用于在核反应堆仪表管中产生放射性同位素的设备和方法

摘要

本发明涉及用于在核反应堆仪表管中产生放射性同位素的设备和方法。一种用于在运行的民用核反应堆(10)的仪表管(50)中产生放射性同位素的设备和方法。放射对象(250)可以在运行过程中插入仪表管(50)以及从其中移除，并且可以转变成不能以其它方式从核反应堆中获取的放射性同位素。示例性设备可以连续地插入、移除和存储待转变成可用的放射性同位素的放射对象(250)。

说明书

技术领域

本发明大体涉及具有医疗应用的放射性同位素和用于在核反应堆中产生放射性同位素的设备和方法。

背景技术

由于放射性同位素能够放射适当数量和类型的电离辐射，放射性同位素具有多种医疗应用。这种能力使放射性同位素在与癌症相关的治疗、医学成像和标记技术、癌症和其它疾病诊断和医学灭菌中很有用。

具有大约几天或甚至几小时量级的半衰期的短期放射性同位素对癌症和其它医学治疗特别重要，因为短期放射性同位素具有产生独特的放射分布，且在放射剂量输送到具体应用之后会快速地衰变成从体内排出的无害、稳定的同位素的能力。然而，这些短期放射性同位素的短半衰期也使其难以获取和处理。短期放射性同位素通常通过使用在医疗设施或附近生产设施处的现场的中子来轰击加速器或低功率反应堆中稳定的母同位素来产生。由于衰变时间相对较快和特定应用中需要精确数量的放射性同位素，这些放射性同位素被迅速运送。此外，医用短期放射性同位素的产生通常需要笨重且昂贵的放射和提取设备，这些设备对于医疗机构可能太昂贵、占用太大空间和/或不安全。

具有医疗应用的若干种短期放射性同位素可以通过核裂变产生，并且由此可以在核电站中大量产生。例如，在核燃料中的铀235的裂变可以产生大量的锝99，锝99在多重成像和癌症诊断应用中很有用。然而，在核燃料中产生的短期放射性同位素可能与大量其它核裂变副产物混合。对有用的短期放射性同位素的提取可能会有不能接受的辐射和化学曝露危险，以及/或可能需要大量时间，在这段时间里，短期放射性同位素可能会衰变到不可用的数量。

由于生产的困难和短期放射性同位素的寿命，对这种放射性同位素的需求可能远远大于供给，尤其是对于在诸如癌症等难以治愈的疾病领域中有重大医学应用的那些放射性同位素的需求。与用于诸如癌症等疾病的典型的护理成本相比，有效的短期放射性同位素的成本可能变得过高。

发明内容

示例性实施例涉及在民用核反应堆和相关设备中产生可用于医学应用的放射性同位素的方法。示例性方法可以使用在核反应堆容器中常见的仪表管(instrumentation tube)，以将放射对象曝露于在运行的核反应堆中出现的中子流。由于该中子流，短期放射性同位素可以在放射对象中产生。然后，可以通过将放射对象从仪表管和反应堆安全壳中移除中来相对快速且简单地获取这些短期放射性同位素，而无须关闭反应堆或不需要化学提取过程。然后，放射性同位素可以立即运送到医学设施，以用于例如癌症治疗。

示例性实施例可以包括用于在核反应堆中产生放射性同位素的设备及其仪表管。示例性实施例可以包括构造成以便将放射对象插入运行的民用核反应堆的仪表管中以及从其中移除的一个或多个子系统。示例性实施例可以包括管道子系统、放射对象传动子系统，以及/或用于将放射对象插入仪表管中以及从其中移除的放射对象存储和移除子系统。示例性实施例可以以线性顺序来保持其中所使用的放射对象，以允许跟踪和测量在示例性实施例放射对象中产生的放射性同位素。

附图简述

通过详细描述附图，示例性实施例将变得更加显而易见，其中，相同元件由相同参考标号表示，这些参考标号仅以说明方式给出，因此不限制本文的示例性实施例。

图1是具有仪表管的传统核反应堆的图示。

图2是用于在核反应堆中产生短期放射性同位素的示例性实施例系统的图示。

图3是示例性实施例系统的示例性实施例管道子系统的图示。

图4A和4B是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例套管的图示。

图5是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例放射对象传动子系统的图示。

图6是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例放射对象存储子系统的图示。

图7是可与示例性实施例系统一起使用的示例性实施例移除机构的图示。

图8A和8B是示例性实施例放射对象的图示。

具体实施方式

此处公开了示例性实施例的详细的说明性实施例。然而，为了描述示例性实施例，本文公开的特定的结构和功能细节仅仅是代表性的。然而，示例性实施例可以以许多替换形式来实现，并且不应理解为仅限于本文所阐述的示例性实施例。

应当理解，虽然用语第一、第二等在本文中可用于描述各元件，但是这些元件不应被这些用语限制。这些用语仅用于使一个元件区别于另一个元件。例如，第一元件可以称为第二元件，同样，第二元件也可以称为第一元件，而不偏离示例性实施例的范围。如本文所用，用语“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个项目的任何及所有组合。

应当理解，当元件被称为“连接”、“联接”、“配合”、“附接”或“固定”到另一元件时，该元件可以直接连接或联接到其它元件或可能存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，则不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词语(例如，“...之间”对“直接在...之间”、“相邻”对“直接相邻”等)应以同样方式解释。

本文所使用的用语仅出于描述特定实施例的目的，并且不意图限于示例性实施例中。如本文所用，除非文字明确地作出其它表示，单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解，本文中使用的用语“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

还应当注意，在一些备选实施中，所述功能/动作可以不按附图中所表明的顺序出现。例如，取决于所涉及的功能性/动作，连续显示的两个附图事实上可以基本上同时实施，或者有时可以以相反的顺序来实施。

图1是可与示例性实施例和示例性方法一起使用的传统的反应堆压力容器10的图示。反应堆压力容器10可用于至少100兆瓦电力的民用轻水核反应堆中，该轻水核反应堆在全世界范围内通常用于发电。反应堆压力容器10可布置在安全壳结构411内部，该安全壳结构411用于在出现事故的情况下拦截放射能，并且防止在反应堆10运行过程中进入该反应堆10。反应堆容器10下方的空腔(称为干井20)用于容纳服务于该容器的装置，如泵、排水管、仪表管和/或控制杆驱动器等。如图1所示，至少一个仪表管50垂直延伸到容器10中并深深地进入或通过堆芯15，该堆芯15在运行过程中包含核燃料和相对大量的中子流。仪表管50通常可以为圆柱形，并且可以依据容器10的高度加宽；然而，在行业内也通常会见到其它仪表管几何形状。仪表管50可具有例如约1英寸的内径和/或孔隙。

仪表管50可在反应堆容器10下方终止于干井20中。通常，仪表管50可以允许中子探测器和其它类型的探测器通过干井20中下端处的开口插入其中。这些探测器可以通过仪表管50向上延伸，以监测堆芯15中的状态。传统监测器类型的实例包括宽区段探测器(WRNM)、源区段监测器(SRM)、中间区段监测器(IRM)和/或局部功率区段监测器(LPRM)。由于密封性和辐射危害，进入仪表管50和插入在其中的任何监测装置通常都限于运行停止期。

虽然以民用沸水反应堆中常见的部件显示了容器10，但是示例性实施例和方法可以与具有仪表管50或延伸到反应堆中的其它进入管的若干种不同类型的反应堆一起使用。例如，具有从100兆瓦电力以下到若干千兆瓦电力的额定功率并且具有处于与图1所示的位置不同的若干位置上的仪表管的压水反应堆、重水反应堆、石墨减速反应堆等可以与示例性实施例和方法一起使用。这样，可用于示例性方法的仪表管可以是关于堆芯采用任意几何形状的任意突出特征，其允许封闭通到各种类型的反应堆的核堆芯流的通道。

申请人认识到，仪表管50可用于快速并持续地大量产生短期放射性同位素，而不需要化学或同位素隔离和/或等待民用反应堆的反应堆关闭。示例性方法可以包括在堆芯15运行时将放射对象插入仪表管50中，并且将该放射对象曝露于堆芯15，从而使放射对象曝露于通常在运行的堆芯15中遇到的中子流。堆芯流可以将放射对象的相当一部分转变成有用的放射性同位素，包括可用于医学应用的短期放射性同位素。然后，将放射对象从仪表管50中收回(甚至在堆芯15正在进行的运行过程中)和移除，以用于医学和/或工业用途。以下描述了使示例性方法可行的示例性实施例，包括示例性实施例使其可行的示例性方法的其它细节。

图2是用于在核反应堆中产生放射性同位素的示例性实施例系统的说明。在图2中显示了示例性实施例放射性同位素产生系统100布置在反应堆压力容器10的下方，在干井20中、仪表管50的下方。示例性实施例放射性同位素产生系统100可以将放射对象250插入仪表管50中以及从其中移除，以用于在运行的容器10中放射。示例性实施例放射性同位素产生系统100可以包括三个不同的子系统(将在下面依次讨论)，即仪表管道子系统200、放射对象传动子系统300和/或放射对象存储和移除子系统400。下面最后将讨论放射对象250及其在示例性实施例和方法中的用途。

管道子系统

图3是示例性实施例仪表管道子系统200的图示。如图3所示，也如图1-2所示，仪表管50从干井20中的较低位置延伸到反应堆容器10和包含核燃料的核堆芯15中。可经由仪表管开口51由放射传动子系统300(图5)将放射对象250线性地推入仪表管50中以及从其中移除。

仪表管50可以延伸到堆芯15的顶部16附近。从而放射对象250可以贯穿核堆芯15的垂直长度而线性地布置和保持在仪表管50中。堆芯15中的中子通量可以是已知的，并且可以足够地高，以便将管50中的相当大量的放射对象250转变成有用的短期放射性同位素。如参照图8A和8B将在以下讨论的，对象250的类型和核堆芯15中的垂直位置可以允许精确地计算曝露时间和放射性同位素产生速率，以增强放射性同位素的产生和放射性。

可将套管260插入仪表管50中，以提供对放射对象250的进一步的密封、防护和几何匹配。套管260可以是大体刚性的，并且可由当曝露于运行的核堆芯15时基本上保持其物理特征的材料制成。套管260可由例如不锈钢、铝、锆合金、因科镍合金(inconel)、镍、钛等制成。

套管260可以延伸越过仪表管50的开口51，以提供仪表管50之外的引导和对准。例如，套管260可以向下延伸，并且在靠近放射对象传动子系统300处终止，以便适当地将放射对象250导入和导出放射对象传动子系统300，该子系统可以定位得比开口51更低于容器10。

套管260可以提供平滑、持续的内表面，以有利于将放射对象250插入仪表管50以及从其中移除。如上所述，仪表管50可以具有多种几何形状，和/或可以依据进入容器10的垂直距离改变宽度。套管260可以具有不同的外径，以对应仪表管50的几何形状，但是套管260可以具有与放射对象250的大小相关联的一致的内径。例如，套管260可以具有窄到足以防止放射对象250在仪表管50中直线地移动或改变位置的内径，以允许保持放射对象的顺序以允许基于顺序的识别等。

在示例性实施例中，套管260可以是模块化的，并包括允许组装和插入仪表管50中的若干件。如图4A和4B所示，若干不同的部件可以形成模块化的套管260。在图4A中，显示了套管260的区段261。各个区段261可以包括配合元件264和/或265，该配合元件可以将各个区段261连接到另一区段261，并且由于是空的而允许放射对象250穿过区段261。配合元件264和265可以包括例如空心螺纹端和孔或空心突出部和接受器。区段261可以具有变化的外径262，以符合或反映仪表管50的几何形状，并且该外径足够小以能通过开口51。区段261可以包括相对恒定且具有与接纳放射对象250相适应的宽度的内径263。因此，如果区段261单独地插入仪表管50中，则可以将区段261组装在仪表管50内部，以便为插入到管50和套管260中的放射对象250提供连续、线性的内径。

或者，如图4B所示，套管260可以具有基本上恒定的内径和外径，并且一个或多个模块化的筒夹266可以联接到套管260，以提供仪表管50和套管260/筒夹266之间的配合。因此，筒夹266可以围绕仪表管50中的套管260而插入和组装，以便为插入到管50及由模块化筒夹266所围绕的套管260中的放射对象250提供连续、线性的内径。

放射对象传动子系统

图5是示例性实施例放射对象传动子系统300的图示。如图5所示，两个传动齿轮310a和310b可以从仪表管50的套管260或开口51接收放射对象250，和/或将放射对象250传送到仪表管50的套管260或开口51。传动齿轮310a和310b可以布置成彼此相对。传动齿轮310a和310b可以在容器10下方的干井20中布置在仪表管50下方及两侧上。通过基于容器10下方的干井20中的空间量来确定传动齿轮310a和310b以及目标传动子系统300的大小和定位，放射性同位素产生系统100可以完全配合在全世界许多当前运行的核反应堆的干井20内。

传动齿轮310a和310b可以具有特别地成形的圆周表面或侧表面311a/311b，该表面与放射对象250的形状互补，从而牢固地抓住并保持进入传动齿轮310a和310b之间的放射对象250或与该放射对象250相适配。例如，如图5所示，表面311a和311b可以具有圆齿形，以便与球形放射对象250匹配。表面311a和311b中的圆齿可以具有与放射对象250的半径基本上相似的半径，以牢固地抓住并移动进入传动齿轮310a和310b之间的放射对象250，同时，保持放射对象250进入和退出仪表管50的相同的线性顺序。或者，表面311a和311b可以具有其它形状，以符合和/或匹配可由本领域技术人员替换的以另外方式成形的放射对象。

传动齿轮310a和310b可以绕垂直于仪表管50的平行轴线沿相反的方向旋转，以便升高或降低从其中通过的放射对象250。例如，如图5所示，如果传动齿轮310a以顺时针方向旋转，传动齿轮310b以逆时针方向旋转，则位于传动齿轮310a和310b的旋转轴线之间和下方的放射对象250可以从存储和移除子系统400提升到管道子系统200中。相反，如果传动齿轮310a和310b以相反的方向旋转，使得传动齿轮310a以逆时针方向旋转，传动齿轮310b以顺时针方向旋转，则放射对象250可以从管道子系统200降低到移除子系统400中。

传动齿轮310a和310b和可用于放射对象传动子系统300的其它示例性传动机构可以保持从管道子系统200和放射对象存储和移除子系统400之间穿过的放射对象250的线性顺序。这样，可在整个示例性实施例系统100中保持放射对象250的整体线性顺序，并且可以成功地执行取决于管50内的放射对象250垂直顺序的任意放射对象监测。

如图5所示，传动齿轮310a和310b可由驱动动力子系统390驱动，该驱动动力子系统390允许传动齿轮310a和310b之间的同步运动。图5所示的示例性实施例显示了多个单独的齿轮，该多个单独的齿轮将来自动力传动轴325的运动传递到传动齿轮310a和310b。动力传动轴325可以连接到分别与上传递齿轮392a和392b的带齿区域啮合的带齿的下传递齿轮391a和391b，从而可以通过动力传动轴325的旋转来使上传递齿轮392a和392b进行旋转。上传递齿轮392a和392b分别可以包括分别与传动齿轮310a和310b啮合或者以其它方式联锁的螺纹端或联锁端393a和393b。这样，可以通过动力传动轴325的旋转来使两个传动齿轮310a和310b进行旋转。

如图5所示，下传递齿轮391a和391b可以分别采取关于传动齿轮310a和310b相对的定向来啮合，从而如上所述沿相反的方向旋转传动齿轮310a和310b。上传递齿轮392a和392b可以具有相似的半径，并且可以与具有相似半径的传动齿轮310b和310a啮合，从而对传动齿轮310a和310b施加对称的角运动(传动齿轮310a和310b可以具有各自的负角运动)。因此，如果传动齿轮310a和310b具有表面311a和311b的相似的外半径，放射对象250就可以适配在表面311a和311b内的不变的周边位置处，从而允许通过上述传动齿轮310a和310b来保持和配合放射对象250。

应当理解，可以在示例性实施例中使用布置齿轮和/或为传动齿轮310a和310b提供动力的任何已知的方法。例如，虽然显示了在上传递齿轮392a和392b上用蜗轮系统来驱动传动齿轮310a和310b，但是也可以使用其它接合方式，包括传统齿轮和/或摩擦片接合。或者，例如，传动齿轮310a和310b可以直接由电动机驱动，而不需要驱动动力子系统390和动力传动轴325。

动力传动轴325可由多种装置本地驱动，包括来自无齿轮主循环泵的马达921等，或者也可以远距离驱动。如图5所示，动力传动轴325可以连接到能够旋转该动力传动轴325的马达921。数字计数器911可以进一步连接到动力传动轴325，以便探测动力传动轴325的位置、旋转次数和/或角速度。数字计数器911和马达921两者都可以与计算机900通信连接。

可以对计算机900进行适当地编程，对其输入或者可以访问相关的系统信息-包括(例如)示例性实施例系统100中使用的齿轮半径和这些齿轮之间的连接、放射对象在其它子系统200和400中时齿轮的位置、反应堆轴向流分布、放射对象尺寸、补料和线性顺序，和/或来自数字计数器911和马达921的信息。利用这种信息，计算机900可以自动地促动马达921，并且使放射对象250移过示例性实施例系统100。这种自动促动可以基于已知的系统和反应堆信息，包括在线状态。这样，计算机900可以与其它子系统连接(包括以下描述的放射对象存储和移除子系统400)，并与其协调，从而允许整个示例性实施例系统100中的同步。

取决于传动齿轮310a和310b的旋转速率和传动齿轮310a和310b的半径，放射对象传动子系统300可以以任何合乎需要的速度将放射对象250插入管道子系统200中，以及从其中移除该放射对象250。此外传动齿轮310a和310b可用于保持放射对象250在管道子系统200内的轴向位置。因为可以通过(例如)上传递齿轮392a和392b的螺纹端393a和393b上所用的蜗轮系统以及传动齿轮310a和310b将传动齿轮310a和310b保持就位，所以放射对象250可以保持在轴向位置，而在锁定的传动齿轮310a和310b以及管50和/或套管260之间，放射对象250没有空间漏出。也就是说，螺纹端或联锁端393a和393b可以包括与传动齿轮310a和310b接合的螺旋，从而为传动齿轮310a和310b提供运动，并且旋转该传动齿轮310a和310b，但是阻止传动齿轮310a和310b对驱动动力子系统390进行驱动。

通过保持仪表管50中的放射对象250的轴向顺序和将放射对象250插入堆芯15中或从其中移除的顺序，可使得能够对通过放射对象传动子系统300的放射对象250进行跟踪和识别。

虽然放射对象传动子系统在图5中被示为一系列齿轮，但是如本领域技术人员将理解的，可以使用在子系统200和400之间提升和/或降低放射对象250的其它机构。例如，子系统200和400之间的促动器或气动式驱动器可用于在这些子系统之间移动和保持放射对象250。这样，其它机构可用于目标传动子系统300，同时仍然允许示例性实施例放射性同位素产生系统100用于将放射对象插入运行的核反应堆的仪表管50中以及从其中移除。

放射对象存储和移除子系统

图6是示例性实施例放射对象存储和移除子系统300的图示。如图6所示，放射对象250可以在存储和移除子系统400的顶部附近进入或离开放射对象传动子系统300。放射对象250可以从保持管420进入/离开存储子系统300，该保持管420从放射对象传动子系统300的出口向下延伸到干井20的较低位置。保持管420可以是由设计成当曝露于存在于运行的核反应堆附近的辐射时能够基本上保持其物理特征的材料(包括例如不锈钢、镍基合金，钛等)制成的刚性管。

未经放射的(新的)放射对象250可以通过保持管420向上移动，以装入放射对象传动子系统300中，和/或经放射的放射对象250(由于曝露于堆芯中子流，现在包含短期放射性同位素)可以向下移入到保持管420中，以在由放射对象传动子系统300从运行的反应堆移出之后存储在保持管420中。保持管420可以包括位于保持管420中的间隙附近的出管410和移除机构415，以下对应于图7对其进行了描述。

移除机构415可以将放射对象250从保持管420推入出管410。而出管410可通过安全壳411到达外部保持区412，在该外部保持区412中可以获取放射对象250以作为放射性同位素使用。出管410可以以多种方式通过安全壳411，包括通过引出安全壳411的干井20中的已知的管路和/或舱口，和/或通过穿过安全壳411的特别设计的通道。这样的通道可以特别地设计成可承受安全壳加压和/或稳固。

图7是示例性实施例移除机构415的图示。如图7所示，示例性实施例移除机构415可以包括连接到轴417的推棒418和成活塞/轮构造的传动轮416。传动轮416可由移除齿轮装置414驱动，以旋转并将放射对象250从保持管420推入出管410中。

移除齿轮装置414可以是连接到传动轮416的传统的嵌齿，或者可以是如图7所示的螺旋和蜗轮构造。移除齿轮装置414可以在合乎需要的时间连接到驱动动力子系统390和/或动力传动轴325(图5)，以便在放射对象被放射对象传动子系统300移动时，同步地提取该放射对象。这样，通过保持对象顺序和/或同步地将目标250移过示例性实施例放射性同位素产生系统100，子系统之间的精确定位和放射对象250识别是可行的。或者，马达922和/或数字计数器912可以附接到传动轴325，以便为计算机900提供旋转定位和定时。这样的系统可以与以上在图5中所讨论的马达921/数字计数器911组合相似，并且可以将相似的信息传递给共享的计算机900，以方便放射对象250在示例性实施例系统100内部的移动的同步以及从其中移除的同步。

虽然示例性实施例移除机构415被示为活塞/轮构造，但是其它类型的移除机构也可与示例性实施例一起使用。例如，移除机构415可以包括只是在被促动时将放射对象250推入出管410中的远程操作的促动器。如本领域技术人员所知，本领域已知的其它类型的移除机构可以替代移除机构415。

如图6所示，放射对象250可以填入向下通到流动控制机构450的保持管420。补料管460可以以螺旋形的方式向上并在子系统400和/或300周围延伸到放射对象贮存器419。这样，重力可以驱动放射对象250向下通过补料管460到达流动控制机构450。虽然补料管460被示为螺旋形，但是可以使用任何种构造，包括由附加驱动系统辅助以便将放射对象推到流动控制机构450的、自贮存器419笔直或向上的通道。

流动控制机构450可以是与放射对象传动子系统300的传动齿轮310a和310b(图5)相似的带齿的和/或特别地刨平的齿轮，而省略了对这些多余部分的描述。流动控制机构可以包括水平的而非像传动齿轮310a和310b那样垂直的成对的齿轮。与齿轮310a和310b相似，流动控制机构450可由通过连接齿轮连接到传动轴的蜗轮来移动。传动轴可以连接到马达和/或计数器，马达和/或计数器两者都可以连接到计算机900，计算机900可以与流动控制机构450一起进一步协调和控制放射对象250的运动。

流动控制机构450可以在补料管460和保持管420之间保持和/或移动放射对象，该补料管460和保持管420两者都可具有靠近流动控制机构450的开口。因为可以从贮存器490中用重力驱动放射对象，流动控制机构450可用于在任何不希望的时间阻止放射对象被向上推入保持管420中。流动控制机构450可由与放射对象传动子系统300(图5)相同的齿轮组320和/或动力传动件325驱动，以便简化和保持示例性实施例放射性同位素产生系统100的同步。对流动控制机构450进行控制的计算机900上的软件可以保持所有子系统200、300和400之间的同步性。

流动控制机构450被示为一组齿轮；然而，可使用若干种不同类型的阻止装置(如促动器、阀等)来控制放射对象在补料管460和保持管250之间的运动。

通过示例性实施例存储和移除系统400的构造，可以保持放射对象250顺序和线性不受将放射对象250插入示例性实施例放射性同位素产生系统100中和从其中移除的影响。例如，当放射对象250在堆芯中被放射之后，该放射对象250从放射传动系统300中被送入保持管420中，该对象可以被支持和/或被推入补料管460中，直到所有放射管从仪表管道子系统200中移除。由于补料管460的重力驱动性质，流动控制机构450可以允许经放射的放射对象250向上返回到移除机构415，该移除机构415可以同步地将成队列的经放射的放射对象250提取到出管410。这样，当经放射的放射对象250被引到安全壳411外时，可以保持放射对象从管50中最顶端到最底端的位置的精确的垂直顺序。

堆芯15内的中子通量对本领域技术人员通常是已知或可确定的。通过保持堆芯中的放射对象的线性顺序，示例性实施例系统100可以提供放射对象250中的最大的放射性。这样，通过允许将已准备好释放的对象置于具有有助于为放射对象250的医学和/或工业用途产生所需的特定放射性的流的轴向位置处，可以提高放射对象250的特定放射性。

此外，通过图6所示的构造，补料管460的长度大约可以等于仪表管50的长度，从而防止错误的计数或防止放射对象过量流到放射对象传动子系统300或管道子系统200中。贮存器419可以存储另外的放射对象，在所有的之前经放射的放射对象250传入保持管420中之后，该另外的放射对象可以释放到补料管460中。这样，贮存器419可以持续地将放射对象250供应到示例性实施例放射性同位素产生系统100中，并且可以提高放射性同位素的产量。

贮存器419可以充当目标补料储存器和用于放置离开多层环460的目标250的储存器。当子系统300和/或流动控制机构450将目标推进到反应堆堆芯中时，可以允许另外的目标250通过重力离开储存器419，并进入补料管460。当目标从反应堆堆芯退出时，该目标可以移回到储存器贮存器419中。贮存器419可以具有允许这种放射对象运动的多种形状，包括例如漏斗形贮存器。

图6所示的示例性实施例放射对象存储和移除子系统400有助于包含可用于医学和工业应用的短期放射性同位素的放射对象250的有序移除和/或存储；然而，其它示例性实施例子系统也可以成功地允许从放射性同位素产生系统100中移除经放射的放射对象250。例如，移除子系统300可以全部由引到安全壳外部的出管组成，使得放射对象250可以直接从放射对象传动系统离开容器10，和/或直接从放射对象传动系统装入容器10中。

放射性同位素产生系统的运行

以上描述了示例性实施例放射性同位素产生系统，可以概括这种示例性实施例用以实现示例性方法的运行。新的放射对象250可以存储在贮存器419(图6)中，和/或由流动控制机构450保持在补料管460中。在释放或启用流动控制机构450之后，通过重力(因为贮存器419位于保持管420上方)和/或通过流动控制机构驱动，放射对象250可以通过保持管420向上移动。

当足够量的放射对象250已经进入了保持管420时，放射对象250可以在传动齿轮310a和310b(图5)附近离开保持管420。传动齿轮310a和310b可以旋转，以与来自保持管420的放射对象250配合。传动齿轮310a和310b可以顺序地将放射对象250移入套管260(图3)中，同时保持放射对象250的顺序。放射对象250可以连续地推入套管260中，以便通过开口51进入仪表管50中，并且向上进入堆芯15中。当仪表管50和套管260装满了放射对象时，传动齿轮310a和310b可以使放射对象在管50中保持就位。

在放射对象保持在管50和堆芯15中的同时，可以运行堆芯15。已知堆芯15的轴向流分布和放射对象250补料，可以将放射对象保持在堆芯15内一段时间，以大致将放射对象250转变成所需的放射性同位素。

当所需的时间段结束时，传动齿轮310a和310b可以停止将目标250保持在管50和套管260内和/或调转方向以便允许放射对象从套管260返回到保持管420中。对放射对象250的这种向下驱动可以支持保持管420或补料管460中的其它放射对象进一步返回到补料管460中。保持机构450可以进一步协助使放射对象返回补料管460中，或者备选地，可以防止任何放射对象进入保持管或移除进入保持管的那些目标250，使得当经放射的放射对象250向下进入保持管420中时，该保持管420是空的。

当所有经放射的放射对象250从套管260倒空到保持管420中时，保持机构450可以将经放射的放射对象250推入或允许重力将其推入出管410(图7)中。移除机构415可以通过保持机构450将放射对象250以与其运动同步的方式推入出管410。

可以从出管410将经放射的放射对象250从安全壳411中移除并获取，以用于医学或工业。在示例性实施例系统的整个运行中，放射对象250保持线性顺序。以上所述的整个过程可以由如上所述关于各子系统驱动每个子系统的远程用户或计算机900自动地完成。例如，远程计算机900可以启动目标250到堆芯15的插入，并且可以计算堆芯15的轴向中子流分布和置于堆芯15中的放射对象250的中子特征。已知放射对象的线性顺序并由此已知其在堆芯中的轴向布置，计算机可以计算所需的曝露时间。当曝露时间过去时，计算机可以启动放射对象250从堆芯中的移除，且当从堆芯15移除了所有目标250时，计算机900可以启动从示例性实施例系统和安全壳411中移除目标250。当移除时，可以以线性顺序计算各个放射对象250的精确放射性和放射特性，从而允许获取和使用存在于经放射的放射对象250中的放射性同位素。

放射对象

图8A和8B是示例性实施例放射对象250a和250b的图示。如图8A所示，放射对象250a可以是粗略的球形，以便允许旋转并滚动通过示例性实施例设备。然而，如上所述，放射对象也可以是其它形状。例如，六面体和/或圆柱体可用于放射对象250，以便防止在某些或所有方向滚动，或以便适应不同的仪表管50几何形状和/或位置。驱动齿轮的表面和管道形状可以不同，以符合这些不同的放射对象几何形状。

如图8A所示，放射对象250a可以大体为实心的，并且由当曝露于存在于运行的民用核反应堆中的中子流时会转变成有用的放射性同位素的材料制成。或者，不同的材料可以在放射对象250a中不同半径上积累或层叠，以允许更容易地处理，及更容易地从放射对象250a中获取放射性同位素。

或者，如图8B所示，放射对象250b可以是空心的，并且包括当曝露于存在于运行的民用核反应堆中的中子流时会转变成有用的气态、液态和/或固态放射性同位素的液态、气态和/或固态材料。壳体251可以围绕和密封固态、液态或气态目标材料252，当曝露于中子流时具有可忽略的物理变化的壳体251包含例如不锈钢和/或铝。进入孔口253可以允许通过壳体251进入，以获取放射对象250b中产生的放射性同位素。例如，进入孔口253可以焊接或螺纹连接到壳体251上，以便为气态/液态/固态目标材料252和所产生的放射性同位素提供密封。进入孔口253可以包括当准备好获取气态/液态/固态放射性同位素时在受适当的外力影响时容易破裂、容易戳穿等的脆弱区域255。

虽然已将示例性实施例放射性同位素产生系统100详细描述成可用于执行产生和获取短期同位素的示例性方法的设备，但是应当理解，其它设备也可用于执行示例性方法。例如，包含放射对象的闭合套管可以以各种时间间隔以“弹药筒”状的方式插入运行的民用反应堆的仪表管中以及从其中移除，以便适当地将放射对象曝露于足以产生有用的短期放射性同位素的中子流。

可以在示例性实施例和示例性方法中产生多种不同的放射性同位素。示例性实施例和示例性方法可以具有特定的优点，因为它们允许以与所产生的放射性同位素的半衰期相比相对较快的时标(timescale)产生并获取短期同位素，而不停止民用反应堆、没有潜在地昂贵的过程，并且没有危险且长期的同位素和/或化学提取过程。虽然可以用示例性设备和方法来产生具有诊断和/或治疗应用的短期放射性同位素，但也可以产生具有工业应用和/或长时间的半衰期的放射性同位素。

可以在示例性方法和设备中选择仪表管50中的放射对象250和曝露时间量，以确定所产生的放射性同位素的类型和浓度。也就是说，如上所述，因为在运行的反应堆内的轴向中子通量水平是已知的，且因为示例性实施例可以允许精确控制用于示例性实施例设备和方法的放射对象250的轴向位置，所以放射对象250类型和尺寸以及曝露时间可用于确定所得的放射性同位素及其强度。本领域技术人员已知以及参照传统的衰退和截面表已知，曝露于特定量的中子流时何种类型的放射对象250将产生所需的放射性同位素。此外，可以基于放射对象250相对更小的中子截面选择放射对象250，以便基本上不干扰出现在运行的民用核反应堆堆芯中的核连锁反应。

例如，已知当曝露于特定量的中子流时，钼99可以转变成半衰期为约6小时的锝99。锝99具有多种特定的医学用途(包括医学成像和癌症诊断)和短期半衰期。使用由钼-99制成并基于目标250的尺寸曝露于运行的反应堆中的中子流的放射对象250，通过确定包含钼-99的放射对象的尺寸、运行的核堆芯中的目标的轴向位置、运行的核堆芯的轴向分布以及放射对象的曝露时间量，可以在示例性实施例设备和方法中产生和获得锝99。

下面的表1列出了使用适当的放射对象250可以在示例性方法中产生的若干种短期放射性同位素。所列出的短期放射性同位素的最长半衰期为约75天。假定反应堆停止和废燃料提取不频繁地两年出现一次，由于从燃料中提取和获取放射性同位素要求相当长的过程和冷却时间，以下所列的放射性同位素可能不能从传统的废核燃料中产生的获取。

表1-所产生的潜在放射性同位素列表

  母材  所产生的放射  性同位素  半衰期(大约)  潜在用途  钼99  锝99m  6小时  癌症和严重渗透的器官的成像  铬50  铬51  28天  标记血细胞和胃消化道失调  铜63  铜64  13小时  Wilson病和Menke病的研究  镝164  镝165  2小时  关节炎的滑膜切除术治疗  铒168  铒169  9.4天  减轻关节炎疼痛  钬165  钬166  27小时  肝癌和肿瘤治疗  碘化物130  碘化物131  8天  甲状腺癌症和beta治疗中的使用  铱191  铱192  74天  体内放射治疗、癌症治疗  铁58  铁59  46天  铁代谢和脾脏失调的研究  镥176  镥177  6.7天  内分泌肿瘤的成像和治疗  钯102  钯103  17天  前列腺癌的短程治疗  磷31  磷32  14天  真性红细胞增多症治疗  钾41  钾42  12小时  冠状血流研究  铼185  铼186  3.7天  骨癌治疗  钐152  钐153  46小时  减轻二级癌症疼痛  硒74  硒75  120天  消化酶的研究  钠23  钠24  15小时  电解质的研究  锶88  锶89  51天  减轻前列腺癌和骨癌疼痛  镱168  镱169  32天  脑脊髓液的研究  镱176  镱177  1.9小时  用于产生镥177  钇89  钇90  64小时  癌症短程治疗

表1不是可以在示例性实施例和示例性方法中产生的放射性同位素的完整列表，而是可与包括癌症治疗的医学治疗一起使用的某些放射性同位素的说明性列表。适当地选择目标，通过示例性实施例和方法可以产生和获取几乎任意短期放射性同位素来使用。

由此描述了示例性实施例，本领域技术人员将理解，通过常规实验可以改变示例性实施例，而无须进一步的创新性活动。变型不应视为偏离示例性实施例的精神和范围，对本领域技术人员显而易见的所有这种修改都意图包括在所附的权利要求书的范围之内。