KR20100125089A - 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수 표적장치 - Google Patents

냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수 표적장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 H2 18O 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티 부재를 구비하며, 상기 캐비티에 수용된 H2 18O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H2 18O 농축물간의 핵반응에 의해 18F을 생산하기 위한 표적장치로서, 상기 캐비티 부재는, 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있으며 상기 캐비티가 외부와 통하도록 상기 캐비티와 연결되어 있는 전면 개구부 및 후면 개구부가 형성되어 있으며, 상기 전면 개구부를 막도록 배치되어 있는 전면 박막; 상기 후면 개구부를 막도록 배치되어 있는 후면 덮개 부재; 상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 전면 박막이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막을 지지하도록 상기 캐비티 부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되며, 상기 양성자의 조사방향으로 관통공이 복수 형성되어 있는 전면 냉각부재; 상기 캐비티 둘레를 따라 냉각수를 공급하기 위한 공간을 구비하며, 상기 캐비티 부재에 결합되는 중앙 냉각부재; 및 상기 후면 덮개 부재와 결합하며 냉각수가 출입하여 유동하도록 된 후면 냉각부재;를 구비하며, 상기 캐비티의 내주면에는 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)이 도금처리된 열화학적 안정층이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수 표적장치{Radio-isotope production heavy water target apparatus for improving cooling performance}
본 발명은 양성자와 H2 18O(중수)의 핵반응을 통해 방사성 동위원소인 18F를 생산하는 데 있어서 주어진 양성자의 에너지에서 고전류로 양성자를 조사했을 때, 캐비티 내부의 발열과 압력상승을 최소화하도록 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부의 원자력연구개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제고유번호: M2070605000108M060500110, 과제명: 초전도 사이클로트론 가속기 핵심 기술 개발]
일반적으로 양성자 방출 단층촬영장치(Positron Emission Tomography)는 종양 및 다양한 질병의 조기 진단에 광범위하게 활용되고 있다.
최근 들어서는 양성자 방출 단층촬영술(Positron Emission Tomography)을 이용한 진단의 범위가 확대되고 있으며 이에 따라 다양한 양성자 방출 동위원소가 표 지된 양성자 방출 방사성 의약품이 개발되고 있다. 이러한 방사성 의약품 중에서 가장 대표적인 것으로는 암 진단에 사용되는 FDG (2-[18F]Fluoro-2-deoxy-D-glucose), 암 종류 중 뇌종양의 진단에 유용한 L-[11C-methyl]methionine 등이 있다.
FDG의 생산은 양성자를 H2 18O(중수)에 조사하게 되면 18O(p,n)18F 핵반응에 의하여 18F가 생성되며, 생성된 18F 합성장치에서 화학적으로 합성하여 최종적으로 FDG가 생산되는 것이다. 따라서, 기본이 되는 18F를 생성하기 위한 장치가 필요하며, 이러한 장치를 H2 18O(중수) 표적장치(H2 18O water target)라고 한다.
표적장치에서 생성되는 18F의 양을 수율로 표시한다. 표적장치의 수율은 핵반응 과정에서 조사되는 일렉트론 볼트(eV) 단위인 양성자의 에너지와 전류로 표현되는 양성자의 수에 비례한다. 양성자의 총 에너지는 양성자의 단위 에너지와 양성자의 수의 곱으로 표현된다. 하지만, 핵반응 과정에서 실제로 핵반응에 이용되는 양성자는 거의 일부이고 대부분의 양성자의 에너지는 열로 바뀌게 된다. 따라서 표적장치의 수율을 높이기 위하여 양성자의 에너지 또는 전류를 높이면, 표적장치 내부의 H2 18O(중수)가 많은 에너지를 흡수하게 되어 캐비티 내의 중수가 상변화를 수반하며, 고온 및 고압의 상태가 된다. 이와 같은 가혹한 조건은 표적장치의 수명에 바람직하지 않은 영향을 미치게 된다. 즉, 표적장치에서 캐비티 내의 반응물의 상변화 및 고온의 열 섭동에 의해 부분적인 중수의 밀도 변화가 일어나서 표적장치의 수율이 떨어지게 된다.
따라서 표적장치에서 H2 18O(중수)의 냉각 효율을 향상시키는 것은 그 표적장치의 수명과 생산 수율을 높이기 위해 중요한 해결과제이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 핵반응 과정에서 캐비티 내의 중수를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 구조가 개선된 표적장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 냉각성능이 향상된 방사성 동위원소 생산용 표적장치는, H2 18O 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티 부재를 구비하며, 상기 캐비티에 수용된 H2 18O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H2 18O 농축물간의 핵반응에 의해 18F을 생산하기 위한 표적장치에 있어서,
상기 캐비티 부재는, 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있으며 상기 캐비티가 외부와 통하도록 상기 캐비티와 연결되어 있는 전면 개구부 및 후면 개구부가 형성되어 있으며,
상기 전면 개구부를 막도록 배치되어 있는 전면 박막;
상기 후면 개구부를 막도록 배치되어 있는 후면 덮개 부재;
상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 전면 박막이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막을 지지하도록 상기 캐비티 부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되며, 상기 양성자의 조사방향으 로 관통공이 복수 형성되어 있는 전면 냉각부재;
상기 캐비티 둘레를 따라 냉각수를 공급하기 위한 공간을 구비하며, 상기 캐비티 부재에 결합되는 중앙 냉각부재; 및
상기 후면 덮개 부재와 결합하며 냉각수가 출입하여 유동하도록 된 후면 냉각부재;를 구비하며,
상기 캐비티의 내주면에는 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)이 도금처리된 열화학적 안정층이 구비되어 있는 점에 특징이 있다.
상기 열화학적 안정층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다.
상기 캐비티는 상기 양성자 조사 경로 방향으로의 길이가 5㎜ 내지 20㎜인 것이 바람직하다.
상기 캐비티는 상기 양성자 조사 경로의 상류측으로부터 하류측으로 갈수록 내경의 크기가 점점 더 커지는 원뿔대 형상인 것이 바람직하다.
상기 캐비티 부재는 상기 캐비티의 외주면으로부터 돌출되어 상기 캐비티의 둘레방향으로 연장되고 상기 양성자의 조사 방향으로 서로 이격되도록 배치된 복수의 제1냉각핀을 구비한 것이 바람직하다.
상기 후면 덮개 부재는 상기 캐비티를 향해 돌출되어 수직방향으로 연장되고 수평방향으로 서로 이격된 복수의 제2냉각핀을 구비한 것이 바람직하다.
상기 관통공은 상기 양성자의 조사 경로에 대해 수직인 단면 형상이 원형 또는 육각형이며, 그 단면상에서 벌집 형태로 배치된 것이 바람직하다.
상기 전면 박막은 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)으로 제조된 것이 바람직하다.
상기 제2냉각핀의 표면에는 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)이 도금되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 핵반응 물질을 수용하는 캐비티 내주면을 열화학적으로 안정화 시키는 도금층을 형성함으로써 그 캐비티 내의 온도와 압력을 낮추어 방사성 동위원소의 생산 수율을 높이고 수명이 연장된 표적장치를 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 상기 캐비티의 냉각을 위한 냉각수와의 접촉부위의 표면적을 현저하게 증가시킴으로써 냉각성능이 더욱 향상된방사성 동위원소 생산용 표적장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표적장치의 개략적인 사시 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 "A"부위를 확대하여 도시한 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 "B"부위를 확대하여 도시한 도면이다. 도 4는 도 1의 단면을 평면적으로 보여주는 도면이다. 도 5는 도 4에 도시된 "C"부위를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 6은 도 1에 도시된 표적장치를 구성하는 주요 구성요소를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 7은 도 6에 도시된 "D"부위를 확대하여 도시한 도면이다. 도 8은 도 6에 도시된 "E"부위를 확대하여 도시한 도면이다. 도 9는 도 6을 다른 방향에서 보여주는 도면이다. 도 10은 도 9에 도시된 "F"부위를 확대하여 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치(100, 이하 "표적장치"라 함)는 H2 18O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H2 18O 농축물간의 핵반응에 의해 18F을 생산하기 위한 것이다. 도 4에서 "Y"로 표기된 화살표는 냉각수의 유입방향을 나타내며, "Z"로 표기된 화살표는 냉각수의 유출방향을 나타낸다. 또한, 도 5에서 "S"로 표기된 화살표는 H2 18O 농축물의 유동방향을 나타낸다.
상기 표적장치(10)는 캐비티 부재(20)와, 전면 박막(30)과, 후면 덮개 부재(40)와, 전면 냉각부재(50)와, 중앙 냉각부재(60)와, 후면 냉각부재(70)를 포함하고 있다.
상기 캐비티 부재(20)는 캐비티(22)와, 제1냉각핀(23)과, 전면 개구부(24)와, 후면 개구부(25)를 구비하고 있다. 상기 캐비티 부재(20)는 구리(Cu) 등과 같이 열전도성이 우수한 금속으로 이루어져 있다.
상기 캐비티(22)는 상기 캐비티 부재(20)의 중앙에 형성된 공간이다. 상기 캐비티(22)에는 상기 H2 18O 농축물이 수용된다. 상기 H2 18O 농축물은 H2 18O이 95%이상 농축되어 있는 H2O을 말한다. 상기 캐비티(22)의 내주면에는 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)이 도금 처리된 열화학적 안정층이 구비되어 있다. 상기 열화학적 안정층은 상기 캐비티(22)내의 농축물로 부터 발생하는 열을 효과적으로 상기 캐비티(22)의 외부로 전달하여 열저항을 감소시키고 상기 캐비티(22) 내의 농축물을 화학적으로 안정된 상태로 유지하는 역할을 한다. 상기 열화학적 안정층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 상기 열화학적 안정층의 두께가 1㎛ 미만인 경우에는 핵반응 시 화학적 안정성을 제공하지 못하는 문제점이 있다. 한편, 상기 열화학적 안정층의 두께가 10㎛를 초과하는 경우에는 냉각성능이 향상되는 효과에 비하여 지나치게 고가의 티타늄(Ti)이나 니오븀(Nb)이 필요하므로 제조원가가 지나치게 증가하는 문제점이 있다.
상기 캐비티(22)는 전면 개구부(24)와 후면 개구부(25)에 의해 외부로 개방되어 있다. 상기 캐비티(22)는 상기 양성자의 조사 경로에 수직인 평면에 대한 단면이 원형으로 되어 있다. 더 구체적으로 상기 캐비티(22)는 상기 양성자의 조사 경로상 상류측으로부터 하류측으로 갈수록 내경의 크기가 점점 더 커지는 원뿔대 형상으로 형성되어 있다. 상기 캐비티(22)가 원뿔대 형상인 것은 후술하는 제1냉각핀(23) 부위와 열교환 되는 표면적을 가능한 크게 하기 위한 것이다. 상기 캐비티(22)의 체적은 대략 1.5cc로 고정되어 있는데, 이는 H2 18O 농축물 1.5cc 체적이 핵반응을 위한 최소량으로서 일반적으로 사용되며 H2 18O 농축물은 그 가격이 비싸서 적은 양을 사용하는 것이 유리하기 때문이다. 또한, 상기 캐비티(22)는 양성자 조사 경로 방향(X)으로의 길이가 5㎜ 내지 20㎜인 것이 바람직하다. 상기 캐비티(22)의 길이가 5mm 미만일 경우 후술하는 제2냉각핀(42)을 설치할 공간이 부족하여 냉 각성능의 충분한 향상이 어려운 문제점이 있다. 한편, 상기 캐비티(22)의 길이가 20mm를 초과할 경우에는 상기 캐비티(22)의 체적이 필요 이상으로 커지는 문제점이 있다.
상기 제1냉각핀(23)은 상기 캐비티(22)의 외주면으로부터 돌출되어 있다. 상기 제1냉각핀(23)은 상기 캐비티(22)의 둘레방향으로 연장되어 있다. 또한, 상기 제1냉각핀(23)은 복수개가 마련되어 있다. 상기 제1냉각핀(23)은 상기 양성자의 조사 경로 방향으로 서로 이격되도록 배치되어 있다. 상기 제1냉각핀(23)에는 냉각수가 접촉되어 열교환이 이루어진다. 상기 제1냉각핀(23)은 상기 캐비티(22)와 냉각수의 열교환 시 냉각수와 접촉되는 면적을 최대한 넓게 함으로써 열교환 효율을 높이도록 하기 위해 마련된 것이다.
상기 전면 개구부(24) 및 후면 개구부(25)는 상기 캐비티(22)를 사이에 두고 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있다. 상기 전면 개구부(24) 및 후면 개구부(25)는 상기 캐비티(22)가 외부와 통하도록 그 캐비티(22)와 연결되어 있다.
양성자는 상기 전면 개구부(24)를 통해서 상기 캐비티(22)쪽으로 조사되며, 조사된 양성자는 그 에너지가 상기 캐비티(22)에 수용된 H2 18O 농축물에 모두 흡수된다.
상기 전면 박막(30) 및 후면 덮개 부재(40)는 상기 전면 개구부(24) 및 후면 개구부(25)를 각각 막도록 배치되어 있다. 상기 전면 박막(30) 및 후면 덮개 부 재(40)에 의해 상기 캐비티(22)에 충전되는 H2 18O 농축물은 외부로 흘러내리지 않고 상기 캐비티(22)에 수용된 상태를 유지하게 된다. 상기 전면 박막(30) 및 상기 후면 덮개 부재(40)는 폴리에틸렌 등과 같은 씰링부재(미도시)에 의해 상기 캐비티(22)와 각각 밀폐된 상태로 결합되어 있다.
상기 전면 박막(30)은 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb) 등과 같은 금속으로 이루어져 있으며, 그 두께는 일반적으로 수십㎛이다. 본 실시예에 있어서, 상기 전면 박막(30)의 두께는 50㎛이다.
상기 후면 덮개 부재(40)는 제2냉각핀(42)과 제3냉각핀(44)를 구비하고 있다. 상기 제2냉각핀(42)은 상기 캐비티(22)를 향해 돌출되어 있다. 상기 제2냉각핀(42)은 지면에 대해 수직인 방향으로 연장되어 있다. 상기 제2냉각핀(42)은 복수 마련되어 있다. 상기 제2냉각핀(42)은 지면에 대해 수평인 방향으로 서로 이격되도록 배치되어 있다. 상기 제2냉각핀(42)이 수평방향으로 이격되도록 배치한 이유는 상기 캐비티(22) 내에 수용된 H2 18O 농축물이 양성자에 의해 핵반응이 일어나는 과정에서 밀도차이에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2냉각핀(42) 주위에서 상측에서 하측으로 지면에 대해 수직인 방향으로 유동하기 때문에 그 유동을 방해하지 않고 냉각효과를 최대로 얻기 위한 것이다. 상기 제2냉각핀(42)의 표면에는 상기 열화학적 안정층과 동일한 소재인 티타늄(Ti)이나 니오븀(Nb)이 도금되어 있다.
상기 제3냉각핀(44)은 도 10에 도시된 바와 같이 상기 후면 덮개 부재(40)의 벽면을 사이에 두고 상기 제2냉각핀(42)과 반대방향으로 돌출되어 있다. 더 구체적으로 상기 제3냉각핀(44)은 후술하는 제3공간부(72)에 유입된 냉각수와 직접적으로 접촉하여 열교환이 이루어지도록 배치되어 있다.
상기 후면 덮개 부재(40)는 후술하는 후면 냉각부재(70)와 협력하여 냉각수가 유동하는 제3공간부(72)를 형성한다.
상기 전면 냉각부재(50)는 상기 전면 박막(30)을 지지하도록 상기 캐비티 부재(20)에 결합되어 있다. 상기 전면 냉각부재(50)와 상기 캐비티 부재(20) 사이에 상기 전면 박막(30)이 배치되어 있다. 상기 전면 냉각부재(50)는 관통공(52)을 복수 구비하고 있다. 상기 관통공(52)은 상기 양성자의 조사 방향으로 그 전면 냉각부재(50)를 관통하도록 형성되어 있다. 상기 관통공(52)들의 총면적은, 상기 전면 개구부(24)의 총면적의 80% 이상이 되도록 되어 있다. 상기 양성자는 전면 격자부분(53), 즉 상기 전면 냉각부재(50) 중 상기 관통공(52)들이 형성되어 있지 않으며 상기 관통공(52)들 사이에 있는 부분을 통과하지 못하므로 상기 전면 격자부분(53)을 통과하지 못하는 양성자는 에너지 손실로 나타나게 된다. 따라서, 상기 관통공(52)들의 총면적이 상기 전면 개구부(24)의 총면적의 80% 미만이 되도록 하는 것은, 상기 양성자의 에너지 손실을 과다하게 발생시켜 상기 18F의 생산 효율을 떨어뜨리기 때문에 바람직하지 않다. 상기 관통공(52)은 상기 양성자의 조사 경로에 대해 수직인 단면 형상이 원형 또는 육각형으로 형성할 수 있다. 상기 관통공(52)들은 상기 양성자의 조사경로에 대해 수직인 단면상에서 벌집 형태로 배치되어 있다. 상기 전면 냉각부재(50)에는 냉각수가 유동하는 환형의 제1공간부(54)가 형성되어 있다. 상기 제1공간부(54)의 일측에는 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되어 있으며, 타측에는 상기 냉각수가 유출되는 유출구가 형성되어 있다. 상기 양성자의 조사시 상기 전면 냉각부재(50)의 전면 격자부분(53)에 발생되는 열뿐만 아니라 상기 핵반응시 발생되는 열은, 상기 전면 격자부분(53)을 통해서 상기 제1공간부(54)에서 유동하는 냉각수에 의해 냉각되게 된다. 상기 전면 냉각부재(50)는 알루미늄(Al) 또는 동(Cu) 등과 같이 열전도성이 양호한 금속으로 제조될 수 있다. 상기 전면 냉각부재(50)는 상기 전면 박막(30)을 지지하여 그 전면 박막(30)이 상기 캐비티(22) 내의 농축물의 온도와 압력의 상승에 의해 부풀어 오르는 것을 억제하는 역할도 있다.
상기 중앙 냉각부재(60)는 상기 캐비티 둘레를 따라 냉각수를 공급하기 위한 제2공간부(62)를 구비하고 있다. 상기 중앙 냉각부재(60)는 상기 캐비티 부재(20)에 폴리에틸렌 등의 씰부재에 의해 냉각수가 유출되지 않도록 결합되어 있다. 상기 중앙 냉각부재(60)는 상기 제2공간부(62)로 냉각수가 유입되는 통로와 그 제2공간부(62)로부터 냉각수가 유출되는 통로가 마련되어 있다.
상기 후면 냉각부재(70)는 상기 후면 덮개 부재(40)에 결합되어 있다. 상기 후면 냉각부재(70)는 상기 후면 덮개 부재(40)와 결합된 상태에서 냉각수가 출입하여 유동하도록 된 제3공간부(72)와 그 제3공간부(72)로의 냉각수의 출입 통로를 구비하고 있다. 상기 후면 냉각부재(70)와 상기 후면 덮개 부재(40)는 폴리에틸렌 등의 씰부재에 의해 밀봉됨으로써 냉각수가 결합부위로 누출되지 않도록 되어 있다.
상기 전면 냉각부재(50), 캐비티 부재(20), 후면 덮개 부재(40), 중앙 냉각부재(60), 후면 냉각부재(70)는 볼트 등의 결합수단에 의해 일체로 결합되어 있다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 표적장치(10)를 사용하여 18F를 생산하는 과정의 일례를 설명하면서, 본 발명의 효과에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 사이클로트론 등과 같은 입자가속장비에서 적절한 에너지를 가지도록 양성자를 발생시킨 후에 그 양성자를 도 4에 도시된 표적장치(10)에 조사하면, 양성자의 일부는 전면 냉각부재(50)의 전면 격자부분(53)을 통과하지 못하게 되고 모두 흡수되며 양성자의 나머지는 전면 냉각부재(50)의 관통공(52)들을 통과하게 된다. 그리고, 전면 냉각부재(50)의 관통공(52)들을 통과한 양성자는 전면 박막(30)을 통과하면서 그 에너지의 일부가 전면 박막(30)에 흡수되고 나머지 에너지가 모두 캐비티 부재(20)의 캐비티(22)에 수용된 H2 18O 농축물에 흡수되게 된다. 이와 같이 양성자가 H2 18O 농축물에 조사되게 되면, 그 양성자는 H2 18O 농축물과 핵반응을 하게 되고 이에 따라 18F가 생산되게 된다. 그리고, 양성자의 조사시 전면 냉각부재(50)의 전면 격자부분(53)에 발생되는 열은 전면 냉각부재(50)의 환형의 제1공간부(54)를 유동하는 냉각수에 의해 냉각되며, 양성자와 H2 18O 농축물간의 핵반응시 발생되는 열은 상기 캐비티 부재(20)와 상기 중앙 냉각부재(60)에 의해 형성된 제2공간부(62)를 유동하는 냉각수에 의해 냉각된다.
한편, 상술한 바와 같이 양성자와 H2 18O 농축물간의 핵반응시, 고열이 발생하게 되며, 이러한 고열은 주로 상기 캐비티 부재(20)와 중앙 냉각부재(60)에 의해 형성된 제2공간부(62)에서 유동하는 냉각수와 상기 후면 덮개 부재(40)와 상기 후면 냉각부재(70)에 의해 형성된 제3공간부(72)에서 유동하는 냉각수에 의해 냉각되게 된다. 이 과정에서 상기 제1냉각핀(23), 상기 제2냉각핀(42) 및 상기 제3냉각핀(44)은 냉각수와 접촉하는 표면적을 넓게 함으로써 냉각효과를 현저하게 증가시킨다. 또한, 이 과정에서 상기 캐비티(22) 내주면에 도금된 열화학적 안정층은 상기 캐비티(22) 내의 열을 상기 제1냉각핀(23) 측으로 신속하게 전달함으로써 그 캐비티(22) 내에 수용된 H2 18O 농축물의 온도와 압력을 안정된 상태로 유지하는 역할을 한다. 특히, 상기 제2냉각핀(42)은 상기 캐비티(22) 내로 돌출되도록 형성되어 있어서, 상기 캐비티(22) 내에 수용된 H2 18O 농축물과의 접촉면적이 최대가 되도록 함으로써, 냉각성능을 현저하게 향상시킨다.
또한, 본 발명의 실시예와 같이 상기 캐비티(22)의 형상이 상기 양성자의 조사 경로 방향을 따라 그 내경의 크기가 점점 더 커지도록 된 원뿔대 형상으로 되어 있어서, 상기 제1냉각핀(23)과 냉각수가 접촉하는 면적을 증가시킴으로써, 냉각성능이 종래의 구조에 비하여 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 열화학적 안정층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛인 것으로 서술하였으나, 상기 열화학적 안정층의 두께가 이 범위에서 벗어나는 경우에 도 상기 열화학적 안정층에 의한 본 발명의 본질적인 목적은 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 캐비티는 상기 양성자 조사 경로 방향(X)으로의 길이가 5㎜ 내지 20㎜인 것으로 서술하였으나, 상기 캐비티의 길이가 이 범위를 벗어나더라도 상기 열화학적 안정층에 의한 본 발명의 목적은 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 캐비티는 상기 양성자 조사 경로의 상류측으로부터 하류측으로 갈수록 내경의 크기가 점점 더 커지는 원뿔대 형상인 것으로 서술하였으나, 상기 캐비티의 형상이 원뿔대 형상이 아닌 경우에도 상기 열화학적 안정층에 의한 본 발명의 목적은 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 캐비티 부재는 상기 캐비티의 외주면으로부터 돌출되어 상기 캐비티의 둘레방향으로 연장되고 상기 양성자의 조사 방향으로 서로 이격되도록 배치된 복수의 제1냉각핀을 구비한 것으로 서술하였으나, 상기 제1냉각핀이 구비되지 않더라도, 상기 열화학적 안정층에 의한 본 발명의 목적은 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 후면 덮개 부재는 상기 캐비티를 향해 돌출되어 수직방향으로 연장되고 수평방향으로 서로 이격된 복수의 제2냉각핀을 구비한 것으로 서술하였으나, 상기 제2냉각핀을 구비하지 않더라도, 상기 열화학적 안정층에 의한 본 발명의 목적은 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 관통공은 상기 양성자의 조사 경로에 대해 수직인 단면 형상이 원형 또는 육각형이며, 그 단면상에서 벌집 형태로 배치된 것으로 서술하였으나, 상기 관통공의 단면은 예컨대 사각형, 8각형 등의 형상도 가능하며, 그 관통공들의 배열이 벌집 형태가 아니라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표적장치의 개략적인 사시 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 "A"부위를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 "B"부위를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 단면을 평면적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 "C"부위를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 표적장치를 구성하는 주요 구성요소를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 "D"부위를 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 "E"부위를 확대하여 도시한 도면이다.
도 9는 도 6을 다른 방향에서 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 "F"부위를 확대하여 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...표적장치 20...캐비티 부재
22...캐비티 23...제1냉각핀
24...전면 개구부 25...후면 개구부
30...전면 박막 40...후면 덮개 부재
42...제2냉각핀 50...전면 냉각부재
52...관통공 53...전면 격자부분
54...제1공간부 60...중앙 냉각부재
62...제2공간부 70...후면 냉각부재
72...제3공간부 S...H2 18O 농축물의 유동방향
X...양성자의 조사 경로 방향 Y...냉각수 유입방향
Z...냉각수 유출방향

Claims (9)

  1. H2 18O 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티 부재를 구비하며, 상기 캐비티에 수용된 H2 18O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H2 18O 농축물간의 핵반응에 의해 18F을 생산하기 위한 표적장치에 있어서,
    상기 캐비티 부재는, 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있으며 상기 캐비티가 외부와 통하도록 상기 캐비티와 연결되어 있는 전면 개구부 및 후면 개구부가 형성되어 있으며,
    상기 전면 개구부를 막도록 배치되어 있는 전면 박막;
    상기 후면 개구부를 막도록 배치되어 있는 후면 덮개 부재;
    상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 전면 박막이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막을 지지하도록 상기 캐비티 부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되며, 상기 양성자의 조사방향으로 관통공이 복수 형성되어 있는 전면 냉각부재;
    상기 캐비티 둘레를 따라 냉각수를 공급하기 위한 공간을 구비하며, 상기 캐비티 부재에 결합되는 중앙 냉각부재; 및
    상기 후면 덮개 부재와 결합하며 냉각수가 출입하여 유동하도록 된 후면 냉각부재;를 구비하며,
    상기 캐비티의 내주면에는 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)이 도금처리된 열화학적 안정층이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열화학적 안정층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 양성자 조사 경로 방향으로의 길이가 5㎜ 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 양성자 조사 경로의 상류측으로부터 하류측으로 갈수록 내경의 크기가 점점 더 커지는 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티 부재는 상기 캐비티의 외주면으로부터 돌출되어 상기 캐비티의 둘레방향으로 연장되고 상기 양성자의 조사 방향으로 서로 이격되도록 배치된 복수의 제1냉각핀을 구비한 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 후면 덮개 부재는 상기 캐비티를 향해 돌출되어 수직방향으로 연장되고 수평방향으로 서로 이격된 복수의 제2냉각핀을 구비한 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 양성자의 조사 경로에 대해 수직인 단면 형상이 원형 또는 육각형이며, 그 단면상에서 벌집 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전면 박막은 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)으로 제조된 것을 특징으로 하 는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2냉각핀의 표면에는 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)이 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치.
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