ES2904670T3 - Blancos de irradiación para la producción de radioisótopos, y procedimiento de fabricación relacionado - Google Patents
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Abstract
Blanco de irradiación (100) para la producción de radioisótopos, que comprende: una serie de placas (110) que definen, cada una, una abertura central, siendo cada abertura central de cada placa (110) una abertura circular; y un elemento central alargado que pasa a través de la abertura central de la, por lo menos, una placa (110), de manera que la serie de placas (110) es retenida en el mismo, en el que la serie de placas (110) y el elemento central alargado están fabricados de materiales que producen molibdeno-99 (Mo-99) por medio de captura de neutrones, caracterizado por que el elemento central alargado es un tubo central cilíndrico (120), extendiéndose el tubo cilíndrico (120) a través de la serie de placas (110).
Description
DESCRIPCIÓN
Blancos de irradiación para la producción de radioisótopos, y procedimiento de fabricación relacionado
SECTOR TÉCNICO
La invención dada a conocer en el presente documento se refiere, en general, a materiales de titanio-molibdato-99 adecuados para utilizar en generadores de tecnecio-99m (generadores de Mo-99/Tc-99m) y, más específicamente, a blancos de irradiación utilizados en la producción de dichos materiales de titanio-molibdato-99.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
El tecnecio-99m (Tc-99m) es el radioisótopo utilizado más frecuentemente en medicina nuclear (por ejemplo, en diagnóstico médico por imágenes). El Tc-99m (m significa metaestable) se inyecta habitualmente en un paciente y, cuando se utiliza con determinado equipamiento, se utiliza para obtener imágenes de los órganos internos del paciente. Sin embargo, el Tc-99m tiene una vida media de solamente seis (6) horas. Así, las fuentes fácilmente disponibles de Tc-99m son particularmente interesantes y/o necesarias, por lo menos, en el sector de la medicina nuclear.
Dada la corta vida media del Tc-99m, el Tc-99m se obtiene habitualmente en el emplazamiento y/o en el momento de la necesidad (por ejemplo, en una farmacia, un hospital, etc.) por medio de un generador de Mo-99/Tc-99m. Los generadores de Mo-99/Tc-99m son dispositivos utilizados para extraer el isótopo metaestable del tecnecio (es decir, Tc-99m) a partir de una fuente de molibdeno-99 (Mo-99) en decaimiento haciendo pasar suero a través del material de Mo-99. El Mo-99 es inestable y decae, con una vida media de 66 horas, a Tc-99m. El Mo-99 se produce habitualmente en un reactor nuclear de alto flujo, a partir de la irradiación de blancos de uranio muy enriquecido (uranio-235 al 93 %), y se envía a sitios de fabricación de generadores de Mo-99/Tc-99m después de las subsiguientes etapas de procesamiento para reducir el Mo-99 a una forma utilizable. Los generadores de Mo-99/Tc-99m son distribuidos a continuación desde estos emplazamientos centralizados hasta hospitales y farmacias en todo el país. Dado que el Mo-99 tiene una vida media corta y el número de sitios de producción es limitado, es deseable minimizar la cantidad de tiempo necesario para reducir el material de Mo-99 irradiado a una forma utilizable.
Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad, por lo menos, de un proceso para producir de manera oportuna un material de titanio-molibdato-99 adecuado para utilizar en generadores de Tc-99m.
La Patente US2011/051875 da a conocer un sistema de suministro de isótopos y un procedimiento para irradiar un blanco y suministrar el blanco a un punto de extracción. El sistema de suministro de isótopos incluye un cable que comprende, por lo menos, un blanco para irradiación. La Patente US6208704 da a conocer un aparato y un procedimiento para producir una actividad muy específica de un radioisótopo en un único incremento de material de blanco. La Patente US5615238 da a conocer un blanco de producción de radioisótopos y un procedimiento para fabricarlo, donde el blanco comprende un cilindro interior y una lámina de material fisionable que entra en contacto circunferencialmente con la superficie exterior del cilindro interior. La Patente US2011/006186 da a conocer un dispositivo de sujeción de blancos para producir blancos de radiografía en un núcleo de reactor, de manera que los blancos tengan una actividad relativamente uniforme.
CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN
En un primer aspecto, la presente invención da a conocer un blanco de irradiación para la producción de radioisótopos, según la reivindicación 1.
Otro aspecto de la presente invención da a conocer un procedimiento de fabricación de un blanco de irradiación para utilizar en la producción de radioisótopos, según la reivindicación 7.
Se definen realizaciones preferentes de la presente invención en las reivindicaciones dependientes.
Los dibujos adjuntos, que se incorporan a esta memoria descriptiva y constituyen parte de la misma, muestran una o varias realizaciones de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se describirá a continuación de manera más completa haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que se muestran algunas, pero no todas las realizaciones de la invención. Las realizaciones mostradas no limitan la invención. La presente invención está limitada por las reivindicaciones adjuntas.
La figura 1 es una vista en perspectiva, con las piezas desmontadas, de un blanco de irradiación según una realización de la presente invención;
las figuras 2A a 2C son vistas parciales del blanco de irradiación mostrado en la figura 1;
las figuras 3A y 3B son vistas parciales de un tubo central del blanco de irradiación mostrado en la figura 1;
la figura 4 es una vista, en planta, de un disco anular del blanco de irradiación que se muestra en la figura 1;
la figura 5 es una vista, en perspectiva, de un cartucho de blancos que incluye blancos de irradiación, como el que se muestra en la figura 1, dispuestos en el interior del cartucho;
las figuras 6A a 6E son vistas de las diversas etapas llevadas a cabo para montar el blanco de irradiación mostrado en la figura 1;
las figuras 7A y 7B son vistas de un blanco de irradiación sometido a una carga de prueba de rotura por presión después de la irradiación;
la figura 8 es una vista, en perspectiva, de una tolva que incluye los componentes irradiados de un conjunto de blancos, tal como el mostrado en la figura 1, después de la irradiación y del desmontaje;
las figuras 9A a 9C son vistas, en perspectiva, de un blanco de irradiación alternativo;
las figuras 10A y 10B son vistas, en perspectiva, de otro blanco de irradiación alternativo; y
la figura 11 es una vista, en perspectiva, de un conjunto de medida vibratorio que se puede utilizar en la producción de blancos de irradiación, según la presente invención.
La utilización repetida de caracteres de referencia en la presente descripción y en los dibujos pretende representar características o elementos iguales o análogos de la invención según la descripción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La invención se describirá a continuación de manera más completa haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran algunas, pero no todas las realizaciones de la invención. Tal como se utilizan en la descripción y las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares “un”, “una”, “el” y “la” incluyen el plural salvo que el contexto indique claramente lo contrario.
Haciendo referencia a continuación a las figuras, un blanco de irradiación 100 según la presente invención incluye una serie de placas delgadas 110 que son recibidas de manera deslizante en un tubo central 120, tal como se ve mejor en las figuras 1 y 2A a 2C. En el primer aspecto de la invención, tanto la serie de placas delgadas 110 como el tubo central 120 están fabricados del mismo material, siendo el material uno que pueda producir el isótopo molibdeno-99 (Mo-99) después de pasar por un proceso de captura de neutrones en un reactor nuclear, tal como un reactor nuclear de tipo fisión. En la realización preferente, este material es Mo-98. Sin embargo, cabe señalar que, en realizaciones alternativas, las placas 110 y el tubo central 120 se pueden fabricar de materiales tales como, de forma no limitativa, molibdeno lantano (Mo-La), titanio circonio molibdeno (Ti-Zr-Mo), molibdeno carburo de hafnio (Mo Hf-C), molibdeno tungsteno (Mo-W), níquel cobalto cromo molibdeno (Mo-MP35N) y uranio molibdeno (U-Mo). Asimismo, aunque la realización que se está explicando tiene preferentemente una longitud global de 181,1 mm (7,130 pulgadas) y un diámetro exterior de 12,7 mm (0,500 pulgadas), realizaciones alternativas de blancos de irradiación, según la presente invención, tendrán dimensiones variables en función de los procedimientos y dispositivos que se utilicen durante el proceso de irradiación.
Haciendo referencia adicionalmente a las figuras 3A y 3B, el tubo central 120 incluye un primer extremo 122, un segundo extremo 124 y un cuerpo cilíndrico que tiene una superficie exterior cilíndrica 126 que se extiende entre ambos. En la realización explicada, el tubo central 120 tiene un diámetro exterior de 5,2 mm (0,205 pulgadas), un grosor de la pared del tubo de 0,178 mm (0,007 pulgadas) y una longitud que es ligeramente mayor que la longitud global de la serie de placas delgadas de blanco de irradiación 100. Antes del montaje del blanco de irradiación 100, el tubo central 120 tiene un diámetro exterior constante a lo largo de toda su longitud que, tal como se observa, es ligeramente mayor que la longitud de todo el blanco de irradiación montado. El diámetro exterior constante del tubo central 120 permite que cualquier extremo se deslice a través de la serie de placas delgadas 110 durante el proceso de montaje, tal como se explica en mayor detalle a continuación.
Tal como se ve mejor en la figura 3B, antes de la introducción del tubo central 120 en la serie de placas delgadas 110, se forma una ranura anular 128 en la superficie exterior 126 del tubo central 120 en su parte intermedia. En la realización preferente, la profundidad de la ranura anular para el grosor de pared dado de 0,178 mm (0,007 pulgadas) es de aproximadamente 0,051 mm (0,002 pulgadas). La profundidad de la ranura anular se selecciona de tal modo que el blanco de irradiación 100 se rompe en dos partes 100a y 100b a lo largo de la ranura anular del tubo central 120, en lugar de doblarse, cuando se aplica una cantidad suficiente de fuerza transversalmente al eje central longitudinal del blanco de irradiación en su parte intermedia, tal como se muestra en las figuras 7A y 7B. Así, tal como se muestra en la figura 8, las placas delgadas 110 están libres para ser extraídas de sus correspondientes mitades de tubo y ser recogidas, tal como en una tolva 155, para su posterior procesamiento. Tal como se podría esperar, la profundidad de la ranura anular depende del grosor de la pared del tubo central y variará en realizaciones alternativas. Asimismo, los ensayos han revelado que una carga axial de 44,5 N a 133,4 N (10 a 30 lb) de las placas delgadas 110 a lo largo del tubo central 120 facilita una ruptura limpia del tubo en lugar de un potencial doblado.
Haciendo referencia a continuación a las figuras 2A, 2B y 4, la mayor parte de la masa del blanco de irradiación 100 reside en la serie de placas delgadas 110 que son recibidas de manera deslizante en el tubo central 120. Preferentemente, cada placa delgada 110 es un disco anular delgado que tiene un grosor en la dirección axial del blanco de irradiación 100 de aproximadamente 0,127 mm (0,005 pulgadas). El grosor reducido de cada disco anular 110 proporciona una mayor área superficial para una determinada cantidad de material de blanco. La mayor área superficial facilita el proceso de disolver los discos anulares después de que han sido irradiados en un reactor de
fisión, como parte del proceso de producción de Ti-Mo-99. Adicionalmente, para la realización preferente, cada disco anular 110 define una abertura central 112 con un diámetro interior de 5,3 mm (0,207 pulgadas), de manera que cada disco anular 110 se puede posicionar de manera deslizante en el tubo central 120. Asimismo, cada disco anular tiene un diámetro exterior de 12,7 mm (0,500 pulgadas) que determina la anchura global del blanco de irradiación 100. De nuevo, estas dimensiones variarán para realizaciones alternativas de blancos de irradiación, en función de diversos factores en el proceso de irradiación al que se someterán.
En la presente realización, se utiliza un cartucho 150 de blancos para introducir una serie de blancos de irradiación 100 en un reactor nuclear de fisión durante el proceso de irradiación. Tal como se muestra en la figura 5, cada cartucho 150 de blancos incluye una parte del cuerpo sustancialmente cilíndrica 151 que define una serie de orificios internos 152. La serie de orificios 152 se cierran de manera estanca mediante una tapa 153 de extremo, de manera que los blancos de irradiación permanecen en un entorno seco durante el proceso de irradiación en el interior del correspondiente reactor. Mantener secos los discos anulares 110 de los blancos durante el proceso de irradiación impide la formación de capas de óxido en los mismos, que pueden dificultar los esfuerzos para disolver los discos delgados en subsiguientes procesos químicos para reducir el Mo-99 a una forma utilizable. Preferentemente, se grabará un microcódigo bidimensional 115 en la superficie exterior del disco anular en uno, o ambos extremos del blanco de irradiación 100, de tal modo que cada blanco de radiación sea identificable individualmente. Los microcódigos 115 incluirán información tal como el peso global del blanco, el análisis de pureza química del blanco, etc., y serán legibles mediante un sistema de visión dispuesto en una alarma herramienta (no mostrada) que inserta y/o extrae cada blanco de irradiación 100 de un correspondiente orificio 152 de un cartucho 150 de blancos.
Haciendo referencia a continuación a las figuras 6A a 6E, se explicará el proceso de montaje del blanco de irradiación 100. Tal como se muestra en la figura 6A, una serie de discos anulares 110 están situados en un rebaje semicilíndrico 142 (figura 1) de la plantilla de alineamiento 140. Preferentemente, la plantilla de alineamiento 140 se fabrica mediante un proceso de impresión 3D, y la serie de discos están empaquetados de manera compacta en el rebaje semicilíndrico 142, de manera que sus aberturas centrales 112 (figura 4) están alineadas. En la presente realización, aproximadamente 1400 discos 110 son recibidos en la plantilla de alineamiento 140. Aunque el número adecuado de discos 110 se puede determinar manualmente, en realizaciones alternativas el proceso se puede automatizar utilizando un cargador vibratorio 160, tal como se muestra en la figura 11, para cargar el número deseado y, por lo tanto, el peso deseado de discos en la correspondiente plantilla de alineamiento. Preferentemente, la superficie exterior del tubo central 120 es ranurada con una herramienta de torno para crear la ranura anular 128 (figura 3B). Tal como se muestra en las figuras 6B y 6C, el primer extremo 123 del tubo central 120 está ensanchado, creando de ese modo un primer reborde 123. Tal como se muestra en la figura 6D, el segundo extremo del tubo central 120 es introducido en el orificio central de la serie de discos anulares 110 que están empaquetados de manera compacta en la plantilla de alineamiento 140. Un rebaje semicircular 144 está dispuesto en una pared de extremo de la plantilla de alineamiento 140, de tal modo que el tubo central 120 se puede alinear con las aberturas centrales. El tubo central 120 es introducido hasta que el primer reborde 123 hace tope con la serie de discos anulares 110. Después de que el tubo central 120 es introducido completamente en la serie de discos anulares 110, el segundo extremo del tubo central 120 que se extiende hacia el exterior más allá de los discos anulares está ensanchado, creando de ese modo un segundo reborde 125, de manera que los discos anulares están empaquetados de manera compacta en el tubo central 120 entre los rebordes. Preferentemente, la carga axial a lo largo del tubo central 120 quedará dentro del intervalo de 44,5 N a 133,4 N (10 a 30 lb).
Haciendo referencia a continuación a las figuras 9A a 9C, se muestra un blanco de irradiación alternativo 200 que no está cubierto por la invención reivindicada. De manera similar a la realización explicada anteriormente, el blanco de irradiación 200 incluye una serie de placas delgadas 210, que son preferentemente discos anulares. Cada disco anular 210 define una ranura central 212 a cuyo través se extiende una tira alargada 220. Tanto el primer como el segundo extremos de la tira alargada 220 definen un reborde que se extiende hacia el exterior 222 y 224, respectivamente, que hace tope con la superficie más exterior del disco anular más exterior 210 en un primer extremo del blanco de irradiación 200. La parte intermedia de la tira alargada 220 se extiende axialmente hacia el exterior más allá de la serie de discos anulares 210 y forma un lazo 226 en un segundo extremo del blanco de irradiación 200. El lazo 226 facilita la manipulación del blanco de irradiación 200 tanto antes como después de la irradiación. Preferentemente, todos los componentes del blanco de irradiación 200 están fabricados de Mo-98, o de aleaciones del mismo.
Haciendo referencia a continuación a las figuras 10A y 10B, se muestra otro blanco de irradiación alternativo 300, que no está cubierto por la invención reivindicada. De manera similar a las realizaciones explicadas anteriormente, el blanco de irradiación 300 incluye una serie de placas delgadas 310, que son preferentemente discos anulares. Cada disco anular 310 define una ranura central 312 a cuyo través se extiende una tira alargada 320. Un primer extremo de la tira alargada 320 define un reborde que se extiende hacia el exterior 322, que hace tope con la superficie más exterior del disco anular más exterior 310 en el primer extremo del blanco de irradiación 300. Un segundo extremo de la tira alargada 320 se extiende axialmente hacia el exterior más allá de la serie de discos anulares 310 y forma una patilla 324 en un segundo extremo del blanco de irradiación 300. La patilla 324 facilita la manipulación del blanco de irradiación 300 tanto antes como después de la irradiación. Preferentemente, todos los componentes del blanco de irradiación 300 están fabricados de Mo-98, o de aleaciones del mismo.
El alcance de la presente invención se definirá mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (9)
1. Blanco de irradiación (100) para la producción de radioisótopos, que comprende:
una serie de placas (110) que definen, cada una, una abertura central, siendo cada abertura central de cada placa (110) una abertura circular; y
un elemento central alargado que pasa a través de la abertura central de la, por lo menos, una placa (110), de manera que la serie de placas (110) es retenida en el mismo,
en el que la serie de placas (110) y el elemento central alargado están fabricados de materiales que producen molibdeno-99 (Mo-99) por medio de captura de neutrones, caracterizado por que
el elemento central alargado es un tubo central cilíndrico (120), extendiéndose el tubo cilíndrico (120) a través de la serie de placas (110).
2. Blanco de irradiación (100), según la reivindicación 1, en el que el tubo central (120) tiene un primer extremo (122) y un segundo extremo (124) que se extienden, cada uno, axialmente hacia el exterior más allá de un respectivo extremo de la serie de placas (110), donde el primer extremo (122) y el segundo extremo (124) tienen, cada uno, un diámetro exterior que es mayor que el diámetro de las aberturas centrales de la serie de placas.
3. Blanco de irradiación (100), según la reivindicación 2, en el que cada placa (110) es un disco anular y la serie de discos anulares y el tubo central (120) están fabricados de molibdeno-98 (Mo-98).
4. Blanco de irradiación (100), según la reivindicación 3, en el que cada disco anular tiene un grosor, en una dirección axial que es paralela a un eje central longitudinal del tubo central (120), de aproximadamente 0,127 mm (0,005 pulgadas).
5. Blanco de irradiación (100), según ha reivindicación 4, en el que cada disco anular tiene un diámetro exterior de aproximadamente 12,7 mm (0,50 pulgadas).
6. Blanco de irradiación (100), según la reivindicación 2, en el que cada placa (110) es un disco anular, y la serie de discos anulares y el tubo central (120) están fabricados de uno de molibdeno lantano (Mo-La), titanio circonio molibdeno (Ti-Zr-Mo), molibdeno carburo de hafnio (Mo Hf-C), molibdeno tungsteno (Mo-W), níquel cobalto cromo molibdeno (Mo-MP35N) y uranio molibdeno (U-Mo).
7. Procedimiento de fabricación de un blanco de irradiación (100) para utilizar en la producción de radioisótopos, que comprende las etapas de:
disponer una plantilla de alineamiento (140) con un rebaje alargado (142) formado en una superficie de la misma; disponer una serie de placas (110) que definen aberturas centrales;
introducir la serie de placas (110) en el rebaje alargado (142) de la plantilla de alineamiento (140), de manera que las aberturas centrales estén alineadas;
disponer un tubo central cilíndrico alargado (120) que tiene un primer extremo (122) y un segundo extremo (124); formar una ranura anular continua (128) en una superficie exterior (126) del tubo central cilíndrico (120) entre el primer y segundo extremos (122, 124);
hacer pasar el tubo central cilíndrico (120) a través de las aberturas centrales de la serie de placas (110) en el que la etapa de hacer pasar el tubo central cilíndrico a través de las aberturas centrales ocurre después de que la serie de placas sean introducidas en la plantilla de alineamiento; y
expandir el primer extremo y el segundo extremo del tubo central cilíndrico (120) radialmente hacia el exterior con respecto al eje central longitudinal del tubo central cilíndrico (120), de manera que los diámetros exteriores del primer extremo (122) y del segundo extremo (124) son mayores que el diámetro de las aberturas centrales de la serie de placas (110).
8. Procedimiento, según la reivindicación 7, en el que la etapa de expansión comprende, además, comprimir la serie de placas (110) entre el primer extremo expandido (122) y el segundo extremo expandido (124) del tubo central (120), de manera que la carga axial sobre la serie de placas (110) es de 44,5 N a 133,4 N (10,0 a 30,0 lb).
9. Procedimiento, según la reivindicación 7, en el que la etapa de expansión comprende, además, ensanchar el primer y el segundo extremos (122, 124) del tubo central (120) radialmente hacia el exterior.
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