[发明专利]一种液态熔盐堆生产Mo-99的方法以及系统

说明书

本发明提供一种液态熔盐堆生产Mo‑99的方法以及系统，该方法包括：提供一种堆芯内部布置有若干含通道的石墨慢化组件的液态熔盐堆，所述石墨慢化组件的通道内填充有低富集铀和基盐组成的熔盐，Mo‑99在该液态熔盐堆中裂变产生，在所述液态熔盐堆运行时，采用在线固液分离方法在线分离难溶固体裂变产物，然后采用冷却方法降低难溶固体裂变产物的放射性活度，最后采用化学分离方法从难溶固体裂变产物中分离回收Mo‑99，实现Mo‑99的制备。根据本发明，提供了一种生产效率提高的、操作便捷的、经济成本低的、燃料需求量低的、放射性屏蔽要求低的液态熔盐堆生产Mo‑99的方法以及系统，能够有效解决当前Mo‑99的供应需求问题。

技术领域

本发明涉及核反应堆工程及核技术应用领域，更具体地涉及一种液态熔盐堆生产Mo-99的方法以及系统。

背景技术

医用放射性核素是医学诊断、治疗和疾病研究所用的含有放射性的核素，适用于人体疾病诊断和治疗。全球每年超过4千万人接受医用放射性同位素诊断(90％)或治疗(10％)，其中Tc-99m占核医学诊断用药的80％。Mo-99是Tc-99m的先驱核，因其具有比Tc-99m更长的半衰期(66h)而在商业上被用来作为Tc-99m同位素的运输源项。据经济合作与发展组织估算，目前Mo-99需求量约为9000 6-day Ci/week，其中发达国家每年需求增长率为～0.5％，而发展中国家每年需求增长率～5％。目前Mo-99绝大部分依赖于固态铀靶，并布置在捷克LVR-15、荷兰HFR、比利时BR-2、南非SAFARI-1等少数几个研究堆辐照孔道内辐照产生。然而，这些反应堆的服役时间均已超过50年，面临老化、运行稳定性差甚至永久关闭等风险，且预计在2030年前这些反应堆都将停止运行。采用高富集铀(93％)靶裂变生产Mo-99仍是最为广泛使用的方法。然而，由于这些高富集铀可直接用于制造核武器，且每年生产Mo-99的HEU用量大(40-50kg/年)，美国和国际原子能机构在《全球减少威胁倡议》中签署了限制高富集铀使用的协议以提高核燃料防核扩散能力。

为了应对HEU限制使用而可能出现的Mo-99供应短缺风险，多国建议将HEU靶转换成低富集铀(小于20％)靶。然而，要在短期内全部采用LEU靶替换HEU靶以满足全球Mo-99供应需求仍然存在许多技术挑战：(1)在相同靶设计条件下，采用高富集铀靶所生产的Mo-99是采用低富集铀靶生产的Mo-99的4.7倍，因此采用低富集铀靶生产Mo-99的能力明显不足；(2)采用低富集铀靶生产Mo-99将产生更多长寿命高放射性同位素Pu，同时也需要处理更多的核废料质量；(3)为满足LEU靶的处理需求，Mo-99生产商需要投入大量资金改造现有的化学处理热室或建造新的化学处理热室。因此，如何保证Mo-99的稳定供应是使用医用放射性核素进行医学诊断、治疗的一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种液态熔盐堆生产Mo-99的方法以及系统，从而解决现有技术中辐照固态靶生产Mo-99方法所存在的生产效率低、化学技术难度大、经济成本高等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种液态熔盐堆生产Mo-99的方法，包括：提供一种堆芯内部布置有若干含通道的石墨慢化组件的液态熔盐堆，所述石墨慢化组件的通道内填充有低富集铀和基盐组成的熔盐，Mo-99在该液态熔盐堆中裂变产生，在所述液态熔盐堆运行时，采用在线固液分离方法在线分离难溶固体裂变产物，采用冷却方法降低所述难溶固体裂变产物的放射性活度，最后采用化学分离方法从所述难溶固体裂变产物中分离回收Mo-99，实现Mo-99的制备。