【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种核靶、通过核靶和受控核反应诱导核反应的方法。在一个优选实施方式中，使用激光驱动的加速器来实施用于产生同位素的方法。在另一个实施方式中，本专利技术涉及放热核反应以及将核能转化为热的方法，产生放射性同位素的方法，特别是放射性药物的方法，以及处理燃烧过的核燃料的方法，更具体地说，核裂变产物的嬗变方法。在另一个实施方式中，本专利技术涉及一种能够实施本文公开的方法的装置。
技术介绍
1、目前有多种放射性同位素被用于医学、能源或使用电离辐射的诊断方法。一些放射性同位素，特别是用于医学的放射性同位素，通常半衰期相对较短。因此，普遍需要一种在打算使用放射性同位素的特定地点或在相对较近的地点制备放射性同位素的方法。另一方面，235u的裂变反应产物的半衰期为几十年。因此，需要一种用于嬗变作为裂变核反应的最终产物的放射性材料(废物)的方法，优选为在将要利用它们的地点或在相对靠近它们的地点处理废物的方法。
2、进一步，还提供一种清洁能源。实现这种清洁能源的一种方法是利用放热核反应。根据现有技术，如何从中实现能量生产具有两个技术方向。一种是核裂变，另一种是核聚变。
3、激光通常用于工业、科学和工程应用。然而，对于受控核反应仍然是新的，因为仍有一些技术差距需要解决。
4、us2016/0172065公开了一种核靶、用于产生其同位素的系统以及方法。该核靶包含一个空腔，其中激光束聚焦到空腔中，在核靶表面产生等离子体。然后，核靶仍处于等离子体状态，用质子等抛射粒子束照射。根据核反应的需要来选择核靶材料和粒子类
5、根据us2016/0172065，该系统包括：
6、1)装置，其配置为将所述核靶转换为等离子体状态；例如激光或z箍缩；
7、2)粒子源，其设置为通过诱导上述核反应的粒子将所述核靶照射至等离子体状态；以及
8、3)同位素回收装置，其配置为回收由核反应产生的同位素。
9、根据us2016/0172065的系统的用途仅公开了用于产生放射性同位素。该技术方案对能量的要求也很高，并且在现有技术的背景下无损的能量产生是不可能的。
10、使用高强度激光产生用于受控核反应的高能粒子的另一种公开的技术方案是us2002/0172317。该装置包含两个平面靶标。用激光束对包含薄聚酯薄膜的主要靶标进行照射。在激光轰击时，第一靶标发射朝向第二靶标发射的高能粒子，例如质子或氘核。第二靶标包含10b，从而由于从主要靶标发射的质子或氘核辐射而引起核反应。
11、公开的用于控制聚变核反应的核靶、装置以及方法的示例是ep2833365。该靶标是平面的并且包括两层。第一层包括富氢硅，使得在激光脉冲照射时质子被发射到第二层。第二层包括硼，在某些实施方式中，硼诱导放热核反应。
12、例如在us20120114088中所公开的，还有胶囊状靶，其中核靶的包层压缩是激光辐射机制的结果。原子核一旦到达一定距离，它们就会在给定的靶内聚变。
13、然而，上述技术方案在制造放射性同位素方面效率较低，因为必须始终给所述靶提供相当大的一部分能量，例如通过激光辐射和/或外部加热。在该装置将导致核聚变的情况下，在技术上难以实现所产生等离子体的期望密度。由于放射性同位素在多个
的应用日益广泛，人们越来越需要使用受控核反应来产生放射性同位素。本专利技术在一定程度上解决的技术问题在于更有效地产生放射性同位素的方法，或者更有效地诱导核反应的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个实施方式涉及一种核靶，其适用于提高诱导核反应的效率，因此也适用于制备放射性同位素，特别是放射性药物，或使燃烧的核燃料嬗变，和/或作为能够有效诱导放热核反应并产生大量热能的手段。
2、根据本专利技术的核靶，如权利要求1所述，具有包括空腔的材料本体，其中关于二次核反应的目的，优选地优化所述空腔的形状。核靶是由包括前体的材料制成。在某个实施方式中，前体可以植入所述靶的固体材料中，而在另一实施方式中，前体可以以固体(例如粉末)、液体或气体形式放置在所述靶的空腔中。在另一实施方式中，核靶的至少一部分由前体组成。在另一优选实施方式中，可以结合如上所述的前体的定位，即，将粉末前体提供到核靶的空腔中，而围绕空腔的核靶的至少一部分由相同或另外的前体组成。前体是由特定的预定同位素形成，该同位素在与抛射粒子碰撞时形成核反应的所需产物，如放射性同位素。核靶的材料，更具体地说是前体，或多种前体，被选择用于前体和抛射粒子的核反应，以获得最终产物，最常见的是放射性同位素。所述核靶还包括至少一个用于抛射粒子束通过的开口。核靶在位于开口后面的材料本体中进一步配备了空腔，用于抛射粒子的入射。穿过开口并入射到材料本体的空腔上的抛射粒子要么弹性地散射在空腔中的同位素的至少一个核/多个核上，要么取决于抛射粒子的能量而发生与同位素的期望核反应。一些抛射粒子可能会被反射出空腔，其中反射的粒子会产生损耗。可以通过空腔的形状，特别是几何形状，通过开口和空腔的位置，将损耗降至最低。在空腔中同位素/核上抛射粒子的弹性散射提供了至少两个技术效果。第一个技术效果导致空腔内能量的耗散，从而导致核靶材料的加热。第二个技术效果涉及将动能转移到所述靶/同位素核，从而可以超过所需反应的阈值能量。
3、然后，上述技术效果提供了与提高放射性同位素制备效率或另一个所需核反应的产率有关的协同技术效果，例如放热反应或变核的频率。
4、如上所述，核靶由材料本体形成，其中相对于所需核反应的过程对空腔的形状进行了优化。在某个实施方式中，材料本体可以是单个本体。在另一实施方式中，单个本体可以被划分为多个节段。在另一实施方式中，面向空腔的所述靶的开口可以稍微弯曲和/或包含纹理，特别是在空腔的内侧上。然而，核靶必须始终包含至少一个开口，优选地只有一个开口，用于使抛射粒子进入核靶的空腔。因此，核靶的空腔不会完全被含有前体和同位素的材料包围，其中抛射粒子弹性地散射在前体和同位素上。仅一个开口的上述优选实施方式提供了有效捕获散射的抛射粒子、二次粒子和由它们加速的前体粒子的优点。由于反向散射，抛射粒子从空腔中逃离的概率可以通过空腔形状的适当几何形状来最小化。
5、空腔可以是任何形状。在某个实施方式中，空腔的形状可以是椭圆体或球体的一部分。空腔的优化形状，优选为更复杂的形状，可以通过在连接时形成单个本体的节段来产生。在优选实施方式中，该空腔包括至少两个部分。第一部分由较窄的通道组成，而第二部分由较宽较大的空间组成。第一部分可以是圆柱体、块体或多面体的形状，而第二部分则无缝地延伸有椭圆体、球体或例如多面体的一部分的形状。空腔的几何形状至少分为两部分，提供了有效地将抛射粒子捕获在空腔中的技术优势，同时显本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核靶(1)，其形成为本体，其中所述核靶(1)包括至少一种前体(21和/或22和/或23)，所述前体能够在与抛射体粒子(3)相互作用时诱导核反应，其特征在于，所述核靶(1)包括：
2.根据权利要求1所述的核靶，其特征在于，所述抛射粒子(3)在其上弹性散射的同位素(4)为：
3.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)的至少一部分由围绕所述空腔(12)的所述前体(22)形成和/或包括所述空腔(12)中的所述前驱体(23)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)包括至少两个相同的前体(21和/或22和/或23)或不同地位于其中的不同前体(21和/或22和/或23)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)由两种同位素组成，其中第一同位素是前体(21和/或22和/或23)，第二同位素是所述抛射粒子(3)弹性散射在其上的同位素(4)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)还配备有激光靶(5
7.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述空腔(12)的内侧(123)设置有所述材料的层(32)，和/或所述空腔(12)包括在抛射粒子(3)或由所述空腔(12)内的相互作用产生的另一粒子的相互作用的情况下发射二次抛射粒子(320)的材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)设置有多个开口(11)和相应数量的空腔(12)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)包含同位素(4)，其选自与抛射粒子(3)或前体(21和/或22)的核具有非弹性散射阈值的核，或者抛射粒子(3)与前体(21和/或22和/或23)的反应产物高于相互作用核的能量的核。
10.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述开口(11)和/或所述空腔(12)的一部分设置有发光体(8)和/或者闪烁体。
11.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)由多个配置成这样的节段(13)组成，所述节段形成单一的材料本体，其中空腔(12)的形状用于抑制所述抛射粒子(3)在所述空腔(12)的区域外部的散射。
12.一种用于诱导核反应的方法，包括以下步骤：
13.根据权利要求12所述的用于诱导核反应的方法，其特征在于，所述抛射粒子(3)由激光驱动的加速器产生。
14.一种用于制备放射性同位素的方法，其特征在于，所述方法包括根据权利要求12或13所述的用于诱导核反应的方法，其中所述抛射粒子(3)选自p、d、n，并且所述前体(21和/或22和/或23)选自2H、3H、10B和/或11B或NatB、99Mo、186W、185Re、187Re或NatRe的天然混合物，其中优选选择抛射粒子(3)和前体(21和/或22和/或23)的组合以诱导11B(p,n)11C、98Mo(p,n)99mTc、186W(p,n)186Re或2H(d,n)3He和2H(d,n+p)2H的核反应，用于中子制备，接着是98Mo(n,γ)99mTc、185Re(n,γ)186Re、187Re(n,γ)188Re反应。
15.一种用于核废料嬗变的方法，其特征在于，所述方法包括根据权利要求12或13所述的用于制备放射性同位素的方法，其中所述抛射粒子(3)选自p、d、n，并且所述前体(21和/或22和/或23)选自核废料，其中优选选择抛射粒子(3)和前体(21和/或22和/或23)的组合，使得以下核233U(p,裂变)、235U(p,裂变)、239Pu(p,裂变)，特别是233U(n,裂变)，235U(n,裂变)、239Pu(n,裂变)或60Co(n,γ)61Co，并且其中的中子裂变过程中，它们的产生也发生在与前体(21和/或22和/或23)相互作用时，特别是2H(d,n)3He和/或2H(d,n+p)2H，或2H(d,p)3H反应和随后的2H(t,n)4He反应中，或当3H用作前体(21和/或22和/或23)时直接发生在反应3H(d,n)4He中。
16.一种用于诱导放热核反应的方法，其特征在于，所述方法包括根据权利要求12或13所述的用于诱导核反应的所述方法，其中所述核反选自3He(d,p)4He、6Li(d,α)4He、7Li(p,α)4He、10B(p,α)7Be、11B(p,2α)4He、15N(p,α)12C、6L...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种核靶(1)，其形成为本体，其中所述核靶(1)包括至少一种前体(21和/或22和/或23)，所述前体能够在与抛射体粒子(3)相互作用时诱导核反应，其特征在于，所述核靶(1)包括：
2.根据权利要求1所述的核靶，其特征在于，所述抛射粒子(3)在其上弹性散射的同位素(4)为：
3.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)的至少一部分由围绕所述空腔(12)的所述前体(22)形成和/或包括所述空腔(12)中的所述前驱体(23)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)包括至少两个相同的前体(21和/或22和/或23)或不同地位于其中的不同前体(21和/或22和/或23)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)由两种同位素组成，其中第一同位素是前体(21和/或22和/或23)，第二同位素是所述抛射粒子(3)弹性散射在其上的同位素(4)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)还配备有激光靶(5)，所述激光靶(5)能够在与激光辐射相互作用后发射抛射粒子(3)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述空腔(12)的内侧(123)设置有所述材料的层(32)，和/或所述空腔(12)包括在抛射粒子(3)或由所述空腔(12)内的相互作用产生的另一粒子的相互作用的情况下发射二次抛射粒子(320)的材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)设置有多个开口(11)和相应数量的空腔(12)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)包含同位素(4)，其选自与抛射粒子(3)或前体(21和/或22)的核具有非弹性散射阈值的核，或者抛射粒子(3)与前体(21和/或22和/或23)的反应产物高于相互作用核的能量的核。
10.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述开口(11)和/或所述空腔(12)的一部分设置有发光体(8)和/或者闪烁体。
11.根据前述权利要求中任一项所述的核靶(1)，其特征在于，所述核靶(1)由多个配置成这样的节段(13)组成，所述节段形成单一的材料本体，其中空腔(12)的形状用于抑制所述抛射粒子(3)在所述空腔(12)的区域外部的散射。
12.一种用于诱导核反应的方法，包括以下步骤：
13.根据权利要求12所述的用于诱导核反应的方法，其特征在于，所述抛射粒子(3)由激光驱动的加速器产生。
14.一种用于制备放射性同位素的方法，其特征在于，所述方法包括根据权利要求12或13所述的用于诱导核反应的方法，其中所述抛射粒子(3)选自p、d、n，并且所述前体(21和/或22和/或23)选自2h、3h、10b和/或11b或natb、99mo、186w、185re、187re或natre的天然混合物，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：扬·日德基，格奥尔格·科恩，
申请(专利权)人：极光基础设施埃里克，
类型：发明
国别省市：
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