CN115103503B - 液体靶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体靶装置。该液体靶装置包括准直器，所述准直器具有准直通道，所述准直通道具有入口端和出口端；真空膜，所述真空膜位于所述出口端，且所述真空膜至少用于对所述准直通道内的真空区域进行密封；靶体腔，所述靶体腔位于所述真空膜的背离所述出口端的一侧，且所述靶体腔的腔口设有靶腔膜，所述靶腔膜与所述真空膜相对设置；靶体冷却法兰，所述靶体冷却法兰位于所述靶体腔的背离所述准直器的一侧，所述靶体冷却法兰内设有靶体冷却腔，所述靶体冷却腔至少部分地围绕在所述靶体腔的外周围。根据据本发明的液体靶装置，结构简单，制造方便，提高了靶体腔的冷却效果，可以显著提高同位素的产量。

Description

液体靶装置

技术领域

本发明涉及液体靶技术领域，具体而言，涉及一种液体靶装置。

背景技术

放射性同位素（也称作放射性核素）在药物治疗、成像和研究以及其他方面都有着重要应用。产生放射性同位素的系统通常包括产生离子束的加速器，所述粒子加速器将粒子束引导到靶腔中的靶材料，粒子束入射到靶腔中的靶材料上通过核反应产生相应的放射性同位素。

靶材料通常容纳于液体靶装置中的靶体腔内。靶体腔是由靶体法兰内的凹槽与密封凹槽的膜组成，粒子束经过准直器穿过靶腔膜轰击靶材料，靶腔膜与靶材料受到粒子束提供的热能产生高温，靶材料因为高温会产生沸腾，因此靶腔膜需要能够在高压力和高温度的状况下不破裂，因此对准直器及靶体腔的冷却效果影响了同位素的产量。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种液体靶装置，提升了靶体腔冷却效果，进而提升了同位素产量。

根据本发明实施例的液体靶装置，包括：准直器，所述准直器具有准直通道，所述准直通道具有入口端和出口端；真空膜，所述真空膜位于所述出口端，且所述真空膜至少用于对所述准直通道内的真空区域进行密封；靶体腔，所述靶体腔位于所述真空膜的背离所述出口端的一侧，且所述靶体腔的腔口设有靶腔膜，所述靶腔膜与所述真空膜相对设置；靶体冷却法兰，所述靶体冷却法兰位于所述靶体腔的背离所述准直器的一侧，所述靶体冷却法兰内设有靶体冷却腔，所述靶体冷却腔至少部分地围绕在所述靶体腔的外周围。

根据本发明实施例的液体靶装置，结构简单，制造方便，同时在靶体腔外周围设置靶体冷却腔，提高了靶体腔的冷却效果，可以显著提高同位素的产量。

根据本发明的一些实施例，液体靶装置还包括真空膜冷却法兰，所述真空膜冷却法兰具有真空膜冷却通道，所述真空膜冷却通道与所述准直通道正对，所述真空膜封盖所述真空膜冷却通道的一端，所述靶腔膜封盖所述真空膜冷却通道的另一端，所述真空膜冷却通道还具有第一介质接口。

根据本发明的一些实施例，所述靶体冷却腔具有与所述靶体冷却腔连通的第二介质接口。

根据本发明的一些实施例，所述靶体腔的被所述靶体冷却腔围绕的外壁上设有冷却沟槽。

根据本发明的一些实施例，液体靶装置还包括靶体法兰，所述靶体腔形成在所述靶体法兰内。

根据本发明的一些实施例，所述靶体腔为锥形腔且所述靶体腔的大径端朝向所述准直器。

根据本发明的一些实施例，液体靶装置还包括准直法兰，所述准直法兰具有加速器连接端，所述准直器安装于所述准直法兰，且所述准直器与所述准直法兰之间设有绝缘垫片，所述真空膜冷却法兰与所述准直法兰固定相连。

根据本发明的一些实施例，所述准直法兰内设有冷却孔道，所述冷却孔道包括进水孔道和至少一条出水孔道，所述进水孔道垂直于所述准直通道的延伸方向，所述出水孔道与所述进水孔道相连通且垂直于所述进水孔道。

根据本发明的一些实施例，所述准直器包括多片准直体，所述多片准直体沿所述准直通道的周向均匀布置。

根据本发明的一些实施例，从所述入口端向所述出口端的方向上，至少一部分所述准直通道的截面积减小。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是液体靶装置的示意图；

图2是准直法兰的示意图；

图3是图2中C-C的剖面图；

图4是靶体法兰的示意图；

图5是准直器和准直法兰的示意图。

附图标记：准直器1、入口端11、出口端12、准直通道13、准直法兰14、加速器连接端15、绝缘垫片16、进水孔道17、出水孔道18、螺钉19、准直体20、真空膜2、真空膜冷却法兰21、真空膜冷却通道22、靶体腔3、靶腔膜31、冷却沟槽32、靶体法兰33、液体靶材料注入口34、靶体冷却法兰4、靶体冷却腔41。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1-图5详细描述根据本发明实施例的液体靶装置。

参照图1所示，根据本发明实施例的液体靶装置可以包括准直器1、真空膜2、靶体腔3和靶体冷却法兰4。

其中，准直器1具有准直通道13，准直通道13具有入口端11和出口端12，在图1中，准直通道13左端为入口端11，准直通道13右端为出口端12。可选地，准直器1为石墨或钽材料，准直器1可准确读取束流值，便于调整束流的居中位置，简化了液体靶装置的结构。

真空膜2位于出口端12，且真空膜2至少用于对准直通道13内的真空区域进行密封，真空膜2将准直通道13内的真空区域与准直通道13外的非真空区域分隔开。此外，真空膜2还具有隔绝其他物体进入准直通道13的作用。

靶体腔3位于真空膜2的背离出口端12的一侧，如图1所示，靶体腔3位于真空膜2的右侧，靶体腔3用于容纳液体靶材料，在靶体腔3腔壁设有液体靶材料注入口34，液体靶材料从液体靶材料注入口34注入到靶体腔3内。可选地，靶体腔3采用铌金属加工，不易产生杂质。靶体腔3的腔口设有靶腔膜31，靶腔膜31与真空膜2相对设置，靶腔膜31用于密封靶体腔3，防止液体靶材料渗出。

靶体冷却法兰4位于靶体腔3的背离准直器1的一侧，如图1所示，靶体冷却法兰4位于靶体腔3的右侧，靶体冷却法兰4内设有靶体冷却腔41，靶体冷却腔41至少部分地围绕在靶体腔3的外周围。靶体冷却腔41内设有靶体冷却液，高速的带电粒子束流经过准直器1穿过靶腔膜31轰击靶材料，靶腔膜31与靶材料受到束流提供的热能产生高温，靶材料因为高温会产生沸腾，围绕在靶体腔3的外周围的靶体冷却液能降低靶腔膜31和靶体材料的温度，提高核反应速率，防止靶腔膜31在高温高压下发生破裂。

根据本发明实施例的液体靶装置，结构简单，制造方便，同时在靶体腔3外周围设置靶体冷却腔41，提高了靶体腔3和靶腔膜31的冷却效果，可以显著提高同位素的产量。

在本发明的一些实施例中，参照图1所示，液体靶装置还包括真空膜冷却法兰21，真空膜冷却法兰21具有真空膜冷却通道22，真空膜冷却通道22与准直通道13正对，真空膜2封盖真空膜冷却通道22的一端，靶腔膜31封盖真空膜冷却通道22的另一端，真空膜冷却通道22还具有第一介质接口。当束流从准直器1的入口端11射入后，束流依次穿过准直通道13、真空膜2、真空膜冷却通道22、靶腔膜31，束流穿过真空膜2和靶腔膜31后，真空膜2和靶腔膜31温度升高，为防止真空膜2和靶腔膜31烧穿，需要从真空膜冷却通道22的第一介质接口通入第一冷却介质对真空膜2和靶腔膜31进行降温。可选地，第一冷却介质为氦气，氦气不会影响束流穿过真空膜冷却通道22，同时高速循环的氦气能快速降温，能有效降低真空膜2和靶腔膜31的温度，防止真空膜2和靶腔膜31受损，有利于保持准直通道13内的真空环境。真空膜冷却通道22为直线型通道，这样，束流在真空膜冷却通道22内运动顺畅，减少了束流与真空膜冷却通道22内壁的碰撞。在另一些实施例中，第一冷却介质还可以为其他惰性气体。

在本发明的一些实施例中，参照图1所示，靶体冷却腔41具有与靶体冷却腔41连通的第二介质接口，第二冷却介质从第二介质接口注入靶体冷却腔41，可选地，第二冷却介质为冷却水，成本低，换热效果好。冷却水从第二介质接口流入靶体冷却腔41，靶体冷却腔41围绕在靶体腔3的周围，冷却水围绕靶体腔3的外周围对靶体腔3进行换热，带走靶体腔3热量后经靶体冷却法兰4孔道流出。在另一些实施例中，第二冷却介质还可以为冷却气体，例如氦气。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图4所示，靶体腔3的被靶体冷却腔41围绕的外壁上设有冷却沟槽32，冷却沟槽32构造为凹槽，冷却沟槽32能增大靶体腔3与第二冷却介质的接触面积，提高冷却效果，提高靶体腔3内的反应速率。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图4所示，液体靶装置还包括靶体法兰33，靶体腔3形成在靶体法兰33内。可选地，靶体法兰33与真空膜冷却法兰21可以利用紧固件实现固定相连，或者，靶体法兰33与靶体冷却法兰4可以利用紧固件实现固定相连，如图1所示，靶体法兰33的左边为真空膜冷却法兰21，靶体法兰33的右边为靶体冷却法兰4，靶体法兰33嵌入在靶体冷却法兰4中，靶体冷却法兰4包裹在靶体法兰33的外侧，靶体法兰33和靶体冷却法兰4设有连通的通孔，用于注入液体靶材料至靶体腔3内。靶体冷却法兰4与真空膜冷却法兰21可以利用紧固件实现固定相连。

在本发明的另一些实施例中，液体靶装置还可以包括底座，靶体法兰33、真空膜冷却法兰21、靶体冷却法兰4都安装于底座。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图4所示，靶体腔3为锥形腔且靶体腔3的大径端朝向准直器1。锥形腔结构提高了靶体腔3冷却的能力，可以显著提高同位素的产量。靶体腔3的大径朝向准直器1，便于束流射入靶体腔3内。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图2、图3所示，液体靶装置还包括准直法兰14，准直法兰14具有加速器连接端15，在图1中，准直法兰14的左侧为加速器连接端15，便于加速的束流能射入准直通道13。准直器1通过螺钉19固定安装于准直法兰14，且准直器1与准直法兰14之间、准直器1与螺钉19之间设有绝缘垫片16，可选地，绝缘垫片16为氮化铝陶瓷垫片，用于达到绝缘目的，以便于准直器1可准确测量束流大小。真空膜冷却法兰21与准直法兰14固定相连，真空膜冷却法兰21与准直法兰14之间设有真空膜2，用于密封准直法兰14内部的真空环境。

在本发明的一些实施例中，参照图1和图2、图3所示，准直法兰14内设有冷却孔道，冷却孔道内通入第三冷却介质，用于对准直法兰14进行冷却。具体而言，冷却孔道可以包括进水孔道17和至少一条出水孔道18，进水孔道17垂直于准直通道13的延伸方向，出水孔道18与进水孔道17相连通，且出水孔道18垂直于进水孔道17，第三冷却介质可以是冷却水，第三冷却介质从进水孔道17进入准直法兰14，并从出水孔道18流出，以带走准直法兰14的多余热量。可选地，准直法兰14在垂直于束流方向且靠近准直器1下方开设2个水冷孔道，此水冷孔道均为出水孔道18，在垂直于出水孔道18且靠近准直器1下方开1条进水孔道17，进水孔道17与出水孔道18垂直并且连通，设置多条（例如两条）出水孔道18能有效提高准直法兰14的冷却效果，设置一条进水孔道17，有利于简化结构。

在本发明的一些实施例中，参照图5所示，准直器1包括多片准直体20，多片准直体20沿准直通道13的周向均匀布置。可选地，准直器1由四片准直体20构成，用于测量束流的位置。

在本发明的一些实施例中，参照图1所示，从准直通道13入口端11向出口端12的方向上，至少一部分准直通道13的截面积减小。可选地，准直器1为石墨或钽材料，沿着束流入射方向准直通道13前半部分的截面积由大变小，形成锥形的准直通道13，锥形通道的最小孔道尺寸可以为10mm，准直通道13的后半部分截面积不变，形成圆柱形通道，这样，准直通道13包括锥形通道和圆柱型通道两部分。束流通过准直器1时热量均匀分布到锥形面上，降低准直器1热功率密度，有利于准直器1的冷却。同时准直器1可准确读取束流值，便于调整束流的居中位置，简化了液体靶装置的结构，不用单独额外占用空间，缩短了液体靶装置的长度。

下面提供根据本发明一个具体实施例的液体靶装置。

液体靶装置包括准直器1、准直法兰14、真空膜2、真空膜冷却法兰21、靶体法兰33、靶体腔3和靶体冷却法兰4。

其中，准直器1由四片准直体20组成，准直器1具有准直通道13，准直通道13具有入口端11和出口端12；准直器1为石墨或钽材料，沿着束流入射方向准直通道13前半部分的截面积由大变小，形成锥形的准直通道13，锥形通道的最小孔道尺寸为10mm，准直通道13的后半部分截面积不变，形成圆柱形通道。准直器1通过螺钉19安装于准直法兰14上，螺钉19与准直器1、准直器1与准直法兰14之间设有氮化铝陶瓷垫片，准直法兰14靠近入口端11的一侧为加速器连接端15，准直法兰14的另一端与真空膜冷却法兰21密封连接。真空膜2位于准直法兰14与真空膜冷却法兰21之间，用于对准直通道13内的真空区域进行密封。

真空膜冷却法兰21具有真空膜冷却通道22，真空膜冷却通道22与准直通道13正对，真空膜2封盖真空膜冷却通道22的左端，靶腔膜31封盖真空膜冷却通道22的右端，真空膜冷却通道22还具有第一介质接口，第一冷却介质为氦气，氦气通过第一介质接口通入真空膜冷却通道22。

靶体法兰33左端与真空膜冷却法兰21固定相连，靶体法兰33右端与靶体冷却法兰4固定相连。靶体法兰33设置有靶体腔3，靶体腔3为锥形腔，靶体腔3的大径端朝向准直器1，靶体腔3的外壁上设有冷却沟槽32。靶体腔3的左侧为腔口，腔口处设有靶腔膜31，靶腔膜31与真空膜2相对设置。

靶体冷却法兰4位于靶体腔3的背离准直器1的一侧，靶体冷却法兰4内设有靶体冷却腔41，靶体法兰33安装在靶体冷却法兰4内，靶体腔3外壁上设有液体靶材料注入口34，液体靶材料注入口34延伸至靶体冷却法兰4的外表面。靶体冷却腔41围绕在靶体腔3的外周围，靶体冷却腔41具有与靶体冷却腔41连通的第二介质接口，第二冷却介质为冷却水，冷却水通过第二介质接口通入靶体冷却腔41。

准直法兰14内还设有冷却孔道，冷却孔道包括一条进水孔道17和两条出水孔道18，进水孔道17垂直于准直通道13的延伸方向，出水孔道18与所述进水孔道17相连通且垂直于进水孔道17。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种液体靶装置，其特征在于，包括：

准直器(1)，所述准直器(1)具有准直通道(13)，所述准直通道(13)具有入口端(11)和出口端(12)；

真空膜(2)，所述真空膜(2)位于所述出口端(12)，且所述真空膜(2)至少用于对所述准直通道(13)内的真空区域进行密封；

靶体腔(3)，所述靶体腔(3)位于所述真空膜(2)的背离所述出口端(12)的一侧，且所述靶体腔(3)的腔口设有靶腔膜(31)，所述靶腔膜(31)与所述真空膜(2)相对设置；

靶体冷却法兰(4)，所述靶体冷却法兰(4)位于所述靶体腔(3)的背离所述准直器(1)的一侧，所述靶体冷却法兰(4)内设有靶体冷却腔(41)，所述靶体冷却腔(41)至少部分地围绕在所述靶体腔(3)的外周围；

准直法兰(14)，所述准直法兰(14)具有加速器连接端(15)，所述准直器(1)安装于所述准直法兰(14)，所述准直法兰(14)内设有冷却孔道，所述冷却孔道包括进水孔道(17)和至少一条出水孔道(18)，所述进水孔道(17)垂直于所述准直通道(13)的延伸方向，所述出水孔道(18)与所述进水孔道(17)相连通且垂直于所述进水孔道(17)。

2.根据权利要求1所述的液体靶装置，其特征在于，还包括真空膜冷却法兰(21)，所述真空膜冷却法兰(21)具有真空膜冷却通道(22)，所述真空膜冷却通道(22)与所述准直通道(13)正对，所述真空膜(2)封盖所述真空膜冷却通道(22)的一端，所述靶腔膜(31)封盖所述真空膜冷却通道(22)的另一端，所述真空膜冷却通道(22)还具有第一介质接口。

3.根据权利要求1所述的液体靶装置，其特征在于，所述靶体冷却腔(41)具有与所述靶体冷却腔(41)连通的第二介质接口。

4.根据权利要求1所述的液体靶装置，其特征在于，所述靶体腔(3)的被所述靶体冷却腔(41)围绕的外壁上设有冷却沟槽(32)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的液体靶装置，其特征在于，还包括靶体法兰(33)，所述靶体腔(3)形成在所述靶体法兰(33)内。

6.根据权利要求1所述的液体靶装置，其特征在于，所述靶体腔(3)为锥形腔且所述靶体腔(3)的大径端朝向所述准直器(1)。

7.根据权利要求2所述的液体靶装置，其特征在于，所述准直器(1)与所述准直法兰(14)之间设有绝缘垫片(16)，所述真空膜冷却法兰(21)与所述准直法兰(14)固定相连。

8.根据权利要求1所述的液体靶装置，其特征在于，所述准直器(1)包括多片准直体（20），所述多片准直体（20）沿所述准直通道(13)的周向均匀布置。

9.根据权利要求1所述的液体靶装置，其特征在于，从所述入口端(11)向所述出口端(12)的方向上，至少一部分所述准直通道(13)的截面积减小。

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