CN116364325B - 一种基于加速器的多功能医用同位素生产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核医学技术领域，提供一种基于加速器的多功能医用同位素生产装置，解决在一个生产设备上仅能生产加速器类型医用同位素或反应堆类型医用同位素，功能单一，因此无法满足用户需求的问题。为此目的，本发明装置包括：质子发生器生产质子；加速器与质子发生器连接对质子加速处理形成加速质子；第一同位素生产靶机构与加速器连接，核素与加速质子核反应生产加速器类型医用同位素；中子生产靶机构和加速器连接，对加速质子进行核反应形成中子；第二同位素生产靶机构与中子生产靶机构连接，核素与中子核反应生产反应堆类型医用同位素。这样在一个装置上能够生产加速器类型医用同位素又能生产反应堆类型医用同位素，增加功能，进而满足用户需求。
Description
技术领域
本发明涉及核医学的技术领域，具体提供一种基于加速器的多功能医用同位素生产装置。
背景技术
医用同位素是指用于疾病诊断、治疗的放射性同位素，在恶性肿瘤、心脑血管等疾病诊疗方面具有不可替代的作用，医用同位素常用的有加速器类型医用同位素和反应堆类型医用同位素。现有的同位素生产设备仅能生产加速器类型医用同位素或反应堆类型医用同位素，功能单一，因此无法满足用户需求。
现有的专利(CN 113616941 B)提出了一种基于强流回旋加速器的治疗室BNCT癌症治疗装置，将回旋加速器产生的质子束分别连接到中子靶系统和同位素生产靶系统，用同一台加速器既进行治疗，又生产药物。该方法采用质子打靶生产同位素，同时用于中子治疗，虽然提高了加速器的使用效率，但仍然只能生产加速器类型的同位素，无法生产反应堆类型同位素，生产同位素种类受限。
现有的专利(CN 110223796 B)提出一种同位素生产设备，用直线加速器加速质子打靶用于生产同位素，通过增加引出束线的数量，来提高同位素生产能力和效率。该方法采用质子打靶生产同位素，虽然生产同位素的种类提高了，但仍然只能生产加速器类型的同位素，无法生产反应堆类型同位素，生产同位素种类受限。
现有的专利(CN 112837838 A)提出一种医用同位素生产装置，通过电子加速器打靶，产生γ射线，通过γ与核素的反应来生产医用同位素，该方法只能生产加速器类型的同位素，无法生产反应堆类型同位素，生产同位素种类受限。
现有的专利(CN107068229A)提出一种用于如Mo-99/Tc-99M及包括I-131的放射性同位素的医疗同位素的按需生产的技术，利用中子发生器产生的中子引起U-238的(n,f)核裂变反应，用来生产Mo99/Tc99m，I-131，I-132及I-133。该方法只能生产反应堆类型的同位素，不能生产加速器类型的同位素，生产同位素种类受限。
相应地，本领域需要一种新的基于加速器的多功能医用同位素生产装置来解决上述问题。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，即，解决在一个生产设备上仅能生产加速器类型医用同位素或反应堆类型医用同位素，功能单一，因此无法满足用户需求的问题。
第一方面，本发明提供一种基于加速器的多功能医用同位素生产装置，所述装置包括：质子发生器，其用于产生质子；加速器，其与所述质子发生器连接，用于接收所述质子并对所述质子加速处理，以形成加速质子；第一同位素生产靶机构，其与所述加速器连接，所述第一同位素生产靶机构的核素与所述加速质子发生核反应以生产加速器类型医用同位素；中子生产靶机构，其和所述加速器连接，用于接收所述加速质子并与所述加速质子进行核反应，以形成中子；第二同位素生产靶机构，其与所述中子生产靶机构连接，所述第二同位素生产靶机构的核素与所述中子发生核反应以生产反应堆类型医用同位素。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述质子发生器和所述加速器通过束流传输管连接，用于传输所述质子；所述束流传输管的下部设置有第一支撑组件，用于架设所述束流传输管，所述第一支撑组件分别与所述质子发生器、所述加速器连接。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述加速器通过第一引出束流传输管和所述第一同位素生产靶机构连接，用于引出所述加速质子；所述第一引出束流传输管的下部设置有第二支撑组件，用于架设所述第一引出束流传输管，所述第二支撑组件分别和所述加速器、所述第一同位素生产靶机构连接。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述加速器通过第二引出束流传输管和所述中子生产靶机构连接，用于引出所述加速质子；所述第二引出束流传输管的下部设置有第三支撑组件，用于架设所述第二引出束流传输管，所述第三支撑组件分别和所述加速器、所述中子生产靶机构连接。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述中子生产靶机构通过准直系统和所述第二同位素生产靶机构连接。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述中子生产靶机构上设置有冷却系统，用于带走质子核反应产生的热量。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，在所述中子生产靶机构的前端的水冷系统和设置在所述中子生产靶机构的后端的气冷系统。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述加速器为粒子加速器或直线加速器或回旋加速器。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述第一同位素生产靶机构为下列靶中的任一种：O-18靶、B-11靶、N-15靶、Ni-64靶、Y-89靶。
在上述基于加速器的多功能医用同位素生产装置的优选技术方案中，所述第二同位素生产靶机构为下列靶中的任一种：U-235靶、N-14靶、Co-59靶、Y-89靶、Lu-176靶。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过设置中子生产靶机构、第二同位素生产靶机构和第一同位素生产靶机构，该中子生产靶机构分别和加速器、第二同位素生产靶机构连接，中子生产靶机构能够将加速质子发生核反应以形成中子，第二同位素生产靶机构与中子核反应以生产反应堆类型医用同位素，第一同位素生产靶机构与加速质子核反应生产加速器类型医用同位素，这样，在一个装置上能够生产加速器类型医用同位素又能生产反应堆类型医用同位素，增加功能，进而满足用户需求。
进一步地，通过采用准直系统，将中子传输到第二同位素生产靶机构，传输中子稳定。
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是本发明的基于加速器的多功能医用同位素生产装置的侧视结构图。
图中标记列表：
1、质子发生器；2、束流传输管；3、加速器；4、第一引出束流传输管；5、第一同位素生产靶机构；6、中子生产靶机构；7、准直系统；8、第二同位素生产靶机构；9、第二引出束流传输管；10、第一磁铁圆环件；11、第一支撑杆；12、第一长杆；13、第二支撑杆；14、第二磁铁圆环件；15、第二长杆；16、第三支撑杆；17、第三长杆；18、第四支撑杆；19、第三磁铁圆环件。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的同位素生产装置的部件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
基于背景技术指出的传统同位素生产装置仅能生产一种医用同位素、功能单一、无法满足用户需求的问题，本发明提供了一种基于加速器的多功能医用同位素生产装置，旨在解决现有同位素生产装置仅能生产一种医用同位素、功能单一，无法满足用户需求的问题。
图1是本发明的基于加速器的多功能医用同位素生产装置的侧视结构图。参照图1，本实施例中的基于加速器的多功能医用同位素生产装置一般性可包括：质子发生器1、加速器3、第一同位素生产靶机构5、中子生产靶机构6和第二同位素生产靶机构8。其中，质子发生器1用于产生质子，加速器3与质子发生器1连接，用于接收质子并对质子加速处理，以形成加速质子，第一同位素生产靶机构5与加速器3连接，第一同位素生产靶机构5的核素与加速质子发生核反应以生产加速器类型医用同位素，中子生产靶机构6和加速器3连接，用于接收加速质子并与加速质子进行核反应，以形成中子，第二同位素生产靶机构8与中子生产靶机构6连接，第二同位素生产靶机构8的核素与中子发生核反应以生产反应堆类型医用同位素。
其中，加速器3为粒子加速器或直线加速器或回旋加速器。
其中，第一同位素生产靶机构5为下列靶中的任一种：O-18靶、B-11靶、N-15靶、Ni-64靶、Y-89靶。第二同位素生产靶机构8为下列靶中的任一种：U-235靶、N-14靶、Co-59靶、Y-89靶、Lu-176靶。
具体地，参照图1，在本装置中同时设置加速器3、中子生产靶机构6、第二同位素生产靶机构8和第一同位素生产靶机构5。其中，中子生产靶机构6能够将加速质子核反应形成中子，第二同位素生产靶机构8将中子核反应生产反应堆类型医用同位素，第一同位素生产靶机构5与加速质子发生核反应生产加速器类型医用同位素，这样，在一个装置上能够生产加速器类型医用同位素又能生产反应堆类型医用同位素，增加功能，进而满足用户需求。同时解决医院需要建造一座反应堆和一座加速器才能满足需求，进而造成投资大、安全性降低的问题。
进一步地，本申请的基于加速器的多功能医用同位素生产装置设置于医院内或者能够提供医疗服务的建筑内。
在本实施例中，质子发生器1、加速器3、第一同位素生产靶机构5、中子生产靶机构6和第二同位素生产靶机构8处于同一个高度上，各自性能不会受到影响，同时具有传输质子、加速质子、中子平稳的优点。
参见图1，在一个实施例中，质子发生器1和加速器3通过束流传输管2连接，用于传输质子。通过设置束流传输管2可将质子发生器1所产生的质子传输至加速器3，传输稳定。
需要说明的是，该束流传输管2的长度以实际使用需求而定，束流传输管2和质子发生器1、加速器3的连接方式是本领域常见的连接方式。
参见图1，在一个实施例中，束流传输管2的下部设置第一支撑组件，用于架设束流传输管2，第一支撑组件分别与质子发生器1、加速器3连接。通过设置第一支撑组件可支撑束流传输管2在一定高度上，不会形成中部塌陷，避免影响质子传输，同时具有稳固质子发生器1和加速器3的作用。
具体地，参见图1，第一支撑组件一般可包括第一长杆12、第一支撑杆11和第二支撑杆13。其中，第一长杆12水平设置，该第一长杆12的一端和质子发生器1连接，第一长杆12的另一端和加速器3连接，使质子发生器1与加速器3形成连接，进而避免质子发生器1与加速器3移动。第一支撑杆11垂直于地面设置，该第一支撑杆11的上端与第一长杆12的下部一侧固定连接，用于支撑第一长杆12，第二支撑杆13垂直地面设置，该第二支撑杆13的上端与第一长杆12的下部另一侧固定连接，用于支撑第一长杆12。第一支撑杆11和第二支撑杆13支撑第一长杆12始终保持在一个水平面上。
其中，束流传输管2位于第一长杆12的上部，并通过多个第一磁铁圆环件10将束流传输管2固定于第一长杆12的上部，避免束流传输管2脱离第一长杆12。
参见图1，在一个实施中，加速器3通过第一引出束流传输管4和第一同位素生产靶机构5连接，用于引出加速质子。通过设置第一引出束流传输管4可将加速质子引出至第一同位素生产靶机构5，传输稳定。
需要说明的是，该第一引出束流传输管4的长度以实际使用需求而定，第一引出束流传输管4和加速器3、第一同位素生产靶机构5的连接方式是本领域常见的连接方式。
具体地，参见图1，第二支撑组件一般可包括第二长杆15和第三支撑杆16。其中，第二长杆15水平设置，该第二长杆15的一端和加速器3连接，第二长杆15的另一端和第一同位素生产靶机构5连接，进而避免加速器3和第一同位素生产靶机构5移动。第三支撑杆16垂直于地面设置，该第三支撑杆16的上端与第二长杆15的下部固定连接，用于支撑第二长杆15，第三支撑杆16支撑第二长杆15始终保持在一个水平面上。
其中，第一引出束流传输管4位于第二长杆15的上部，并通过多个第二磁铁圆环件14将第一引出束流传输管4固定于第二长杆15的上部，避免第一引出束流传输管4脱离第二长杆15。
参见图1，在一个实施例中，加速器3通过第二引出束流传输管9和中子生产靶机构6连接，用于引出加速质子。通过设置第二引出束流传输管9将加速质子传输至中子生产靶机构6，传输稳定。
需要说明的是，该第二引出束流传输管9的长度以实际使用需求而定，第二引出束流传输管9和加速器3、中子生产靶机构6的连接方式是本领域常见的连接方式。
具体地，参见图1，第三支撑组件一般可包括第三长杆17和第四支撑杆18。其中，第三长杆17水平设置，该第三长杆17的一端和加速器3连接，第三长杆17的另一端和中子生产靶机构6连接，进而避免加速器3和中子生产靶机构6移动。第四支撑杆18垂直于地面设置，该第四支撑杆18的上端与第三长杆17的下部固定连接，用于支撑第三长杆17始终保持在一个水平面上。
其中，第二引出束流传输管9位于第三长杆17的上部，并通过多个第三磁铁圆环件19将第二引出束流传输管9固定于第三长杆17的上部，避免第二引出束流传输管9脱离第三长杆17。
参见图1，在一个实施中，中子生产靶机构6通过准直系统7和第二同位素生产靶机构8连接。通过设置准直系统7将中子传输至第二同位素生产靶机构8，传输稳定。
需要说明的是，该准直系统7的长度以实际使用需求而定，准直系统7和中子生产靶机构6、第二同位素生产靶机构8的连接方式是本领域常见的连接方式，其中，准直系统7为现有的准直系统。
在一个图中未示出的实施例中，中子生产靶机构6的厚度为0.1-1mm，在中子生产靶机构6的前端设置水冷系统(图中未示出)，中子生产靶机构6的后端设置气冷系统(图中未示出)，能够带走高流强质子束下靶材沉积的热量，获得较高的中子产额，延长靶的使用寿命。
优选地，中子生产靶机构6的厚度为：0.3-0.5mm。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，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；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申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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 (10)
1.一种基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述装置包括：
质子发生器，其用于产生质子；
加速器，其与所述质子发生器连接，用于接收所述质子并对所述质子加速处理，以形成加速质子；
第一同位素生产靶机构，其与所述加速器连接，所述第一同位素生产靶机构的核素与所述加速质子发生核反应以生产加速器类型医用同位素；
中子生产靶机构，其和所述加速器连接，用于接收所述加速质子并与所述加速质子进行核反应，以形成中子；
第二同位素生产靶机构，其与所述中子生产靶机构连接，所述第二同位素生产靶机构的核素与所述中子发生核反应以生产反应堆类型医用同位素。
2.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述质子发生器和所述加速器通过束流传输管连接，用于传输所述质子；
所述束流传输管的下部设置有第一支撑组件，用于架设所述束流传输管，所述第一支撑组件分别与所述质子发生器、所述加速器连接。
3.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述加速器通过第一引出束流传输管和所述第一同位素生产靶机构连接，用于引出所述加速质子；
所述第一引出束流传输管的下部设置有第二支撑组件，用于架设所述第一引出束流传输管，所述第二支撑组件分别和所述加速器、所述第一同位素生产靶机构连接。
4.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述加速器通过第二引出束流传输管和所述中子生产靶机构连接，用于引出所述加速质子；
所述第二引出束流传输管的下部设置有第三支撑组件，用于架设所述第二引出束流传输管，所述第三支撑组件分别和所述加速器、所述中子生产靶机构连接。
5.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述中子生产靶机构通过准直系统和所述第二同位素生产靶机构连接。
6.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述中子生产靶机构上设置有冷却系统，用于带走质子核反应产生的热量。
7.根据权利要求6所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述冷却系统包括设置在所述中子生产靶机构的前端的水冷系统和设置在所述中子生产靶机构的后端的气冷系统。
8.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述加速器为粒子加速器或直线加速器或回旋加速器。
9.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述第一同位素生产靶机构为下列靶中的任一种：O-18靶、B-11靶、N-15靶、Ni-64靶、Y-89靶。
10.根据权利要求1所述的基于加速器的多功能医用同位素生产装置，其特征在于，所述第二同位素生产靶机构为下列靶中的任一种：U-235靶、N-14靶、Co-59靶、Y-89靶、Lu-176靶。
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