CN116741427A - 包括弯曲转换器的用于通过轫致辐射生成放射性同位素的系统 - Google Patents

包括弯曲转换器的用于通过轫致辐射生成放射性同位素的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将电子束转换成光子束的系统，该系统包括：·电子加速器(1)，该电子加速器被配置成沿辐照轴线(Z)产生加速电子的电子束(10)，·扫描单元(2)，·聚焦单元(3)，该聚焦单元用于形成朝向位于辐照轴线(Z)上的第一聚焦点(Fx)会聚的聚焦束(10f)，·转换单元(4)，该转换单元位于聚焦单元(3)与第一聚焦点(Fx)之间，并且包括一个或多个轫致辐射转换器(4.1‑4.n)，该一个或多个轫致辐射转换器被配置成将聚焦束(10f)转换成光子束(11x)，·靶固持件(5h)，该靶固持件被配置成固持靶(5)，其特征在于，一个或多个轫致辐射转换器(4.1‑4.n)是弯曲的，使得聚焦束(10f)与一个或多个轫致辐射转换器(4.1‑4.n)中的每一个相交的相交角度(α)在所有点处在65°至115°之间、优选地在所有点处在75°至105°之间。

Description

包括弯曲转换器的用于通过轫致辐射生成放射性同位素的 系统
技术领域
本发明涉及一种用于通过用X射线辐照靶来生成放射性同位素的装置，X射线是在用高能电子束轰击转换器时通过轫致辐射形成的。特别地，本发明涉及转换器的特定几何形状，其减少了由电子束产生的热量并且允许使用常规冷却系统来将转换器的温度保持在可接受的范围内。
背景技术
可以通过使用带电粒子进行不同的反应或者通过利用光核反应(例如X射线)来生成放射性同位素。例如，可以通过(用X射线辐照226Ra靶引起光核反应而形成的)225Ra的衰变来制备225Ac。必须准确地控制X射线的能量以形成所期望的同位素，X射线的能量直接取决于电子束的能量。例如，取决于光致辐照的能量，辐照226Ra靶可以得到223Ra、224Ra以及225Ra。通常用于医学应用的放射性同位素的其他示例包括99mTc。
X射线可以通过用高能电子束辐照转换器来生成。转换器定位在高能电子束源与靶(在该示例中，226Ra)之间，高能电子束源包括诸如rhodotron或线性加速器等电子加速器。转换器由高原子序数金属(比如Ti或Ta)箔形成。当电子束撞击转换器时，电子束减速，并且释放的能量被转换成X射线辐射，X射线辐射到达靶以形成期望的放射性同位素。这种机制被称为“轫致辐射”。
由于只有一小部分电子束能量被转换成轫致辐射，剩余部分被转换成热量，所以转换器的热退化是一个严重问题。为此，必须对转换器进行冷却。常规的冷却器使用气体(比如He)或液体(比如水)。
为了增强对转换器的冷却和/或通过转换器使得所产生的光子束具有较广的几何图形扩散，WO 1999052587提出了使用磁扫描线圈在转换器的扫描区域上扫描电子束。US20120025105将电子束的扫描与靶的平移组合，靶的平移与电子束的扫描同步，使得靶恒定地暴露于通过转换器生成的轫致辐射的全强度。
WO 2017076961描述了一种用于准直或聚焦电子束的聚焦透镜。将电子束准直是有用的，因为发散的电子束将增加所产生的光子的发散。这将进而需要更大的靶以便收集光子。聚焦透镜可以由磁体形成，并且可以是多极透镜，比如四极透镜、六极透镜、八极透镜。
尽管实现了上述改进，但是仍然存在如何用常规的冷却系统来充分冷却转换器以防止转换器过早热退化的问题。本发明解决了如下双重问题：使用常规的冷却器件来防止转换器过早热退化，同时保持聚焦的高强度电子束，因此保持高度聚焦的X射线辐射。将继续解释本发明提出的用于实现这个双重目标的解决方案。
发明内容
本发明在所附独立权利要求中被限定。优选实施例在从属权利要求中被限定。特别地，本发明涉及一种用于生成放射性同位素的系统，该系统包括，
·电子加速器，该电子加速器被配置成沿辐照轴线(Z)产生加速电子的电子束，
·扫描单元，该扫描单元被配置成使电子束沿预定扫描图案偏离以形成扫描束，
·聚焦单元，该聚焦单元包括一个或多个磁体，该一个或多个磁体被配置成在第一辐照平面(X，Z)上朝向位于辐照轴线(Z)上的第一聚焦点(Fx)聚焦扫描束以形成聚焦束，其中，第一辐照平面(X，Z)由辐照轴线(Z)和第一横向轴线(X)限定，其中X⊥Z，
·转换单元，该转换单元位于聚焦单元(3)与第一聚焦点(Fx)之间，并且包括一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)，该一个或多个轫致辐射转换器被配置成将聚焦束转换成光子束，
·转换器冷却系统，该转换器冷却系统被配置成冷却一个或多个轫致辐射转换器，
·靶固持件，该靶固持件被配置成固持靶。
电子加速器、扫描单元、聚焦单元、转换单元以及靶固持件全部沿辐照轴线(Z)对齐，并且按照此顺序布置在彼此下游，其中，“下游”是相对于电子束方向定义的。本系统与现有技术系统的区别在于：一个或多个轫致辐射转换器是弯曲的，使得聚焦束与一个或多个轫致辐射转换器中的每一个相交的相交角度(α)在所有点处在65°至115°之间、优选地在所有点处在75°至105°之间。
在第一实施例中，扫描单元被配置成使电子束沿以下预定扫描图案偏离：该预定扫描图案沿第一横向轴线(X)和第二横向轴线(Y)延伸，其中，X⊥Y⊥Z。聚焦单元被配置成还在第二辐照平面(Y，Z)上朝向位于辐照轴线(Z)上的第二聚焦点(Fy)聚焦扫描束。第二聚焦点(Fy)可以与第一聚焦点(Fx)相同或不同。一个或多个轫致辐射转换器呈由第一辐照平面(X，Z)中的第一弯曲截面与第二辐照平面(Y，Z)中的第二弯曲截面限定的卵形帽形状、优选地球冠形状。
一个或多个轫致辐射转换器中的每一个在第一辐照平面(X，Z)中具有优选地由以第一聚焦点(Fx)为中心的具有半径(d1-dn)的大致圆形弧所限定的第一弯曲截面。“大致圆形弧”在本文定义为曲率半径在弯曲截面的长度上变化不超过10％的弯曲段。替代性地或附加地，一个或多个轫致辐射转换器中的每一个在第二辐照平面(Y，Z)中具有优选地由以第二聚焦点(Fy)为中心的具有半径(d1-dn)的大致圆形弧所限定的第二弯曲截面。优选地，第二聚焦点(Fy)与第一聚焦点(Fx)相同(即，Fx＝Fy)。
在第二实施例中，扫描单元被配置成使电子束沿以下预定扫描图案偏离：该预定扫描图案仅沿第一横向轴线(X)延伸。一个或多个轫致辐射转换器呈部分圆柱体的形状，该部分圆柱体由第一横向平面(X，Z)中的弯曲截面和沿第二横向轴线(Y)延伸的母线限定，其中，X⊥Y⊥Z。一个或多个轫致辐射转换器中的每一个在第一辐照平面(X，Z)中具有优选地由以第一聚焦点(Fx)为中心的具有半径(d1-dn)的大致圆形弧所限定的第一弯曲截面。
聚焦单元可以被配置成形成聚焦束，其中该聚焦束在第一聚焦点(Fx)处与辐照轴线(Z)在第一辐照平面(X，Z)上形成的聚焦半角(β)在20°至55°之间、优选地在30°至45°之间。
一个或多个轫致辐射转换器可以由钽(Ta)或钨(W)或钛(Ti)制成。一个或多个轫致辐射转换器中的每一个的沿曲率半径测量的厚度(L90)优选地不超过3mm，优选地，厚度(L90)在0.2mm至2.5mm之间、更优选地在0.5mm至1.5mm之间。进一步优选地，最靠近靶固持件的第n个轫致辐射转换器比最靠近聚焦单元的第一个轫致辐射转换器具有更大的厚度(L90)。
转换单元可以包括通过冷却通道而彼此分开的1到n个轫致辐射转换器，其中，n在2至8之间、优选地在3至5之间。转换器冷却系统可以包括流动穿过通道的气体或液体强制冷却。
本发明还涉及一种用于通过对靶进行X射线辐照来生成放射性同位素的方法，该方法包括：
·提供如上限定的系统，
·将靶装载到靶固持件上，
·将加速电子束扫描和聚焦到转换单元上以生成X射线，
·用如此生成的X射线辐照靶。
靶可以选自以下之一：用于生成225Ac的226Ra、或用于形成99mTc的100Mo、或用于生成187Re的186W、或用于形成131I的134Xe、或用于生成67Cu的68Zn。
附图说明
为了更充分地理解本发明的本质，结合附图参考以下具体实施方式，在附图中：
图1(a)：示出了根据本发明的系统的侧视图。
图1(b)：示出了根据本发明的系统的第一实施例的立体图。
图1(c)：示出了根据本发明的系统的第二实施例的立体图。
图2：示出了根据本发明的扫描单元和聚焦单元的视图。
图3：示出了根据本发明的转换单元的示例。
图4(a)：示出了电子束穿过根据现有技术的直片材轫致辐射转换器的最大距离(Lα)，其中α＝β+90°。
图4(b)：示出了电子束穿过根据本发明的弯曲片材轫致辐射转换器的最大距离(Lα)，其中65°≤α≤115°。
图4(c)：示出了电子束穿过根据本发明的优选实施例的弯曲片材轫致辐射转换器的最大距离(L90)，其中α＝90°。
图4(d)：绘制了电子束穿过根据本发明的弯曲片材轫致辐射转换器的归一化最大距离(Lα/L90)随角度α而变的图表；Lα的最低值为在α＝90°处的L90。
图5(a)：示出了表示扫描束穿过根据现有技术的直轫致辐射转换器的扫描区域的高度(hi)。
图5(b)：示出了表示扫描束穿过根据本发明的弯曲轫致辐射转换器的扫描区域的高度(ci)。
图5(c)：将扫描束穿过根据现有技术的轫致辐射转换器的高度(hi)与穿过根据本发明的轫致辐射转换器的高度(ci)进行比较。
图5(d)：绘制了扫描束穿过轫致辐射转换器的高度比(c1/h1)随聚焦半角(β)而变的图表。
具体实施方式
本发明涉及一种通过将电子束转换成光子束并用该光子束辐照靶(5)来生成放射性同位素的系统。该系统包括电子加速器(1)，该电子加速器被配置成沿辐照轴线(Z)产生加速电子的电子束(10)。扫描单元(2)沿辐照轴线(Z)插入在电子加速器的下游。扫描单元(2)被配置成使电子束(10)沿预定扫描图案偏离以形成扫描束(10s)。聚焦单元(3)沿辐照轴线(Z)插入在扫描单元的下游。聚焦单元包括一个或多个磁体(3m)，该一个或多个磁体被配置成在第一辐照平面(X，Z)上朝向位于辐照轴线(Z)上的第一聚焦点(Fx)聚焦扫描束(10s)以形成聚焦束(10f)，其中，第一辐照平面(X，Z)由辐照轴线(Z)和第一横向轴线(X)限定，其中X⊥Z。
转换单元(4)位于聚焦单元(3)与第一聚焦点(Fx)之间。转换单元包括一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)，该一个或多个轫致辐射转换器被配置成将聚焦束(10f)转换成光子束(11x)。转换单元配备有转换器冷却系统(4c)，该转换器冷却系统被配置成冷却一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)。
靶固持件(5h)被配置成固持暴露在第一聚焦点(Fx)处的靶(5)。靶固持件配备有靶冷却单元(5c)，该靶冷却单元被配置成当靶(5)被固持在靶固持件(5h)中时对靶进行冷却。
电子加速器(1)、扫描单元(2)、聚焦单元(3)、转换单元(4)以及靶固持件(5h)全部沿辐照轴线(Z)对齐，并且按照此顺序布置在彼此下游，其中，“下游”是相对于电子束方向定义的。
本发明的主旨是一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)是弯曲的，使得聚焦束(10f)与一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个相交的相交角度(α)在所有点处在65°至115°之间、优选地在所有点处在75°至105°之间、更优选地相交角度(α)等于90°±5°。
电子加速器(1)
电子加速器在本领域中是众所周知的。本发明不限于任何特定类型的电子加速器，只要其能够生成能量在10MeV至40MeV之间、优选地在15MeV至30MeV之间、优选地在20MeV至25MeV之间的电子束(10)即可。电子束(10)的直径可以小于10mm。电子加速器可以是例如线性粒子加速器(例如，线性加速器(linac))或花瓣状加速器(例如，rhodotron)。
扫描单元(2)
扫描单元在本领域中是众所周知的。本发明不限于任何特定类型的扫描单元，只要其能够使电子束(10)沿预定扫描图案扫描以形成扫描束(10s)即可。在撞击轫致辐射转换器时，只有一小部分电子束能量被转换成X射线能量。其余的能量以热量的形式耗散。通过将电子束扫描到转换器上，使得在转换器的整个表面上产生平坦的束分布，并且降低了在转换器的小扫描区域中束功率的集中以及发热。
扫描单元(2)可以在电子束(10)的侧向上配备有扫描磁线圈(2m)。扫描磁线圈可以被配置成使电子束沿如图1(c)中所展示的第一横向方向(X)线性地扫描。替代性地，扫描磁线圈可以被配置成使电子束沿如图1(b)中所展示的第一横向方向和第二横向方向(X，Y)在扫描区域上扫描。
在第一实施例中，扫描单元(2)被配置成使电子束(10)沿以下预定扫描图案偏离：该预定扫描图案仅沿第一横向轴线(X)延伸。替代性地，在第二实施例中，扫描单元(2)被配置成使电子束(10)沿以下预定扫描图案偏离：该预定扫描图案沿第一横向轴线(X)和第二横向轴线(Y)延伸，其中，X⊥Y⊥Z。
如上所述，通过将电子束在第一横向方向以及可选地在第二横向方向上扫描到转换器上，使得有助于对转换器的冷却。然而，这使得如此形成的光子束具有较广的几何图形扩散。在一些情况下，当大的靶可用时，这可能是优点。然而，当靶材料稀缺并且必须使用小尺寸的靶(比如对于226Ra)时，X射线的广几何图形扩散可能会变得不方便。为此，在本领域中已经提出使用聚焦单元来会聚扫描束(10s)以经由聚焦磁线圈(3m)将束聚焦到转换器上。
聚焦单元(3)
对于较小尺寸的靶，扫描束(10s)如此不能有效地使用。因为由扫描电子束与转换单元(4)的相互作用形成的光子束(11x)也扩散开。对于小尺寸的靶，需要将扫描束(10s)或光子束(11x)再聚焦。例如，在WO 2012022491中描述了光子束(11x)的聚焦。在本发明中，该系统包括聚焦单元(4)，该聚焦单元位于转换单元(4)的上游，用于聚焦扫描束(10s)以形成聚焦束(10f)。
聚焦单元(3)被配置成在第一辐照平面(X，Z)上朝向位于辐照轴线(Z)上的第一聚焦点(Fx)聚焦扫描束(10s)以形成聚焦束(10f)。第一辐照平面(X，Z)由辐照轴线(Z)和第一横向轴线(X)限定，其中X⊥Z。这种类型的聚焦单元在本领域中是众所周知的。本发明不限于任何特定类型的聚焦单元(3)，只要其能够在扫描束(10s)进行扫描时将扫描束朝向第一聚焦点(Fx)聚焦以形成聚焦束(10f)即可。对于较小尺寸的靶，需要相应的较小尺寸的聚焦点(Fx)。
如图2所展示的，扫描束(10s)的聚焦单元(3)可以包括由聚焦磁线圈(3m)形成的透镜，其形成多极透镜，例如四极透镜、六极透镜或八极透镜。如此形成的聚焦束(10f)仍然在第一横向方向以及可选地第二横向方向(X，Y)上扫描，但是如图5(b)所展示的，聚焦束从扫描图案的所有点朝向第一聚焦点(Fx)会聚。由于转换器位于聚焦单元(3)与第一聚焦点(Fx)之间，因此聚焦束(10f)在转换单元(4)的扫描区域上扫描，从而使聚焦束的能量分布在更大的扫描区域上。
在实施例(其中，扫描单元(2)被配置成使电子束(10)沿以下预定扫描图案偏离：该预定扫描图案沿第一横向轴线(X)和第二横向轴线(Y)延伸)中，聚焦单元(3)可以被配置成还在第二辐照平面(Y，Z)上朝向位于辐照轴线(Z)上的第二聚焦点(Fy)聚焦扫描束(10s)。第二聚焦点(Fy)可以与第一聚焦点(Fx)相同或不同。
图3、图4(a)至图4(c)以及图5(a)至图5(c)中示出的、在第一聚焦点(Fx)处在辐照轴线(Z)与如此聚焦的电子束的外包络之间形成的聚焦半角(β)可以是在20°至55°之间、优选地在30°至45°之间。如果扫描束(10s)在第一和第二横向方向(X，Y)上进行扫描，则如果第二聚焦点(Fy)不同于第一聚焦点(Fx)，在第二聚焦点处形成的聚焦半角(β)可以包括在如上定义的相同范围内。
转换单元(4)
如图5(a)所示，转换单元传统上由多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)形成，这些轫致辐射转换器呈高原子序数金属平坦片材的形式，平坦片材沿辐照轴线(Z)一个接一个地对齐并且通过冷却通道彼此分开。在聚焦单元(3)的下游布置这样的转换单元存在两个主要问题。
首先，如图4(a)所表示的，可以看出，聚焦束(10f)中位于最外侧的电子以大于90°的相交角度(α)与轫致辐射转换器片材(4.1)相交，而沿辐照轴线(Z)移动的电子以90°的相交角度(α)与轫致辐射转换器片材(4.1)相交。如在图4(a)中可以清楚看到并且在图4(d)中所绘制的，电子穿过轫致辐射材料的长度(Lα)很大程度上取决于相交角度(α)，在相交角度α＝90°的角度下具有最小长度(L90)(参见图4(d))。这意味着，与以接近或等于L90的路径长度行进的更靠近辐照轴线(Z)的电子相比，穿过轫致辐射材料行进更长路径(Lα)的最外面的电子释放更多的能量，因此释放更多的热量。这会带来问题，因为在轫致辐射转换器的扫描区域上存在温度梯度，并且因为与最里面的电子(更靠近辐照轴线(Z)行进)相比，在第一个轫致辐射片材处释放了更多能量的最外面的电子对后面的片材具有更少的能量。
其次，如图5(a)、图5(c)和图5(d)所展示的，与轫致辐射片材是弯曲的相比，当轫致辐射片材是平坦的时，聚焦束(10f)穿过每个轫致辐射片材的扫描区域更小。图5示出了在平面(X，Z)上的侧视图或投影，并且3D系统中的二维区域简化为图5的2D投影中的一维长度(hi，ci，其中i＝1至n)。因此，当提及长度hi或ci时，使用术语“面积”来使读者在内心将长度hi和ci乘以第二横向方向(Y)上的相应长度，得到以[m2]为单位的量值。
在图5(a)中，聚焦电子束(10f)穿过轫致辐射片材的扫描区域由长度(hi，i＝1至n)表示。参考图5(c)，长度hi可以根据聚焦半角(β)、根据hi＝di x sinβ来计算，其中，di是第i个轫致辐射转换器(4.i)与第一聚焦点(Fx)分开的距离(沿辐照轴线(Z)测量)。增加聚焦束(10f)穿过轫致辐射的扫描区域将是有利的，特别是如果使用大量(n)轫致辐射片材，因为扫描区域在每个片材之后减小，因此增加了束能量在较小扫描区域上的集中。
本发明提出用弯曲片材形式的弯曲轫致辐射转换器(4.1-4.n)来代替目前为止在本领域中使用的平坦片材形式的轫致辐射转换器，使得聚焦束(10f)与一个或多个轫致辐射转换器中的每一个相交的相交角度(α)在所有点处在65°至115°之间、优选地在所有点处在75°至105°之间。优选地，相交角度为90°。可以利用具有单曲率或可选地双曲率半径(di)的片材形式的轫致辐射转换器来实现在转换单元(4)的所有点处相交角度为90°，其中曲率半径被定义为弯曲片材与第一以及可选地第二聚焦点(Fx，Fy)分开的距离。如果第一聚焦点和第二聚焦点相同，则轫致辐射片材的几何形状为具有半径(di)的球冠。这种简单的解决方案通过得到如下而解决了上述两个问题：
·在聚焦束(10f)穿过轫致辐射片材的扫描区域上更均匀的热分布，以及
·聚焦束(10f)穿过轫致辐射片材的更大的扫描区域。
更均匀的热分布
如图4(b)和图4(c)所示出的，通过使轫致辐射片材相对于平行于辐照轴线(Z)的辐照方向局部倾斜角度γ，可以使相交角度(α)更接近或者甚至等于90°。利用充分弯曲的轫致辐射片材，相交角度(α)可以在所有点处减小到65°至115°之间、优选地在所有点处减小到75°至105°之间。参考图4(d)，可以看出，在由浅阴影区域表示的在所有点处在65°至115°之间的相交角度(α)范围内，由聚焦束(10f)的两个电子穿过的轫致辐射材料的归一化厚度(Lα/L90＝1/sinα)可以最多变化约10％ 当相交角度(α)范围减小到在75°至105°之间(由图4(d)中的深阴影区域表示)时，对于聚焦束(10f)的任意两个电子，归一化厚度(Lα/L90)变化小于4％(Lα/L90＝1.04)。如果在所有点处相交角度α＝90°，则对于聚焦束的所有电子，归一化厚度(Lα/L90＝1)是恒定的，并且传递到轫致辐射转换器(4.1-4.i)的热能均匀地分布在聚焦束(10f)穿过转换单元(4)的整个扫描区域上，而没有局部较高温度区域。
相比之下，如图4(a)所示出的，聚焦束(10f)以例如α＝135°的截角穿过轫致辐射平坦片材，对应于聚焦半角β＝α-90°＝45°，由聚焦束穿过的平坦片材的归一化厚度变化超过40％(在图4(d)中Lα/L90＝1.4)，在聚焦束(10f)穿过的平坦片材扫描区域上得到比例相当的热梯度。
使用弯曲的轫致辐射转换器(4.1-4.n)使得聚焦束(10f)与一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个相交的相交角度(α)在所有点处在65°至115°之间，这明显有利于使由与聚焦束的相互作用产生的热量在轫致辐射转换器的扫描区域上均匀化。与平坦片材相比，弯曲片材使得对转换单元的冷却更容易，并且可以成功地使用常规冷却系统(4c)。
更大的扫描区域
参考图5(a)和图5(c)，可以看出，由平坦片材形成的转换单元的高度(hi)表示的扫描区域可以由值hi＝di x sinβ表征，而由具有半径(di)的弯曲片材形成的转换单元的弯曲高度(ci)表示的扫描区域可以由值ci:＝di xβ表征，根据本发明的弯曲高度(ci)与根据现有技术的高度(hi)的高度比(ci/hi)可以表示为ci/hi＝β/sinβ。在图5(d)中绘制了高度比(ci/hi)随聚焦半角(β)而变的图表。可以看出，对于例如β＝45°的聚焦半角，弯曲轫致辐射转换器具有的扫描区域(ci)比平坦片材的大10％。对于β＝50°的聚焦半角，扫描区域大约15％。与平坦轫致辐射转换器相比，通过利用弯曲轫致辐射转换器，扫描区域的这种增加允许在更大的扫描区域上分布聚焦束能量。因此，相应地减少了由聚焦束与转换单元的扫描区域相互作用所产生的热量，从而进一步有助于对转换单元(4)的冷却。
轫致辐射转换器(4.1-4.n)的几何形状
一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)可以呈部分圆柱体的形状，该部分圆柱体由第一横向平面(X，Z)中的弯曲截面和沿第二横向轴线(Y)延伸的母线限定，其中，X⊥Y⊥Z。在扫描单元(2)被配置成使电子束(10)沿着仅沿第一横向轴线(X)延伸的预定扫描图案偏离的情况下，这种几何形状是优选的。在靶(5)具有限定长形形状的长度，并且扫描束不需要聚焦在包括长形靶的长度的平面上的情况下，这种几何形状也是优选的。在图(c)中展示了这种类型的转换单元(4)。
在替代性实施例中，一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)呈由第一辐照平面(X，Z)中的第一弯曲截面与第二辐照平面(Y，Z)中的第二弯曲截面限定的卵形帽形状、优选地球冠形状。这种类型的转换单元在图1(b)展示出，并且尤其适于以下情况：扫描单元(2)被配置成使电子束(10)沿以下预定扫描图案偏离：该预定扫描图案沿第一横向轴线(X)和第二横向轴线(Y)延伸，其中，X⊥Y⊥Z，并且聚焦单元(3)被配置成还在第二辐照平面(Y，Z)上朝向位于辐照轴线(Z)上的第二聚焦点(Fy)聚焦扫描束(10s)，其中，第二聚焦点(Fy)可以与第一聚焦点(Fx)相同或不同。在优选实施例中，第一和第二聚焦点(Fx，Fy)是同一聚焦点(即，Fx＝Fy)。
在两个实施例(即，单曲率或双曲率)中，优选的是，弯曲截面的曲率半径是恒定的，即，分别限定圆弧或球冠。曲率半径优选地接近于轫致辐射转换器(4.1-4.n)与第一聚焦点(Fx)分开的距离(di)。
在优选实施例中，一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个在第一辐照平面(X，Z)中具有由以第一聚焦点(Fx)为中心的具有半径(d1-dn)的大致圆形弧所限定的第一弯曲截面。“大致圆形弧”在本文定义为曲率半径在弯曲弧的长度上变化不超过10％的弯曲段。利用这种几何形状，聚焦束(10h)沿第一辐照平面(X，Z)以相交角度＝90°到达轫致辐射转换器。
在又一个优选实施例中，一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个在第二辐照平面(Y，Z)中具有由以第二聚焦点(Fy)为中心的具有半径(d1-dn)的大致圆形弧所限定的第二弯曲截面。优选地，第二聚焦点(Fy)与第一聚焦点(Fx)相同(即，Fx＝Fy)，从而限定以单个聚焦点(Fx＝Fy)为中心的球冠几何形状。
如图3所示出的，转换单元(4)包括通过冷却通道而彼此分开的1到n个轫致辐射转换器(4.1-4.n)，其中，n在2至8之间、优选地在3至5之间。转换器冷却系统(4c)可以包括气体或液体强制冷却，其中冷却流体流动穿过冷却通道以从轫致辐射转换器回收通过与聚焦束(10f)相互作用而产生的热量。这种构型限定了本文中提及的“常规冷却系统”，其是本领域技术人员所熟知的。
一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个的沿曲率半径测量的厚度(L90)不超过3mm，优选地，厚度(L90)在0.2mm至2.5mm之间、更优选地在0.5mm至1.5mm之间。轫致辐射转换器的一个点处的曲率半径被定义为在该点处接触轫致辐射转换器并且在该点处具有相同切线和曲率的圆的半径。因此，曲率半径正交于轫致辐射转换器在该点处的切线。这在图4(a)至图4(c)中展示出，如L90所指示的。厚度(L90)也是从一个表面到相对表面穿过轫致辐射转换器的最短直线。
在优选实施例中，在n个轫致辐射转换器的序列中最靠近靶固持件(5h)的第n个轫致辐射转换器(4.n)比最靠近聚焦单元(3)的第一个轫致辐射转换器(4.1)具有更大的厚度(L90)。优选地，序列中的每个轫致辐射转换器(4.i)比位于上游的相邻轫致辐射转换器(4.(i-1))厚，即，L90(4.i)>L90(4.(i-1))。由于轫致辐射转换器的扫描区域随着轫致辐射转换器越靠近第一聚焦点(Fx)而减小，所以增加位于序列下游的轫致辐射转换器的厚度允许使轫致辐射转换器材料与聚焦束(10f)相互作用的量均匀化。这样，所有的轫致辐射转换器对X射线的生成都有同样的贡献。通过相互作用而产生的必须被排出的热量也更均匀地分布在转换单元(4)的各个轫致辐射转换器之间，从而有助于其冷却。
1到n个轫致辐射转换器(4.1-4.n)可以由钽(Ta)或钨(W)或钛(Ti)制成。
靶(5)和靶固持件(5H)
由于使用了聚焦单元，所以本发明的系统尤其适合于小尺寸的靶(5)。靶(5)可以是226Ra，其用于生成通常用于诊断成像的225Ac。可与本发明的系统一起使用以形成诊断成像同位素的靶的其他示例包括：用于形成99mTc的100Mo靶、或用于生成187Re的186W靶、或用于形成131I的134Xe、或用于生成67Cu的68Zn等。
由于X射线(11x)与靶的相互作用引起的嬗变反应产生热量，所以设置了靶冷却系统(5c)，该靶冷却系统被配置成当靶(5)被固持在靶固持件(5h)中时对靶进行冷却。与上述转换器冷却系统(4c)类似，靶冷却系统(5c)可以包括气体或液体强制冷却，其中制冷流体流动穿过与靶(5)热接触的冷却通道。将靶(5)的温度保持在退化温度以下当然是重要的。
如果第一聚焦点和第二聚焦点相同(即，Fx＝Fy)，并且转换单元(4)如此生成的X射线朝向聚焦点(Fx)周围的小会聚区域会聚，则样品固持件可以被配置成移动靶(5)，使得聚焦点(其是静止的)扫描靶的更大区域。这在靶尺寸较大的情况下特别有意义，由于靶的暴露区域大于X射线的会聚区域，使得与靶保持静止的情况相比，可以在靶的更大面积/体积上发生嬗变。
用于生成放射性同位素的方法
本发明的系统可以用于通过对靶进行X射线辐照来生成放射性同位素的方法中。该方法包括提供如上所述的系统。在将靶(5)装载到靶固持件(5h)上之后，将加速电子束扫描和聚焦到转换单元(4)上以生成X射线，从而用如此生成的X射线辐照靶。
靶可以是例如用于生成225Ac的226Ra、或用于形成99mTc的100Mo靶、或用于生成187Re的186W靶、或用于形成131I的134Xe、或用于生成67Cu的68Zn等。
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Claims (13)

1.一种用于生成放射性同位素的系统，所述系统包括：
·电子加速器(1)，所述电子加速器被配置成沿辐照轴线(Z)产生加速电子的电子束(10)，
·扫描单元(2)，所述扫描单元被配置成使所述电子束(10)沿预定扫描图案偏离以形成扫描束(10s)，
·聚焦单元(3)，所述聚焦单元包括一个或多个磁体，所述一个或多个磁体被配置成在第一辐照平面(X，Z)上朝向位于所述辐照轴线(Z)上的第一聚焦点(Fx)聚焦所述扫描束(10s)以形成聚焦束(10f)，其中，所述第一辐照平面(X，Z)由所述辐照轴线(Z)和第一横向轴线(X)限定，其中X⊥Z，
·转换单元(4)，所述转换单元位于所述聚焦单元(3)与所述第一聚焦点(Fx)之间，并且包括一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)，所述一个或多个轫致辐射转换器被配置成将所述聚焦束(10f)转换成光子束(11x)，
·转换器冷却系统(4c)，所述转换器冷却系统被配置成冷却所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)，
·靶固持件(5h)，所述靶固持件被配置成固持靶(5)，
其中，所述电子加速器(1)、所述扫描单元(2)、所述聚焦单元(3)、所述转换单元(4)以及所述靶固持件(5h)全部沿所述辐照轴线(Z)对齐，并且按照此顺序布置在彼此下游，其中，“下游”是相对于电子束方向定义的，
其特征在于，所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)是弯曲的，使得所述聚焦束(10f)与所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个相交的相交角度()在所有点处在65°至115°之间、优选地在所有点处在75°至105°之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
·所述扫描单元(2)被配置成使所述电子束(10)沿以下预定扫描图案偏离：所述预定扫描图案沿所述第一横向轴线(X)和第二横向轴线(Y)延伸，其中，X⊥Y⊥Z，
·所述聚焦单元(3)被配置成还在第二辐照平面(Y，Z)上朝向位于所述辐照轴线(Z)上的第二聚焦点(Fy)聚焦所述扫描束(10s)，其中，所述第二聚焦点(Fy)能够与所述第一聚焦点(Fx)相同或不同，并且
·所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)呈由所述第一辐照平面(X，Z)中的第一弯曲截面与所述第二辐照平面(Y，Z)中的第二弯曲截面限定的卵形帽形状、优选地球冠形状。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，
·所述扫描单元(2)被配置成使所述电子束(10)沿以下预定扫描图案偏离：所述预定扫描图案仅沿所述第一横向轴线(X)延伸，并且
·所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)呈部分圆柱体的形状，所述部分圆柱体由所述第一横向平面(X，Z)中的弯曲截面和沿第二横向轴线(Y)延伸的母线限定，其中，X⊥Y⊥Z。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述聚焦单元(3)被配置成形成所述聚焦束(10f)，其中所述聚焦束在所述第一聚焦点(Fx)处与所述辐照轴线(Z)在所述第一辐照平面(X，Z)上形成的聚焦半角()在20°至55°之间、优选地在30°至45°之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个在所述第一辐照平面(X，Z)中具有由以所述第一聚焦点(Fx)为中心的具有半径(d1-dn)的大致圆形弧所限定的第一弯曲截面，其中，“大致圆形弧”定义为曲率半径在所述弯曲截面的长度上变化不超过10％的弯曲段。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个在所述第二辐照平面(Y，Z)中具有由以所述第二聚焦点(Fy)为中心的具有半径(d1-dn)的大致圆形弧所限定的第二弯曲截面，其中，所述第二聚焦点(Fy)优选地与所述第一聚焦点(Fx)相同(即，Fx＝Fy)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)中的每一个的沿曲率半径测量的厚度(L90)不超过3mm，优选地，所述厚度(L90)在0.2mm至2.5mm之间、更优选地在0.5mm至1.5mm之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，最靠近所述靶固持件(5h)的第n个轫致辐射转换器(4.n)比最靠近所述聚焦单元(3)的第一个轫致辐射转换器(4.1)具有更大的厚度(L90)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述转换单元(4)包括通过冷却通道而彼此分开的1到n个轫致辐射转换器(4.1-4.n)，其中，n在2至8之间、优选地在3至5之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述转换器冷却系统(4c)包括气体或液体强制冷却。
11.根据前一权利要求所述的系统，其中，所述一个或多个轫致辐射转换器(4.1-4.n)由钽(Ta)或钨(W)或钛(Ti)制成。
12.一种用于通过对靶进行X射线辐照来生成放射性同位素的方法，所述方法包括：
·提供根据前述权利要求中任一项所述的系统，
·将靶(5)装载到所述靶固持件(5h)上，
·将加速电子束扫描和聚焦到所述转换单元上(4)以生成X射线，
·用如此生成的所述X射线辐照所述靶。
13.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述靶(5)选自以下之一：用于生成225Ac的226Ra、或用于形成99mTc的100Mo、或用于生成187Re的186W、或用于形成131I的134Xe、或用于生成67Cu的68Zn。
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