KR20210013885A - 빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 방사성 핵종 생성을 위한 반응 챔버 내부에 구비되며, 내측에 파우더형 물질이 수용될 수 있도록 적재부가 구비되며, 수평방향과 예각을 이루어 조사되는 입자빔의 경로상에 배치되는 파우더형 타겟, 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 이를 이용한 핵종 생산 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법은 핵반응 중에 부분적인 균일도를 유지할 수 있으며. 핵반응이 일어나는 영역을 증가시킬 수 있고, 냉각면적 또한 증가시킬 수 있어 생산시간을 단축시키며, 생산효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법{Powder type target with improved beam irradiation efficiency, apparatus for producing nuclides comprising the same, and production method}

본 발명은 빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 파우더 형 물질을 이용한 핵반응 수행시에 빔 조사 효율 및 냉각효율을 증가시킬 수 있는 캐리어 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법에 관한 것이다.

핵종 생산 장치는 특정 물질에 빔을 조사하여 핵반응을 일으키는 장치를 뜻하며, 빔이 조사되는 타겟은 기체, 액체 또는 고체와 같은 상태에 따라 다르게 구성된다. 고체 상태의 타겟 중 파우더형 타겟은 분말 상태의 물질을 담아 밀봉한 상태에서 핵반응을 일으키는 방법이 사용되고 있다.

이와 같은 종래기술과 관련하여 유럽 등록특허 제0962942호가 개시되어 있다. 그러나 이와 같은 종래기술은 핵반응 중 열에 의한 파우더의 용융과 같은 상태변화에 의해 부분적으로 밀도차이가 발생하게 되며, 부분별 핵반응에 편차가 발생하고 결국 생산 수율이 낮아지는 문제점이 있다. 또한 종래의 파우더형 타겟은 빔의 직선 경로상에 배치되어 좁은 영역에서 핵반응이 일어나 발열이 집중되므로 냉각효율이 저하되었으며, 따라서 빔 전류를 증가시키지 못해 핵반응에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

유럽 등록특허 제0962942호(2003.04.23.)

본 발명은 종래의 파우더형 타겟의 효율을 상승시킬 수 있는 빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 방사성 핵종 생성을 위한 반응 챔버 내부에 구비되며, 내측에 파우더형 물질이 수용될 수 있도록 적재부가 구비되며, 수평방향과 예각을 이루어 조사되는 입자빔의 경로상에 배치되는 파우더형 타겟이 제공될 수 있다.

한편, 적재부는 수평방향으로 연장되어 형성되는 바닥면 및 내측에 파우더형 물질이 수용될 수 있도록 바닥면상에서 상측으로 소정길이로 연장되어 형성되는 측벽으로 정의 될 수 있다.

한편, 입자빔의 조사영역이 적재부의 내부에 형성될 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 타원형 또는 직사각형으로 형성되는 입자빔의 조사영역의 장축방향으로 적재부가 형성될 수 있도록 장축방향으로 연장된 벽을 포함할 수 있다.

또한, 측벽은 타원형의 조사영역에 대응하여 타원형 경로를 따라 구비될 수 있다.

또한 측벽은 직사각형의 조사영역에 대응하여 사각형 경로를 따라 구비될 수 있다.

한편, 하면은 냉각부와 접촉되도록 구성될 수 있다.

추가로, 입자빔을 가속할 수 있도록 구성되는 사이클로트론, 내부에 입자빔이 유입되어 핵반응이 일어나는 반응공간이 구비된 반응 챔버, 일측이 사이클로트론과 연결되어 입자빔이 통과하도록 구성되며, 타측이 수평면과 예각을 이루면서 반응챔버의 일측과 연결되도록 구성되는 빔라인, 반응공간에 구비되며, 파우더형 물질이 수평방향으로 펼쳐져 적재되어 입자빔이 예각을 이루어 조사될 수 있도록 구성되는 파우더형 타겟 및 파우더형 타겟을 냉각시킬 수 있도록 구성되는 냉각부를 포함하는 방사성 핵종 생산 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 사이클로트론은 수직형 타입으로 구성되며, 입자빔을 수평면과 예각을 이루어 방출하며, 빔라인은 수평면과 예각을 이루면서 사이클로트론과 챔버를 직선상으로 연결하도록 구성될 수 있다.

한편, 파우더형 타겟의 위치는 사이클로트론의 입자빔의 방출구보다 낮은 위치에 구비될 수 있다.

한편, 사이클로트론은 수평방향으로 입자빔을 방출하며, 빔라인은 수평방향으로 이동하는 입자빔의 각도를 수평방향과 예각으로 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 빔라인은 수평면과 6도 내지 10도의 각도를 이루어 반응챔버의 일측과 연결될 수 있다.

여기서, 파우더형 타겟은 파우더 상태의 Radium-226 이 적재되며, 입자빔은 양성자 빔이며, 핵반응으로 Actinium-225가 생성할 수 있도록 구성될 수 있다.

추가로, 파우더형 물질을 파우더형 타겟에 적재하는 단계, 파우더형 타겟을 반응 챔버 내부에 수평방향으로 배치하는 단계 및 입자가속기로부터 가속된 입자빔을 수평면과 예각을 이루어 파우더형 타겟에 조사하는 단계를 포함하는 방사선 핵종 생산 방법이 제공될 수 있다.

여기서, 파우더형 물질은 Ra-226 이며, 입자빔이 조사되어 핵반응으로 Ac-225 가 생성될 수 있다.

본 발명에 따른 빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법은 수평방향으로 타겟을 배치하여 핵반응 중 열에 의한 파우더의 용융과 같은 상태변화에 의해에 부분적으로 밀도차이가 발생하더라도 수율을 확보할 수 있다. 또한 수평방향으로 배치된 파우더형 타겟에 예각으로 입자빔을 조사하여 조사면적을 확대하면서도 냉각 면적을 확보할 수 있으므로 생산효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 파우더형 타겟의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 파우더형 타겟이 구비된 핵종 생산장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 파우더형 타겟의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파우더형 타겟을 상측에서부터 바라본 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파우더형 타겟의 핵반응시의 상태를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 핵종 생산 방법의 순서도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개념도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

한편, 이하에서 참조하는 도면은 설명의 편의를 위해 일부 구성요소는 확대 또는 축소되거나 과장되어 표현될 수 있다.

도 1은 종래의 파우더형 타겟의 일 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래의 파우더형 타겟은 파우더 상태의 물질을 캡슐 내부에 적재하고 밀봉한 상태에서 반응챔버(20) 내부에 설치하게 된다. 이때, 수직방향으로 길게 연장된 형태로 배치되며, 입자빔(50)은 수평방향으로 조사되는 모습이 도시되어 있다. 이와같은 종래기술에는 핵반응이 일어남에 따라 타겟 내부에서 열변형에 의해 밀도가 변화되고 중력에 의해 분말들이 아래방향으로 이동하게 되면서 타겟 내부의 하측 영역이 고밀도 상태로 바뀌게 된다. 따라서 전체적으로 불균일한 핵반응이 일어나게 되는 문제점이 있다. 또한 입자빔(50)이 수평방향으로 조사되므로 빔의 조사영역이 원형으로 이루어지고, 좁은 원형영역 내에서 큰 발열이 이루어지고, 좁은 면적을 통하여 냉각이 이루어지므로 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 이와 같은 현상은 입자빔의 조사 단면적이 사각형 또는 원형으로 이루어 지더라도 동일하게 발생하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 캐리어(100)이 구비된 핵종 생산장치의 개념도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서 입자빔(50)은 하측방향을 향해 경사진 각도로 방출되며, 빔라인(30)을 통과하여 반응챔버(20) 내부로 조사된다. 캐리어(100)은 반응챔버(20) 안에 구비되며, 수평방향과 소정각도를 이루어 조사되는 입자빔(50) 라인의 경로상에 배치될 수 있다. 캐리어(100)은 수평방향으로 배치되며, 파우더형 타겟(1)은 적재된 후 중력에 의해 고정되어 타겟(100)으로부터 이탈되지 않는다. 한편 파우더형 타겟(1)은 다양한 종류의 원소가 될 수 있으며, 일 예로 Ra-226(Radium)이 될 수 있으며, 핵반응 이후 Ac-225(Actinium)가 생성될 수 있다.도 3은 본 발명에 따른 캐리어(100)의 개념도이다. 도시된 바와 같이, 캐리어(100)은 수평방향으로 연장된 상태에서 파우더형 타겟(1)이 적재되고, 비스듬한 각도로 조사되는 입자빔(50)의 경로상에 배치된다. 여기서 비스듬한 각도는 수평면과 예각(θ)을 이루는 각도로 선정될 수 있으며, 바람직하게는 6도 내지 10도의 각도를 두어 조사될 수 있다.

캐리어(100)의 상측에는 적재부(140)가 형성되고, 하측은 냉각부(200)와 접촉되도록 구성될 수 있다. 적재부(140)는 길이방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 여기서 길이 방향은 입자빔(50)이 조사되는 수평성분의 방향과 일치하는 방향을 뜻한다. 캐리어(100)의 평평한 상면은 적재부(140)의 바닥면(120)이 되며, 바닥면(120)상에서 상측 방향으로 소정높이로 돌출되어 있는 측벽(110)을 포함하여 구성된다. 결국 적재부(140)는 바닥면(120)과 측벽(110)으로 정의되며, 바닥면(120)과 측벽(110) 중 내면이 파우더형 타겟(1)과 접촉하면(130)서 파우더형 타겟(1)을 적재할 수 있게 된다.

캐리어(100)의 하측은 길이방향으로 연장된 넓은 면적이 냉각부(200)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 냉각부(200)는 일 예로 수냉식으로 구성될 수 있으며, 냉각제를 순환시키면서 열 에너지를 외부로 배출할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 캐리어(100)을 상측에서부터 바라본 평면도이다. 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 원형 단면을 가진 입자빔(50)이 캐리어(100)의 적재부(140)에 조사될 때 수평방향과 예각(θ)을 두어 조사되므로 조사영역(51)은 타원형으로 형성된다. 여기서 입자빔(50)의 각도가 작아질수록 타원형의 장축이 더 길어지게 된다. 캐리어(100)은 입자빔(50)의 조사영역(51)이 적재부(140)의 상면 내에 위치할 수 있도록 적절한 크기로 결정될 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 적재부(140)의 형상은 도 4(a)와 같이 직육면체의 공간을 형성할 수 있도록 구성될 수 있으며, 도 4(b)에 나타난 바와 같이, 타원형으로 형성되는 조사영역(51)에 대응되는 타원형 기둥 형상의 적재부(140)를 형성할 수 있도록 구성될 수 있다. 한편, 도 4(c)에는 입자빔(50)의 단면형상이 사각형인 경우, 기울어진 조사 경로를 따라 타겟에 조사될 때 조사영역(51)이 직사각형으로 형성되는 개념이 도시되어 있다. 도 4(c)는 도 4(b) 및 도 4(a)와 유사하하게 조사영역(51)이 적재부(140) 내에 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 캐리어(100)의 핵반응시의 상태를 도시한 개념도이다.

도시된 바와 같이, 입자빔(50)이 적재부(140)와 예각을 이루면서 조사되고, 적재부(140)에 적재되어 있는 파우더형 타겟(1)의 상면에 조사된다. 적재부(140)에서는 입자빔(50)이 조사되는 상면과 입자빔(50)이 투과하는 일정 깊이에서 핵반응이 이루어지게 된다. 핵반응이 이루어짐에 따라 파우더형 타겟(1)의 온도가 증가하게 되고, 부분적으로 용융 또는 입자들이 서로 뭉치게 되며, 부분적으로 불균일해지는 물질들은 중력의 작용으로 상하방향으로 이동이 이루어지게 된다. 그러나 상하??향의 이동이 이루어지더라도 입자빔(50)이 조사되는 전 영역에서 고르게 이루어지게 되므로 적재부(140) 내에서 입자빔(50)이 부분적으로 불균일하게 투과되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이와 비교하여 다시 도 1에 나타난 종래의 수직형 파우더 타겟(100)을 참고하여 보면, 핵반응이 일어남에 따라 상측에서 밀도가 낮아져 입자빔(50)이 타겟(100)을 통과하여 용기 자체가 방사화 될 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 또한 하측에서는 밀도가 높아지는 경우 투과 깊이가 짧아지고 충분한 핵반응이 이루어지지 않게 된다.

다시 도 5를 살펴보면, 입자빔(50)이 조사되어 핵반응이 일어남과 동시에 캐리어(100)의 하측에는 냉각수가 순환되어 타겟(100)을 냉각시킨다. 캐리어(100)의 하면(130)은 전체가 냉각부(200)와 접촉하여 냉각이 이루어지도록 구성될 수 있다.

캐리어(100)에서는 입자빔(50)의 조사면적이 길이방향으로 연장되어 형성되므로 발열면적이 넓어지게 되는 것에 대응하여, 넓은 냉각면적을 확보할 수 있으므로 냉각을 위한 열전달(h)이 원활하게 이루어질 수 있게 된다. 즉, 캐리어(100)의 하면(130)이 전체적으로 냉각부(200)와 접촉되어 있으므로 발열량이 증가하더라도 냉각면적이 충분히 확보되어 캐리어(100)가 과열되는 것을 방지할 수 있다.

일반적으로 입자가속기(10)와 빔라인(30)에서 조사되는 입자빔(50)은 입자빔(50)의 단면적이 증가될 수 있는 한계가 결정되어 있다. 따라서 생산효율을 높이기 위해서는 입자빔(50)의 에너지 또는 플럭스(flux)를 높여 사용하게 되나, 종래기술과 같이 좁은 영역에 고 에너지 또는 플럭스를 증가시켜 입자빔(50)을 조사하는 경우 발열량을 해결하지 못해 에너지 또는 플럭스 증가에 한계를 갖게 되는 것이다.

그러나 본 발명에 따르면 고에너지를 갖는 입자빔(50)을 이용하여 조사하더라도 수평면과 예각으로 조사되어 입자빔의 조사면적이 극적으로 증가되므로 핵반응 영역, 즉 발열영역을 분산시킬 수 있다. 따라서 발열영역에 대응하여 냉각면적 또한 넓게 구성할 수 있으므로 고에너지를 이용한 핵반응을 구현하여 생산효율을 극대화할 수 있게 된다.

이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 배열에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 한편 이하의 실시예에서는 전술한 캐리어(100)의 구성이 동일하게 적용될 수 있으므로 중복설명을 피하기 위하여 그 설명을 생략하도록 한다. 한편, 도시되지는 않았으나, 본 발명에 따른 핵종 생성 장치는 일반적으로 널리 사용되는 구성이 추가되어 구비될 수 있다. 또한, 이하의 실시예에서는 일반적으로 널리 사용되고 있는 핵종 생산 장치에 포함되는 다양한 구성요소들을 포함할 수 있으나, 이러한 구성요소에 대하여는 그 설명을 생략하고, 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 배열의 특징에 대하여만 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 핵종 생산 장치는 입자가속기(10), 빔라인(30), 밴딩 마그넷(40) 및 반응챔버(20)를 포함한다.

도 6(a)에는 수평형 입자가속기(10)가 구비되었을 때의 배열이 도시되어 있으며, 도 6(b)에는 수직형 입자가속기(10)가 구비되었을 때의 배열이 도시되어 있다. 수평형(horizontal) 입자가속기(10)는 지면과 수직한 방향의 중심축을 기준으로 입자를 회전시키고 방출한다. 수평형 타입은 구조적인 한계로 인하여 방출되는 입자가 수평면과 평행하게 방출된다. 도 6(b)에서와 같이, 수직형으로 구성되는 경우 초기 방출 각도를 조절할 수 있으나, 수평방향으로 방출할 수 있도록 설치될 수 있다. 사이클로트론으로부터 방출된 입자는 빔라인(30)을 따라 이동한다. 빔라인을 따라 이동하는 과정에서 밴딩 마그넷(40)은 입자빔(50)의 경로를 하측방향으로 소정각도로 밴딩시킨다. 여기서 소정각도는 수평면과 예각이 될 수 있으며, 바람직하게는 6도 내지 10도의 각도가 될 수 있다. 최종적으로 캐리어(100)에 조사될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 입자빔(50)을 수평면과 예각을 이루면서 하측을 바라보면서 조사될 수 있도록 반응챔버(20)가 입자가속기(10)보다 낮은 높이로 설치될 수 있다.

즉, 입자가속기(10)의 방출구의 높이가 캐리어(100)보다 높은 위치에 구비될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 입자가속기(10)가 수직형(vertical) 으로 구성되며, 수평면상에 형성된 중심축을 기준으로 입자를 회전시키면서 가속하고 수평면과 소정각도를 이루면서 방출하게 된다. 빔라인(30)은 방출구와 반응챔버(20)를 직선상으로 연결하며, 빔라인(30)이 연결된 직선의 각도는 수평면과 예각을 이루도록 구성될 수 있다. 이후 원하는 에너지를 갖도록 입자빔(50)을 가속한 뒤 직선상의 경로로 반응챔버(20)로 이동하여 최종적으로 캐리어(100)에 조사된다. 본 실시예에서는 도 6에서 설명한 실시예와 유사하게 반응챔버(20)의 설치면이 입자가속기(10)의 설치면보다 다소 낮은 위치가 될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 다른 실시예를 도시한 개념도이다.

도 8(a)는 입자가속기(10)가 수평형으로 구성되며, 도 8(b)에는 입자가속기(10)가 수직형으로 구성된 구성이 나타나 있다. 본 도면에서 가속된 입자가 수평면과 평행한 방향으로 빔라인(30)을 향하여 방출된다. 이후 1차 밴딩 마그넷(40)에 의해 상측방향으로 경로가 전환되며, 이후 2차 밴딩 마그넷(40)에 의해 하측방향을 향하여 이동될 수 있도록 경로가 전환된다. 입자빔(50)은 2차 밴딩 마그넷(40)에 의해 수평면과 예각을 이루는 각도로 이동하게 되며, 최종적으로 캐리어(100)과 예각을 이루어 조사될 수 있다. 본 실시예에서는 반응챔버(20)의 설치면이 입자가속기(10)의 설치면과 동일한 설치면으로 설치될 수 있다. 또한 도시되지는 않았으나, 캐리어(100)가 사이클로트론보다 높은 위치에 설치되더라도 빔라인의 경로를 전환하여 최종적으로 입자빔이 캐리어(100)에 예각으로 조사될수 있도록 구성될 수 있다. 본 실시예는 공간적인 한계가 있는 경우에 유용하게 적용될 수 있다.

전술한 도 6 내지 도 8에 나타난 핵종 생산 장치에서는 입자가속기(10)로부터 방출된 입자가 반응챔버(20)로 진입하는 각도가 예각을 이룰 수 있도록 구성된 다양한 실시예를 나타내었다. 다만, 도시되지는 않았으나, 본 발명에 따른 핵종 생산 장치에서 입자가속기(10), 빔라인(30) 및 반응챔버(20)의 배열은 입자빔(50)이 반응챔버(20)로 진입하는 각도가 수평면과 예각을 이루는 구성으로 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 다른 실시예인 핵종 생산 방법에 대하여 도 9를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 9는 본 발명에 따른 핵종 생산 방법의 순서도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 핵종 생산 방법은 파우더형 타겟(1)을 캐리어(100)에 적재하는 단계(S100), 캐리어(100)을 반응챔버(20) 내부에 수평방향으로 배치하는 단계(S200) 및 입자빔(50)을 수평면과 예각을 이루어 캐리어(100)에 조사하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.

파우더형 타겟(1)을 캐리어(100)에 적재하는 단계(S100)는 분말 상태의 파우더형 타겟(1)의 적정량을 캐리어(100)에 적재하는 단계이다. 여기서 캐리어(100)은 일측이 개방되어 있는 용기형상이 될 수 있으며, 적재된 경우 중력과 타겟(100)의 구조물에 의해 고정되도록 구성된다. 여기서 파우더형 타겟(1)은 일 예로 Actinium-225을 생산하기 위한 Radium-226 파우더가 될 수 있다.

캐리어(100)을 반응챔버(20) 내부에 수평방향으로 배치하는 단계(S200)는 파우더형 타겟(1)이 적재된 타겟(100)을 핵반응이 이루어지는 반응챔버(20) 내부에 배치하고 고정하는 단계에 해당한다. 여기서 캐리어(100)은 반응챔버(20) 내부에서 수평면과 평행한 방향으로 배치될 수 있다.

입자빔(50)을 수평면과 예각을 이루어 파우더형 타겟(1)에 조사하는 단계(S300)는 입자가속기(10)로부터 가속된 입자를 수평면과 예각을 이루면서 파우더형 타겟(1)에 조사하여 핵반응을 일으키는 단계에 해당한다. 여기서 예각은 일 예로 수평면과 6도 내지 10도를 이루는 각이 될 수 있다. 여기서 입자빔(50)은 양성자가 될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 파우더형 물질을 이용하여 핵반응을 일으킨 후 방사성 물질을 분리하고 정제하는 추가적인 단계가 수행될 수 있으며, 이에 대하여는 종래의 다양한 방법이 적용될 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 핵종 생산 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개념도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 방사성 물질을 격리하기 위한 격리부가 구비될 수 있다. 격리부(300)는 방사선 물질이 빔라인 및 사이클로트론으로 유입되는 것을 방지하기 위해 구비될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 격리부(300)는 챔버(20)와 빔라인(30)의 연결부위에 구비될 수 있다. 격리부(300)는 챔버(20) 내부의 환경과 빔라인(30) 내부의 환경을 격리하여 챔버 내에서 방사성 물질이 빔라인(30) 측으로 이동되는 것을 방지할 수 있다. 격리부(300)는 포일 형태로 구성될 수 있다. 한편 포일로 구성되는 경우 입자빔이 조사되면서 발생되는 열을 외부로 배출할 수 있도록 냉각될 수 있다. 격리부(300)의 냉각은 헬륨 또는 냉각수를 이용하여 수행될 수 있다. 냉각이 헬륨(He)을 이용하여 수행되는 경우 포일이 한쌍으로 구성되어 포일 사이의 공간으로 헬륨을 유동시키면서 냉각이 수행될 수 있다. 또한, 수냉식으로 구성되는 경우 포일 주변에 유로가 구비되어 냉각수를 유동시켜 냉각이 수행될 수 있다.

한편, 도 11에 나타난 바와 같이, 격리부(300)는 캐리어(100)의 상측면에 구비되어 캐리어(300)를 밀봉하여 방사성 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서도 도 10(a)에 나타난 실시예와 마찬가지로 헬륨 또는 냉각수를 이용하여 격리부(300)의 냉각이 수행될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 빔 조사 효율이 향상된 파우더형 타겟 및 이를 포함하는 핵종 생산 장치 및 생산방법은 핵반응 중에 부분적인 균일도를 유지할 수 있으며. 핵반응이 일어나는 영역을 증가시킬 수 있고, 냉각면적 또한 증가시킬 수 있어 생산시간을 단축시키며, 생산효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

1: 파우더형 물질
10: 입자가속기
20: 반응챔버
30: 빔라인
40: 밴딩마그넷
50: 입자빔
51: 입자빔 조사영역
100: 캐리어
110: 측벽
120: 바닥면
130: 하면
140: 적재부
200: 냉각부
300: 격리부

Claims (15)

1. 방사성 핵종 생성을 위한 반응 챔버 내부에 구비되며,
   내측에 파우더형 물질이 수용될 수 있도록 적재부가 구비되며,
   수평방향과 예각을 이루어 조사되는 입자빔의 경로상에 배치되는 파우더형 타겟.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 적재부는,
   수평방향으로 연장되어 형성되는 바닥면; 및
   내측에 파우더형 물질이 수용될 수 있도록 상기 바닥면상에서 상측으로 소정길이로 연장되어 형성되는 측벽으로 정의되는 것을 특징으로 하는 파우더형 타겟.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 입자빔의 조사영역이 상기 적재부의 내부에 형성될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파우더형 타겟.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 측벽은,
   타원형 또는 직사각형으로 형성되는 입자빔의 조사영역의 장축방향으로 상기 적재부가 형성될 수 있도록 장축방향으로 연장된 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우더형 타겟.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 측벽은 상기 타원형의 조사영역에 대응하여 타원형 경로를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 파우더형 타겟.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 측벽은 직사각형으로 형성되는 입자빔의 조사영역에 대응하여 사각형 경로를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 파우더형 타겟.
7. 제3 항에 있어서,
   하면은 냉각부와 접촉되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파우더형 타겟.
8. 입자빔을 가속할 수 있도록 구성되는 사이클로트론;
   내부에 상기 입자빔이 유입되어 핵반응이 일어나는 반응공간이 구비된 반응 챔버;
   일측이 상기 사이클로트론과 연결되어 상기 입자빔이 통과하도록 구성되며, 타측이 수평면과 예각을 이루면서 상기 반응챔버의 일측과 연결되도록 구성되는 빔라인;
   상기 반응공간에 구비되며, 파우더형 물질이 수평방향으로 펼쳐져 적재되어 상기 입자빔이 예각을 이루어 조사될 수 있도록 구성되는 파우더형 타겟; 및
   상기 파우더형 타겟을 냉각시킬 수 있도록 구성되는 냉각부를 포함하는 방사성 핵종 생산 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 사이클로트론은,
   수직형 타입으로 구성되며, 상기 입자빔을 상기 수평면과 예각을 이루어 방출하며,
   상기 빔라인은 상기 수평면과 예각을 이루면서 상기 사이클로트론과 상기 챔버를 직선상으로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 핵종 생산 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 파우더형 타겟은 상기 사이클로트론의 상기 입자빔의 방출구는 보다 낮은 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 방사선 핵종 생산 장치.
11. 제8 항에 있어서,
    상기 사이클로트론은 수평방향으로 상기 입자빔을 방출하며,
    상기 빔라인은 상기 수평방향으로 이동하는 입자빔의 각도를 상기 수평방향과 예각으로 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 핵종 생산 장치.
12. 제8 항에 있어서,
    상기 빔라인은 상기 수평면과 6도 내지 10도의 각도를 이루어 상기 반응챔버의 일측과 연결되는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 생산 장치.
13. 제8 항에 있어서,
    상기 파우더형 타겟은 파우더 상태의 Radium-226 이 적재되며,
    상기 입자빔은 양성자 빔이며,
    핵반응으로 Actinium-225가 생성할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 핵종 생산 장치.
14. 파우더형 물질을 파우더형 타겟에 적재하는 단계;
    상기 파우더형 타겟을 반응 챔버 내부에 수평방향으로 배치하는 단계; 및
    입자가속기로부터 가속된 입자빔을 수평면과 예각을 이루어 상기 파우더형 타겟에 조사하는 단계를 포함하는 방사선 핵종 생산 방법.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 파우더형 물질은 Radium-226 이며,
    상기 입자빔이 조사되어 핵반응으로 Actinium-225 가 생성되는 것을 특징으로 하는 방사선 핵종 생산 방법.

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