DE3808973C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gastargetvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Targetvorrichtungen sind aus "Nucl. Instruments and Methods in Physics Research, Bd. B 26 (1987), S. 253-258 und aus der DE-OS 36 20 237 bekannt.

Für die Herstellung von gewissen Radioisotopen ist es notwen­ dig, hochangereicherte isotopenreine Gase bei hohem Druck mit energiereichen Ionen zu bestrahlen. Eine möglichst hohe Pro­ dukteffizienz wird dadurch erreicht, daß mit einer möglichst großen Ionenstrahlstromstärke gearbeitet wird. Da in dem in Frage kommenden Energiebereich von 10 bis 30 MeV pro Neutron die geladenen Teilchen in Festkörpern ihre Energie bisher schnell verlieren, ist man gezwungen, diese sogenannten Gastargets mit relativ dünnen Eingangsfolien als Fenster zu versehen. Diese Eingangsfolien unterliegen folgenden Einflüs­ sen: Druck, Temperatur und Strahlenbelastung. Experimentelle Erfahrungen haben nun gezeigt, daß das erwähnte Reißen oder das Auftreten von kleineren Undichtigkeiten niemals vollständig ausgeschlossen werden kann.

Das Eintrittsfenster an einem Ende der Kammer einer Gastarget­ vorrichtung, durch welches die beschleunigten und geladenen Teilchen eintreten, sollte sehr dünn sein, andererseits muß das Gas in der Targetkammer jedoch unter einem gewissen Druck gehalten werden, um einen guten Bestrahlungswirkungsgrad der geladenen Teilchen zu erreichen. Zusätzlich muß eine Zerstö­ rung des Fensters durch die Bestrahlung während der Bestrah­ lung mit den Teilchen wie schon erwähnt in Betrachtung gezogen werden. In einem vorliegenden Fall als Beispiel soll gasförmi­ ges Xenon 124, welches auf 99,8% angereichert ist, mit einem Protonenstrahl von 30 MeV 6 Stunden lang bestrahlt werden, um als Endprodukt einer bekannten Reaktionskette Jod 123 zu er­ halten. Dabei wird ein großer Teil des Jod 123, welches in der Targetkammer entsteht, in der Zeit unmittelbar nach der Be­ strahlung erhalten.

Probleme die dabei auftreten, bestehen zum einen in dem sehr dünnen Film, aus welchem das Fenster an der Eintrittsseite der Kammer des Gastargets gefertigt sein muß und andererseits darin, daß die Gaskammer unter einem inneren Überdruck gehal­ ten werden muß, der in der Größenordnung von 15 bar liegen kann.

Es würde somit, falls der erwähnte sehr dünne Metallfilm wäh­ rend der Bestrahlung des Gastargets bricht, ein beträchtlicher Teil der in der Targetkammer erzeugten Radioisotope in den Va­ kuumraum des Bestrahlungsapparates, z. B. eines Zyklotrons, ent­ weichen, wodurch eine Verunreinigung desselben mit den radio­ aktiven Substanzen verursacht würde. Darüber hinaus wäre der Verlust des angereicherten Targetgases sehr kostspielig.

Verbindet man nun ein herkömmliches Gastarget direkt mit dem Vakuumsystem eines Strahlführungssystems und/oder eines Teil­ chenbeschleunigers, so ergeben sich bei Defekten der Eingangs­ folien folgende Nachteile:

• 1. Verluste des teuren Gases,
• 2. Kontamination (die bestrahlten Gase sind in der Regel schon nach kurzen Bestrahlungszeiten hochradioaktiv) des Strahl­ führungssystems und/oder Beschleunigers,
• 3. Produktionsausfall mit wirtschaftlichen Verlusten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Gastarget­ vorrichtung zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile ver­ mieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin­ dung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführt sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gastargetvorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen, die in den Kennzeichen der Unteransprüche angegeben sind.

Durch das Zwischenvakuum des erfindungsgemäßen Gastargets wird nun bei einem Defekt der Eingangsfolie der Verlust auch von kleinsten Gasmengen verhindert und eine Kontamination des Strahlerzeugers ausgeschlossen. Das Zwischenvakuum bietet dar­ über hinaus auch eine Meßmöglichkeit für die Dichtigkeit der Eintrittsfolie zum Gastargetvolumen mit hoher Empfindlichkeit. Dadurch kann ein rechtzeitiges Auswechseln der Eingangsfolie erfolgen wodurch die Produktionssicherheit erheblich gestei­ gert werden kann.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt dabei den Querschnitt durch die Gastargetvor­ richtung mit der vorgeschalteten Vakuumkammer.

Gemäß der Figur besteht die neue Gastargetvorrichtung aus ei­ nem geteilten Gehäuse 1, 2 welches den Vakuumraum 3 als Si­ cherheitsvolumen enthält und dem Targetgehäuse 6, in dessen Innenraum 14 die Bestrahlung beispielsweise von dem erwähnten Xenon 124 stattfindet. Zwischen dem Gehäuse 1, 2 und dem Tar­ getgehäuse 6 sind zwei Flanschplatten 4 und 5 kraftschlüssig gehalten von denen die eine 4, die dem Gehäuse 2 zugewendete dieses gegenüber mittels des O-Ringes 19 und die andere 5, die dem Targetgehäuse 6 zugewendete mittels des konzentrischen O- Ringpaares 20 abgedichtet ist. Beide Flanschplatten 4 und 5 sind gegeneinander verschraubt und halten zwischen sich eine Metallfolie 10. Die in der Trennfuge gehaltene bzw. einge­ preßte Folie 10 ist mittels einer Schneidkante 24 und dem kon­ zentrisch darumliegenden O-Ring 21 abgedichtet und gehaltert. Die Ringräume im O-Ringpaar 20 sowie der zwischen der Schneid­ kante 25 und dem O-Ring 21 sind dabei durch Absaugen auf Un­ dichtigkeiten überwachbar. Das Targetgehäuse 6 ist in Richtung 22 beweglich und wird im Betriebszustand mittels nicht darge­ stellter Druckelemente mit vorbestimmter Kraft gegen das Ge­ häuseteil 2 gepreßt, so daß das verschraubte Flanschplatten­ paar 4 und 5 kraftschlüssig und abgedichtet zwischen den Ge­ häusen gehalten wird.

Das Targetgehäuse 6 enthält wie bereits erwähnt den Targetraum 14 mit dem Targetvolumen, das mit einer Zuleitung 7 und einer Ableitung 8 versehen ist. Um den Targetraum 14 herum sind im Gehäuse 6 nicht mehr dargestellte Kühlkanäle vorgesehen. Tar­ getraum 14 und Vakuumraum 3 sind nun mittels des im Flansch­ plattenpaar 5 zentrisch verlaufenden Kanales 9 verbunden wobei dieser durch die Folie 10 zwischen den Platten 4 und 5 ver­ schlossen ist, die ihrerseits auf die bereits erwähnte Weise miteingeklemmt ist. Das Flanschplattenpaar 4, 5 läßt sich nun mit der Folie zusammen fernbedient auswechseln. Die gasdichte Metallfolie 10 ist für geladene Teilchen durchlässig und trennt den Vakuumraum 3 vom Targetraum 6, wobei zwischen die­ sen eine erhebliche Druckdifferenz auftreten kann. Auf der an­ deren Seite des Vakuumraumes 3 bzw. im vorderen Gehäuseteil 1 (in Strahlrichtung gesehen) ist die Strahleintrittsöffnung 11 koaxial zum Kanal 9 bzw. zum Targetraum 14 gelegen. Die Strahleintrittsöffnung 11 ist mit einer weiteren Folie 12 ver­ schlossen, die durch den eingeschraubten Ring 13 in der Öff­ nung 11 gehalten wird. Der Strahl 18 trifft vom Vakuum 15 des Strahlerzeugers her durch für geladene Teilchen ebenfalls durchlässige Folie 12 und die Strahleintrittsöffnung 11 in den Vakuumraum 3 und gelangt von dort über den Kanal 9 und durch die Folie 10 in den Targetraum 14, in dem sich das zu bestrah­ lende Gas befindet. Der Vakuumraum 3 bildet somit eine Art Vorkammer für den Targetraum 14, ist von ihm und dem Vakuum­ raum 15 des Strahlerzeugers jedoch durch gasundurchlässige Wände bzw. Folien 10 und 12 abgeschlossen. Somit kann in den Vakuumraum 3 ein getrenntes Vakuum unabhängig als sogenanntes Sicherheitsvolumen aufrechterhalten werden.

Das Gehäuse des Vakuumraumes 3 ist zweiteilig ausgeführt, wo­ bei die Gehäuseteile 1 und 2 mittels der Schrauben 16 mitein­ ander vakuumdicht verschraubt sind. An den Vakuumraum 3 ist durch sein Gehäuse hindurch die Saugleitung 17 angeschlossen, mittels welcher er unter Vakuum gehalten wird und welche ein getrenntes Absaugen ermöglicht.

Wichtig ist nun, daß der Vakuumraum 3 bzw. das Sicherheitsvo­ lumen bezüglich seiner Dimensionierung auf das Volumen des Tar­ getraumes 14 abgestimmt ist. Es muß nun mindestens um das Druckverhältnis zwischen Targetraum 14 und Vakuumraum 3 größer sein, damit bei einem Bruch der Folie 10 das entspannte Volu­ men des Targetraumes 14 aufgenommen werden kann und danach im Vakuumraum 3 nur noch Vakuum bzw. ein gewisser Unterdruck auf­ recht erhalten werden kann. Da bei einem Bruch der Folie 10 infolge der hohen Drücke und Temperaturen im Kanal in Richtung Vakuum 3 sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Schallgeschwindigkeit auftreten können, ist der Übergang vom Kanal 9 zum Vakuumraum 3 in Form einer konischen Erweiterung 23 ausgeführt. An der gegenüberliegenden Stelle des Vakuumrau­ mes 3 ist an der Innenseite des Gehäuseteils 1 ebenfalls eine konische Erweiterung 24 vorgesehen, die im Bruchfall die Strö­ mungsenergie auffächert. Die konischen Erweiterungen sind so­ mit ebenso wie die Teile des Kanales 9 zwischen den Folien 10 und 11 Bestandteile des Vakuumraumes 3. Der wichtigste Ge­ sichtspunkt ist dabei, daß dieser Raum 3 durch sein Vakuum und seine Dimensionierung das gesamte Volumen des Targetraumes 14 auf die beschriebene Weise auffangen kann.

Funktion des Sicherheitsvolumens

Während der Bestrahlung wird der ringförmig und räumlich aus­ gedehnte Vakuumraum 3 in dem Gehäuse 1, 2 des Sicherheitsvolu­ mens unter Vakuum gehalten und mittels Druckanzeigeeinrichtun­ gen überwacht. Falls nun die Metallfolie 10 auf der Target­ seite bricht, wird die Druckanzeige einer Druckanzeigevorrich­ tung für den Vakuumraum 3 ansteigen, während der Druck auf der Targetseite abfällt. Darauf werden in so einem Fall die Be­ strahlungen beendet und das Flanschplattenpaar 4, 5 nach Ver­ schieben des Targetgehäuses 6 in Richtung 22 entfernt und durch ein neues mit intakter Folie 10 ersetzt. Wenn auf der anderen Seite die dem Strahl 10 zugewendete Folie 12 bricht, wird die Druckanzeige für den Raum 3 je nach Druckdifferenz zum Vakuumraum 15 steigen oder fallen, während im Targetraum 14 keine Druckveränderung festzustellen ist. In einem solchen Fall werden die Bestrahlungen ebenfalls beendet und die Folie 12 nach Lösen der Ringe 13 ausgewechselt.

Bezugszeichenliste

 1 Teil des Vakuumgehäuses
 2 Teil des Vakuumgehäuses
 3 Vakuumraum
 4 erste Flanschplatte
 5 zweite Flanschplatte
 6 Targetgehäuse
 7 Zuleitung
 8 Ableitung
 9 Kanal
10 Metallfolie
11 Strahleintrittsöffnung
12 Metallfolie
13 Ring
14 Targetraum
15 Vakuumraum
16 Schrauben
17 Saugleitung
18 Strahl
19 O-Ring
20 O-Ringpaar
21 O-Ring
22 Bewegungsrichtung
23 konische Erweiterung
24 konische Erweiterung
25 Schneidkante

Claims (6)

1. Gastargetvorrichtung, in welcher ein gasförmiges Target un­ ter Verwendung eines Beschleunigers für geladene Teilchen mit geladenen Teilchen beschossen wird und unter Ausnutzung verschiedenartiger Kernreaktionen Radioisotope gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen Teil der Gastargetvorrichtung in Eingangsrichtung der geladenen Teilchen ein Vakuumraum (3) als Sicherheitsvolumen vorge­ schaltet ist, der an beiden Enden je eine gasdichte, jedoch für die geladenen Teilchen (18) durchlässige Metallfolie (10, 12) aufweist, mittels welcher er gasdicht von dem Reak­ tionsraum (14) der Gastargetvorrichtung und dem Vakuumsy­ stem (15) des Beschleunigers getrennt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Targetraum (14) und der Vakuumraum (3) in getrennten Gehäusen (1, 2 bzw. 6) untergebracht sind, wobei zwischen beiden ein mittels der Metallfolie (10) abgeschlossener Verbindungskanal (9) besteht und das Gehäuse (6) des Targetraumes (14) zu den Gehäusen (1, 2) des Vakuumraumes (3) bewegt- und an diesen anpreßbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (10) zwischen dem Gehäuse (1, 2) und dem Gehäuse (6) flanschartig gehaltert ist, wobei der Flansch zusammen mit der Folie (10) nach Wegbewegen des Gehäuses (6) fernbedient auswechselbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch aus zwei gegeneinander verschraubten Flansch­ platten (4, 5) besteht, zwischen denen die den Kanal (9) im Flansch verschließende Folie (10) mittels einer Schneid­ kante (25) dicht eingepreßt ist und die kraftschlüssig ab­ gedichtet zwischen den Gehäusen (1, 2 und 6) gehalten sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen dem Dichtungspaar (20) und den Dichtungen (25 und 21) überwachbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Folien (10, 12) aus Aluminium, Edel­ stahl, Molybden, Niob oder Tantal bestehen.