CN116189953B - 一种18f同位素生产高功能率液态靶装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生产同位素领域，具体提供一种用于生产同位素的液态靶装置，旨在解决现有液体靶装置的靶体内靶液冷却能力不足，造成生产同位素产量低的问题。为此目的，本发明的用于生产同位素的液态靶装置包括靶体法兰、靶体和靶体法兰冷却结构；靶体法兰的内部设有开放腔；靶体的后部插于开放腔并在靶体内注有靶液；靶体法兰冷却结构包括形成于靶体后部外壁和开放腔壁之间的靶体法兰间隙、以及构造于靶体法兰内部并环绕开放腔外侧周向的多个靶体法兰冷却流道并和靶体法兰间隙连通，设有流动的靶体法兰冷却液为靶体和靶液降温。靶体后部被多个靶体法兰冷却流道和靶体法兰间隙包围，靶体内的靶液降温均匀、降温速度快，可提高同位素产量。
Description
技术领域
本发明涉及生产同位素的技术领域，具体提供一种用于生产同位素的液态靶装置。
背景技术
正电子发射成像(PET)是一种利用短寿命正电子核素标记的示踪显像剂进行体内生物分子代谢显像和受体显像的方法。全身葡萄糖代谢显像成功应用于肿瘤诊断和分析，对肿瘤治疗产生了重要影响。PET显像已成为新世纪医学的热点之一，正电子放射性核素及其标记物构成了PET显像药物，18F同位素由于其相对较长的半衰期，较低的正电子能量及类氢特性等优点，备受青睐，氟[18F]脱氧葡萄糖(18F-FDG)是目前临床应用最为广泛的正电子放射性药物。
液体靶是完成核反应并且产生正电子核素的机构，通常由束流管道法兰、束流准直器、靶体法兰、真空膜、靶窗、靶体以及冷却系统组成。粒子束经过准直器穿过靶窗辐照靶液，准直器、靶窗与靶液受到粒子束提供的热能产生高温，此外靶液因为高温会产生沸腾和高压，因此需要对这些部件进行高效冷却，从而保证靶装置正常运行和高效生产同位素。
目前，常规液体靶装置将靶体部分设置于冷却腔体内部，在冷却腔体内注入低温水对靶体进行冷却处理以便靶体内的靶液降温，由于靶体仅是一部分和冷却腔体直接接触，且靶体和冷却腔体之间采用大通道直径流动换热，造成靶体冷却能力不足，因此离子束辐照靶液生产的同位素产量较低。
相应地，本领域需要一种用于生产同位素的液态靶装置解决上述问题。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有液体靶装置的靶体内靶液冷却能力不足，造成生产同位素产量低的问题。
本发明提供一种用于生产同位素的液态靶装置，所述装置包括靶体法兰、靶体和靶体法兰冷却结构；所述靶体法兰的内部设有开放腔；所述靶体的后部插于所述开放腔并在所述靶体内注有靶液；所述靶体法兰冷却结构包括形成于所述靶体后部外壁和所述开放腔壁之间的靶体法兰间隙、以及构造于所述靶体法兰内部并环绕所述开放腔外侧周向的多个靶体法兰冷却流道，多个所述靶体法兰冷却流道均和所述靶体法兰间隙连通并设有流动的靶体法兰冷却液，用于为所述靶体和所述靶液降温。
在采用上述技术方案的情况下，本发明的用于生产同位素的液态靶装置包括靶体法兰、靶体和靶体法兰冷却结构，通过在靶体后部外壁和靶体法兰的开放腔壁之间形成靶体法兰间隙、以及在靶体法兰内部构造环绕开放腔外侧周向的多个靶体法兰冷却流道，多个靶体法兰冷却流道和靶体法兰间隙连通并设有流动的靶体法兰冷却液，这样使得靶体后部完全被多个靶体法兰冷却流道和靶体法兰间隙包围，使得靶体和靶液降温均匀、且降温速度快，可提高同位素产量。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述靶体法兰冷却结构还包括靶体法兰环形腔；所述靶体法兰环形腔形成于所述靶体法兰的前端内侧和所述靶体的前部后侧之间、并分别和多个所述靶体法兰冷却流道、所述靶体法兰间隙连通，用于所述靶体法兰冷却液流动。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置靶体法兰环形腔使得多个靶体法兰冷却流道和靶体法兰间隙连通，便于靶体法兰冷却液流动，用于为靶体和靶液降温。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述靶体法兰的后部设有连接头，在所述连接头的中部设有连接头通道，所述连接头通道前端和所述靶体法兰隙内连通，所述连接头通道的后端为连接头冷却液入口；所述连接头通道的外侧周向开设有多个出口通道，多个所述靶体法兰冷却流道汇集于所述出口通道，用于冷却液流出。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过在连接头的中部设置有连接头通道，该连接头通道分别和靶体法兰冷却液输送回收装置、靶体法兰间隙连通，用于靶体法兰冷却液自靶体法兰冷却液输送回收装置进入靶体法兰间隙、靶体法兰环形腔和多个靶体法兰冷却流道内，在连接头通道的外侧周向开设有多个出口通道，用于靶体法兰冷却液自多个出口通道排入靶体法兰冷却液输送回收装置以便再次使用，可节省成本，同时实现靶体法兰冷却液流动。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述靶体的内上部连接有多个翅片，用于增加所述靶液和所述靶体的内壁接触面积，以便所述靶液降温；所述翅片为竖直设置并压制有波纹弧度或者所述翅片为横向设置并加工有多个翅片通孔。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过在靶体的内上部连接有多个翅片，用于增加靶液和靶体的内壁接触面积，以便靶液降温，翅片为竖直设置并压制有波纹弧度或者翅片为横向设置并加工有多个翅片通孔，增大靶液与靶体内腔壁面接触导热面积，增强冷却效果，强化换热效果。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述装置还包括压力控制组件；所述压力控制组件包括存储筒、波纹管、控制件组件和冷却套；所述存储筒和所述靶体连通，以便所述靶液沸腾时进入所述存储筒的内腔；所述波纹管和所述存储筒的顶部密封连接，用于存储所述靶液沸腾时产生的气体；所述控制件组件套于所述存储筒的上部并和所述波纹管接触；
所述冷却套套于所述存储筒的外部并和所述存储筒的外壁之间形成冷却套间隙，所述冷却套具有冷却液入口和冷却液出口，用于冷却液进入所述冷却套间隙，用于为所述存储筒内的所述靶液降温，以便所述靶液沸腾时产生气体冷凝。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过将存储筒和靶体连通，可将靶液沸腾气泡直接引出靶腔，可保证靶腔内冷却及辐照效果，避免靶材辐照部内部堆积大量气泡，粒子束能量大部分照射在气泡上，而没有照射在靶液上，造成靶液受辐照生产同位素的效率急剧减少的问题。通过将波纹管和存储筒的顶部密封连接，波纹管结构体积缓冲，用于存储气泡破碎后的气体，实现靶腔内部压力稳定。还通过将冷却套套于存储筒的外部并和存储筒的外壁之间形成冷却套间隙，冷却套具有冷却液入口和冷却液出口，用于冷却液进入冷却套间隙，用于为存储筒内的靶液降温，以便靶液沸腾时产生气体冷凝，实现靶腔内部压力稳定和高效冷却。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述控制件组件包括外筒、固定板、支撑杆和弹簧；所述外筒套于所述存储筒的上部并将所述波纹管包围；所述固定板固定于所述外筒的内部；所述支撑杆设置于所述外筒的内部，所述支撑杆的上部插于所述固定板的通孔内并固定，所述支撑杆的下部置于所述波纹管的上方；所述弹簧套于所述支撑杆的下部，所述弹簧的上端和所述固定板的底面固定连接，所述弹簧的下端和所述波纹管的上端可分离地接触。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过在波纹管冲入较多气体时，该波纹管的顶部向上升高并顶着弹簧收缩，以增加储气量，在波纹管内部气体减少时弹簧挤压波纹管回缩，通过弹簧控制波纹管实现伸缩，进而完成增加储气功能，通过设置外筒、固定板和支撑杆用于为弹簧导向，并且可保护波纹管。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述靶体法兰的前部和射束法兰的后部连接；所述射束法兰包括射束法兰通道和射束法兰冷却结构；所述射束法兰通道设置于所述射束法兰的内部并和所述靶体的靶窗连接；所述射束法兰冷却结构设置于所述射束法兰的内部并环绕所述射束法兰通道的周向布置，用于为通过离子束的所述射束法兰通道降温，提高射束通道使用寿命。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述射束法兰冷却结构包括多个射束法兰冷却流道组、射束法兰第一环绕腔、射束法兰第二环绕腔、射束法兰进冷却液流道和射束法兰出冷却液流道；所述射束法兰第一环绕腔设置于所述射束法兰的内部一侧并环绕所述射束法兰通道的一侧；所述射束法兰第二环绕腔设置于所述射束法兰的内部另一侧并环绕所述射束法兰通道的另一侧；
多个所述射束法兰冷却流道组等距设置于所述射束法兰的内部并环绕所述射束法兰通道的周向布置，所述射束法兰冷却流道组分别和所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰第二环绕腔连通；所述射束法兰进冷却液流道自所述射束法兰的外壁垂直向所述射束法兰的内部延伸、并和所述射束法兰第一环绕腔连通，以便射束法兰冷却液进入所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰冷却流道组和所述射束法兰第二环绕腔；所述射束法兰出冷却液流道自所述射束法兰的外壁垂直向所述射束法兰的内部延伸、并和所述射束法兰第二环绕腔连通，以便所述射束法兰冷却液流出。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过将射束法兰进冷却液流道、射束法兰第一环绕腔、多个射束法兰冷却流道组、射束法兰第二环绕腔和射束法兰出冷却液流道连通，并环绕射束法兰通道布置，使得射束法兰冷却液在射束法兰进冷却液流道、射束法兰第一环绕腔、多个射束法兰冷却流道组、射束法兰第二环绕腔和射束法兰出冷却液流道内流动，这样可为射束法兰通道强化降温，提高冷却效果。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，多个所述射束法兰冷却流道组包括多个射束法兰第一流道和多个射束法兰第二流道；多个所述射束法兰第一流道沿所述射束法兰的长度方向布置、并环绕所述射束法兰通道的周向设置，多个所述射束法兰第一流道分别和所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰第二环绕腔连通，用于为通过离子束的所述射束法兰通道降温；多个所述射束法兰第二流道沿所述射束法兰的长度方向布置、并环绕多个所述射束法兰第一流道设置，多个所述射束法兰第二流道和所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰第二环绕腔连通，用于为通过离子束的所述射束法兰通道降温。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置多个射束法兰第一流道和多个射束法兰第二流道，射束法兰冷却液进入射束法兰第一流道和多个射束法兰第二流道内并流动，多层降温，换热效果更佳。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述射束法兰还包括积液腔和检测探针；所述积液腔设置于所述射束法兰的内部并靠近所述靶体，用于承接泄漏的靶液；所述检测探针设置于所述积液腔的内部并和控制装置连接，用于检测。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置积液腔和检测探针，靶液泄漏时会流入积液腔的内部，用于承接靶液，检测探针检测积液腔内靶液的位置，并将位置信息发送至控制装置，实现检测。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述射束法兰的前部和准直器法兰的后部连接；所述准直器法兰包括准直器法兰通道和准直器法兰冷却结构；所述准直器法兰通道设置于所述准直器法兰的内部；所述准直器法兰冷却结构设置于所述准直器法兰的内部并环绕所述准直器法兰通道的周向布置，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置准直器法兰冷却结构，使得通过离子束的准直器法兰通道降温，可提高准直器使用寿命。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，所述准直器法兰冷却结构包括多个准直器法兰冷却流道组、准直器法兰第一环形腔、准直器法兰第二环形腔、准直器法兰进冷却液通道和准直器法兰出冷却液通道；
所述准直器法兰第一环形腔设置于所述准直器法兰的内部、并位于所述准直器法兰通道的一侧；
所述准直器法兰第二环形腔设置于所述准直器法兰的内部、并位于所述准直器法兰通道的另一侧；
多个所述准直器法兰冷却流道组设置于所述准直器法兰的内部并环绕所述准直器法兰通道的周向布置，多个所述准直器法兰冷却流道组分别和所述准直器法兰第一环形腔、所述准直器法兰第二环形腔连通；
所述准直器法兰进冷却液通道自所述准直器法兰的外壁向所述准直器法兰的内部垂直延伸、并和所述准直器法兰第一环形腔连通，以便准直器法兰冷却液进入所述准直器法兰冷却流道组；
所述准直器法兰出冷却液通道自所述准直器法兰的外壁向所述准直器法兰的内部垂直延伸、并和所述准直器法兰第二环形腔连通，以便所述准直器法兰冷却液流出所述准直器法兰冷却流道组，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过将多个准直器法兰冷却流道组、准直器法兰第一环形腔、准直器法兰第二环形腔、准直器法兰进冷却液通道和准直器法兰出冷却液通道连通、并环绕准准直器法兰通道布置，使得准直器法兰冷却液在多个准直器法兰冷却流道组、准直器法兰第一环形腔、准直器法兰第二环形腔、准直器法兰进冷却液通道和准直器法兰出冷却液通道内流动，这样可将准直器法兰进冷却液降温，降温效果较好。
在上述用于生产同位素的液态靶装置的优选技术方案中，多个所述准直器法兰冷却流道组包括多个准直器法兰第一流道和多个准直器法兰第二流道；
多个所述准直器法兰第一流道沿所述准直器法兰的长度方向布置并随型于所述准直器法兰通道设置，且多个所述准直器法兰第一流道环绕所述准直器法兰通道周向分布，多个所述准直器法兰第一流道分别与所述准直器法兰第一环形腔、所述准直器法兰第二环形腔连通，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温；
多个所述准直器法兰第二流道沿所述准直器法兰的长度方向布置并随型于所述准直器法兰通道设置，且多个所述准直器法兰第二流道环绕多个所述准直器法兰第一流道设置，多个所述准直器法兰第二人流道分别与所述准直器法兰第一环形腔、所述准直器法兰第二环形腔连通，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置多个准直器法兰第一流道和多个准直器法兰第二流道，准直器法兰冷却液进入准直器法兰第一流道和多个准直器法兰第二流道内流动，多层降温，换热效果更佳。
附图说明
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是本发明用于生产同位素的液态靶装置的侧面剖视图；
图2是图1中A-A向的截面图；
图3是本发明用于生产同位素的液态靶装置中翅片为横向设置并加工有多个翅片通孔的结构示意图；
图4是本发明用于生产同位素的液态靶装置中翅片为竖直设置并压制有波纹弧度的结构示意图；
图5是图1中B-B向的截面图。
图中标记列表：
1、靶体法兰；11、出口通道；12、连接头；13、靶体法兰冷却流道；14、靶体法兰间隙；15、靶体法兰环形腔；16、连接头通道；17、翅片；18、靶体；19、靶材缓冲部；110、靶材辐照部；111、靶液注取通道；112、靶窗；113、注取通道；
2、压力控制组件；21、固定板；22、波纹管；23、存储筒；24、冷却套间隙；25、冷却套；251、冷却液入口；252、冷却液出口；26、外筒；27、支撑杆；28、弹簧；
3、射束法兰；31、射束法兰进冷却液流道；32、射束法兰第一环绕腔；33、射束法兰第二流道；34、积液腔；35、检测探针；36、射束法兰通道；37、射束法兰出冷却液流道；38、射束法兰第一流道；39、射束法兰第二环绕腔；
4、准直器法兰；41、准直器法兰通道；42、准直器法兰出冷却液通道；43、准直器法兰第二流道；44、准直器法兰第一流道；45、准直器法兰进冷却液通道；46、准直器法兰第一环形腔；47、准直器法兰第二环形腔；
5、束流管道法兰；6、真空膜。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的用于生产同位素的液态靶装置的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，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。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
首先参阅图1-5，图1是本发明用于生产同位素的液态靶装置的侧面剖视图，图2是图1中A-A向的截面图，图3是本发明用于生产同位素的液态靶装置中翅片为横向设置并加工有多个翅片通孔的结构示意图，图4是本发明用于生产同位素的液态靶装置中翅片为竖直设置并压制有波纹弧度的结构示意图，图5是图1中B-B向的截面图。其中，参阅图1，本发明的用于生产同位素的液态靶装置一般包括加速器(图中未示出)、束流管道法兰5、准直器法兰4、射束法兰3、压力控制组件2、靶体法兰1、靶体18和靶体法兰冷却结构(图中未标记)。其中，加速器、束流管道法兰5、准直器法兰4、射束法兰3和靶体法兰1依次连接，离子束靶体法兰1的内部设有开放腔(图中未标注)，靶体18的后部插于开放腔内并在靶体18的内注有靶液，压力控制组件2和靶体18内部连通。靶体法兰冷却结构一般包括形成于靶体18后部外壁和开放腔壁之间的靶体法兰间隙14、以及构造于靶体法兰1内部并环绕开放腔外侧周向的多个靶体法兰冷却流道13，多个靶体法兰冷却流道13均和靶体法兰间隙14连通并设有流动的靶体法兰冷却液，用于为靶体18和靶液降温。通过在靶体18的后部外壁和开放腔壁之间形成靶体法兰间隙14、以及在靶体法兰1内部构造环绕开放腔外侧周向的多个靶体法兰冷却流道13，多个靶体法兰冷却流道13和靶体法兰间隙14连通并设有流动的靶体法兰冷却液，这样使得靶体18后部完全被多个靶体法兰冷却流道13和靶体法兰间隙14包围，使得靶体18和靶液降温均匀、冷却能力强，可提高同位素产量。
参阅图1，具体地，靶体法兰1的内部设有向前侧开口的开放腔，靶体18的后部插于上述开放腔内，靶体18的后部完全被开放腔包围，在靶体18的后部和开放腔之间形成有靶体法兰间隙14，在靶体法兰1的内部设有多个靶体法兰冷却流道13，多个靶体法兰冷却流道13为弧形，并和靶体法兰间隙14的弧形基本相同，以便靶体法兰冷却流道13随形于靶体法兰间隙14使靶体法兰1整体降温效果更佳，进一步为靶体18内的靶液降温。
参阅图1，在一个实施例中，靶体法兰冷却结构还包括靶体法兰环形腔15。其中，靶体法兰环形腔15形成于靶体法兰1的前端内侧和靶体18的前部后侧之间、并分别和多个靶体法兰冷却流道13、靶体法兰间隙14连通，用于靶体法兰冷却液流动。通过设置靶体法兰环形腔15使得多个靶体法兰冷却流道13和靶体法兰间隙14连通，便于靶体法兰冷却液流动形成循环路径，用于为靶体和靶液降温。
继续参阅图1，具体地，靶体法兰1的前端内侧相对其外侧略断一些，这样就和靶体18的前部后侧之间形成一个间隙，即靶体法兰环形腔15，通过设置靶体法兰环形腔15解决多个靶体法兰冷却流道13和靶体法兰间隙14连通的问题，同时解决了靶体法兰冷却液流通的问题。
参阅图1所示，在一个实施例中，靶体法兰1的后部设有连接头12，在连接头12的中部设有连接头通道16，连接头通道16前端和靶体法兰间隙14连通，连接头通道16的后端为连接头冷却液入口，用于靶体法兰冷却液进入靶体法兰间隙14。连接头通道16的外侧周向开设有多个出口通道11，多个靶体法兰冷却流道13汇集于出口通道11，用于靶体法兰冷却液流出。通过在连接头12的中部设置有连接头通道16，该连接头通道16分别和靶体法兰冷却液输送回收装置(图中未示出)、靶体法兰间隙14连通，用于靶体法兰冷却液自靶体法兰冷却液输送回收装置进入靶体法兰间隙14、靶体法兰环形腔15和多个靶体法兰冷却流道13内。在连接头通道16的外侧周向开设有多个出口通道11，用于靶体法兰冷却液自多个出口通道11排入靶体法兰冷却液输送回收装置以便再次使用，可节省成本，同时实现了靶体法兰冷却液流动。
需要说明的是靶体法兰冷却液输送回收装置为现有的冷却液输送回收装置，具体结构不再阐述。
继续参阅图1，在本实施例中，多个出口通道11的数量和多个靶体法兰冷却流道13相同，且出口通道11的内部直径和靶体法兰冷却流道13的内部直径均相同，便于靶体法兰冷却液流动。连接头12和靶体法兰冷却液输送回收装置的连接方式为现有的连接方式。
参阅图1、图2、图3和图4，在一个实施例中，靶体18的内上部连接有多个翅片17，用于增加靶液和靶体18的内壁接触面积，以便靶液降温。其中，当翅片17为竖直设置并压制有波纹弧度，用于强化加速器的离子束辐照靶液产生气泡在上浮过程的冷却效果，波纹弧度能够强化离子束辐照靶液产生气泡在上浮时的左右扰动，从而强化换热。当翅片17为横向设置并加工有多个翅片通孔，离子束辐照靶液产生较多的气泡，气泡穿过翅片通孔被破碎后上浮，大气泡在穿过多孔翅片17时，被分割成许多小气泡，小气泡数量越多，气泡表面与液态接触面积越大，增加气泡与靶体法兰冷却液接触面，强化冷却效果。通过设置多个翅片17用于与靶液接触换热，用于增大靶液与靶体18内腔壁面接触导热面积，增强冷却效果，具有强化换热效果。
继续参阅图2，靶体18的内上部为靶材缓冲部19、下部为靶材辐照部110，多个翅片17并排形成于靶体18的靶材缓冲部19内，并避开靶材辐照部110，翅片17的材质和靶体18的材质相同。
参阅图1，在一个实施例中，本装置还包括压力控制组件2，该压力控制组件2一般包括存储筒23、波纹管22、控制件组件和冷却套25。其中，存储筒23和靶体18连通，以便靶液沸腾时进入存储筒23的内腔，波纹管22和存储筒23的顶部密封连接，用于存储靶液沸腾时产生的气体。控制件组件套于存储筒23的上部并和波纹管22接触，用于控制波纹管22。冷却套25套于存储筒23的外部并和存储筒23的外壁之间形成冷却套间隙24，该冷却套25具有冷却液入口251和冷却液出口252，用于冷却液进入冷却套间隙24为存储筒23内的靶液降温，以便靶液沸腾时产生气体冷凝。
通过存储筒23和靶体18连通，可将靶液沸腾气泡直接引出靶腔，可保证靶腔内冷却及辐照效果，避免靶材辐照部110内部堆积大量气泡，粒子束能量大部分照射在气泡上，而没有照射在靶液上，造成靶液受辐照生产同位素的效率急剧减少的问题。通过将波纹管22和存储筒23的顶部密封连接，波纹管22结构体积缓冲，用于存储气泡破碎后的气体，实现靶腔内部压力稳定。还通过将冷却套25套于存储筒23的外部并和存储筒23的外壁之间形成冷却套间隙24，冷却套25的上部设有冷却液入口251，冷却套25的下部设有冷却液出口252，用于冷却液进入冷却套间隙24内为存储筒23内的靶液降温，以便靶液沸腾时产生气体冷凝，实现靶腔内部压力稳定和高效冷却。
参阅图1，具体地，存储筒23的下部为管道，该管道的下端插于靶体法兰1上的通孔和靶体18上的通孔，用于存储筒23和靶体18内的靶腔连通。
参阅图1，在一个实施例中，控制件组件一般包括外筒26、固定板21、支撑杆27和弹簧28。其中，外筒26套于存储筒23的上部并将波纹管22包围，固定板21固定于外筒26的内部，支撑杆27设置于外筒26的内部，支撑杆27的上部插于固定板21的通孔内并固定，支撑杆27的下部置于波纹管22的上方。弹簧28套于支撑杆27的下部，弹簧28的上端和固定板21的底面固定连接，弹簧28的下端和波纹管22的上端可分离地接触。在波纹管22冲入较多气体时，该波纹管22的顶部向上升高并顶着弹簧28收缩，以增加储气量，在波纹管22内部气体减少时弹簧28挤压波纹管22回缩，通过弹簧28控制波纹管22实现伸缩，进而完成增加储气功能，通过设置外筒26、固定板21和支撑杆27用于为弹簧28导向，并且可保护波纹管22。
继续参阅图1，具体地，外筒26的下端和存储筒23上部通过螺纹连接，便于拆装维修，固定板21焊接或是卡接于外筒26内上部，在固定板21的中部加工有螺纹孔，支撑杆27的上部为螺纹形式和螺纹孔连接，用于将支撑杆27固定，弹簧28套于支撑杆27的下部，该弹簧28的上端和固定板21的底面焊接或卡接，用于固定弹簧28。其中，弹簧28的长度大于支撑杆27的下部长度，这样弹簧28的下端被波纹管22顶起来的时候不会直接与支撑杆27的下端接触，便于波纹管22伸缩。
参阅图1，在一个实施例中，本装置还包括注取通道113，其开于靶体法兰1的前部下侧，用于注入靶液和抽取靶液。
参阅图1，在一个实施例中，靶体法兰1的前部和射束法兰3的后部连接。该射束法兰3一般包括射束法兰通道36和射束法兰冷却结构(图中未标记)。其中，射束法兰通道36设置于射束法兰3的内部并和靶体18的靶窗112连接。射束法兰冷却结构设置于射束法兰3的内部并环绕射束法兰通道36的周向布置，用于为通过离子束的射束法兰通道36降温，提高射束通道使用寿命。通过设置射束法兰冷却结构，使得经过射束法兰通道36的离子束降温，利于离子束辐照靶液，可提高同位数产量。
其中，靶体法兰1的前部和射束法兰3的后部以现有的连接方式连接。
继续参阅图1，在本实施例中，射束法兰通道36沿射束法兰3的长度方向布置，且射束法兰通道36的后端和靶窗112连接，用于离子束流通过，射束法兰冷却结构环绕射束法兰通道36的外部周向布置，射束法兰冷却结构和射束法兰通道36并不连通。
参阅图1，在一个实施例中，射束法兰冷却结构一般包括多个射束法兰冷却流道组、射束法兰第一环绕腔32、射束法兰第二环绕腔39、射束法兰进冷却液流道31和射束法兰出冷却液流道37。其中，射束法兰第一环绕腔32设置于射束法兰3的内部一侧并环绕射束法兰通道36的一侧。射束法兰第二环绕腔39设置于射束法兰3的内部另一侧并环绕射束法兰通道36的另一侧。多个射束法兰冷却流道组等距设置于射束法兰3的内部并环绕射束法兰通道36的周向布置，射束法兰冷却流道组的一端和射束法兰第一环绕腔32连通，射束法兰冷却流道组的另一端和射束法兰第二环绕腔39连通。射束法兰进冷却液流道31自射束法兰3的外壁垂直向射束法兰3的内部延伸、并和射束法兰第一环绕腔32连通，以便射束法兰冷却液进入射束法兰第一环绕腔32、射束法兰冷却流道组和射束法兰第二环绕腔39。射束法兰出冷却液流道37自射束法兰3的外壁垂直向射束法兰3的内部延伸、并和射束法兰第二环绕腔39连通，以便射束法兰冷却液流出。
通过将射束法兰进冷却液流道31、射束法兰第一环绕腔32、多个射束法兰冷却流道组、射束法兰第二环绕腔39和射束法兰出冷却液流道37连通，并环绕射束法兰通道36布置，使得射束法兰冷却液在射束法兰进冷却液流道31、射束法兰第一环绕腔32、多个射束法兰冷却流道组、射束法兰第二环绕腔39和射束法兰出冷却液流道37内流动，这样可为射束法兰通道36强化降温，提高冷却效果。
继续参阅图1，具体地，射束法兰进冷却液流道31和射束法兰冷却液输送回收装置连接，用于提供射束法兰冷却液，射束法兰出冷却液流道37和射束法兰冷却液输送回收装置连接，用于回收射束法兰冷却液。
需要说明的是射束法兰冷却液输送回收装置为现有的冷却液输送回收装置，具体结构不再阐述。
继续参阅图1，在一个实施例中，多个射束法兰冷却流道组一般包括多个射束法兰第一流道38和多个射束法兰第二流道33。其中，多个射束法兰第一流道38沿射束法兰3的长度方向布置、并环绕射束法兰通道36的周向设置，多个射束法兰第一流道38分别和射束法兰第一环绕腔32、射束法兰第二环绕腔39连通，用于为通过离子束的射束法兰通道36降温。多个射束法兰第二流道33沿射束法兰3的长度方向布置、并环绕多个射束法兰第一流道38设置，多个射束法兰第二流道33分别和射束法兰第一环绕腔32、射束法兰第二环绕腔39连通，用于为通过离子束的射束法兰通道36降温。通过设置多个射束法兰第一流道38和多个射束法兰第二流道33，射束法兰冷却液进入射束法兰第一流道38和多个射束法兰第二流道33内并流动，实现多层降温，换热效果更佳。
参阅图1，在本实施例中，多个射束法兰第一流道38以环形排布并环绕射束法兰通道36，多个射束法兰第二流道33以环形排布并环绕多个射束法兰第一流道38，以实现多层降温。
其中，射束法兰第一流道38和射束法兰第二流道33的直径均为1～2mm，换热系数比常规大通道更强。
继续参阅图1，在一个实施例中，射束法兰3还包括积液腔34和检测探针35。其中，积液腔34设置射束法兰3内部并靠近靶体18，积液腔34自射束法兰通道36向其下方延伸，用于承接泄漏的靶液。检测探针35设置于积液腔34的内部、并和控制装置连接，用于检测。通过设置积液腔34和检测探针35，靶液泄漏时会流入积液腔34的内部，用于承接靶液，检测探针35检测积液腔34内靶液的位置，并将位置信息发送至控制装置(图中未示出)，给出故障和停机维护信号。
其中，控制装置为计算机或手机。
继续参阅图1，具体地，在射束法兰3靠近靶窗112的底部设置积液腔34，如靶窗112产生微裂纹造成靶材微量泄漏，将最终汇集在积液腔34内，并被置于积液腔34下端的检测探针35检测到泄漏靶液。
参阅图1和图5，在一个实施例中，射束法兰3的前部和准直器法兰4的后部连接。其中，准直器法兰4一般包括准直器法兰通道41和准直器法兰冷却结构(图中未标记)。准直器法兰通道41设置于准直器法兰4的内部，准直器法兰冷却结构设置于准直器法兰4的内部并环绕准直器法兰通道41的周向布置，用于为准直器法兰通道41降温。通过设置准直器法兰冷却结构，使准直器法兰通道41降温，利于准直器正常运行，可提高准直器使用寿命。
继续参阅图1，在本实施例中，准直器法兰通道41沿准直器法兰4的长度方向布置，准直器法兰通道41的后端和射束法兰通道36的前端同轴设置并连接，用于离子束流通过。准直器法兰冷却结构环绕准直器法兰通道41的外部周向布置、并和准直器法兰通道41不连通。
其中，准直器法兰4的主要作用是通过锥形的准直器法兰通道41将束流管道法兰5引出的大直径束流调节呈小直径束流。由于大直径束流照射在锥形的准直器法兰通道41，使得准直器法兰通道41表面温度升高，因此围绕准直器法兰通道41周向设置了准直器法兰冷却结构。
通过准直器法兰通道41将离子束尺寸调整到所需直径，再穿过位于射束法兰3和准直器法兰4的连接真空膜6、射束法兰通道36、靶窗112，最终离子束照射在靶体18内部的靶材辐照部110区域，使靶材辐照部110区域内的靶液辐照产生所需F18同位数。
参阅图1，在一个实施例中，准直器法兰冷却结构一般包括多个准直器法兰冷却流道组、准直器法兰第一环形腔46、准直器法兰第二环形腔47、准直器法兰进冷却液通道45和准直器法兰出冷却液通道42。其中，准直器法兰第一环形腔46腔设置于准直器法兰4的内部、并位于准直器法兰通道41的一侧。准直器法兰第二环形腔47设置于准直器法兰4的内部、并位于准直器法兰通道41的另一侧。多个准直器法兰冷却流道组设置于准直器法兰4的内部并环绕准直器法兰通道41的周向布置，多个准直器法兰冷却流道组分别和准直器法兰第一环形腔46、准直器法兰第二环形腔47连通。准直器法兰进冷却液通道45自准直器法兰4的外壁向准直器法兰4的内部垂直延伸、并和准直器法兰第一环形腔46连通，以便准直器法兰冷却液进入准直器法兰冷却流道组。准直器法兰出冷却液通道42自准直器法兰4的外壁向准直器法兰4的内部垂直延伸、并和准直器法兰第二环形腔47连通，以便准直器法兰冷却液流出准直器法兰冷却流道组，用于为通过离子束的准直器法兰通道41降温。
通过将多个准直器法兰冷却流道组、准直器法兰第一环形腔46、准直器法兰第二环形腔47、准直器法兰进冷却液通道45和准直器法兰出冷却液通道42连通，并环绕准准直器法兰通道41布置，使得准直器法兰冷却液在多个准直器法兰冷却流道组、准直器法兰第一环形腔46、准直器法兰第二环形腔47、准直器法兰进冷却液通道45和准直器法兰出冷却液通道42流动，这样可将准直器法兰进冷却液降温，降温效果较好。
继续参阅图1，具体地，准直器法兰进冷却液通道45和准直器法兰冷却液输送回收装置连接，用于提供准直器法兰冷却液，准直器法兰出冷却液通道42和射束法兰冷却液输送回收装置连接，用于回收准直器法兰冷却液。
需要说明的是准直器法兰冷却液输送回收装置为现有的冷却液输送回收装置，具体结构不再阐述。
继续参阅图1，在一个实施例中，多个准直器法兰冷却流道组一般包括多个准直器法兰第一流道44和多个准直器法兰第二流道43。其中，多个准直器法兰第一流道44沿准直器法兰4的长度方向布置并随型于准直器法兰通道41设置，且多个准直器法兰第一流道44环绕准直器法兰通道41的周向分布，多个准直器法兰第一流道44分别与准直器法兰第一环形腔46、准直器法兰第二环形腔47连通，用于为通过离子束的准直器法兰通道41降温。多个准直器法兰第二流道43沿准直器法兰4的长度方向布置并随型于准直器法兰通道41设置，且多个准直器法兰第二流道43环绕多个准直器法兰第一流道44设置，多个准直器法兰第二流道43分别与准直器法兰第一环形腔46、准直器法兰第二环形腔47连通，用于为通过离子束的准直器法兰通道降温。
通过设置多个准直器法兰第一流道44和多个准直器法兰第二流道43，准直器法兰冷却液进入准直器法兰第一流道44和多个准直器法兰第二流道43内流动，实现多层降温，换热效果更佳。
其中，准直器法兰第一流道44和准直器法兰第二流道43的直径均为1～2mm，换热系数比常规大通道更强。
参阅图1，在本实施例中，多个准直器法兰第一流道44以环形排布并环绕准直器法兰通道41，多个准直器法兰第二流道43以环形排布并环绕多个准直器法兰第一流道44，以实现多层降温。
具体过程为：
1、首先，通过靶液注取通道111向靶体18内注满液态靶材，即靶液，通过外部气体接管向存储筒23内注入气体，使靶体18、存储筒23维持一定初始压力。
2、然后，向靶体法兰1的靶体法兰间隙14和靶体法兰冷却流道13、冷却套间隙24、射束法兰3的射束法兰冷却结构、准直器法兰4的准直器法兰冷却结构注入循环流动冷却水，保持各个法兰和存储筒23的冷却。
最后，高能离子束从加速器引出，沿着束流管道法兰5引入准直法兰通4的准直器法兰通道41将离子束尺寸调整到所需直径。
再依次穿过真空膜6、射束法兰通道36、靶窗112，最终离子束照射在靶体18内部的靶材辐照部110区域，使靶材辐照部110区域内的液态靶材辐照产生所需F18同位素，不局限于F18同位素。同时，由于离子束能量集中在靶材辐照部110极小区域，使得该区域的液态靶材被加热、甚至沸腾产生气泡。液体靶材吸收的热量通过翅片17和靶体18外壁面导入到冷却法兰1内循环流动的冷却水中。靶材升温或沸腾中体积变大，通过波纹管22进行体积缓冲。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述装置包括靶体法兰、靶体和靶体法兰冷却结构；
所述靶体法兰的内部设有开放腔；
所述靶体的后部插于所述开放腔并在所述靶体内注有靶液；
所述靶体法兰冷却结构包括形成于所述靶体后部外壁和所述开放腔壁之间的靶体法兰间隙、以及构造于所述靶体法兰内部并环绕所述开放腔外侧周向的多个靶体法兰冷却流道，多个所述靶体法兰冷却流道均和所述靶体法兰间隙连通并设有流动的靶体法兰冷却液，用于为所述靶体和所述靶液降温。
2.根据权利要求1所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述靶体法兰冷却结构还包括靶体法兰环形腔；
所述靶体法兰环形腔形成于所述靶体法兰的前端内侧和所述靶体的前部后侧之间、并分别和多个所述靶体法兰冷却流道、所述靶体法兰间隙连通，用于所述靶体法兰冷却液流动；
其中，所述靶体法兰冷却流道和所述靶体法兰间隙的直径均为1-2mm。
3.根据权利要求1所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述靶体法兰的后部设有连接头，在所述连接头的中部设有连接头通道，所述连接头通道前端和所述靶体法兰隙内连通，所述连接头通道的后端为连接头冷却液入口；
所述连接头通道的外侧周向开设有多个出口通道，多个所述靶体法兰冷却流道汇集于所述出口通道，用于冷却液流出。
4.根据权利要求1所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述靶体的内上部连接有多个翅片，用于增加所述靶液和所述靶体的内壁接触面积，以便所述靶液降温；
所述翅片为竖直设置并压制有波纹弧度或者所述翅片为横向设置并加工有多个翅片通孔。
5.根据权利要求1所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述装置还包括压力控制组件；
所述压力控制组件包括存储筒、波纹管、控制件组件和冷却套；
所述存储筒和所述靶体连通，以便所述靶液沸腾时进入所述存储筒的内腔；
所述波纹管和所述存储筒的顶部密封连接，用于存储所述靶液沸腾时产生的气体；
所述控制件组件套于所述存储筒的上部并和所述波纹管接触；
所述冷却套套于所述存储筒的外部并和所述存储筒的外壁之间形成冷却套间隙，所述冷却套具有冷却液入口和冷却液出口，用于冷却液进入所述冷却套间隙，用于为所述存储筒内的所述靶液降温，以便所述靶液沸腾时产生气体冷凝。
6.根据权利要求5所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述控制件组件包括外筒、固定板、支撑杆和弹簧；
所述外筒套于所述存储筒的上部并将所述波纹管包围；
所述固定板固定于所述外筒的内部；
所述支撑杆设置于所述外筒的内部，所述支撑杆的上部插于所述固定板的通孔内并固定，所述支撑杆的下部置于所述波纹管的上方；
所述弹簧套于所述支撑杆的下部，所述弹簧的上端和所述固定板的底面固定连接，所述弹簧的下端和所述波纹管的上端可分离地接触。
7.根据权利要求1所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述靶体法兰的前部和射束法兰的后部连接；
所述射束法兰包括射束法兰通道和射束法兰冷却结构；
所述射束法兰通道设置于所述射束法兰的内部并和所述靶体的靶窗连接；
所述射束法兰冷却结构设置于所述射束法兰的内部并环绕所述射束法兰通道周向布置，用于为通过离子束的所述射束法兰通道降温。
8.根据权利要求7所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述射束法兰冷却结构包括多个射束法兰冷却流道组、射束法兰第一环绕腔、射束法兰第二环绕腔、射束法兰进冷却液流道和射束法兰出冷却液流道；
所述射束法兰第一环绕腔设置于所述射束法兰的内部一侧并环绕所述射束法兰通道的一侧；
所述射束法兰第二环绕腔设置于所述射束法兰的内部另一侧并环绕所述射束法兰通道的另一侧；
多个所述射束法兰冷却流道组等距设置于所述射束法兰的内部并环绕所述射束法兰通道的周向布置，所述射束法兰冷却流道组分别和所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰第二环绕腔连通；
所述射束法兰进冷却液流道自所述射束法兰的外壁垂直向所述射束法兰的内部延伸、并和所述射束法兰第一环绕腔连通，以便射束法兰冷却液进入所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰冷却流道组和所述射束法兰第二环绕腔；
所述射束法兰出冷却液流道自所述射束法兰的外壁垂直向所述射束法兰的内部延伸、并和所述射束法兰第二环绕腔连通，以便所述射束法兰冷却液流出。
9.根据权利要求8所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，多个所述射束法兰冷却流道组包括多个射束法兰第一流道和多个射束法兰第二流道；
多个所述射束法兰第一流道沿所述射束法兰的长度方向布置、并环绕所述射束法兰通道的周向设置，多个所述射束法兰第一流道分别和所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰第二环绕腔连通，用于为通过离子束的所述射束法兰通道降温；
多个所述射束法兰第二流道沿所述射束法兰的长度方向布置、并环绕多个所述射束法兰第一流道设置，多个所述射束法兰第二流道分别和所述射束法兰第一环绕腔、所述射束法兰第二环绕腔连通，用于为通过离子束的所述射束法兰通道降温；
其中，所述射束法兰第一流道和所述射束法兰第二流道的直径均为1-2mm。
10.根据权利要求7所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述射束法兰还包括积液腔和检测探针；
所述积液腔设置所述射束法兰的内部并靠近所述靶体，用于承接泄漏的靶液；
所述检测探针设置于所述积液腔的内部并和控制装置连接，用于检测。
11.根据权利要求10所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述射束法兰的前部和准直器法兰的后部连接；
所述准直器法兰包括准直器法兰通道和准直器法兰冷却结构；
所述准直器法兰通道设置于所述准直器法兰的内部；
所述准直器法兰冷却结构设置于所述准直器法兰的内部并环绕所述准直器法兰通道的周向布置，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温。
12.根据权利要求11所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，所述准直器法兰冷却结构包括多个准直器法兰冷却流道组、准直器法兰第一环形腔、准直器法兰第二环形腔、准直器法兰进冷却液通道和准直器法兰出冷却液通道；
所述准直器法兰第一环形腔设置于所述准直器法兰的内部、并位于所述准直器法兰通道的一侧；
所述准直器法兰第二环形腔设置于所述准直器法兰的内部、并位于所述准直器法兰通道的另一侧；
多个所述准直器法兰冷却流道组设置于所述准直器法兰的内部并环绕所述准直器法兰通道的周向布置，多个所述准直器法兰冷却流道组分别和所述准直器法兰第一环形腔、所述准直器法兰第二环形腔连通；
所述准直器法兰进冷却液通道自所述准直器法兰的外壁向所述准直器法兰的内部垂直延伸、并和所述准直器法兰第一环形腔连通，以便准直器法兰冷却液进入所述准直器法兰冷却流道组；
所述准直器法兰出冷却液通道自所述准直器法兰的外壁向所述准直器法兰的内部垂直延伸、并和所述准直器法兰第二环形腔连通，以便所述准直器法兰冷却液流出所述准直器法兰冷却流道组，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温。
13.根据权利要求12所述的用于生产同位素的液态靶装置，其特征在于，多个所述准直器法兰冷却流道组包括多个准直器法兰第一流道和多个准直器法兰第二流道；
多个所述准直器法兰第一流道沿所述准直器法兰的长度方向布置并随型于所述准直器法兰通道设置，且多个所述准直器法兰第一流道环绕所述准直器法兰通道的周向分布，多个所述准直器法兰第一流道分别与所述准直器法兰第一环形腔、所述准直器法兰第二环形腔连通，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温；
多个所述准直器法兰第二流道沿所述准直器法兰的长度方向布置并随型于所述准直器法兰通道设置，且多个所述准直器法兰第二流道环绕多个所述准直器法兰第一流道设置，多个所述准直器法兰第二流道分别与所述准直器法兰第一环形腔、所述准直器法兰第二环形腔连通，用于为通过离子束的所述准直器法兰通道降温；
其中，所述准直器法兰第一流道和所述准直器法兰第一流道的直径均为1-2mm。
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