |
| EP3830841B1 (en) | 2023-09-27 |
| EP3830841A1 (en) | 2021-06-09 |
| KR20210036926A (ko) | 2021-04-05 |
| CA3107564A1 (en) | 2020-02-06 |
| AR115552A1 (es) | 2021-02-03 |
| WO2020025120A1 (en) | 2020-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102616539B1 (ko) | 카트리지 및 방사성 동위 원소를 생산하는 방법에서의 카트리지의 용도 | |
| KR102561593B1 (ko) | 조사 타겟 처리 시스템 | |
| US9330798B2 (en) | Systems and methods for processing irradiation targets through a nuclear reactor | |
| CA2986976C (en) | Method of producing radioisotopes using a heavy water type nuclear power plant | |
| CN107851472B (zh) | 从核反应堆收取活化的辐照靶的系统和方法以及放射性核素产生系统 | |
| CN109874296A (zh) | 放射性核素生成系统和用于产生放射性核素的方法 | |
| CN113892152B (zh) | 从核反应堆和放射性核素生成系统中移除辐照靶的系统和方法 | |
| US20230187093A1 (en) | Installation and method for producing activated irradiation targets in an instrumentation tube system of a nuclear reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |