本發(fā)明涉及一種輻照靶處理系統(tǒng)，特別地涉及一種用于將輻照靶插入核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的儀表管中并從所述核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的儀表管收回所述輻照靶的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

放射性核素用于科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，也用于醫(yī)療目的。這些放射性核素在研究用反應(yīng)堆或回旋加速器中產(chǎn)生。然而，因?yàn)橄惹坝糜诜派湫院怂氐纳虡I(yè)生產(chǎn)的設(shè)備數(shù)量是有限的且預(yù)計(jì)會減少，所以希望提供替代的生產(chǎn)場地。

通過將固態(tài)球形探頭引入到穿過反應(yīng)堆的堆芯的儀表管中來測量商業(yè)核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的中子通量密度等。因此，建議商業(yè)核反應(yīng)堆的儀表管應(yīng)在當(dāng)反應(yīng)堆處于發(fā)電運(yùn)行中時(shí)被用于生產(chǎn)放射性核素。特別地，可以使用商業(yè)核反應(yīng)堆的氣動小球測量系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)儀表管，且可以修改和/或補(bǔ)充小球測量系統(tǒng)的現(xiàn)有部件以使得在反應(yīng)堆運(yùn)行期間能夠有效生產(chǎn)放射性核素。

ep2093773a2表明：通常用于容納中子探測器的現(xiàn)有儀表管可以用來在商業(yè)核反應(yīng)堆的正常運(yùn)行期間產(chǎn)生放射性核素。特別地，將球形輻照靶線性地推入儀表管中且將其從儀表管中線性地移除。基于反應(yīng)堆的堆芯的軸向中子通量分布，確定反應(yīng)堆的堆芯中的靶的最佳位置和暴露時(shí)間。驅(qū)動齒輪系統(tǒng)用于移動和保持在儀表管中的輻照靶。

us2013/0177118a1公開了一種系統(tǒng)，其允許在不需要直接人機(jī)交互或中止發(fā)電活動的情況下，使輻照靶在核反應(yīng)堆中受到輻照且沉積在可收獲的構(gòu)造中。該系統(tǒng)包括可進(jìn)入的端點(diǎn)，其儲存所需要的生產(chǎn)的同位素以用于處理和/或運(yùn)送。穿透路徑可以提供通過反應(yīng)堆安全殼中的進(jìn)入屏障并到達(dá)反應(yīng)堆容器中的儀表管的入口。該系統(tǒng)還包括分流器、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、分度器和收獲桶，它們都可以位于建在核電站內(nèi)的安全殼的內(nèi)部。桶管提供了用于使輻照靶離開分流器的路徑，且可以包括對通過桶管離開的被激活的輻照靶的精確個(gè)數(shù)、總量或活性進(jìn)行檢測的一個(gè)或多個(gè)計(jì)數(shù)器。排氣管線連接至桶管，該排氣管線允許用來驅(qū)動輻照靶的氣動流體安全地離開該系統(tǒng)。桶管可以基于靶的性質(zhì)而與多個(gè)儲存桶一起使用。一個(gè)或多個(gè)止動件可以插入桶管中希望的位置以分出一定組群的輻照靶。

us2013/0177125a1涉及一種用于管理進(jìn)入核反應(yīng)堆的輻照靶和儀表的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：連接核反應(yīng)堆的進(jìn)入屏障外部的起始點(diǎn)與延伸到進(jìn)入屏障內(nèi)部的核反應(yīng)堆中的儀表管的穿透路徑，其中，穿透路徑可由至少一個(gè)輻照靶穿過，其中，穿透路徑包括至少一個(gè)儀表路徑和與儀表路徑不同的至少一個(gè)輻照靶路徑中的一者以及至少一個(gè)共用路徑；和選擇器，該選擇器被構(gòu)造成將儀表路徑和輻照靶路徑中的僅一者與共用路徑連接以便形成穿透路徑。選擇器包括與至少一個(gè)電機(jī)聯(lián)接的選擇模塊，并且根據(jù)其位置提供數(shù)個(gè)不同路徑?；谶x擇模塊的垂直定位，儀表路徑和輻照靶路徑中的僅一者可以與通到儀表管的共用路徑對齊且通向它。

us2013/0170927a1公開了用于在運(yùn)行中的商業(yè)核反應(yīng)堆的儀表管中生產(chǎn)放射性同位素的裝置和方法。在運(yùn)行期間，將輻照靶插入儀表管中且從儀表管中將其移除，并且將其轉(zhuǎn)換成放射性同位素。收獲桶和/或桶管可以配備有對移動到收獲桶中的輻照靶的性質(zhì)進(jìn)行計(jì)數(shù)或測量的靶計(jì)數(shù)器。輻照靶還可以包括所有其它靶之間的位于已知位置的跟蹤靶，其由與所有其它靶不同的材料制成且允許輻照靶的跟蹤和定位。叉件、分隔器、轉(zhuǎn)臺和分揀器的數(shù)種組合可以用來為輻照靶創(chuàng)造獨(dú)特的裝載和收獲路徑。

us2013/0315361a1也涉及在運(yùn)行中的商業(yè)核反應(yīng)堆的多個(gè)儀表管中生產(chǎn)放射性同位素的裝置和方法。在核反應(yīng)堆的運(yùn)行期間，將輻照靶插入多個(gè)儀表管中且從多個(gè)儀表管中將其移除，并將其轉(zhuǎn)換成放射性同位素。分度器被設(shè)置為通過使通到各儀表管的穿透路徑可進(jìn)入來將輻照靶選擇性地引導(dǎo)至核反應(yīng)堆內(nèi)的多個(gè)儀表管中的一個(gè)儀表管。分度器還可以選擇性地允許來自多個(gè)儀表管的輻照靶進(jìn)入通到進(jìn)入屏障外部的收獲點(diǎn)的單個(gè)/組合穿透路徑。定位輻照靶被設(shè)置為將其它輻照靶適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诤硕研緝?nèi)或附近的希望位置。定位靶可以由便宜的惰性材料或由磁性材料制成，且可以借助于磁性閂鎖來保持在儀表管中。經(jīng)過輻照后，靶從儀表管中釋放出來進(jìn)入收獲桶，且定位靶由于其標(biāo)記或物理性質(zhì)而可以從收獲桶中分揀出來。

常規(guī)的氣動小球測量系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并且例如在gb1324380a和us3263081a中被公開。

上述的放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)需要永久性地安裝在反應(yīng)堆設(shè)備中的用于處理被激活的輻照靶的結(jié)構(gòu)。然而，安裝上述永久性的放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)將涉及高成本。此外，系統(tǒng)可能需要選擇一個(gè)或多個(gè)特定儀表管用于放射性核素的產(chǎn)生。這些儀表管將不再可用于堆芯內(nèi)的中子通量或其它反應(yīng)堆條件的測量。此外，反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的中子通量將根據(jù)反應(yīng)堆的負(fù)載和運(yùn)行狀況而變化。因此，被選擇用于放射性核素的產(chǎn)生的特定儀表管處的中子通量可能不足，從而造成長久的停工期，或者放射性核素的產(chǎn)生可能需要延長的過程時(shí)間。

此外，由于從儀表管收回的被激活的輻照靶的高活性且因?yàn)榉磻?yīng)堆安全殼內(nèi)的空間有限，所以難以處理靶。特別地，含有放射性核素的被激活的靶必須填充和儲存在設(shè)置有重型輻射屏蔽物的容器中。然而，用于可移動的堆芯內(nèi)探測器(tip：traversingincoreprobe)系統(tǒng)和/或氣動小球測量系統(tǒng)的腔室不具有用于包裝和運(yùn)輸這些重型容器的任何結(jié)構(gòu)。在反應(yīng)堆安全殼中設(shè)置額外的水閘以用于處理被激活的靶和被屏蔽的容器也會太昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于從插入核反應(yīng)堆的堆芯的儀表管(例如，商業(yè)核反應(yīng)堆的氣動小球測量系統(tǒng)或可移動的堆芯內(nèi)探測器(tip)系統(tǒng)的儀表管等)中或者candu反應(yīng)堆的可視端口中的輻照靶產(chǎn)生放射性核素的系統(tǒng)，其允許在反應(yīng)堆運(yùn)行期間有效且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)放射性核素。

特別地，本發(fā)明的目的是提供一種用于將輻照靶插入核反應(yīng)堆的儀表管中且從所述核反應(yīng)堆的儀表管收回所述輻照靶的系統(tǒng)，其允許以降低的成本容易處理輻照靶，且另一個(gè)目的是提供一種用于處理輻照靶的系統(tǒng)，其可以用于反應(yīng)堆安全殼的可進(jìn)入?yún)^(qū)域中的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)內(nèi)。

由根據(jù)權(quán)利要求1所述的輻照靶處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上述目的。在可以彼此獨(dú)立組合的從屬權(quán)利要求中表明了本發(fā)明的有益和有利的實(shí)施方案。

在第一方面，本發(fā)明提供了一種用于將輻照靶插入核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的儀表管中并從所述核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的儀表管收回所述輻照靶的輻照靶處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

靶收回系統(tǒng)，所述靶收回系統(tǒng)包括被構(gòu)造成聯(lián)接至靶儲存容器和排氣系統(tǒng)的靶出口；

靶插入系統(tǒng)，所述靶插入系統(tǒng)包括靶填充裝置、靶保留管和聯(lián)接至所述靶填充裝置、所述靶保留管和所述靶收回系統(tǒng)的靶分流器，并且還包括位于所述靶保留管上的靶供應(yīng)接頭，其中，所述靶供應(yīng)接頭被構(gòu)造成連接至所述儀表管；和

輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)，所述輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括第一供氣管、第二供氣管和聯(lián)接至第一和第二供氣管的輸送氣體供應(yīng)接頭，其中，第一供氣管聯(lián)接至所述靶收回系統(tǒng)的出口且第二供氣管被構(gòu)造成聯(lián)接至儀表管氣體供應(yīng)接頭；

其中，所述靶收回系統(tǒng)、所述靶插入系統(tǒng)和所述輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)安裝在可移動支撐件上。

根據(jù)本發(fā)明，移動系統(tǒng)用于處理發(fā)電運(yùn)行期間的商業(yè)核反應(yīng)堆的現(xiàn)有氣動小球測量系統(tǒng)或其它堆芯內(nèi)測量系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)儀表管中的輻照靶，或者用于處理反應(yīng)堆的位于反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部或附近的開口(例如，candu反應(yīng)堆的可視端口等)中插入的新型管中的輻照靶。移動系統(tǒng)允許利用氣動力和重力將輻照靶安全地插入各種儀表管中且從各種儀表管中收回被激活的輻照靶。移動靶處理系統(tǒng)包括用于將系統(tǒng)部件聯(lián)接至儀表管和外部排氣系統(tǒng)以及任選的連接至外部氣體供應(yīng)的連接接口。移動靶處理系統(tǒng)還可以包括允許將特定數(shù)量的輻照靶卸載到屏蔽輻射的儲存容器中，同時(shí)向其排放有限的氣溶膠的機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明提供了一種簡單且成本有效的用于處理用于產(chǎn)生放射性核素的輻照靶的系統(tǒng)。如果需要生產(chǎn)人造的放射性核素(以及在當(dāng)需要生產(chǎn)人造的放射性核素時(shí))，那么靶處理系統(tǒng)的必要部件設(shè)置在移動支撐件上，并且這些必要部件可以連接至現(xiàn)有的氣動小球測量系統(tǒng)或任何其它堆芯內(nèi)測量系統(tǒng)，或者可以連接至插入反應(yīng)堆的位于反應(yīng)堆壓力容器的內(nèi)部或附近的開口(例如，candu反應(yīng)堆的可視端口等)中的新型管。因此，僅需要對現(xiàn)有的堆芯內(nèi)測量系統(tǒng)進(jìn)行小的修改。根據(jù)反應(yīng)堆的狀態(tài)和反應(yīng)堆的堆芯的特定的儀表管處的實(shí)際中子通量狀況，為了放射性核素產(chǎn)生的目的，靶處理系統(tǒng)也允許在特定的儀表管之間進(jìn)行選擇和改變。因此，本發(fā)明能夠以低成本對可購得的用于產(chǎn)生放射性核素的儀表管進(jìn)行升級，而不需要永久地安裝放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)。因?yàn)槿绻恍枰a(chǎn)生放射性核素，那么可以將系統(tǒng)儲存在反應(yīng)堆安全殼的外部，所以在安全殼內(nèi)需要較少空間。移動系統(tǒng)也更容易滿足例如針對地震事件的穩(wěn)定性等安全要求。

根據(jù)所述輻照靶處理系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案，所述靶收回系統(tǒng)包括排出管，所述排出管具有用于阻擋所述輻照靶移動到所述出口中的鎖定元件。優(yōu)選地，鎖定元件包括鎖定銷。

靶收回系統(tǒng)的排出管被構(gòu)造成從延伸到核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)且任選地延伸通過核反應(yīng)堆的堆芯的儀表管中接收被激活的輻照靶。更優(yōu)選地，所述排出管具有倒u形的管部分，其可以用于分配和卸載特定數(shù)量的輻照靶。排出管的倒u形的部分形成頂點(diǎn)，該頂點(diǎn)將排出管分成接近出口的第一部分和通到儀表管的第二部分。

優(yōu)選地，鎖定元件設(shè)置在鄰近出口的排出管第一部分中以阻擋被激活的輻照靶從排出管移出。

從儀表管中收回且傳送到排出管中的被激活的輻照靶通過鎖定元件保持在排出管中，并且通過頂點(diǎn)分成待從排出管中釋放的預(yù)定數(shù)量的被激活的靶和待被保持在排出管或靶保留管中的其它數(shù)量的被激活的靶。多個(gè)被屏蔽的儲存容器中的一個(gè)可以優(yōu)選在設(shè)置在出口自由端的接頭處聯(lián)接至出口。當(dāng)打開鎖定元件時(shí)，預(yù)定數(shù)量的被激活的靶可以在重力驅(qū)動下離開排出管，并且被收集在被屏蔽的儲存容器中。離開排出管的被激活的靶的數(shù)量由排出管第一部分中的靶列的長度來確定。

因?yàn)閮H具有預(yù)定較低活性的預(yù)定數(shù)量的被激活的靶從靶收回系統(tǒng)中釋放且被儲存在被屏蔽的容器中，所以可以使用具有較少輻射屏蔽物的更小容器，這些容器易于在反應(yīng)堆安全殼內(nèi)手動地或者借助于現(xiàn)有處理結(jié)構(gòu)來運(yùn)輸。

優(yōu)選地，所述排出管包括用來確定靶的活性的傳感器。設(shè)置傳感器允許確定被激活的輻照靶和與之相對的定位靶的存在，且還允許控制運(yùn)行時(shí)間和監(jiān)測從排出管中釋放的被激活的靶的數(shù)量。

仍優(yōu)選地，所述靶收回系統(tǒng)包括優(yōu)選可移動地配置在所述排出管上以用于將磁性靶與非磁性靶分開的至少一個(gè)磁體。更優(yōu)選地，磁體可以用來選擇在排出管中的被激活的輻照靶且將被激活的輻照靶與定位靶分開。定位靶由惰性材料制成且可以用來實(shí)現(xiàn)輻照靶在核反應(yīng)堆的堆芯中的適當(dāng)?shù)妮S向定位。最優(yōu)選地，輻照靶和定位靶中的一種是鐵磁性的而輻照靶和定位靶中的另一種是非磁性的或順磁性的。

至少一個(gè)磁體可以選自永磁體和螺線管。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁體沿著排出管第一部分可移動，以便選擇性地將鐵磁性靶暴露于磁場且將鐵磁性靶保留在排出管中。

所述排出管可以連接至用于釋放被阻擋的輻照靶的振動器。這便于被激活的輻照靶的安全處理，并且還能夠清除排出管的顆粒物。

優(yōu)選地，所述靶收回系統(tǒng)的出口包括聯(lián)接至第一供氣管和所述排氣系統(tǒng)的球閥。球閥被構(gòu)造成用于將氣體排放到排出管的外部，并且用于在重力的作用下通過出口將被激活的輻照靶從排出管中釋放到儲存容器中。設(shè)置用于將氣體排放到排出管外部的球閥保證了：在靶輸送和從排出管收回期間，沒有放射性氣溶膠釋放到反應(yīng)堆安全殼中。

優(yōu)選地，排氣管連接至球閥和排氣系統(tǒng)，并且包括球閥下游的截止閥。更優(yōu)選地，排氣管包括用于將出口的球閥聯(lián)接至排氣系統(tǒng)的接頭。

根據(jù)本發(fā)明的輻照靶處理系統(tǒng)的靶插入系統(tǒng)包括靶填充裝置、靶保留管和聯(lián)接至靶填充裝置、靶保留管和靶收回系統(tǒng)的靶分流器。

靶填充裝置被構(gòu)造成提供待被插入儀表管中的輻照靶和任選的定位靶的源。優(yōu)選地，靶填充裝置包括用于手動插入的漏斗以及包含多個(gè)輻照靶和/或定位靶的筒中的一種。更優(yōu)選地，筒連接至氣體供應(yīng)，該筒可以通過閥來打開和關(guān)閉以自動插入新靶。筒可以通過可控閥來連接至氣動供氣系統(tǒng)。這能夠使靶自動插入在儀表管中。在從儀表管中收回被激活的靶前，將包含還未被激活的輻照靶的筒安裝到處理系統(tǒng)。

優(yōu)選地，靶分流器被構(gòu)造成在從靶填充裝置至保留管的通路與從保留管至排出管的通路之間進(jìn)行選擇。

優(yōu)選地，所述靶保留管適于容納插入所述儀表管中或從所述儀表管收回的所有輻照靶。

更優(yōu)選地，保留管以螺旋管的形狀來配置，其中，螺旋管的與靶分流器相對的下端通到儀表管或反應(yīng)堆的堆芯。

仍更優(yōu)選地，所述靶保留管包括上升管部分和位于所述上升管部分的上端用于阻擋輻照靶移動到儀表管中的鎖定元件。這使靶處理期間的儀表管的損壞風(fēng)險(xiǎn)最小化。

仍更優(yōu)選地，所述靶保留管包括用來確定靶的活性、靶的輸送時(shí)間、靶的數(shù)量和靶的磁性質(zhì)中的至少一種的傳感器。

靶插入系統(tǒng)還包括位于靶保留管上的靶供應(yīng)接頭，其中，靶供應(yīng)接頭被構(gòu)造成連接至儀表管。優(yōu)選地，靶供應(yīng)接頭配置在保留管的鄰近位于保留管的上升管部分的上端的鎖定元件的自由端。

輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)的第一供氣管聯(lián)接至靶收回系統(tǒng)的出口，并且被構(gòu)造成供應(yīng)加壓氣體，該加壓氣體用于將被激活的輻照靶從排出管輸送到保留管中且用于將輻照靶從保留管輸送到用于產(chǎn)生放射性核素的儀表管中。

輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)的第二供氣管被構(gòu)造成聯(lián)接至儀表管供氣接頭，并且用來將加壓氣體提供到儀表管以用于從儀表管中收回被激活的輻照靶且將被激活的輻照靶傳送到保留管和/或排出管中。

優(yōu)選地，所述輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括連接至所述輸送氣體供應(yīng)接頭的壓縮氣瓶?？蛇x擇地，輸送氣體供應(yīng)接頭可以聯(lián)接至外部的加壓氣體源，例如現(xiàn)有的氣動小球測量系統(tǒng)的氣體供應(yīng)等。

優(yōu)選地，第一和第二供氣管包括截止閥，其可以用來阻擋到輻照靶處理系統(tǒng)的任何氣體供應(yīng)且也可以用來在靶插入操作與靶收回操作之間進(jìn)行選擇。

可選擇地，第一和第二供氣管可以均包括定向控制閥，優(yōu)選3/2定向控制閥。優(yōu)選地，第一供氣管中的定向控制閥將第一供氣管連接至所述出口和通到所述排氣系統(tǒng)的排氣管。優(yōu)選地，第二供氣管中的定向控制閥被構(gòu)造成將第二供氣管連接至通到所述排氣系統(tǒng)的旁路管道和第一供氣管。

所述輻照靶處理系統(tǒng)還可以包括接口，其聯(lián)接至用于監(jiān)測和控制系統(tǒng)部件的操作的儀表和控制單元和/或在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)。

在另一方面，本發(fā)明涉及一種輻照靶處理系統(tǒng)的用途，所述用途是用于對具有延伸到反應(yīng)堆的堆芯中且任選地延伸通過反應(yīng)堆的堆芯以用于產(chǎn)生放射性核素的或者位于反應(yīng)堆的堆芯附近的其中中子通量仍足以產(chǎn)生放射性核素的至少一個(gè)儀表管的現(xiàn)有商業(yè)核電反應(yīng)堆進(jìn)行升級。因此，本發(fā)明提供了用于產(chǎn)生放射性核素的容易的改造方案，其成本低且對包含在商業(yè)核電反應(yīng)堆中的被證明是安全的現(xiàn)有測量系統(tǒng)進(jìn)行最小修改。

優(yōu)選地，輻照靶處理系統(tǒng)用來將輻照靶插入多個(gè)儀表管中的選定的一個(gè)儀表管中并且從所述多個(gè)儀表管中的選定的一個(gè)儀表管中收回所述輻照靶。更優(yōu)選地，輻照靶處理系統(tǒng)用來在產(chǎn)生放射性核素的第一個(gè)步驟中將輻照靶插入多個(gè)儀表管中的選定的一個(gè)儀表管中并且從所述多個(gè)儀表管中的選定的一個(gè)儀表管中收回所述輻照靶，并且用來在產(chǎn)生放射性核素的后續(xù)步驟中將輻照靶插入多個(gè)儀表管中的另外一個(gè)儀表管中并且從所述多個(gè)儀表管中的另外一個(gè)儀表管中收回所述輻照靶。

附圖說明

從以下對優(yōu)選實(shí)施方案的說明和其中類似的元件由類似的附圖標(biāo)記來表示的附圖中可更明顯地看出本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)。僅通過舉例的方式給出優(yōu)選的實(shí)施方案，并且優(yōu)選的實(shí)施方案的目的不是限制從隨附的權(quán)利要求中明顯得出的本發(fā)明的范圍。

在附圖中，

圖1示出了放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)置的示意圖；

圖2示出了部分填充有輻照靶且部分填充有定位靶的儀表管；

圖3示出了本發(fā)明的靶處理系統(tǒng)的示意圖；

圖4示出了靶收回子系統(tǒng)的示意圖；

圖5示出了用于靶收回子系統(tǒng)的球閥的示意圖；

圖6示出了靶分流器的示意圖；以及

圖7示出了靶處理系統(tǒng)的替代設(shè)置。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明設(shè)想：商業(yè)核反應(yīng)堆可以用于在反應(yīng)堆運(yùn)行期間生產(chǎn)人造的放射性同位素或放射性核素。特別地，可以對包括延伸到商業(yè)反應(yīng)堆的反應(yīng)堆的堆芯中和/或延伸通過商業(yè)反應(yīng)堆的反應(yīng)堆的堆芯的儀表管的常規(guī)氣動小球測量系統(tǒng)或其它測量系統(tǒng)進(jìn)行修改和/或補(bǔ)充以使得當(dāng)反應(yīng)堆處于能量產(chǎn)生模式時(shí)能夠有效且高效地生產(chǎn)放射性核素。

例如，商業(yè)氣動小球測量系統(tǒng)或可移動的堆芯內(nèi)探測器(tip)系統(tǒng)的其中一些導(dǎo)管用來將輻照靶引導(dǎo)到反應(yīng)堆的堆芯的儀表管中且用來引導(dǎo)被激活的輻照靶從反應(yīng)堆的堆芯離開。通過將輻照靶定位在反應(yīng)堆的堆芯的預(yù)定區(qū)域中來最優(yōu)化靶的激活，該預(yù)定區(qū)域具有足以將輻照靶中的母體材料完全轉(zhuǎn)換成需要的放射性核素的中子通量。

可以通過由惰性材料制成的定位靶以及按順序排列定位靶和輻照靶以便在儀表管中形成一列靶來實(shí)現(xiàn)輻照靶的適當(dāng)定位，在一列靶中，輻照靶位于反應(yīng)堆的堆芯的預(yù)先計(jì)算出的最佳軸向位置，且其它位置由惰性定位靶占據(jù)或空著。優(yōu)選地，輻照靶和惰性靶具有不同的磁性質(zhì)。惰性靶可以由對輻照靶材料不產(chǎn)生任何影響的穩(wěn)定的磁性材料制成。

圖1圖示了商業(yè)核電站內(nèi)的放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)的基本設(shè)置。與研究用反應(yīng)堆完全不同，商業(yè)核反應(yīng)堆的用途是生產(chǎn)電力。商業(yè)核反應(yīng)堆通常具有100+兆瓦電的額定功率。

示例性實(shí)施方案中所述的放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)的基礎(chǔ)源于用來測量核反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的中子通量密度的常規(guī)氣動小球測量系統(tǒng)。多個(gè)氣動小球按照線性順序配置，從而在儀表管中形成氣動小球的列。氣動小球是基本上球形或圓形的探頭，但是可以具有例如橢球體或圓柱體等其它形式，條件是它們能夠移動通過測量系統(tǒng)的管道。氣動小球測量系統(tǒng)包括氣動操作的驅(qū)動系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將氣動小球插入延伸到反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)且穿過反應(yīng)堆的堆芯的整個(gè)軸向長度的儀表管中，并且在激活后將氣動小球從儀表管中移除。

本發(fā)明的放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)可以建造為與常規(guī)的氣動小球測量系統(tǒng)的未經(jīng)修改的儀表管連接的獨(dú)立系統(tǒng)。本發(fā)明的輻照靶處理系統(tǒng)包括放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)的大多數(shù)部件，這些部件設(shè)置在可移動支撐件上且僅在靶插入和收回期間臨時(shí)附接至儀表管。因此，不需要對現(xiàn)有氣動小球測量系統(tǒng)進(jìn)行永久性修改。

參照圖1，商業(yè)核反應(yīng)堆包括與穿過核反應(yīng)堆的堆芯10的至少一個(gè)儀表管14連接的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管12。導(dǎo)管12被構(gòu)造成允許將氣動小球以及輻照靶16和任選的定位靶18(參見，圖2)插入儀表管14中且將它們從儀表管14中移除。

商業(yè)核反應(yīng)堆的氣動小球測量系統(tǒng)適于處理具有圓形、圓柱形、橢圓形或球形形狀且具有與氣動小球測量系統(tǒng)的儀表管14的空隙相當(dāng)?shù)闹睆降妮椪瞻?6。優(yōu)選地，靶16、18的直徑為1至3mm，優(yōu)選為約1.7mm。

導(dǎo)管12穿透反應(yīng)堆的進(jìn)入屏障20且聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)儀表管14。優(yōu)選地，儀表管14穿透核反應(yīng)堆的壓力容器蓋，使得儀表管14從上至下延伸過反應(yīng)堆的堆芯10的基本上整個(gè)軸向長度。儀表管14的在反應(yīng)堆的堆芯10的底部處的端部是封閉的和/或設(shè)置有止動件使得插入儀表管14中的輻照靶16形成一列，在該列中，各靶16位于反應(yīng)堆的堆芯10中的預(yù)定軸向位置。

優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)濕度傳感器(未示出)可以設(shè)置在導(dǎo)管12上以檢測主冷卻劑或任何其它液體的任何進(jìn)入。應(yīng)理解的是，儀表管14與核反應(yīng)堆的堆芯中的燃料元件周圍的主冷卻劑直接接觸。濕度傳感器可以基于被修改為用于測量電阻的火花塞。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，商業(yè)核反應(yīng)堆是壓水反應(yīng)堆。更優(yōu)選地，儀表管14是例如epr^tm或siemens^tmpwr核反應(yīng)堆等壓水反應(yīng)堆(pwr：pressurizedwaterreactor)的常規(guī)氣動小球測量系統(tǒng)的儀表管。

然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明不限于pwr反應(yīng)堆的氣動小球測量系統(tǒng)的使用。而是，也可以使用沸水反應(yīng)堆(bwr：boilingwaterreactor)的可移動的堆芯內(nèi)探測器系統(tǒng)的儀表管、candu反應(yīng)堆的可視端口和重水反應(yīng)堆中的溫度測量和/或中子通量通道。

如圖1所示，導(dǎo)管12連接至輻照靶處理系統(tǒng)22，該輻照靶處理系統(tǒng)被構(gòu)造成以預(yù)定的線性順序?qū)⑤椪瞻?6和任選的定位靶18插入儀表管14中，并且從儀表管14中收回被激活的輻照靶16和定位靶18，從而保留靶的線性順序。

輻照靶處理系統(tǒng)22是氣動操作的，其允許使用例如氮?dú)饣蚩諝獾燃訅簹怏w對輻照靶16和任選的定位靶18進(jìn)行快速且被證明是安全的處理。

靶處理系統(tǒng)22包括靶收回系統(tǒng)，靶收回系統(tǒng)被構(gòu)造成從儀表管14中接收被激活的輻照靶16和任選的定位靶18，并且將預(yù)定數(shù)量的被激活的輻照靶傳送到屏蔽輻射的儲存容器中。下文參照圖3更詳細(xì)地說明靶收回系統(tǒng)。

進(jìn)一步參照圖1，儀表和控制單元(icu：instrumentationandcontrolunit)24連接至靶處理系統(tǒng)22以及在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26以用于控制輻照靶16的激活。優(yōu)選地，icu24也連接至氣動小球測量系統(tǒng)的故障監(jiān)測系統(tǒng)28以用于報(bào)告任何系統(tǒng)錯(cuò)誤。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26與儀表和控制單元24被構(gòu)造成使得通過考慮反應(yīng)堆的實(shí)際狀態(tài)，特別是當(dāng)前的中子通量、燃料燃耗、反應(yīng)堆功率和/或負(fù)載，來最優(yōu)化用于將輻照靶16轉(zhuǎn)換成需要的放射性核素的激活過程。因此，可以計(jì)算最佳軸向輻照位置和輻照時(shí)間以獲得最佳結(jié)果。然而，是在氣動小球測量系統(tǒng)的icu24中還是由氣動小球測量系統(tǒng)的堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算并不重要。

icu24經(jīng)由接口連接至在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26軟件。該軟件被構(gòu)造成根據(jù)實(shí)際的中子通量來在線計(jì)算靶需要的輻照時(shí)間。靶處理系統(tǒng)22由icu24操作。用于靶激活的啟動/停止信號在這兩個(gè)系統(tǒng)之間交換。icu24還連接至靶處理系統(tǒng)22的包括傳感器在內(nèi)的機(jī)械部件。常規(guī)氣動小球測量系統(tǒng)的在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26(例如，可從areva^tm獲得的powertrax/s^tm堆芯監(jiān)測軟件系統(tǒng))能夠提供用于計(jì)算放射性核素的有效產(chǎn)生所需要的最佳激活條件的基本上所有相關(guān)輸入數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26向儀表和控制單元24提供的信息包括下列信息中的至少一種：中子通量(來自堆芯外或堆芯內(nèi)的探測器)、來自現(xiàn)有氣動小球測量系統(tǒng)的激活值、燃耗、反應(yīng)堆功率、負(fù)載、棒位置、流量、入口溫度、壓力以及時(shí)間同步。將關(guān)于反應(yīng)堆的越多信息考慮為輸入數(shù)據(jù)，最佳軸向輻照位置和輻照時(shí)間的計(jì)算結(jié)果將越精確。前面提到的參數(shù)可以包括實(shí)時(shí)值和任意衍生值，如在預(yù)定時(shí)段內(nèi)的發(fā)展。

從堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26獲得的信息也可以用在icu24中以計(jì)算其它參數(shù)，例如選定的儀表管14中的限定各自靶列的實(shí)際長度的輻照靶16的數(shù)量，以及各個(gè)輻照靶16和任選的定位靶18在靶列內(nèi)的位置等。icu24和/或操作員基于計(jì)算結(jié)果操作靶處理系統(tǒng)22的機(jī)械部件。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，icu24被構(gòu)造成使得靶處理系統(tǒng)22的閥的操作是至少部分自動的以實(shí)現(xiàn)靶處理系統(tǒng)的安全且可靠的操作。

更優(yōu)選地，儀表和控制單元24可以被構(gòu)造成特別是在靶處理系統(tǒng)22將輻照靶16和/或定位靶18每次插入后自動控制導(dǎo)管12內(nèi)的壓力。

優(yōu)選地，在操作員站經(jīng)由處理單元來監(jiān)測和控制放射性核素產(chǎn)生系統(tǒng)的操作。處理單元可以安裝在控制柜室(未示出)中的單獨(dú)控制柜中。處理單元配備有顯示裝置，且尤其允許控制靶處理系統(tǒng)22的閥的特定參數(shù)。

在操作員站，可以監(jiān)測輻照期間的輻照靶16的狀況和剩余的輻照時(shí)間。當(dāng)儀表管14中的一組靶16的輻照時(shí)間達(dá)到計(jì)算的時(shí)間時(shí)，消息提示操作員開始針對選定的儀表管14的收回和收獲處理。

在將輻照靶16和定位靶18每次插入儀表管14中后，以全自動的方式檢查和管理管內(nèi)的壓力。icu24也還收集表示某些系統(tǒng)狀況的數(shù)字信號。特別地，濕度傳感器的信號允許進(jìn)行例如主冷卻劑進(jìn)入儀表管14系統(tǒng)中等泄漏監(jiān)測。

氣動小球測量系統(tǒng)的負(fù)載柜可以適于為靶處理系統(tǒng)22的部件(包括閥和控制柜中的處理單元)提供電力。具有適當(dāng)保險(xiǎn)絲的附加功率變換器可以安裝在負(fù)載柜中。也可以使用設(shè)置于控制柜室中的附加的24伏電源。

參照圖2，儀表管14或其它氣動小球管道穿透反應(yīng)堆壓力容器的蓋。儀表管14從上至下延伸通過反應(yīng)堆的堆芯10的基本上整個(gè)軸向長度上。輻照靶16和任選的定位靶18以線性順序插入儀表管14中以形成靶列，在靶列中，靶16、18分別位于預(yù)定的軸向位置。儀表管14包括位于管頂部的與靶處理系統(tǒng)22聯(lián)接的進(jìn)氣口30。

可選擇地，例如，如果沸水反應(yīng)堆的tip系統(tǒng)連接至靶處理系統(tǒng)22，那么也可以將靶從位于反應(yīng)堆的堆芯10底部的干井插入儀表管14中。在這種情況下，設(shè)置有用于將輻照靶16和定位靶18保留在儀表管14中的額外工件。

輻照靶16由非裂變材料制成，并且包括用于產(chǎn)生放射性核素的合適前體材料，該放射性核素用于醫(yī)療和/或其它目的。更優(yōu)選地，輻照靶由前體材料構(gòu)成，該前體材料一旦通過暴露于運(yùn)行中的商業(yè)核反應(yīng)堆的堆芯中存在的中子通量而激活，就轉(zhuǎn)換成希望的放射性核素。有用的前體材料是mo-98、yb-176和lu-176，它們分別轉(zhuǎn)換成mo-99和lu-177。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于使用特定的前體材料。

定位靶18由在運(yùn)行中的核反應(yīng)堆的堆芯10的條件下基本上不被激活的惰性材料制成。優(yōu)選地，定位靶能夠由便宜的惰性材料制成，并且可以具有與輻照靶不同的磁性質(zhì)。優(yōu)選地，定位靶18可以在經(jīng)過短的衰減時(shí)間后再被使用，使得進(jìn)一步減少放射性廢物的量。

為了用于常規(guī)氣動小球測量系統(tǒng)，輻照靶16和定位靶18具有圓形的形狀，優(yōu)選球形或圓柱形的形狀，使得靶可以通過加壓氣體(例如，空氣或氮?dú)獾?和/或在重力的作用下光滑地滑動通過氣動小球測量系統(tǒng)的導(dǎo)管12且可以在氣動小球測量系統(tǒng)的導(dǎo)管12中容易被引導(dǎo)。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，定位靶18和輻照靶16具有不同的磁性質(zhì)。優(yōu)選地，定位靶18或輻照靶16具有磁吸引性。更優(yōu)選地，輻照靶16和定位靶18中的一種是鐵磁性的，而輻照靶16和定位靶18中的另一種是非磁性的或順磁性的。更優(yōu)選地，定位靶18由包括鐵素體不銹鋼或鐵素體在內(nèi)的如鐵或鐵合金等鐵磁性材料制成。

借助于在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26，可以確定儀表管14的其中中子通量對于生產(chǎn)放射性核素來說是過低的部分32、36以及其中中子通量在所需的輻照靶要求以上且因此足以用于生產(chǎn)所希望的放射性核素的部分34。

為了消除昂貴輻照靶16的任何浪費(fèi)，優(yōu)選地，將定位靶18設(shè)置且定位在輻照管14的中子通量密度對于放射性核素的產(chǎn)生來說過低的下端部分32中。

根據(jù)圖2所示的實(shí)施方案，輻照靶16位于定位靶18之上并且通過定位靶18保持在輻照管14的中心部分34的適當(dāng)位置，如icu24和/或在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26所確定的，在中心部分34中的中子通量足以將輻照靶完全轉(zhuǎn)換成希望的放射性核素。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，儀表管14的上部部分36空著。

在商業(yè)壓水反應(yīng)堆中，儀表管的對放射性核素的產(chǎn)生有用的部分34通常延伸過約3至4米，且端部部分32、36延伸過0.5至1米。根據(jù)核燃料負(fù)載，對于輻照靶14的激活有用的部分34在堆芯中的位置可以變化。這些值可以根據(jù)反應(yīng)堆的類型和反應(yīng)堆的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)而變化，并且對于沸水反應(yīng)堆、重水反應(yīng)堆和candu反應(yīng)堆來說將分別是不同的。

在另一個(gè)實(shí)施方案(未示出)中，儀表管14中的輻照靶16中的一個(gè)或多個(gè)可以通過一個(gè)或多個(gè)定位靶18來彼此分開，從而限定輻照靶子部分。優(yōu)選地，輻照靶子部分中的輻照靶16具有相同或不同的材料性質(zhì)。更優(yōu)選地，相鄰子部分中的輻照靶16的用于產(chǎn)生放射性核素的前體材料不同。該實(shí)施方案使得在一步操作中能夠生產(chǎn)不同的放射性核素。

輻照靶16借助于便宜的定位靶18而在商業(yè)核反應(yīng)堆的儀表管14中最佳地定位提供了在反應(yīng)堆運(yùn)行期間的有效且經(jīng)濟(jì)的放射性核素的生產(chǎn)，且也避免了由于不完全的靶激活而造成的核廢物的產(chǎn)生。

圖3示意性地示出了本發(fā)明的輻照靶處理系統(tǒng)22。

具體地，靶處理系統(tǒng)22包括：靶收回系統(tǒng)38，該靶收回系統(tǒng)具有被構(gòu)造成聯(lián)接至核電站的靶儲存容器42和排氣系統(tǒng)44的靶出口40；靶插入系統(tǒng)46，該靶插入系統(tǒng)被構(gòu)造成將輻照靶16插入儀表管14中且將被激活的輻照靶16從儀表管14引導(dǎo)至靶收回系統(tǒng)38；和輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)48，該輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)被構(gòu)造成聯(lián)接至加壓氣體的源50且將靶處理系統(tǒng)22內(nèi)的靶16、18驅(qū)動到反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14中以及將靶16、18從反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14中驅(qū)趕出來。

靶收回系統(tǒng)38、靶插入系統(tǒng)46和輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)48安裝在可移動支撐件52上?？梢苿又渭?2可以是能夠在核反應(yīng)堆安全殼內(nèi)部的可進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)移動的任何可移動系統(tǒng)。優(yōu)選地，可移動支撐件52包括手推車，或者機(jī)動或電驅(qū)動推車。

靶收回系統(tǒng)38的出口40連接至排出管54，該排出管具有用于阻擋被激活的輻照靶16移動到出口40中的鎖定元件56。鎖定元件56可以是磁或機(jī)械操作的限制元件，優(yōu)選為穿過排出管54的銷。

排出管54被構(gòu)造成接收激活完成后被驅(qū)趕出儀表管的輻照靶16。輻照靶16和/或定位靶18的線性順序在排出管54中得到保留。

出口40位于排出管54的鄰近鎖定元件56的自由端，并且具有用于與多個(gè)儲存容器42中的一個(gè)聯(lián)接的出口接頭58。儲存容器42被構(gòu)造成接收從儀表管14收回的被激活的輻照靶16。優(yōu)選地，儲存容器42具有屏蔽物以使操作員暴露于來自被激活的輻照靶16的輻射的可能性最小化。

球閥60配置在靶收回系統(tǒng)38的出口40中。球閥60被構(gòu)造成用于將氣體從排出管54排出，且用于在重力的作用下將被激活的輻照靶16從排出管54通過出口40釋放到儲存容器42中。排氣管62連接至球閥60，并且設(shè)置有用于聯(lián)接至核電站的外部排氣系統(tǒng)44的排氣管接頭64。排氣管62還包括位于球閥60下游的截止閥66。

排氣管62也可以包括可以配備有另一個(gè)截止閥70的旁路68。旁路管道用來在當(dāng)輻照靶16被驅(qū)動進(jìn)入儀表管14中時(shí)提供壓力補(bǔ)償。在這種情況下，打開截止閥70，且關(guān)閉球閥60和截止閥66。

排出管54形成為倒u形的形狀，從而形成頂點(diǎn)72，該頂點(diǎn)將排出管54分成接近出口40的第一部分74以及與靶插入系統(tǒng)46和儀表管14連接的第二部分76。

鎖定元件56設(shè)置在出口40附近的排出管第一部分74中以阻擋被激活的輻照靶16移出排出管54。

用于確定靶的活性或其它靶參數(shù)的傳感器78設(shè)置在鄰近鎖定元件56的排出管第一部分74上。傳感器78可以具有準(zhǔn)直器，并且用于確定被激活的輻照靶16和與之相對的未被激活的定位靶18的存在。此外，傳感器78可以用于輻照靶16的充分激活的質(zhì)量控制，且用于被激活的靶16從儀表管14至鎖定元件56的運(yùn)行時(shí)間控制以便指示維護(hù)需求。傳感器78也可以用來檢測因此待被分配進(jìn)入輸送墊片的被激活的輻照靶的數(shù)量。優(yōu)選地，傳感器78可以在輻照靶16中檢測到足量活性后觸發(fā)球閥60使之關(guān)閉以便防止被激活的靶進(jìn)一步插入儲存容器42中。

至少一個(gè)磁體80可移動地配置在排出管第一部分74上以用于將磁性靶與非磁性靶分開。更優(yōu)選地，磁體80可以用來選擇排出管54中的被激活的輻照靶16且用來將其與定位靶18分開。至少一個(gè)磁體80可以選自永磁體和螺線管。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁體80沿著排出管第一部分74可移動以便選擇性地將鐵磁性靶暴露于磁場且將鐵磁性靶保留在排出管54中。

排出管54可以連接至振動器82，該振動器用于釋放被阻擋的輻照靶16和/或用來移除例如磨屑等顆粒物。優(yōu)選地，振動器82在頂點(diǎn)72附近與排出管54接合。

排出管第二部分76將靶收回系統(tǒng)38連接至靶插入系統(tǒng)46。靶插入系統(tǒng)46包括靶填充裝置84、靶保留管86和靶分流器88。

靶分流器88經(jīng)由排出管第二部分76聯(lián)接至靶收回系統(tǒng)38。靶填充裝置84被構(gòu)造成提供待被插入儀表管14中的輻照靶16和/或定位靶18的源，并且也聯(lián)接至靶分流器88。靶填充裝置84可以包括配備有振動器或攪拌器且包含輻照靶或定位靶的漏斗，或者可以包括包含預(yù)先配置的靶列的筒(未示出)。

靶保留管86適于容納插入儀表管14中或從儀表管14收回的所有輻照靶16。靶保留管86在其一個(gè)端部包括上升管部分90和位于上升管部分90的上端用于阻擋輻照靶16移動到儀表管14中的鎖定元件92。在與上升管部分90相對的端部，靶保留管86連接至靶分流器88。

靶分流器88被構(gòu)造成開關(guān)，其用來在從靶填充裝置84至保留管86的通路與從保留管86至排出管54的通路之間進(jìn)行選擇。

一個(gè)或多個(gè)傳感器94可以設(shè)置在靶保留管86上，優(yōu)選設(shè)置在上升管部分90上以確定靶的活性、靶的輸送時(shí)間、靶的數(shù)量和靶的磁性質(zhì)中的至少一種。

優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)傳感器94被設(shè)置用于監(jiān)測輻照靶16和任選的定位靶18的出現(xiàn)及其穿過導(dǎo)管12且進(jìn)入和離開儀表管14的運(yùn)行時(shí)間。測量原理可以基于對在當(dāng)輻照靶16和/或定位靶18經(jīng)過用于測量輸送時(shí)間和轉(zhuǎn)換成放射性核素的完全度的傳感器94時(shí)的磁通量的變化的檢測。仍優(yōu)選地，在靶經(jīng)過傳感器94的同時(shí)，傳感器94用來監(jiān)測在移除處理期間所有輻照靶16都離開了儀表管14。此外或作為替代選擇，傳感器94可以是用于檢測輻照靶16和/或定位靶18的輻射劑量的活性傳感器。

靶供應(yīng)接頭96設(shè)置在靶保留管86的與靶分流器88相對的接近上升管部分90中的鎖定元件92的端部。靶供應(yīng)接頭96被構(gòu)造成與通到儀表管14的導(dǎo)管12的開口98聯(lián)接。導(dǎo)管12的開口98形成在氣動小球測量系統(tǒng)的導(dǎo)管的端部，其適于接收氣動小球以及輻照靶16并將其引導(dǎo)至反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14中。連接管100可以用來提供靶供應(yīng)接頭96與氣動小球測量系統(tǒng)的導(dǎo)管開口98之間的通路。

輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)48包括第一供氣管102、第二供氣管104以及與第一供氣管102和第二供氣管104聯(lián)接的輸送氣體供應(yīng)接頭106。

輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)48的第一供氣管102聯(lián)接至靶收回系統(tǒng)38的出口40，并且被構(gòu)造成供應(yīng)加壓氣體，該加壓氣體用于將被激活的輻照靶16從排出管54輸送到保留管86中且用于將輻照靶16從保留管86輸送到用于產(chǎn)生放射性核素的儀表管14中。第一供氣管102連接至位于球閥60上游的鄰近排出管54的鎖定元件56的出口40。

輸送氣體供應(yīng)系統(tǒng)48的第二供氣管104具有被構(gòu)造成與氣動小球測量系統(tǒng)的閥組110聯(lián)接的接頭108，并且用來將加壓氣體提供到儀表管14的進(jìn)氣口30以用于將被激活的輻照靶16從儀表管14中吹出且將被激活的輻照靶16傳送到保留管86和/或排出管54中。

輸送氣體供應(yīng)接頭106被構(gòu)造成用于連接至加壓氣體的源50(例如，壓縮氣瓶等)或核電站的外部加壓氣體供應(yīng)(例如，現(xiàn)有氣動小球測量系統(tǒng)的氣體供應(yīng)等)。

截止閥112、114設(shè)置在第一供氣管102和第二供氣管104中，該截止閥112、114用來阻擋向輻照靶處理系統(tǒng)22的任何氣體供應(yīng)且也可以用來在靶插入操作與靶收回操作之間切換。

輻照靶處理系統(tǒng)22還包括電子接口116，其聯(lián)接至用于監(jiān)測和控制系統(tǒng)部件的操作的儀表和控制單元24和/或堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26。

圖4更詳細(xì)地圖示了靶收回系統(tǒng)38。排出管54形成為倒u形的形狀，并且包括排出管第一部分74、排出管第二部分76和形成在排出管第一部分74與排出管第二部分76的結(jié)合處的頂點(diǎn)72。頂點(diǎn)72是排出管54的最高點(diǎn)。排出管第一部分74和排出管第二部分76從頂點(diǎn)72向下指向。排出管54的其它外形是可以的，條件是形成在排出管第一部分74與排出管第二部分76之間的頂點(diǎn)72具有足夠小的半徑以將排出管第一部分74和排出管第二部分76中的靶列彼此有效分開。

鎖定元件56與頂點(diǎn)72之間的距離d1對應(yīng)于排出管第一部分74中的靶列的高度。排出管第二部分76與形成為螺旋管的保留管86連通使得排出管第二部分76中的靶因此可以具有比排出管第一部分74中的全體靶列更高的質(zhì)量。質(zhì)量差有助于頂點(diǎn)72的效應(yīng)，并且便于不需要使用任何其它機(jī)械工件，在重力作用下就把靶分開。

進(jìn)氣口120在鎖定元件56的下游位于出口40中，其中，進(jìn)氣口120聯(lián)接至第一供氣管102以用于將加壓氣體供應(yīng)到排出管54中。加壓氣體可以從安裝的氣瓶供應(yīng)來，使得靶處理系統(tǒng)22可以作為獨(dú)立系統(tǒng)來操作，而無需對常規(guī)氣動小球測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)質(zhì)修改。

出口40配置在排出管第一部分74的與頂點(diǎn)72相對的自由端，且排出管第二部分76聯(lián)接至提供朝向保留管86和儀表管14的通路的分流器88。

出口40包括球閥60，其用于促進(jìn)被激活的輻照靶16釋放到儲存容器42中且用于消除氣溶膠(aerosol)的產(chǎn)生。排氣管62將球閥60連接至核電站的外部排氣系統(tǒng)44。截止閥66設(shè)置在排氣管62中，使得需要時(shí)可以將靶處理系統(tǒng)22與排氣系統(tǒng)44分開。

如圖5a所示，球閥60被構(gòu)造成提供其中被激活的輻照靶16可以在重力的作用下流過球閥60進(jìn)入與出口40連接的儲存容器42的打開位置。此外，球閥60提供經(jīng)由排氣管62通到排氣系統(tǒng)44的打開通路。圖5b示出了當(dāng)將輻照靶16從排出管54輸送回到保留管86或從保留管86輸送到反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14中時(shí)使用的處于關(guān)閉位置的球閥60。在這種情況下，關(guān)閉截止閥66以將輻照靶處理系統(tǒng)22與排氣系統(tǒng)44分開。為了維護(hù)工作，處于關(guān)閉位置的球閥60也使得能夠使用加壓氣體，優(yōu)選使用氮?dú)猓瑢ο到y(tǒng)22進(jìn)行凈化。在這種情況下，打開截止閥66，且將凈化氣體泄放到排氣系統(tǒng)44中。

圖6是用于靶插入系統(tǒng)46中的靶分流器88的斷面圖。靶分流器88包括圓柱形外殼122，其具有位于圓柱形外殼122的相對的兩端的蓋體124、126?？梢苿踊钊?28設(shè)置在外殼122的內(nèi)部，并且憑借延伸通過蓋體124且接合在活塞128的凹部132中的活塞桿130來操作?；钊麠U130通過法蘭固定至蓋體124上?；钊麠U130可以通過電、機(jī)械或氣壓驅(qū)動來操作。

活塞128抵抗收容在設(shè)置在蓋體126內(nèi)的凹部138中的彈簧136偏置。因此，活塞128可以通過致動活塞桿130而在兩個(gè)位置之間移動，其中，活塞128在第一位置鄰接蓋體124且在第二位置鄰接蓋體126。

活塞128設(shè)置有延伸穿過活塞128的兩個(gè)徑向孔140、142。外殼122在其側(cè)邊區(qū)域中具有兩個(gè)開口144、146，兩個(gè)開口144、146彼此相鄰且當(dāng)活塞128處于第一或第二位置時(shí)，兩個(gè)開口144、146可以交替地與活塞128中的徑向孔140、142對齊。與外殼中的兩個(gè)開口144、146相對地，設(shè)置有單個(gè)開口148，當(dāng)活塞128處于第一位置時(shí)，開口148與活塞128中的一個(gè)徑向孔140對齊，且當(dāng)活塞128處于第二位置時(shí)，開口148與另一個(gè)孔142對齊。

因此，活塞128在第一與第二位置之間的移動提供了在兩個(gè)不同通路之間的切換。當(dāng)用于靶插入系統(tǒng)46中時(shí)，單個(gè)開口148連接至靶保留管86。與單個(gè)開口相對的一個(gè)開口146連接至靶填充裝置，且另一個(gè)開口144連接至排出管。

密封圈150設(shè)置在蓋體124、126與外殼122之間和法蘭134與蓋體124之間以提供外殼122的氣密密封。一對波紋管152被設(shè)置成進(jìn)一步將活塞桿130壓緊密封在外殼122上。活塞128與外殼122之間的空隙適于充當(dāng)減小外殼122內(nèi)部的壓力的節(jié)氣閥，并且適于防止被阻擋的通路內(nèi)的壓力增大。設(shè)置在蓋體126中的通氣口154也用來減小外殼122內(nèi)部的壓力。通氣口154可以連接至排氣系統(tǒng)(未示出)。

圖7示出了圖3的輻照靶處理系統(tǒng)22的替代設(shè)置，其中，截止閥66和112被替換為3/2定向控制閥156，且截止閥70和114被替換為3/2定向閥158。

氣體源50是現(xiàn)有氣動小球測量系統(tǒng)的閥組，且輸送氣體供應(yīng)接頭106被構(gòu)造成連接至閥組。

定向控制閥156將第一供氣管102連接至出口40和通到外部排氣系統(tǒng)44的排氣管62。定向控制閥158將第二供氣管104連接至第一供氣管102和通到排氣系統(tǒng)44的旁路管道68。

靶填充裝置84被構(gòu)造成填充有輻照靶16和/或定位靶18的筒，靶填充裝置84經(jīng)由包含閥162的氣體供應(yīng)線160連接至氣體源50。為了開始新的放射性核素產(chǎn)生周期，包含輻照靶和/或定位靶的筒可以在從反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14收回被激活的輻照靶之前安裝到系統(tǒng)上，且打開閥162以便將輻照靶16和/或定位靶18從填充裝置84氣動地驅(qū)動到反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14中。

下面更詳細(xì)地說明本發(fā)明的輻照靶處理系統(tǒng)22的操作。

通過將輻照靶處理系統(tǒng)22從儲存設(shè)備移動至反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的希望進(jìn)入點(diǎn)來開始放射性核素產(chǎn)生過程。

通過球閥60和排氣管62來將靶出口40聯(lián)接至外部排氣系統(tǒng)44。根據(jù)反應(yīng)堆的狀態(tài)和選定的儀表管14處的中子通量狀況，選擇多個(gè)儀表管14中的一個(gè)用于產(chǎn)生放射性核素。將靶供應(yīng)接頭96聯(lián)接至通到選定的儀表管14的導(dǎo)管12的開口98。

此外，將輸送氣體供應(yīng)接頭106連接至加壓氣體的源50(例如，氣瓶等)，且通過接頭108和氣動小球測量系統(tǒng)的閥組110來將第二供氣管104連接至儀表管14的進(jìn)氣口30。

通過在重力或來自氣體源50的加壓氣體的作用下將來自靶填充裝置84的輻照靶16和/或定位靶傳送到保留管86中來將這些靶插入儀表管14中。靶分流器88處于在填充裝置84與保留管86之間提供打開通路的位置。通過第一供氣管102和排出管54來吹送加壓氣體，以將靶16、18驅(qū)趕出保留管86且插入儀表管14中。在該步驟中，第一供氣管102中的截止閥112是打開的且第二供氣管104中的截止閥114是關(guān)閉的。此外，排氣管中的球閥60和截止閥66處于關(guān)閉位置。旁路管道68中的截止閥70是打開的以允許導(dǎo)管12內(nèi)的壓力補(bǔ)償。

當(dāng)反應(yīng)堆處于發(fā)電運(yùn)行中時(shí)，輻照靶16通過暴露于核反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的中子通量來激活以將輻照靶16的前體材料轉(zhuǎn)換成希望的放射性核素。

定位靶18和輻照靶16以預(yù)先計(jì)算的線性順序配置在儀表管14中，使得定位靶18將輻照靶16保持在反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的預(yù)定軸向位置。輻照靶16的最佳軸向位置通過icu24和/或在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26來計(jì)算，并且對應(yīng)于在預(yù)定時(shí)段內(nèi)足以將輻照靶16完全轉(zhuǎn)換成放射性核素的中子通量密度。儀表管14中的剩余位置由將輻照靶16保持在適當(dāng)位置的定位靶18占據(jù)。

優(yōu)選地，將輻照靶16定位在反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14的中心部分34中，且優(yōu)選地，將定位靶18定位在儀表管14的端部部分32中，即，在其中中子通量密度不足以完全激活輻照靶16的反應(yīng)堆的堆芯10的下部(參見，圖2)。如圖2所示，上部部分36中的位于輻照靶16上方的空間可以空著。

將輻照靶16在儀表管14中激活如由在線堆芯監(jiān)測系統(tǒng)26以及儀表和控制系統(tǒng)24所確定的足以將輻照靶的前體材料完全轉(zhuǎn)換成需要的放射性核素的一時(shí)間段。實(shí)現(xiàn)前體材料的完全轉(zhuǎn)換的時(shí)間依賴于反應(yīng)堆的類型和狀態(tài)、中子通量狀況、前體材料的類型以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種其它參數(shù)，并且可以是從幾小時(shí)至幾天的范圍，或者直到活性飽和。完全轉(zhuǎn)換表示提供適合用于輻照靶16的醫(yī)療或工業(yè)應(yīng)用的放射性核素含量的前體材料的轉(zhuǎn)換率。

在完成輻照靶16的激活和轉(zhuǎn)換成希望的放射性核素之后，再次操作靶處理系統(tǒng)22來促使定位靶18和被激活的輻照靶16從儀表管14離開并進(jìn)入保留管86中且進(jìn)一步進(jìn)入排出管54中。通過第二供氣管104和接頭108來將諸如氮?dú)饣蚩諝獾燃訅簹怏w傳送到儀表管14的進(jìn)氣口30中來將加壓氣體供應(yīng)到儀表管14的進(jìn)氣口30中。在該步驟中，靶分流器88處于在排出管54與保留管86之間提供打開通路的位置。第一供氣管102中的截止閥112是關(guān)閉的，且第二供氣管104中的截止閥114是打開的。球閥60仍處于關(guān)閉位置，且排氣管62中的截止閥66是打開的以使任何氣溶膠都離開輻照靶處理系統(tǒng)22且進(jìn)入排氣系統(tǒng)44。

優(yōu)選地，在從儀表管14收回被激活的輻照靶16之前，將具有適當(dāng)?shù)妮椛淦帘挝锏膬Υ嫒萜?2聯(lián)接至出口40。

將定位靶18和輻照靶16在儀表管14中的線性順序保持在排出管54中，使得輻照靶16位于接近排出管54的出口40的位置。定位靶18位于排出管54和/或保留管86中的靶列的遠(yuǎn)端。

此時(shí)，通過提供用于靶16、18的止動件且防止被激活的輻照靶16和定位靶18離開排出管54的鎖定元件56來阻塞排出管54。

然后，關(guān)閉第二供氣管104中的截止閥114，且使輻照靶處理系統(tǒng)22中的壓力釋放到排氣系統(tǒng)44中。

使進(jìn)入排出管54中的輻照靶16越過在排出管第一部分74與排出管第二部分76之間的結(jié)合處形成的頂點(diǎn)72來傳送。預(yù)定數(shù)量的被激活的輻照靶16位于接近出口40的排出管第一部分74中。排出管第一部分74中的輻照靶16的數(shù)量直接對應(yīng)于鎖定元件56與頂點(diǎn)72之間的排出管第一部分74的長度。

然后，打開球閥60和鎖定元件56以便在重力的作用下，釋放位于頂點(diǎn)72一側(cè)的排出管第一部分74中的預(yù)定數(shù)量的被激活的輻照靶16且將靶16傳送到與出口40聯(lián)接的被屏蔽的儲存容器42中。排氣管62中的截止閥66仍是打開的，使得將任何氣溶膠都排放到排氣系統(tǒng)44中。旁路管道68中的截止閥70和第二供氣管104中的截止閥114是關(guān)閉的。

其它數(shù)量的被激活的輻照靶16和定位靶18不能在重力的作用下通過頂點(diǎn)且保持在排出管54中，或可以流回到保留管86中。關(guān)閉球閥60和鎖定元件56，且通過第一供氣管102和排出管54來傳送加壓氣體，以將靶16、18驅(qū)趕回到保留管86中。在該步驟中，第一供氣管102中的截止閥112是打開的，且球閥60處于關(guān)閉位置。靶分流器88仍處于在排出管54與保留管86之間提供打開通路的位置中。關(guān)閉位于保留管86端部的鎖定元件92以防止被激活的輻照靶16再進(jìn)入反應(yīng)堆的堆芯10內(nèi)的儀表管14中。

為了移除容器42，位于出口40處的球閥60保持關(guān)閉以提供對排出管54的出口40的壓緊密封，且手動地或者借助于自動處理裝置來移除被屏蔽的儲存容器42。

然后，將空的儲存容器42聯(lián)接至出口40，且為了從保留管86中分配和收獲更多數(shù)量的被激活的輻照靶16，以通過將加壓氣體供應(yīng)到進(jìn)氣口30來促使靶16、18從保留管86離開開始，重復(fù)上述過程的步驟。

當(dāng)位于保留管86或排出管54上的傳感器94、78指示在排出管第一部分74中存在定位靶18和輻照靶16時(shí)，將定位靶18和/或被激活的輻照靶16暴露于磁場以將定位靶18或者被激活的輻照靶16保留在排出管第一部分74中且通過出口40將被激活的輻照靶16和定位靶18中的另一種從排出管第一部分74釋放到儲存容器42或適于接收定位靶的中間儲存容器(未示出)中。

為了將輻照靶16與定位靶18分開且從排出管第一部分74中選擇性地移除輻照靶16，使磁體80沿著排出管第一部分74的縱軸移動且配置為鄰近鐵磁性的定位靶18，使得接近出口40的一個(gè)或多個(gè)定位靶18關(guān)聯(lián)到且暴露于磁體80的磁場。

然后，打開鎖定元件56，且在重力的作用下將非磁性的輻照靶16從排出管第一部分74中釋放出來并且將其傳送到儲存容器42中以用于進(jìn)一步處理和/或運(yùn)送到應(yīng)用場地。通過由磁體80產(chǎn)生的磁場的作用來將磁性的定位靶18保持在排出管第一部分74中。

在將輻照靶16與定位靶18分開且將輻照靶16收獲在儲存容器42中后，將出口40聯(lián)接至中間儲存容器，關(guān)掉磁場，且在重力的作用下將定位靶18輸送到中間容器以在短的衰減時(shí)期之后進(jìn)一步使用。使用通過第二供氣管104供應(yīng)的加壓氣體，可以促使保持在排出管第二部分76和/或保留管86中的定位靶18離開排出管54進(jìn)入中間儲存容器中。

可選擇地，通過關(guān)閉位于出口40處的球閥60且通過第一供氣管102來將加壓氣體吹送到位于出口處的進(jìn)氣口56中，可以將一些或全部定位靶18驅(qū)動回到保留管86或儀表管14中。

如果磁性靶位于非磁性靶的上游且通過磁體80來保持在接近鎖定元件56的排出管第一部分74中，那么也可以使用上述程序。然后，在磁性靶保持在排出管第一部分74中的同時(shí)，借助于加壓氣體使位于磁性靶下游的非磁性靶越過頂點(diǎn)72驅(qū)動回到保留管86中。

然后，可以通過將新制的輻照靶16和/或定位靶18插入儀表管14中來開始新的放射性核素產(chǎn)生周期。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過將第二供氣管104和靶供應(yīng)接頭96聯(lián)接至延伸到反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)的多個(gè)儀表管14中的另一個(gè)儀表管來改變用于產(chǎn)生放射性核素的儀表管14，且使用這另一個(gè)儀表管14來進(jìn)行產(chǎn)生放射性核素的第二步驟。然后，用于產(chǎn)生放射性核素的第一步驟的儀表管14可以用于中子通量測量。因此，可以獲得關(guān)于反應(yīng)堆狀態(tài)和中子通量狀況的更可靠的信息。

應(yīng)理解的是，如果相反地定位靶18是非磁性的且輻照靶16是鐵磁性的，那么上述的靶分配和收獲過程也可適用。

根據(jù)本發(fā)明的放射性核素產(chǎn)生方法和靶處理系統(tǒng)22也可以用于不具有常規(guī)氣動小球測量系統(tǒng)而是使用其它儀表用于堆芯內(nèi)測量的核電站。本發(fā)明的靶處理系統(tǒng)不需要安裝僅用于產(chǎn)生放射性核素的額外儀表管、導(dǎo)管等，而是被設(shè)置為可以與現(xiàn)有的堆芯內(nèi)測量設(shè)備連接的獨(dú)立系統(tǒng)。用于這種應(yīng)用的可能的反應(yīng)堆類型包括壓水反應(yīng)堆、沸水反應(yīng)堆、重水反應(yīng)堆和加拿大氘化鈾(candu：canadadeuteriumuranium)反應(yīng)堆。