KR20190013879A - 저밀도 구형 이리듐 소스 - Google Patents

Abstract

개시물은 봉지재 내에서 이리듐의 저밀도 마이크로비드들 또는 그 화합물들을 전형적으로 함유하는 방사선 소스, 및 그 제조 방법들에 속한다.

Description

저밀도 구형 이리듐 소스

이 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 2016년 8월 24일자로 출원된 미국 가출원 제62/378,881호 및 2016년 5월 24일자로 출원된 미국 가출원 제62/340,777호의 우선권을 주장하고, 상기 미국 가출원들은 전체 내용이 모든 목적으로 참조에 의해 여기에 포함된다.

본 개시는 봉지재(encapsulation) 내에서 이리듐(iridium)의 마이크로비드(microbead), 또는 이리듐의 저밀도 합금 또는 화합물 또는 복합물을 전형적으로 함유하는 감마 방사선 소스(gamma radiation source) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

의료적, 산업적, 및 다른 프로세스들을 위한 다양한 타입들의 방사선 소스의 종래 기술은 양호하게 개발되어 있다. 그러나, 특히, 제조 경제성 및 제품 성능에 대하여, 추가의 개선이 추구된다.

감마선 소스(gamma ray source)를 생산하기 위한 종래 기술의 방법은 Bakker Klass에 대한 PCT/NL2004/000401(또한, WO 2004109716 A2로서 발행됨)에서 개시되어 있다. 이 방법은 이리듐 또는 코발트(cobalt)의 디스크들의 중성자 조사(neutron irradiation), 및 원통(cylinder)을 형성하기 위하여 디스크들을 적층하는 단계들을 포함한다. 유사하게, 종래 기술은 "Device and Method for Enhanced Iridum Gamma Radiation Sources"라는 명칭의 PCT/US2015/029806(또한, WO 2015175326 A1로서 발행됨); 번역된 명칭 "Iridium-Containing Molding Useful as a Gamma Radiation Source e.g., For Weld Seam Radiography and Cancer Treatment"을 갖는 독일 특허 문헌 DE 19824689 C1; 및 "Device and Method for Enhanced Iridium Gamma Radiation Sources"라는 명칭의 PCT/US2015/029806을 포함한다.

금속성 구체(sphere)들의 제조에 관련되는 추가의 종래 기술은 Taylor에 대해 1946년 2월 12일자로 등록된, "Method for Making Small Metallic Spheres"라는 명칭의 미국 특허 제2,394,727호, 및 이하에서 발견된 정보를 포함한다:

http://www.orau.org/ptp/collection/sources/3mdisk.htm; 및

http://www.nrc.gov/docs/ML0415/ML041550720.pdf.

그러므로, 본 개시의 목적은 의료적 및 산업적 용례들에서 이용된 방사선 소스(radioactive source)들에서의 개선들을 제공하는 것이다. 개시물의 실시형태들은 종래 기술에 대한 다음의 목적들의 많은 것, 감소된 제조 비용들, (특히, 원통형 기하구조 천연 이리듐(natural iridium) 디스크 소스들에 대한) 감소된 초점 치수(focal dimension)들, 증가된 활성화 수율, 증가된 출력(감소된 밀도로 인한 더 많은 출력 Ci/mg), 낮은 감소된 밀도로 인한 더 부드러운 방출 스펙트럼(즉, 더 지배적인 더 낮은 에너지 방출들), 및 구형에 근접한, 또는 준-구형(quasi-spherical)의 기하구조(개선된 이미지 품질로 귀착함)를 달성할 수도 있지만, 무한하게 예리한 접선방향의 덮개 컴포넌트들을 회피하기 위하여 그 둘레 주위에서 평탄한 면들을 전형적으로 포함할 수도 있다. 추가적으로, 분말 핸들링은 이 개시물의 실시형태들에서 감소될 수 있거나 제거될 수 있다.

본 개시의 실시형태들은 특히, 소스들이 구형 기하구조를 갖는 50 내지 65 퍼센트의 고밀도 이리듐을 이용하여 제조될 수 있을 경우에, 아마도 11 내지 17 퍼센트의 범위에서 이리듐-192 출력 효율을 증가시킬 수 있다는 것이 상상된다. 이것은 추가로, 이리듐-192 소스 함량 및 연간 소비에 있어서 11 내지 17 퍼센트의 감소로 귀착될 수 있다. 추가적으로, 구형에 근접한 초점 치수와 조합된 더 부드러운 출력 스펙트럼은 이미지 품질이 농축된 이리듐-192 소스들의 그것에 접근하는 것으로 귀착될 수 있다. 이것은 7 내지 11 퍼센트의 증가된 활성화 수율 및 전체적인 18 내지 28 퍼센트만큼 많은 효율 이득에 잠재적으로 이를 수 있다는 것이 추가로 상상된다.

임의적으로, 이리듐-192를 함유하는 저밀도 이리듐 화합물/합금/복합물 디스크들이 구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192 소스들을 제조하기 위하여 활성화한 후에 구체(sphere)들 또는 준-구체(quasi-sphere)들로 형성될 수 있을 경우, 이 개념은 원통형 구성에서 적층된 환형체(annulus)들의 이미지 품질 또는 초점 치수 단점들 없이, 원형 이리듐으로 달성되었던 유사한 수율 및 출력 이득들을 달성할 수 있다.

대안적으로, 구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192 소스들은 또한, 구형 또는 준-구형의 소스 공동(cavity)에서의 이리듐의 무작위적-팩킹된(random-packed)(또는 부분적으로 무작위적인) 미립자(microgranule)들을 이용하여 제조될 수 있다. 이것은 수율 및 출력 장점들을 최적화한다.

구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192의 초점 치수는 전형적으로, 기존의 적층된-디스크 원통형 소스 기하구조의 대각선보다 더 크지 않을 것이다.

결과적인 소스들은 개선된 이미지 콘트라스트(contrast) 및 해상도(resolution)로 이어지는 더 낮은 에너지 감마선들을 방출할 것이다.

개시물의 추가의 목적들 및 장점들은 다음의 설명으로부터, 그리고 첨부 도면들로부터 분명해질 것이다:
도 1은 변형들이 예상되는, 본 개시의 제조 프로세스의 전형적인 실시형태의 플로우차트이다.
도 2는 본 개시의 실시형태에 따라 이리듐 밀도의 함수로서의 계산된 감마 에너지 스펙트럼 존재량(gamma energy spectral abundance)들을 예시한다.
도 3은 동일한 초점 치수 및 본 개시의 실시형태로 달성된 방출율(emissivity) 및 조사 수율(irradiation yield)에서의 전형적인 증가를 가지는 원통형 적층체들 대 구체들의 체적 비율들을 예시한다.
도 4는 362 개의 이리듐 비드들을 둘러싸는, 본 개시의 적층가능한 카세트(stackable cassete)를 예시한다.
도 5는 이리듐 마이크로비드들의 복수의 링들을 갖는 복수의 적층가능한 카세트들을 포함하는, 본 개시의 조사 타겟 조립체를 예시한다.
도 6은 본 개시의 이리듐 소스의 추가의 실시형태를 예시한다.
도 7은 본 개시물의 실시형태들에서의 캡슐(capsule)을 위하여 이용될 수도 있는 실토이드(shiltoid) 및 보소이드(vosoid) 고체 형상들을 예시한다.
도 8은 상이한 적층체 높이들의 방사선 소스들에 대하여 축 방향에서 측정된 감마 스펙트럼들을 예시함으로써, 상이한 밀도들을 시뮬레이팅한다(측정된 방출 존재량들은 도 3에서의 계산된 존재량들과 일치함).
도 9는 축상 소스 출력 대 적층체 높이를 예시함으로써, 상이한 소스 밀도들을 시뮬레이팅한다.
도 10은 구형 또는 4π 출력 대 적층체 높이를 예시함으로써, 상이한 소스 밀도들을 시뮬레이팅한다.
도 11은 본 개시의 조사 소스(irradiation source)의 추가의 실시형태의 측면 평면도이다.

도면들을 상세하게 지금 참조하면, 도 1이 제조 프로세스의 다양한 단계들을 예시한다는 것이 확인된다. 단계(100)에서, 이리듐의 마이크로비드들은 모세관 아크(capillary arc) 또는 유사한 방법들에 의해, 또는 진공 또는 비활성 기체 분위기를 갖는 고온 퍼니스(furnace)를 이용하여 흑연 몰드(mold)들에서 이리듐 분말(iridium powder) 또는 절단된 배선 피스(wire piece)들을 용융시킴으로써 형성된다. 가능한 재료들은 순수한 이리듐 또는 이리듐 화합물들, 이리듐-붕소(바람직하게는, 붕소가 고도로 중성자-흡수 동위원소 붕소-10에서 실질적으로 공핍(deplete)되었을 경우), 이리듐-알루미늄, 이리듐-붕소-알루미늄과 같은 합금들 또는 복합물들, 및 벌크 밀도(bulk density)를 저하시키면서 제조가능성(manufacturability)을 보조하기 위하여 재료 속성들을 최적화할 수도 있는 임의의 다른 저-활성화 첨가제들을 포함한다.

단계(200)는 이리듐 또는 이리듐 화합물들, 합금들, 또는 복합물들의 마이크로비드들을 중성자 조사하기 위하여 환형체-형상 타겟을 이용하는 것이다. 전형적으로, 이것은 (~37.3 % Ir-191 및 ~62.7 % Ir-193을 함유하는) 자연적으로-발생하는 안정된 이리듐을, 다양한 의료적, 브라키요법적(brachytherapeutic), 또는 산업적 프로세스들에서 감마 방사선 소스로서 이용될 수 있는 이리듐-192로 활성화할 목적으로 행해진다. 마이크로비드들이 체적 전반에 걸쳐 상당히 균등하게 분포되는 규칙적인 원통을 포함하는 다른 기하구조들이 상상된다.

유사하게, 마이크로비드들은 전형적으로 구형 또는 준-구형인 것이 상상되지만, 그것들은 (원통형 배선으로부터 짧은 세그먼트(segment)들을 절단함으로써 형성될 마이크로 원통들과 같은) 유사한 원통형 형상들 또는 (그 단축(minor axis) 둘레에서 타원을 회전시켜서 원반-타입 형상을 형성하는 것, 또는 그 장축(major axis) 둘레에서 타원을 회전시킴으로써 시가(cigar) 또는 비행선(dirigible)-타입 형상을 형성하는 것과 같은) 타원체(ellipsoid)들로 대체될 수도 있다. 특히, 원반-타입(discus-type) 형상에서의 타원체는 특히 높은 실용적인 팩킹 밀도(packing density)를 가질 수도 있다. 또한, 마이크로원통(microcylinder)들의 경우, 전형적인 길이 및 직경은 0.3 밀리미터(최적으로는 0.2 내지 0.5 mm이지만, 다른 유사한 치수들이 이용될 수 있음)일 수 있고, 중성자 조사에 의한 활성화는 마이크로원통 세그먼트들로의 절단 전에, 더 긴 배선 세그먼트에 발생할 수도 있다.

단계(300)에서, 조사된 마이크로비드들(이리듐-192를 함유함)은 주출(pour out)되고, 인덱싱된 트레이(indexed tray)들로 진동(또는 그렇지 않을 경우에는 주출(pour) 및 티핑(tip)되고, 또는 유사하게 핸들링됨)될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 마이크로비드들의 클러스터(cluster)들은 용접을 위하여 소스 캡슐(source capsule)로 전달되기 전에 활성 측정(및/또는 물리적 계량(weighing) 및/또는 광학적 비드 카운팅)을 위하여 마이크로-호퍼(micro-hopper)로 자유롭게 유동할 수도 있다.

단계(400)에서, 마이크로비드들은 전형적으로, 중량에 의해, 또는 측정된 활성 함량(activity content)에 의해, 보소이드-형상 내부 공동을 갖는 캡슐과 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 캡슐로 주출된다. 도 7에서 예시된 바와 같이, 보소이드(출원인들에 의해 만들어진 용어)는 원 내에 8각형을 조각하고, 나머지 부분들에 대한 원형 부분들을 유지하면서 상단, 하단, 및 수직 면들을 형성하는 교대하는 8각형 벽들을 유지하고, 그 후에, 그 수직 축 주위에서 결과적인 형상을 회전시킴으로써 형성된다. 마찬가지로, 그 수직 축 주위에서 8각형을 회전시킴으로써 형성된 실토이드(출원인들에 의해 만들어진 용어)는 이 실시형태에서 캡슐을 위한 적당한 구성일 수도 있다.

단계(500)에서, 덮개는 보소이드(또는 유사한) 캡슐 상으로 가압된다. 결과적인 구형 또는 준-구형의 이리듐 방사선 소스는 전형적으로 종래 기술에 대하여 감소된 밀도를 가진다. 공극(void)에서의 마이크로비드들의 전형적인 무작위적인(또는 부분적으로 무작위적인) 팩킹 밀도는 전형적으로, 마이크로비드들의 크기 및 형상 분포, 팩킹 압력, 및 벽-효과(wall-effect)들(팩킹이 무작위적이지 않고 공극의 중심 내에서의 평균 밀도보다 일반적으로 더 낮은 공동 벽 다음의 영역)에 따라 범위 48 내지 64 %에 있다. 구형 또는 준-구형의 이리듐 방사선 소스를 제조하기 위한 프로세스는 또한 전형적으로, 종래 기술과 비교하여, 디스크들을 생산하기 위한 분말 핸들링 및 열화학적 프로세싱을 감소시키거나 제거하였다.

도 2를 참조하면, 위의 프로세스에 따라 더 낮은 밀도의 이리듐에 대한 이리듐 밀도의 함수로서 계산된 스펙트럼 존재량들을 도시하는 전형적인 감마 에너지 스펙트럼이 확인된다.

유사하게, 도 3을 참조하면, 종래 기술의 100 퍼센트 고밀도 이리듐 및 더 낮은 에너지들에서의 비례적으로 더 높은 방출과 비교하여, 방출율 및 조사 수율에서의 전형적인 증가가 확인된다. 예를 들어, (3.82 밀리미터와 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는) 주어진 직경 "d"의 53 퍼센트 고밀도 구체는 3.82 mm 대각선 "d"를 갖는 100 퍼센트 고밀도 우측 원통보다 89 퍼센트 더 많은 체적을 가진다는 것이 주목된다. 이러한 우측 원통은 양자 모두 2.7 mm(3.82 mm가 2.0의 제곱근에 의해 나누어짐)와 동일한 높이 및 직경을 가진다. 이 치수들은 천연 이리듐-192를 함유하는 표준 원통형 100 Ci 이리듐-192의 활성-치수들에 있어서 상당히 전형적이다. 그러나, 참조된 구체 또는 준-구체는 동일한 초점 치수를 가지고, 참조된 우측 원통보다 11 내지 17 퍼센트 더 높은 출력을 추정하였다(출력에서의 상대적인 증가는 방출이 측정되는 방향: 축상, 방사상, 4π, 또는 다른 것에 종속된다는 것에 주목함). 그러므로, 구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192는 근사적인 범위 11 내지 17 퍼센트에서 소스 출력 효율을 증가시키는 것으로 예상된다. 7 내지 11 퍼센트의 범위에서의 예상된 반응기 수율 증가로, 조합된 반응기 수율 플러스 출력 효율 증가는 대략 18 내지 28 퍼센트일 것이라는 것이 예상된다.

도 4는 대략 362 개의 이리듐 마이크로비드들(형상에 있어서 전형적으로 구현 또는 준-구형이거나, 대략 0.4 밀리미터의 최적의 직경을 갖거나, 또는 전형적으로 0.25 내지 0.60 mm의 범위 내에 있고, 일부 응용들에서, 마이크로원통들로 대체될 수도 있음)을 둘러싸는, 본 개시물의 적층가능한 카세트(10) 또는 반응기 조사 타겟 삽입체(reactor irradiation target insert)(전형적으로 티타늄으로 이루어지지만, 반응기 코어(reactor core)와 호환가능한 다른 비-활성화 금속들 또는 재료들이 응용에 따라 이용될 수도 있음)를 예시하고, 이 예에서는, 전형적으로 0.5 밀리미터의 채널 두께를 갖는 5 개의 링들(12, 14, 16, 18, 20)(도 4에서와 같이 위로부터 관측될 때에 카세트(10)의 회전 축에 대하여 동심이지만, 도 5에서 측면으로부터 관측될 때에는 대각선으로 오프셋됨)이 있다. 예시된 실시형태에서, 가장 외부 링(20)에서 90 개의 비드들, 제 2 가장 외부 링(18)에서 80 개의 비드들, 제 3 가장 외부 링(16)에서 72 개의 비드들, 제 2 가장 내부 링(14)에서 64 개의 마이크로비드들, 그리고 가장 내부 링(12)에서 56 개의 비드들이 있다. 링들 및 채널들 및 치수들의 이 수는 특정 실시형태, 반응기 코어 설계, 및 응용에 따라 변동될 수도 있다.

도 5는 (구형, 준-구형, 또는 원통형일 수도 있는) 이리듐 마이크로비드들(50)의 복수의 적층가능한 카세트들(10)을 포함하는, 중공(hollow) 원통형 구조로서 성형된, 본 개시물의 조사 타겟 조립체(80)를 예시한다. 예시된 실시형태에서는, 10 개 내지 20 개의 카세트들(10)이 총 3620 내지 7240 개의 비드들(50)에 대하여 적층될 수도 있다. 링들의 대각선 오프셋은 원뿔(cone) 형상을 야기시킴으로써, 마이크로비들들이 반응기 코어에서의 중성자 플럭스(neutron flux)로부터 서로를 과도하게 차폐하지 않도록 타겟 조립체 내에서 마이크로비드들을 분포시키면서, 후속 카세트들(10)이 서로 맞물리는 것을 허용하는 네스팅 타입 기능(nesting type function)을 제공한다. 추가적으로, 카세트(10)의 중심 플랫폼(24)에서의 동심 애퍼처(aperture)(22)는 카세트(10)로의 마이크로비드들(50)의 적재 또는 조사 타겟 조립체(80)로의 카세트들(10)의 적재 동안 중의 어느 하나에서, 수직 샤프트(60)에 의한 맞물림(engagement)을 허용한다. 다시, 이 수들은 특정 실시형태 및 응용에 따라 변동될 수도 있다. 타겟 조립체의 설계, 치수들, 및 총 질량 적재는 활성화들을 위하여 이용된 반응기 및 중성자 플럭스의 선택에 따라 변동될 수도 있다.

도 6은 본 개시물의 이리듐 소스(90)의 추가의 실시형태를 예시한다. 이 실시형태에서, 이리듐(또는 구체, 준-구체, 또는 원통으로 형성되는 저밀도 합금, 화합물 또는 합금 또는 복합물로서의 이리듐-192)의 무작위적-팩킹된(또는 부분적으로 무작위적인) 마이크로비드들은 미립자들, 마이크로비드들, 또는 마이크로원통들로 채워지는 것으로 예시되는 구형 또는 준-구형의 소스 공동(91)에 있다. 알루미늄 또는 다른 저밀도 무기 바인더(binder)들은 활성화 후에 소스(90) 내부에서 미립자들, 마이크로비드들, 또는 마이크로원통들을 고정하기 위하여 이용될 수도 있다. 이것은 수율 및 출력 장점들뿐만 아니라, 이미지 콘트라스트 및 해상도를 최적화함으로써, 11 내지 17 퍼센트의 더 높은 출력 효율로 귀착되는 것으로 예상된다. 공동의 최대 내부 치수와 동일한, 구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192 소스의 초점 치수는 적층된-디스크 원통형 소스의 대각선보다 더 크지 않을 것이다. 활성 삽입체에서의 최적의 이리듐 밀도는 100 퍼센트 고밀도 순(純) 이리듐의 밀도의 30 내지 85 퍼센트 범위에 있다. 추가의 최적의 밀도 범위들은 100 퍼센트 고밀도 순 이리듐의 40 내지 70 퍼센트, 및 100 퍼센트 고밀도 순 이리듐의 밀도의 50 내지 65 퍼센트, 및 50 내지 65를 포함한다.

대안적인 실시형태는, 그것이 기존의 활성화 타겟 캐니스터(canister)들에서 활성될 수 있고, 그 후에, 압축되고, 밀집되고, 몰딩되고, 또는 그렇지 않을 경우에는 활성화 후에 구체 또는 준-구체로 형성될 수 있도록 중성자 조사 전에, 0.5 mm 두께보다 더 작은 디스크 또는 환형체 또는 다른 얇은 평탄한 형상으로 형성되는, 금속, 합금, 화합물, 또는 복합물의 형태로 이리듐-191을 함유한다.

도 11에서 도시된 바와 같은 조사 소스(90)의 추가의 대안적인 실시형태는 반-원반-형상(hemi-discus-shaped), 반-타원체(hemi-ellipsoid), 또는 챔퍼링된(chamfered) 단부-피스(end-piece)들(92, 94)이 평탄한 디스크들(96)의 적층체의 각각의 단부에서 배치되는 (30 내지 85 퍼센트, 40 내지 70 퍼센트, 또는 50 내지 65 퍼센트로부터 선택된) 활성 삽입체의 위의 최적의 이리듐 밀도 범위의 금속, 합금, 화합물, 또는 복합물의 형태로 이리듐-191을 함유한다. 디스크들(96)은 활성화 효율을 최대화하고 활성화 동안의 중성자 자체-차폐를 최소화하기 위하여, 최적으로는 대략 0.25 mm 두께일 수도 있거나, 약 0.5 mm 두께의 최대치에 이를 수도 있다. 만곡된 단부 피스들(92, 94)은 활성화 효율을 최대화하고 활성화 동안의 중성자 자체-차폐를 최소화하기 위하여, 최적으로는 중심에서 대략 0.5 mm 두께일 수도 있거나, 중심에서 약 0.75 mm 두께의 최대치에 이를 수도 있다. 이것은 (돔형의 보소이드 또는 실토이드 형상과 유사한) 만곡된(또는 챔퍼링된) 단부들을 갖는 원통을 형성한다. 이 기하구조는 바람직한 형상들보다 형상에 있어서 덜 구형이지만, 이것은 다른 장점들을 가질 수도 있다. 그것은 기존의 디스크 조사들이 기존의 조사 타겟 기하구조를 이용하여 수행되는 것을 가능하게 할 수 있다.

도 8 내지 도 10은 상이한 수들의 디스크들이 30 퍼센트, 64 퍼센트, 및 100 퍼센트 고밀도 이리듐으로부터의 방출을 시뮬레이팅하기 위하여 이용되었던 테스트들을 예시한다. 즉, 테스트들은 각각 5, 11, 및 17 개의 적층된 디스크들로 수행되었고, 여기서, 디스크들은 두께에 있어서 0.125 mm이었다.

[0040] 더 낮은 밀도의 이리듐은 방출 스펙트럼의 저에너지 단부에서 실질적으로 높은 존재량 감마 광선들을 방출할 것으로 예상되어야 한다. 도 8은 3 개의 소스들(5, 11, 및 17 개의 디스크들)로부터 축 방향에서 취해진 감마 스펙트럼들을 예시한다. 도 8은 3 개의 그래프 라인들 중의 가장 높은 것에서 도시된, (순수한, 표준 초점, 고체 이리듐 소스 기하구조에 비해) 30 퍼센트의 이론적 밀도의 내부 자체-흡수를 시뮬레이팅하는 5-디스크 소스가 (3 개의 그래프 라인들 중의 가장 낮은 것에서 예시된) 17-디스크 소스와 비교하여, 288 내지 316 keV에서 48 퍼센트 더 높고, 468 keV에서 26 퍼센트 더 높고, 그리고 589 내지 612 KeV에서 18 퍼센트 더 높은 존재량을 방출하였다는 것을 확인한다. 유사하게, 3 개의 그래프 라인들 중의 중간에서 도시된, 64 퍼센트 밀도를 시뮬레이팅하는 11-디스크 소스는 288 내지 361 keV에서 18 퍼센트 더 높고, 468 keV에서 7 퍼센트 더 높고, 그리고 589 내지 621 keV에서 6 퍼센트 더 높은 존재량을 방출하였다.

상대적인 방출 존재량은 각각의 광전-피크(photo-peak) 아래의 면적을 측정함으로써 결정되었다. 이것은 기존에는 각각의 피크 아래의 카운트(count)들을 합산함으로써, 그리고 각각의 피크의 접선방향의 기선(base-line) 아래의 쐐기-형상(wedge-shaped) 면적을 감산함으로써 행해졌다.

구형의 저밀도 이리듐-192의 더 부드러운 스펙트럼은 기존의 이리듐 소스들에 비해 방사선촬영(radiograph)들의 이미지 품질을 개선시키는 것으로 예상되었다. 예를 들어, 셀레늄(Selenium)-75의 더 낮은 에너지 스펙트럼은 강철(steel)의 40 mm 미만인 두께를 갖는 기판들을 방사선촬영할 때에 이리듐-192에 비해 이미지 품질을 상당히 개선시키는 것이 알려져 있다. 기존의 투과도계(penetrometer) 테스트의 결과들은 (30 퍼센트 밀도를 시뮬레이팅하는) 5-디스크 소스가 (100 퍼센트 밀도를 시뮬레이팅하는) 17-디스크 소스보다 평균적으로 4 퍼센트 더 작은 특징부(feature)들을 전형적으로 분해하였다는 것과, 11-디스크 소스가 (100 퍼센트 밀도를 시뮬레이팅하는) 17-디스크 소스보다 평균적으로 1.5 퍼센트 더 작은 특징부를 전형적으로 분해하였다는 것이었다.

축상 도우즈 레이트(axial dose rate)들의 측정들은 위에서 설명된 5, 11, 및 17-디스크 구성들에 대하여 취해졌다. 디스크당 출력 활성은 구성에서의 디스크들의 수에 대하여 도표화되었다. 도 9에서 도시된 바와 같이, 17-디스크 구성은 디스크 당 9.9 큐리(curie)의 축상 출력을 가진 반면, 11 및 5-디스크 구성들은 각각 디스크 당 11.6 및 13.1 큐리의 축상 출력을 가졌다.

도 9의 그래프의 급격한 기울기는 축 방향에서 측정된 소스들의 디스크당 출력(즉, 출력 효율)이 적층체 높이가 17 개의 디스크들로부터 11 개의 디스크들 및 5 개의 디스크들로 감소되었을 때에 상당히 증가하여, 각각 64 퍼센트 밀도 및 30 퍼센트 밀도를 시뮬레이팅한다는 것을 표시한다. 이것은 적층체 높이를 감소시키는 것, 그리고 그러므로, 밀도를 감소시키는 것이 출력 효율을 상당히 증가시켰다는 것을 확인한다. 5-디스크 및 11 디스크 소스의 디스크 당 축상 출력은 17-디스크(즉, 100 퍼센트 밀도)에 대하여, 각각 32 퍼센트 및 17 퍼센트만큼 증가하였다. 도 9의 기울기는 축상 자체-차폐가 이리듐의 밀리미터 당 16.2 퍼센트와 동등한, 디스크 당 대략 2.03 퍼센트인 것을 표시한다.

유사한 측정들은 4π(구형) 출력(디스크당 큐리) 대 적층체 높이에 대하여 행해졌고, 도 10에서 그래프화되었다. 5 및 11-디스크 소스들의 디스크-당-4π-출력은 17-디스크 소스에 대하여, 각각 22 퍼센트 및 11 퍼센트 증가하였다. 도 10의 그래프의 기울기는 (4π 출력에 대한) 축상 자체-차폐가 디스크 당 대략 1.53 퍼센트, 또는 이리듐의 밀리미터 당 12.2 퍼센트인 것을 표시한다.

17 개의 디스크들로부터 11 개의 디스크들까지의 적층체 높이에서의 변경은 이리듐의 총 질량에서의 35.3 퍼센트 감소로 귀착된다. 이것은 17 퍼센트만큼 효율을 증가시키면서 24.3 퍼센트만큼 총 순수 출력을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 소스 밀도에서의 유사한 35.3 퍼센트 감소는 마찬가지로, 출력 큐리에서의 24.3 퍼센트 감소로 귀착되는 것으로 예상될 것이다.

그러므로, 동일한 물리적 체적 및 더 낮은 질량을 갖는 저밀도 소스 삽입체들은 더 높은 출력 효율들을 가진다. 그러나, 이리듐의 동일한 총 질량 및 대응하게 더 큰 체적들을 갖는 저밀도 소스 삽입체들이 더 높은 효율들을 가질 것으로 되지만, 초점 치수를 증가시키는 것을 회피하기 위하여 원통형으로부터 구형 또는 반-구형의 기하구조로 변경하는 것이 전형적으로 필요할 것이다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 우측-원통의 대각선과 동일한 초점 직경을 가지는 구체는 89 퍼센트 더 많은 체적을 가진다. 이러한 구체는 그러므로, 그것이 53 퍼센트 밀집되었을 경우에 원통과 동일한 질량을 가질 것이다. 이러한 밀도는 이리듐 마이크로비드들의 무작위적 또는 부분적으로 무작위적인 팩킹을 위한, 또는 저밀도 금속들 또는 세라믹들을 갖는 저밀도 이리듐 합금들, 화합물들, 또는 복합들을 위한 실용적인 범위의 중간에 있다.

이러한 구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192 소스는 17 퍼센트 더 적은 질량 및 활성을 가질 것이지만, 기존의 100 퍼센트 고밀도 2.7 mm × 2.7 mm 고체 디스크(원통형) 소스와 동등한 출력을 가질 것이라는 것이 유도될 수 있다. 이러한 구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192는 소스 출력 활성을 유지하면서 감소된 원재료(이리듐-192) 요건을 가지는 것으로 예상될 것이다. 또한, 이미지 품질은 더 부드러운 감마 광선 스펙트럼으로 인해 2 퍼센트만큼 개선될 것으로 예상되는 한편, (3.82 mm와 비교하여 3.63 mm와 같은) 전형적으로 5 퍼센트 더 작은 초점 치수는 이미지 품질을 개선시키거나, 방사선촬영되는 객체에 5 퍼센트 더 근접하게 소스들을 이동시킴으로써 10 퍼센트만큼 촬영 시간(shot time)이 감소되는 것을 가능하게 할 것이다.

예상된 11 내지 17 퍼센트 출력 효율 이득에 추가하여, 구형 또는 준-구형 저밀도 이리듐-192가 조사 동안에 중성자 자체-차폐를 감소시켰을 경우에 추가적인 활성화 수율 이득이 있을 것이라는 것이 추가로 예상된다. 50 내지 65 퍼센트의 밀도 범위에 대한 15 내지 27 퍼센트의 겉보기 이득은 환형 디스크들이 조사되었을 때에 측정되었고, 이것은 구형 또는 준-구형의 저밀도 이리듐-192를 이용하여 예상되는 예측된 18 내지 28 % 이득과 유사하다.

원통형 이리듐-192 소스들 내에서의 감마 광선들의 자체-감쇠는 디스크 적층체의 직경, 디스크 높이, 및 소스에서의 디스크들의 전자-밀도에 종속된다. 이리듐은 극도로 밀집되고(입방 센티미터 당 22.42 그램), 주기율 표에서의 모든 원소들의 가장 높은 전자-밀도 중의 하나, 그리고 그러므로, 자체-차폐로 인해 감쇠의 매우 높은 레이트를 가진다. 이리듐은 1.42 밀리미터의 "최초 절반 두께"를 가진다. 즉, 1.42 밀리미터의 이리듐 두께는 50 퍼센트의 그 자신의 감마 광선들의 감쇠로 귀착된다.

"형상"의 자체-차폐를 계산하기 위하여, "유효 두께(effective thickness)"가 알려져야 한다. 자체-감쇠를 계산할 목적들을 위한 "유효 두께"는 전형적으로, 방출의 방향에서의 실제적인(또는 평균) 두께의 절반이다. 일부 전형적인 예들은 원통이 축상 방향에 대하여, 적층체 높이의 0.5 배의 유효 두께를 가지고; 원통이 방사상 방향에 대하여, 직경의 0.3927 배의 유효 두께를 가지고; (직경 d 및 높이 h를 갖는) 원통이 원형 상단에 대하여 측정된 각도 θ에 대하여,

의 유효 두께를 가지는 것이다. 유사하게, 우측 원통의 평균 구형(4π) 자체-차폐는 dh/(d + 2h)일 것이다.

차폐 두께에 대하여 이 값들을 이용하면, 방출의 임의의 각도에서의 임의의 이리듐 소스의 상대적인 출력은 이리듐에서의 이리듐-192 감마 광선들의 절반-두께로서 1.42 mm를 이용하여 추정될 수 있다.

이리듐-192 스펙트럼은 그것이 물질을 통과할 때에 경화함에 따라 후속 절반-두께 값들이 증가하기 때문에, 절반-두께는 일정한 것이 아니라, 차폐의 두께와 함께 약간 변동하므로, 계산들은 근사적이라는 것이 추가로 주목된다. 그러나, 이 계산들은 방출의 밀도, 형상, 및 방향의 함수로서 자체_차폐에서의 유효한 추세들을 제공하고, 그것들은 체계적인 에러 및 교정을 불확실하게 하기 쉬울 수 있는 불확실한 측정된 데이터에 더 많은 확실성을 추가한다.

이리듐의 2.7 × 2.7 mm 우측 원통과 동일한 질량(347 mg) 및 초점 치수(3.82 mm)를 가지는 구체는 53.03 퍼센트 밀도를 가지는 것으로 계산되었다. 이것은 구형의 소스 공동에서의 무작위적 또는 부분적으로 무작위적인 패킹된 마이크로비드들의 밀도에 있어서 전형적일 것이다.

이 구체의 출력은 이하인 것으로 계산되었다(캡슐 벽 효과들을 포함하지 않음):

1. 2.7 mm × 2.7 mm 우측 원통의 축상 출력보다 24 퍼센트 더 높다.

2. 2.7 mm × 2.7 mm 우측 원통의 방사상 출력보다 13 퍼센트 더 높다.

3. 2.7 mm × 2.7 mm 우측 원통의 구형(4π) 출력보다 8 퍼센트 더 높다; 그리고

4. 30 내지 60 도 틸트 각도(tilt angle)(그 평균 두께가 이 방향에서 대면할 때에 가장 얇으므로, 우측 원통의 가장 효율적인 방출 방향)에서의 2.7 mm × 2.7 mm 우측 원통의 출력보다 6 내지 8 퍼센트 더 낮다.

구형 소스들의 출력은 캡슐 벽들에서의 감쇠 효과들이 무시될 경우에 등방성(모든 방향들에서 동일함)이어야 한다. 그러나, 원통형 소스들의 출력은 방출 방향에 종속된다. 전형적으로, (17 개의 0.125 mm 디스크들보다 더 작은) 짧은 적층체들은 방사상보다 축상으로 더 높게 방출하는 반면, (17 개의 0.125 mm 디스크들보다 더 큰) 키가 큰 적층체들은 축상보다 방사상으로 더 높게 방출한다. 중간 각도들(30 내지 60 도)에서, 계산들은 원통형 소스들이 매우 짧은 적층체들을 제외하고, 축상 또는 방사상의 어느 하나보다 이 각도들에서 더 높은 방출들을 가진다는 것을 확인한다.

그러므로, 양자의 계산된 및 측정된 데이터로부터, 구형의 저밀도 이리듐-192는 방사선 촬영자들에 의해 보편적으로 이용된 실용적인 방출 각도들에서 11 내지 17 퍼센트의 범위에서 소스 출력 효율을 증가시킬 것으로 예상된다. 방사상은 방사선 촬영자들에 의해 가장 보편적으로 또는 전형적으로 이용된 가장 양호한 방향이다. 그러나, 단일의 값은 예쌍된 소스 출력 효율 증가를 위하여 특정될 수 없는데, 실제적으로는, 이것이 측정의 방향 및 기하구조에서 활성 삽입체의 유효 밀도 및 두께에 따라 변동하는 것으로 예상되기 때문이다.

또한, 감마 스펙트럼들의 분석은 구형의 저밀도 이리듐-192가 100 퍼센트 고밀도 이리듐에 비해, 더 낮은 에너지의 288 내지 316 keV 광전-피크들의 영역에서 20 퍼센트보다 더 큰 더 높은 존재량의 감마 광선들을 방출할 것이어서, 2 퍼센트 개선된 이미지 품질(즉, 저밀도 이리듐은 100 % 고밀도 이리듐에 비해 2 5 더 작은 특징부들을 분해하는 것으로 테스트들에서 밝혀졌음)로 귀착된다는 것을 보여주었다.

이에 따라, 몇몇 전술한 목적들 및 장점들은 가장 효과적으로 달성된다. 발명의 바람직한 실시형태들은 본원에서 상세하게 개시되고 설명되었지만, 이 발명은 의미상으로 그것에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (25)

1. 이리듐을 포함하는 방사선 소스로서,
   상기 이리듐을 함유하는 활성 삽입체의 밀도는 100 % 고밀도 순(純) 이리듐의 밀도의 30 내지 85 퍼센트의 범위인, 방사선 소스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이리듐은 100 % 고밀도 순 이리듐의 밀도의 40 내지 70 퍼센트의 범위인, 방사선 소스.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 이리듐은 100 % 고밀도 순 이리듐의 밀도의 50 내지 65 퍼센트의 범위인, 방사선 소스.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 이리듐은 이리듐-192를 함유하는 마이크로비드(microbead) 형태인, 방사선 소스.
5. 제 4 항에 있어서,
   이리듐-192의 상기 마이크로비드는 무작위적 또는 부분적으로 무작위적인 패킹된 구성인, 방사선 소스.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 이리듐은 금속, 합금, 화합물, 또는 복합물 내에 함유되고 구체(sphere) 또는 준-구체(quasi-sphere)로 형성된 이리듐-192인, 방사선 소스.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 이리듐-192는 금속, 합금, 화합물, 또는 복합물 재료 내에 함유되고, 물리적 압축 또는 밀집 방법에 의해, 구체 또는 준-구체로 캡슐 공동에 의해 형성되거나 성형되는, 방사선 소스.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 이리듐은 중성자 조사 이전에, 이리듐-191을 함유하는 대략 0.4 mm 직경의 마이크로비드 또는 대략 0.3 mm 직경의 마이크로원통(microcylinder) 형태인, 방사선 소스.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 이리듐은 중성자 조사 이전에, 이리듐-191을 함유하는, 0.25 내지 0.60 mm의 직경을 갖는 마이크로비드 또는 0.20 내지 0.50 mm의 직경을 갖는 마이크로원통 형태인, 방사선 소스.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이리듐은, 중성자 조사 전에, 이리듐-191을 함유하는 대략 0.3 mm 직경의 배선 - 마이크로원통을 형성하기 위한 활성화 후에 절단됨 - 의 형태인, 방사선 소스.
11. 제 8 항에 있어서,
    이리듐-191의 상기 마이크로비드 또는 마이크로원통은 무작위적-팩킹된 또는 부분적으로 무작위적인 구성인, 방사선 소스.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이리듐은 중성자 조사 이전에, 금속, 합금, 화합물, 또는 복합물의 형태로 이리듐-191을 함유하는, 방사선 소스.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 이리듐은 기존의 활성화 타겟 캐니스터(canister)에서 활성될 수 있고, 활성화 후에 구체 또는 준-구체로 형성될 수 있도록, 중성자 조사 이전에, 0.75 mm 두께보다 더 작은 디스크, 반-타원체(hemi-ellipsoid), 또는 다른 얇은 평탄한 형상으로 형성되는, 금속, 합금, 화합물, 또는 복합물의 형태로 이리듐-191을 함유하는, 방사선 소스.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 이리듐이 함유되는 구형 또는 준-구형 소스 공동을 더 포함하는, 방사선 소스.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선 소스는 금속, 합금, 화합물, 또는 복합물의 형태로 이리듐의 복수의 디스크들로 이루어지는, 방사선 소스.
16. 디스크-형상으로 형성되고, 이리듐으로 이루어진 복수의 마이크로비드 또는 마이크로원통을 포함하는 활성화 타겟 삽입체.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마이크로비드는 형상에 있어서 구형 또는 준-구형이거나, 마이크로원통으로서 형성되는, 활성화 타겟 삽입체.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 마이크로비드는 대략 0.4 mm의 직경을 가지거나, 상기 마이크로원통은 대략 0.3 mm의 직경을 가지는, 활성화 타겟 삽입체.
19. 제 16 항에 있어서,
    상기 이리듐은 0.25 내지 0.60 mm의 직경을 갖는 마이크로비드, 또는 0.20 내지 0.50 mm의 직경을 갖는 마이크로원통 형태인, 활성화 타겟 삽입체.
20. 제 17 항에 있어서,
    방사 타겟 삽입체는 상기 마이크로비드를 유지하는 복수의 적어도 부분적으로 동심인 링을 포함하는, 활성화 타겟 삽입체.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 링들은 상기 방사 타겟 삽입체의 회전 축에 대하여 동심이고, 상기 회전 축으로부터 수직인 방향에 대하여 대각선으로 오프셋되는, 활성화 타겟 삽입체.
22. 제 21 항에 있어서,
    원뿔-형상 벽들을 더 포함하는, 활성화 타겟 삽입체.
23. 제 22 항에 있어서,
    연속적인 방사선 타겟 삽입체들의 상기 원뿔-형상 벽들은 서로 포개지는, 활성화 타겟 삽입체.
24. 제 16 항에 있어서,
    상기 이리듐은 이리듐-192를 포함하는, 활성화 타겟 삽입체.
25. 제 16 항에 있어서,
    상기 이리듐은 이리듐-191을 포함하고, 중성자 조사에 의해 활성화되는, 활성화 타겟 삽입체.

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