CN116705374A - 反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及同位素生产设备技术领域，具体提供一种反应堆，旨在解决现有反应堆投入使用后，无法在不打开反应堆的情况下调整堆芯布局，因此造成同位素生产种类较少的问题。为此目的，本发明的反应堆包括外壳，外壳的内部设有堆芯，外壳上安装有延伸于堆芯内部的堆内转运机；堆芯包括中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件，中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件均安装有自立式组件，以便堆内转运机抓取中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件改变布局。通过设置堆内转运机和自立式组件，可根据需求调整中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的布局，因此可生产更多类型的同位素。

Description

反应堆

技术领域

本发明涉及同位素生产设备技术领域，具体提供一种反应堆。

背景技术

医用同位素是医学诊疗的基础，广泛应用在对心脑血管、恶性肿瘤、神经退行性等重大疾病的诊断治疗上。

医用同位素生产方式主要有三种，分别为反应堆、加速器、同位素发生器。其中，反应堆是最主要的生产方式，80％以上的医用同位素由反应堆辐照产生，反应堆的堆芯布局在设计和建造之初就已经确认，因此在反应堆投入使用后，无法在不打开反应堆的情况下调整堆芯布局，因此造成同位素生产种类较少。

相应地，本领域需要一种新的反应堆解决上述问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有反应堆投入使用后，无法在不打开反应堆的情况下调整堆芯布局，因此造成同位素生产种类较少的问题。

本发明提供一种反应堆，所述反应堆包括外壳，所述外壳的内部设有堆芯，所述外壳上安装有延伸于所述堆芯内部的堆内转运机；所述堆芯包括中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件均安装有自立式组件，以便所述堆内转运机抓取所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件改变布局。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述自立式组件包括上部连接件和下部连接件；所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的上端均安装有所述上部连接件，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的下端均安装有所述下部连接件。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述上部连接件包括上配重件和吊装头；所述吊装头固定于所述上配重件的上部，以便和所述堆内转运机可分离地连接，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的上端均安装有所述上配重件。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述吊装头为环形。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述下部连接件包括下定位座和下配重件；所述下配重件固定于所述下定位座的下部，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的下端均安装有所述下定位座。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述堆芯还包括容器，所述容器内设置有所述中子调节组件、所述同位素靶片组件、所述燃料组件和支撑架体；所述支撑架体包括堆芯上支撑板、堆芯下支撑板和多个支撑框架；所述堆芯上支撑板和所述堆芯下支撑板均和所述容器的内壁固定连接，所述堆芯下支撑板位于所述堆芯上支撑板的下方，并具有间隙，所述堆芯上支撑板和所述堆芯下支撑板均开有多个对应的通孔，以便所述下配重件插于所述通孔内，以将所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件固定；多个所述支撑框架位于所述间隙，并和多个所述通孔一一对设置，所述支撑框架和所述堆芯上支撑板和所述堆芯下支撑板固定连接。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述通孔的上部形成有向外的倾斜面，所述下定位座的下部形成有内收倾斜面，用于和所述倾斜面抵压，所述下配重件的下部为锥形，用于导向。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述堆芯还包括反射筒、燃料区和暂存区；所述反射筒固定于所述堆芯上支撑板上，所述反射筒的内部为所述燃料区，所述反射筒的外部和所述容器之间为所述暂存区。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述燃料区和所述暂存区内均布置有多个所述中子调节组件、多个所述同位素靶片组件和多个所述燃料组件。

在上述反应堆的优选技术方案中，所述外壳上还安装有装卸提升机。

在采用上述技术方案的情况下，在本发明的反应堆包括外壳、堆芯和自立式组件，其中，堆芯设置于外壳的内部，堆内转运机安装于外壳上、并延伸于堆芯的内部，堆芯包括中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件，在中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件均安装有自立式组件，以便堆内转运机抓取中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件以便改变布局。通过设置堆内转运机和自立式组件，可根据需求调整中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的布局，因此可生产更多类型的同位素，在调整中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的布局时反应堆无需换液，进而节省了使用成本。

进一步地，本发明中的自立式组件包括上部连接件和下部连接件。其中，中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的上端均安装有上部连接件，中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的下端均安装有下部连接件。堆内转运机可分离地任意抓取中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件上的上部连接件，使得中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件可被移动，下部连接件可将中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件固定，以实现改变中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的整体布局以满足生产更多类型的同位素。

更进一步地，本发明中的上部连接件包括上配重件和吊装头。其中，吊装头固定于上配重件的上部，以便和堆内转运机可分离地连接，中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的上端均安装有上配重件。堆内转运机可抓取中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件上端的吊装头将中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件提到指定位置，上配重件用于增加中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的稳定性。

又进一步地，本发明中的下部连接件包括下定位座和下配重件。其中，下配重件固定于下定位座的下部，中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的下端均安装有下定位座。通过设置下配重件使得中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件更加稳定，并且可以固定于容器内部的支撑架体上。

进一步地，本发明中的堆芯还包括容器，容器内设置有中子调节组件、同位素靶片组件、燃料组件和支撑架体，支撑架体包括堆芯上支撑板、堆芯下支撑板和多个支撑框架。其中，堆芯上支撑板和堆芯下支撑板均和容器的内壁固定连接，堆芯下支撑板位于堆芯上支撑板的下方，并具有间隙，堆芯上支撑板和堆芯下支撑板均开有多个对应的通孔，以便下配重件插于所述通孔内，以将中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件固定；多个支撑框架位于间隙，并和多个通孔一一对设置，支撑框架和堆芯上支撑板和堆芯下支撑板固定连接。通过设置堆芯上支撑板、堆芯下支撑板和多个支撑框架，使得中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件可调整地定位于容器的内，以便于更改中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件的布局。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的反应堆的侧面透视图；

图2是本发明的反应堆的堆芯的俯视图；

图3是图1中堆芯的支撑架体的局部示意图。

图中标记列表：

1、外壳；2、堆芯；3、堆内转运机；4、装卸提升机；

11、安装通孔；21、中子调节组件；22、反射筒；23、同位素靶片组件；24、同位素靶片组件；25、容器；26、支撑架体；27、燃料区；28、暂存区；29、自立式组件；

261、堆芯上支撑板；262、连接杆；263、外侧件；264、堆芯下支撑板；265、间隙；266、倾斜面；267、通孔；291、上部连接件；292、下部连接件；

2911、吊装头；2912、上配重件；2921、下定位座；2922、下配重件；2923、内收倾斜面。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的反应堆的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参阅图1-3，本发明提供了一种反应堆，该反应堆一般包括外壳1、堆芯2、堆内转运机3和自立式组件29。其中，堆芯2设置于外壳1的内部，堆内转运机3安装于外壳1上、并延伸于堆芯2的内部。堆芯2可包括中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24，在中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24上均安装有自立式组件29，以便堆内转运机3抓取中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24以改变中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的布局。通过设置堆内转运机3和自立式组件29，可根据需求调整中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的布局，因此可生产更多类型的同位素，同时在调整中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的布局时反应堆无需换液，进而节省了使用成本。能够根据不同同位素靶片组件23的生产需求，有针对性灵活调节堆芯2的布置，将同位素靶片组件23放置在合适的位置，可实现多种类同位素的批量化生产。

参阅图1-3，具体地，本发明的反应堆为铅基反应堆，不局限于铅基反应堆，也可以是其他反应堆。中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24相互位置可根据需要进行调整，以满足不同种类同位素生产的需求。其中，燃料组件24通过链式核反应释放中子，对同位素靶片组件23进行照射并产生所需的同位素，中子调节组件21有慢化中子的物质组成，能够对中子能谱进行调节，使中子能量和密度匹配同位素药物生产所需的工艺条件，同位素靶片组件23有同位素靶原材料，接受定量和定时的中子辐照后，生成所需的同位素药物。堆内转运机3为带旋转定位功能的换料机构，能够定位抓取燃料组件24、同位素靶片组件23、中子调节组件21，改变其在堆内的位置，也能够将其转运至堆芯2的暂存区28。

更具体地，燃料组件24是反应堆运行的基础，装载有UO2(二氧化铀)核燃料，通过链式核反应释放中子，对同位素靶片组件23进行照射并产生所需的同位素。中子调节组件21由满足中子的物质ZrH(氢化锆)组成，能够对中子能谱进行调节，使中子能量和密度能够匹配同位素药物生产所需的工艺条件，同位素靶片组件23有同位素靶原材料，接受定量和定时的中子辐照后，生成所需的同位素药物。反射筒22位于燃料组件24、同位素靶片组件23、中子调节组件21的外侧，采用石墨材料构成，反射筒22中子反射截面大，能够将燃料组件24释放的中子反射回堆芯2，避免中子泄漏并提高照射同位素靶片组件23的中子数量。

继续参阅图1和图2，在本实施例中，反应堆的外壳1和现有的反应堆的外壳形状基本相同，区别仅在于在外壳1的顶部开有安装通孔11，并将堆内转运机3安插于上述安装通孔11内，以便于堆内转运机3自该安装通孔11延伸于堆芯2的容器25内，用于抓取中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24，以便调整中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的布局。

需要说明的是，上述堆内转运机3为现有的堆内转运机，堆内转运机3为带旋转定位功能的换料机构，能够定位抓取燃料组件24、同位素靶片组件23、中子调节组件21，改变其在堆内的位置，也能够将其转运至暂存区28。

参阅图1-3，该堆芯2还包括反射筒22、容器25、支撑架体26、燃料区27、暂存区28和自立式组件29。其中，反射筒22即反射区，其固定于支撑架体26上，反射筒22的内部为燃料区27、反射筒22的外部和容器25之间为暂存区28。

继续参阅图2，在本实施例中，中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24均位于容器25的内部，并和支撑架体26连接。暂存区28内可以设置有备用的中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件，以便于更改布局，构建不同类型和中子性能参数的堆芯2，满足多元化同位素药物生产需求。

参阅图3，在一个实施例中，自立式组件29一般包括上部连接件291和下部连接件292。其中，在中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的上端均安装有上部连接件291，在中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的下端均安装有下部连接件292。堆内转运机3可分离地任意抓取中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24上的上部连接件291，使得中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24可被移动，下部连接件292可将中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24固定，进而改变中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的整体布局以满足生产更多类型的同位素。

参阅图3，在一个实施例中，上部连接件291一般包括上配重件2912和吊装头2911。其中，吊装头2911固定于上配重件2912的上部，以便和堆内转运机4可分离地连接，中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的上端均安装有上配重件2912。堆内转运机3可抓取中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24上端的吊装头2911将中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24提到指定位置，上配重件412用于增加中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的稳定性。

可选地，吊装头2911为环形。

再继续参见图3，在本实施例中，吊装头2911一体构成或焊接于上配重件2912的顶端。上配重件2912为圆柱形，在上配重件2912的下端形成有向上延伸的开放腔，以便和对应的中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24螺纹连接或焊接，上配重件2912的内部为实心结构具有一定重量，用于增加稳定性。

参阅图3，在一个实施例中，下部连接件292一般包括下定位座2921和下配重件2922。其中，下配重件2922固定于下定位座2921的下部，中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的下端均安装有下定位座2921。通过设置下配重件2922使得中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24更加稳定，并且可以固定于容器25内部的支撑架体26上。

再继续参见图3，在本实施例中，下定位座2921的下端一体构成或焊接于下配重件2922的上端，下定位座2921的内部为开放腔，以便对应的中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的下端和各自对应的下定位座2921的开放腔插接并固定。

参阅图1、图2和图3，在一个实施例中，堆芯2一般还包括容器25，在容器25内设置有中子调节组件21、同位素靶片组件23、燃料组24件和支撑架体26。其中，支撑架体26包括堆芯上支撑板261、堆芯下支撑板264和多个支撑框架，堆芯上支撑板261和堆芯下支撑板264均和容器25的内壁固定连接，堆芯下支撑板264位于堆芯上支撑板261的下方，并具有间隙265，堆芯上支撑板261和堆芯下支撑板264均开有多个对应的通孔267，以便下配重件2922插于通孔267内，以将中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24固定，多个支撑框架位于间隙265，并和多个通孔267一一对设置，支撑框架和堆芯上支撑板261和堆芯下支撑板264固定连接。通过设置堆芯上支撑板261、堆芯下支撑板264和多个支撑框架，使得中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24可调整地定位于容器25的内，以便于更改中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的布局。

继续参阅图3，在本实施例中，堆芯上支撑板261和堆芯下支撑板264设置于容器25的内下部，并焊接，一般为圆形体，堆芯上支撑板261开有多个通孔，堆芯下支撑板264开有多个通孔，堆芯上支撑板261的通孔和堆芯下支撑板264的通孔一一对应设置，尺寸相同，并且同轴设置，下配重件2922插于通孔267内将中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24固定。

继续参阅图3，在本实施例中，多个支撑框架位于间隙265内，该支撑框架包括外侧件263和多个连接杆262，外侧件263的上端和堆芯上支撑板261固定连接，外侧件263的下端和堆芯下支撑板264固定连接，多个连接杆262横向设置，其一端和外侧件263固定连接，另一端和插于通孔267的下配重件2922外壁接触，以将下配重件2922限位。

可选地，外侧件263可以是圆筒形状，也可以是立杆。

需要说明的是，本发明不对间隙265的宽度作任何限制，以下配重件2922插入后中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24可固定为准，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

参阅图3，在一个实施例中，通孔267的上部形成有向外的倾斜面266，下定位座2921的下部形成有内收倾斜面2923，用于和倾斜面266抵压，下配重件2922的下部为锥形，用于导向。通过设置倾斜面266和内收倾斜面2923便于下配重件2922插入通孔267，并且下定位座2921可坐落于通孔267内，可更好的支撑中子调节组件21，提高稳定性。

参阅图1，外壳1上还安装有装卸提升机4，装卸提升机4位于暂存区28的上部，同位素靶片组件23通过装卸提升机4及其所在通道装入反应堆，存放在暂存区28内，完成辐照的同位素靶片组件23也移至暂存区28后，通过装卸提升机4出堆。

具体使用时：

1、首先根据需要生产的同位素药物种类和数量需求，通过物理计算确定堆芯2中的中子调节组件21、同位素靶片组件23和燃料组件24的具体位置和数量；

2、根据计算结果制作所需的同位素靶片组件23，并通过装卸提升机4装入反应堆内，再通过堆内转运机3按照物理计算结果进行堆芯2的布置，启动反应堆进行辐照生产获得所需的同位素药物。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反应堆，其特征在于，所述反应堆包括外壳，所述外壳的内部设有堆芯，所述外壳上安装有延伸于所述堆芯内部的堆内转运机；

所述堆芯包括中子调节组件、同位素靶片组件和燃料组件，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件均安装有自立式组件，以便所述堆内转运机抓取所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件改变布局。

2.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，所述自立式组件包括上部连接件和下部连接件；

所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的上端均安装有所述上部连接件，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的下端均安装有所述下部连接件。

3.根据权利要求2所述的反应堆，其特征在于，所述上部连接件包括上配重件和吊装头；

所述吊装头固定于所述上配重件的上部，以便和所述堆内转运机可分离地连接，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的上端均安装有所述上配重件。

4.根据权利要求3所述的反应堆，其特征在于，所述吊装头为环形。

5.根据权利要求2所述的反应堆，其特征在于，所述下部连接件包括下定位座和下配重件；

所述下配重件固定于所述下定位座的下部，所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件的下端均安装有所述下定位座。

6.根据权利要求5所述的反应堆，其特征在于，所述堆芯还包括容器，所述容器内设置有所述中子调节组件、所述同位素靶片组件、所述燃料组件和支撑架体；

所述支撑架体包括堆芯上支撑板、堆芯下支撑板和多个支撑框架；

所述堆芯上支撑板和所述堆芯下支撑板均和所述容器的内壁固定连接，所述堆芯下支撑板位于所述堆芯上支撑板的下方，并具有间隙，所述堆芯上支撑板和所述堆芯下支撑板均开有多个对应的通孔，以便所述下配重件插于所述通孔内，以将所述中子调节组件、所述同位素靶片组件和所述燃料组件固定；

多个所述支撑框架位于所述间隙，并和多个所述通孔一一对设置，所述支撑框架和所述堆芯上支撑板和所述堆芯下支撑板固定连接。

7.根据权利要求6所述的反应堆，其特征在于，所述通孔的上部形成有向外的倾斜面，所述下定位座的下部形成有内收倾斜面，用于和所述倾斜面抵压，所述下配重件的下部为锥形，用于导向。

8.根据权利要求6所述的反应堆，其特征在于，所述堆芯还包括反射筒、燃料区和暂存区；

所述反射筒固定于所述堆芯上支撑板上，所述反射筒的内部为所述燃料区，所述反射筒的外部和所述容器之间为所述暂存区。

9.根据权利要求8所述的反应堆，其特征在于，所述燃料区和所述暂存区内均布置有多个所述中子调节组件、多个所述同位素靶片组件和多个所述燃料组件。

10.根据权利要求1所述的反应堆，其特征在于，所述外壳上还安装有装卸提升机。