KR100278585B1 - 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치 - Google Patents

방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 관한 것으로, 액체 또는 기체와 같은 유체 타겟을 이용하여 방사성동위원소를 용이하게 생산하기 위해, 유체 타겟을 공급하는 공급 용기와, 상기 공급 용기로부터 일정량의 유체 타겟을 취하여 다음단으로 보내는 시린지 펌프와, 상기 시린지 펌프에 연결되어 있고 6개의 밸브로 이루어져 소정방향으로만 유체를 송출하는 6포트 밸브와, 상기 6포트 밸브로부터 유체 타겟을 공급받고, 그 유체 타겟에 양성자빔이 조사되어 방사성동위원소가 생산되는 타겟 챔버와, 상기 타겟 챔버에 연결되어 일정 압력의 헬륨 가스를 주입함으로써 방사성동위원소를 함유하는 유체 타겟을 상기 6포트 밸브로 밀어내는 헬륨 용기와, 상기 6포트 밸브에 연결되어 유체 타겟으로부터 방사성동위원소를 추출하고 다시 유체 타겟을 회수하는 회수 용기와, 상기 타겟 챔버의 전면에 설치되어 타겟 챔버에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하여, 유체 타겟 및 방사성동위원소의 외부누출없이 안전한 환경하에서 방사성동위원소를 생산하는 것이 가능하다.

Description

방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치
본 발명은 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 액체 또는 기체와 같은 유체 타겟을 이용하여 방사성동위원소를 용이하게 생산할 수 있는 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 관한 것이다.
통상 방사성동위원소란 방사성 붕괴를 하여 다른 핵종으로 변화해 가는 불안정한 원자핵을 말하며, 천연적인 것도 있으나 대부분은 싸이클로트론(가속기)이나 원자로에 의하여 인공적으로 제조된다. 한 예로서, 싸이클로트론으로부터 가속된 하전입자 예를 들면, 양성자빔을18O에 입사시키면 상기18O의 핵에 양성자가 결합하는 대신 중성자가 이탈되면서 방사성동위원소18F가 생산된다. 이를 핵반응식으로 표기하면18O(p, n)18F이고, 통상18O를 타겟이라고 한다.
이와 같이 어떤 방사성동위원소를 제조하기 위해서는 일정한 타겟이 필요하며, 이러한 타겟으로서는209Bi,124Xe,18O 등이 존재한다. 이러한 타겟들은 통상 그 화학적 성질을 안정한 상태로 유지하기 위해 다른 물질과 결합하여 사용하고 있으며, 그 예로서 상기18O는 통상 H2 18O의 액체 형태로 가압하여 끊는 점을 높인 상태에서 사용하고 있다.
이러한 방사성동위원소를 생산하기 위해서 필요한 장치는 통상 싸이클로트론으로부터 가속된 하전입자(α입자, 양성자 등등)와, 상기 타겟 특히 액체나 기체와 같은 유체 타겟을 수납하기 위해 특별히 제작된 타겟 챔버와, 상기 타겟 챔버에 유체 타겟을 외부누출없이 공급 및 회수하기 위한 공급 및 회수부와, 상기 타겟 챔버에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각부가 필요하다.
그러나 종래에는 상기와 같이 공급 및 회수부와, 냉각부등이 일체로 형성된 장치가 구체적으로 개시된 바 없었으며, 따라서 아직 유체 타겟을 이용한 방사성동위원소의 생산량은 미미한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로, 액체 또는 기체와 같은 유체 타겟을 이용하여 방사성동위원소를 용이하게 생산할 수 있는 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치를 제공하는데 있다.
도1은 본 발명에 의한 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치를 도시한 상태도이다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 장착되는 타겟 챔버의 제1실시예를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 장착되는 타겟 챔버의 제2실시예를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 장착되는 타겟 챔버의 제3실시예를 도시한 평면도 및 단면도이다.
-도면중 주요부분에 대한 부호의 설명-
2 ; 공급 용기 3 ; 시린지 펌프
4 ; 6포트 밸브 5, 8 ; 헬륨 용기
6 ; 회수 용기 7 ; 냉각부
9 ; 펌프 11 ; 열교환기
TC, TC',TC" ; 타겟 챔버의 제1,2 및 3실시예
12 ; 몸체 14 ; 단턱
16 ; 평탄면 18 ; 수납부
22 ; 티타늄 포일 24 ; 유입관
26 ; 유출관 28 ; 전기용접부
32 ; 티타늄 링
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치는 유체 타겟을 공급하는 공급 용기와, 상기 공급 용기로부터 일정량의 유체 타겟을 취하여 다음단으로 보내는 시린지 펌프와, 상기 시린지 펌프에 연결되어 있고 6개의 밸브로 이루어져 소정방향으로만 유체를 송출하는 6포트 밸브와, 상기 6포트 밸브로부터 유체 타겟을 공급받고, 그 유체 타겟에 양성자빔이 조사되어 방사성동위원소가 생산되는 타겟 챔버와, 상기 타겟 챔버에 연결되어 일정 압력의 헬륨 가스를 주입함으로써 방사성동위원소를 함유하는 유체 타겟을 상기 6포트 밸브로 밀어내는 헬륨 용기와, 상기 6포트 밸브에 연결되어 유체 타겟으로부터 방사성동위원소를 추출하고 다시 유체 타겟을 회수하는 회수 용기와, 상기 타겟 챔버의 전면에 설치되어 타겟 챔버에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 도1은 본 발명에 의한 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치(1)를 도시한 상태도이다. 여기서 타겟은 H2 18O이고, 입사되는 하전입자는 양성자빔을 예로 하였다.
도시된 바와 같이 먼저 방사성동위원소를 얻기 위한 타겟으로서 H2 18O용액을 공급하는 공급 용기(2)가 구비되어 있고, 상기 공급 용기(2)로부터 일정량의 H2 18O용액을 취하여 다음단으로 보낼 수 있도록 시린지 펌프(3)가 상기 공급 용기(2)에 연결되어 있다.
상기 시린지 펌프(3)에는 6개의 밸브로 이루어져 소정방향으로만 H2 18O용액을 송출하는 6포트 밸브(4)가 연결되어 있고, 상기 6포트 밸브(4)에는 또한 H2 18O용액을 공급받아서, 그 H2 18O용액에 양성자빔이 조사되어 방사성동위원소 플루오르(18F)를 생산해내는 타겟 챔버(TC)가 연결되어 있다.
이어서 상기 타겟 챔버(TC)에는 일정 압력의 헬륨 가스를 그 타겟 챔버(TC)에 주입함으로써 방사성동위원소 플루오르를 함유하는 H2 18O용액을 상기 6포트 밸브(4)로 다시 밀어내는 헬륨 용기(5)가 연결되어 있다.
또한 상기 6포트 밸브(4)에는 상기 H2 18O용액으로부터 방사성동위원소 플루오르만을 추출하고 H2 18O용액을 회수하도록 회수 용기(6)가 연결되어 있다.
그리고 상기 타겟 챔버(TC)의 전면에는 그 타겟 챔버(TC)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각부(7)가 설치되어 있다.
도면중 미설명 부호 V1~V11은 각종 밸브이고, F1 및 F2는 유량계이며, 8은 냉각부의 헬륨 용기이며, 9는 상기 헬륨 용기로부터 헬륨 기체를 타겟 챔버(4)의 전면으로 순환시키기 위한 펌프이며, 11은 열 교환기이다.
여기서 상기 타겟 챔버(TC)는 주로 냉각부(7)의 헬륨 기체를 이용하도록 구성되어 있으나 상기 헬륨 기체 대신 일반적인 냉각수를 이용하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성된 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치(1)는 먼저 시린지 펌프(3)를 이용하여 공급 용기(2)의 H2 18O용액을 6포트 밸브(PV)로 주입하면, 상기 6포트 밸브(PV)의 선택적인 송출 방향 특성에 의해 타겟 챔버(TC)내로 일정량의 H2 18O용액이 공급된다.
그런후 소정의 에너지를 갖는 양성자빔을 소정의 전류로 상기 타겟 챔버(TC)로 입사시키면 양성자와 H2 18O의 핵반응 즉,19O(p, n)18F에 의하여 일정량의 방사성동위원소인 플루오르가 함유된 H2 18O용액이 얻어진다.
다음으로 6포트 밸브(PV)를 소정 방향으로 회전시킨 채 헬륨 용기(5)로부터 일정 압력의 헬륨 가스를 상기 6포트 밸브(PV)로 주입하면 상기 6포트 밸브(PV)의 선택적인 송출 방향 특성에 의해 상기 헬륨 가스가 타겟 챔버(TC)로 유입되고, 그 압력에 의해 H2 18O용액이 회수 용기(6)로 유입된다. 이때 상기 H2 18O용액으로부터의 방사성동위원소 플루오르는 별도의 수단에 의해 추출되며 이는 이미 널리 주지된 사항이므로 여기서 자세히 설명하지 않는다.
한편, 상기 양성자빔이 타겟 챔버(4)내로 입사될 때, 상기 타겟 챔버(4)에는 많은 열이 발생하게 된다. 따라서 핵반응이 진행되는 동안 냉각부(7)의 펌프(9)가 헬륨 용기(8)로부터의 헬륨 기체를 상기 타겟 챔버(TC)의 전면으로 흐르게 하여 타겟 챔버(4)를 냉각시키게 된다.
또한 상기 냉각부에는 열교환기(11)가 갖추어져 상기 타겟 챔버(TC)를 통과하여 뜨거원진 헬륨 기체를 다시 냉각한다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 장착되는 타겟 챔버의 제1실시예(TC)를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도시된 바와 같이 대략 링형태로서 전, 후면의 둘레 안쪽에는 단턱(14)이 형성되어 있고, 그것에 연장되어서는 평탄면(16)이 형성되어 있으며, 중앙부에는 소정의 공간으로 수납부(18)가 구비되어 유체 타겟이 유입되어 위치될 수 있도록 되어 있고, 또한 그 상, 하부에는 유체 타겟의 유입 및 유출이 가능하도록 상기 수납부(18)에 연통되어서는 유입관(24) 및 유출관(26)이 결합되어 몸체(12)를 형성하고 있다.
상기 몸체(12)의 수납부(18) 외측에는 유체 타겟이 전, 후면으로 유출되지 않도록 전, 후면의 평탄면(16)에 티타늄 포일(22)이 부착되어 전기용접부(28)가 형성되어 있다. 이 전기용접부(28)는 상기 티타늄 포일(22)과 몸체(12)의 평탄면(16)을 서로 용융하여 접합함으로써 형성된 것이다.
여기서 상기 몸체(12) 및 이에 결합된 유입관(24), 유출관(26)도 모두 티타늄으로 제조함으로써 양성자빔과의 핵반응이 발생하지 않도록 하였다. 그리고, 상기 티타늄 포일(22)의 두께는 약 125μm로 하여 양성자빔이 양호하게 통과할 수 있도록 하였다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 장착되는 타겟 챔버의 제2실시예(TC')를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도시된 바와 같이 제2실시예는 제1실시예와 다르게 티타늄 포일(22)의 상면, 즉 평탄면(16)상에 위치된 티타늄 포일(22)의 상면에 금속링이 위치된 채 전기용접부(28)가 형성됨으로써, 티타늄 포일(22)이 더욱 안정적으로 평탄면(16)상에 부착되도록 하였다.
여기에서도 상기 금속링은 티타늄 링(32)으로 함으로써 양성자빔과의 핵반응이 발생하지 않도록 하였다. 물론 티타늄 포일(22)의 두께는 약 125μm이다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 장착되는 타겟 챔버의 제3실시예(TC")를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도시된 바와 같이 제3실시예는 제1 및 제2실시예와 다르게 상기 타겟 챔버의 전, 후면에 형성된 단턱(14)과 평탄면(16)의 교차부분에는 환형의 요홈(17)이 형성되어 있고, 상기 티타늄 포일(22)은 상기 요홈(17)까지 연장되어 위치되어 있다. 그 상태에서, 상기 티타늄 포일(22)상의 요홈(17)에 고무링(15)이 삽입 및 밀착되어 있음으로써 결과적으로 상기 티타늄 포일(22)을 평탄면에 밀착시키고 있다.
이와 같은 타겟 챔버의 제1실시예(TC)는 양성자빔이 티타늄 포일(22)을 통과하여 유체 타겟과 핵반응을 함으로써 대량의 열이 발생하더라도, 티타늄 포일(22)은 몸체(12)의 평탄면(16)에 융용되어 전기 용접되어 있음으로써, 상기 평탄면(16)에서 티타늄 포일(22)이 분리되지 않게 된다.
또한 상기 유체 타겟의 압력 및 부피가 증가하여 상기 티타늄 포일(22)을 어느 정도 외측으로 밀어 내어도 상기 평탄면(16)에서 티타늄 포일(22)이 쉽게 분리되지 않게 된다.
한편, 타겟 챔버의 제2실시예(TC')는 상기 평탄면(16)상의 티타늄 포일(22)상에 티타늄 링(32)이 전기 용접되어 있음으로써, 상기 티타늄 링(32)으로 인하여, 티타늄 포일(22)과 평탄면(16) 사이의 부착강도가 더욱 증대하고, 유체 타겟의 압력 및 부피 팽창시에도 그 부착강도는 영향을 받지 않는다.
그리고, 상기 타겟 챔버의 제3실시예(TC")는 상기 몸체(12)의 단턱(14)과 평탄면(16)의 교차부분에 고무링(15)을 밀착시킴으로써, 티타늄 포일(22)이 평탄면(16)에 견고하게 밀착되도록 하여, 유체 타겟의 압력 및 부피 팽창시에도 그 티타늄 포일(22)이 파괴되지 않는다.
이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지로 변형된 실시예도 가능할 것이다.
이와 같이 하여 본 발명에 의한 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치에 의하면, 유체 타겟을 외부누출없이 용이하게 공급 및 회수하는 것이 가능하고, 또한 타겟 챔버에서 발생하는 열을 냉각부를 이용하여 냉각할 수 있음으로써, 유체 타겟의 온도 상승 및 그에 다른 내부 압력의 증가에 따른 타겟 챔버의 파괴를 방지할 수 있다.
또한 상기 타겟 및 회수 냉각장치에 장착되는 타겟 챔버에 의하면, 양성자빔이 티타늄 포일을 통과하여 타겟과 핵반응을 함으로써 대량의 열이 발생하고, 또한 타겟의 압력 및 부피가 어느 정도 증가하여 상기 티나늄 포일을 외측으로 밀어내더라도, 티타늄 포일은 몸체의 평탄면에 전기 용접되거나 또는 티타늄 링이 개재된채 전기 용접되어거나, 또는 고무링으로 견고하게 밀착되어 있음으로, 티타늄 포일이 평탄면에서 쉽게 분리되지 않는다.
따라서 결과적으로 사용자나 작업자는 방사성 물질의 누출 염려가 없는 안전한 환경에서 방사성동위원소 제조 작업을 할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 유체 타겟을 공급하는 공급 용기와, 상기 공급 용기로부터 일정량의 유체 타겟을 취하여 다음단으로 보내는 시린지 펌프와, 상기 시린지 펌프에 연결되어 있고 6개의 밸브로 이루어져 소정방향으로만 유체를 송출하는 6포트 밸브와, 상기 6포트 밸브로부터 유체 타겟을 공급받고, 그 유체 타겟에 양성자빔이 조사되어 방사성동위원소가 생산되는 타겟 챔버와, 상기 타겟 챔버에 연결되어 일정 압력의 헬륨 가스를 주입함으로써 방사성동위원소를 함유하는 유체 타겟을 상기 6포트 밸브로 밀어내는 헬륨 용기와, 상기 6포트 밸브에 연결되어 유체 타겟으로부터 방사성동위원소를 추출하고 다시 유체 타겟을 회수하는 회수 용기와, 상기 타겟 챔버의 전면에 설치되어 타겟 챔버에서 발생되는 열을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타겟 챔버는
    대략 링형태로서 전, 후면의 둘레 안쪽에는 단턱 및 그에 연장된 평탄면이 형성되어 있고, 중앙부에는 소정의 공간으로 수납부가 형성되어 있으며, 상기 수납부에 연통되어 외측으로는 유입관 및 유출관이 결합되어 있는 몸체와;
    상기 수납부에 위치되는 타겟이 전, 후면으로 유출되지 않도록 상기 몸체의 각 평탄면에 전기 용접된 티타늄 포일
    을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 평탄면에 밀착된 티타늄 포일상에는 티타늄 링이 전기 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 방사성동위원소 생산용 타겟 회수 및 냉각 장치.
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