[發明專利]一種液態熔鹽堆生產高活度比Sr-89和Sr-90的方法以及系統

有效

• 申請號: 202110079312.6
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112863726B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 余呈剛;吳辰;鄒春燕;王小鶴;陳金根;鄒楊;蔡翔舟
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G21G1/08
• 分類號: G21G1/08;G21C3/54
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 余永莉

本發明公開了一種液態熔鹽堆生產高活度比Sr?89和Sr?90的方法以及系統，包括：提供一種布置有若干石墨慢化組件的液態熔鹽堆，Kr?89和Kr?90在堆運行時直接裂變產生，采用吹氣方法將氣體裂變產物Kr從熔鹽堆中分離，首先采用冷卻方法將氣體Kr?90及其子產物Rb?90衰變生產固體Sr?90，再采用吹氣方法將剩余的氣體Kr與固體Sr進行分離，再采用冷卻方法將氣體Kr?89及其子產物Rb?89衰變生產固體Sr?89，最后采用化學分離分別提取，實現高活度比Sr?89和Sr?90的制備。根據本發明，提供了一種生產效率提高的、操作便捷的、經濟成本低的液態熔鹽堆生產Sr?89和Sr?90的方法以及系統。

技術領域

本發明涉及核反應堆工程及核技術應用領域，更具體地涉及一種液態熔鹽堆生產高活度比Sr-89和Sr-90的方法以及系統。

背景技術

Sr-89是治療骨癌轉移的重要放射性同位素之一。Sr-89是純β衰變(最大衰變能量為1492.1keV)，半衰期為(50.5d)。Sr-89是一種堿土元素，其化學性質與Ca相似，對代謝活動骨有很高的親和力，靜脈注射后，會選擇性地集中在成骨活性增加的部位。Sr-89被吸入骨骼的礦物結構中，病變的骨骼新陳代謝將不會發生，而健康的骨骼在兩周之內就會代謝掉注射的劑量。Sr-89的β粒子在骨組織中的自由路徑不超過7mm，其輻射作用僅局限于骨骼的小范圍內，對附近的軟組織的輻射作用不明顯。因此，Sr-89可用于腫瘤治療以減輕骨轉移引起的骨痛。Sr-89在20世紀40年代首次被用于醫療。1999年，俄羅斯開發了一種類似的藥物“注射用等滲Sr-89氯化物溶液”，一次注射氯化鍶約4mCi，有效期為3-6個月。

Sr-89目前主要生產方式有兩種方式，輻照Sr-88和Y-89。在熱中子堆中生產是通過⁸⁸Sr(n,γ)⁸⁹Sr反應，利用熱中子輻照富集⁸⁸SrCO₃靶料制備⁸⁹Sr，其中Sr-88的熱中子俘獲截面為5.8mb。由于天然Sr靶中含有Sr-84，在中子輻照天然Sr靶時Sr-84俘獲中子生成對人體危害大的Sr-85。為了降低Sr-85雜質，要求輻照靶材中Sr-88富集度高于99.9％，高富集度Sr靶價格昂貴，產品的活度比較低。在快中子堆中生產Sr-89主要是通過⁸⁹Y(n,p)⁸⁹Sr反應。盡管天然Y-89的富集度為100％，但是該核反應存在閾能高(720keV)、反應截面小(0.3mb)等難題，利用該方法生產Sr-89的產率低、且工藝復雜。此外，盡管輻照U-235裂變會產生大量的Sr-89，其裂變產額高達4.7％。然而，U-235裂變同時也產生大量的Sr-90同位素，其裂變產額為5.8％。在Sr-89的醫學治療中，其雜質的放射性活度比必須低于百萬分之二(2ppm)。因此，直接采用輻照固體鈾靶生產的Sr-89無法滿足醫用要求。

Sr-90是一種長壽命放射性同位素，半衰期為28.9年，發生β衰變形成Y-90，衰變能為0.546MeV。Sr-90可用于制作同位素電池，因為它具有功率密度高(0.45W/g)、壽命長、環境要求低等，鈦酸鍶穩定性高，耐高溫，幾乎無毒。此外，利用⁹⁰Sr/⁹⁰Y發生器還可以實現Y-90的生產。Y-90半衰期平均2.67天，最高能量2.67MeV，其發射的β射線平均可穿透2.5mm的組織，1MBq釔90在每千克人體組織中可釋放50Gy的劑量。Y-90可用于肝癌治療。釔90微球具有半衰期短、能量密度高、輻射距離短、免于后期輻射隔離和輻射保護、人體兼容性佳的特點。

Sr-90主要來自反應堆中U-235裂變產生，其裂變產額為5.7％。目前，Sr-90主要從高放核廢料中分離提取。然而，盡管高放乏燃料冷卻5-10年，但其仍含有大量放射性核素，如半衰期30年的Cs-137、4.76y的Eu-155、88.8年的Sm-151等，且裂變產物化學成分復雜，其分離成本較高。

因此，如何保證高放射性純度的、低成本的Sr-89和Sr-90的穩定供應是使用醫用放射性核素進行醫學治療的重大難題之一。

發明內容