JP2020136031A - ターゲット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット液体の適切な位置に荷電粒子線が照射されるようにするターゲット装置を提供する。【解決手段】ターゲット装置７は、ターゲット液体Ｔを収容するターゲット収容部２７と、サイクロトロン３の真空箱９から出射された荷電粒子線Ｂをターゲット収容部２７まで通過させるビーム通過路１７と、ビーム通過路１７内の所定位置に設けられ、所定位置におけるビーム通過路１７の断面の一部を遮蔽して荷電粒子線Ｂの通過を許容しない遮蔽部位６３を有すると共に断面の他部では荷電粒子線Ｂの通過を許容するコリメータ６１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ターゲット装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のターゲット装置が知られている。このターゲット装置にはターゲット液体が収容され、ターゲット液体に荷電粒子線が照射されてターゲット液体の放射性同位元素（ＲＩ）が生成される。

特開2011-220930号公報

この種のターゲット装置においては、ターゲット液体の収容部の適切な位置（収容部の下部）に荷電粒子線が照射されれば、照射で加熱された下部のターゲット液体が上昇することで液体全体で循環が発生し、ターゲット液体が過剰に加熱されることは避けられる。しかしながら、ターゲット液体の収容部の上部に荷電粒子線が照射されれば、ターゲット液体の上部のみが加熱されターゲット液体の下部は滞留したままといった状態となる。そうすると、ターゲット液体の上部が過剰な加熱により沸騰して気泡が発生し、荷電粒子線が気泡部分を通過して収容部の壁部に照射され壁部に損傷を与える虞がある。またこの場合、気泡部分を荷電粒子線が通過することによりＲＩの生成効率も低下する。

本発明は、ターゲット液体の適切な位置に荷電粒子線が照射されるようにするターゲット装置を提供することを目的とする。

本発明のターゲット装置は、ターゲット液体を収容する液体収容部と、粒子加速器の真空箱から出射された荷電粒子線を液体収容部まで通過させるビーム通過路と、ビーム通過路内の所定位置に設けられ、所定位置におけるビーム通過路の断面の一部を遮蔽して荷電粒子線の通過を許容しない遮蔽部位を有すると共に断面の他部では荷電粒子線の通過を許容するビーム遮蔽部と、を備える。

遮蔽部位は断面の上部に形成されることとしてもよい。また、本発明のターゲット装置は、粒子加速器からの荷電粒子線の出射を制御する出射制御部と、遮蔽部位で荷電粒子線が遮断されたことを検知する遮断検知部と、を備え、出射制御部は、遮断検知部により荷電粒子線の遮断が検知された場合には、粒子加速器からの荷電粒子線の出射を停止するように制御するようにしてもよい。

本発明によれば、ターゲット液体の適切な位置に荷電粒子線が照射されるようにするターゲット装置を提供することができる。

放射性同位元素製造システムのうち、ターゲット装置近傍を拡大して示す断面図である。 コリメータをビーム通過路との位置関係と共に示す斜視図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、説明中で「上流」、「下流」というときには、後述する荷電粒子線Ｂの上流、下流を意味するものとする。また、図１及び図２中に示されるように、荷電粒子線Ｂの上下流方向をＺ方向とする直角座標系に基づいて、Ｘ，Ｙ，Ｚを含む語（「Ｘ方向」、「Ｘ位置」など）を位置関係の説明に用いる場合がある。本実施形態では、Ｚ方向（荷電粒子線Ｂの上下流方向）は鉛直方向に対して傾斜しており、Ｘ方向はＺ方向に直交する水平方向である。

放射性同位元素製造システム（以下、「ＲＩ製造システム」）１は、荷電粒子線Ｂをターゲット液体Ｔに照射して放射性同位元素（以下、「ＲＩ」）を製造する装置である。当該システムで製造されたＲＩは、例えば放射性同位元素標識化合物である放射性薬剤（放射性医薬品を含む）の製造に用いられる。ターゲット液体Ｔは、例えば^１８Ｏ水である。放射性同位元素標識化合物としては、病院等のＰＥＴ検査（陽電子断層撮影検査）に使用されるものとして、^１８Ｆ−ＦＬＴ（フルオロチミジン）、^１８Ｆ−ＦＭＩＳＯ（フルオロソニダゾール）、^１１Ｃ−ラクロプライド等がある。

ＲＩ製造システム１は、サイクロトロン３（粒子加速器）と、当該サイクロトロン３のポート５に形成されるターゲット装置７と、を備えている。サイクロトロン３は、荷電粒子線Ｂを出射する加速器である。サイクロトロン３は、イオン源から荷電粒子を加速空間内に供給し、加速空間内の荷電粒子を加速して荷電粒子線Ｂを出力する縦置きの円形加速器である。サイクロトロン３は、一対の磁極と、真空箱９と、これらの一対の磁極及び真空箱９を取り囲む環状のヨークとを有している。一対の磁極は、一部が真空箱９内で主面同士が所定間隔空けて対面している。これらの一対の磁極の隙間内で、荷電粒子が多重加速される。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子（重イオン）などが挙げられる。

本実施形態では、サイクロトロン３は、荷電粒子線を出射する複数のポート５を備えており、複数のポート５の一つにターゲット装置７が形成される。サイクロトロン３は、加速空間内の荷電粒子線の軌道を調整して、所望のポート５から荷電粒子線を取り出す。このようなサイクロトロン３の構成は公知であるので、更なる詳細な説明やサイクロトロン３の内部の詳細な図示は省略する。

ターゲット装置７は、サイクロトロン３に固定された固定ユニット１１と、ターゲット液体Ｔを保持し固定ユニット１１に対して着脱可能な可動ユニット１３と、を備えている。なお、図１は、固定ユニット１１と可動ユニット１３とが分解されて示されているが、運転時には、固定ユニット１１と可動ユニット１３とが連結される。

固定ユニット１１は、真空箱９の外周から突出した状態に設けられている。固定ユニット１１は、荷電粒子線Ｂの照射軸に対応する位置に当該荷電粒子線Ｂを通過させるためのビーム通過路１７を備えている。ビーム通過路１７は、荷電粒子線Ｂの照射軸を中心線として断面円形に形成され、当該照射軸に沿って延びるように形成されている。なお、ＲＩ製造システム１においては、荷電粒子線Ｂの照射軸（ビーム通過路１７の延在方向）は、鉛直方向に対して傾いており、荷電粒子線Ｂは斜め下方に向けて出射される。固定ユニット１１の先端には、可動ユニット１３の先端が接続される円形の接続口１９が設けられている。接続口１９には、上記のビーム通過路１７の先端が開口している。

固定ユニット１１は、ビーム通過路１７内に設置された真空フォイル２１を備えている。真空フォイル２１は、ビーム通過路１７のうち、真空フォイル２１より上流側の領域を真空に保つ。また、固定ユニット１１は、ビーム通過路１７にヘリウムなどの冷却ガスを吹き出す２つの冷却流路２３を有している。各冷却流路２３は、上流側に向いた部分と下流側に向いた部分とに分岐している。冷却流路２３のうち上流側に向いた部分は、真空フォイル２１に対して冷却ガスを吹付け、下流側に向いた部分は、後述するターゲット収容部２７（液体収容部）に対して冷却ガスを吹付ける。

可動ユニット１３は、円柱状をなし、前面フランジ３１、フォイル３３、ターゲット容器３５、冷却機構３７を備えている。可動ユニット１３の円柱軸は、ビーム通過路１７の延在方向に対してＸ軸周りに傾いており、ビーム通過路１７の延在方向に比べてより水平に近い。

前面フランジ３１は可動ユニット１３の正面側（荷電粒子線Ｂの照射側）に設けられており、前面フランジ３１が固定ユニット１１の接続口１９に嵌り込むことにより、固定ユニット１１と可動ユニット１３とが連結される。前面フランジ３１には、ビームを通過させる貫通孔３１ａが形成されており、サイクロトロン３からの荷電粒子線Ｂは、貫通孔３１ａを通りターゲット容器３５に到達する。

ターゲット容器３５は、前面フランジ３１の背面側に配置されており、前面フランジ３１とターゲット容器３５との間にはフォイル３３が挟み込まれている。フォイル３３の正面側の面の一部は、貫通孔３１ａを通して可動ユニット１３の正面側に露出している。フォイル３３は、ビームの通過を許容する一方、ターゲット液体Ｔやヘリウムガスといった流体の通過を遮断する。フォイル３３は、例えばＴｉ等の金属又は合金から形成された円形状の薄い箔であり、その厚さが１０μｍ〜５０μｍ程度となっている。

ターゲット容器３５は、正面視中央部に形成されターゲット液体Ｔを収容可能なターゲット収容部２７と、ターゲット収容部２７の上方に位置しターゲット収容部２７に連通するバッファ部４１とを備えている。ターゲット収容部２７及びバッファ部４１は、ターゲット容器３５の正面側に設けられた凹部が上記フォイル３３により塞がれて形成される閉鎖空間で構成される。この閉鎖空間の一部が、ターゲット液体Ｔが貯留されるターゲット収容部２７であり、上記閉鎖空間のうちターゲット液体Ｔの液面より上方の部分がバッファ部４１である。ターゲット収容部２７には、配管４２を通じてターゲット液体Ｔが供給充填され、処理後のターゲット液体Ｔは再び配管４２を通じて回収される。

ターゲット収容部２７及びバッファ部４１を画成する背面壁４３の更に背面側に、冷却機構３７が設けられている。冷却機構３７は、背面壁４３に接触する冷却水を供給してターゲット収容部２７及びバッファ部４１を冷却する。冷却機構３７は、背面壁４３の直ぐ背面側の背面水路４５と、この背面水路４５に冷却水を導入する導水路４７と、背面水路４５から冷却水を排出する排水路４９と、を有している。冷却水は、導水路４７に接続された冷却水供給配管５１を通じて外部から供給される。このような冷却機構３７によって、ターゲット収容部２７内のターゲット液体Ｔが冷却される。また、冷却機構３７によってバッファ部４１が冷却されることにより、ターゲット収容部２７内のターゲット液体Ｔから蒸発した蒸気はバッファ部４１で凝縮され、自重でターゲット収容部２７内に戻る。なお、ターゲット収容部２７及びバッファ部４１は、配管５３を通じて供給される不活性ガス（例えばＨｅ）によって加圧され、これにより、ターゲット液体Ｔの沸点が上昇する。

以上のように構成されたターゲット装置７では、ビーム通過路１７を通じてターゲット収容部２７に荷電粒子線Ｂが照射される。ターゲット収容部２７の正面壁を構成するフォイル３３には、当該フォイル３３の法線に対して傾斜した方向から上記荷電粒子線Ｂが照射される。これにより、ターゲット収容部２７内のターゲット液体Ｔが核反応し、放射性同位元素が生成する。

ターゲット装置７は、ビーム通過路１７を通過した荷電粒子線Ｂが、ターゲット収容部２７の下部（ターゲット液体Ｔの下部）に照射されるような位置関係で組立てられている。この位置関係は次の理由による。すなわち、ターゲット収容部２７のやや下部の位置に荷電粒子線Ｂが照射されれば、照射で加熱された下部のターゲット液体Ｔが上昇することで液体全体で循環が発生し、ターゲット液体Ｔが過剰に加熱されることが避けられる。

しかしながら、仮に、ターゲット収容部２７の上部に荷電粒子線Ｂが照射されれば、ターゲット液体Ｔの上部のみが加熱されターゲット液体Ｔの下部は滞留したままといった状態となる。そうすると、ターゲット液体Ｔの上部が過剰な加熱により沸騰して気泡が発生し、荷電粒子線Ｂが気泡部分を通過して背面壁４３に照射され背面壁４３に損傷を与える虞がある。またこの場合、気泡部分を荷電粒子線Ｂが通過することによりＲＩの生成効率も低下する。そこで、ターゲット装置７では、ターゲット液体Ｔの下部の位置に適切に荷電粒子線Ｂが照射されるようにすべく、コリメータ６１（ビーム遮蔽部）がビーム通過路１７内に設けられている。また、ターゲット装置７は、上記コリメータ６１を利用してターゲット装置７によるＲＩ製造処理を制御する制御部６９を備えている。

図２は、コリメータ６１の斜視図であり、合わせてビーム通過路１７を位置関係の説明のために二点鎖線で示している。

コリメータ６１は、グラファイト製の板材で構成され、図１及び図２に示されるようにビーム通過路１７の延在方向を板厚方向とする姿勢で、ビーム通過路１７を横切るように固定されている。上下流方向の位置関係について、コリメータ６１を可能な限りターゲット液体Ｔ側に近づけるために、コリメータ６１は真空箱９の外表面よりも下流側の位置に配置されている。また、コリメータ６１は、真空フォイル２１よりも上流側に位置している。

コリメータ６１のうちビーム通過路１７と重複する部位は、Ｘ軸に平行な直径を境界として特性が異なる２つの部位に分かれている。これら２つの部位のうち＋Ｙ側の半円状の部位を遮蔽部位６３と呼び、−Ｙ側の半円状の部位を通過部位６５と呼ぶ。なお、Ｙ軸は水平方向に対して傾斜しているので、遮蔽部位６３と通過部位６５との間には高低差があり、遮蔽部位６３が位置する＋Ｙ側が上部であり、通過部位６５が位置する−Ｙ側が下部である。

遮蔽部位６３は、ビーム通過路１７の断面の上部半分に亘って半円状に形成されており、荷電粒子線Ｂは遮蔽部位６３を透過することはできない。すなわち、ビーム通過路１７の断面の上部半分を遮蔽して荷電粒子線Ｂを通過させないといった機能を有する。通過部位６５は、コリメータ６１を板厚方向に貫通する半円状の開口で構成されており、当該開口を通じて荷電粒子線Ｂの通過を許容する。なお、遮蔽部位６３と通過部位６５との境界は、設計方針に応じて適宜Ｙ方向に位置を変えてもよい。すなわち、ターゲット収容部２７の上下方向で荷電粒子線Ｂを主に照射すべき位置に対応させて、遮蔽部位６３と通過部位６５との境界位置を決めればよい。

コリメータ６１からは、固定ユニット１１の筐体壁を貫通してビーム電流検出用の信号線６７が筐体外に引き出されている。遮蔽部位６３に荷電粒子線Ｂが当たり遮断されたときには、コリメータ６１の材料であるグラファイトの導電性によって荷電粒子線Ｂのビーム電流が信号線６７に伝達される。信号線６７のビーム電流検出信号は、制御部６９に入力される。なお、コリメータ６１は、電気絶縁材を介して固定ユニット１１の筐体に固定されている。

制御部６９は例えばコンピュータで構成される。制御部６９は、上記ビーム電流検出信号に基づいて、遮蔽部位６３で荷電粒子線Ｂが遮断されたことを検知し遮断された荷電粒子線Ｂのビーム電流を検知する遮断検知部６９ａと、サイクロトロン３からの荷電粒子線Ｂの出射を制御する出射制御部６９ｂとを備えている。出射制御部６９ｂは、遮断検知部６９ａにより検知される荷電粒子線Ｂのビーム電流が所定の閾値を超えた場合には、荷電粒子線Ｂの出射を停止するようにサイクロトロン３に制御信号を送信する。例えば、制御部６９を構成するコンピュータが所定の制御プログラムに従って動作することにより、上記のような遮断検知部６９ａと出射制御部６９ｂとが実現される。

以上説明したターゲット装置７による作用効果について説明する。上述したようなビーム通過路１７とターゲット収容部２７との配置関係によれば、ビーム通過路１７の断面内において、荷電粒子線Ｂの通過位置が上側（＋Ｙ側）に行くほど、ターゲット収容部２７のより上部に荷電粒子線Ｂが照射されることになる。従って、ビーム通過路１７の断面上部を通過する荷電粒子線Ｂは、仮にコリメータ６１が無い場合には、ターゲット収容部２７の比較的上部に照射され、前述したような不具合を発生させる虞がある。これに対して、ターゲット装置７におけるコリメータ６１は、遮蔽部位６３によってビーム通過路１７の断面上部を通過する荷電粒子線Ｂを下流側に通過させない。その結果、荷電粒子線Ｂは、ターゲット液体Ｔの比較的下部の適切な位置に照射され、前述したような不具合が抑制される。すなわち、可動ユニット１３の背面壁４３への損傷の可能性が低減され、またＲＩの生成効率低下も抑えられる。

また、ビーム通過路１７の断面上部を通過する荷電粒子線Ｂが所定の閾値を超えて存在する場合には、制御部６９によって荷電粒子線Ｂの出射が停止されるので、上記の可動ユニット１３の背面壁４３への損傷の可能性がより低減される。また、コリメータ６１は真空箱９の外表面よりも下流側に配置されるので、コリメータ６１とターゲット収容部２７とが比較的近くに位置する。従って、コリメータ６１の位置における荷電粒子線Ｂの通過位置とターゲット収容部２７への荷電粒子線Ｂの照射位置との相関性が高い。その結果、荷電粒子線Ｂの遮蔽や出射停止処理が必要に応じて正確に実行される。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

１…放射性同位元素製造システム、３…サイクロトロン（粒子加速器）、９…真空箱、１７…ビーム通過路、２７…ターゲット収容部（液体収容部）、６１…コリメータ（ビーム遮蔽部）、６３…遮蔽部位、６９ａ…遮断検知部、６９ｂ…出射制御部、Ｂ…荷電粒子線。

Claims (3)

1. ターゲット液体を収容する液体収容部と、
   粒子加速器の真空箱から出射された荷電粒子線を前記液体収容部まで通過させるビーム通過路と、
   前記ビーム通過路内の所定位置に設けられ、前記所定位置における前記ビーム通過路の断面の一部を遮蔽して前記荷電粒子線の通過を許容しない遮蔽部位を有すると共に前記断面の他部では前記荷電粒子線の通過を許容するビーム遮蔽部と、を備えたターゲット装置。
2. 前記遮蔽部位は前記断面の上部に形成される、請求項１に記載のターゲット装置。
3. 前記粒子加速器からの前記荷電粒子線の出射を制御する出射制御部と、
   前記遮蔽部位で前記荷電粒子線が遮断されたことを検知する遮断検知部と、を備え、
   前記出射制御部は、
   前記遮断検知部により前記荷電粒子線の遮断が検知された場合には、前記粒子加速器からの前記荷電粒子線の出射を停止するように制御する、請求項１又は２に記載のターゲット装置。

Images