| 3D列印 越來越多地用於製造各種最終用途產品, 但它也可以幫助研究人員實現最終目標. 一個很好的例子就是最近的一個項目, 田納西州的橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 由美國能源部 (DOE) 運營, 並且已經負責許多3D列印創新, 通過提供研究和開發工作來幫助他們.  上次在美國製造的短壽命衰變產物鍀-99m (Tc-99m) 的母體放射性同位素鉬-99 (Mo-99) 是在20世紀80年代後期……直到現在. Tc-99m以心臟核壓力測試中的血流成像而聞名, 是醫學診斷成像中使用最多的放射性同位素.  今年冬天, FDA批准了國內生產的第一批Mo-99, 不使用高濃縮鈾 (HEU) . 近十年來, 美國能源部的國家核安全局 (NNSA) 一直努力使Mo-99不使用高濃鈾. '我們希望以全成本回收的價格為美國這裡的鉬-99的商業生產做準備. 我們很高興能夠協助不使用高濃縮鈾的工作. ' 負責ORNL Mo-99研究的Chris Bryan說. 據國家核安全局稱, Mo-99每天在美國使用超過4萬種醫療程序, 但100% 由外國供應商提供, 其中大部分使用高濃鈾. 為了減少美國對其他國家的依賴程度, 它為包括阿貢國家實驗室, ORNL, 洛斯阿拉莫斯國家實驗室和薩凡納河國家實驗室在內的幾個美國能源部實驗室提供非專有國家技術支援資金.  Tc-99m在6小時內失效, 而Mo-99在66小時後保持稍久. 對於那些不希望長時間暴露在輻射下的患者來說, 這種快速衰減是很好的, 但不能儲存Tc-99m的製造商在它變得太弱而不能產生高對比度映像之前就被迫提供. 在這種情況下, 放射藥劑師使用一種裝置, 該裝置通過裝載有Mo-99的樹脂運行溶液, 然後釋放Tc-99m, 直接在診所和醫院提供. 位於威斯康辛州的NorthStar Medical放射性同位素公司和SHINE醫療技術公司都與國家核安全局簽署了合作協議, 以增加國內同位素產量, ORNL的研究人員也參與了多項旨在使Mo-99不含HEU的研發項目.  'NorthStar和其他合作協議持有者在國家實驗室的國家核安全局支援的技術開發中獲益匪淺. ORNL的這項工作體現了合作的價值, 並將使我們的工藝在使用富鉬靶材方面更加高效. ' NorthStar高級副總裁兼首席科學官James T. Harvey說. NorthStar通過採用穩定的鉬靶材料的中子俘獲工藝生產Mo-99. 這與SHINE的項目類似, 因為它使用加速器, 但因為不涉及鈾而有所不同. 相反, 一個電子加速器轟擊一個富含Mo-100的目標六天, 這將產生強烈的γ射線, 從混合物中擊中一個中子, 產生Mo-99. 氦氣在系統中流動以去除熱量, 因此用於製造靶材的材料需要足夠堅韌以承受應力, 但仍然很輕, 因此可以快速溶解, 以便回收同位素. 唯一的問題是, 濃縮的Mo-100不便宜. ORNL制定了初始目標, 一張只有半美元大小的原始材料仍需花費數千美元. 另外, 撞擊加速器中的電子轉化率不到Mo-100的10% , 這意味著NorthStar必須恢複並回收剩餘的電子. ORNL的Rick Lowden是一位負責開發目標材料和製造技術的冶金學家, 他解釋說: '每次處理粉末時, 將其磨碎, 篩分, 噴塗等等. 目標是零浪費. '  首先, ORNL的研究人員將鉬粉與水溶性聚合物混合, 採用噴霧乾燥法將小顆粒結合成較大的球形附聚物. 在壓制和加熱噴霧乾燥的粉末之後, 生產出堅固且快速溶解具有嚴格尺寸公差的圓盤. 不幸的是, 當他們用雷射加熱碟片以類比NorthStar加速器內部的條件時, 由於材料上的不均勻加熱, 它們出現扭曲. 與ORNL材料科學家Jim Kiggans, Bryan和Lowden一起工作時, 他們決定通過3D列印碟片上的目標組件來解決很多問題, 其中包括由於加速器部件的設計, 盤的直徑和厚度必須改變. Bryan解釋說, '這是一個激動人心的目標. ' ORNL與洛斯阿拉莫斯的設計師合作, 負責加速器系統, 並使用不鏽鋼材料3D列印代表性形狀和組件. 這些物質被送到阿貢的化學家那裡, 以便它們能夠溶解在目前正在開發的工藝中以回收未轉化的Mo-100. 這個過程是可持續的, 因為再迴圈的沉澱物被返回到ORNL中, 因此它可以被加工成用於下一次組裝的3D列印原料. Lowden說: '現在整個過程只有四個步驟, 而不是幾十個. ' 由於鉬具有2600°C的高熔點, ORNL在Renishaw雷射熔化系統中安裝了一個特殊的400瓦雷射器, 雷尼紹還構建了一個縮小體積的碟片, 可以容納較少量的Mo-100以節省成本. ORNL還安裝了一個15, 000瓦的電漿體系統, 該系統可以通過噴霧乾燥鉬團聚物來回收利用雷射熔化的材料, 從而將緻密的球形顆粒製成3D列印原料. ORNL的研究人員現在將重點描述目標組件的材料特性. '90% 的3D列印鉬沒有太多數據. 我們基本上正在開闢新的道路, 特別是對於這樣一個獨特的應用. ' Lowden說. |
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