[发明专利]一种基于加速器驱动的99

说明书

本发明公开了一种基于加速器驱动的⁹⁹Mo次临界生产装置及方法，包括加速器单元、辐照生产单元以及分离纯化单元；加速器单元从输出方向上依次包括高能粒子源、准直器、加速器、靶和靶腔，高能粒子源经过准直器、加速器准确轰击位于辐照生产单元中心靶腔内的靶产生中子；辐照生产单元为同心圆柱形结构，从内到外依次包括中子慢化层、中子倍增层、低浓缩铀盐溶液、中子反射层，屏蔽层；其中，低浓缩铀盐溶液置于裂变反应容器中密封，靶腔内的靶产生的发射中子经过中子慢化层、中子倍增层得到高中子通量并与低浓缩铀盐溶液发生反应，反应后的溶液通过管道进入分离纯化单元，中子反射层、屏蔽层依次从内向外设置并处于外层用于减少中子损失。

技术领域

本发明涉及同位素生产技术领域，具体地说涉及一种基于加速器驱动的⁹⁹Mo次临界生产装置及方法。

背景技术

^99mTc是当前应用最广泛的医用放射性同位素之一，全球每年有超过4千万人次使用^99mTc进行检查，需求量约11万Ci/week，占核医学领域所使用同位素的80％以上。^99mTc 主要通过在实验堆中辐照高浓缩铀(High Enriched Uranium，HEU)获得的⁹⁹Mo同位素衰变得到。^99mTc的半衰期只有6.6h，因此核医学行业通常采用半衰期较长的⁹⁹Mo(其半衰期约66h)进行纯化、运输和储存备用，因而⁹⁹Mo供给的稳定性直接决定着^99mTc的市场供应。

传统的⁹⁹Mo生产方式包括反应堆裂变法和中子活化法。前者利用反应堆里的超热中子辐照HEU，通过²³⁵U(n,f)⁹⁹Mo反应生产⁹⁹Mo，²³⁵U裂变率约为6.1％。该方法生产的⁹⁹Mo 比活度高，也是当前⁹⁹Mo的主要生产方式。其缺点是使用HEU靶，存在核扩散风险，乏燃料后处理困难，放射性废物水平高。中子活化法是在反应堆中通过中子辐照富集的⁹⁸Mo 靶生产⁹⁹Mo的方式，反应式为⁹⁸Mo(n,γ)⁹⁹Mo。该方法缺点在于中子俘获截面较小，产品掺杂杂质过多，且使用高浓缩钼靶，造价昂贵，靶件制造工艺需要升级。

目前，大约75％的⁹⁹Mo由裂变HEU生产，主要供应商为荷兰、法国、比利时、加拿大和南非的5座实验堆，其平均运行时间均已超过40年。由于长时间的高负荷运转，安全及技术等方面的问题而导致的计划或者非预期停堆事件屡有发生，2018年承担全球 40％的⁹⁹Mo生产任务的加拿大国家实验堆关停，全球医用⁹⁹Mo面临严重的供应困难。

为了减少和最终消除医用⁹⁹Mo对HEU的依赖，积极推进从HEU到低浓缩铀(LowEnriched Uranium，LEU)靶的转换过程，出现了基于加速器生产的多种新型生产技术，以期满足全球医疗程序对⁹⁹Mo的巨大需求。在已公开的医用⁹⁹Mo同位素生产专利中，基于回旋加速器的质子反应法、基于直线加速器的光子诱导法和基于回旋加速器的中子散裂法研究最为广泛。其中，一些技术已完成可行性实验验证，并开始小规模生产。