RS65733B1 - Sistem tečne mete - Google Patents

Description

Opis

Tehnička oblast pronalaska

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na oblast radioizotopa. Konkretnije, ovaj pronalazak se odnosi na sistem tečne mete za proizvodnju radioizotopa, kao i na njegovu upotrebu i odgovarajući postupak.

Tehnički problem

[0002] Za proizvodnju radioizotopa uglavnom se koriste čvrste mete zbog njihovog visokog prinosa u najsavremenijim sistemima, budući da se kod čvrstih meta, velika gustina nuklida pre raspada, iz kojeg se mogu dobiti radioizotopi, može lako postići. Zapravo, nedostatak kod upotrebe tečnih meta je što većina jedinjenja nuklida pre raspada ima ograničenu rastvorljivost u vodi (koja se obično koristi kao tečni rastvarač) na sobnoj temperaturi. Na primer, soli Ra-226, koje se mogu koristiti kao osnovne hemikalije za obezbeđivanje nuklida pre raspada za proizvodnju radioizotopa Ra-225 koji se može raspasti na radioizotop Ac-225, imaju ograničenu rastvorljivost u vodi. Ilustracije radi, so radijum nitrata Ra(NO3)2ima rastvorljivost od 13,9 g na 100 g H2O na 20°C.

[0003] Međutim, jedna prednost korišćenja tečne mete umesto čvrste mete je ta što je potrebno manje (ili nimalo) konverzije tečnosti u čvrstu materiju i čvrste materije u tečnost u hemijskom procesu za odvajanje radioizotopa od mete. Ovaj korak hemijskog procesa obično ima veliki rizik od (nekontrolisanih) gubitaka radioizotopa i stvaranja radioaktivnog otpada. Takva konverzija nije potrebna za tečne mete, što predstavlja veliku prednost takvih meta.

[0004] Dalje, potencijalni nedostatak niske koncentracije nuklida pre raspada u tečnim metama mora se staviti u perspektivu. Kao primer, razmatra se proizvodnja Ra-225 iz Ra-226 fotonuklearnom reakcijom. Proizvodnja Ra-225 u funkciji vremena može zavisiti od struje elektronskog snopa (mA), energije elektrona (MeV), projektovanog dizajna pretvarača i dizajna mete. Ovde je pretvarač projektovan za zaustavljanje elektrona visoke energije i proizvodnju visokoenergetskih fotona kočnog zračenja koji su potrebni za fotonuklearnu reakciju. Što se više fotona visoke energije proizvede i što je više Ra-226 direktno ispred snopa fotona, to više Ra-225 će se formirati. Međutim, pod pretpostavkom da je konverzija elektrona u fotone kočnog zračenja oko 50%, i dalje se oko polovine energije elektrona može deponovati u pretvaraču. Veoma visoko deponovanje energije u maloj zapremini pretvarača koji je povezan sa tim može lako da ograniči proizvodni kapacitet, a samim tim i da smanji prinos visokoenergetskih fotona kočnog zračenja.

[0005] Jedan od načina da se ovo reši je da se više tankih rezova materijala pretvarača razdvoji sredstvima za hlađenje, i, pored toga, da se raster snopa elektrona prostire preko veće površine pretvarača. Međutim, veća površina će neizbežno imati negativan uticaj na stopu proizvodnje.

Posledica veće površine pretvarača je da Ra treba da se podeli na celu površinu na kojoj su prisutni gama zraci visoke energije, dok se najveći prinosi dobijaju pozicioniranjem Ra što bliže pretvaraču. Ovo se može smatrati nedostatkom za bilo koju vrstu čvrste mete, jer se visoka gustina koja se može postići (npr. 3-5 g/cc) ne može optimalno iskoristiti kada je gustina struje pretvarača ograničavajući faktor (npr.0,125 - 0,25 mA/cm<2>), i odnos površine i zapremine treba da se poveća.

[0006] US 2014/0362964 A1 opisuje sistem za proizvodnju izotopa konfigurisan tako da ozrači početnu tečnost snopom čestica za generisanje radioizotopa i za pretvaranje dela početne tečnosti u paru.

[0007] Postoji, dakle, nekoliko nedostataka povezanih sa čvrstim metama. Ipak, efikasnost i prinos tečnih meta su generalno veoma niski, tako da u stanju tehnike fokus ostaje na čvrstim metama. Prema tome, još uvek postoji potreba za uređajima i postupcima koji mogu da poboljšaju efikasnost i prinos sistema tečnih meta.

Izlaganje suštine pronalaska

[0008] Cilj ovog pronalaska je da obezbedi dobar sistem tečne mete. Još jedan cilj ovog pronalaska je da obezbedi dobar postupak za proizvodnju radioizotopa.

[0009] Gore navedeni cilj se postiže postupkom i aparaturom prema ovom pronalasku.

[0010] Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što prinos i proizvodnja radioizotopa mogu biti uporedivi sa onim kod čvrste mete. Još jedna prednost izvođenja ovog pronalaska je to što je količina nuklidnog materijala pre raspada koja je potrebna za dobijanje određene količine radioizotopa ograničena. Još jedna prednost izvođenja ovog pronalaska je to što su obezbeđene tečne mete koje omogućavaju proizvodnju radioizotopa sa niskim nivoom stvaranja radioaktivnog otpada.

[0011] Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što se sistem tečne mete može kontinuirano i efikasno hladiti, čime se sprečava pregrevanje tečne mete. Još jedna prednost izvođenja ovog pronalaska je to što sistem tečne mete omogućava evakuaciju toplote na stabilan, kontinuiran i pouzdan način.

[0012] Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što tečna meta može imati veliku ukupnu zapreminu, tako da neželjeni efekti koji se očekuju od gubitaka usled, na primer, formiranja vodonika ili nekondenzovane vode mogu biti ograničeni. Još jedna prednost izvođenja ovog pronalaska je to što sistem tečne mete može biti bezbedan za rad. Još jedna prednost izvođenja ovog pronalaska je to što se rad tečne mete može pratiti, na primer, preciznim praćenjem temperature i/ili pritiska, što je često teško kod čvrstih meta.

[0013] U prvom aspektu, ovaj pronalazak se odnosi na sistem tečne mete za proizvodnju radioizotopa. Sistem tečne mete sadrži komoru za ključanje koja sadrži tečnost i osnovne hemikalije iz kojih se radioizotopi mogu proizvesti ozračivanjem. Komora za ključanje sadrži prozor za ozračivanje koji omogućava ozračivanje tečnosti i osnovnih hemikalija, što dovodi do isparavanja tečnosti u paru. Sistem tečne mete je konfigurisan tako da se pregrevanje tečne mete kontroliše termodinamikom procesa isparavanja.

[0014] Tamo gde se u izvođenjima ovog pronalaska upućuje na prozor za ozračivanje, upućuje se na zonu u zidu komore za ključanje koja omogućava da zračenje koje je potrebno za ozračivanje osnovnih hemikalija iz kojih se mogu proizvesti radioizotopi uđe u komoru za ključanje. Tip prozora za ozračivanje koji se koristi može zavisiti od vrste ozračivanja. Na primer, u slučaju upotrebe gama zračenja, zid može, na primer, ionako biti providan za zračenje. U izvođenjima, sistem tečne mete koji je konfigurisan tako da se pregrevanje tečne mete kontroliše termodinamikom procesa isparavanja, može se sastojati od toga da je sistem tečne mete konfigurisan da koristi isparavanje tečnosti za sprečavanje navedenog pregrevanja, poželjno za kontrolu temperatura tečne mete. Pregrevanje tečne mete može da dovede do isparavanja u suštini sve tečnosti u tečnoj meti, tako da osnovne hemikalije ključaju dok ne postanu suve.

[0015] Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što, pošto se pregrevanje tečne mete može sprečiti, sistem tečne mete omogućava da se izbegne oslobađanje nekondenzujućih gasova iz hemijskih materijala, omogućava izbegavanje sinterovanja hemijskih materijala i/ili omogućava izbegavanje formiranja nerastvorljivih hemijskih materijala. Do navedenog pregrevanja može doći usled velike količine energije zračenja deponovane u tečnoj meti. Konkretno, takozvana reakcija proizvodnje parova doprinosi zagrevanju tečne mete. U reakciji proizvodnje parova, foton visoke energije u prisustvu jezgra sa velikim atomskim brojem (npr. nuklid Ra-226 pre raspada) se pretvara u elektron i pozitron sa preostalom kinetičkom energijom. Kako se naelektrisane čestice, odnosno elektron i pozitron, usporavaju (i žare u slučaju pozitrona), one oslobađaju svoju kinetičku energiju unutar tečne mete, koja se pretvara u toplotu.

[0016] Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što rashladno kolo za sistem tečne mete, kontrolisano pumpama, pri čemu se tečnost i osnovne hemikalije pumpaju u rashladnom kolu, možda neće biti potrebno. Dalja prednost izvođenja ovog pronalaska je to što se veliki izmenjivači toplote koji zahtevaju veliku površinu kontakta sa tečnom metom mogu izbeći, tako da količina tečne mete koja je potrebna može biti ograničena.

[0017] Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što sistem omogućava povećanje koncentracije tokom rada. Konkretnije, dok početna koncentracija osnovnih hemikalija koje se koriste za proizvodnju radioizotopa u tečnosti na početnoj temperaturi može biti ograničena zbog rastvorljivosti u rastvaraču, npr. vodi, a veće koncentracije na ovoj početnoj temperaturi bi dovele do taloženja, prednost izvođenja ovog pronalaska je to što se koncentracija može povećati tokom zagrevanja tečne mete, u skladu sa povećanjem rastvorljivosti osnovnih hemikalija u vodi ili teškoj vodi. Ovo potonje se ostvaruje isparavanjem rastvarača, dok se osnovne hemikalije održavaju u ozračenoj zoni.

[0018] U izvođenjima, voda koja je isparila se može skladištiti u sistemu kao para ili kao tečnost.

[0019] U izvođenjima, sistem tečne mete dalje sadrži kondenzacionu zonu koja je pozicionirana iznad komore za ključanje, gde kondenzaciona zona ima zidove za kondenzaciju tečne pare u tečni kondenzat, pri čemu se tečni kondenzat može sistematski vraćati ili dostavljati u komoru za ključanje. Takvi zidovi se takođe mogu nazvati i rashladnim površinama. U izvođenjima, sistem tečne mete je konfigurisan za sistematsko vraćanje tečnog kondenzata u komoru za ključanje, npr. direktnom fluidnom vezom između kondenzacione zone i komore za ključanje, ili sistematskim ispuštanjem tečnog kondenzata iz kondenzacione zone (npr. putem gravitacije) u komoru za ključanje.

[0020] U izvođenjima, navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata tako može biti postavljena na zidovima za kondenzaciju pare i može biti opremljena mehanizmom za kapanje za sistematsko vraćanje kondenzata u komoru za ključanje.

[0021] U poželjnim izvođenjima, sistem tečne mete dalje sadrži najmanje jednu zonu za sakupljanje kondenzata koja služi za sakupljanje tečnog kondenzata, pri čemu je navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata postavljena izvan komore za ključanje (tj., navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata i komora za ključanje su odvojene jedna od druge), pri čemu su navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata i komora za ključanje međusobno povezane tako da deluju kao spojeni sudovi. U izvođenjima, navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata i komora za ključanje su konfigurisane tako da je odnos zapremine tečnog kondenzata, tj. tečnosti, prisutne u navedenoj najmanje jednoj zoni za sakupljanje tečnog kondenzata prema zapremini tečnosti prisutne u komori za ključanje je najmanje 0,5, poželjno najmanje 1, još poželjnije najmanje 2. U izvođenjima, odnos površine horizontalnog poprečnog preseka navedene najmanje jedne zone za sakupljanje kondenzata prema površini horizontalnog poprečnog preseka komore za ključanje je najmanje 0,5, poželjno najmanje 1, još poželjnije najmanje 2. Dimenzije sistema se mogu odabrati tako da se dobije povećanje koncentracija do faktora 2. Prednost ovih izvođenja je to što, pošto osnovne hemikalije mogu postati koncentrisane u komori za ključanje, i mogu biti odsutne u navedenoj najmanje jednoj zoni za sakupljanje kondenzata, tokom funkcionisanja sistema tečne mete, moguće je povećanje koncentracije osnovnih hemikalija u komori za ključanje koje dostiže najmanje 50%, poželjno najmanje 100%, poželjno najmanje 200%, više od početne koncentracije osnovnih hemikalija kada su prisutne u svim tečnostima, uključujući u bilo kojoj tečnosti prisutnoj u navedenoj najmanje jednoj zoni za sakupljanje kondenzata.

[0022] U izvođenjima, zapremina komore za ključanje je od 5 ml do 500 m.. U izvođenjima, ukupna zapremina navedene najmanje jedne zone za sakupljanje kondenzata je od 5 ml do 500 ml.

[0023] U izvođenjima, pomenuta međusobna veza između komore za ključanje i navedene najmanje jedne zone za sakupljanje kondenzata sadrži razmak ili cev. U izvođenjima, ulazni otvor međusobne veze koji služi za puštanje tečnosti u komoru za ključanje nalazi se blizu dna komore za ključanje, na primer, na zidu ili na dnu. Poželjno, pomenuti ulazni otvor se nalazi na visini u komori za ključanje koja je manja od 25% visine komore za ključanje, poželjno manja od 10% visine komore za ključanje, još poželjnije suštinski na dnu komore za ključanje. U izvođenjima, površina poprečnog preseka pomenute međusobne veze, upravna na nominalni pravac toka unutar pomenute međusobne veze, je najviše 10%, poželjno najviše 5%, još poželjnije najviše 2%, od najmanje jedne, npr., obe, površine vertikalnog ili horizontalnog poprečnog preseka komore za ključanje.

[0024] Radi ilustracije, na koju izvođenja nisu ograničena, jedan primer je razmotren u nastavku. Za metu koja prima na primer 1200 W, sa 50% energije koja se efektivno koristi za pretvaranje tečnosti u paru, i jednim otvorom od 0,2 cm<2>(što odgovara poluprečniku od oko 2,5 mm u kružnom otvoru), tečnost bi putovala brzinom od 1,33 cm/s. Što je otvor manji, to će brzina biti veća. Korišćenjem malog preseka za međusobnu vezu, izbegava se protivtok iz komore za ozračivanje ka komori za kondenzat. Odabirom dovoljno malog preseka, tečnost teče ravnomerno u jednom smeru dovoljno velikom brzinom. Dužina i/ili prečnik međusobne veze mogu biti projektovani tako da se stvara pad pritiska koji će stvoriti razliku u nivou tečnosti. U nekim izvođenjima, projektovani dizajn je takav da se kondenzat skladišti iznad nivoa zračenja komore za ozračivanje. To osigurava da će se većina kondenzata vratiti u komoru za ozračivanje kada ozračivanje, a samim tim i ključanje dostignu vrh. Na taj način se hemikalije razblažuju i izbegava se taloženje kada se rastvor ohladi. U alternativnim primerima, ulazni otvor se može postaviti na vrhu sistema tako da radi putem kapanja.

[0025] Prednost ovih izvođenja je to što je disipacija toplote u sistemu tečne mete (a samim tim i sprečavanje pregrevanja) garantovana procesom ključanja i kondenzacije tečnosti. Kondenzaciona zona se može hladiti sekundarnim sistemom koji sadrži rashladni fluid koji ne sadrži radioaktivni materijal. U izvođenjima, sistem tečne mete dalje sadrži kupatilo sa rashladnim fluidom i/ili sekundarni sistem za cirkulaciju rashladnog fluida za hlađenje kondenzacione zone. U poželjnim izvođenjima, kondenzaciona zona i navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata je bar delimično okružena sekundarnim sistemom za cirkulaciju rashladnog fluida.

[0026] Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što sistem tečne mete može automatski da deluje kao koncentrator, tako da koncentracija osnovnih hemikalija može da se poveća u ozračenoj zapremini tokom procesa zagrevanja, a zatim isparavanja tečnosti, izazvanog ozračivanjem. Štaviše, kako se rastvorljivost osnovnih hemikalija u tečnosti obično povećava sa temperaturom, tečna meta može da sadrži visoku koncentraciju osnovnih hemikalija, bez taloženja, što omogućava efikasnu proizvodnju radioizotopa. Zapravo, pošto je rastvorljivost osnovnih hemijskih materijala od kojih se dobijaju radioizotopi relativno niska na sobnoj temperaturi, prednost je što se koncentracija može povećati tokom procesa zagrevanja izazvanog ozračivanjem, zahvaljujući većoj rastvorljivosti osnovnih hemijskih materijala u tečnosti na višoj temperaturi.

[0027] U izvođenjima, sistem dalje sadrži generator snopa zračenja konfigurisan za ozračivanje tečnosti i osnovnih hemikalija. Ovde se generator snopa zračenja tipično nalazi izvan komore za ključanje i konfigurisan je za ozračivanje tečnosti i osnovnih hemikalija kroz prozor za ozračivanje. U izvođenjima, generator snopa zračenja se bira između: elektronskog topa, topa za gama zrake, protonskog topa i neutronskog topa. U izvođenjima koja sadrže elektronski top ili protonski top, generator snopa zračenja može dalje da sadrži pretvarač za pretvaranje snopa naelektrisanih čestica (tj. snopa elektrona ili snopa protona) u visokoenergetske fotone kočnog zračenja, koji formiraju snop zračenja.

[0028] U izvođenjima koja sadrže navedenu najmanje jednu zonu za sakupljanje kondenzata, generator snopa zračenja može biti konfigurisan tako da se snop zračenja širi od generatora snopa zračenja koji se nalazi izvan komore za ključanje, kroz prozor za ozračivanje, u komoru za ključanje, bez prolaska kroz navedenu najmanje jednu zonu za sakupljanje kondenzata. Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što bilo koja tečnost u navedenoj najmanje jednoj zoni za sakupljanje kondenzata ne ključa, pretvarajući tečnost u navedenoj najmanje jednoj zoni za sakupljanje kondenzata pretvara u paru. To može dovesti do povećanja koncentracije osnovnih hemikalija prisutnih u navedenoj najmanje jednoj zoni za sakupljanje kondenzata, što može dovesti do smanjenja koncentracije osnovnih hemikalija u komori za ključanje. Dalja prednost ovih izvođenja je to što snop zračenja ne može biti oslabljen apsorpcijom od strane tečnog kondenzata u navedenoj najmanje jednoj zoni za sakupljanje kondenzata.

[0029] U izvođenjima, sistem tečne mete sadrži jedinicu za komprimiranje za stavljanje sistema pod pritisak radi kontrole veličine mehurića i temperature ključanja tečnosti. U ovim izvođenjima, sistem može dalje da sadrži senzor pritiska za merenje pritiska u komori za ključanje ili sistemu.

[0030] U izvođenjima, komora za ključanje, kondenzaciona zona i navedena najmanje jedne zone za sakupljanje kondenzata formiraju sistem cilindričnog dizajna. Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što je broj zavarenih spojeva u cilindričnom dizajnu tipično ograničen, što može učiniti sistem otpornim na pritisak. U izvođenjima, komora za ključanje sadrži ulazni otvor i izlazni otvor za stvaranje protoka inertnog gasa, npr. argona, helijuma ili azota, poželjno helijuma, kroz komoru za ključanje. Gubitak nekondenzovane vode (vlažnosti) koja napušta sistem tečne mete istom brzinom protoka kao inertni gas, može se nadoknaditi izlaganjem inertnog gasa vodi (vlažnosti) pre nego što se doda u sistem mete. Na taj način se bilans mase vode može održavati kao konstanta (sa izuzetkom gasovitog vodonika koji napušta sistem).

[0031] Prednost ovih izvođenja je što se može postići dobra kontrola pritiska. Dalja prednost je to što se protok inertnog gasa može koristiti za uklanjanje bilo kog gasovitog materijala formiranog u komori za ključanje iz komore za ključanje, radi sakupljanja pomenutog gasovitog materijala (npr. Rn kada nuklid pre raspada sadrži Ra-226). U izvođenjima, komora za ključanje sadrži ulazni otvor za uvođenje i/ili uklanjanje tečne mete, tj. tečnosti i osnovnih hemikalija, iz komore za ključanje.

[0032] Prema pronalasku, osnovne hemikalije su soli koje sadrže radionuklid za formiranje radioizotopa kada se izlože ozračivanju. Pomenuti radionuklid je tipično katjon, a so dalje sadrži anjon. Prema pronalasku, tečnost je voda ili teška voda, a osnovne hemikalije su soli koje imaju pozitivnu entalpiju za vodu. U izvođenjima, osnovne hemikalije su bilo koja od sledećih ili njihova kombinacija: Ra(NO3)2, RaCl2i Ba(NO3)2. Treba napomenuti da dok se u izvođenjima ovog pronalaska često poziva na proizvodnju Ac-225, izvođenja nisu ograničena na to i takođe su predviđeni sistemi tečne mete za proizvodnju drugih izotopa. Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što ove soli imaju dovoljnu rastvorljivost u vodi. U izvođenjima, so obuhvata jednu od sledećih: so Ca, koja se može koristiti za proizvodnju Sc-47; so Zn, koja se može koristiti za proizvodnju Cu-67; so Ba, koja se može koristiti za proizvodnju Cs-131; i so Dy, koja se može koristiti za proizvodnju Tb-155. U izvođenjima, sistem tečne mete je prilagođen za proizvodnju Sc-47, Cu-67, Cs-131, Tb-155, Ra-225 ili Ac-225, poželjno Ac-225.

[0033] Bilo koje karakteristike bilo kog izvođenja prvog aspekta mogu biti nezavisno na odgovarajući način opisane za bilo koje izvođenje bilo kog od drugih aspekata ovog pronalaska.

[0034] U drugom aspektu, ovaj pronalazak se odnosi na postupak za proizvodnju radioizotopa. Postupak je definisan u zahtevu 12. Ovde se termodinamika pomenutog procesa isparavanja koristi kako bi se kontrolisalo pregrevanje tečne mete.

[0035] U izvođenjima, postupak se može izvesti korišćenjem sistema tečne mete u skladu sa izvođenjima prvog aspekta ovog pronalaska.

[0036] U izvođenjima, postupak sadrži, nakon pomenutog ozračivanja, korak prikupljanja radioizotopa iz tečne mete.

[0037] U izvođenjima, pomenuto ozračivanje se izvodi korišćenjem incidentne snage na tečnu metu od na primer 1,5 kW, na primer snage između 0,5 kW i 10 kW, npr. između 0,5 kW i 5 kW, npr. između 0,5 kW i 3 kW. U izvođenjima, korak ozračivanja se izvodi pod pritiskom između vakuuma i 60 bara, npr. između 0,5 bara i 10 bara. Treba napomenuti da se u principu mogu koristiti i viši pritisci.

[0038] U poželjnim izvođenjima, tečna meta ima koncentraciju osnovnih hemikalija, npr., na mestu ozračivanja, tokom barem dela pomenutog ozračivanja, koja je veća od rastvorljivosti, tj. maksimalne koncentracije pre nego što dođe do taloženja, osnovnih hemikalija u tečnost na temperaturi od 25°C i pritisku od 1 atm, poželjno najmanje 20% više, poželjnije najmanje 50% veće, još poželjnije najmanje 100% veće, a još poželjnije najmanje 200% veće. Tipično, maksimalna koncentracija koja se može postići jednaka je rastvorljivosti osnovnih hemikalija, pošto se bilo koje dalje osnovne hemikalije ne bi rastvorile u tečnosti, na primer, talog iz tečnosti.

[0039] Bilo koje karakteristike bilo kog izvođenja drugog aspekta mogu biti nezavisno na odgovarajući način opisane za bilo koje izvođenje bilo kog od drugih aspekata ovog pronalaska.

[0040] U trećem aspektu, ovaj pronalazak se odnosi na upotrebu sistema tečne mete prema izvođenjima prvog aspekta za proizvodnju radioizotopa.

[0041] Bilo koje karakteristike bilo kog izvođenja trećeg aspekta mogu biti nezavisno na odgovarajući način opisane za bilo koje izvođenje bilo kog od drugih aspekata ovog pronalaska.

[0042] Posebni i poželjni aspekti pronalaska su navedeni u pratećim nezavisnim i zavisnim zahtevima. Karakteristike iz zavisnih zahteva mogu se kombinovati sa karakteristikama nezavisnih zahteva i sa karakteristikama drugih zavisnih zahteva prema potrebi, a ne samo kako je eksplicitno navedeno u zahtevima.

[0043] Iako ima stalnih poboljšanja, promena i evolucije uređaja u ovoj oblasti, veruje se da ovi koncepti predstavljaju značajna nova poboljšanja, koja uključuju odstupanja od ranijih praksi, što dovodi do obezbeđivanja efikasnijih, stabilnijih i pouzdanih uređaja ove prirode.

[0044] Gore navedena i druga svojstva, karakteristike i prednosti ovog pronalaska će postati očigledni iz sledećeg detaljnog opisa, posmatranog zajedno sa pratećim crtežima, koji ilustruju, u vidu primera, principe pronalaska. Ovaj opis je dat samo radi primera, bez ograničavanja obima pronalaska. Referentne brojke navedene u nastavku odnose se na priložene crteže.

Kratak opis crteža

[0045]

Slika 1A je šematski eksplodirani prikaz barem dela sistema tečne mete u skladu sa izvođenjima ovog pronalaska.

Slika 1B je šematski vertikalni poprečni presek barem dela sistema tečne mete sa slike 1A koji je u skladu sa izvođenjima ovog pronalaska.

Slika 2 je dijagram rastvorljivosti, u gramima soli na 100 ml H2O, u zavisnosti od temperature, u stepenima Celzijusa, za Ba(NO3)2i Ra(NO3)2.

Slika 3 je dijagramska ilustracija sistema tečne mete u skladu sa izvođenjima ovog pronalaska.

Slika 4 je šematski vertikalni poprečni presek sistema tečne mete u skladu sa izvođenjima ovog pronalaska.

Slika 5 je šematski vertikalni poprečni presek sistema tečne mete sa slike 4, nakon zagrevanja tečne mete ozračivanjem pomenute tečne mete.

[0046] Na različitim slikama, isti referentni znakovi se odnose na iste ili analogne elemente.

Opis ilustrativnih izvođenja

[0047] Predmetni pronalazak će biti opisan u odnosu na pojedina izvođenja i pozivajući se na određene crteže, ali pronalazak nije ograničen na njih, već samo patentnim zahtevima. Opisani crteži su samo šematski prikazi i nisu ograničavajući. Na crtežima, veličina nekih elemenata može biti preuveličana i ne u odgovarajućoj razmeri, u ilustrativne svrhe. Dimenzije i relativne dimenzije ne odgovaraju stvarnim svođenjima pronalaska na praksu.

0048] Uz to, pojmovi prvi, drugi, treći i slično u opisu i u zahtevima se koriste za razlikovanje sličnih elemenata, a ne nužno za opisivanje niza, bilo u vremenskom ili prostornom smislu, u smislu rangiranja ili u bilo kom drugom smislu. Treba razumeti da su tako korišćeni pojmovi međusobno zamenljivi pod odgovarajućim okolnostima i da su ovde opisana izvođenja pronalaska sposobna da rade i u drugim sekvencama od onih koje su ovde opisane ili ilustrovane.

[0049] Uz to, pojmovi gornji, donji, iznad, ispod i slično u opisu i u zahtevima se koriste u opisne svrhe, a ne nužno za opisivanje relativnih položaja. Treba razumeti da su tako korišćeni pojmovi međusobno zamenljivi pod odgovarajućim okolnostima i da su ovde opisana izvođenja pronalaska sposobna da rade i u drugim orijentacijama od onih koje su ovde opisane ili ilustrovane.

[0050] Treba primetiti da pojam „sadrži", upotrebljen u patentnim zahtevima ne treba tumačiti kao ograničen na sredstva navedena u nastavku; on ne isključuje druge elemente ili korake. Stoga ga treba tumačiti kao da precizira prisustvo navedenih karakteristika, celina, koraka ili komponenti koje se pominju, ali ne isključuje prisustvo ili dodavanje jedne ili više drugih karakteristika, celina, koraka ili komponenti ili njihovih grupa. Pojam „sadrži" stoga pokriva situaciju u kojoj su prisutne samo navedene karakteristike i situaciju u kojoj su prisutne te karakteristike i jedna ili više drugih karakteristika. Reč „sadrži" prema pronalasku stoga takođe uključuje kao jedno izvođenje i da nisu prisutna nijedna druga komponenta. Stoga, obim izraza „uređaj koji sadrži sredstva A i B“ ne treba tumačiti kao da je ograničen na uređaje koji se sastoje samo od komponenti A i B. On znači da u pogledu ovog pronalaska, jedine relevantne komponente uređaja su A i B.

[0051] Slično tome, treba primetiti da pojam „spojeno“ ne treba tumačiti kao da je ograničen samo na direktne veze. Mogu se koristiti pojmovi „spojeno" i „povezano", zajedno sa njihovim derivatima. Treba razumeti da ovi pojmovi nisu zamišljeni kao sinonimi jedan za drugi. Tako, opseg izraza „uređaj A spojen sa uređajem B“ ne treba da bude ograničen na uređaje ili sisteme u kojima je izlaz uređaja A direktno povezan sa ulazom uređaja B. On znači da postoji put između izlaza iz A i ulaza u B koji može biti putanja koja uključuje druge uređaje ili sredstva. „Spojeno“ može značiti da su dva ili više elemenata ili u direktnom fizičkom ili električnom kontaktu, ili da dva ili više elemenata nisu u direktnom kontaktu jedan sa drugim, ali ipak sarađuju jedan sa drugim ili imaju međusobnu interakciju.

[0052] Upućivanje u ovoj specifikaciji na „jedno izvođenje“ ili „izvođenje“ znači da je neka određena osobina, struktura ili karakteristika opisana u vezi sa tim izvođenjem uključena u najmanje jedno izvođenje ovog pronalaska. Prema tome, pojavljivanje fraza „u jednom izvođenju“ ili „u izvođenju“ na različitim mestima u ovoj specifikaciji ne mora nužno sve da se odnosi na isto izvođenje, ali može. Uz to, posebne karakteristike, strukture ili svojstva mogu se kombinovati na bilo koji pogodan način, kao što bi bilo očigledno osobi prosečno stručnoj u relevantnoj oblasti iz ovog otkrivanja, u jednom ili više izvođenja.

[0053] Slično tome, treba uzeti u obzir da su u opisu primera izvođenja pronalaska, različite karakteristike pronalaska ponekad grupisane zajedno u jednom izvođenju, slici ili opisu u cilju pojednostavljenja otkrivanja i pomoći u razumevanju jednog ili više različitih inventivnih aspekata. Međutim, ovaj metod otkrivanja ne treba tumačiti kao da odražava nameru da pronalazak za koji se traži zaštita zahteva više karakteristika nego što je izričito navedeno u svakom zahtevu. Umesto toga, kao što sledeći zahtevi odražavaju, inventivni aspekti leže u manje od svih karakteristika jednog prethodno otkrivenog izvođenja. Prema tome, zahtevi koji slede posle detaljnog opisa su ovim izričito uključeni u ovaj detaljni opis, pri čemu svaki zahtev stoji za sebe kao zasebno izvođenje ovog pronalaska.

[0054] Uz to, dok neka ovde opisana izvođenja uključuju neke, ali ne i druge karakteristike uključene u druga izvođenja, kombinacije karakteristika različitih izvođenja su predviđene da budu unutar obima pronalaska i formiraju drugačija izvođenja, kako bi razumeli stručnjaci u relevantnoj oblasti. Na primer, u sledećim zahtevima, bilo koje od izvođenja za koje se traži zaštita može se koristiti u bilo kojoj kombinaciji.

[0055] Uz to, neka od izvođenja su ovde opisana kao postupak ili kombinacija elemenata postupka koji se može primeniti pomoću procesora računarskog sistema ili drugim sredstvima za izvršavanje funkcije. Dakle, procesor sa potrebnim uputstvima za sprovođenje takvog postupka ili elementa postupka čini sredstvo za sprovođenje postupka ili elementa postupka. Uz to, ovde opisani element izvođenja aparata je primer sredstva za izvršavanje funkcije koje obavlja element u svrhu sprovođenja pronalaska.

[0056] U opisu koji je ovde dat, navedeni su brojni specifični detalji. Međutim, treba razumeti da se izvođenja pronalaska mogu praktikovati bez ovih specifičnih detalja. U drugim slučajevima, dobro poznati postupci, strukture i metode nisu detaljno prikazani kako se ne bi zamaglilo razumevanje ovog opisa.

[0057] Pronalazak će sada biti opisan putem detaljnog opisa nekoliko izvođenja pronalaska. Jasno je da se druga izvođenja pronalaska mogu konfigurisati u skladu sa znanjem stručnjaka u ovoj oblasti bez odstupanja od tehničkog učenja pronalaska, pri čemu je pronalazak ograničen samo odredbama priloženih patentnih zahteva.

[0058] U prvom aspektu, ovaj pronalazak se odnosi na sistem tečne mete za proizvodnju radioizotopa, kako je definisan zahtevom 1.

[0059] U drugom aspektu, ovaj pronalazak se odnosi na postupak za proizvodnju radioizotopa. Postupak je definisan zahtevom 13.

[0060] U trećem aspektu, ovaj pronalazak se odnosi na upotrebu sistema tečne mete prema izvođenjima prvog aspekta za proizvodnju radioizotopa.

[0061] Upućuje se na sliku 1A, koja predstavlja šematski eksplodirani prikaz barem dela sistema tečne mete 10 u skladu sa izvođenjima ovog pronalaska. Istovremeno, upućuje se na sliku 1B, koja predstavlja šematski vertikalni poprečni presek navedenog barem dela sistema tečne mete 10. U ovom primeru, sistem tečne mete, to jest sistem za proizvodnju radioizotopa, sadrži komoru za ključanje 2 u kojoj se nalazi tečna meta 8, koja se sastoji od tečnosti i osnovnih hemikalija iz kojih se radioizotopi mogu proizvoditi ozračivanjem. Prozor za ozračivanje 23, koji je u ovom primeru deo zida komore za ključanje 2, kroz koji se pomenuto ozračivanje može širiti, sadržan je u zidu komore za ključanje 2. U ovom primeru, tečnost koja je sadržana u tečnoj meti 8 u komori za ključanje 2 je voda, a osnovne hemikalije rastvorene u vodi su so koja sadrži nuklid pre raspada Ra-226, npr. (Ra-226)(NO3)2, iako pronalazak nije ograničen na to. Kao takva, u ovom primeru, tečna meta 8 se sastoji od tečnosti i soli koja sadrži Ra-226.

[0062] Tečnu metu 8 kontinuirano ozračuje snop fotona visoke energije kroz prozor za ozračivanje 23. Usled toga, tečna meta 8 će ključati pod navedenim kontinuiranim ozračivanjem, i time pretvarati tečnost u paru, tj. u vodenu paru (bele strelice). Vodena para se zatim kondenzuje u kondenzacionoj zoni 3 koja se nalazi iznad komore za ključanje 2, čime se para pretvara u tečni kondenzat. Barem kondenzaciona zona 3, ali moguće i zona za sakupljanje kondenzata 4, a moguće i komora za ključanje 2, se mogu hladiti pomoću vodenog kupatila sa rashladnom tečnošću i/ili sekundarnog sistema 32 sa prinudnom cirkulacijom rashladnog fluida.

[0063] U ovom primeru, sistem tečne mete dalje sadrži dve zone za sakupljanje kondenzata 4, različite od komore za ključanje 2 i, u ovom primeru, odvojene jedna od druge pregradnim zidovima 21. Dve zone za sakupljanje kondenzata 4 nalaze se na suprotnim stranama komore za ključanje 2, svaki put odvojene pregradnim zidovima 21. Sistem tečne mete je konfigurisan tako da se kondenzat koji se formira u kondenzacionoj zoni 3 kreće, na primer, spušta u zone za sakupljanje kondenzata 4 (strelice ispunjene horizontalnim prugama). To se, u ovom primeru, postiže tako što su zidovi zona za sakupljanje kondenzata 4 povezani sa zidovima kondenzacione zone 3, tako da tečnost kondenzovana na zidovima kondenzacione zone 3 može da se kreće, npr., naniže preko navedenog zida, u zone za sakupljanje kondenzata 4. Dalje, u ovom primeru, sistem tečne mete sadrži usmeravajući element 5 za kondenzat, koji usmerava svaki kondenzat dalje od komore za ključanje, u zone za sakupljanje kondenzata 4 (koje se drugačije mogu nazvati i komore za sakupljanje kondenzata).

[0064] Zone za sakupljanje kondenzata 4 su fluidno spojene sa komorom za ključanje 2, na primer, preko otvora 24 u pregradnim zidovima 21. Na primer, kao u ovom primeru, barem deo pregradnih zidova 21 može da bude odvojen od dna komore za ključanje 2 razmakom 24, kroz koji tečnost može da se kreće između zona za sakupljanje kondenzata 4 i komore za ključanje 2. Alternativno, na primer, navedeni fluidni spoj se može izvesti pomoću cevi. Na taj način, tečni kondenzat 41 sakupljen u zonama za sakupljanje kondenzata 4 može da teče u komoru za ključanje 2 (crne strelice).

[0065] Kao takve, zone za sakupljanje kondenzata 4 i komora za ključanje 2 mogu se smatrati da funkcionišu kao, u ovom primeru, tri spojena suda, pri čemu tečna meta 8 u komori za ključanje 2 ključa, direktno pozicionirana u snopu fotona visoke energije , dok se kondenzat sakuplja u zonama za sakupljanje kondenzata 4, i ne ključa zbog manjeg unosa energije u zone za prikupljanje kondenzata 4. Zapravo, kondenzat, odnosno tečnost, u zonama za sakupljanje kondenzata 4 možda neće sadržati Ra-226 u značajnim količinama za apsorpciju zračenja, usled kontinuiranog efektivnog protoka tečnosti (crne strelice) iz zona za sakupljanje kondenzata 4, kroz razmak, do komore za ključanje 2, koja kompenzuje protok pare (bele strelice) i protok kondenzata (strelice sa horizontalnim prugama) preko kondenzacione zone 3. U stabilnom stanju, brzine svakog od ova tri protoka mogu biti suštinski jednake. Kondenzat 41 će biti na znatno nižem nivou ozračivanja. Štaviše, zbog odsustva Ra, apsorpcija toplote je niža te zbog toga kondenzat ne ključa. Drugim rečima, pošto su zone za sakupljanje kondenzata 4 i komora za ključanje 2 u suštini spojeni sudovi, kontinuirani gubitak vodene mase u komori za ključanje 2 usled pomenutog ključanja se kompenzuje kontinuiranim protokom vode iz zona za sakupljanje kondenzata 4, kroz rupu na dnu mete, u komoru za ključanje 2. Veličina razmaka (ili, alternativno, prečnik cevi) je poželjno optimizovana tako da postoji kontinuirani tok kondenzata, odnosno tečnosti, prema komori za ključanje 2, tako da se suštinski nimalo Ra-226 ne pomera u suprotnom smeru, odnosno od komore za ključanje 2, prema i u zone za sakupljanje kondenzata 4. Stoga otvor ne bi trebalo da bude preuzak a ni prevelik. Poželjno, brzina protoka tečnosti kroz otvor prema komori za ključanje je od 0,1 cm/s do 20 cm/s, poželjno od 0,5 cm/s do 5 cm/s, na primer, 1 cm/s. Poželjno, pomenuta brzina protoka tečnosti suštinski u potpunosti proizilazi iz gubitka tečnosti u komori za ključanje 2 usled ključanja uzrokovanog ozračivanjem, i povećanja tečnosti u zoni za sakupljanje kondenzata 4 usled naknadnog sakupljanja kondenzata u njoj. Zbog kontinuiranog povratnog toka kondenzata, odnosno tečnosti u tečnu metu u komori za ključanje 2, tečna meta neće ključati dotle da postane suva, i sprečava se pregrevanje.

[0066] U ovom primeru, ozračivanje tečne mete 8 dovodi do proizvodnje Ac-225, fotonuklearnom reakcijom Ra-226 (γ,n) Ra-225 (β-) Ac-225. Poželjno je da se bilo koji formiran Ac-225 može odvojiti od tečne mete 8. U ovom primeru, sistem tečne mete sadrži otvor 22 na dnu komore za ključanje 2, koji funkcioniše kao ulazni i/ili izlazni otvor za tečnu metu 8, na primer, pre i posle, ali poželjno ne tokom, ozračivanja. Na taj način, tečna meta 8 može, nakon ozračivanja, da se pomeri kroz otvor 22 do, na primer, postrojenja sa vrućim ćelijama radi hemijskog odvajanja i prečišćavanja Ac-225. Nakon pomenutog odvajanja, tečna meta se može pomeriti nazad kroz pomenuti otvor 22 u komoru za ključanje 2. Da bi se izbegla kristalizacija i gubici na bilo kom fluidnom putu, npr., cevi, koji međusobno povezuje komoru za ključanje 2 i postrojenje sa vrućim ćelijama, poželjno je da se određena zapremina tečnosti za ispiranje, npr. razblažene azotne kiseline, koristi direktno nakon prenosa tečne mete 8 kroz pomenuti fluidni put. Ovo može dodatno da razblaži osnovne hemikalije u tečnoj meti 8 i na taj način da smanji prinose, to jest, viškom zapremine uvedenim zapreminom tečnosti za ispiranje. Navedeni višak zapremine se može ukloniti ključanjem, u komori za ključanje 2, tečne mete 8 uz uspostavljanje protoka inertnog gasa, na primer, helijuma ili N2, od otvora 22 do otvora 31, čime se uklanja višak pare. Međutim, odgovarajućim dizajnom mete (odnos zapremine komore za ključanje 2 prema zapremini komora za kondenzat 4), ovaj višak zapremine neće predstavljati problem. Zapravo, zapreminski odnos između tečnosti u komori za ključanje 2, tj. ozračene snopom, i tečnosti u komorama za sakupljanje kondenzata 4 se može optimizovati, a koncentracija Ra u komori za ključanje se može se povećati. Na primer, u slučaju zapreminskog odnosa 1/1, koncentracija Ra u snopu može da se udvostruči tokom rada, tj. tokom ozračivanja tečne mete 8, u poređenju sa dizajnom koji ne sadrži komore za sakupljanje kondenzata 4. Usled toga, proizvodni prinosi će se takođe udvostručiti. Prednost ove povećane koncentracije je to što mala količina nuklida pre raspada, na primer, Ra-226, može biti potrebna za put proizvodnje gama zraka da bi se dobio visok prinos izotopa Ra-225. Ova povećana koncentracija može, tokom ozračivanja, da ne predstavlja problem u pogledu maksimuma rastvorljivosti radijuma, jer se tečna meta može jako zagrejati, na primer, do 100°C, što je temperatura ključanja vode pri standardnom pritisku ili čak iznad 100°C kada je pritisak iznad standardnog pritiska, tako da se rastvorljivost može dodatno povećati.

[0067] U ovom primeru, navedeni barem deo sistema tečne mete 10, odnosno komora za ključanje 2, kondenzaciona zona 3 i zone za sakupljanje kondenzata 4, formiraju cilindrični oblik, da se ograniči broj zavarenih spojeva, i kojim se povećava čvrstoća ovog dela sistema tečne mete koji može da radi pri povišenim pritiscima. Navedeni viši pritisak se može koristiti za povećanje tačke ključanja vode i može uticati na termodinamiku procesa isparavanja. Zapravo, kada se radi sa ovom tečnom metom 8 u snopu, svaka stvorena toplota treba da se evakuiše na način da je rad u stabilnom stanju bezbedan i pouzdan. Poželjna je ključala tečna meta 8, jer predstavlja efikasan i pogodan način za uklanjanje viška toplote iz rastvora, odnosno tečne mete 8. Zbog relativno male veličine tečne mete 8, stavljanje pod pritisak može biti veoma poželjno da bi se kontrolisala veličina mehurića u ključaloj tečnoj meti 8. Što je pritisak veći, to su mehurići manji a učinak ključanja bolji. Pritisak i temperatura u stabilnom stanju mogu se kontrolisati radi optimizacije termohidrauličnog učinka tečne mete 8.

[0068] (Ra-226)(NO3)2je sasvim pogodan za upotrebu u izvođenjima ovog pronalaska, pošto ima relativno visoku rastvorljivost u vodi u poređenju sa drugim solima Ra-226. Jedinjenje je rastvorljivo za 13,9 g/100 g vode na 20°C i pri standardnom pritisku (videti Erbacher, O. Löslichkeits-Bestimmungen einiger Radiumsaltze; Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 1930; Vol. 63: 141-156). Međutim, mogu se koristiti i druga jedinjenja, na primer, (Ra-226)Cl2. Rastvorljivost (Ra-226)(NO3)2značajno raste na višim temperaturama. Da bi se aproksimirala rastvorljivost (Ra-226)(NO3)2na povišenim temperaturama, rastvorljivost barijum nitrata se može uzeti kao dobra aproksimacija, zbog veoma sličnog ponašanja zemnoalkalnih metala Ra i Ba ili atoma 2. grupe (iako je rastvorljivost Ba(NO3)2nešto niža od rastvorljivosti Ra(NO3)2). Upućuje se na sliku 2, koja predstavlja dijagram rastvorljivosti, u gramima soli na 100 ml H2O, u zavisnosti od temperature, u stepenima Celzijusa. Prikazani su podaci za Ba(NO3)2(iz http://periodic-table-of-elements.org/SOLUBILITY/ barium_nitrate) koji su tamne tačke povezane isprekidanom krivom, u temperaturnom opsegu od 0°C do 100°C, i za Ra(NO3)2, za koji imamo podatke samo na 20°C. Može se primetiti da se na 100°C rastvorljivost Ba(NO3)2povećava za faktor 3 u poređenju sa njegovom rastvorljivošću na 20°C. Kao takva, očekuje se da će rastvorljivost na 100°C biti oko 3 puta veća i za Ra(NO3)2. Očekujemo još veću rastvorljivost iznad 100°C. Zapravo, tačka ključanja vode se može povećati, prvo prisustvom soli rastvorene u njoj, a drugo povećanjem pritiska.

[0069] Zavisnost Ra(NO3)2 od pritiska se takođe može izvesti poređenjem sa Ba(NO3)2. Rastvorljivost Ba(NO3)2u vodi se povećava sa 0,394 na 0,841 ± 0,005 mol/kg (sa 13,79 na 29,435 ± 0,175 g/100 g H2O) pri povećanju pritiska sa standardnog pritiska na 200 MPa. (B.R. Churagulov, S.L. Lyubimov, A.N. Baranov, A.A. Burukhin. Influence of Pressures up to 300 MPa on the Water Solubilities of Poorly Soluble Salts. septembar 1999. Ruski žurnal neorganske hemije 44(9):1489-1493). Stoga, ne očekuje se da povišeni pritisci u komori za ključanje mogu imati negativan uticaj (smanjenje) na rastvorljivost Ra(NO3)2u vodi tečne mete.

[0070] Sada nastavljamo sa kvantitativnim primerom. Upućujući na slike 1A i 1B, kao jedan primer, možemo uzeti u obzir tečnu metu 8 koja ima zapreminu od 25 cm3, i nije poželjno da se prekorači rastvorljivost na sobnoj temperaturi, što je 13,9 g/100 g vode. Zapravo, tečna meta 8 treba da se pumpa u i iz komore za ključanje 2, odnosno između komore za ključanje 2 i postrojenja sa vrućim ćelijama, koja je tipično približno na sobnoj temperaturi. Veća koncentracija može, prema tome, dovesti do taloženja na fluidnom putu koji povezuje komoru za ključanje 2 sa postrojenjem sa vrućim ćelijama. Kao takva, kada je na sobnoj temperaturi, tečna meta može da sadrži samo oko 2 grama Ra-226. Cilj je međutim imati 6 grama osnovnih hemikalija u komori za ključanje 2, kako bi se povećala efikasnost i prinos sistema tečne mete. Stoga, može se umesto toga zamisliti meta od 6 grama Ra-226 rastvorenog u 125 ml, i zapreminski odnos između tečnosti u komori za ključanje 2 i komorama za sakupljanje kondenzata 4 koji je jednak 1/4. Stoga, u početku je 100 ml tečne mete prisutno u komorama za sakupljanje kondenzata 4, a 25 ml je prisutno u komori za ključanje 2. Na početku ozračivanja, Ra-226 je homogeno podeljen između odeljaka. Kada komora za ključanje 2 počne da ključa pod uticajem pomenutog ozračivanja, zbog mehanizma koji je gore objašnjen, Ra-226 iz komora za sakupljanje kondenzata 4 teče prema komori za ključanje 2, i ostaje tamo tokom trajanja ozračivanja. Stoga, tokom vremena, Ra-226 će se iscrpeti u komorama za sakupljanje kondenzata 4, tako da komore za sakupljanje kondenzata 2 sadrže samo tečnost, odnosno kondenzat 41. Štaviše, komora za ključanje 2, koja sadrži 25 cm3 tečne mete, sadrži sav preostali Ra-226 (tj.6 grama minus ono što je reagovalo da bi se formirao Ra-225 ili Ac-225). To jest, efektivno samo komora za ključanje 2 sadrži tečnu metu 8. Kako se voda zagreva, na primer, na 80°C ili 100°C, koncentracija osnovnih hemikalija u tečnoj meti 8 je i dalje ispod granice rastvorljivosti za Ra(NO3)2.

[0071] Pored zagrevanja usled ozračivanja, može se vršiti i prinudno zagrevanje komore za ključanje 2 (koje nije posledica ozračivanja), dok se ne postigne stabilno stanje. Prednost je što se stabilno stanje, u kome je termodinamika kontinuirana i predvidljiva, može brzo postići. Štaviše, kada se tečna meta 8 hladi nakon pomenutog ozračivanja, može biti poželjno sporo hlađenje da bi se izbeglo bilo kakvo taloženje Ra(NO3)2. Jedan od načina da se to postigne mogao bi da bude potapanje cilindra ili posude mete, a zatim barem komore za ključanje 2 i zone za sakupljanje kondenzata 4, u vodeno kupatilo koje radi, na primer, na 70-80°C. Alternativno, gas za pročišćavanje, koji izaziva prisilno mešanje, može da se uvede, na primer, kroz otvor 22 i da izlazi kroz drugi otvor 31 koji se nalazi iznad komore za ključanje 2.

[0072] Upućuje se na sliku 3, koja predstavlja šematski prikaz sistema tečne mete 1 u skladu sa izvođenjima ovog pronalaska, koji može sadržati navedeni barem deo sistema tečne mete 10 sa slike 1A i slike 1B. Komora za ključanje koja je sadržana u navedenom barem delu sistema tečne mete 10 može biti ozračena snopom zračenja 26 koji potiče od generatora snopa zračenja 25. U ovom primeru, otvor 22 na dnu komore za ključanje može biti spojen sa pufer posudom 6 preko ventila V3. Navedena pufer posuda 6 je spojena, preko ventila V8, sa postrojenjem sa vrućim ćelijama. Navedena pufer posuda 6 je dalje povezana, preko ventila V5, na ulazni otvor za uvođenje demineralizovane vode 62. Navedeni ulazni otvor za uvođenje demineralizovane vode 62 je dalje povezan, preko ventila V7, na drugi otvor 31. U ovom primeru, komprimovani gas, npr. N2 ili He, može da se uvede iz izvora komprimovanog gasa 63, na primer, cilindra sa komprimovanim gasom, kroz otvor 22, preko ventila V4, pufer posude 6 i ventila V3, ili kroz drugi otvor 31, preko ventila V2. Nadalje, vakuum se može uvesti, iz izvora vakuuma 64, npr., pumpe, kroz otvor 22, preko ventila V6, pufer posude 6 i ventila V3, ili alternativno kroz drugi otvor 31, preko ventile V6, V4 i V2. Drugi otvor 31 može biti spojen na dimnjak 7, preko zapremine koja sadrži aktivni ugalj 71 ili bilo kog drugog sistema za hvatanje radioaktivnih gasova koji se ne mogu kondenzovati.

[0073] U početnom stanju, svi ventili V1-8 su zatvoreni. Pufer posuda 6 može se naknadno napuniti tečnom metom otvaranjem ventila V6 i V8, tako da vakuum povuče tečnu metu iz postrojenja sa vrućim ćelijama 61.

[0074] Nakon toga, tečna meta se može pomeriti u komoru za ključanje i zone za sakupljanje kondenzata otvaranjem ventila V4, V3 i V1, radi uvođenje protoka gasa (npr. He ili N2) kroz pufer posudu 6 preko komore za ključanje u navedeni barem deo sistema tečne mete 10, zatim kroz aktivni ugalj 71, i do dimnjaka 7, čime se tečna meta pomera iz pufer posude 6 u komoru za ključanje. Fluidna veza koja povezuje komoru za ključanje sa pufer posudom 6 može se isprati demineralizovanom vodom iz ulaznog otvora za uvođenje demineralizovane vode 62, tako što se prvo puni pufer posuda 6 demineralizovanom vodom otvaranjem samo ventila V5, zatim zatvaranjem V5, otvaranjem ventila V4, i otvaranjem ventila V3. Alternativno, ispiranje se može izvršiti otvaranjem ventila V7. Ovo može rezultirati dodatnom tečnošću u komori za ključanje, ali u ovom pronalasku to nije problem zbog potencijalnog povećanja koncentracije osnovnih hemikalija u komori za ključanje. Dalje, u sledećem koraku, višak tečnosti u komori za ključanje može da se ispari i ukloni iz komore za ključanje protokom gasa iz izvora komprimovanog gasa 63, kroz komoru za ključanje, do dimnjaka 7, čime se smanjuje zapremina tečnosti u komori za ključanje.

[0075] U sledećem koraku otvara se ventil V1, a tečna meta u komori za ključanje se dovodi do ključanja korišćenjem snopa zračenja 26 male snage koji potiče iz generatora snopa zračenja 25. Zatim ozračivanje, bez otvorenih ventila, ili, alternativno, eventualno se samo ventil V4 i V3 mogu otvoriti, a V1 malo otvoriti, kako bi se uveo komprimovani gas (npr. Ar, He ili N2) u navedeni barem deo sistema tečne mete 10, i tako da se dobije poželjan, na primer, visok pritisak u navedenom barem delu sistema tečne mete 10. Protok se može kontrolisati preko regulatora protoka 631 i regulatora pritiska 632. Povećani pritisak u komori za ključanje može omogućiti da tečnost u komori za ključanje bude na povišenoj temperaturi u poređenju sa atmosferskim pritiscima, što može poboljšati rastvorljivost osnovnih hemikalija. Dalje, na primer, kada osnovne hemikalije sadrže Ra-226, mali protok gasa se može zadržati kako bi se uklonili i prikupili svi gasovi, na primer, Rn, formirani u komori za ključanje. Prednost izvođenja ovog pronalaska je to što je sistem tečne mete kompatibilan sa sakupljanjem Rn.

[0076] Nakon fotonuklearne reakcije u komori za ključanje, svi radioizotopi formirani u komori za ključanje mogu da se sakupe. Za ovo se svi ventili mogu zatvoriti, zatim se ventil V2 i V3 mogu otvoriti, da bi se protokom gasa pomerila tečna meta, koja se sastoji od radioizotopa, iz komore za ključanje do pufer posude 6. Eventualno se nakon toga cev koja povezuje komoru za ključanje sa pufer posudom 6 može isprati demineralizovanom vodom otvaranjem ventila V7. Konačno, pufer posuda 6 se može isprazniti u postrojenje sa vrućim ćelijama 61, zatvaranjem svih ventila, zatim otvaranjem ventila V8 i V4, nakon čega sledi kratko otvaranje ventila V5 radi ispiranja demineralizovanom vodom.

[0077] Iako je pretpostavljeno da je navedeni barem deo sistema tečne mete 10 u gornjem objašnjenju izvođenje primera koji se odnosi na sliku 1A i sliku 1B, navedeni barem deo sistema tečne mete 10 može umesto toga biti izvođenje sledećeg primera, ili sadržati karakteristike oba primera.

[0078] Upućuje se na sliku 4, koja predstavlja šematski prikaz barem drugog primera sistema tečne mete u skladu sa izvođenjima ovog pronalaska. Sistem tečne mete 2 sadrži komoru za ključanje 8, koja sadrži tečnost i osnovne hemikalije iz kojih se radioizotopi mogu proizvesti. Incidentno ozračivanje 26 koje pada na tečnu metu 8 dovodi do zagrevanja tečne mete 8, tako da tečnost isparava i formira paru u prostoru 9 iznad komore za ključanje 2. Zidovi pomenutog prostora su toplotno izolovani izolacionim materijalom 91, tako da se može postići visoka temperatura pare u navedenom prostoru. Time se može postići veća koncentracija pare u prostoru, što omogućava povećanje pritiska. Drugim rečima, prostor 9 može da sadrži veliku količinu tečnosti u parnoj fazi, odnosno pare. U izvođenjima, odnos između zapremine gasne pare u prostoru 9 i zapremine tečne mete 8 u komori za ključanje 9 je najmanje 2, poželjno najmanje 5.

[0079] Drugim rečima, osim direktne kondenzacije pare koja se formira, alternativno se prostor iznad komore za ključanje može koristiti za skladištenje isparenog rastvarača u formi pare.

[0080] Upućuje se na sliku 5. Kao rezultat isparavanja usled ozračivanja, i velike količine pare koja se formira, smanjuje se zapremina tečne mete 8. Time se povećava koncentracija osnovnih hemikalija u njima, što može povećati efikasnost i prinos nuklearne reakcije, na primer, fotonuklearne reakcije, osnovnih hemikalija za formiranje radioizotopa. U izvođenjima, ozračivanje je prilagođeno za stvaranje pritiska u prostoru 9 koji iznosi do 20 bara, npr. do 10 bara. Gornja granica pritiska je tipično ograničena pritiskom koji zidovi sistema tečne mete mogu da izdrže. Visok pritisak koji se koristi može poboljšati rastvorljivost osnovnih hemikalija u tečnoj meti 8 jer povećava temperaturu ključanja, što pak omogućava da više tečnosti ispari bez rezultovanja taloženjem osnovnih hemikalija iz tečne mete 8. Tokom ozračivanja tečne mete 8, koncentracija osnovnih hemikalija u tečnosti je poželjno veća od rastvorljivosti osnovnih hemikalija u tečnosti na sobnoj temperaturi, na primer, u odsustvu ozračivanja. U ovom primeru, visoko zračenje tako može rezultirati visokim prinosom kako zbog pomenutog visokog zračenja, tako i zbog povećane koncentracije osnovnih hemikalija u tečnoj meti 8. Pregrevanje se, dalje, može sprečiti pronalaženjem ravnoteže između snage ozračivanja i gubitka snage usled isparavanja tečnosti iz tečne mete 8.

[0081] Treba napomenuti da se u izvođenjima ovog pronalaska, radni uslovi kao i dodatne mere mogu izabrati tako da se ograniči ili spreči radioliza, ili da se ona preokrene ponovnim kombinovanjem kiseonika sa vodonikom. Takve mere su poznate u stanju tehnike. Jedan primer tehničkog rešenja dat je u https://link.springer.com/article/10.1007/BF02387473.

[0082] Treba razumeti da iako su ovde razmotrena poželjna izvođenja, specifične konstrukcije i konfiguracije, kao i materijali za uređaje prema ovom pronalasku, različite promene ili modifikacije u obliku i detaljima se mogu izvršiti bez odstupanja od obima ovog pronalaska. Mogu se dodati koraci postupcima opisanim u okviru obima ovog pronalaska, koji je definisan priloženim zahtevima.

Claims (14)

Patentni zahtevi

1. Sistem tečne mete (1) za proizvodnju radioizotopa, gde sistem tečne mete (1) sadrži

- komoru za ključanje (2) koja sadrži tečnost i osnovne hemikalije iz kojih se radioizotopi mogu proizvoditi ozračivanjem, a komora za ključanje ( 2) sadrži prozor za ozračivanje koji omogućava ozračivanje tečnosti i osnovnih hemikalija, što dovodi do isparavanja tečnosti u paru, pri čemu je sistem tečne mete konfigurisan tako da se pregrevanje tečne mete (8) kontroliše termodinamikom procesa isparavanja, pri čemu je tečnost voda ili teška voda, naznačen time, što su osnovne hemikalije soli koje imaju pozitivnu entalpiju za vodu.

2. Sistem tečne mete (1) prema zahtevu 1, pri čemu se voda koja je isparila skladišti kao para ili kao tečnost.

3. Sistem tečne mete (1) prema bilo kom od prethodnih zahteva, gde sistem tečne mete (1) dalje sadrži

- kondenzacionu zonu (3) koja je pozicionirana iznad komore za ključanje (2), a kondenzaciona zona (3) ima zidove za kondenzaciju pare u tečni kondenzat,

pri čemu se tečni kondenzat može sistematski vraćati ili dostavljati u komoru za ključanje (2).

4. Sistem tečne mete (1) prema zahtevu 3, gde sistem tečne mete (1) dalje sadrži

- najmanje jednu zonu za sakupljanje kondenzata (4) koja služi za sakupljanje tečnog kondenzata, a navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata (4) je postavljena izvan komore za ključanje (2).

5. Sistem tečne mete (1) prema zahtevu 4, pri čemu su navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata (4) i komora za ključanje (2) međusobno povezane tako da deluju kao spojeni sudovi.

6. Sistem tečne mete (1) prema zahtevu 4, pri čemu je navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata (4) postavljena na zidovima za kondenzaciju pare, i opremljena je mehanizmom za kapanje za sistematsko vraćanje kondenzata u komoru za ključanje.

7. Sistem tečne mete (1) prema bilo kom od zahteva 3 do 6, pri čemu komora za ključanje (2), kondenzaciona zona (3) i navedena najmanje jedne zone za sakupljanje kondenzata (4) formiraju sistem cilindričnog dizajna i/ili

pri čemu sistem tečne mete (1) dalje sadrži kupatilo sa regulacionim fluidom i/ili sekundarni sistem za cirkulaciju regulacionog fluida (32) za izolaciju ili kontrolu temperature kondenzacione zone (3).

8. Sistem tečne mete (1) prema zahtevu 7, pri čemu su spoljni zid komore za ključanje (2), kondenzaciona zona (3) i navedena najmanje jedna zona za sakupljanje kondenzata (4) barem delimično okruženi kupatilom sa rashladnim fluidom i/ili sekundarnim sistemom za cirkulaciju rashladnog fluida (32).

9. Sistem tečne mete (1) prema bilo kom od prethodnih zahteva, gde sistem dalje sadrži generator snopa zračenja (25) konfigurisan za ozračivanje tečnosti i osnovnih hemikalija i/ili pri čemu sistem dalje sadrži jedinicu za komprimiranje za stavljanje komore za ključanje pod pritisak radi kontrole veličine mehurića i temperature ključanja tečnosti.

10. Sistem tečne mete (1) prema zahtevu 9. pri čemu sistem (1) dalje sadrži senzor pritiska za merenje pritiska u komori za ključanje (2).

11. Sistem tečne mete (1) prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu su osnovne hemikalije bilo koja od sledećih ili njihova kombinacija: Ra(NO3)2, RaCl2i RaBr2.

12. Sistem tečne mete (1) prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu je sistem tečne mete (1) prilagođen za proizvodnju Sc-47, Cu-67, Cs-131, Tb-155, ili Ac-225, poželjno Ac-225.

13. Postupak za proizvodnju radioizotopa, koji obuhvata:

ozračivanje tečne mete (8) koja sadrži tečnost i osnovne hemikalije iz kojih se radioizotopi mogu proizvoditi ozračivanjem, što dovodi do isparavanja tečnosti u paru,

pri čemu se termodinamika navedenog procesa isparavanja koristi za kontrolu pregrevanja tečne mete (8),

pri čemu

je tečnost voda ili teška voda, a osnovne hemikalije su soli koje imaju pozitivnu entalpiju za vodu.

14. Upotreba sistema tečne mete (1) prema bilo kom od zahteva 1 do 12 za proizvodnju radioizotopa.