KR100712722B1 - 방사형 동위원소 대량 생산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사형 동위원소 대량 생산장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 하나의 타겟과; 각각, 입자를 회전시켜 가속된 입자빔을 발생시키는 복수개의 사이클로트론과; 상기 각 사이클로트론에서 발생된 입자빔이 상기 타겟으로 조사되도록 상기 복수개의 사이클로트론에 각각 연결되어 그 사이클로트론로부터 토출되는 각각의 입자빔의 이동경로를 제공하며, 상기 하나의 타겟 둘레에 서로 동일한 각도간격으로 배치되는 복수개의 입자수송관;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

방사형 동위원소 대량 생산장치{Isotope generator of radial shape}

도 1은 의료용으로 사용되는 종래의 방사형 동위원소 대량 생산장치의 개략적인 측면도.

도 2는 본 발명에 의한 방사형 동위원소 대량 생산장치의 바람직한 실시예를 개략적으로 보인 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20:사이클로트론 22:입자수송관

24,26,27:4극자 전자석 28:교류전자석

30:타겟

본 발명은 방사형 동위원소 대량 생산장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대전류의 입자빔을 생성할 수 있도록 구조가 개선된 방사형 동위원소 대량 생산장치에 관한 것이다.

도 1에는 의료용으로 사용되는 종래의 방사형 동위원소 대량 생산장치의 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이, 종래의 의료용 방사형 동 위원소 대량 생산장치는 하나의 사이클로트론(2)과 하나의 입자수송관(4)과 하나의 타겟(6)으로 이루어진다.

상기 사이클로트론(2)은 13MeV 에너지를 가지며, 이러한 에너지로 자기장 속에서 입자를 가속시켜 최대 50㎂의 빔전류를 가지는 입자빔을 만들어낸다. 상기 입자빔은 상기 사이클로트론(2)에서 토출되어 입자수송관(4)을 통해 타겟(6)에 조사된다.

여기서 상기 타겟(6)으로는 보통 ¹⁸H₂O 액체가 사용되는데, 상기 입자빔이 ¹⁸H₂O에 조사되면 방사성 동위원소인 ¹⁸F가 생성되게 된다.

이와 같이 생성된 ¹⁸F는 FDG(방사성 글루코스)합성장치(미도시)에 의해 합성되어 방사성 글루코스가 되고, 상기 방사성 글루코스는 인체의 혈관에 주사한 후 인체로부터 방출되는 양전자를 이용해서 인체의 전신을 촬영할 수 있게 한다.

이렇게 하여 상기 방사형 동위원소 대량 생산장치는 각종 암을 조기진단하는 용도등의 의료용으로 사용된다.

이러한 종래기술에 의한 의료용 방사형 동위원소 대량 생산장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 상기 의료용 방사형 동위원소 대량 생산장치는 최대 50㎂의 빔전류를 가지는 입자빔을 만들어 낸다. 상기 빔전류로 생산할 수 있는 ¹⁸F의 양은 시간당 2000mCi정도이다. 따라서, 환자의 수가 많은 경우에는 ¹⁸F를 통해 얻을 수 있는 방사성 글루코스의 양이 상대적으로 작아 모든 환자에게 필요한 시기에 방사성 글루코스를 투여할 수 없게 되는 문제점이 발생하게 되었다.

또한, 상기와 같은 문제점 때문에 상기 의료용 방사형 동위원소 대량 생산장치를 여러번 가동하여 추가로 방사성 글루코스를 생성하는 과정을 반복하게 되는데, 이와 같이 타겟(6)에 입자빔을 여러 번 조사하게 되면, FDG합성장치를 여러 번 사용하여 합성을 하여야 하기 때문에, 주변의 방사능이 올라가 작업자가 더 많은 위험에 노출되는 문제점도 발생하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 한 번의 작업으로 대량의 동위원소를 생성할 수 있게 하는 방사형 동위원소 대량 생산장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하나의 타겟과; 각각, 입자를 회전시켜 가속된 입자빔을 발생시키는 복수개의 사이클로트론과; 상기 각 사이클로트론에서 발생된 입자빔이 상기 타겟으로 조사되도록 상기 복수개의 사이클로트론에 각각 연결되어 그 사이클로트론로부터 토출되는 각각의 입자빔의 이동경로를 제공하며, 상기 하나의 타겟 둘레에 서로 동일한 각도간격으로 배치되는 복수개의 입자수송관;을 포함하여 구성된다.

본 발명은 상기 각각의 입자빔이 상기 복수개의 입자수송관을 통해 상기 타겟의 근접한 부위까지 분산하여 수송되는 것을 억제시킬 수 있도록, 상기 복수개의 입자수송관에 각각 설치되는 분산억제수단을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 분산억제수단은 상기 각 입자수송관의 둘레에 배치된 4극자 전자석인 것이 바람직하다.

상기 4극자 전자석은 세 쌍으로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 분산억제수단에 의해 분산억제되어 수송된 상기 각각의 입자빔이 상기 타겟에 분산하여 조사될 수 있도록, 상기 복수개의 입자수송관의 상기 타겟과 인접한 위치에 각각 설치되는 분산수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 분산수단은, 상기 입자수송관의 둘레에 배치되며 상기 하나의 타겟과 상기 분산억제수단 사이에 위치하는 교류전자석인 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 의한 방사형 동위원소 대량 생산장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 의한 방사형 동위원소 대량 생산장치의 바람직한 실시예를 개략적으로 보인 평면도가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 방사형 동위원소 대량 생산장치는 하나의 타겟(30), 복수개의 사이클로트론(20), 상기 타겟(30)과 사이클로트론(20)들을 각각 연결하는 복수개의 입자수송관(22)으로 이루어진다.

상기 타겟(30)은 사이클로트론(20)에서 발생되는 입자빔이 조사되는 부분으 로, 본 실시예에서는 상기 타겟(30)으로 ¹⁸H₂O액체가 사용된다. 여기서, 입자빔이 타겟(30)인 ¹⁸H₂O에 조사되면 방사성 동위원소인 ¹⁸F가 생성되게 된다.

상기 사이클로트론(20)은 입자를 가속시켜 입자빔을 발생시키는 장치로, 본 실시예에서 상기 복수개의 사이클로트론(20)은 각각 13MeV 에너지를 가지고, 상기 각 사이클로트론(20)에서 생성되는 입자빔의 빔전류는 최대 50㎂이다. 그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않고, 각각 30MeV의 에너지를 가지고 시간당 최대 300㎂의 빔전류를 발생시키는 복수개의 사이클로트론이 마련되는 것도 가능하다.

상기 각 사이클로트론(20)에는 각 입자수송관(22)이 연결된다. 상기 각 입자수송관(22)은 상기 하나의 타겟(30) 둘레에 서로 동일한 각도간격으로 배치된다. 이와 같이 되면, 상기 타겟(30)의 360도 전체에 균일하게 입자빔이 조사되어 타겟(30)의 어느 한 부위가 집중적으로 조사되는 것을 방지할 수 있게 된다.

결과적으로, 본 발명에서 상기 각 입자수송관(22)의 배치각도는 상기 타겟(30)이 입자빔들의 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 요인 중의 하나가 된다.

이러한 복수개의 입자수송관(22)은 상기 각 사이클로트론(20)에서 발생된 입자빔이 아래에서 설명될 타겟(30)으로 조사되도록 그 사이클로트론(20)에서 토출되는 입자빔의 이동경로를 제공하는 역할을 한다.

한편, 상기 입자수송관(22)을 통해 타겟(30)에 조사되는 입자빔은 효율적으 로 방사성 동위원소를 생성하기 위하여 상기 입자수송관(22) 내부에서 분산되지 않고 전량 타겟(30)에 조사되게 설계되어야 하는데, 본 실시예에서는 각 입자빔이 각 입자수송관(22)을 통해 상기 타겟(30)의 근접한 부위까지 분산수송되는 것을 억제시킬 수 있도록 상기 각 입자수송관(22)에는 분산억제수단이 설치된다.

상기 분산억제수단은 상기 각 입자수송관(22)의 둘레에 배치되는 4극자 전자석(24,26)인 것이 바람직하다. 상기 4극자 전자석(24,26)은 마주보는 한 쌍의 쌍극자로 이루어져서, 상호 교번하여 자지장을 발생시킨다.

그리고, 본 실시예에서 상기 4극자 전자석(24,26,27)은 세 쌍으로 구비되며, 상기 세 쌍의 4극자 전자석(24,26,27) 중 어느 하나(24)는 상기 입자빔이 좌우로 분산되는 것을 억제시키고, 상기 세 쌍의 4극자 전자석(24,26,27) 중 다른 하나(26)는 상기 입자빔이 상하로 분산되는 것을 억제시키는 역할을 한다. 그리고, 나머지 하나(27)는 상기 두 개의 4극자 전자석(24,26)에 의해 발생되는 자기장을 통과한 상기 입자빔의 분산을 억제하는 역할을 한다.

예를 들어, 상기 세 쌍의 4극자 전자석(24,26,27) 중 사이클로트론(20)에 인접되어 있는 것(24)의 어느 하나의 쌍극자만에 전류를 가하여 자기장을 방생시키고, 상대적으로 사이클로트론(20)에 더 이격되어 있는 것(26)의 어느 하나의 쌍극자만에 전류를 가하여 자기장을 발생시키면, 상술한 바와 같이, 각각 입자빔이 좌우로, 상하로 분산되는 것을 억제시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 타겟(30)에는 입자빔이 그 타겟(30)의 전체에 골고루 균등하게 조사되도록 설계되어야 하는데, 본 실시예에서는 상기 분산억제수단에 의해 분산억 제되어 수송된 각 입자빔이 상기 타겟(30)에 분산하여 조사될 수 있도록 상기 타겟(30)과 인접한 위치에 분산수단이 구비된다.

상기 분산수단은 상기 각 입자수송관(22)의 둘레에 배치되며 상기 타겟(30)과 분산억제수단 사이에 위치된다. 이러한 분산수단으로 본 실시예에서는 3극자 교류전자석(28)이 사용된다.

상기 3극자 교류전자석(28)은 3개의 극자가 대략 120도 각도로 배치되는 것으로, 인접한 두 개의 극자에 주기적으로 교번하여 자기장을 발생시켜 입자빔이 상기 타겟(30)에 분산하여 조사되게 하는 역할을 한다.

이와 같이, 상기 타겟(30)에 입자빔이 분산하여 조사됨으로써, 그 타겟(30)의 손상을 방지할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 의한 방사형 동위원소 대량 생산장치의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

복수개의 사이클로트론(20)에서 발생된 각 입자빔은 소정크기의 빔전류를 가지는데, 이러한 빔전류의 세기가 클수록 상기 입자빔이 타겟(30)에 조사되어 생성되는 동위원소의 양이 많아지게 된다.

본 실시예에서는 13MeV의 에너지를 가지는 네개의 사이클로트론(20)이 사용되는데, 그 사이클로트론(20)들에서 발생되는 각 입자빔의 빔전류는 최대 50㎂이다. 이렇게 각 사이클로트론(20)에서 발생된 입자빔은 하나의 타겟(30)에 조사되기 때문에, 결과적으로 상기 타겟(30)에는 최대 200㎂빔전류의 입자빔이 조사되게 된다.

이와 같이, 한 번의 동위원소 생성작업에 의하여 타겟(30)에 조사되는 빔전류를 높일 수 있게 됨으로써, 많은 양의¹⁸F를 생성할 수 있게 된다. 따라서, 짧은 시간에 많이 생성된¹⁸F를 합성하여 많은 양의 방사성 글루코스를 만들어 낼 수 있기 때문에, 환자들이 필요한 시기에 암을 진단받을 수 있게 된다.

그리고, 높은 빔전류를 얻기 위하여 13MeV 사이클로트론(20) 한 대로 여러 번의 생성작업을 수행할 필요가 없게 됨에 따라, 작업공간의 방사능이 감소되게 된다.

한편, 높은 빔전류를 얻기 위해서는 상기 각 사이클로트론(20)에서 발생된 입자빔들이 분산되지 않고 상기 타겟(30)에 조사되어야만 한다. 이를 위해 본 실시예에서는 각 입자수송관(22)에 분산억제수단으로 세 쌍의 4극자 전자석(24,26)이 설치된다.

즉, 상기 세 쌍의 4극자 전자석(24,26,27) 중 하나(24)는 입자빔이 입자수송관(22) 내에서 좌우로 분산되는 것을 억제시키고, 다른 하나(26)는 입자빔이 입자수송관(22) 내에서 상하로 분산되는 것을 억제시킨다.

이렇게 상기 입자수송관(22) 내에서 분산억제되어 수송되는 입자빔은 타겟(30)에 조사되는데, 상기 타겟(30)의 어느 한 부위에 집중적으로 입자빔이 조사되면, 상기 타겟(30)이 손상되어 그 기능을 다하지 못하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 각 입자빔이 타겟(30)의 전체에 균등하게 조사될 수 있도록 교류전자석(28)인 분산수단이 설치된다. 상기 교류전자석(28)은 3 극자를 가지므로, 인접한 두 개의 극자에 교번하여 자기장을 발생시키게 되면, 상기 입자빔이 타겟(30)에 일정각도로 분산하여 조사되게 된다.

이와 같이 되면, 높은 빔전류가 상기 타겟(30)에 조사될 때 발생하는 타겟(30)의 손상을 방지할 수 있게 되고, 높은 빔전류에 의해서도 열이 상대적으로 작게 발생하여 성능이 좋은 냉각장치의 설계가 요구되지 않는다.

상술한 바와 같은 과정에 의해 최대 200㎂ 빔전류가 타겟(30)인 ¹⁸H₂O에 조사되게 되면, 동위원소인 ¹⁸F가 대량으로 생성된다. 이와 같이 생성된 ¹⁸F를 FDG합성장치에 의해 방사성 글루코스로 합성한 후, 상기 방사성 글루코스를 인체에 투여하여 환자들의 암을 진단하게 된다.

본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 고안이 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다.

예를 들어, 본 실시예에서는 13MeV 에너지를 가지는 네 개의 사이클로트론(20)이 방사형 동위원소 대량 생산장치를 구성하도록 하였으나, 30MeV 에너지를 가지는 복수개의 사이클로트론으로 1mA이상의 대전류 입자빔을 발생시켜 타겟에 조사되게 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이 1mA이상의 빔전류는 의료용뿐만 아니라 산업용 등에도 다양하게 사용될 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 방사형 동위원소 대량 생산장치는 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 본 발명에서는 하나의 타겟에 복수개의 사이클로트론에서 발생된 입자빔들이 조사되게 함으로써, 타겟에 대전류의 입자빔을 조사될 수 있게 하는 효과가 있다.

이와 같이 대전류의 입자빔이 하나의 타겟에 조사되면, 짧은 시간에 암진단용 동위원소를 대량을 생성할 수 있어, 환자가 암진단을 요구하는 시기에 적절한 진단서비스를 제공할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에서는 복수개의 사이클로트론에서 발생된 입자빔들을 타겟에 한 번만 조사하여도 상대적으로 많은 양의 동위원소를 생성할 수 있어, 작업공간에 방사능을 감소킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는 소전류의 입자빔을 발생시키는 복수개의 사이클로트론을 방사형으로 배치함으로써, 대전류의 입자빔을 발생시키는 사이클로트론을 사용하여 생성할 수 있는 ⁶⁷Ga, ²⁰¹Tl 등을 생산할 수 있어, 대전류의 입자빔을 발생시키는 사이클로트론을 구입하는 데 드는 비용을 줄일 수 있게 되는 장점도 있다.

Claims (6)

1. 하나의 타겟과;

   각각, 입자를 회전시켜 가속된 입자빔을 발생시키는 복수개의 사이클로트론과;

   상기 각 사이클로트론에서 발생된 입자빔이 상기 타겟으로 조사되도록 상기 복수개의 사이클로트론에 각각 연결되어 그 사이클로트론로부터 토출되는 각각의 입자빔의 이동경로를 제공하며, 상기 하나의 타겟 둘레에 서로 동일한 각도간격으로 배치되는 복수개의 입자수송관;을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사형 동위원소 대량 생산장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각각의 입자빔이 상기 복수개의 입자수송관을 통해 상기 타겟의 근접한 부위까지 분산하여 수송되는 것을 억제시킬 수 있도록, 상기 복수개의 입자수송관에 각각 설치되는 분산억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사형 동위원소 대량 생산장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 분산억제수단은 상기 각 입자수송관의 둘레에 배치된 4극자 전자석인 것을 특징으로 하는 방사형 동위원소 대량 생산장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 4극자 전자석은 세 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 방사형 동위원소 대량 생산장치.
5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분산억제수단에 의해 분산억제되어 수송된 상기 각각의 입자빔이 상기 타겟에 분산하여 조사될 수 있도록, 상기 복수개의 입자수송관의 상기 타겟과 인접한 위치에 각각 설치되는 분산수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방사형 동위원소 대량 생산장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 분산수단은, 상기 입자수송관의 둘레에 배치되며 상기 하나의 타겟과 상기 분산억제수단 사이에 위치하는 교류전자석인 것을 특징으로 하는 방사형 동위원소 대량 생산장치.

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