CN111010796A - 一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统及方法，其包括电子产生段、电子加速段、电子‑光子转换部、靶辐照部、第一冷却部、第二冷却部和收集部。本发明提出一种新型的基于电子加速器和91Zr的90Y的生产方式，避免了现有生产方式的不足，提高了90Y生产的便携性与安全性，降低了成本。

Description

一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统及方法
技术领域
本发明属于核技术应用领域，尤其涉及一种基于电子加速器和91Zr的90Y生产系统。
背景技术
90Y是一种重要的医用放射性核素，在肿瘤的放射性免疫治疗(Radioimmunotheragy,RIT)中具有广阔的应用前景。它具有适当的物理半衰期(T＝64.0h),发射纯β﹣粒子；高β能量(最大能量2.3MeV，平均能量0.93MeV)；平均组织射程2.5mm，最大为11.9mm，以细胞直径20um计算，可杀死150-200个细胞直径范围内的细胞，在500-600个细胞直径范围内有杀伤作用，且衰变的字子体90Zr稳定无毒。
90Y有两种生产方法：一种是在反应堆中利用中子辐照高纯的89Y2O3靶生产90Y。反应堆辐照生产90Y是利用89Y(n,γ)90Y反应，将89Y2O3制成靶在反应堆中辐照生成90Y。采用这种方法的缺点是无法满足远离反应堆的地方对90Y的需求，所得到的90Y比活度较低，不能直接用于放射性免疫治疗。另外一种是从90Sr的衰变平衡体系中分离出90Y。90Sr是235U的裂变产物，裂变产额约为5.772％。从90Sr衰变平衡体系中分离90Y操作比较简单，无需中子源，能够在远离反应堆的地方生产，所得的90Y比活度较高，但是这种方法在分离过程中将不可避免地带来少量高毒性的90Sr的玷污，对人体造成伤害。
专利CN108028086A提出一种基于电子加速器的90Y生产方式，是通过电子束流轰击高原子序数物质，产生光中子，光中子进一步与天然锆或浓缩锆材料相互作用产生90Y，该专利利用的反应过程是90Zr(n，p)90Y反应，但是该专利中提到对中子的能量要求较高，需处于4.7MeV与12.1MeV之间，需对高能和低能的中子同时进行截断，几乎难以实现，对电子的能量和中子慢化整形装置的要求也非常高，增加了系统的成本和复杂度。另一方面，在高能电子轰击高原子序数靶时，要产生足够的中子，势必会产生更高量级的伴随轫致辐射光子，要将中子慢化到使用区域(4.7MeV-12.1MeV)同时将束流中的伴随轫致辐射光子过滤到较低水平，十分困难。
因此，有必要提出一种安全、便捷、低成本的90Y生产方式，能够在远离反应堆的地方生产高活度、不含有毒物质的90Y。
发明内容
为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提供一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统及方法，具有安全、便捷、成本低的特点，能够克服现有的90Y生产方式的不足，在远离反应堆的地方生产活度高、安全性高的90Y，用于放射性免疫治疗。91Zr(g，p)90Y反应为吸热反应，光子能量需要达到一定阈值(8.69MeV)才会发生反应，因此只要产生高于8.69MeV的轫致辐射光子就可以与91Zr反应产生90Y，只需要对能量低于8.69MeV的轫致辐射光子进行截断就可以，而不需要对高能部分截断。同时，相同能量的电子轰击重金属靶产生的轫致辐射光子的数量比中子的通量高几个量级，可以更好的产生90Y。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其包括以下结构：
电子产生段，用于产生电子；
电子加速段，用于对电子束进行加速和运输；
电子-光子转换部，用于接收电子加速段传输的电子束流并将其转化为轫致辐射光子；
靶辐照部，接收电子-光子转换部的轫致辐射光子，其中靶座内容纳1个或多个91Zr靶盘，91Zr与轫致辐射光子相互作用产生90Y；
第一冷却部，与电子-光子转换部密封连接，使用冷却液循环冷却电子-光子转换部；
第二冷却部，与靶辐照部密封连接，使用冷却液循环冷却靶辐照部；
收集部，与靶辐照部连接，收集靶辐照部产生的90Y。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：电子产生段产生的电子能量在10MeV-50MeV之间。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：所述电子加速段包括加速通道、微波功率源、真空设备和束流导引聚焦系统，所述加速通道与电子产生段连接，所述真空设备、微波功率源与束流导引聚焦系统分别与加速通道连接。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：所述加速通道为一种金属管道，用来运输电子束流。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：所述真空设备是用于加速通道抽真空与监测加速通道真空状态的设备。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：所述导引聚焦系统，是用一定形态的电磁场来引导并约束加速通道中的电子，使之沿着预定的轨道受加速电场的加速。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：所述导引聚焦系统为圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：所述微波功率源为磁控管或者速调管，用于在加速通道中提供特定频率的微波，从而实现对电子的加速。
根据本发明所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其进一步地优选技术方案是：电子-光子转换部为钨靶、金靶或者钽靶中的一种或多种。
本发明基于上述系统，还提出了一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其包括：采用电子产生设备产生电子；接收电子束流并将其转化为轫致辐射光子；接收轫致辐射光子，并轰击91Zr靶盘，91Zr与轫致辐射光子相互作用产生90Y。
本申请相比现有技术的有益效果是:
基于此，本发明提出了一种基于电子加速器的90Y生产方式，通过电子束轰击重金属靶产生轫致辐射光子，轫致辐射光子与91Zr进一步作用产生90Y，该过程只对光子的最低能量有要求(大于8.69MeV)，只需要对能量低于8.69MeV的光子进行截断即可，无需对高能部分操作，同时相同能量的电子轰击高原子序数靶材，产生的轫致辐射光子比中子高出多个量级，能够提高90Y的产量。具有安全、便捷、成本低的特点，能够克服现有的90Y生产方式的不足，在远离反应堆的地方生产活度高、安全性高的90Y，用于放射性免疫治疗。
本发明提供的一种基于电子加速器的90Y生产系统，能够克服现有的90Y生产方式的不足，在远离反应堆的地方生产活度高、安全性高的90Y，用于放射性免疫治疗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明系统原理框图。
图2是电子加速段的基本结构
图3是轫致辐射过程示意图
图4是91Zr(γ，p)90Y反应示意图。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
实施例1
如图1所示是本发明系统原理框图，该生产系统包括
电子产生段，用于产生电子；
电子加速段，用于对电子束进行加速和运输；
电子-光子转换部，用于接收电子加速段传输的电子束流并将其转化为轫致辐射光子；
靶辐照部，接收电子-光子转换部的轫致辐射光子，其中靶座内容纳1个或多个91Zr靶盘，91Zr与轫致辐射光子相互作用产生90Y；
第一冷却部，与电子-光子转换部密封连接，使用冷却液循环冷却电子-光子转换部；
第二冷却部，与靶辐照部密封连接，使用冷却液循环冷却靶辐照部；
收集部，与靶辐照部连接，收集靶辐照部产生的90Y。
其中电子产生段产生能量在10MeV-50MeV之间的电子束流，电子加速段，用于对电子产生段产生的电子进行加速和输运。如图2所示，电子加速段包括加速通道、微波功率源、真空设备和束流导引聚焦系统，所述加速通道与电子产生段连接，所述真空设备、微波功率源与束流导引聚焦系统分别与加速通道连接。
其中加速通道为一种金属管道，用来运输电子束流。
真空设备，是用于加速通道抽真空与监测加速通道真空状态的设备。
导引聚焦系统，是用一定形态的电磁场来引导并约束加速通道中的电子，使之沿着预定的轨道受加速电场的加速。如圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。
微波功率源为磁控管或者速调管，用于在加速通道中提供特定频率的微波，从而实现对电子的加速。
电子-光子转换部接收电子加速段传来的10MeV-50MeV之间的电子束流，并将接收的电子转换成轫致辐射光子，其中电子-光子转换部是钨靶、金靶或者钽靶中的至少一种，第一冷却部采用冷却液循环的方式对电子-光子转换部进行冷却。
靶辐照部整体为1个靶座，用于接收电子-光子转换部产生的轫致辐射光子，轫致辐射反应过程如图3所示，其中靶座可以容纳1个或多个91Zr靶盘；轫致辐射光子与91Zr发生反应，产生90Y，反应过程如图4所示，轫致辐射光子与91Zr相互作用产生1个90Y与质子，收集部对靶辐照部产生的90Y进行收集，第二冷却部采用冷却液循环的方式对靶辐照部进行冷却。本实施例中所述的第一冷却部和第二冷却部是采用的具有循环回路的冷却槽，在冷却槽内盛装冷却液，将冷却槽与设备连接，冷却液在冷却槽内循环，实现对设备的冷却。
为了更好的突出本发明的特点，现将现有的90Y生产方式与本申请进行比较，如下表：
Figure BDA0002331154090000071
表一
由表一可以看出，本申请采用轫致辐射光子进行辐照时，在采用相同能量电子的情况下，本申请中当电子能量大于15MeV后，90Y的活度将呈现大幅增加，其活度远远超出现有技术，同时本申请采用轫致辐射光子进行辐照，因此只需控制输入电子能量大于10MeV即可，无需进行上下两端值的截断，操作更加方便可行。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其特征在于包括：
电子产生段，用于产生电子；
电子加速段，用于对电子束进行加速和运输；
电子-光子转换部，用于接收电子加速段传输的电子束流并将其转化为轫致辐射光子；
靶辐照部，接收电子-光子转换部的轫致辐射光子，其中靶座内容纳1个或多个91Zr靶盘，91Zr与轫致辐射光子相互作用产生90Y；
第一冷却部，与电子-光子转换部密封连接，使用冷却液循环冷却电子-光子转换部；
第二冷却部，与靶辐照部密封连接，使用冷却液循环冷却靶辐照部；
收集部，与靶辐照部连接，收集靶辐照部产生的90Y。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其特征在于：电子产生段产生的电子能量在10MeV-50MeV之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其特征在于：所述电子加速段包括加速通道、微波功率源、真空设备和束流导引聚焦系统，所述加速通道与电子产生段连接，所述真空设备、微波功率源与束流导引聚焦系统分别与加速通道连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其特征在于：所述加速通道为一种金属管道，用来运输电子束流。
5.根据权利要求3所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其特征在于：所述真空设备是用于加速通道抽真空与监测加速通道真空状态的设备。
6.根据权利要求3所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其特征在于：所述导引聚焦系统，是用一定形态的电磁场来引导并约束加速通道中的电子，使之沿着预定的轨道受加速电场的加速。
7.根据权利要求6所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其特征在于：所述导引聚焦系统为圆形加速器的主导磁场或四极透镜场。
8.根据权利要求3所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其特征在于：所述微波功率源为磁控管或者速调管，用于在加速通道中提供特定频率的微波，从而实现对电子的加速。
9.根据权利要求1所述的一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的系统，其特征在于：电子-光子转换部为钨靶、金靶或者钽靶中的一种或多种。
10.一种基于电子加速器和91Zr生产90Y的方法，其特征在于包括：
采用电子产生设备产生电子；接收电子束流并将其转化为轫致辐射光子；接收轫致辐射光子，并轰击91Zr靶盘，91Zr与轫致辐射光子相互作用产生90Y。
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