KR20090114797A - 내부 핀구조를 가지는 동위원소 생산 기체표적 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 C-11 등의 기체동위원소를 생산하기 위한 기체표적에 관한 것으로서, 특히 표적물질인 안정동위원소와 양성자가 핵반응을 일으키는 내부공간인 타겟공동에 핀구조를 형성시킴으로써 동위원소의 생산수율을 안정적이고도 현저히 향상시킬 수 있는 동위원소 생산 기체표적에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 동위원소 생산 기체표적은, 중공의 원통형상으로서, 그 내면에는 원주방향을 따라 돌출형성된 이너 핀이 길이방향으로 다수개 구비된 표적챔버와, 상기 표적챔버를 감싸는 중공의 원통형상으로서 상기 표적챔버내의 중공 영역으로 표적가스를 공급하는 표적가스입구 및 핵반응이 일어난 후의 표적가스가 회수되는 표적가스출구와 상기 표적챔버의 외면을 흐르는 냉각제를 공급 및 배출하는 제1 냉각제입구 및 제1 냉각제출구가 각각 형성되고, 그 전방에는 양성자 빔이 통과하는 표적윈도우인 금속 박판이 구비된 몸체를 포함하여 이루어진다.
표적, 기체동위원소, 기체표적, 표적챔버, 이너 핀

Description

내부 핀구조를 가지는 동위원소 생산 기체표적{Radioisotope production gas target with fin structure at the cavity}
본 발명은 C-11 등의 기체동위원소를 생산하기 위한 기체표적에 관한 것으로서, 특히 표적물질인 안정동위원소와 양성자가 핵반응을 일으키는 내부공간인 타겟공동에 핀구조를 형성시킴으로써 동위원소의 생산수율을 안정적이고도 현저히 향상시킬 수 있는 동위원소 생산 기체표적에 관한 것이다.
동위원소는 안정동위원소에 양성자 또는 중성자를 조사하여 생산한다. 이와 같이 안정동위원소에 양성자 또는 중성자를 조사할 수 있도록 하는 기구 혹은 장치를 표적(target)이라고 한다.
암의 진단을 위하여 사용되는 PET(양전자단층촬영장치)에는 일반적으로 포도당에 불소(F)를 합성한 2-[18F]Fluoro-2-deoxy-D-glucose([18F]FDG, 이하 "FDG"라 함)라는 방사성 의약품이 사용되지만, 뇌 또는 심장 등의 영상 진단의 경우에는 C-11 등의 기체동위원소를 사용하여 진단을 하는 것이 신뢰도가 높다. 대표적인 기체 동위원소인 C-11은 MeI(Methyl Iodide) 또는 아세테이트(Acetate) 등의 방사성화합물로 변환되어 진단용으로 사용되고 있다.
C-11 등의 기체동위원소의 생산은 기체상태의 안정동위원소에 가속된 양성자를 조사함으로써 이루어진다. 양성자를 가속하는 장치는 사이클로트론(cyclotron)이라 불리는 가속기이며, PET을 활용하는 여러 기관에서 연구와 진단의 목적으로 활용도가 높다.
기체표적의 기본 구성은 사이클로트론에서 가속된 양성자(proton)가 조사되는 입구인 표적윈도우(target window)와, 상기 가속된 양성자와 표적물질이 핵반응을 일으키는 공간인 표적공동(target cavity)과, 핵반응에 의하여 발생된 열을 외부의 열침원으로 회수하는 표적냉각장치(target cooling system)와, 그리고 표적에 안정동위원소를 공급하고 생성된 방사성동위원소를 회수하는 타겟트리 시스템(targetry system)으로 이루어진다.
PET에 사용될 기체동위원소인 C-11은 가속기, 다시 말하면 사이클로트론에서 양성자 빔을 생성하고, 상기 사이클로트론에서 생성된 양성자를 안정동위원소인 표적물질인 N2에 조사함으로써 일어나는 핵반응(14N(p,α)11C)을 통하여 기체동위원소인 C-11를 생산한다.
사이클로트론을 이용하여 가속된 양성자는 물질의 밀도에 따라 그 에너지가 급격하게 줄어드는 특성을 가지고 있다. 따라서 동위원소 생산을 위한 표적 입사부인 표적윈도우는 양성자 에너지를 최대한 유지할 수 있도록 최소한의 기구만을 가지도록 설계된다. 이러한 이유로 양성자 빔이 통과하게 되는 표적윈도우의 앞 부분은 금속 박판을 사용하게 되며, 고압에 견딜 수 있도록 격자구조 등과 같은 구조물이 함께 설치된다.
도 1은 앞서 설명한 원리와 기본 구성에 따라 설계되어 사용되고 있는 종래기술에 따른 기체표적(1)의 일례를 도시한 도면이다. 양성자 빔이 들어오게 되는 표적윈도우(10)의 직경은 대략 20mm 내외로서, 상기 직경은 사이클로트론에서 생성되는 양성자 빔을 최대한 넓게 했을 때 상기 양성자 빔이 통과할 수 있는 적절한 크기로 설계된다. 그리고 상기 표적윈도우(10)에 인접하여 금속 박판(14)을 지지하는 지지구조체(12)가 설치된다.
동위원소 생산에 사용되는 기체표적은 그 형상에 따라 원주형(cylindrical type)과 원추형(conical type)의 두 가지 형태로 구분된다. 기체표적이 이러한 두 가지 형태로 나뉘는 가장 큰 이유는, 양성자 빔이 기체표적 내부에서 후반부로 갈수록 산란(scattering)되어 단면적이 커지게 되며, 전체적인 양성자 빔 궤적의 모양은 원뿔형상을 가지게 되기 때문이다(도 2 참조).
양성자 빔에 의해 핵반응이 일어나는 부분에서는 기체의 압축성과 열 발생에 의한 밀도감소(density reduction)라고 불리는 현상이 발생한다. 밀도감소란 양성자 빔이 조사됨으로써 핵반응이 발생하는 부분에 열이 발생되고, 이에 따라 핵반응 이 일어나는 부분의 밀도는 낮아지는 반면 핵반응이 일어나는 지점에서 떨어진 주변부의 밀도는 상승되는 효과이다. 이러한 이유로 양성자 빔이 기체를 통과하는 길이의 변화가 발생하며 핵반응이 일어나는 최후단부에서 2차적인 빔산란이 발생한다(The International Journal of Applied Radiation and Isotopes, Volume 33, Issue 8, August 1982, Pages 653-659, Sven-Johan Heselius, Peter Lindblom, Olof Solin; The International Journal of Applied Radiation and Isotopes, Volume 35, Issue 10, October 1984, Pages 977-980, Sven-Johan Heselius, Peter Lindblom, Ebbe M. Nyman, Olof Solin).
또한 양성자 빔의 특성에 따라 빔퍼짐이 표적 내부, 즉 표적공동의 직경보다 커지게 되면 양성자 빔에너지의 손실로 이어져 방사성동위원소의 생산수율을 저하시키는 원인으로 작용하였다. 그에 따라 최근에는 빔퍼짐의 형상에 대응하는 형태를 따라 원추형의 기체표적을 제작하여 양성자 빔에너지의 손실을 방지함으로써 원주형 기체표적보다 높은 수율을 얻는다는 개념의 기체표적에 대하여 연구가 진행되고 있다.
그러나 원주형 및 원추형 기체표적에 의한 동위원소의 생산은 기본적으로 높은 압력의 발생을 수반하여 표적윈도우로 설치된 금속 박판의 안전성에 문제를 발생시키게 되고, 또한 핵반응에 의한 밀도감소 효과를 효과적으로 억제하지 못함으로써 생산수율에 불안정성을 가중시킨다는 점이 문제점으로 지적되고 있다. 다시 말하면 단순히 기체표적의 형상을 원주형에서 원추형으로 변경하는 것만으로는 동위원소의 생산수율의 향상과 생산의 안정성을 유지시키는 것에 한계가 있다는 것이 다.
안정적인 동위원소 생산수율의 확보를 위해서는 기체표적의 효과적인 냉각이 필요하다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 기체표적들은, 표적챔버(16) 내부기체의 온도상승을 억제하기 위하여 표적챔버(16)의 외측에 구비된 냉각채널(18)을 흐르는 냉각수의 온도를 낮추거나, 또는 냉각수와 접촉되는 표적챔버(16) 외면에 냉각핀(미도시)을 형성함으로써 열전달 면적을 늘리는 방법 등이 고안되어 왔다.
그러나 냉각핀의 기본 개념은 일반적으로 유체로부터 충분한 열전달이 이루어지지 않는 방향에서 방열표면의 면적을 증가시킴으로써 유체와의 열교환 및 열전달 효과가 향상될 것을 기대할 수 있는 경우에 설치되는 것이므로, 종래의 기체표적과 같이 표적공동 외면에 냉각핀을 형성시키는 것은 그리 바람직한 방법이 되지 않는 것이라 판단된다.
즉 표적공동 외면에 냉각핀을 형성시키면 냉각수와 접촉되는 표적공동의 외면은 충분히 냉각될지 몰라도, 일반적으로 액체의 수 백분의 일 정도에 불과한 표적공동 내의 표적기체로부터 표적공동 외면에 전달되는 열량이 불충분한 이상, 표적기체의 냉각을 기대하기는 어려운 것으로 예상된다. 따라서 표적공동 내의 표적물질인 기체 자체를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 새로운 개념의 기체표적의 설계가 요구된다.
본 발명의 목적은 종래의 원주형 기체표적은 물론 양성자 빔의 퍼짐 현상을 고려한 원추형 기체표적에 모두 적용할 수 있고, 이에 따라 동위원소 생산수율과 생산 안정성을 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 기체표적을 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에 따른 동위원소 생산 기체표적은, 동위원소 생산수율의 안정적인 향상이라는 목적을 달성하기 위하여, 표적챔버 내의 기체를 직접적이고도 보다 효과적으로 냉각할 수 있는 새로운 구조의 기체표적을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동위원소 생산 기체표적은, 중공의 원통형상으로서, 그 내면에는 원주방향을 따라 돌출형성된 이너 핀이 길이방향으로 다수개 구비된 표적챔버와, 상기 표적챔버를 감싸는 중공의 원통형상으로서 상기 표적챔버내의 중공 영역으로 표적가스를 공급하는 표적가스입구 및 핵반응이 일어난 후의 표적가스가 회수되는 표적가스출구와 상기 표적챔버의 외면을 흐르는 냉각제를 공급 및 배출하는 제1 냉각제입구 및 제1 냉각제출구가 각각 형성되고, 그 전방에는 양성자 빔이 통과하는 표적윈도우인 금속 박판이 구비된 몸체를 포함하여 이루어진다.
위와 같은 구성을 가지는 본 발명의 동위원소 생산 기체표적을 이루는 몸체 는, 중심부가 관통되되 상기 중심부의 외측으로 원형의 그루브가 형성된 링 형상으로서 상기 관통된 중심부와 연통된 상기 표적가스입구 및 상기 그루브와 연통된 상기 제1 냉각제입구를 그 측면에 구비하고, 상기 관통된 중심부와 상기 표적챔버의 중공이 연통하도록 연결되되 상기 그루브가 상기 표적챔버와 대향되도록 상기 표적챔버의 전방 단부에 연결되는 전방어댑터와, 상기 표적챔버의 후방 단부에 연결되되 상기 표적챔버의 중공부와 연통된 상기 표적가스출구를 그 측면에 구비하고, 상기 표적챔버와의 연결부위 외측으로 관통 형성된 슬롯을 구비하는 후방어댑터와, 상기 전방어댑터의 그루브 및 상기 후방어댑터의 슬롯의 외측을 감싸도록 상기 전방어댑터와 상기 후방어댑터 사이에 연결되는 케이싱과, 상기 금속 박판을 지지하는 격자구조체가 형성되어 상기 전방어댑터의 전방에 연결되는 전방플랜지 및 상기 제1 냉각제출구가 형성되어 상기 후방어댑터의 후방에 연결되는 후방플랜지를 포함하여 이루어지며, 여기에서 상기 금속 박판은 상기 전방어댑터와 상기 전방플랜지 사이에 위치한다.
그리고 상기 표적챔버는 상기 이너 핀이 개별적으로 형성된 표적챔버유닛이 다수개 결합되어 이루어질 수 있으며, 특히 상기 다수개의 표적챔버유닛들은 용접에 의하여 연결된다.
또한 상기 표적챔버는 그 외면에 원주방향을 따라 돌출형성된 아우터 핀이 길이방향으로 다수개 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 표적챔버는 상기 이너 핀 및 상기 아우터 핀이 각각 개별적으로 형성된 표적챔버유닛이 다수개 결합되어 이루어지는 것이 바람직하다. 특히 상기 다수개의 표적챔버유닛들이 용접에 의하여 연결되어 내부기밀을 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전방플랜지는 상기 격자구조체의 주위로 형성된 홈과 상기 홈의 상면을 막는 커버부재를 구비하고, 상기 전방플랜지의 측면으로 제2 냉각제입구 및 제2 냉각제출구가 각각 형성될 수 있으며, 상기 제2 냉각제입구 및 제2 냉각제출구가 상호 대향하는 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 후방어댑터는 상기 표적챔버의 후방 단부에 연결된 부위의 내측으로 오목한 공간부가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 동위원소 생산 기체표적의 향상된 효과는 도 6a 및 도 6b에명확히 나타나 있다.
도 6a는 표적챔버 내에 표적가스를 충진한 초기상태에서 10μA와 20μA의 전류량을 가지는 양성자 빔을 조사한 경우의 표적챔버 내의 압력변화를 도시한 그래프이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 각각의 경우에서의 기체동위원소의 생산수율을 도시한 그래프이다.
표적챔버의 길이가 150mm인 경우의 종래기술의 기체표적과 본 발명의 기체표 적의 압력 데이터를 비교해 보면, 본 발명의 경우에 압력상승이 대폭 감소하였음을 알 수 있다. 물론 표적챔버의 길이가 250mm인 경우의 종래기술의 기체표적보다 그 길이가 150mm인 본 발명의 기체표적의 압력이 높은 것으로 나타나나 이는 표적챔버 내의 초기압력의 차이에서 비롯된 것일 뿐이며, 기체동위원소의 생산수율의 면에서 비교한다면 생산수율의 절대값은 물론 양성자 빔의 전류량의 다과에도 본 발명의 기체표적은 표적챔버의 길이에 상관없이 종래기술의 기체표적보다 매우 안정적이라는 사실을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기체표적의 안정된 생산수율의 향상은 표적챔버 내의 압력상승을 억제함으로서 나타난 효과라고 할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 기체표적은, 종래기술에 비하여, 같은 전류량에서 보다 낮은 압력상승을 나타내기 때문에 보다 높은 전류량을 가지는 양성자 빔의 조사가 가능해져 기체동위원소의 생산수율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 보다 신뢰도 높은 생산 수율을 유지하게 됨으로써 사용자가 원하는 양의 기체동위원소를 보다 짧은 시간에 보다 많이 얻을 수 있게 된다는 효과를 가진다.
또한 표적챔버 내의 압력상승을 억제하게 되면, 생산수율의 향상은 물론, 높은 압력에 취약한 금속 박판을 보다 장시간 동안 사용할 수 있게 된다는 효과를 얻게 되므로, 금속 박판을 포함하는 표적장치 전체의 내구력도 향상시킬 수 있게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 동위원소 생산 기체표적(100)의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 동위원소 생산 기체표적(100)의 구성요소를 대별하면, 중공의 원통형상으로서 그 내면에 원주방향을 따라 돌출형성된 이너 핀(112)이 길이방향으로 다수개 구비된 표적챔버(110)와, 상기 표적챔버(110)를 감싸는 중공의 원통형상으로서 상기 표적챔버(110) 내의 중공 영역으로 표적가스를 공급하는 표적가스입구(124) 및 핵반응이 일어난 후의 표적가스가 회수되는 표적가스출구(134)와 상기 표적챔버(110)의 외면을 흐르는 냉각제를 공급 및 배출하는 제1 냉각제입구(122) 및 제1 냉각제출구(172)가 각각 형성되고, 그 전방에는 양성자 빔이 통과하는 표적윈도우인 금속 박판(164)이 구비된 몸체로 이루어진다.
따라서 상기와 같은 구조를 가지는 기체표적(100)은, 중공의 몸체가 중공의 표적챔버(110)의 외측을 감싸기 때문에 몸체의 내면과 표적챔버(110)의 외면 사이에 환형의 공간부가 형성되고, 또한 표적챔버(110)의 내면으로 원형 단면의 공간부가 구비된다. 상기 몸체의 내면과 표적챔버(110)의 외면 사이의 환형의 공간부는 냉각제, 예를 들면 물과 같은 유체가 흐르게 되는 냉각채널로서 기능하게 되고, 표적챔버(110)의 내면의 원형 단면의 공간부는 표적가스, 예를 들어 기체동위원소인 C-11를 생산하기 위한 안정동위원소인 N2 등과 같은 표적물질이 충진되는 채널로서 기능하게 된다.
특히 본 발명에 따른 기체표적(100)을 이루는 표적챔버(110)는 그 내면으로 원주방향을 따라 돌출형성된 이너 핀(112)이 길이방향으로 다수개 구비되어 있다는 점에 주목하여야 한다. 즉 본 발명의 기체표적(100)은 이너 핀(112)이 표적챔버(110)의 내면으로 길이방향을 따라 다수개 형성되어 있고, 따라서 표적가스 및 핵반응 과정 중의 기체동위원소를 포함하는 표적챔버(110) 내의 기체에 존재하는 핵반응에 의한 열을 보다 효과적이고도 직접적으로 외부에 전달할 수 있게 된다.
또한 상기 이너 핀(112)은 표적챔버(110)의 내면으로 원주방향을 따라 형성되는 것이 바람직하다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이 형성되는 원추형 궤적의 양성자 빔의 길이방향을 따라 그 주위로 표적챔버(110) 내의 가열된 기체가 대류하기 때문에, 이너 핀(112) 역시 표적챔버(110)의 내면에서 원주방향으로 형성시키는 것이 열전달 측면에서 보다 효율적이기 때문이다.
그리고 상기 표적챔버(110)는 상기 이너 핀(112)이 개별적으로 형성된 표적챔버유닛(110')이 다수개 결합되어 이루어질 수도 있는데, 표적챔버(110)를 일체로 제작하지 않고, 개별적인 표적챔버유닛(110')을 구성하여 이들을 상호 연결하는 것은 제작의 편의성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 사이즈로 제작될 수 있는 표적챔버의 길이를 표적챔버유닛의 수를 조절하는 방법을 통하여 보다 용이하게 할 수 있다는 점에서 유리하다. 상기 다수개의 표적챔버유닛(110')들은 양호항 기밀유지를 위하여 용접에 의하여 연결되는 것이 좋은데, 표적챔버(110)의 기밀성을 유지시킬 수 있는 한 어떠한 다른 대체가능한 연결방법이 사용될 수도 있음은 물론 이다.
또한 상기 표적챔버(110) 또는 각각의 표적챔버유닛(110')에는 이너 핀(112)과는 별도로 그 외면에 원주방향을 따라 돌출형성된 아우터 핀(112')이 길이방향으로 다수개 더 구비될 수 있다. 상기 아우터 핀(112')은 표적챔버(110) 내의 기체들로부터 이너 핀(112)을 통하여 표적챔버(110) 표면으로 전달된 열을 그 외면을 흐르는 냉각제로 전달시키는 효율을 향상시키기 위하여 구비되는 것이다. 표적챔버유닛(110')의 경우를 좀 더 구체적으로 설명한다면 이너 핀(112)과 아우터 핀(112')이 각각 그 내면과 외면에 개별적으로 형성된다는 것을 의미한다.
상기와 같은 구성을 가지는 표적챔버(110)를 감싸는 몸체는, 중공의 원통형상으로서 상기 표적챔버(110) 내의 중공 영역으로 표적가스를 공급하는 표적가스입구(124)와 핵반응이 일어난 후의 표적가스, 즉 기체동위원소를 회수하는 표적가스출구(134)를 구비하고, 또한 상기 표적챔버(110)와의 사이에 구비된 환형의 냉각채널로 냉각제를 공급하고 배출시키는 제1 냉각제입구(122) 및 제1 냉각제출구(172)가 각각 형성되어 있다. 바람직하게는 상기 표적가스입구(124) 및 제1 냉각제입구(122)가 상기 몸체의 일단부에 구비되고, 상기 표적가스출구(134) 및 제1 냉각제출구(172)는 상기 몸체의 타단부에 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 몸체는, 상기 표적가스입구(124) 및 제1 냉각제입구(122)가 구비된 일단부 측에 양성자 빔이 통과하는 격자구조체(168) 및 금속 박판(164)이 구비된다. 이하에서 상세히 설명될 몸체의 구성을 기술할 때에는, 그 기능과 함께 설명 의 편의성을 고려하여, 양성자 빔이 통과하는 입구인 격자구조체(168) 및 금속 박판(164)이 구비된 몸체의 일단부를 전방이라 칭하고, 그 타단부, 즉 냉각제 및 기체동위원소가 빠져나가는 몸체 부분을 후방이라 칭하여 설명하기로 한다.
상기에서 간략히 기술된 몸체의 구성을, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 몸체는, 크게는 상기 표적챔버(110)의 전방에 연결되는 전방어탭터(120) 및 상기 전방어댑터(120)의 전방에 연결되는 전방플랜지(160)와, 상기 표적챔버(110)의 후방에 연결되는 후방어탭터(130) 및 상기 후방어댑터(130)의 후방에 연결되는 후방플랜지(170) 및 상기 전방어댑터(120)와 상기 후방어댑터(130) 사이에 연결되는 케이싱(140,140')으로 이루어진다. 제작의 편리성을 위하여 상기 케이싱(140,140')은 원통형상의 파이프를 길이방향으로 절개한 두 개의 조각으로 만드는 것이 바람직하다.
상기 전방어댑터(120)는 중심부(126)가 관통되되 상기 중심부(126)의 외측으로 원형의 그루브(123)가 형성된 링 형상을 가진다. 상기 관통된 중심부(126)는 전방어댑터(120)의 측면을 통하여 상기 표적가스입구(124)와 연통되고, 상기 그루브(123)는 전방어댑터(120)의 측면을 통하여 상기 제1 냉각제입구(122)와 연통된다. 이 때 상기 중심부(126)와 그루브(123)는 분리되어 있기 때문에 상기 표적가스입구(124)와 상기 제1 냉각제입구(122) 역시 분리되어 있게 된다.
이러한 구조의 전방어댑터(120)는 상기 그루브(123)가 표적챔버(110)와 대향되도록 상기 표적챔버(110)의 전방 단부에 연결된다. 따라서 상기 전방어댑터(120)의 관통된 중심부(126)와 표적챔버(110)의 중공부가 연통되고, 이러한 전방어댑터(120)와 표적챔버(110)의 연결부위의 외측으로 상기 그루브(123)가 노출된다.
상기 표적챔버(110)의 후방 단부에 연결되는 후방어댑터(130)는, 상기 표적챔버(110)의 중공부와 연통된 상기 표적가스출구(134)를 그 측면에 구비하고, 상기 표적챔버(110)와의 연결부위 외측으로 적어도 하나 이상의 슬롯(132)이 관통 형성되어 있다. 따라서, 상기 전방어댑터(120)의 그루브(123)와 비슷하게, 상기 관통된 슬롯(132) 역시 상기 후방어댑터(130)와 표적챔버(110)의 연결부위 외측으로 노출되게 된다.
이때 상기 후방어댑터(130)는 상기 표적챔버(110)의 후방 단부에 연결된 부위의 내측으로 표적챔버(110) 내의 기체가 모일 수 있는 오목한 공간부(138)를 구비할 수 있는데, 이러한 경우 상기 표적가스출구(134)는 특히 상기 오목한 공간부(138)로 연통되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 전방어댑터(120)의 그루브(123) 및 상기 후방어댑터(130)의 슬롯(132)의 외측을 감싸는 형태로 상기 전방어댑터(120)와 상기 후방어댑터(130) 사이에 파이프 형상을 이루는 케이싱(140,140')이 연결된다. 따라서 표적챔버(110)의 외측은 상기 케이싱(140,140')에 의하여 밀폐되고, 상기 전방어댑터(120)의 그루 브(123)와 상기 후방어댑터(130)의 슬롯(132)이 연결된 냉각채널이 형성된다.
상기 전방어댑터(120)의 전방에는 양성자 빔이 조사되는 입구인 격자구조체(168) 형성된 전방플랜지(160)가 연결되며, 상기 전방어댑터(120)와 전방플랜지(160) 사이에는 금속 박판(164)이 배치된다. 상기 격자구조체(168)는 대략 원통형상으로 만들어지고, 상기 전방어댑터(120)와의 사이에 위치한 상기 금속 박판(164)를 지지하는 역할을 한다.
상기 전방어댑터(120)와 전방플랜지(160)는, 그 외주부에 각각 형성된 관통홀들(128,166)을 통하여 결합되며, 예를 든다면 상기 관통홀들(128,166)의 내면에 나사산을 형성하고 이에 대응되는 볼트를 이용하여 체결하는 것이 바람직하다.
또한 상기 전방플랜지(160)에는 격자구조체(168) 주변을 냉각시키기 위한 유로가 형성되고, 상기 유로에 각각 연통되는 제2 냉각제입구(164) 및 제2 냉각제출구(미도시)가 상호 대향하는 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 냉각제입구(164) 및 제2 냉각제출구에 연결된 유로를 전방플랜지(160)의 내부에 형성시키는 한가지 방법을 예를 들어 설명한다면, 상기 전방플랜지(160)의 격자구조체(168)의 주위로 홈(165)을 형성하고 상기 홈(165)의 상면을 환형의 커버부재(167)로 막는 것이다. 상기 제2 냉각제입구(164) 및 제2 냉각제출구로는 표적챔버(110) 주위로 흐르는 냉각제와 동일하거나 또는 유사한 종류의 냉각제가 흐르게 된다.
그리고 상기 후방어댑터(130)의 후방에는 제1 냉각제출구(172)가 형성된 후 방플랜지(170)가 연결된다. 상기 후방플랜지(170)에 형성된 제1 냉각제출구(172)는 상기 후방어댑터(130)에 형성된 슬롯(132)과 연통되어 있다. 바람직하게는 상기 슬롯(132)이 다수개 형성된 경우에는 상기 슬롯(132)들의 중심부에 제1 냉각제출구(172)가 형성되어야 하고, 따라서 본 발명의 실시예에 있어서 상기 제1 냉각제출구(172)는 후방플랜지(170)의 원형의 상면 중심부에 형성되어 있다.
또한 상기 제1 냉각제출구(172)는 상기 후방플랜지(170)가 그 내측으로 단차짐으로써 형성되는 저장공간(174)을 통하여 상기 슬롯(132)과 연통되는 것이 바람직한데, 이는 상기 저장공간(174)이 상기 슬롯(132)으로부터 제1 냉각제출구(172)로 흐르는 냉각제의 유동이 원활히 일어나도록 도와주는 완충 역할을 수행할 수 있기 때문이다.
여기에서 상기 후방어댑터(130)와 후방플랜지(170)가 그 외주부에 각각 형성된 관통홀들(136,176)을 통하여 결합되는 것은 상기 전방어댑터(120)와 전방플랜지(160)의 경우와 동일하다. 즉 상기 후방어댑터(130)와 후방플랜지(170) 각각에 형성된 관통홀들(136,176)의 내면에 나사산을 형성하고 이에 대응되는 볼트를 이용하여 체결하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 기체표적의 일례를 도시한 사시도.
도 2는 표적챔버 내에서의 양성자 빔의 퍼짐현상을 촬영한 사진(Optical studies of the influence of an intense ion beam on high-pressure gas targets - The International Journal of Applied Radiation and Isotopes, Volume 33, Issue 8, August 1982, Pages 653-659, Sven-Johan Heselius, Peter Lindblom, Olof Solin).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기체표적을 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 기체표적에 대한 분해 사시도.
도 5는 도 3에 도시된 기체표적에 구비된 표적챔버가 표적챔버유닛으로 구성된 예를 도시한 분해 사시도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100: 동위원소 생산 기체표적 110: 표적챔버
112: 이너 핀 112': 아우터 핀
120: 전방어댑터 122: 제1 냉각제입구
123: 그루브 124: 표적가스입구
126: 전방어댑터의 중심부 128: 전방어댑터의 관통홀
130: 후방어댑터 132: 슬롯
134: 표적가스츨구 136: 관통홀
138: 오목한 공간부 140,140': 케이싱
160: 전방플랜지 162: 금속 박판
164: 제2 냉각제입구 165: 홈
166: 전방플랜지의 관통홀 167: 커버부재
168: 격자구조체 170: 후방플랜지
172: 제1 냉각제출구 174: 후방플랜지의 저장공간
176: 후방플랜지의 관통홀

Claims (11)

  1. 중공의 원통형상으로서, 그 내면에는 길이방향을 따라 돌출형성된 이너 핀이 다수개 구비된 표적챔버; 및
    상기 표적챔버를 감싸는 중공의 원통형상으로서, 상기 표적챔버내의 중공 영역으로 표적가스를 공급하는 표적가스입구 및 핵반응이 일어난 후의 표적가스가 회수되는 표적가스출구와 상기 표적챔버의 외면을 흐르는 냉각제를 공급 및 배출하는 제1 냉각제입구 및 제1 냉각제출구가 각각 형성되고, 그 전방에는 양성자 빔이 통과하는 표적윈도우인 금속 박판이 구비된 몸체;
    를 포함하는 동위원소 생산 기체표적.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 몸체는
    중심부가 관통되되 상기 중심부의 외측으로 원형의 그루브가 형성된 링 형상으로서, 상기 관통된 중심부와 연통된 상기 표적가스입구 및 상기 그루브와 연통된 상기 제1 냉각제입구를 그 측면에 구비하고, 상기 관통된 중심부와 상기 표적챔버의 중공이 연통하도록 연결되되 상기 그루브가 상기 표적챔버와 대향되도록 상기 표적챔버의 전방 단부에 연결되는 전방어댑터;
    상기 표적챔버의 후방 단부에 연결되되 상기 표적챔버의 중공부와 연통된 상기 표적가스출구를 그 측면에 구비하고, 상기 표적챔버와의 연결부위 외측으로 관 통 형성된 슬롯을 구비하는 후방어댑터;
    상기 전방어댑터의 그루브 및 상기 후방어댑터의 슬롯의 외측을 감싸도록 상기 전방어댑터와 상기 후방어댑터 사이에 연결되는 케이싱;
    상기 금속 박판을 지지하는 격자구조체가 형성되어 상기 전방어댑터의 전방에 연결되는 전방플랜지; 및
    상기 제1 냉각제출구가 형성되어 상기 후방어댑터의 후방에 연결되는 후방플랜지;
    를 포함하고, 상기 금속 박판이 상기 전방어댑터와 상기 전방플랜지 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 이너 핀은 상기 표적챔버의 원주방향을 따라 돌출형성된 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 표적챔버는 상기 이너 핀이 개별적으로 형성된 표적챔버유닛이 다수개 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 다수개의 표적챔버유닛들이 용접에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 표적챔버는 그 외면에 원주방향을 따라 돌출형성된 아우터 핀이 길이방향으로 다수개 구비된 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 표적챔버는 상기 이너 핀 및 상기 아우터 핀이 각각 개별적으로 형성된 표적챔버유닛이 다수개 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 다수개의 표적챔버유닛들이 용접에 의하여 연결된 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 전방플랜지는 상기 격자구조체의 주위로 형성된 홈과 상기 홈의 상면을 막는 커버부재를 구비하고, 상기 전방플랜지의 측면으로 제2 냉각제입구 및 제2 냉각제출구가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 냉각제입구 및 제2 냉각제출구가 상호 대향하는 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 후방어댑터는 상기 표적챔버의 후방 단부에 연결된 부위의 내측으로 오목한 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 동위원소 생산 기체표적.
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