[发明专利]一种在重水堆中生产钼-99同位素的辐照靶件

说明书

本发明涉及裂变型核反应器技术领域，具体地说是一种在重水堆中生产钼‑99同位素的辐照靶件，包括燃料棒束；燃料棒束包括若干根燃料元件、焊接在若干根燃料元件两端的端板；燃料元件包括包壳、设在包壳内的含铀芯子、焊接在包壳两端的端塞，至少有一根燃料元件中的含铀芯子采用设有浓铀燃料的浓铀芯子，浓铀燃料的²³⁵U富集度在6.0wt％～20.0wt％。本发明同现有技术相比，充分利用重水堆不停堆换料的特点，可以利用现有反应堆不间断的生产短半衰期的⁹⁹Mo，不必专门建设新的辐照设施，使用浓缩铀生产⁹⁹Mo效率高、品质好，即比活度高，使用本发明涉及的辐照靶件生产⁹⁹Mo的同时可最大程度上减少对核电厂发电的影响。

技术领域

本发明涉及裂变型核反应器技术领域，具体地说是一种在重水堆中生产钼-99同位素的辐照靶件。

背景技术

核医学是医学中不可缺少的重要学科，它在人体疾病的诊断和治疗方面都发挥着特殊作用，近年来得到了迅速的发展。^99mTc可与多种配体结合形成多种脏器和功能显像剂，用于诊断各种疾病以及判断人体脏器功能状况变化等。根据Nature NewsComment的数据，全球每年使用^99mTc相关显像技术进行的临床诊断达3000万～4000万人次，占全部核医学应用的80％。

^99mTc的半衰期很短，只有6.02小时，通常需要在使用的地方实时由其半衰期为66小时的母体同位素⁹⁹Mo衰变得到。使用⁹⁹Mo产生^99mTc的装置即钼-锝发生器。因此，尽管医院或核药房实际使用的同位素为^99mTc，但是反应堆生产和供应的是⁹⁹Mo。根据NECSA(NuclearEnergy Corporation of South Africa)的估计，⁹⁹Mo核素的市场超过50亿美元/年。

近年全球⁹⁹Mo核素主要由加拿大MDS Nordion、荷兰Mallinckrodt-Covidien、比利时IRE(Institute National des Raioéléments)、南非NTP(Nuclear TechnologyProducts)、澳大利亚ANSTO(the Australian Nuclear Science and TechnologyOrganisation)等五个全球性供应商供应。这些供应商使用的研究堆或试验堆多建于上世纪五六十年代，老化严重，预计在2016～2030年间陆续关闭。此外，他们大多采用²³⁵U富集度90％以上的高浓铀(high enricheduranium,HEU)靶件。由于HEU可用于核武器及核爆装置制备，而被认为是高风险核材料。为减少全球威胁国际上倡导从HEU向低浓铀(1owenriched uranium,LEU)进行转换。

相比HEU靶件，利用LEU生产⁹⁹Mo会导致产品产额的降低，生产成本增加近20％。这种转变将给全球⁹⁹Mo市场供给带来一定影响。因此，世界各国一方面全面推进辐照装置建设项目的开展，一方面不断寻求获得⁹⁹Mo的新途径、新方法。加拿大BWTX公司(BWXTechnologies,Inc.)在CN111066095A(2020.04.24)和CN110462750A(2019.11.15)中介绍了在重水堆中通过俘获法生产⁹⁹Mo的方法。由于⁹⁹Mo的半衰期很短，生成后就要尽快分离提取使用，重水堆可以在线换料，即不停堆换料，对于生产这种短衰变期同位素具有天然的优势。