JP6676867B2 - 医療用放射性同位元素を準備するための装置 - Google Patents
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Description
本願は、一般に、Ｍｏ−９９など放射性同位元素を準備するためのシステム、装置、および方法に関する。
関連出願の相互参照
本願は、２０１４年１１月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／０８０，５８９号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本願は、２０１４年１１月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／０８０，５８９号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
政府支援の確認
本発明は、米国緊急事態局（U.S.Department of Energy）に与えられた契約第ＤＥ−ＡＣ５２−０６ＮＡ２５３９６号のもと、政府支援と共になされた。政府は、本発明における、ある種の権利を有する。
本発明は、米国緊急事態局（U.S.Department of Energy）に与えられた契約第ＤＥ−ＡＣ５２−０６ＮＡ２５３９６号のもと、政府支援と共になされた。政府は、本発明における、ある種の権利を有する。
共同研究契約の参加者
ここに記載の研究は、ＣＲＡＤＡ第ＬＡ１１Ｃ１０６６０号のもと、Los Alamos National Security,LLCとNorthStar Medical Radioisotopes,LLCとの間の協働研究開発契約（Cooperative Research and Development Agreement）のもとで実施された。
ここに記載の研究は、ＣＲＡＤＡ第ＬＡ１１Ｃ１０６６０号のもと、Los Alamos National Security,LLCとNorthStar Medical Radioisotopes,LLCとの間の協働研究開発契約（Cooperative Research and Development Agreement）のもとで実施された。
テクネチウム９９ｍ（「Ｔｃ−９９ｍ」）は、核医学において最も一般的に使用されている放射性同位元素である。Ｔｃ−９９ｍは、米国内で実施されるすべての撮像処置の約３分の２で使用される。Ｔｃ−９９ｍを使用する年間数千万の診断処置が行われている。Ｔｃ−９９ｍは、モリブデン９９（「Ｍｏ−９９」）の放射性崩壊から作り出される娘同位元素である。Ｍｏ−９９は、６６時間の半減期で崩壊してＴｃ−９９ｍになる。
米国内で核医学において使用されるＭｏ−９９の大多数が、外国の経年化原子炉内で生産される。これらの原子炉の多くが、依然として固体の高濃縮ウラン（「ＨＥＵ」）ターゲットを使用し、Ｍｏ−９９を生産している。ＨＥＵは、２０％を超えるウラン２３５（「Ｕ−２３５」）の濃度を有する。これらの原子炉の保守および修理シャットダウンが、米国への、また世界の残りの地域の大部分へのＭｏ−９９の供給を途絶させている。親放射性同位元素Ｍｏ−９９の比較的短い半減期により、予備の蓄積をすることができない。大手生産者の１つ、カナダのThe National Research Reactorは、２０１６年に定期生産を中止している。
ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII,Part 5
ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section II,Part D Mandatory Appendix I
ＨＥＵの使用を含まないＭｏ−９９を作り出すための技術は、たとえば、モリブデン１００のターゲット（または複数のターゲット）を電子ビームに暴露することを含み得る。ビームとの相互作用は、モリブデン１００ターゲット材料の一部をモリブデン９９に変換させる。モリブデン１００ターゲット材料は、たとえばディスクホルダ内のターゲットディスクの形態で存在し得、ディスクは、ビーム方向に対し直交して向けられる。ビームは、最初に窓を通過し、次いで最も近いターゲットディスクを通過し、次いで次の最も近いターゲットディスクを通過し、以下同様とすることができる。ビームと窓およびターゲットとの相互作用は、窓およびターゲットを加熱する可能性があり、その結果、冷却材（たとえば、ヘリウムガス）を使用し、ビームがターゲットを照射するとき、窓および／またはターゲットから熱を除去することができる。
典型的な窓は平坦であるが、平坦な窓は、高い熱蒸着レートおよび冷却材からの窓に対する圧力が、高い応力の一因になり得、エネルギービームは、窓を不均一に、ビームが窓を通過する中央で顕著に加熱する可能性があるので、問題となり得る。したがって、窓の中央は、比較的に動かない周縁に対して熱膨張する可能性がある。これらの条件下で、ビームからの加熱が、加圧された冷却材と組み合わされて、窓に対する応力を生み出し、これが窓を変形させるので、膨張する中央は、元の平坦な窓の平面から弓なりに曲がる可能性があり、これは窓を破損させる可能性がある。
したがって、本明細書では、電子ビーム照射中、窓およびターゲットがターゲットディスクホルダの内側から冷却されている間に、窓に対する応力を最小限に抑えるための技術を開示する。
いくつかの開示されている技術では、放射性同位元素を作り出すための装置が、ハウジングと、ハウジング内のディスクホルダと、ディスクホルダ内で実質的に互いに平行に向けられた複数のターゲットディスクとを含むことができる。また、この装置は、第１の湾曲した窓と第２の湾曲した窓を含むことができる。これらの窓は、それらの湾曲した表面がディスクホルダ内のディスクに向かって内向きに向けられた状態で、ディスクホルダの両側に位置決めされ得る。他の実施形態では、ターゲットの一方の側に１つの窓だけが設けられ、またはターゲットの３つ以上の側になど、２つよりも多くの窓が設けられる。
ディスクホルダの両側に２つの湾曲した窓を有する実施形態の動作中、第１の電子ビームが第１の窓を通過し、次いでターゲットディスクを通過することができ、同位元素が作り出される。第２の電子ビームもまた第２の窓を通過し、次いでターゲットディスクを通過することができ、追加の同位元素が作り出される。ビーム照射により、窓およびターゲットディスクが加熱される。ディスクホルダ内の１つまたは複数の入口は、ハウジングからの冷却材がディスクホルダに入り、ディスクおよび／または湾曲した窓を冷却することを可能にする。ディスクホルダ内の出口は、冷却材がディスクホルダを出ることを可能にする。湾曲した窓の形状は、湾曲していない窓に比べて、ビーム誘導加熱および冷却材圧力によって引き起こされる、窓に対する応力を低減する。
いくつかの実施形態では、Ｍｏ−９９を作り出すための装置は、ハウジングと、ハウジング内のディスクホルダと、モリブデン１００の複数のターゲットディスクを含む。ターゲットディスクは、ディスクホルダ内で実質的に互いに平行に向けられる。この装置はまた、第１の湾曲した窓と第２の湾曲した窓を含む。第１の湾曲した窓および第２の湾曲した窓は、それらのそれぞれの湾曲した表面がディスクホルダ内のディスクに向かって内向きに向けられた状態で、ディスクホルダの両側に位置決めされる。動作中、第１の電子ビームが第１の窓を通過し、次いでモリブデン１００製のターゲットディスクを通過し、放射性同位元素モリブデン９９が作り出される。第２の電子ビームもまた第２の窓を通過し、次いでモリブデン１００のターゲットディスクを通過することができ、モリブデン９９の追加の放射性同位元素が作り出される。この装置は、ターゲットディスクおよび／または２つの湾曲した窓の内側表面に接触する冷却材をも含む。動作中、電子ビームは湾曲した窓を通過し、モリブデン１００のターゲットディスクを照射するとき、冷却材がハウジングを通ってディスクホルダに流入し、そこでディスクおよび窓を冷却する。湾曲した窓の形状は、平坦な窓に比べて、ビーム誘導加熱および冷却材圧力によって引き起こされる、窓に対する応力を低減する。
開示されている技術の前述および他の目的、特徴、および、利点は、添付の図を参照して進む以下の詳細な説明からより明らかになろう。
放射性同位元素を作り出すためのシステム、装置、および方法が本明細書で開示される。開示されているシステムは、照射されることになる１つまたは複数のターゲットを保持するように動作可能であり、一方、この放射によって加熱され得るターゲットおよび装置の他の部分に冷却材を通すようにも動作可能な装置を含むことができる。本明細書に開示されている例示的な装置は、細長いハウジングと、ターゲットホルダと、１つまたは複数の湾曲した窓と、１つまたは複数のターゲットとを含むことができる。ターゲットは、印加される放射が湾曲した窓を通過し、ターゲット内に入り、またはターゲットを通過し、ターゲット内で所望の放射性同位元素を作り出すように、ハウジング内で所望の向きでターゲットホルダによって保持される。ターゲットは、印加される放射と相互作用させるために特定の形で配置された、ディスクまたは球など、任意の数の個々のターゲットユニットを含むことができる。ハウジングはまた、冷却材を、ターゲットホルダを通して、ターゲットの上を、および／または湾曲した窓の少なくとも内側表面を通過して導き、放射によって生成される熱を引き離すように構成されている。窓は、ターゲット内で放射性同位元素を効果的に作り出すために望むようにして、入来する放射ビームを形作る湾曲を有することができる。
いくつかの例示的な装置は、ハウジングと、ハウジング内のディスクホルダと、ディスクホルダ内で実質的に互いに平行に向けられた複数のターゲットディスクとを含む。また、この装置は、第１の湾曲した窓と第２の湾曲した窓を含み、これらの窓は、それらのそれぞれの湾曲した表面がディスクホルダ内のディスクに向かって内向きに向けられた状態で、ディスクホルダの両側に位置決めされる。動作中、第１の電子ビームが第１の窓を通過し、次いでターゲットディスクを通過し、同位元素が作り出される。第２の電子ビームもまた第２の窓を通過し、次いでターゲットディスクを通過することができ、追加の同位元素が作り出される。ビーム照射により、窓およびターゲットディスクが加熱される。ディスクホルダ内の入口は、ハウジングからの冷却材がディスクホルダに入り、ディスクおよび湾曲した窓を冷却することを可能にする。ディスクホルダ内の出口は、冷却材がディスクホルダを出ることを可能にする。湾曲した窓の形状は、ビームを成形する助けとなり得、ビーム誘導加熱および冷却材圧力によって引き起こされる、窓に対する応力を最小限に抑える助けとなり得る。
特定の実施形態では、Ｍｏ−９９を作り出すための装置が提供される。この装置は、ハウジングと、ハウジング内のディスクホルダと、ディスクホルダ内で保持されたモリブデン１００の複数のターゲットディスクとを含む。ターゲットディスクは、ディスク間に狭い空間がある状態で、ディスクホルダ内で実質的に互いに平行に向けられて保持される。また、この装置は、第１の湾曲した窓と第２の湾曲した窓を含み、これらの窓は、それらのそれぞれの湾曲した表面がディスクホルダ内のディスクに向かって内向きに向けられた状態で、ディスクホルダの両側に位置決めされる。動作中、第１の電子ビームが第１の窓を通過し、次いでモリブデン１００製のターゲットディスクを通過し、放射性同位元素モリブデン９９が作り出される。第２の電子ビームもまた第２の窓を通過し、次いでモリブデン１００のターゲットディスクを通過することができ、モリブデン９９の追加の放射性同位元素が作り出される。電子ビームソースからの第１の電子ビームが第１の湾曲した窓を通過する。同時に、または後で、第２の電子ビームが第２の湾曲した窓を通過する。電子ビームが窓を通過し、次いでモリブデン１００のターゲットディスクを通過するとき、冷却材の流れが、ハウジングを通過しディスクホルダに入り、そこでディスクおよび窓を冷却する。
開示されているいずれの実施形態においても、通過する冷却材ガス流内へ内向きに凸である曲率半径が窓に与えられ得る。この窓形状は、凸形の内側窓表面の上の冷却材の流れを向上させ、これは、熱伝達を改善し、窓温度を低減する。また、湾曲した窓の形状は、機械的応力の、および圧力誘導熱応力の低減をもたらすことができる。
図１Ａおよび図１Ｂは、ハウジング１２と、ターゲットホルダ１４と、ターゲットディスク１６（たとえば、５０枚のＭｏ−９９ディスク）の概して円筒形のスタックと、２つの反対側の湾曲した窓１８とを含む例示的な装置１０を示す。湾曲した窓１８は、内向きに凸である（すなわち、凸形の湾曲した表面が、ターゲットホルダ１４内のターゲットディスク１６に向かって内向きに面して向けられ、凹状の湾曲した外側表面がターゲットから反対に面する）。図１Ｂに示されているように、ハウジング１２は、概して管状とすることができ、放射ビーム軸に対して直交する方向に細長いものとすることができる。ハウジング１２は、矩形断面、または他の断面形状を有することができる。ハウジング１２は、対応する形状を有する窓１８を受け取るようにサイズ設定された円形開口２０を含むことができる。
図２Ｃに示されているように、ターゲットホルダ１４は、概して立方体のフレームを含むことができる。ホルダ１４は、２つの窓１８、およびハウジング内の２つの開口２０と位置合わせされている、ホルダを通す開口２８を含むことができる。ターゲットディスク１６のスタックは、ホルダ１４内側で開口２８内に配置され、これらのディスクは、ホルダ内の開口２８および窓１８と位置合わせされている。ターゲットホルダ１４は、互いにわずかに離間された複数のフィン２２を含むことができ、各フィン２２は、開口２８の１つを含み、ターゲットの１つを保持する。ホルダ１４は、フィン２２間に延びる冷却材流れチャネルを含む。フィン２２は、丸い、またはブルノーズ型の流入端２４と、尖ったディフューザの流出端２６とを含み、流入端２４と流出端２６の間でターゲットを跨いだ冷却材圧力低下を低減することができる。複数のフィン２２は、図２Ｃに示されているように上部および下部接続プレート３０を介して共に保持され得る。また、窓１８の内側表面と最初および最後のターゲットディスクとの間に空間が提供され、冷却材の流れが窓の内側表面並びにディスクの上を通ることを可能にする。図２Ｂは、ターゲットホルダ１４および窓１８のための例示的な寸法を提供する。
窓１８の湾曲した形状は、湾曲していない窓形状または他の湾曲した窓形状に比べて、ビーム誘導加熱および冷却材圧力によって引き起こされる、窓に対する応力を低減することができる。図２Ａは、例示的な寸法を有する例示的な窓１８の断面図を示す。寸法は、インチ単位（ほんの数例を挙げると１．３３９インチ、１．２６０インチ、および０．０１インチ）並びに図２Ａでは括弧内に見られるミリメートル単位（３４、３２、０．２５）で提供される。図の曲率半径のための値は、１．５０インチ［３８ｍｍ］である。窓直径、半径の関数としての厚さ、および寸法全体は、使用中、電子ビームが窓を通過し、一方、冷却材が装置を流通し、照射されるディスクおよび窓を装置の内側から冷却するとき生み出される相対的な機械的応力および熱応力が原因で変化する可能性がある。
装置１０は、放射性同位元素を準備し、一方、冷却材の流れを使用し、印加される放射によって生成される熱を連続的に除去するための様々な装置の一例である。図１Ｃは、装置１０または他の同様な装置と共に使用することができる例示的な冷却材システムを示す概略図である。冷却材システムはヘリウムなど様々な冷却材材料を使用し、熱をターゲット、窓、および／または他の装置構成要素から除去することができる。冷却材システムは冷却材を所望の圧力および流量で装置１０に与えることができ、装置から抽出される熱をヒートシンク（たとえば、水塊）または何らかの他の行き先と交換することができる。いくつかの実施形態では、冷却システムは、約２１７ｇｍ／ｓの入口質量流量および約２．０６８ＭＰａの入口圧力を有する、ヘリウムベースの閉ループ冷却システムを含むことができる。入口質量流量および入口圧力は、たとえばターゲットホルダの流入端２４に印加することができる。図１Ｂに示されているように、ハウジング１２は、端部開口１３を有する細長い管状体を含むことができる。端部開口１３は、開口１３の１つを通って入り、ターゲットホルダ１４を通り、他の開口１３を通って出るように冷却材を導くように冷却材システムに結合され得る。
代替実施形態では、ターゲットは、様々な異なる構成を有することができる。たとえば、図２４Ａ〜図２４Ｄは、ターゲットを通る冷却材の流れを可能にするために複数のクロスチャネルを有する概して円筒形の全体形状を有する例示的な単一部片のターゲット４０を示す。ターゲット４０は、軸方向端部４２が湾曲した窓に面し、中実の上部および下部部分４４が冷却材の流れの上方および下方に位置決めされた状態で配置され得る。流れチャネルは、ターゲット４０の異なる部分において様々なサイズおよび形状を含むことができる。たとえば、ターゲット４０は、軸方向端部４２に近いほどより広いスロットタイプの流れチャネル４６、軸方向中央に近づくほどより狭いスロットタイプの流れチャネル４８、および／または軸方向中央部分においてピンホールタイプの流れチャネル５０を含むことができる。チャネル４６、４８は、上部中実部分４４と下部中実部分４４の間に垂直に延びることができ、一方、ピンホールタイプのチャネル５０は、より短い高さを有し、同じ垂直平面内でいくつかと重ねることができる。流れチャネルの異なるサイズおよび形状は、ターゲットにわたる加熱速度の変動を補償することができ、放射からの加熱がより大きい領域において冷却材の流れおよび／または表面積がより大きい。例示的なターゲット４０は、両軸方向端部から照射されるように構成され、したがって軸方向に対称であるが、他の実施形態は、一方の軸方向端部からのみ照射されるときなど、非対称とすることができる。
図２５は、概して円筒形の全体形状を有し、複数の小さな球状ターゲット要素６２を備える別の例示的なターゲット６０を示す。ターゲット６０は、一方または両方の軸方向端部から来る放射と共に向けられ得る。球状要素６２間の空間は、ターゲット全体を通る冷却材の流れを可能にすることができる。ターゲット６０は、それらの要素６２を所望の詰められた形態で保持する球状の外側ケーシングまたはホルダを含むことができる。外側ケーシングまたはホルダは、メッシュ、スクリーン、または冷却材の流れがそこを通ってターゲット内に入ることを可能にするために少なくとも部分的に穿孔された他の材料を含むことができる。冷却材の流れは、円筒形の全体形状の軸に対して直交するものとすることができる。他の同様の実施形態では、ターゲットは、詰められた小さな球状要素から構成された矩形、たとえば方形の断面の全体形状を備えることができる。矩形の形状は、ターゲットを通過するより均一な冷却材の流れの分布を提供することができる。球状要素は、それらの全体密度を調整し、球間の開いた空間の相対的な容積および構成を調整するために、異なるように詰められ得る。他の実施形態では、ターゲットは、１個部片として一体化されているスポンジのような、または多孔質の材料を含むことができるが、加圧された冷却材が通り抜けることができる通路を含む。
他の実施形態では、２つより多くの異なる方向からターゲットの照射を可能にするために、２つより多くの湾曲した窓がハウジング内に含まれ得る。たとえば、矩形の断面のハウジングは、４つの窓を、４つの側のそれぞれに１つ含むことができ、冷却材は、４つの湾曲した窓すべての中心軸に対して直交して流れる。そのような実施形態では、ターゲットは、立方体の形状を含むことができ、たとえば、４つの平坦な表面が４つの窓の方に向き、他の２つの表面が冷却材の流入および冷却材の流出の方を向く。立方体のターゲットは、冷却材の流れ方向と位置合わせされた通路、または冷却材の有効性を促進するための他の通路／開口を含むことができる。他の実施形態では、ターゲットは、球状または卵形のターゲットを含むことができる。任意の形状のターゲットを使用することができる。したがって、ターゲットホルダは、窓に対してターゲットを保持し、ハウジング内のターゲットの上の、および／またはそこを通る冷却材の流れを容易にするように、任意の対応する形状を有する。
例示的な凸型ビーム入射窓のための設計方法
どのタイプの荷電粒子ビーム用のビーム入射窓も、粒子／窓材料の相互作用によって引き起こされるエネルギー放散を介して容積加熱を受ける可能性がある。低いビーム相互作用材料（典型的には、低い分子量を有する材料）製である非常に薄い窓を除いて、典型的な実施形態の窓は、積極的な冷却を必要とし、冷却材は、流れを作り出すためにある程度必然的に加圧される。そこで、窓は、２つの機構、すなわち１）圧力負荷からの機械的応力、および２）材料内の温度勾配からの熱応力によって応力を受ける。これらの応力は、窓の破損を防止するために何らかの限界より低く保たれなければならない。場合によってはそれほど保守的でない限界が採用されてもよいが、許容される応力基準のために一般に受け入れられ、しばしば必要とされる標準は、ＡＳＭＥボイラおよび圧力容器基準（以下、「ＣＯＤＥ」と呼ばれる）である。
どのタイプの荷電粒子ビーム用のビーム入射窓も、粒子／窓材料の相互作用によって引き起こされるエネルギー放散を介して容積加熱を受ける可能性がある。低いビーム相互作用材料（典型的には、低い分子量を有する材料）製である非常に薄い窓を除いて、典型的な実施形態の窓は、積極的な冷却を必要とし、冷却材は、流れを作り出すためにある程度必然的に加圧される。そこで、窓は、２つの機構、すなわち１）圧力負荷からの機械的応力、および２）材料内の温度勾配からの熱応力によって応力を受ける。これらの応力は、窓の破損を防止するために何らかの限界より低く保たれなければならない。場合によってはそれほど保守的でない限界が採用されてもよいが、許容される応力基準のために一般に受け入れられ、しばしば必要とされる標準は、ＡＳＭＥボイラおよび圧力容器基準（以下、「ＣＯＤＥ」と呼ばれる）である。
本実施形態の湾曲した窓は、平坦な窓がこの標準によって受け入れられない状況に対処することができる。本実施形態の湾曲した窓は、複雑な湾曲および／または不定の厚さを有することができ、その結果、ＣＯＤＥの適切な節は、解析による設計（design-by-analysis）法、典型的には有限要素計算方法を必要とする応用例のための要件を指定する非特許文献１（参照により本明細書に組み込まれる）である。ＣＯＤＥのこの節は、様々な応力タイプ（膜、曲げ、および二次（熱））が、許容される応力に対して１つずつ、および組合せでどのように比較されることになるか詳細に記載している。
特定の装置セットアップについて湾曲した窓のパラメータ／寸法を決定することは、反復手法を使用して行うことができる。窓の寸法は、一般に粒子ビーム寸法によって定義され、典型的には、ガウスビームプロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）の２倍に近い値である。他のビームプロファイルについては、容積加熱の速度の減少に依存し得る。窓を湾曲させることは、熱応力と機械的応力を共に低減する効果を有するが、湾曲は、これもまた考慮されなければならない冷却材の流れに対する影響がない。
所与の装置のために湾曲した窓を作り出すための反復プロセスは、熱応力を最小限に抑えるための不定の厚さでなど、平坦な窓設計で始めることができる。次いで、許容される解決策を平坦な窓で得ることができない点で、凸の湾曲を導入することができる。窓は凸であり、ターゲット内に湾曲し、冷却材は、窓にわたって良好な冷却材の流れを確保するように導入される。湾曲は、オプションで、厚さと共に体系的に調整することができ、一般には、機械的応力を低減するように半径方向に増大する。応力は、非特許文献１に定義されているＣＯＤＥ定義の相当量応力の限界（Limits of Equivalent Stress）と比較され得る。正味の相当量応力に対する応力タイプの相対的な寄与に応じて、厚さもしくは湾曲、または厚さと湾曲の両方が調整され、計算が繰り返されることを必要とし得る。このプロセスにより、作製およびテストを残して、湾曲した窓プロファイルを得ることができる。
図２Ａは、上記の反復プロセスを使用して作成された例示的な湾曲した窓２０のための寸法を示し、図２Ｂおよび図２Ｄは、２つの例示的な湾曲した窓１８を含む例示的な装置１０を示す。窓１８の一方または両方は、冷却材ガス流内に凸である。窓１８は、内向きに面する窓表面の少なくとも一部、またはその大多数、またはそのすべてにわたって球（球状の湾曲）の曲率半径、および凹形の外側表面について異なるまたは同様の曲率半径を有することができる。この窓形状は、窓の冷却を容易にし、一方、熱応力を低減する。たとえば、図２Ａの湾曲した窓２０については、これらの寸法はインチで与えられており、ミリメートル単位では括弧でくくられた値でもある。
ヘリウムで冷却されている直径３３．２ｍｍおよび厚さ０．５ｍｍの５０枚のＭｏ−９９ディスクを含む図１Ｂの装置１０と同様の例示的な装置について、エンジニアリング解析を実施した。この解析は窓１８の内側表面を冷却することを含み、一方、ビームが窓を貫通して装置内でディスク１６に衝突することになり放射性同位元素を形成するように、放射性同位元素を形成するのに適した電子ビームを装置の窓に向けた。この解析のためのビームエネルギーおよび総ビーム電流は、それぞれ４２ＭｅＶおよび約５．７１マイクロアンペアである（片側で２．８６マイクロアンペアであり、これは各側で１２０ｋＷである）。圧力および流量の関数としての熱伝達および液圧性能を評価し、ビーム窓の熱−機械的性能を調べた。
直径３３．２ｍｍのターゲットを使用するターゲット設計は、初期のターゲット最適化からのものであり、このターゲットに対してＭＣＮＰＸ（Monte Carlo N-Particle eXtended）加熱計算を用いて、熱および流体解析を実施した。より薄いディスクを組み込む後続の最適化により、９０％の密な材料および１２ｍｍ ＦＷＨＭビームを使用して直径２９ｍｍの最適化された直径が得られた。このターゲットアセンブリは、熱解析に使用された長さ５０枚のディスクのターゲットに対して長さ８２枚のディスクである。加熱は、中間のディスクで低く、その結果、結論は変わらないことになる。
５０枚のＭｏディスクおよびディスクホルダからなるサブアセンブリを含む実施形態に対して、流体流に関係する計算を実施した。計算のために、各ディスクは、厚さ０．５ｍｍおよび直径３３．２ｍｍであり、各ディスクは、ディスクの各面上にヘリウム冷却材のために０．２５ｍｍの間隔があるようにディスクホルダ内に保持した。計算のために、サブアセンブリを囲むハウジングを合金７１８から作製した。ターゲットディスク並びに前面窓および背面窓は、溶接によって取り付けられることになる。計算のために、窓面は、球状の幾何形状および中心線で０．２５ｍｍの最小厚さを用いて湾曲された（図２Ａ参照）。到達する温度および結果的な応力は、窓の厚さと共に増大し、その結果、熱応力は、窓を中心線方向に向かって薄くすることによって最小限に抑えられる。負荷によって誘導される機械的応力は、窓の厚さの２乗に反比例し、その結果、この場合には、応力は窓を厚くすることによって低減される。応力によって誘導される圧力もまた、窓の直径の２乗と共に増大し、その結果、直径が増大するにつれて、厚さもまた増大するはずである。
前面窓および背面窓の形状は、窓の内側表面を最大の冷却材の流れ条件に暴露しながら熱応力を低減するように設計された。ディスクホルダは、圧力低下を最小限に抑えるために、上流のブルノーズおよび下流のディフューザを組み込み、それによりヘリウムの流れおよび熱伝達を最大にした。
動作中、装置はターゲットディスク間の冷却材の流れを使用することになり、これは、前面窓の内側表面から後ろ窓の内側表面に延びる平行な流れパターンを確立することになる。
一実施形態では、ヘリウム冷却材は、２１７ｇｍ／ｓ（ターゲットを通って平均１６１ｍ／ｓ、窓にわたって３０１ｍ／ｓ）および２．０６８ＭＰａの入口質量流量および圧力で流れ得る。０．３未満のマッハ数（０．１６）を考えると、最大密度変動は、５％未満になり、したがって、Ｍ＜０．３で流れるガスは、非圧縮性の流れとして扱うことができる。この実施形態における窓にわたるマッハ数は、０．３７８である。熱伝達係数（ＨＴＣ）は、平板矩形チャネル相関を使用することによって計算した。レイノルズ数およびヌセルト数を計算するとき、チャネルの液圧直径を使用し、チャネル幾何形状を定義することになる。下記に示されている伝統的なコルバーン式を使用し、十分に発達した乱流について局所的なヌセルト数ＮｕDを定義することになる。
上式で、Ｐｒは流体のプラントル数であり、ＲｅDはレイノルズ数であり、これは、
によって定義される。上式で、ｖはチャネルの断面にわたる平均流体速度であり、Ｄh（４Ａc／Ｐ）は液圧直径であり、ρは流体密度であり、μは粘度である。次いで、熱伝達係数は、式
に従って定義される。上式で、ｋは冷却材の熱伝導率として定義される。
２１７ｇ／ｓで１６１ｍ／ｓの、ターゲットチャネルを通る冷却材の平均速度、および２．０６８ＭＰａの入口圧力を使用する実施形態では、熱伝達係数（ＨＴＣ）は、１２９９０Ｗ／ｍ2・Ｋとなる。冷却材の平均速度が１５％から１８５ｍ／ｓだけ増大された場合には、ＨＴＣは、約１１．７％だけ増大することになる。実施形態は、モリブデンのターゲットディスクおよびインコネル合金７１８の窓を含む。ヘリウムに対するモリブデンのターゲットディスクおよびインコネル合金７１８の窓の熱負荷が表１にリストされている。ヘリウム冷却材についての熱液圧流れ条件が表２にリストされている。表３は、２９３Ｋでのヘリウム特性をリストしている。この流量および電力でのヘリウムのバルク平均温度は約１３０℃であることに留意されたい。
内部発熱についての数値解析入力は、図４に示されているように、ディスク半径の関数としてなされた。
共役熱伝達解析
数値流体力学（ＣＦＤ）技法を使用し、ＡＮＳＹＳ ＣＦＸ（v.14.5.7）を使用して定常状態の共役熱伝達問題を解いた。５０枚のモリブデンターゲットプレートの構成は、５１本の矩形通路を通る平行な冷却材の流れを可能にする。解析に使用された境界条件は、以下の通りであった。すなわち、選択されたブロワだけに依存する固定の使用可能な水頭を仮定して、ターゲットにわたって０．１０３ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力低下が使用された。したがって、システム質量流量で入口において２．０６９ＭＰａ（３００ｐｓｉ）の全圧および出口において１．９６５ＭＰａ（２８５ｐｓｉ）の静圧が解の一部であった。各チャネルは、幅０．２５ｍｍ（０．００９８インチ）×高さ３２．７ｍｍ（１．２８７インチ）の公称矩形断面を有する。メッシュのサンプルが図５に示されている。モリブデンターゲットアセンブリは、約１９６０万個のノードを使用してメッシュ化された。問題における計算力を削減するために、ＸＹ平面およびＸＺ平面で対称が使用された。流れ場および幾何形状は対称であり、対称平面では法線速度がゼロ、対称平面ではすべての変数の法線勾配がゼロである。
数値流体力学（ＣＦＤ）技法を使用し、ＡＮＳＹＳ ＣＦＸ（v.14.5.7）を使用して定常状態の共役熱伝達問題を解いた。５０枚のモリブデンターゲットプレートの構成は、５１本の矩形通路を通る平行な冷却材の流れを可能にする。解析に使用された境界条件は、以下の通りであった。すなわち、選択されたブロワだけに依存する固定の使用可能な水頭を仮定して、ターゲットにわたって０．１０３ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の圧力低下が使用された。したがって、システム質量流量で入口において２．０６９ＭＰａ（３００ｐｓｉ）の全圧および出口において１．９６５ＭＰａ（２８５ｐｓｉ）の静圧が解の一部であった。各チャネルは、幅０．２５ｍｍ（０．００９８インチ）×高さ３２．７ｍｍ（１．２８７インチ）の公称矩形断面を有する。メッシュのサンプルが図５に示されている。モリブデンターゲットアセンブリは、約１９６０万個のノードを使用してメッシュ化された。問題における計算力を削減するために、ＸＹ平面およびＸＺ平面で対称が使用された。流れ場および幾何形状は対称であり、対称平面では法線速度がゼロ、対称平面ではすべての変数の法線勾配がゼロである。
モリブデンターゲットＣＦＤ解析の結果を図６〜図９に示している。図６は、相対表面等圧線を示す。図７は、ＸＺ平面視からの冷却チャネルを通る等速線を示す。図８は、ビーム中心に対して平行な平面として定義される特定の場所での冷却チャネル内の平均速度の棒グラフを示す。図９は、２９３．１５Ｋから９００Ｋの冷却材ヘリウムガス温度範囲を示す。
４２ＭｅＶおよび約５．７１マイクロアンペア（μＡ）のビームエネルギーおよび電流でのアセンブリおよびターゲットディスクについての定常状態温度のプロットが準備された。合金７１８窓におけるピーク温度は、前面窓および背面窓のどちらについても、約６６３．６Ｋで計算される。図１０は、前面窓の中心厚さを通る温度プロファイルを示す。ピークターゲットディスク温度は、ターゲットディスク１０内で、１２６３°Ｋのピーク温度で生じる。図１１の棒グラフは、５０枚のターゲットディスク（対称ビーム堆積）に前面窓を加えたもののうちの２５枚におけるピーク温度を示す。
図１２は、ＸＺ平面視からのハウジングおよびターゲットディスクの等速線プロットを示す。
合金７１８ハウジングに対する静的応力解析
解析による設計法の適用のための要件を概説する非特許文献１を使用して、ＦＥ応力解析を実施した。非特許文献２を、許容される応力値を決定するために使用した。
解析による設計法の適用のための要件を概説する非特許文献１を使用して、ＦＥ応力解析を実施した。非特許文献２を、許容される応力値を決定するために使用した。
解析による設計法の適用は、以下の５つの特定の故障モードに対して構成要素の妥当性を確認することを必要とする。
１．すべての圧力容器が過剰圧力に対する保護を備えること
２．塑性崩壊に対する保護
− 弾性応力解析方法
設計許容応力Ｓｍ：Ｓｍ＝２／３σyまたはσult／３．５の小さい方
一次膜に曲げ応力を加えたもの：Ｐｍ＋Ｐｈ≦１．５Ｓｍ
− 弾性−塑性応力解析方法
真応力歪み曲線
非線形幾何形状の作用を含める
３．局所故障に対する保護
− 局所的な一次膜に曲げ主応力を加えた和：（σ１＋σ２＋σ３）≦４Ｓｍ
４．座屈に対する保護
− なし。外部荷重条件なし
５．繰返し荷重からの故障に対する保護
− なし
１．すべての圧力容器が過剰圧力に対する保護を備えること
２．塑性崩壊に対する保護
− 弾性応力解析方法
設計許容応力Ｓｍ：Ｓｍ＝２／３σyまたはσult／３．５の小さい方
一次膜に曲げ応力を加えたもの：Ｐｍ＋Ｐｈ≦１．５Ｓｍ
− 弾性−塑性応力解析方法
真応力歪み曲線
非線形幾何形状の作用を含める
３．局所故障に対する保護
− 局所的な一次膜に曲げ主応力を加えた和：（σ１＋σ２＋σ３）≦４Ｓｍ
４．座屈に対する保護
− なし。外部荷重条件なし
５．繰返し荷重からの故障に対する保護
− なし
合金７１８窓に作用する関連の負荷および負荷の定義が図１３に示されている。図１４は、応力カテゴリおよび相当量応力の限界（フォンミーゼス降伏基準）を示す。
ハウジングは、最大２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉ）で圧力負荷がかけられ、上流で固定拘束された状態で保持され、一方下流は、軸方向で自由である。アニールされた合金７１８の引張強度の値は、６８７ＭＰａから８１０ＭＰａに及び、これは１９６ＭＰａから２３１ＭＰａに及ぶ許容される応力を生み出す。テスト温度の関数としてのＵＴＳの値が、図１５にプロットされている。析出硬化（ＰＨ）合金の強度特性は、アニールされた材料についてのものより著しく高い。７００Ｋでの最小の予想されるＵＴＳは１１３３ＭＰａであり、アニールされた合金よりおおよそ４０％の強度の増大である。引張強度の平均値および最小値が図１６に見られる。
荷重組合せ：Ｐ＋Ｐ s ＋Ｄ
応力線形化は、圧力容器の３Ｄ固体有限要素解析（ＦＥＡ）モデルをＡＳＭＥ ＢＰＶＣに関係付けるために、薄壁部の厚さを通じて応力の分布を見出す。図１７は、加えられた機械負荷だけの合金７１８窓のフォンミーゼス応力プロットを示す。図１８Ｂおよび図１８Ｃは、図１８Ａに示されている異なる２つの場所での線形化された応力（膜、曲げ、および膜に曲げを加えたもの）を示す。保守的な手法をとり、８１１Ｋ（２３４ＭＰａ）での許容応力値を使用して、図１８Ａ〜図１８Ｃには、両場所についてプロットされている膜応力が２３４ＭＰａの許容閾値より低いことが示されている。さらに、一次膜に曲げ応力を加えたもの、Ｐｍ＋Ｐｈ≦１．５Ｓｍを見たとき、これもまた１．５Ｓｍ限界（３５１ＭＰａ）より低い。ＦＥＡ結果は、窓内の０．１３８ｍｍのピーク変形を示す（図１９参照）。
応力線形化は、圧力容器の３Ｄ固体有限要素解析（ＦＥＡ）モデルをＡＳＭＥ ＢＰＶＣに関係付けるために、薄壁部の厚さを通じて応力の分布を見出す。図１７は、加えられた機械負荷だけの合金７１８窓のフォンミーゼス応力プロットを示す。図１８Ｂおよび図１８Ｃは、図１８Ａに示されている異なる２つの場所での線形化された応力（膜、曲げ、および膜に曲げを加えたもの）を示す。保守的な手法をとり、８１１Ｋ（２３４ＭＰａ）での許容応力値を使用して、図１８Ａ〜図１８Ｃには、両場所についてプロットされている膜応力が２３４ＭＰａの許容閾値より低いことが示されている。さらに、一次膜に曲げ応力を加えたもの、Ｐｍ＋Ｐｈ≦１．５Ｓｍを見たとき、これもまた１．５Ｓｍ限界（３５１ＭＰａ）より低い。ＦＥＡ結果は、窓内の０．１３８ｍｍのピーク変形を示す（図１９参照）。
荷重組合せ
機械負荷を伴うＦＥモデルにＣＦＤモデル結果を結合することによって、窓の熱応力結果が図２０に示されている。熱膨張の追加により、フォンミーゼス応力が約２．３３×だけ増大し、したがって、これらの二次応力成分は優勢な項である。窓に対する熱および機械的負荷は、図２１に示されている０．１８０ｍｍのピーク変形を生成した。これらの変形は窓のピークに位置せず、したがって、冷却材間隙幅および冷却材の流れ特性に影響を及ぼすことは予想されない。
機械負荷を伴うＦＥモデルにＣＦＤモデル結果を結合することによって、窓の熱応力結果が図２０に示されている。熱膨張の追加により、フォンミーゼス応力が約２．３３×だけ増大し、したがって、これらの二次応力成分は優勢な項である。窓に対する熱および機械的負荷は、図２１に示されている０．１８０ｍｍのピーク変形を生成した。これらの変形は窓のピークに位置せず、したがって、冷却材間隙幅および冷却材の流れ特性に影響を及ぼすことは予想されない。
７００Ｋでのアニールされた合金７１８の耐力は、図２２におけるＩＮＣＯ曲線に従って３２０ＭＰａの値に、またやはり図２２におけるＡＬＬＶＡＣ曲線上の２５４ＭＰａに換算される。しかし、ＰＨ合金７１８は、７００Ｋで９１７．７ＭＰａの耐力を有し、これは、おおよそアニールされたＡＬＬＶＡＣ値より３．６×倍、ＩＮＣＯ値より２．８５×倍高い。耐力の平均値および最小値は、図２３において、ＰＨ合金７１８について２９４Ｋから１０２０Ｋの温度範囲にわたって見える。
弾性−塑性解析により、２．０６８ＭＰａの現在の動作圧力で、７９７．２ＭＰａの応力値が、図２０に示されているように７００ＫでのＰＨ合金７１８の耐力より低い（しかし、材料比例限界に近い）ことが予測されている。潜在的にクリティカルな塑性崩壊が３．１０２６ＭＰａ（４５０ｐｓｉ）を超える圧力で生じることも解析で示されている。同じことがアニールされた合金７１８についてできるとは言えない。すなわち、シミュレーションにより、２．０６８ＭＰａの現在の動作圧力では、ピーク応力が７００Ｋでの材料耐力を超えていることが明らかにされた。さらに、塑性崩壊は、１．０３４２ＭＰａ（１５０ｐｓｉ）の圧力で生じる。これは、現在の２．０６８ＭＰａ（３００ｐｓｉ）より著しく低い動作圧力を生み出すことになる。下記の表は、上記の応力結果を簡素化し、要約している。
析出硬化インコネル合金７１８窓における応力は、典型的な真の弾性限界内で挙動しており、応力は、歪みに比例する。しかし、アニールされた窓は、塑性変形することになり、歪みは、応力より速く増大することになる。窓が塑性変形されたとき、歪み硬化が生じることになる。これは、転位の生成、および材料の結晶構造内での動きによるものである。
手短に言えば、同位元素を作り出すのに有用な装置は、冷却材圧力およびビーム加熱応力について平坦な窓に比べて優れていると予想される、内部に対し凸の１対の窓を含む。解析により、２．０６８ＭＰａで動作するためには、析出硬化インコネル合金７１８など析出硬化窓材料が、対応するアニールされた合金より丈夫であることが示されている。この装置は、モリブデン９９など放射性同位元素をモリブデン１００ターゲットから最適に作り出すために必要とされる高電力、高磁束ターゲットに対する解決策を提供する。
この説明のために、この開示の実施形態のいくつかの態様、利点、および新規な特徴について、本明細書に記載されている。開示されている方法、装置、およびシステムは、決して限定するものと解釈されるべきでない。そうではなく、本開示は、単独で、また互いに様々な組合せおよびサブコンビネーションで、開示されている様々な実施形態のすべての新規且つ非自明の特徴および態様を対象とする。これらの方法、装置、およびシステムは、それらのどの特定の態様もしくは特徴またはそれらの組合せにも限定されず、開示されている実施形態は、何らかの１つまたは複数の特定の利点が存在することも問題が解決されることも必要としない。
開示されている技術の特定の態様、実施形態、または例と共に記載されている整数、特性、材料、および他の特徴は、本明細書に記載の任意の他の態様、実施形態、または例に、それらと両立しないものでない限り適用可能であることを理解されたい。本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む）に開示されている特徴のすべて、および／またはそのように開示されている任意の方法またはプロセスのステップのすべては、そのような特徴および／またはステップの少なくとも一部が互いに排他的なものである組合せを除いて、任意の組合せで組み合わせられ得る。本発明は、前述の実施形態の詳細に制限されない。本発明は、本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む）に開示されている特徴の任意の新規な１つ、または任意の新規な組合せに及び、またはそのように開示されている任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規な１つ、または任意の新規な組合せに及ぶ。
提示に好都合なように、開示されている方法のうちのいくつかの動作が、特定の連続して起こる順番で記載されているが、この説明方法は、特定の順序付けが特定の文言によって必要とされていない限り、再配置を包含することを理解されたい。たとえば、順次的に記載されている動作は、場合によっては、再配置されても同時に実施されてもよい。さらに、話を簡単にするために、添付の図は、開示されている方法を他の方法と共に使用することができる様々な方法を示していないことがある。
本明細書で使用されるとき、「a」「an」および「at least one（少なくとも１つ）」という用語は、指定されている要素の１つまたは複数を包含する。すなわち、特定の要素のうちの２つが存在する場合、それらの要素の１つもやはり存在し、したがって「an」要素が存在する。「a plurality of（複数の）」および「plural（複数の）」という用語は、指定されている要素の２つ以上を意味する。本明細書で使用されるとき、要素のリストの最後の２つの間で使用される「および／または」という用語は、リストされている要素の任意の１つまたは複数を意味する。たとえば、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」という表現は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」、「ＡおよびＢ」、「ＡおよびＣ」、「ＢおよびＣ」、または「Ａ、Ｂ、およびＣ」を意味する。本明細書で使用されるとき、「結合される」という用語は、一般に、物理的に結合またはリンクされることを意味し、特定の否定する文言がないとき、結合されている項目間に介在する要素の存在を排除しない。
開示した技術の原理を適用し得る多数の可能な実施形態に鑑みて、示された実施形態は例にすぎず、本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきでないことを理解されたい。そうではなく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲と少なくとも同程度に広いものである。したがって、本発明者らは、以下の特許請求の範囲の範囲内に入るすべてを特許請求する。
Claims (18)
- 放射性同位元素を作り出すための装置であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に位置決めされているターゲットホルダであって、放射性同位元素を作り出すために前記ハウジング内に１つまたは複数のターゲットを保持するように構成されているターゲットホルダと、
前記ハウジングに結合され、および、前記ターゲットホルダに隣接して位置決めされた少なくとも１つの湾曲した窓であって、前記ハウジング内へ前記ターゲットホルダに向かって面して向けられた凸形の湾曲した表面を有し、前記ハウジング内の前記ターゲットホルダによって保持された前記１つまたは複数のターゲットを照射して前記１つまたは複数のターゲットから放射性同位元素を作り出すために、前記ハウジングの外側から前記ターゲットホルダ内へ放射を透過するように動作可能な、少なくとも１つの湾曲した窓と
を備え、
前記ターゲットホルダは、前記ターゲットホルダによって保持された前記１つまたは複数のターゲットから冷却材が熱を除去するように、且つ前記少なくとも１つの湾曲した窓から前記冷却材が熱を除去するように、放射性同位元素を作り出す間、前記ハウジングを流通する前記冷却材を受け取るように動作可能な冷却材流入部分を備えており、
前記ターゲットホルダは、前記冷却材が通り過ぎ、前記１つまたは複数のターゲットおよび前記少なくとも１つの湾曲した窓から熱を除去した後で前記冷却材を前記ターゲットホルダから排出するように動作可能な冷却材流出部分を備えており、
前記ハウジングおよび前記ターゲットホルダは、前記湾曲した窓の前記凸形の表面と前記ハウジング内に前記ターゲットホルダによって保持されたターゲットの隣接する表面との間のチャネルから前記冷却材を提供するように配置されており、そのために、前記湾曲した窓は、前記ハウジング内で前記凸形の表面の上を流れる前記冷却材によって冷却され、
前記少なくとも１つの湾曲した窓は２つの湾曲した窓であって、前記ハウジングに結合され且つ前記ターゲットホルダの両側に位置決めされた２つの湾曲した窓を含んでおり、前記２つの湾曲した窓はそれぞれ、前記ターゲットホルダの両側から前記ターゲットホルダに向かって面して向けられた前記凸形の表面を有し、前記２つの湾曲した窓は、前記１つまたは複数のターゲットを異なる２つの方向から同時に照射するために異なる２つの方向から前記ターゲットホルダ内に放射を透過するように動作可能である、装置。 - 前記少なくとも１つの湾曲した窓の前記凸形の表面は球状の湾曲を有する、請求項１に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの湾曲した窓は前記凸形の表面とは反対側の凹形の表面を有する、請求項１または２に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの湾曲した窓の前記凸形の表面は、前記ハウジング内で冷却材の流れ経路内に内向きに突出し、前記湾曲した窓から前記冷却材への増大された熱伝達を引き起こす、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ターゲットホルダは前記ターゲットホルダ内に複数のターゲットを保持するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ターゲットホルダは、前記ターゲットホルダ内に複数のディスク形状のターゲットを保持し、前記複数のディスク形状のターゲットが互いに実質的に平行に向けられ互いに離間された状態で、前記ターゲット間に前記冷却材の流れ経路を提供するように構成されている、請求項５に記載の装置。
- 前記ターゲットホルダはフィンを備えており、前記フィンは、前記複数のディスク形状のターゲットを保持するように構成されており、且つ前記フィン間および前記ターゲット間で前記冷却材の流れを可能にするように構成されている、請求項６に記載の装置。
- 前記ターゲットホルダは複数の詰められた球状のターゲットを保持するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ターゲットホルダは単一のターゲットを保持するように構成されており、前記単一のターゲットは前記単一のターゲットを通る複数の冷却材の流れチャネルを備えている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ターゲットホルダ内に装着されている１つまたは複数のターゲットであって、モリブデンを含んでいる１つまたは複数のターゲットをさらに備えている、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ターゲットホルダ内に装着されている１つまたは複数のターゲットであって、Ｍｏ−１００を含んでいる１つまたは複数のターゲットをさらに備えている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
- 第１の電子ビームが前記少なくとも１つの湾曲した窓を通過し、次いで前記ターゲットホルダ内の少なくとも１つのターゲットを通過するように、前記少なくとも１つの湾曲した窓にて前記第１の電子ビームを送達するように位置決めされた第１の電子ビームソースをさらに備えている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
- 第２の電子ビームが本装置の第２の湾曲した窓を通過し、次いで前記ターゲットホルダ内の前記少なくとも１つのターゲットを通過するように、前記第２の湾曲した窓において前記第２の電子ビームを送達するように位置決めされた第２の電子ビームソースをさらに備えている、請求項１２に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの湾曲した窓は元素金属または金属合金を含んでいる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの湾曲した窓は、析出硬化インコネル合金、アルミニウムとベリリウムの合金、鋼、耐火金属合金、モリブデンとレニウムの合金、オーステナイト合金、マルテンサイト−フェライト合金、および、チタンとジルコニウムとモリブデンの合金（ＴＺＭ）から選択される金属合金を含んでいる、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも１つの湾曲した窓は元素アルミニウムを含んでいる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ハウジングに結合されている冷却システムであって、前記ハウジングおよび前記ターゲットホルダを通って前記冷却材を導くように構成されている冷却システムをさらに備えている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
- 前記冷却材はヘリウムガスを含んでいる、請求項１７に記載の装置。
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