[发明专利]用于产生放射性同位素的辐照靶及其制备方法

说明书

本发明提供一种制备用于在核动力反应堆的仪表管中产生放射性同位素的辐照靶的方法，所述方法包括以下步骤：提供由稀土金属氧化物组成的粉末以及任选的有机粘合剂，所述稀土金属氧化物具有大于99％纯度；对所述粉末和任选的有机粘合剂进行制粒以形成实质上球形的生坯，所述生坯具有1mm‑10mm的直径；以及对处于固相的球形生坯进行烧结，所述烧结在该稀土金属氧化物粉末固相线温度的至少70％的温度下进行足以形成圆形的、经烧结的稀土金属氧化物靶的时间，所述稀土金属氧化物靶具有理论密度至少80％的烧结密度。

技术领域

本发明涉及一种制备用于在核动力反应堆的仪表管中产生放射性同位素的辐照靶的方法，以及由该方法获得的辐照靶。

背景技术

放射性同位素可以应用于不同领域，比如工业、研究、农业和医药。通常通过将合适的靶材料在研究型核反应堆或回旋加速器中的中子通量中暴露适当的时间，来产生人造放射性同位素。研究型核反应堆的辐照座(irradiation site)昂贵，并且由于反应堆因寿命原因而停堆，辐照座在今后将会变得更加稀缺。

EP 2 093 773 A2涉及一种使用商业核动力反应堆的仪表管产生放射性同位素的方法，该方法包括：选择至少一种具有已知中子截面的辐照靶；将辐照靶插入到核反应堆的仪表管中，该仪表管延伸到反应堆中并且具有可通向反应堆外部的开口(以便在运行时辐照靶暴露于在核反应堆中遇到的中子通量)，当辐照靶暴露于在核反应堆中遇到的中子通量时，辐照靶充分转化为放射性同位素，其中所述插入包括将辐照靶放置在仪表管中的轴向位置上一段时间，所述时间相当于基于运行核反应堆的轴向中子通量曲线，以轴向位置对应的通量水平将全部的辐照靶充分转化为放射性同位素所需的时间量；以及从仪表管中移除辐照靶和所产生的放射性同位素。

大致呈球形的辐照靶一般可以是中空的，并且包括转化成有用的气体、液体和/或固体放射性同位素的液体、气体和/或固体材料。靶材料周围的壳体可具有在暴露于中子通量时可忽略的物理变化。或者，辐照靶一般可以是固体的，并且由暴露于运行的商业核反应堆中存在的中子通量时转化为有用的放射性同位素的材料制成。

尤其是，使用加压空气驱动探针，将球体测量系统的固体球形探针引入穿过反应堆芯的仪表管，来测量商业核反应堆芯中的中子通量密度。然而，迄今为止，还不存在具有插入球体测量系统的仪表管并从中取出所需的机械和化学稳定性、并且能够承受核反应堆芯中存在的条件的适当的辐照靶。

EP1 336 596 B1公开了由通式R₂O₃表示的透明的经烧结的稀土金属氧化物体，其中R是包括Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的组中的至少一种元素。通过提供粘合剂和高纯度稀土金属氧化物材料粉末(具有99.9％以上的纯度，以金属重量计Al的含量为5wtppm-100wtppm，以金属重量计Si的含量为10wtppm以下)的混合物来制备烧结体，从而制备模制体，该模制体具有理论密度58％以上的生坯密度。通过热处理来去除粘合剂，并且将模制体在氢气或非活性气体气氛中或在真空中、在1450℃至1700℃的温度下烧结0.5小时以上。添加Al作为烧结助剂，并且通过小心地控制使得烧结体具有2μm至20μm的平均粒度。

US 8 679 998 B2公开了一种用于半导体制造装置的耐腐蚀构件。将纯度至少为99.9％的Yb₂O₃原料在200kgf/cm²(19.6MPa)的压强下进行单轴压力成型，以得到直径约为35mm、厚度约为10mm的圆盘状压坯。将该压坯放入用于焙烧的石墨模具中。使用热压法在1800℃的温度下、Ar气氛下焙烧至少4小时，得到用于半导体制造装置的耐腐蚀构件。焙烧时的压强为200kgf/cm²(19.6MPa)。所得的Yb₂O₃烧结体具有0.2％的开孔孔隙度。

上述方法一般提供适用于特定应用(例如耐腐蚀性或光学透明性)的经烧结的稀土金属氧化物体。然而，通过这些方法制造的烧结体都不具有用于在商业核动力反应堆中产生放射性同位素的辐照靶所需的性质。