Modeling of radiation and thermal-hydraulic characteristics of the converter-target under irradiation with electrons in order to optimize isotope ⁹⁹mTc production

Abstract

The method of the modeling of radiation and thermal-hydraulic characteristics of the system for ⁹⁹mTc isotope production was developed, using the Monte Carlo method for computation of radiation fields and computational fluid dynamics for modeling of thermal-hydraulic characteristics. The three-dimensional solid models of this system were developed, where system geometry was fully described and necessary initial conditions was taking into account. We considered the isotope ⁹⁹Mo production due to the (γ, n) and (n, γ) reactions and analyzed the efficiency of these reactions. To improve the efficiency of the isotope ⁹⁹Mo production and to reduce the energy deposition in the target material it is proposed to use the composite converter made of Pb + Al, Pb + Cu, Pb + Be, for which the optimal parameters were defined. Application of this method makes it possible to optimize the performance of the system for ⁹⁹mTc isotope production.

Розроблено методику розрахунків моделювання радіаційних та термогідравлічних характеристик системи отримання ізотопу ⁹⁹mTc, яка використовує метод Монте-Карло для радіаційних полів системи і метод обчислювальної гідродинаміки для термогідравлічних характеристик системи. Створено тривимірні твердотільні моделі системи, які повністю описують геометрію системи та враховують необхідні початкові умови. Розглянуто напрацювання ізотопу ⁹⁹Mo за рахунок (γ, n)- і (n, γ)-реакцій та проведено аналіз їх ефективності. Для підвищення ефективності напрацювання ізотопу ⁹⁹Mo та зменшення енерговиділення в матеріалі мішені запропоновано використовувати композитний конвертер типу Pb+Al, Pb+Cu, Pb+Be, для якого визначено оптимальні параметри. Застосування методики дає можливість оптимізувати експлуатаційні характеристики системи отримання ізотопу ⁹⁹mTc.

Разработана методика расчетов моделирования радиационных и термогидравлических характеристик системы получения изотопа ⁹⁹mTc, использующая метод Монте-Карло для радиационных полей системы и метод вычислительной гидродинамики для термогидравлических характеристик системы. Созданы трехмерные твердотельные модели системы, полностью описывающие геометрию системы и учитывающие необходимые начальные условия. Рассмотрена наработка изотопа ⁹⁹Mo за счет (γ, n)- и (n, γ)-реакций и проведен анализ их эффективности. Для повышения эффективности наработки изотопа ⁹⁹Mo и уменьшения энерговыделения в материале мишени предложено использовать композитный конвертер типа Pb+Al, Pb+Cu, Pb+Be, для которого определены оптимальные параметры. Применение методики дает возможность оптимизировать эксплуатационные характеристики системы получения изотопа ⁹⁹mTc.