JP2019533818A - ターゲットアセンブリ及び同位体製造システム - Google Patents

Abstract

同位体製造システム用のターゲットアセンブリ。このターゲットアセンブリは、製造チャンバと、製造チャンバに隣接するビームキャビティと、を有するターゲット本体を含む。製造チャンバは、ターゲット材料を保持するように構成されている。ビームキャビティは、ターゲット本体の外側に対して開口し、製造チャンバに入射する粒子ビームを受容するように構成されている。ターゲットアセンブリはまた、ビームキャビティ及び製造チャンバを分離するように位置付けられているターゲットシートを含む。ターゲットシートは、同位体の製造中にターゲットシートがターゲット材料と接触するように、製造チャンバに露出される側面を有する。ターゲットシートはグラフェンを含む。【選択図】図５

Description

本明細書に開示される主題は、概して同位体製造システムに関し、より具体的には、粒子ビームで照射されるターゲット材料を有する同位体製造システムに関する。

放射性同位体（放射性核種とも称される）は、医学的治療、画像、及び研究におけるいくつかの用途、並びに医学に関連しない他の用途を有する。放射性同位体を製造するシステムは、典型的には、荷電粒子（例えば、Ｈ−イオン）のビームを加速させ、このビームをターゲット材料に誘導して同位体を生成する、サイクロトロンなど粒子加速器を含む。サイクロトロンは、電界及び磁界を使用して、加速チャンバ内の所定の軌道に沿って荷電粒子を加速させ、誘導する複雑なシステムである。粒子が軌道の外側部分に到達すると、荷電粒子は、同位体製造用のターゲット材料を保持するターゲットアセンブリに向けられる粒子ビームを形成する。

典型的には液体、ガス、又は固体であるターゲット材料は、ターゲットアセンブリのチャンバ内に収容される。ターゲットアセンブリは、粒子ビームを受容し、粒子ビームがチャンバ内のターゲット材料に入射できるようにするビーム通路を形成する。チャンバ内にターゲット材料を収容するために、ビーム通路は、１つ以上の箔によってチャンバから分離される。例えば、チャンバは、ターゲット本体内の空隙によって画定されてよい。ターゲット箔は片側の空隙を覆い、ターゲットアセンブリの一部は空隙の反対側を覆って、それらの間にチャンバを画定してよい。粒子ビームはターゲット箔を通過し、比較的少量のターゲット材料内に比較的大量の電力を堆積させ、それによって、チャンバ内で大量の熱エネルギーを発生させる。この熱エネルギーの一部は、ターゲット箔に伝達される。

ターゲット箔は、製造チャンバに接するターゲット箔の側面に沿って高温及び圧力を受ける。高温及び圧力は、ターゲット箔を破裂、融解、又は他の損傷に対して脆弱にする応力をもたらす。箔が損傷すると、製造チャンバに入るエネルギーのレベルが増加する。より大きいエネルギーレベルは、望ましくない同位体、又はターゲット材料を使用不能にする他の不純物を生成し得る。

加えて、ターゲット箔は、粒子ビームからエネルギーを吸収する。このエネルギーは、そうでなければ、製造チャンバ内の反応に有用であり得る。加えて、ターゲット箔は、経時的に高度に活性化し、ターゲット箔を交換しなければならない技術者に健康上の問題をもたらす。ターゲット箔はまた、活性化されたイオンがターゲット材料によってターゲット箔から吸収されるときにターゲット媒体を汚染し得る。更に、少なくともいくつかの反応のための同位体製造は、ターゲット材料の温度があまり上昇しないときに、より良好であり得る。

箔の過熱の課題に対処するために、従来のシステムは、ターゲット箔から熱エネルギーを移動させる冷却システムを含む。冷却システムは、冷却媒体（例えば、ヘリウム）に、箔から熱エネルギーを吸収する冷却チャンバを通過させる。しかしながら、冷却システムにもかかわらず、ターゲット箔及びターゲット材料の温度は、依然として過熱し、上記のような他の課題が残っている。

ある実施形態では、同位体製造システム用のターゲットアセンブリが提供される。このターゲットアセンブリは、製造チャンバと、製造チャンバに隣接するビームキャビティと、を有するターゲット本体を含む。製造チャンバは、ターゲット材料を保持するように構成されている。ビームキャビティは、ターゲット本体の外側に対して開口し、製造チャンバに入射する粒子ビームを受容するように構成されている。ターゲットアセンブリはまた、ビームキャビティ及び製造チャンバを分離するように位置付けられているターゲットシートを含む。ターゲットシートは、同位体の製造中にターゲットシートがターゲット材料と接触するように、製造チャンバに露出される側面を有する。ターゲットシートはグラフェンを含む。

いくつかの態様では、ターゲットシートはグラフェンから本質的になるグラフェン層を含む。

いくつかの態様では、ターゲットシートはまた、グラフェン層に対して積層されるチャンバ層を含む。チャンバ層はグラフェン層と製造チャンバとの間に位置付けられ、同位体の製造中にターゲット材料がチャンバ層と接触するように製造チャンバに露出される。任意選択的に、チャンバ層は、粒子ビームによる活性化時に長寿命同位体を生じさせる材料を含まない。任意選択的に、チャンバ層は、金、ニオブ、タンタル、チタン、又は上記のうちの１つ以上を含む合金を含む。

いくつかの態様では、ターゲットシートは、少なくとも２０マイクロメートルの厚さを有する。

いくつかの態様では、ターゲットシートは、グラフェンから本質的になるグラフェン層を備え、このグラフェン層は、少なくとも２０マイクロメートルの厚さを有する。

いくつかの態様では、ターゲット本体は、ビーム通路内に配置されたグリッド部を含む。グリッド部は、ターゲットシートの前面と接する背面を有する。グリッド部はターゲットシートを支持して、製造チャンバ内の高圧による破裂の可能性を低減する。

ある実施形態では、粒子ビームを生成するように構成されている粒子加速器を含む同位体製造システムが提供される。同位体ターゲットアセンブリは、製造チャンバと、製造チャンバに隣接するビームキャビティと、を有するターゲット本体を含み、製造チャンバは、ターゲット液体を保持するように構成されており、ビームキャビティは、ターゲット本体の外側に対して開口し、製造チャンバに入射する粒子ビームを受容するように構成されており、ターゲットアセンブリはまた、ビームキャビティ及び製造チャンバを分離するように位置付けられているターゲットシートを含み、ターゲットシートは、同位体の製造中にターゲット材料がターゲットシートと接触するように、製造チャンバに露出される側面を有し、ターゲットシートはグラフェンを含む。

いくつかの態様では、ターゲットシートはグラフェンから本質的になるグラフェン層を含む。

いくつかの態様では、ターゲットシートはまた、グラフェン層に対して積層されるチャンバ層を含む。チャンバ層はグラフェン層と製造チャンバとの間に位置付けられ、同位体の製造中にターゲット材料がチャンバ層と接触するように製造チャンバに露出される。任意選択的に、チャンバ層は、粒子ビームによる活性化時に長寿命同位体を生じさせる材料を含まない。任意選択的に、ターゲットシートは、少なくとも２０マイクロメートルの厚さを有する。

いくつかの態様では、ターゲット本体は、ビーム通路内に配置されるグリッド部を含み、グリッド部は、ターゲットシートの前面と接する背面を有し、グリッド部は、ターゲットシートを支持して、製造チャンバ内の高圧による破裂の可能性を低減する。

いくつかの態様では、同位体製造システムはまた、硝酸中の硝酸^６８Ｚｎを製造チャンバに流し込むように構成されている流体制御システムを含む。

ある実施形態では、放射性同位体を生成する方法が提供される。本方法は、ターゲットアセンブリの製造チャンバにターゲット材料を供給することを含む。ターゲットアセンブリは、製造チャンバと、製造チャンバに隣接するビームキャビティと、を有する。製造チャンバは、ターゲット液体を保持するように構成されている。ビームキャビティは、製造チャンバに入射する粒子ビームを受容するように構成されている。ターゲットアセンブリはまた、ビームキャビティ及び製造チャンバを分離するように位置付けられているターゲットシートを含む。ターゲットシートは、同位体の製造中にターゲット材料がターゲットシートと接触するように、製造チャンバに露出される側面を有する。ターゲットシートはグラフェンを含む。本方法はまた、粒子ビームをターゲット材料へと方向付けることを含む。粒子ビームは、ターゲットシートを通過してターゲット材料に入射する。

いくつかの態様では、ターゲット材料は、硝酸中の硝酸^６８Ｚｎを含む。グラフェン層は、同位体の製造中にターゲット材料がグラフェン層と接触するように、製造チャンバに露出される。任意選択的に、ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、７〜２４ＭｅＶである。

いくつかの態様では、ターゲット材料は天然^１４Ｎ_２ガスを含む。任意選択的に、ターゲットシートは、製造チャンバとグラフェン層との間に配置されるチャンバ層を含む。チャンバ層は、グラフェン層から製造チャンバへの非活性炭素の流れを妨げる。

ある実施形態による同位体製造システムのブロック図である。 ある実施形態による抽出システム及びターゲットシステムの側面図である。 ある実施形態によるターゲットアセンブリの背面斜視図である。 図３のターゲットアセンブリの正面斜視図である。 図３のターゲットアセンブリの分解図である。 Ｚ軸に対して横方向に取られたターゲットアセンブリの断面図であり、ターゲットアセンブリの熱エネルギーを吸収する冷却チャネルを示す。 Ｘ軸に対して横方向に取られた、図３のターゲットアセンブリの断面図である。 Ｙ軸に対して横方向に取られた、図３のターゲットアセンブリの断面図である。 ある実施形態による方法を示すフローチャートである。

前述の概要、並びに以下の特定の実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、より良く理解されるであろう。図が様々な実施形態のブロックの図を示す範囲では、ブロックは、必ずしもハードウェアの区分を示すものではない。したがって、例えば、ブロックのうちの１つ以上は、単一のハードウェア又は複数のハードウェアで実施されてよい。様々な実施形態は、図面に示される構成及び手段に限定されないことを理解されたい。

本明細書で使用する場合、単数形で書かれ、単語「ａ」又は「ａｎ」が前に付く要素又は工程は、例外であることが明示されない限り、当該要素又は工程が複数であることを除外しないことを理解すべきである。更に、本発明の「一実施形態」という言及は、記載した特徴を含む追加の実施形態の存在を除外すると解釈されるべきではない。更に、明示的に反対のことが言及されない限り、特定の特性を有する１つの要素又は複数の要素を「備える」又は「有する」実施形態は、その特性を有さない、かかる追加の要素を含み得る。

図１は、ある実施形態による同位体製造システム１００のブロック図である。同位体製造システム１００は、イオン源システム１０４、電界システム１０６、磁界システム１０８、真空システム１１０、冷却システム１２２、及び流体制御システム１２５など複数のサブシステムを有する粒子加速器１０２（例えば、サイクロトロン）を含む。同位体製造システム１００の使用中、ターゲット材料１１６（例えば、ターゲット液体又はターゲットガス）は、ターゲットシステム１１４の指定された製造チャンバ１２０に供給される。ターゲット材料１１６は、流体制御システム１２５を介して製造チャンバ１２０に供給されてよい。流体制御システム１２５は、１つ以上のポンプ及び弁（図示せず）を通って製造チャンバ１２０に至るターゲット材料１１６の流れを制御してよい。流体制御システム１２５はまた、製造チャンバ１２０に不活性ガスを供給することによって、製造チャンバ１２０内で受ける圧力を制御してよい。

粒子加速器１０２の動作中、荷電粒子は、イオン源システム１０４を介して粒子加速器１０２内に配置される、又は注入される。磁界システム１０８及び電界システム１０６は、荷電粒子の粒子ビーム１１２の生成時に互いに協働するそれぞれの界を生成する。

また、図１に示されるように、同位体製造システム１００は抽出システム１１５を有する。ターゲットシステム１１４は、粒子加速器１０２に隣接して位置付けられてよい。同位体を生成するために、粒子ビーム１１２は、ビーム経路１１７に沿って抽出システム１１５を介してターゲットシステム１１４へと粒子加速器１０２によって方向付けられ、その結果、粒子ビーム１１２は、指定された製造チャンバ１２０に位置するターゲット材料１１６に入射する。いくつかの実施形態では、粒子加速器１０２及びターゲットシステム１１４は、空間又は間隙によって（例えば、距離によって）分離されず、及び／又は別個の部分ではないことに留意されたい。したがって、これらの実施形態では、粒子加速器１０２及びターゲットシステム１１４は、構成要素又は部分間にビーム経路１１７が設けられないように、単一の構成要素又は部分を形成してよい。

同位体製造システム１００は、医学的画像、研究、及び治療に使用され得る放射性同位体（放射性核種とも呼ばれる）を生成するように構成されているが、科学的研究又は分析など医学に関連しない他の用途にも使用され得る。核医学（ＮＭ）画像又は陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）画像など医療目的で使用される場合、放射性同位体はトレーサーと呼ばれてよい。同位体製造システム１００は、医学的画像又は治療に使用するための個々の用量など、所定の量又はバッチで同位体を製造し得る。例として、同位体製造システム１００は、硝酸中の硝酸^６８Ｚｎを含むターゲット液体から^６８Ｇａ同位体を生成し得る。同位体製造システム１００はまた、^１８Ｆ⁻同位体を液体形態で作製する陽子を生成するように構成されてよい。これらの同位体を製造するために使用されるターゲット材料は、濃縮^１８Ｏ水又は^１６Ｏ−水であってよい。いくつかの実施形態では、同位体製造システム１００はまた、^１５Ｏ標識水を製造するために陽子又は重水素を生成してよい。異なるレベルの活性を有する同位体が提供されてよい。

いくつかの実施形態では、同位体製造システム１００は、^１Ｈ⁻技術を使用し、荷電粒子を、およそ１０〜３０μＡのビーム電流で低エネルギー（例えば、約８ＭｅＶ又は約１４ＭｅＶ）にする。かかる実施形態では、水素負イオンは加速させられ、粒子加速器１０２を介して抽出システム１１５へと誘導される。次いで、水素負イオンは、抽出システム１１５のストリッパ箔（図１には示されていない）に衝突し、それによって一対の電子を除去し、粒子を正イオンの^１Ｈ^＋にしてよい。しかしながら、代替実施形態では、荷電粒子は、^１Ｈ^＋、^２Ｈ^＋、及び^３Ｈｅ^＋など正イオンであってよい。かかる代替実施形態では、抽出システム１１５は、粒子ビームをターゲット材料１１６に向けて誘導する電界を作り出す静電偏向器を含んでよい。様々な実施形態は、より低いエネルギーシステムでの使用に限定されるものではなく、より高いエネルギーシステム、例えば、最大２５ＭｅＶ以上のビーム電流で使用され得ることに留意されたい。

同位体製造システム１００は、それぞれの構成要素によって生成された熱を吸収するために、冷却流体（例えば、水又はヘリウムなどガス）を異なるシステムの様々な構成要素へと輸送する冷却システム１２２を含んでよい。例えば、１つ以上の冷却チャネルは、製造チャンバ１２０に近接して延在し、そこから熱エネルギーを吸収してよい。同位体製造システム１００はまた、様々なシステム及び構成要素の動作を制御するために使用され得る制御システム１１８を含んでよい。制御システム１１８は、同位体製造システム１００を自動的に制御するため、及び／又は特定機能の手動制御を可能にするために必要な回路を含んでよい。例えば、制御システム１１８は、１つ以上のプロセッサ又は他の論理ベース回路を含んでよい。制御システム１１８は、粒子加速器１０２及びターゲットシステム１１４に近接して、又はそこから離れて位置する１つ以上のユーザインターフェースを含んでよい。図１には示されていないが、同位体製造システム１００はまた、粒子加速器１０２及びターゲットシステム１１４用の１つ以上の放射シールド及び／又は磁気シールドを含んでよい。

同位体製造システム１００は、荷電粒子を所定のエネルギーレベルに加速させるように構成されてよい。例えば、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、荷電粒子をおよそ１８ＭｅＶ以下のエネルギーに加速させる。他の実施形態では、同位体製造システム１００は、荷電粒子をおよそ１６．５ＭｅＶ以下のエネルギーに加速させる。特定の実施形態では、同位体製造システム１００は、荷電粒子をおよそ９．６ＭｅＶ以下のエネルギーに加速させる。より具体的な実施形態では、同位体製造システム１００は、荷電粒子をおよそ７．８ＭｅＶ以下のエネルギーに加速させる。しかしながら、本明細書に記載の実施形態はまた、１８ＭｅＶを超えるエネルギーを有してよい。例えば、実施形態は、１００ＭｅＶ超、５００ＭｅＶ以上のエネルギーを有してよい。同様に、実施形態は、様々なビーム電流値を用いてよい。例として、ビーム電流はおよそ１０〜３０μＡの間であってよい。他の実施形態では、ビーム電流は、３０μＡ超、５０μＡ超、又は７０μＡ超であってよい。更に他の実施形態では、ビーム電流は、１００μＡ超、１５０μＡ超、又は２００μＡ超であってよい。

同位体製造システム１００は、別個のターゲット材料１１６Ａ〜Ｃが位置する複数の製造チャンバ１２０を有してよい。移動装置又はシステム（図示せず）を使用して、粒子ビーム１１２が異なるターゲット材料１１６に入射するように、粒子ビーム１１２に対して製造チャンバ１２０を移動してよい。あるいは、粒子加速器１０２及び抽出システム１１５は、１つの経路のみに沿って粒子ビーム１１２を方向付けなくてよいが、それぞれ異なる製造チャンバ１２０Ａ〜Ｃの固有の経路に沿って粒子ビーム１１２を方向付けてよい。更に、ビーム経路１１７は、粒子加速器１０２から製造チャンバ１２０まで実質的に直線状であってよく、あるいは、ビーム経路１１７は、それに沿った１つ以上の点において湾曲してよい、又は向きを変えてよい。例えば、ビーム経路１１７に沿って位置付けられる磁石は、異なる経路に沿って粒子ビーム１１２を方向転換するように構成されてよい。

ターゲットシステム１１４は、複数のターゲットアセンブリ１３０を含む。ただし他の実施形態では、ターゲットシステム１１４は、１つのターゲットアセンブリ１３０のみを含み得る。ターゲットアセンブリ１３０は、複数の本体部１３４、１３５、１３６を有するターゲット本体１３２を含む。ターゲットアセンブリ１３０はまた、ターゲット材料と衝突する前に粒子ビームが通過する１つ以上の箔を含むように構成されている。例えば、ターゲットアセンブリ１３０は、第１のシート１３８と、第２のシート１４０と、を含む。以下により詳細に記載されるように、第１のシート１３８及び第２のシート１４０はそれぞれ、ターゲットアセンブリ１３０のグリッド部（図１には図示せず）と係合してよい。第２シート１４０はまた、ターゲットシートと称されてよい。

特定の実施形態は、第１及び第２のシート用の直接冷却システムを含まなくてよい。従来のターゲットシステムは、第１のシートと第２のシートとの間に存在する空間を介して冷却媒体（例えば、ヘリウム）を方向付ける。冷却媒体は、第１及び第２のシートに接触し、第１及び第２のシートから熱エネルギーを直接吸収し、熱エネルギーを第１及び第２のシートから離すように移動させる。本明細書に記載の実施形態は、かかる冷却システムを含まなくてよい。例えば、この空間を取り囲む半径方向表面は、チャネルに流体的に連結されているポートを含まなくてよい。しかしながら、冷却システム１２２は、ターゲットシステム１１４の他の物体を冷却し得ることを理解されたい。例えば、冷却システム１２２は、本体部１３６を通るように冷却水を方向付けて、製造チャンバ１２０からの熱エネルギーを吸収してよい。しかしながら、実施形態は、半径方向表面に沿ってポートを含み得ることを理解されたい。かかるポートは、第１及び第２のシート１３８、１４０を冷却するため、又は第１及び第２のシート１３８、１４０間の空間を排気するための冷却媒体を提供するために使用されてよい。

本明細書に記載のサブシステムのうちの１つ以上を有する同位体製造システム及び／又はサイクロトロンの例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１１／０２５５６４６号に見出すことができる。更に、本明細書に記載の実施形態で使用され得る同位体製造システム及び／又はシクロトロンはまた、米国特許出願第１２／４９２，２００号、同第１２／４３５，９０３号、同第１２／４３５，９４９号、同第１２／４３５，９３１号、及び同第１４／７５４，８７８号に記載されており、これらはそれぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

図２は、抽出システム１５０及びターゲットシステム１５２の側面図である。図示される実施形態では、抽出システム１５０は、箔ホルダ１５８と、１つ以上の抽出箔１６０（ストリッパ箔とも称される）と、をそれぞれ含む、第１及び第２の抽出ユニット１５６、１５８を含む。抽出プロセスは、ストリッピング箔の原理に基づき得る。より具体的には、荷電粒子（例えば、加速された負イオン）の電子は、荷電粒子が抽出箔１６０を通過する際にストリッピングされる。粒子の電荷は負電荷から正電荷に変化し、それにより、磁界内の粒子の軌跡を変化させる。抽出箔１６０は、正帯電粒子を含む外部粒子ビーム１６２の軌道を制御するように位置付けられてよく、外部粒子ビーム１６２を指定されたターゲット位置１６４の方向に導くために使用されてよい。

図示される実施形態では、箔ホルダ１５８は、１つ以上の抽出箔１６０を保持できる回転可能なカルーセルである。しかしながら、箔ホルダ１５８は回転可能である必要はない。箔ホルダ１５８は、トラック又はレール１６６に沿って選択的に位置付けられてよい。抽出システム１５０は、１つ以上の抽出モードを有してよい。例えば、抽出システム１５０は、１つの外部粒子ビーム１６２のみが出口ポート１６８へと誘導される単一ビーム抽出用に構成されてよい。図２では、１〜６として列挙される６つの出口ポート１６８が存在する。

抽出システム１５０はまた、２つの外部ビーム１６２が２つの出口ポート１６８へと同時に誘導されるデュアルビーム抽出用に構成されてよい。デュアルビームモードでは、抽出システム１５０は、抽出ユニット１５６、１５８を選択的に位置付けて、各抽出ユニットが、粒子ビームの一部（例えば、上半分及び下半分）を遮断してよい。抽出ユニット１５６、１５８は、異なる位置間でトラック１６６に沿って移動するように構成されている。例えば、駆動モータを使用して、抽出ユニット１５６、１５８をトラック１６６に沿って選択的に位置付けてよい。各抽出ユニット１５６、１５８は、出口ポート１６８のうちの１つ以上を担う動作範囲を有する。例えば、抽出ユニット１５６は、出口ポート４、５、及び６に割り当てられてよく、抽出ユニット１５８は出口ポート１、２、及び３に割り当てられてよい。各抽出ユニットは、割り当てられた出口ポートへと粒子ビームを方向付けるために使用されてよい。

箔ホルダ１５８は、ストリッピングされた電子の電流測定を可能にするように絶縁されてよい。抽出箔１６０は、ビームが最終エネルギーに到達するビーム経路の半径に位置する。図示される実施形態では、箔ホルダ１５８のそれぞれは、複数の抽出箔１６０（例えば、６つの箔）を保持し、軸１７０を中心として回転可能であり、ビーム経路内に異なる抽出箔１６０を位置付けることができる。

ターゲットシステム１５２は、複数のターゲットアセンブリ１７２を含む。合計６つのターゲットアセンブリ１７２が示され、それぞれが対応の出口ポート１６８に対応する。粒子ビーム１６２が選択された抽出箔１６０を通過すると、対応の出口ポート１６８を通って対応するターゲットアセンブリ１７２に入る。粒子ビームは、対応するターゲット本体１７４のターゲットチャンバ（図示せず）に入る。ターゲットチャンバは、ターゲット材料（例えば、液体、ガス、又は固体材料）を保持し、粒子ビームは、ターゲットチャンバ内のターゲット材料に入射する。粒子ビームは、以下により詳細に記載されるように、まずターゲット本体１７４内の１つ以上のターゲットシートに入射してよい。ターゲットアセンブリ１７２は電気的に絶縁されて、ターゲット材料、ターゲット本体１７４、及び／又はターゲット本体１７４内のターゲットシート若しくは他の箔への入射時に粒子ビームの電流を検出できるようにする。

本明細書に記載のサブシステムのうちの１つ以上を有する同位体製造システム及び／又はサイクロトロンの例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１１／０２５５６４６号に見出すことができる。更に、本明細書に記載の実施形態で使用され得る同位体製造システム及び／又はシクロトロンはまた、米国特許出願第１２／４９２，２００号、同第１２／４３５，９０３号、同第１２／４３５，９４９号、同第１２／４３５，９３１号、及び同第１４／７５４，８７８号に記載されており、これらはそれぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

図３及び４は、それぞれある実施形態に従って形成されたターゲットアセンブリ２００の背面斜視図及び正面斜視図である。図４は、ターゲットアセンブリ２００の分解図である。ターゲットアセンブリ２００は、同位体製造システム１００（図１）など同位体製造システムで使用するように構成されている。例えば、ターゲットアセンブリ２００は、同位体製造システム１００のターゲットアセンブリ１３０（図１）又はターゲットアセンブリ１７２（図２）と類似又は同一であってもよい。ターゲットアセンブリ２００は、図３及び４で完全に組み立てられているターゲット本体２０１を含む。

ターゲット本体２０１は、３つの本体部２０２、２０４、２０６、ターゲットインサート２２０（図５）、及びグリッド部２２５（図５）から形成される。本体部２０２、２０４、２０６は、ターゲット本体２０１の外側構造又は外側を画定する。具体的には、ターゲット本体２０１の外側構造は、本体部２０２（前本体部又はフランジと称されることがある）、本体部２０４（中本体部と称されることがある）及び本体部２０６（後本体部と称されることがある）から形成される。本体部２０２、２０４、及び２０６は、チャネル及び凹部を有する剛性材料のブロックを含んで様々な特徴を形成する。チャネル及び凹部は、ターゲットアセンブリ２００の１つ以上の構成要素を保持してよい。

ターゲットインサート２２０及びグリッド部２２５（図５）はまた、チャネル及び凹部を有する剛性材料のブロックを含んで、様々な特徴を形成する。本体部２０２、２０４、２０６、ターゲットインサート２２０、及びグリッド部２２５は、対応するワッシャ（図示せず）をそれぞれ有する複数のボルト２０８（図４及び５）として示される、好適な締結具によって互いに固定されてよい。互いに固定されると、本体部２０２、２０４、２０６のターゲットインサート２２０及びグリッド部２２５は、封止されたターゲット本体２０１を形成する。封止されたターゲット本体２０１は、ターゲット本体２０１からの流体又はガスの漏れを防止又は大幅に制限するように十分に構築される。

図３に示されるように、ターゲットアセンブリ２００は、背面２１３に沿って位置付けられる複数の取り付け具２１２を含む。取り付け具２１２は、ターゲット本体２０１への流体アクセスを提供するポートとして動作してよい。取り付け具２１２は、流体制御システム１２５（図１）など流体制御システムに動作可能に連結されるように構成されている。取り付け具２１２は、ヘリウム及び／又は冷却水への流体アクセスを提供し得る。取り付け具２１２によって形成されたポートに加えて、ターゲットアセンブリ２００は、第１の材料ポート２１４及び第２の材料ポート２１５（図６に示される）を含んでよい。第１及び第２の材料ポート２１４、２１５は、ターゲットアセンブリ２００の製造チャンバ２１８（図５）と流れ連通している。第１及び第２の材料ポート２１４、２１５は、流体制御システムに動作可能に連結される。例示的な実施形態では、第２の材料ポート２１５は、製造チャンバ２１８にターゲット材料を供給してよく、第１の材料ポート２１４は、製造チャンバ２１８内のターゲット液体によって受ける圧力を制御するための作動ガス（例えば、不活性ガス）を供給してよい。しかしながら、他の実施形態では、第１の材料ポート２１４はターゲット材料を供給してよく、第２の材料ポート２１５は作動ガスを供給してよい。

ターゲット本体２０１は、粒子ビーム（例えば、陽子ビーム）が製造チャンバ２１８内のターゲット材料に入射できるようにするビーム通路２２１を形成する。粒子ビーム（図４の矢印Ｐによって示される）は、通路開口部２１９（図４及び５）を通ってターゲット本体２０１に入ってよい。粒子ビームは、通路開口部２１９から製造チャンバ２１８（図５）へとターゲットアセンブリ２００を通って移動する。動作中、製造チャンバ２１８は、ターゲット液体又はターゲットガスで充填される。例えば、ターゲット液体は、指定された同位体（例えば、Ｈ_２ ^１８Ｏ）を含む約２．５ミリリットル（ｍＬ）の水であってよい。製造チャンバ２１８は、例えば、ターゲットインサート２２０の片側で開口するキャビティ２２２（図５）を有するニオブ材料を含み得る、ターゲットインサート２２０内に画定される。ターゲットインサート２２０は、第１及び第２の材料ポート２１４、２１５を含む。第１及び第２の材料ポート２１４、２１５は、例えば、取り付け具又はノズルを受容するように構成されている。

図５に関しては、ターゲットインサート２２０は、本体部２０６と本体部２０４との間で整列される。ターゲットアセンブリ２００は、本体部２０６とターゲットインサート２２０との間に位置付けられている封止リング２２６を含んでよい。ターゲットアセンブリ２００はまた、ターゲットシート２２８及び封止境界２３６（例えば、Ｈｅｌｉｃｏｆｌｅｘ（登録商標）境界）を含む。ターゲットシート２２８は、本体部２０４とターゲットインサート２２０との間に位置付けられ、キャビティ２２２を覆い、それによって製造チャンバ２１８を包囲する。本体部２０６はまた、封止リング２２６及びターゲットインサート２２０の一部を内部に受容する寸法及び形状であるキャビティ２３０（図５）を含む。

ターゲットアセンブリ２００の前側シート２４０は、本体部２０４と本体部２０２との間に位置付けられてよい。前側シート２４０は、ターゲットシート２２８に類似の合金ディスクであってよい。前側シート２４０は、本体部２０４のグリッド部２３８と整列される。前側シート２４０及びターゲットシート２２８は、ターゲットアセンブリ２２８内で異なる機能を有してよい。いくつかの実施形態では、前側シート２４０は、粒子ビームＰのエネルギーを低減するデグレーダシートと称されてよい。例えば、前側シート２４０は、粒子ビームのエネルギーを少なくとも１０％低減してよい。ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、７ＭｅＶ〜２４ＭｅＶであってよい。より具体的な実施形態では、ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、１３ＭｅＶ〜１５ＭｅＶであってよい。前側シート２４０及びターゲットシート２２８は、「特許請求の範囲」でのように、それぞれ第１シート及び第２シートと称されてよい。

いくつかの実施形態では、ターゲットシート２２８は、１つ以上のグラフェン層（例えば、多結晶グラフェン）を備える。特定の実施形態では、ターゲットシート２２８は、単一のグラフェン層のみである。グラフェン層（又は複数のグラフェン層）は、所定の品質を有するように設計又は選択されてよい。例として、グラフェン層は、０．１〜２．０ｍｇ／ｃｍ^２の面積密度を有してよい。グラフェン層密度は、およそ１．５〜２．０ｇ／ｃｍ^３であってよい。グラフェン層は、十分な降伏強度特性をもたらす厚さを有してよい。特定の実施形態では、ターゲットシート２２８の厚さは、少なくとも２０マイクロメートル又は少なくとも２５マイクロメートルであってよい。より具体的な実施形態では、ターゲットシート２２８の厚さは、少なくとも３０マイクロメートル、又は少なくとも３５マイクロメートル、又は少なくとも４０マイクロメートルであってよい。特定の実施形態では、ターゲットシート２２８の厚さは、最大で１００マイクロメートル、又は最大で５０マイクロメートルであってよい。しかしながら、様々な実施形態によって、他の寸法（例えば、厚さ）が使用されてよいことを理解されたい。例えば、本明細書に記載の厚さ以外のより大きい厚さ、又はより小さい厚さが使用され得る。

グラフェン層は、所定の熱伝導率特性を有してよい。例えば、いくつかの実施形態では、測定された熱拡散率は、少なくとも１３０８ｍｍ^２／ｓであり得る。面内熱伝導率は少なくとも１４００Ｗ／ｍＫであり、測定されたシート抵抗は約１０〜２７０オーム／平方であってよい。この例では、グラフェン層は、２５℃の温度及び特定の熱Ｃｐ０．７３Ｊ／ｇＫで１．５５ｇ／ｃｍ^３の嵩密度を有し得る。グラフェン箔試料の面内熱伝導率は１４８０Ｗ／ｍＫであることが判明した。グラフェンフィルムの測定されたシート抵抗は、１３〜２６０オーム／平方の範囲である。

任意選択的に、ターゲットシート２２８は、グラフェン層ではない層を含んでよい。例えば、チャンバ層はグラフェン層に対して積層されてよい。図７は、１つのかかるターゲットシート２２８を示している。示されるように、ターゲットシート２２８は、グラフェン層２９４と、互いに対して積層されたチャンバ層２９２と、を含む。本明細書で使用するとき、チャンバ層及びグラフェン層のそれぞれの側面が互いに対向し、側面が、（ａ）互いに対して本質的に固定され、例えば、側面が互いに接合される、若しくは一方の層が他方の層にめっき又はコーティングされる、（ｂ）別個であるが、互いに直接係合する（例えば、一緒に押圧される）、又は（ｃ）それらの間に位置付けられる１つ以上の他の層を有し、この１つ以上の他の層に本質的に固定される、若しくはこの１つ以上の他の層に直接係合する場合、チャンバ層及びグラフェン層は「互いに対して積層されている」。例えば、側面のそれぞれは、共通層の両側に直接係合してよい、又はその両側に接合されてよい。複数の層が存在する場合、複数の層は一緒に挟まれてよい。グラフェン層及びチャンバ層は、サンドイッチ構造の両側と係合する、又はこれらに接合される。いくつかの実施形態では、グラフェン層は、グラフェン層の両側で他の層と係合してよい。

特定の実施形態では、チャンバ層は、製造チャンバ内のターゲット材料に露出されるように構成されている。チャンバ層は、粒子ビームによって活性化され、ターゲット材料に露出されたときに、長寿命同位体を生じさせる材料を含まなくてよい。例えば、チャンバ層は不活性金属材料であってよい。チャンバ層は、例えば、金、ニオブ、タンタル、チタン、又は上記のうちの１つ以上を含む合金を含んでよい。特定の実施形態では、チャンバ層は、金、ニオブ、タンタル、又はチタンから本質的になってよい。

ターゲット及び前側シート２２８、２４０は、ディスク又は円形形状に限定されず、異なる形状、構造、及び構成で提供されてよいことに留意されたい。例えば、ターゲット及び前側シート２２８、２４０又は追加シートの一方又は両方は、とりわけ、正方形、矩形、又は楕円形であってよい。また、ターゲット及び前側シート２２８、２４０はグラフェンのみから形成されることに限定されるものではないが、様々な実施形態では、本明細書でより詳細に記載されるように、内部で放射能を誘発し得る中度又は高度の活性化材料など活性化材料を含むことに留意されたい。いくつかの実施形態では、ターゲット及び前側シート２２８、２４０は、１つ以上の金属層を含んでよい。層は、例えばＨａｖａｒを含んでよい。いくつかの実施形態では、Ｈａｖａｒは、ターゲット材料に露出されず、グラフェン層を支持するバッキングを提供してよい。Ｈａｖａｒは、Ｃｏ（４２％）、Ｃｒ（１９．５％）、Ｎｉ（１２．７％）、Ｗ（２．７％）、Ｍｏ（２．２％）、Ｍｎ（１．６％）、Ｃ（０．２％）、Ｆｅバランスの公称組成を有する。

動作中、粒子ビームが本体部２０２から製造チャンバ２１８へとターゲットアセンブリ２００を通過するとき、ターゲット及び前側シート２２８、２４０は、重度に活性化されてよい（例えば、その内部で放射能が誘発される）。ターゲット及び前側シート２２８、２４０は、キャビティ２２２内のターゲット材料から加速器チャンバ内の真空を分離する。グリッド部２３８は、ターゲット及び前側シート２２８、２４０の間に配置され、それぞれと係合してよい。任意選択的に、ターゲットアセンブリ２００は、冷却媒体がターゲット及び前側シート２２８、２４０の間を通過できるようには構成されていない。ターゲット及び前側シート２２８、２４０は、粒子ビームが通過できる厚さを有するように構成されていることに留意されたい。したがって、ターゲット及び前側シート２２８、２４０は高度に放射され、活性化され得る。

いくつかの実施形態は、ターゲットアセンブリ２００を能動的に遮蔽して、活性化されたターゲット及び前側シート２２８、２４０からの放射線を遮蔽する、及び／又はこれらからの放射線がターゲットアセンブリ２００を離れないようにする、ターゲットアセンブリ２００の自己遮蔽を提供する。したがって、ターゲット及び前側シート２２８、２４０は、能動的な放射線遮蔽体によって封入される。具体的には、本体部２０２、２０４及び２０６のうちの少なくとも１つ、いくつかの実施形態では、そのすべてが、ターゲットアセンブリ２００内の放射線、特にターゲット及び前側シート２２８、２４０からの放射線を減衰させる材料から形成される。本体部２０２、２０４及び２０６は、同一材料、異なる材料、又は同一材料若しくは異なる材料の異なる量若しくは組み合わせから形成されてよいことに留意されたい。例えば、本体部２０２及び２０４は、アルミニウムなど同一材料から形成されてよく、本体部２０６は、組み合わせ又はアルミニウム及びタングステンから形成されてよい。

本体部２０２、本体部２０４及び／又は本体部２０６は、それぞれの厚さ、特にターゲット及び前側シート２２８、２４０と、ターゲットアセンブリ２００の外側との間の厚さによって遮蔽され、そこから放射される放射線を低減するように形成される。なお、本体部２０２、本体部２０４及び／又は本体部２０６は、アルミニウムの密度値よりも大きい密度値を有する任意の材料から形成されてよいことに留意されたい。また、本体部２０２、本体部２０４及び／又は本体部２０６のそれぞれは、本明細書でより詳細に記載されるように、異なる材料又は組み合わせ又は材料から形成されてよい。

図６は、ターゲットアセンブリ２００の断面図である。参照用に、ターゲットアセンブリ２００は、互いに垂直なＸ、Ｙ、及びＺ軸に関して方向付けられる。この断面図は、Ｚ軸に対して横方向に、かつ本体部２０４を通って方向付けられる平面２９０によって作製される。図示される実施形態では、本体部２０４は、グリッド部２３８及び冷却ネットワーク２４２を含むように成形される材料の本質的に均一のブロックである。例えば、本体部２０４は、本明細書に記載の物理的特徴を含むように成型又はダイカストされてよい。他の実施形態では、本体部２０４は、互いに固定されている２つ以上の要素を備えてよい。例えば、グリッド部２３８は、グリッド部２２５（図５）と同様に成形されてよく、本体部２０４の残りの部分に対して分離し、別個であってよい。この代替の実施形態では、グリッド部２３８は、残りの部分の空隙又はキャビティ内に位置付けられてよい。

示されるように、本体部２０４を通る平面２９０は、グリッド部２３８及び冷却ネットワーク２４２と交差する。冷却ネットワーク２４２は、互いに相互接続して冷却ネットワーク２４２を形成する冷却チャネル２４３〜２４８を含む。冷却ネットワーク２４２はまた、ターゲット本体２０１の他のチャネル（図示せず）と流れ連通するポート２４９、２５０を含む。冷却ネットワーク２４２は、ターゲット本体２０１から熱エネルギーを吸収し、ターゲット本体２０１から離すように熱エネルギーを伝達する冷却媒体（例えば、冷却水）を受容するように構成されている。例えば、冷却ネットワーク２４２は、グリッド部２３８又はターゲットチャンバ２１８（図５）のうちの少なくとも１つから熱エネルギーを吸収するように構成されてよい。示されるように、冷却チャネル２４４、２４６は、対応の熱経路２５２、２５４（破線で概ね示される）がグリッド部２３８と冷却チャネル２４４、２４６との間に形成されるように、グリッド部２３８に近接して延在する。例えば、グリッド部２３８と冷却チャネル２４４、２４６との間の間隙は、１０ｍｍ未満、８ｍｍ未満、６ｍｍ未満であってよく、特定の実施形態では、４ｍｍ未満であってよい。熱経路は、例えば、モデリングソフトウェア又は実験準備中の赤外線画像を使用して特定されてよい。

グリッド部２３８は、互いに連結されてグリッド又はフレーム構造を形成する内壁２５６の構成を含む。内壁２５６は、（ａ）ターゲット及び前側シート２２８、２４０（図５）に十分な支持を提供し、（ｂ）ターゲット及び前側シート２２８、２４０と密接に係合し、その結果、熱エネルギーは、ターゲット及び前側シート２２８、２４０から内壁２５６及びグリッド部２３８又は本体部２０４の周辺領域に伝達され得るように構成されてよい。

図７及び８は、それぞれＸ軸及びＹ軸に対して横方向に取られた、ターゲットアセンブリ２００の断面図である。示されるように、ターゲットアセンブリ２００は、本体部２０２、２０４、２０６、ターゲットインサート２２０、及びグリッド部２２５が、Ｚ軸に沿って互いに対して積層され、互いに固定されている、動作可能状態である。図に示されるターゲット本体２０１は、ターゲット本体が構成され、組み立てられ得る方法の１つの特定の例であることを理解されたい。動作可能な特徴（例えば、グリッド部）を含む他のターゲット本体の設計が企図される。

ターゲット本体２０１は、粒子ビームＰが通って延在する一連のキャビティ又は空隙を含む。例えば、ターゲット本体２０１は、製造チャンバ２１８と、ビーム通路２２１と、を含む。製造チャンバ２１８は、動作中にターゲット材料（図示せず）を保持するように構成されている。ターゲット材料は、例えば、第１の材料ポート２１４を通って、製造チャンバ２１８に流入し、そこから流出してよい。製造チャンバ２１８は、ビーム通路２２１を通るように方向付けられる粒子ビームＰを受容するように位置付けられる。粒子ビームＰは、例示的な実施形態ではシクロトロンである、粒子加速器１０２（図１）など粒子加速器（図示せず）から受容される。

ビーム通路２２１は、通路開口部２１９から前側シート２４０まで延在する第１の通路区分（又は前側通路区分）２６０を含む。ビーム通路２２１はまた、前側シート２４０とターゲットシート２２８との間に延在する第２の通路区分（又は後側通路区分）２６２を含む。例示のために、前側シート２４０及びターゲットシート２２８は、識別しやすくするために厚くなっている。グリッド部２２５は、第１の通路区分２６０の端部に位置付けられる。グリッド部２３８は、第２の通路区分２６２の全体を画定する。図示される実施形態では、グリッド部２３８は本体部２０４の一体部分であり、グリッド部２２５は、本体部２０２と本体部２０４との間に挟まれる、分離した、別個の要素である。

したがって、ターゲット本体２０１のグリッド部２２５、２３８は、ビーム通路２２１内に配置される。図７に示されるように、グリッド部２２５は、前面２７０と、背面２７２と、を有する。グリッド部２３８はまた、前面２７４と、背面２７６と、を有する。グリッド部２２５の背面２７２及びグリッド部２３８の前面２７４は、それらの間の境界面２８０と互いに当接する。グリッド部２３８の背面２７６は、製造チャンバ２１８に面する。図示される実施形態では、グリッド部２３８の背面２７６は、ターゲットシート２２８と係合する。前側シート２４０は、境界面２８０においてグリッド部２２５、２３８の間に位置付けられる。

また、図７に示されるように、グリッド部２２５は、ビーム通路２２１を包囲し、ビーム通路２２１の一部分の輪郭を画定する半径方向表面２８１を有する。この輪郭は、Ｘ軸及びＹ軸によって画定される平面に平行に延在する。グリッド部２３８は、ビーム通路２２１を包囲し、ビーム通路２２１の一部分の輪郭を画定する半径方向表面２８３を有する。この輪郭は、Ｘ軸及びＹ軸によって画定される平面に平行に延在する。図示される実施形態では、半径方向表面２８３は、ターゲット本体のチャネルに流体的に連結されているポートを含まない。より具体的には、第２の通路区分２６２は、いくつかの実施形態では、ターゲット及び前側シート２２８、２４０を冷却するために、それを通って強制的に送り込まれる流体を有さなくてよい。しかしながら、代替的な実施形態では、冷却媒体は、そこを通って送り込まれてよい。更に他の実施形態では、ポートは、第２の通路区分２６２からの排出に使用されてよい。

グリッド部２２５、２３８は、内部を通るグリッドチャネル２８６、２８８を画定するそれぞれの内壁２８２、２８４を有する。グリッド部２２５、２３８の内壁２８２、２８４は、それぞれ、前側シート２４０の両側と係合する。グリッド部２３８の内壁２８４は、ターゲットシート２２８及び前側シート２４０と係合する。グリッド部２２５の内壁２８２は、前側シート２４０のみと係合する。前側及びターゲットシート２４０、２２８は、粒子ビームＰのビーム経路に対して横方向に方向付けられる。粒子ビームＰは、製造チャンバ２１８に向かってグリッドチャネル２８６、２８８を通過するように構成されている。

いくつかの実施形態では、内壁２８２によって形成されるグリッド構造及び内壁２８４によって形成されるグリッド構造は、グリッドチャネル２８６、２８８が互いに整列するように同一である。しかしながら、実施形態は、同一のグリッド構造を有する必要はない。例えば、グリッド部２２５は、内壁２８２のうちの１つ以上を含まなくてよく、及び／又は内壁２８２のうちの１つ以上は、対応する内壁２８４と整列されなくてよく、又はその逆であってもよい。更に、他の実施形態では、内壁２８２及び内壁２８４は異なる寸法を有し得ることが企図される。

任意選択的に、前側シート２４０は、粒子ビームＰの前側シート２４０への入射時に、粒子ビームＰのエネルギーレベルを著しく低減するように構成されている。より具体的には、粒子ビームＰは、第１の通路区分２６０での第１のエネルギーレベルと、第２の通路区分２６２での第２のエネルギーレベルと、を有してよく、第２のエネルギーレベルは、第１のエネルギーレベルよりも著しく低い。例えば、第２のエネルギーレベルは、第１のエネルギーレベルよりも５％超低くてよい（つまり、第１のエネルギーレベルの９５％以下）。特定の実施形態では、第２のエネルギーレベルは、第１のエネルギーレベルよりも１０％超低くてよい（つまり、第１のエネルギーレベルの９０％以下）。更に、より具体的な実施形態では、第２のエネルギーレベルは、第１のエネルギーレベルよりも１５％超低くてよい（つまり、第１のエネルギーレベルの８５％以下）。更に、より具体的な実施形態では、第２のエネルギーレベルは、第１のエネルギーレベルよりも２０％超低くてよい（つまり、第１のエネルギーレベルの８０％以下）。例として、第１のエネルギーレベルは約１８ＭｅＶであってよく、第２のエネルギーレベルは約１４ＭｅＶであってよい。しかしながら、他の実施形態では、第１のエネルギーレベルは異なる値を有してよく、他の実施形態では、第２のエネルギーレベルは異なる値を有してよいことを理解されたい。

前側シート２４０が粒子ビームＰのエネルギーレベルを著しく低減する実施形態では、前側シート２４０は、デグレーダシートとして特徴付けられてよい。デグレータシート２４０は、粒子ビームＰが前側シート２４０を通過する際に著しい損失を生じさせる厚さ及び／又は組成を有し得る。例えば、前側シート２４０及びターゲットシート２２８は、異なる組成及び／又は厚さを有してよい。前側シート２４０はアルミニウムを含んでよく、ターゲットシート２２８は、本明細書に記載のようにグラフェンを含んでよい。あるいは、前側シート２４０はまた、グラフェン層を備えてよい。

特定の実施形態では、前側シート２４０及びターゲットシート２２８は、異なる厚さを有する。例えば、前側シート２４０の厚さは、少なくとも０．１０ミリメートル（ｍｍ）（つまり１００マイクロメートル）であってよい。特定の実施形態では、前側シート２４０は、０．１５ｍｍ〜０．５０ｍｍの厚さを有する。

いくつかの実施形態では、ターゲットシート２２８は、ストリッパシート１６０よりも少なくとも５倍（５Ｘ）厚い、又はストリッパシート１６０よりも少なくとも８倍（８Ｘ）厚い。特定の実施形態では、ターゲットシート２２８は、ストリッパシート１６０よりも少なくとも１０倍（１０Ｘ）厚い、ストリッパシート１６０よりも少なくとも１５倍（１５Ｘ）厚い、又はストリッパシート１６０よりも少なくとも２０倍（２０Ｘ）厚い。

いくつかの実施形態では、前側シート２４０はデグレータシートとして特徴付けられてよいが、他の実施形態では、前側シート２４０はデグレータシートでなくてよい。例えば、前側シート２４０は、粒子ビームＰのエネルギーレベルを著しく低減しなくてよい、又は名目上のみ低減してよい。かかる場合において、前側シート２４０は、ターゲットシート２２８の特性に類似の特性（例えば、厚さ及び／又は組成）を有してよい。

前側シート２４０での損失は、前側シート２４０内で生成される熱エネルギーに対応する。前側シート２４０内で生成される熱エネルギーは、グリッド部２３８を含む本体部２０４によって吸収され、熱エネルギーがターゲット本体２０１から伝達される冷却ネットワーク２４２に伝えられてよい。

粒子ビームの入射時にはターゲットシート２２８内で多少の熱エネルギーが生成され得るが、ターゲットシート２２８からの熱エネルギーの大部分は、粒子ビームＰのターゲット材料への入射時に製造チャンバ２１８内で生成されてよい。製造チャンバ２１８は、ターゲットインサート２２０の内部表面２６６及びターゲットシート２２８によって画定される。粒子ビームＰがターゲット材料と衝突すると、熱エネルギーが生成される。この熱エネルギーは、ターゲットシート２２８を通って本体部２０４へと伝えられ、又は伝達され、冷却ネットワーク２４２を通って流れる冷却媒体によって吸収されてよい。

ターゲットアセンブリ２００の動作中、異なるキャビティは、異なる圧力を受け得る。例えば、粒子ビームＰがターゲット材料に入射すると、第１の通路区分２６０は第１の動作圧を有してよく、第２の通路区分２６２は第２の動作圧を有してよく、製造チャンバ２１８は第３の動作圧を有してよい。第１通路区分２６２は、排出され得る粒子加速器と流れ連通している。製造チャンバ２１８内で生成された熱エネルギー及び気泡により、第３の動作圧は著しく大きくなり得る。例えば、圧力は、０．５０〜１５．００メガパスカル（ＭＰａ）、より具体的には０．５０〜１１．００ＭＰａであってもよい。更に、ターゲットシート２２８がターゲット材料に応じて爆発的な高圧を受けるように、圧力が急激に増減する場合がある。

図示される実施形態では、第２の動作圧は、グリッド部２３８の動作温度に応じてよい。したがって、第１の動作圧は第２の動作圧よりも小さくてよく、第２の動作圧は第３の動作圧よりも小さくてよい。

グリッド部２２５、２３８は、前側シート２４０の両側と密接に係合するように構成されている。加えて、内壁２８２は、第２の通路区分２６２と第１の通路区分２６０との圧力差によって、前シート２４０が内壁２８４から離れる方向へと移動しないようにさせてよい。内壁２８４は、製造チャンバ２１８と第２の通路区分２６２との圧力差によって、ターゲットシート２２８が第２の通路区分２６２内へと移動しないようにさせてよい。製造チャンバ２１８内のより大きな圧力は、ターゲットシート２２８を内壁２８４に押し付ける。したがって、内壁２８４は、前側シート２４０及びターゲットシート２２８と密接に係合し、そこから熱エネルギーを吸収してよい。また、図７及び図８に示されるように、周囲の本体部２０４はまた、前側シート２４０及びターゲットシート２２８と密接に係合し、そこから熱エネルギーを吸収してよい。

特定の実施形態では、ターゲットアセンブリ２００は、粒子加速器に有害であり得る液体内に配置される同位体を生成するように構成されている。例えば、^６８Ｇａ同位体を生成するための出発物質は、強酸性溶液を含み得る。この溶液の流れを妨げるために、前側シート２４０は、第１の通路区分２６０及び第２の通路区分２６２が流れ連通しないように、ビーム通路２２１を完全に被覆し得る。このようにして、望ましくない酸性材料は、第２及び第１の通路区分２６２、２６０を通って製造チャンバ２１８から粒子加速器へと不用意に流れ得ない。この可能性を低減するために、前側シート２４０は、破裂に対してより強い耐性を有し得る。例えば、前側シート２４０は、破裂の可能性を低減する厚さ及び更なる構造的一体性を有する材料（例えば、アルミニウム）を含んでよい。

他の実施形態では、ターゲットアセンブリ２００はターゲットシート２２８を含まないが、前側シート２４０を含む。かかる実施形態では、グリッド部２３８は、製造チャンバの一部を形成してよい。例えば、ターゲット材料はガスであってよく、前側シート２４０とキャビティ２２２との間に画定される製造チャンバ内に位置してよい。グリッド部２３８は、製造チャンバ内に配置されてよい。かかる実施形態では、単一シート（例えば、前側シート２４０）のみが製造中に使用され、単一シートは２つのグリッド部２２５、２３８の間に保持される。

図９は、放射性同位体を生成する方法３００を示す。方法３００は、例えば、本明細書に記載の様々な実施形態（例えば、同位体製造システム、ターゲットシステム、及び／又は方法）の構造又は態様を用いてよい。本方法は、３０２において、ターゲット体２０１又はターゲットアセンブリ２００などターゲット本体又はターゲットアセンブリの製造チャンバ内にターゲット材料を供給することを含む。いくつかの実施形態では、ターゲット材料は酸性溶液である。特定の実施形態では、方法３００は、水溶液中での^６８Ｚｎ（ｐ，ｎ）^６８Ｇａ反応により^６８Ｇａを生成するように構成されている。より具体的には、方法３００は、硝酸中の硝酸^６８Ｚｎから^６８Ｇａ同位体を生成するように構成されている。

しかしながら、この実施形態は、^６８Ｇａ同位体を生成する必要はないことを理解されたい。他の同位体を生成するために、様々なターゲット材料が使用されてよい。例として、放射性同位体製造システムは、^１８Ｆ⁻同位体を液体形態で、^１１Ｃ同位体をＣＯ_２として、及び^１３Ｎ同位体をＮＨ_３として生成する陽子を生成してよい。これらの同位体を製造するために使用されるターゲット材料は、濃縮^１８Ｏ水、天然^１４Ｎ_２ガス、^１６Ｏ−水であってよい。放射性同位体製造システムはまた、^１５Ｏガス（酸素、二酸化炭素、及び一酸化炭素）及び^１５Ｏ標識水を製造するために陽子又は重水素を生成してよい。

特定の実施形態では、ターゲット材料は天然^１４Ｎ_２ガスであってよく、ターゲットシートは、製造チャンバからグラフェンを分離するチャンバ層を備えてよい。例えば、チャンバ層は、金、ニオブ、タンタル、チタン、上記のうちの１つ以上を含む合金、又は意図される用途のための別の不活性材料を含んでよい。チャンバ層は、グラフェン層から製造チャンバへの非活性炭素の流れを妨げてよい。

ターゲット本体は、粒子ビームを受容し、粒子ビームがターゲット材料に入射することを可能にするビーム通路を有する。ターゲット本体はまた、ビーム通路内に配置されたグリッド部２３８などグリッド部も含む。グリッド部２３８は、グラフェン層を備えるターゲットシートを支持するように構成されている。ターゲットシートは、ターゲット材料（例えば、液体）に露出される。任意選択的に、グリッド部２２５など追加のグリッド部は、ビーム通路内に配置される。前側シート（例えば、デグレータ箔）は、２つのグリッド部の間に位置付けられてよい。第１及び第２のグリッド部のそれぞれは、前面及び背面を有する。第１のグリッド部の背面及び第２のグリッド部の前面は、それらの間の境界面と互いに当接する。第２のグリッド部の背面は、製造チャンバに面する。

代替的な実施形態では、ターゲット本体は、ターゲットシートを支持するための任意のグリッド部を含まない。かかる実施形態では、製造チャンバで生成される圧力は、同位製造中にターゲットシートがその圧力に耐えることができるように、十分に低くてよい。あるいは、又は上記に加えて、グラフェン層は、同位体の製造中にターゲットシートがその圧力に耐えることができるように、指定された厚さ及び／又は引張強度を有してよい。あるいは、又は上記に加えて、追加の層を位置付けて、グラフェン層を支持してよい。例えば、Ｈａｖａｒの層は、同位体の製造中にターゲットシートが製造チャンバとＨａｖａｒの層との間に位置付けられるように、ターゲットシートの背後に位置付けられてよい。

本方法はまた、３０４において、粒子ビームをターゲット材料へと方向付けることを含む。いくつかの実施形態では、同位体製造システム１００は、^１Ｈ⁻技術を使用し、およそ１０〜３０μＡの指定されたビーム電流エネルギーで、指定されたエネルギーを荷電粒子にもたらす。粒子ビームは、任意の前側シート（例えば、デグレータシート又は箔）を通過し、ターゲットシートを通過して、製造チャンバに入る。いくつかの実施形態では、前側シートは、粒子ビームのエネルギーを少なくとも１０％低減してよい。ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、２４ＭｅＶ未満、１８ＭｅＶ未満、又は８ＭｅＶ未満であってよい。ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、７ＭｅＶ〜２４ＭｅＶであってよい。特定の実施形態では、ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、１２ＭｅＶ〜１８ＭｅＶであってよい。より具体的な実施形態では、ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、約１３ＭｅＶ〜約１５ＭｅＶであってよい。しかしながら、粒子ビームのエネルギーは、上記の値よりも大きくても小さくてもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、粒子ビームのエネルギーは２４ＭｅＶを超えてよい。

グラフェン層を備えるターゲットシートは、同一の同位体製造プロセス用の従来の箔（例えば、アルミニウム、Ｈａｖａｒ）と比較して、同位体の製造中にターゲットシートにより低い温度を生じさせ得る。したがって、ターゲットシートは、より低い温度を望み、以前はターゲットシステムによって実行できなかった同位体製造プロセスを可能にすることによってターゲットシステムの能力を向上させ得る。更に、グラフェン層を備えるターゲットシートは、同一の同位体製造プロセス用の従来の箔と比較して、粒子ビームからより少ないエネルギーを吸収し得る。加えて、グラフェン層を備えるターゲットシートは、同一の同位体製造プロセス用の従来の箔と比較して、経時的に活性化されにくくなってよい。グラフェン層を備えるターゲットシートは、同一の同位体製造プロセス用の従来の箔と比較して、ターゲット溶媒を汚染しにくくてよい。

本明細書に記載の実施形態は、医療用の放射線同位体を生成することに限定されることを意図するものではなく、他の同位体を生成し、他のターゲット材料を使用してよい。また、様々な実施形態は、異なる方向（例えば、垂直又は水平に方向付けられる）を有する異なる種類のシクロトロン、並びに螺旋状加速器の代わりに、線形加速器又はレーザー誘導加速器など異なる加速器に関連して実施されてよい。更に、本明細書に記載の実施形態は、上記の同位体製造システム、ターゲットシステム、及びサイクロトロンを製造する方法を含む。

本明細書に記載の実施形態は、医療用の放射線同位体を生成することに限定されることを意図するものではなく、他の同位体を生成し、他のターゲット材料を使用してよい。また、様々な実施形態は、異なる方向（例えば、垂直又は水平に方向付けられる）を有する異なる種類のシクロトロン、並びに螺旋状加速器の代わりに、線形加速器又はレーザー誘導加速器など異なる加速器に関連して実施されてよい。更に、本明細書に記載の実施形態は、上記の同位体製造システム、ターゲットシステム、及びサイクロトロンを製造する方法を含む。

上記の説明は、例示的であり、限定的ではないことを意図することを理解されたい。例えば、上記の実施形態（及び／又はその態様）は、互いに組み合わせて使用されてよい。加えて、本発明の主題の教示に特定の状況又は材料を適合させるために、その範囲から逸脱することなく多くの修正を行ってよい。本明細書に記載の様々な構成要素の寸法、材料の種類、方向、並びに様々な構成要素の数及び位置は、特定の実施形態のパラメータを定義することを意図しており、限定することを意図せず、例示的な実施形態に過ぎない。「特許請求の範囲」の趣旨及び範囲内の多くの他の実施形態及び修正は、上記の説明を検討する際に当業者には明らかとなろう。したがって、本発明の主題の範囲は、添付の「特許請求の範囲」を参照して、かかる「特許請求の範囲」が権利となる均等物の全範囲と共に決定されるべきである。添付の「特許請求の範囲」において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」という用語は、それぞれ「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ」という用語に相当する平易な英語として使用される。更に、以下の「特許請求の範囲」において、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」などの用語は単にラベルとして使用され、それらの対象物に数値的要件を課すためのものではない。更に、以下の「特許請求の範囲」の制限は、ミーンズプラスファンクション形式（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔ）では書かれず、かかる「特許請求の範囲」の制限が明確に「〜の手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句を使用し、続いて更なる構造のない機能に言及するまで、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されるものではない。

本明細書の説明は、例を用いて様々な実施形態を開示し、また、任意の装置又はシステムを作製及び使用し、任意の組み込まれた方法を実行するなど様々な実施形態を当業者が実施することも可能にする。様々な実施形態の特許性のある範囲は、「特許請求の範囲」によって定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。かかる他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文言と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが「特許請求の範囲」の文言からわずかに異なる等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。

本発明の主題の特定の実施形態の前述の説明は、添付の図面と併せて読むと、より良く理解されるであろう。図が様々な実施形態の機能ブロックの図を示す範囲では、機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路の区分を示すものではない。したがって、例えば、１つ以上の機能ブロック（例えば、プロセッサ又はメモリ）は、単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサ、マイクロコントローラ、ランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）で実施されてよい。同様に、プログラムはスタンドアロンプログラムであってよく、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込まれてよく、インストールされたソフトウェアパッケージなどの機能であってよい。様々な実施形態は、図面に示される構成及び手段に限定されない。

Claims (20)

1. 同位体製造システム用のターゲットアセンブリであって、
   製造チャンバと、前記製造チャンバに隣接するビームキャビティと、を有するターゲット本体であって、前記製造チャンバは、ターゲット材料を保持するように構成されており、前記ビームキャビティは、前記ターゲット本体の外側に対して開口し、前記製造チャンバに入射する粒子ビームを受容するように構成されている、ターゲット本体と、
   前記ビームキャビティ及び前記製造チャンバを分離するように位置付けられているターゲットシートであって、前記ターゲットシートは、同位体の製造中に前記ターゲットシートが前記ターゲット材料と接触するように前記製造チャンバに露出される側面を有し、前記ターゲットシートはグラフェンを含む、ターゲットシートと、を備える、ターゲットアセンブリ。
2. 前記ターゲットシートは、グラフェンから本質的になるグラフェン層を含む、請求項１に記載のターゲットアセンブリ。
3. 前記ターゲットシートはまた、前記グラフェン層に対して積層されるチャンバ層を含み、前記チャンバ層は、前記グラフェン層と前記製造チャンバとの間に位置付けられ、同位体の製造中に前記ターゲット材料が前記チャンバ層と接触するように前記製造チャンバに露出される、請求項２に記載のターゲットアセンブリ。
4. 前記チャンバ層は、前記粒子ビームによる活性化時に長寿命同位体を生じさせる材料を含まない、請求項３に記載のターゲットアセンブリ。
5. 前記チャンバ層は、金、ニオブ、タンタル、チタン、又は上記のうちの１つ以上を含む合金を含む、請求項３に記載のターゲットアセンブリ。
6. 前記ターゲットシートは、少なくとも２０マイクロメートルの厚さを有する、請求項１に記載のターゲットアセンブリ。
7. 前記ターゲットシートは、グラフェンから本質的になるグラフェン層を含み、前記グラフェン層は、少なくとも２０マイクロメートルの厚さを有する、請求項１に記載のターゲットアセンブリ。
8. 前記ターゲット本体は、ビーム通路内に配置されるグリッド部を含み、前記グリッド部は、前記ターゲットシートの前面と接する背面を有し、前記グリッド部は、前記ターゲットシートを支持して、前記製造チャンバ内の高圧による破裂の可能性を低減する、請求項１に記載のターゲットアセンブリ。
9. 同位体製造システムであって、
   粒子ビームを生成するように構成されている粒子加速器と、
   製造チャンバと、前記製造チャンバに隣接するビームキャビティと、を有するターゲット本体を含むターゲットアセンブリであって、前記製造チャンバは、ターゲット液体を保持するように構成されており、前記ビームキャビティは、前記ターゲット本体の外側に対して開口し、前記製造チャンバに入射する粒子ビームを受容するように構成されており、前記ターゲットアセンブリはまた、前記ビームキャビティ及び前記製造チャンバを分離するように位置付けられているターゲットシートを含み、前記ターゲットシートは、同位体の製造中に前記ターゲット材料が前記ターゲットシートと接触するように、前記製造チャンバに露出される側面を有し、前記ターゲットシートはグラフェンを含む、ターゲットアセンブリと、を備える、同位体製造システム。
10. 前記ターゲットシートは、グラフェンから本質的になるグラフェン層を含む、請求項９に記載の同位体製造システム。
11. 前記ターゲットシートはまた、前記グラフェン層に対して積層されるチャンバ層を含み、前記チャンバ層は、前記グラフェン層と前記製造チャンバとの間に位置付けられ、同位体の製造中に前記ターゲット材料が前記チャンバ層と接触するように前記製造チャンバに露出される、請求項１０に記載の同位体製造システム。
12. 前記チャンバ層は、前記粒子ビームによる活性化時に長寿命同位体を生じさせる材料を含まない、請求項１１に記載の同位体製造システム。
13. 前記ターゲットシートは、少なくとも２０マイクロメートルの厚さを有する、請求項１１に記載の同位体製造システム。
14. 前記ターゲット本体は、ビーム通路内に配置されるグリッド部を含み、前記グリッド部は、前記ターゲットシートの前面と接する背面を有し、前記グリッド部は、前記ターゲットシートを支持して、前記製造チャンバ内の高圧による破裂の可能性を低減する、請求項１１に記載の同位体製造システム。
15. 硝酸中の硝酸^６８Ｚｎを前記製造チャンバに流し込むように構成されている流体制御システムを更に備える、請求項９に記載の同位体製造システム。
16. 放射性同位体を生成する方法であって、
    ターゲットアセンブリの製造チャンバにターゲット材料を供給することであって、前記ターゲットアセンブリは、製造チャンバと、前記製造チャンバに隣接するビームキャビティと、を有し、前記製造チャンバは、ターゲット液体を保持するように構成されており、前記ビームキャビティは、前記製造チャンバに入射する粒子ビームを受容するように構成されており、前記ターゲットアセンブリはまた、前記ビームキャビティ及び前記製造チャンバを分離するように位置付けられているターゲットシートを含み、前記ターゲットシートは、同位体の製造中に前記ターゲット材料が前記ターゲットシートと接触するように、前記製造チャンバに露出される側面を有し、前記ターゲットシートはグラフェンを含む、ことと、
    前記粒子ビームを前記ターゲット材料へと方向付けることであって、前記粒子ビームは、前記ターゲットシートを通過して前記ターゲット材料に入射する、ことと、を含む、方法。
17. 前記ターゲット材料は硝酸中の硝酸^６８Ｚｎを含み、前記グラフェン層は、同位体の製造中に前記ターゲット材料が前記グラフェン層と接触するように前記ターゲット材料に露出される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ターゲット材料に入射する前記粒子ビームのエネルギーは７〜２４ＭｅＶである、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ターゲット材料は、天然^１４Ｎ_２ガスを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記ターゲットシートは、前記製造チャンバと前記グラフェン層との間に配置されるチャンバ層を備え、前記チャンバ層は、前記グラフェン層から前記製造チャンバへの非活性炭素の流れを妨げる、請求項１９に記載の方法。

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