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液態氟化物核反應器用於鉬-99核醫同位素產製之中子物理研究

為了解決液態鉬缺點的問題，作者黃雅韓 這樣論述：

本研究目的為使用液態氟化物核反應器用於核醫藥物鉬-99的產製和中子物理研究。首先由文獻整理出目前生產鉬-99的方式及其優缺點，並針對美國在1965年發展的MSRE實驗反應器和俄國於2001年開始發展的MOSART反應器，模擬計算此兩種反應器在1MWt功率下鉬-99的產量，與文獻作比較。MSRE實驗反應器爐心含燃料鹽7LiF-BeF2-ZrF4-UF4 及石墨減速劑為熱中子反應器; MOSART爐心燃料為actinides之氟化鹽，無石墨減速劑。本研究並以此二反應器為藍圖，進一步設計出燃料鹽濃縮度符合美國防核武擴散規定之熔鹽式反應器爐心，和文獻作功率為1MWt鉬--99產量、中子能譜和同位素活

度之比較。本研究使用三維蒙地卡羅臨界計算程式進行幾何模擬，並選用238群截面數據庫，連結相關截面處理程式模組、燃耗計算程式模組結合成計算序列進行計算分析。在2009年全球預計鉬-99的週需求量為12000Ci。使用MSRE模型及其燃料鹽運轉15天產鉬-99的產量和文獻預計之飽和活度54000Ci接近; MOSART的鉬-99產量較低，約49000Ci，顯示使用熔鹽式反應器有供應全球市場的潛力。將熱中子反應器MSRE燃料濃縮度由33%降為20% ，其爐心體積增為1.44倍即可達臨界，起爐臨界質量由35.2 kg減為31.3 kg。將MSRE石墨緩速劑抽出(相當於將MOSART actinide氟

化鹽燃料換為MSRE燃料鹽7LiF-BeF2-ZrF4-UF4)之new-model設計使用體積最佳化設計，即高度與半徑比1.84，並且增加反射體厚度使爐心臨界; 燃料濃縮度20%、反射體厚度33cm的爐心臨界體積比燃料濃縮度33%、反射體厚度 20 cm的爐心臨界體積增加1.38倍(3.97 m3)，起爐爐心臨界質量由100.9kg減至86.3 kg，經濟性較佳。鉬-99活度在運轉15天左右達飽和活度的99%，且產生的鉬-99比活度高，於24天可達~104 Ci/g(Mo)，為其最大優點之一。使用MSRE和本研究新設計採用235U 20 % 濃縮度之快中子反應器在1MWt功率下模擬運轉24天

時，兩者所產的鉬同位素中，Mo-99重量占約5 wt%，其他為穩定同位素；停爐六天後的鉬-99活度可達100%，在鉬同位素中重量占約1 wt%，其他為穩定同位素，可於後續純化分離步驟後供醫院使用。MSRE和new-model採 33%、20% 濃縮度鈾燃料之熔鹽式反應器爐心溫度係數分別約-14、-8和-10 (pcm/K)，符合安全要求。

超深冷設備改良及其在電鍍工件脫氫上之應用

為了解決液態鉬缺點的問題，作者華子傑 這樣論述：

為了改善一般超深冷處理設備的缺點，本研究設計以浮力帶動工件的超深冷處理裝置和PID溫度控制裝置，來實施超深冷處理。將工件從室溫緩慢而穩定地冷卻至液態氮的溫度，保持適當的時間，使其內應力完全釋放，組織結構達到安定化，以提升其使用壽命。與一般工業上所用的超深冷處理設備比較，本計畫所開發的浮力式超深冷和PID溫度控制裝置之特點為:其所能達到的溫度較低，處理效果較好;而且降溫、升溫的速率較為穩定平滑，不會有溫度突升或突降的情形發生，故處理後的工件完全沒有熱應力;此外，也能顯著節省液態氮的消耗，降低超深冷處理的成本。工業上有很多種方式，使金屬獲得鍍層，包括電鍍、物理氣相沈積、離子鍍、化學鍍、熱浸鍍等等

，其中可沈積金屬應用最多最廣的為電鍍工業。電鍍為一種氧化還原反應，將所要被鍍鍍層的工件放在陰極，欲想鍍的金屬放在陽極，放入欲鍍層的金屬液，通以電源後表面即得到想要的鍍層。產品施以電鍍時，由於陰極會產生氫氣，而氫原子滲入產品表層及內部，導致產品韌性降低，受力時產生氫脆現象。一般在工業上解決的方法為將產品加熱到一定的溫度，使得固溶在產品中的氫原子擴散出來，以恢復韌性，但此種方法容易犧牲其硬度，使得產品強度降低。本研究擬採用氫的溶解度隨著溫度降低而減少的原理，將電鍍後的縫紉車針，以適當穩定的降溫速率冷至液態氮溫度(-196℃)，保持一段時間使其固溶在縫紉車針中的氫原子擴散出來，再以適當速率回升到室溫

或室溫以上，而完成超深冷脫氫處理。實驗過程先在不同條件下將電鍍後的縫紉車針烘烤加熱，再實施適當的超低溫處理，並分別測試硬度、彎斷角度、氫含量，以了解其脫氫效果，進而尋求最佳脫氫處理條件。跟傳統比起來，除了改變不同加熱烘烤參數外，還對烘烤後的縫紉車針施以超低溫處理，以促進其脫氫效果。此外，超深冷處理對於縫紉車針的基材組織而言，也有安定化而延長其使用壽命的效果。