CN110176323A - 放射性同位素制造装置 - Google Patents

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F·圭拉
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Abstract

本发明提供一种提高放射性同位素的产量的放射性同位素制造装置。本发明的放射性同位素制造装置(1)具备：粒子加速器；第1靶部，从粒子加速器射出的带电粒子束射入并通过；及第2靶部，射入有通过了第1靶部的带电粒子束。在第1靶部(11)中，在射束通路(15)内保持有靶材(17)，且具有向靶材(17)喷吹冷却气体的冷却气体供给部(51)。在第2靶部(12)中，靶基板(35)保持于射束轴(B)上，且靶基板(35)中带电粒子束的下游侧的面被冷却水冷却。射束轴(B)上的第1靶部(11)的靶箔(16)的总厚度比射束轴(B)上的第2靶部(12)的靶基板(35)的厚度小。

Description

放射性同位素制造装置
技术领域
本申请主张基于2018年2月19日于日本申请的日本专利申请第2018-026980号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种放射性同位素制造装置。
背景技术
以往，作为这种领域的技术，已知有下述专利文献1所记载的放射性同位素制造装置。该放射性同位素制造装置具备保持靶的靶装置。该靶装置以保持靶的状态安装于粒子加速器，且从粒子加速器向靶照射带电粒子束，由此通过核反应，靶中生成放射性同位素。
专利文献1：日本特开2013-167489号公报
发明内容
近年来，放射性同位素的需要增加，在这种放射性同位素制造装置中也期待提高放射性同位素的产量。本发明的目的在于提供一种提高放射性同位素的产量的放射性同位素制造装置。
本发明的放射性同位素制造装置为向靶材照射带电粒子束来制造放射性同位素的放射性同位素制造装置，该放射性同位素制造装置具备：粒子加速器，沿规定的射束轴射出带电粒子束；第1靶部，从粒子加速器射出的带电粒子束射入并通过；及第2靶部，射入有通过了第1靶部的带电粒子束，第1靶部具有：射束通路，供带电粒子束通过；靶材保持部，在射束通路内，在射束轴上保持第1靶材；及冷却气体供给部，供给冷却第1靶材的冷却气体，第2靶部具有：基板保持部，将包括基板主体及设置于该基板主体的第2靶材的靶基板保持于射束轴上；及冷却水供给部，向靶基板中带电粒子束的下游侧的面供给冷却该靶基板的冷却水；射束轴上的第1靶部的第1靶材与靶材保持部的总厚度比射束轴上的靶基板的厚度小。
并且，也可以设为第1靶部具有多个靶材保持部。并且，也可以设为能够从与射束轴交叉的方向将第1靶材相对于射束轴上进行插拔的结构。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种提高放射性同位素的产量的放射性同位素制造装置。
附图说明
图1为表示实施方式所涉及的放射性同位素制造装置的剖视图。
图2为分解表示第1靶部的剖视图。
图3(a)为放大表示靶箔的剖视图，图3(b)为放大表示靶基板的剖视图。
符号说明
1-放射性同位素制造装置，11-第1靶部，12-第2靶部，15-射束通路，17-靶材，17a～17d-靶材(第1靶材)，17e-靶材(第2靶材)，18-金箔(靶材保持部)，25-射束通过孔(靶材保持部)，33-基板保持部，35-靶基板，37-基板主体，51-冷却气体供给部，61-冷却水供给路(冷却水供给部)，B-射束轴。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的放射性同位素制造装置的实施方式详细地进行说明。另外，在说明中，对相同要件或具有相同功能的要件使用相同符号，并省略重复说明。
参考图1及图2对放射性同位素制造装置1进行说明。放射性同位素制造装置1为向靶材17照射带电粒子束，并通过核反应生成并制造放射性同位素的装置。放射性同位素制造装置1具备对带电粒子进行加速并射出规定的能量的带电粒子束的粒子加速器3及保持靶材17并将其安装于粒子加速器3的歧管5的靶装置7。
作为通过放射性同位素制造装置1制造的放射性同位素的核素，例如可举出64Cu、89Zr、76Br、124I、123I、62Zn等。并且，作为用于制造上述核素的靶材17的材料，分别可使用64Ni、天然Y(89Y)、Cu2 76Se、124TeO2、123TeO2、天然Cu等。
在靶材17的材料为64Ni的情况下，例如该材料为粒状，且64Ni通过电镀固定于由金构成的基板上而使用。并且，从粒子加速器3照射质子束(由氢的阳离子构成的质子束)，并通过64Ni(p,n)64Cu的核反应制造核素64Cu。在靶材17的材料为天然Y(89Y)的情况下，例如该材料为箔状，且上述箔物理固定(插入式等)于由金构成的基板上而使用。并且，从粒子加速器3照射质子束，并通过89Y(p,n)89Zr的核反应制造核素89Zr。在靶材17的材料为Cu2 76Se的情况下，例如该材料为粒状，且Cu2 76Se通过烧结固定于由铂构成的基板上而使用。并且，从粒子加速器3照射质子束，并通过76Se(p,n)76Br的核反应制造核素76Br。
在靶材17的材料为124TeO2的情况下，例如该材料为粒状，且124TeO2通过烧结固定于由铂构成的基板上而使用。并且，从粒子加速器3照射质子束，并通过124Te(p,n)124I的核反应制造核素124I。在靶材17的材料为123TeO2的情况下，例如该材料为粒状，123TeO2通过烧结固定于由铂构成的基板上而使用。并且，从粒子加速器3照射质子束，并通过123Te(p,n)123I的核反应制造核素123I。在靶材17的材料为天然Cu的情况下，例如该材料为箔状，且上述箔物理固定(插入式等)于由金构成的基板上而使用。并且，从粒子加速器3照射质子束，并通过63Cu(p，2n)62Zn的核反应制造核素62Zn。
作为粒子加速器3，例如可使用回旋加速器、线性加速器(直线加速器)等。作为带电粒子束，例如可使用质子束、氘核束、α射线等。在以下说明中，与从粒子加速器3射出的带电粒子束的上游、下游对应地，使用“上游侧”、“下游侧”等词。并且，对从粒子加速器3射出的带电粒子束的射束轴，在图中标注符号“B”。射束轴是指某一位置上的带电粒子束的轨迹及其延长线。
靶装置7能够将多个靶材17保持于射束轴B上。在本实施方式中，如图中例示，靶装置7能够将总和5个靶材17保持于射束轴B上。对于靶材17的保持结构，详细内容进行后述。靶装置7具备与歧管5的紧邻下游侧连接的第1靶部11及与第1靶部11的紧邻下游侧连接的第2靶部12。从粒子加速器3射出的带电粒子束射入并通过第1靶部11。并且，通过了第1靶部11的带电粒子束入射于第2靶部。从歧管5遍及第1靶部11设有射束通路15。射束轴B在该射束通路15内通过，且上述带电粒子束通过该射束通路15。在歧管5的射束通路15内设有真空箔14，真空箔14将射束通路15密封为真空状态。
(第1靶部)
第1靶部11具备例如呈四方柱形状的主体躯干部13，在该主体躯干部13的中央，以沿射束轴B方向贯穿的方式形成有呈圆形截面的贯穿孔。该贯穿孔构成上述射束通路15的一部分。
第1靶部11具备能够相对于主体躯干部13进行拆装的4个靶架21。在各靶架21中分别能够安装一个靶箔16。如图3(a)中放大表示，在本实施方式中，靶箔16具备金箔18(靶材保持部)及形成于该金箔18的上游侧的面上的靶材17。例如，靶材17通过将用于得到作为目标的放射性同位素的靶物质烧结或电镀于金箔18表面而形成。
靶架21的架主体部21a呈以射束轴B方向为厚度方向的平板状。在架主体部21a中沿厚度方向贯穿形成有成为射束通路15的一部分的射束通过孔25，在该射束通过孔25(靶材保持部)内安装有薄膜状的靶箔16。另一方面，在主体躯干部13形成有供各靶架21的架主体部21a插入的狭缝23。狭缝23自主体躯干部13的侧壁面至横穿射束通路15的位置为止，沿与射束轴B交叉的方向(在本实施方式中为与射束轴B正交的方向)切入。
通过相对于该狭缝23对靶架21的架主体部21a进行插拔，靶箔16能够从与射束轴B交叉的方向(在本实施方式中为与射束轴B正交的方向)相对于射束轴B上进行插拔。并且，在架主体部21a插入于狭缝23的状态下，靶箔16位于射束通路15内，且位于横穿射束轴B的位置。通过如上所述的结构，在第1靶部11中，总和4个靶材17在射束通路15内以直线状配置于射束轴B上。在彼此区分上述4个靶箔16的靶材17的情况下，从上游侧依次称为靶材17a、靶材17b、靶材17c、靶材17d。
另外，在靶架21中除了架主体部21a以外的部位作为捏手部21b而突出于主体躯干部13的侧壁面上。该捏手部21b被规定的致动器等把持，由此可顺畅地执行靶架21相对于主体躯干部13的拆装操作。在捏手部21b中与主体躯干部13的侧壁面相对的部位设有O型环27。上述O型环27夹持于捏手部21b与主体躯干部13的侧壁面之间，射束通路15被密封为真空状态。
(第2靶部)
如图1所示，第2靶部12例如具备呈圆柱形状的主体部31。在主体部31中形成有保持靶基板35的基板保持部33。基板保持部33具有形成于主体部31的前端面的圆形的凹部，真空孔34在该凹部内开口。在上述凹部中嵌入有圆板状的靶基板35，且通过真空孔34对靶基板35抽真空，由此靶基板35保持于基板保持部33。并且，在主体部31的前端面以包围基板保持部33的方式设有O型环41。该O型环41夹持于第1靶部11与第2靶部12之间，射束通路15被密封为真空状态。
如图3(b)中放大表示，上述靶基板35例如具有由规定的材料构成的圆形的基板主体37及形成于该基板主体37的上游侧的面上的靶材17。该靶材17通过将用于得到作为目标的放射性同位素的靶物质烧结或电镀于基板主体37的表面而形成。或者，上述靶材17通过将由用于得到作为目标的放射性同位素的靶物质构成的箔接合于基板主体37的表面而形成。作为基板主体37的材料，例如使用金、铂等。在将靶基板35的靶材17与其它靶材17进行区分的情况下，称为靶材17e。如图1所示，保持于基板保持部33的靶基板35堵住射束通路15的后端面，且靶材17e位于射束轴B上。
根据如上所述的放射性同位素制造装置1的结构，真空箔14、保持于第1靶部11的4个靶材17a～17d(第1靶材)及保持于第2靶部12的一个靶材17e(第2靶材)直线排列于射束轴B上。并且，从粒子加速器3射出的带电粒子束依次通过真空箔14及靶材17a～17d，并到达靶材17e。此时，带电粒子束分别照射于5个靶材17a～17e，在各靶材17a～17e中通过核反应分别生成放射性同位素。此时，优选带电粒子束不通过靶基板35而被基板主体37阻拦。
在此，各靶箔16如降能器那样发挥功能，由此通过射束通路15的带电粒子束的能量随着向下游侧移动而逐渐降低。因此，照射于各靶材17a～17e的带电粒子束的能量越向下游侧移动变得越小。其另一方面，用于提高放射性同位素的生成效率的最佳能量按每一核素不同。根据该见解，各靶材17a～17e无需全部为相同的核素，也可以设为在各靶材17a～17e中存在多个种类不同的核素。并且，也可以以带电粒子束的能量相对于各靶材17a～17e的核素被最佳化、放射性同位素的生成效率被最佳化的方式确定各靶箔16的厚度、各靶材17a～17e的核素。
并且，射束轴B上的第1靶部11的靶材17a～17d与金箔18的4个的总厚度比射束轴B上的第2靶部12的靶材17e与基板主体37的总厚度小。换言之，射束轴B上的4片靶箔16的厚度的总和比靶基板35的厚度小。通过该条件，能够设定成来自粒子加速器3的带电粒子束通过第1靶部11的4片靶箔16，且在其下游侧不通过靶基板35的基板主体37而被阻拦。
(靶等的冷却机构)
在放射性同位素制造装置1中，带电粒子束照射于真空箔14、靶箔16及靶基板35，因此需要适当冷却。放射性同位素制造装置1具备用于冷却真空箔14、靶箔16及靶基板35(以下，统称为“冷却对象物”)的如下结构。
放射性同位素制造装置1具备向射束通路15内供给从冷却气体源(未图示)输送的冷却气体并对冷却对象物进行喷吹的5处冷却气体供给部51。作为冷却气体，例如可使用氦气。各冷却气体供给部51在射束轴B方向上，在冷却对象物彼此的每一个之间各配置有一个。从上游侧起位于第一的冷却气体供给部51设置于歧管5内，从上游侧起位于第2～5的冷却气体供给部51设置于第1靶部11的主体躯干部13内。在隔着射束通路15与各冷却气体供给部51对置的位置各设有一个从射束通路15排出上述冷却气体的冷却气体排出部53。
各冷却气体供给部51具备朝向位于上游侧的冷却对象物的下游侧的面倾斜地喷吹冷却气体的上游侧喷吹流路55及朝向位于下游侧的冷却对象物的上游侧的面倾斜地喷吹冷却气体的下游侧喷吹流路57。根据这种冷却气体供给部51，关于各靶箔16，冷却气体分别从上游侧的面及下游侧的面这两个面喷吹而被冷却。并且，关于真空箔14，冷却气体喷吹于下游侧的面而被冷却。并且，关于靶基板35，冷却气体喷吹于上游侧的面且冷却水以以下说明的方式与下游侧的面接触，从而从这两个面被冷却。
放射性同位素制造装置1具备用于将靶基板35进行水冷的冷却水供给部。具体而言，在第2靶部12的主体部31设有向靶基板35供给冷却水的冷却水供给路61及排出该冷却水的冷却水排出路63。上述冷却水在以靶基板35为盖的冷却水空间65内流动，且与靶基板35的下游侧的面接触并冷却靶基板35。并且，在主体部31设有吹气流路67及吹气排出流路69，该吹气流路67及吹气排出流路69用于将上述冷却水从主体部31内完全排出。如上所述，靶基板35从上游侧被冷却气体冷却，从下游侧被冷却水冷却。
对以上说明的放射性同位素制造装置1的作用效果进行说明。放射性同位素制造装置1具备分别将靶材17保持于射束轴B上的第1靶部11及第2靶部12。来自粒子加速器3的带电粒子束在照射并通过保持于第1靶部11的靶材17之后，还照射于保持于第2靶部12的靶材17。即，带电粒子束同时照射于多个靶材17，且在多个靶材17中分别同时生成放射性同位素。因此，放射性同位素的产量提高。并且，如上所述，若设为在各靶材17a～17e中存在不同的多种核素，则还能够同时得到多种核素的放射性同位素。
而且，第1靶部11本身能够保持多个靶材17a～17d，且在靶材17a～17d中分别同时生成放射性同位素。因此，如上所述，放射性同位素的产量进一步提高。并且，通过靶材17的两个面被冷却而冷却效率高，因此基于带电粒子束照射的热输入的制约得到缓和，其结果还能够加厚靶材17。因此，还能够通过加厚靶材17来提高放射性同位素的产量。
并且，通常，从回旋加速器射出的带电粒子束的能量难以变更，因此以往需要将真空箔14作为降能器，将照射于靶材17的带电粒子束的能量降低到最佳的值。相对于此，在放射性同位素制造装置1中，位于上游侧的靶箔16会作为位于下游侧的靶箔16或靶基板35的降能器发挥作用。因此，如上所述，通过调整各靶箔16的厚度等，能够将照射于各靶材17的带电粒子束的能量调整为可得到高生成效率的能量。
并且，在第2靶部12中，采用了将靶架21插入于主体躯干部13并设置靶材17的方式，因此能够简单地执行靶材17的设置及排出。并且，还能够将靶材17的设置及排出自动化，其结果，相较于基于手动的靶材17的设置及排出，能够减少工作人员的辐射。
本发明以上述实施方式为代表，能够根据本领域技术人员的知识进行各种变更、改进的各种方式来实施。并且，还能够利用上述实施方式中所记载的技术事项来构成实施例的变形例。也可以适当组合各实施方式的结构来使用。例如，第1靶部11能够保持的靶箔16的数量并不限定于如实施方式那样为4个，可以进行适当增减，也可以为一个。并且，在实施方式中，靶箔16具备金箔18及形成于该金箔18的上游侧的面上的靶材17，但也可以为将以箔状形成的靶材17直接作为靶箔16来使用的方式。

Claims (3)

1.一种放射性同位素制造装置，其向靶材照射带电粒子束来制造放射性同位素，该放射性同位素制造装置具备：
粒子加速器，沿规定的射束轴射出所述带电粒子束；
第1靶部，从所述粒子加速器射出的所述带电粒子束射入并通过；及
第2靶部，射入有通过了所述第1靶部的所述带电粒子束，
所述第1靶部具有：
射束通路，供所述带电粒子束通过；
靶材保持部，在所述射束通路内，在所述射束轴上保持第1靶材；及
冷却气体供给部，供给冷却所述第1靶材的冷却气体，
所述第2靶部具有：
基板保持部，将包括基板主体及设置于该基板主体的第2靶材的靶基板保持于所述射束轴上；及
冷却水供给部，向所述靶基板中所述带电粒子束的下游侧的面供给冷却该靶基板的冷却水；
所述射束轴上的所述第1靶部的所述第1靶材与所述靶材保持部的总厚度比所述射束轴上的所述靶基板的厚度小。
2.根据权利要求1所述的放射性同位素制造装置，其中，
所述第1靶部具有多个所述靶材保持部。
3.根据权利要求1或2所述的放射性同位素制造装置，其中，
能够从与所述射束轴交叉的方向将所述第1靶材相对于所述射束轴上进行插拔。
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