KR20230133211A - 곡선 변환기를 포함하는 제동복사에 의한 방사성 동위원소 생산 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 빔을 광자 빔으로 변환하기 위한 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은,
· 조사 축(Z)을 따라 가속된 전자의 전자 빔(10)을 발생시키도록 구성된 전자 가속기(1);
· 스캐닝 유닛(2);
· 조사 축(Z) 상에 위치된 제1 초점(Fx)를 향해 수렴하는 포커싱된 빔(10f)을 형성하기 위한 포커싱 유닛(3);
· 포커싱 유닛(3)과 제1 초점(Fx) 사이에 위치되고 포커싱된 빔(10f)을 광자 빔(11x)으로 변환하도록 구성된 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)를 포함하는 변환 유닛(4); 및
· 타겟(5)을 고정하도록 구성된 타겟 홀더(5h)
를 포함하며,
포커싱된 빔(10f)이 각각의 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)와 모든 지점에서 65° 내지 115°, 바람직하게는 모든 지점에서 75° 내지 105°에 포함되는 교차각(α)으로 교차하도록 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)가 만곡되는 것을 특징으로 한다.

Description

곡선 변환기를 포함하는 제동복사에 의한 방사성 동위원소 생산 시스템{SYSTEM FOR PRODUCTION OF RADIOISOTOPES BY BREMSSTRAHLUNG COMPRISING A CURVED CONVERTER}
본 발명은 고에너지 전자 빔으로 변환기에 충격을 가하여 제동복사(Bremsstrahlung)에 의해 형성된 X-선을 타겟에 조사함으로써 방사성 동위원소를 생산하는 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자 빔에 의해 생성되는 열을 감소시키고 종래의 냉각 시스템을 사용하여 변환기의 온도를 허용 가능한 범위 내에서 유지할 수 있도록 하는 변환기의 특정 구조에 관한 것이다.
방사성 동위원소는 하전 입자를 사용하거나 광핵 반응(예로서, X-선)을 사용하는 다양한 반응에 의해 생산될 수 있다. 예를 들어, 225Ac는 226Ra-타겟에 X-선을 조사함으로써 발생되는 광핵 반응에 의해 형성된 225Ra의 붕괴에 의해 제조될 수 있다. 전자 빔의 에너지에 직접 의존하는 X-선의 에너지는 원하는 동위원소를 형성하기 위해 정확하게 제어되어야 한다. 예를 들어, 226Ra 타겟에 광을 조사하면 광조사의 에너지에 따라 223Ra, 224Ra 및 225Ra를 산출할 수 있다. 의료 응용분야에서 흔히 사용되는 방사성 동위원소의 다른 예는 99mTc를 포함한다.
고에너지 전자 빔으로 변환기를 조사함으로써 X-선이 생산될 수 있다. 변환기는 로도트론 또는 선형 가속기와 같은 전자 가속기를 포함하는 고에너지 전자 빔의 소스와 타겟(이 예에서 226Ra) 사이에 위치된다. 변환기는 Ti 또는 Ta와 같은 높은-Z 금속의 호일에 의해 형성된다. 변환기에 전자 빔에 부딪히면 전자 빔이 감속되며 방출된 에너지는 원하는 방사성 동위원소를 형성하도록 타겟에 도달하는 X-선 방사선으로 변환된다. 이러한 메커니즘은 "제동복사"로 지칭된다.
전자 빔 에너지의 일부만이 제동복사로 변환되고 나머지 일부는 열로 변환되기 때문에, 변환기의 열적 열화는 심각한 문제이다. 이러한 이유로, 변환기는 냉각되어야만 한다. 종래의 냉각기는 He와 같은 기체 또는 물과 같은 액체를 사용한다.
변환기의 냉각을 향상시키고/시키거나 변환기에 의해 발생한 광자 빔의 보다 넓은 구조적 확산을 가능하게 하기 위해, WO1999052587에는 자기 스캐닝 코일을 사용하여 변환기의 스캔 영역에 걸쳐 전자 빔을 스캐닝하는 것이 제안되어 있다. US20120025105는 타겟이 변환기에 의해서 생산된 제동복사의 최대 강도에 지속적으로 노출되도록 전자 빔의 스캐닝을, 전자 빔의 스캐닝과 동기화된 타겟의 병진운동과 결합한다.
WO2017076961에는 전자 빔을 시준하거나 포커싱하는 데에 사용되는 초점 렌즈가 기술되어 있다. 전자 빔의 시준은 발산하는 전자 빔이 생성되는 광자의 발산을 증가시키기 때문에 유용하다. 그 결과 이것은 광자를 수집하기 위해 더 큰 타겟을 필요로 할 것이다. 초점 렌즈는 자석으로 형성될 수 있으며, 4중극, 6중극, 8중극 렌즈와 같은 다중극 렌즈일 수 있다.
전술된 개선에도 불구하고, 변환기가 조기에 열적으로 열화되는 것을 방지하기 위해서 종래의 냉각 시스템으로 변환기를 충분히 냉각시키는 것이 여전히 문제로 남아있다. 본 발명은 종래의 냉각 수단을 사용하여 변환기의 조기 열적 열화를 방지하는 동시에 포커싱된 고강도 전자 빔을 유지하고, 따라서 고도로 포커싱된 X-선 방사선을 유지하는 이중 문제를 해결한다. 이러한 이중 목표를 달성하기 위해 본 발명에 의해서 제안된 해결책이 계속해서 설명된다.
본 발명은 첨부된 독립 청구항에 정의되어 있다. 바람직한 실시형태는 종속 청구항에 정의되어 있다. 특히, 본 발명은 방사성 동위원소를 생산하기 위한 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은,
· 조사 축(Z)을 따라 가속된 전자의 전자 빔을 발생시키도록 구성된 전자 가속기;
· 스캐닝된 빔을 형성하기 위해 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔을 편향시키도록 구성된 스캐닝 유닛;
· 포커싱된 빔을 형성하기 위해 조사 축(Z) 상에 위치된 제1 초점(Fx)을 향하여 제1 조사 평면(X, Z)에 대해 스캐닝된 빔을 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 자석을 포함하고, 제1 조사 평면(X, Z)은 조사 축(Z) 및 제1 가로축(X)에 의해서 정의되며, X⊥Z인 포커싱 유닛;
· 포커싱 유닛(3)과 제1 초점(Fx) 사이에 위치되고 포커싱된 빔을 광자 빔으로 변환하도록 구성된 하나 이상의 제동복사 변환기(Bremsstrahlung converter)(4.1 - 4.n)를 포함하는 변환 유닛;
· 하나 이상의 제동복사 변환기를 냉각시키도록 구성된 변환기 냉각 시스템; 및
· 타겟을 고정하도록 구성된 타겟 홀더
를 포함한다.
전자 가속기, 스캐닝 유닛, 포커싱 유닛, 변환 유닛 및 타겟 홀더는 모두 조사 축(Z)을 따라 정렬되고 그러한 시퀀스에서 서로의 하류에 배치되고, 여기서 "하류"는 전자 빔 방향에 대해 정의된다. 본 시스템은 포커싱된 빔이 각각의 하나 이상의 제동복사 변환기와 모든 지점에서 65° 내지 115°, 바람직하게는 모든 지점에서 75° 내지 105°에 포함되는 교차각(α)으로 교차하도록 하나 이상의 제동복사 변환기가 만곡되는 것으로 종래기술의 시스템과 구별된다.
제1 실시형태에서, 스캐닝 유닛은 제1 가로축(X) 및 제2 가로축(Y)을 따라 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔을 편향시키도록 구성되고, 여기서 X⊥Y⊥Z이다. 포커싱 유닛은 조사 축(Z) 상에 위치된 제2 초점(Fy)를 향해서 제2 조사 평면(Y, Z)에 대해서도 스캐닝된 빔을 포커싱하도록 구성된다. 제2 초점(Fy)은 제1 초점(Fx)과 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 하나 이상의 제동복사 변환기는 제1 조사 평면(X, Z)에서 제1 곡선 단면에 의해 정의되고 제2 조사 평면(Y, Z)에서 제2 곡선 단면에 의해 정의된 타원형 캡, 바람직하게는 구형 캡의 형태이다.
하나 이상의 제동복사 변환기 각각은 바람직하게는 제1 초점(Fx) 상에 중심을 둔 반경(d1 - dn)의 실질적으로 원호에 의해 정의되는 제1 조사 평면(X, Z) 내의 제1 곡선 단면을 갖는다. "실질적으로 원호"는 본 명세서에서 곡선 단면의 길이에 대해 10% 이하로 변하는 곡률 반경을 갖는 곡선 세그먼트로서 정의된다. 이와 다르게, 또는 추가로, 하나 이상의 제동복사 변환기 각각은 바람직하게는 제2 초점(Fy) 상에 중심을 둔 반경(d1 - dn)의 실질적으로 원호에 의해 정의되는 제2 조사 평면(Y, Z) 내의 제2 곡선 단면을 갖는다. 제2 초점(Fy)이 제1 초점(Fx)과 동일한 것이 바람직하다(즉, Fx＝Fy).
제2 실시형태에서, 스캐닝 유닛은 제1 가로축(X)만을 따라 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔을 편향시키도록 구성된다. 하나 이상의 제동복사 변환기는 제1 가로 평면(X, Z)에서의 곡선 단면, 및 제2 가로축(Y)을 따라 연장하는 모선(generatrix)에 의해 정의되는 실린더 섹션의 형태이며, 여기서 X⊥Y⊥Z이다. 하나 이상의 제동복사 변환기 각각은 바람직하게는 제1 초점(Fx) 상에 중심을 둔 반경(d1 - dn)의 실질적으로 원호에 의해 정의되는 제1 조사 평면(X, Z) 내의 제1 곡선 단면을 갖는다.
포커싱 유닛은 20° 내지 55°, 바람직하게는 30° 내지 45°에 포함되는 제1 조사 평면(X, Z) 상의 조사 축(Z)과 제1 초점(Fx)에서 형성되는 포커싱 반각(β)을 갖는 포커싱된 빔을 형성하도록 구성된다.
하나 이상의 제동복사 변환기는 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti)으로 제조될 수 있다. 하나 이상의 제동복사 변환기 각각은 바람직하게는 3 ㎜ 이하의 곡률 반경을 따라 측정된 두께(L90)를 가지고, 바람직하게는 두께(L90)는 0.2 ㎜ 내지 2.5 ㎜, 보다 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜에 포함된다. 타겟 홀더에 가장 근접하게 위치된 n번째 제동복사 변환기는 포커싱 유닛에 가장 근접하게 위치된 제1 제동복사 변환기보다 더 큰 두께(L90)를 갖는 것이 더 바람직하다.
변환 유닛은 냉각 채널에 의해 서로 분리된, 1 내지 n의 제동복사 변환기를 포함할 수 있고, 여기서 n은 2 내지 8, 바람직하게는 3 내지 5에 포함된다. 변환기 냉각 시스템은 채널을 통해 흐르는 기체 또는 액체 강제 냉각을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 타겟의 X-선 조사에 의해 방사성 동위원소를 생산하는 공정에 관한 것으로, 이 공정은,
· 위에 정의된 시스템을 제공하는 단계;
· 타겟 홀더 상에 타겟을 적재하는 단계;
· 가속된 전자 빔을 변환 유닛 상에 스캐닝 및 포커싱하여 X-선을 생성하는 단계; 및
· 이렇게 생성된 X-선으로 타겟을 조사하는 단계
를 포함한다.
타겟은 225Ac를 생산하기 위한 226Ra, 또는 99mTc를 형성하기 위한 100Mo, 또는 187Re를 생산하기 위한 186W, 또는 131I를 형성하기 위한 134Xe, 또는 67Cu를 생산하기 위한 68Zn 중 하나에서 선택될 수 있다.
본 발명의 특성을 더 잘 이해하기 위해, 첨부된 도면과 함께 이루어지는 다음의 상세한 설명을 참조한다.
도 1a는 본 발명에 따른 시스템의 측면도를 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 시스템의 제1 실시형태의 사시도를 도시한다.
도 1c는 본 발명에 따른 시스템의 제2 실시형태의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 스캐닝 및 포커싱 유닛의 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 변환 유닛의 예를 도시한다.
도 4a는 α＝β＋90°인, 종래기술에 따른 제동복사 변환기의 직선 시트를 전자 빔이 통과하는 최대 거리(Lα)를 도시한다.
도 4b는 65°≤α≤115°인, 본 발명에 따른 제동복사 변환기의 곡선 시트를 전자 빔이 통과하는 최대 거리(Lα)를 도시한다.
도 4c는 α＝90°인, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 제동복사 변환기의 곡선 시트를 전자 빔이 통과하는 최대 거리(L90)를 도시한다.
도 4d는 각도 α의 함수로서 본 발명에 따른 제동복사 변환기의 곡선 시트를 전자 빔이 통과하는 정규화된 최대 거리(Lα/L90)를 그래프로 도시하며, Lα의 최저값은 α＝90°에서 L90이다.
도 5a는 스캐닝된 빔이 통과하는, 종래기술에 따른 직선 제동복사 변환기의 스캔 영역을 나타내는 높이(hi)를 도시한다.
도 5b는 스캐닝된 빔이 통과하는, 본 발명에 따른 곡선 제동복사 변환기의 스캔 영역을 나타내는 높이(ci)를 도시한다.
도 5c는 종래기술에 따른 스캐닝된 빔이 통과하는 제동복사 변환기의 높이(hi, ci)를 본 발명과 비교한다.
도 5d는 포커싱 반각(β)의 함수로서 스캐닝된 빔이 통과하는 제동복사 변환기의 높이 비율(c1/h1)을 그래프로 도시한다.
본 발명은 전자 빔을 광자 빔으로 변환하고 이를 타겟(5)에 조사함으로써 방사성 동위원소를 생산하는 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 조사 축(Z)을 따라 가속된 전자의 전자 빔(10)을 발생시키도록 구성된 전자 가속기(1)를 포함한다. 스캐닝 유닛(2)은 조사 축(Z)을 따라 전자 가속기의 하류에 개재된다. 스캐닝 유닛(2)은 스캐닝된 빔(10s)을 형성하기 위해 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성된다. 포커싱 유닛(3)은 조사 축(Z)을 따라 스캐닝 유닛의 하류에 개재된다. 포커싱 유닛은 포커싱된 빔(10f)을 형성하기 위해 조사 축(Z) 상에 위치된 제1 초점(Fx)을 향하여 제1 조사 평면(X, Z)에 대해 스캐닝된 빔(10s)을 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 자석(3m)을 포함하며, 여기서 제1 조사 평면(X, Z)은 조사 축(Z) 및 제1 가로축(X)에 의해서 정의되며, X⊥Z이다.
포커싱 유닛(3)과 제1 초점(Fx) 사이에는 변환 유닛(4)이 위치된다. 변환 유닛은 포커싱된 빔(10f)을 광자 빔(11x)으로 변환하도록 구성된 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)를 포함한다. 변환 유닛에는 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)를 냉각하도록 구성된 변환기 냉각 시스템(4c)이 장착된다.
타겟 홀더(5h)는 제1 초점(Fx)에 노출된 타겟(5)을 고정하도록 구성된다. 타겟 홀더에는 타겟 홀더(5h)에 고정될 때 타겟(5)을 냉각시키도록 구성된 타겟 냉각 유닛(5c)이 장착된다.
전자 가속기(1), 스캐닝 유닛(2), 포커싱 유닛(3), 변환 유닛(4) 및 타겟 홀더(5h)는 모두 조사 축(Z)을 따라 정렬되고 그러한 시퀀스에서 서로의 하류에 배치되며, 여기서 "하류"는 전자 빔 방향에 대해 정의된다.
본 발명의 요지는 포커싱된 빔(10f)이 각각의 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)와 모든 지점에서 65° 내지 115°, 바람직하게는 모든 지점에서 75° 내지 105°에 포함되는 교차각(α)으로 교차하도록 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)가 만곡되는 것이며, 보다 바람직하게는 교차각(α)은 90°±5°와 같다.
전자 가속기(1)
전자 가속기는 당업계에 잘 알려져 있다. 본 발명은 10 MeV 내지 40 MeV, 바람직하게는 15 MeV 내지 30 MeV, 바람직하게는 20 MeV 내지 25 MeV의 에너지의 전자 빔(10)을 생성할 수 있는 한 임의의 특정 유형의 전자 가속기로 제한되지 않는다. 전자 빔(10)의 지름은 10 ㎜ 미만일 수 있다. 전자 가속기는 예를 들어 선형 입자 가속기(예로서, 라이낙(linac)) 또는 꽃잎형 가속기(예로서, 로도트론(rhodotron))일 수 있다.
스캐닝 유닛(2)
스캐닝 유닛은 당업계에 잘 알려져 있다. 본 발명은 스캐닝 빔(10s)을 형성하기 위해 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔(10)을 스캐닝할 수 있는 한 임의의 특정 유형의 스캐닝 유닛으로 제한되지 않는다. 제동복사 변환기에 충돌하면 전자 빔의 에너지의 일부만이 X-선 에너지로 변환된다. 나머지는 열로 소멸된다. 변환기 상에서 전자 빔을 스캔하는 것은 변환기의 전체 표면에 대해 평평한 빔 분포를 생성하며 변환기의 작은 스캔 영역 내의 빔 파워 및 가열의 집중도를 감소시킨다.
스캐닝 유닛(2)에는 전자 빔(10)의 측방향으로 스캐닝 자기 코일(2m)이 장착될 수 있다. 스캐닝 자기 코일은 도 1c에 도시된 바와 같이 제1 가로 방향(X)을 따라 전자 빔을 선형으로 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 스캐닝 자기 코일은 도 1b에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 가로 방향(X, Y)을 따라 스캔 영역에 대해 전자 빔을 스캐닝하도록 구성될 수 있다.
제1 실시형태에서, 스캐닝 유닛(2)은 제1 가로축(X)만을 따라 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라서 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성된다. 대안적으로, 제2 실시형태에서, 스캐닝 유닛(2)은 제1 가로축(X) 및 제2 가로축(Y)을 따라 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라서 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성되며, 여기서 X⊥Y⊥Z이다.
위에서 논의된 바와 같이, 전자 빔을 변환기 상에서 제1 및 선택적으로 제2 가로 방향으로 스캐닝하는 것은 변환기의 냉각을 용이하게 한다. 그러나 이것은 이렇게 형성된 광자 빔의 더 넓은 구조적 확산을 생성한다. 큰 타겟이 이용가능한 일부 경우에는 이것이 이점이 될 수 있다. 그러나 타겟 재료가 부족하고 226Ra와 같이 작은 치수의 타겟이 사용되어야 하는 경우, X-선의 넓은 구조적 확산이 불편해질 수 있다. 이러한 이유로, 당업계에는 포커싱 자기 코일(3m)을 통해 변환기 상에 빔을 포커싱하도록 스캐닝된 빔(10s)을 수렴시키기 위해 포커싱 유닛을 사용하는 것이 제안되어 있다.
포커싱 유닛(3)
스캐닝된 전자 빔과 변환 유닛(4)의 상호작용에 의해 형성된 광자 빔(11x) 또한 확산되기 때문에 더 작은 치수의 타겟에서는 스캐닝된 빔(10s)이 효율적으로 사용될 수 없다. 스캐닝된 빔(10s) 또는 광자 빔(11x)의 재초점 조정이 작은 치수의 타겟에 대해 필요하다. 광자 빔(11x)의 포커싱은 예를 들어 WO2012022491에 기술되어 있다. 본 발명에서, 시스템은 포커싱된 빔(10f)을 형성하기 위해 스캐닝된 빔(10s)을 포커싱하도록 변환 유닛(4)의 상류에 위치된 포커싱 유닛(4)을 포함한다.
포커싱 유닛(3)은 포커싱된 빔(10f)을 형성하도록 조사 축(Z) 상에 위치된 제1 초점(Fx)을 향하여 제1 조사 평면(X, Z)에 대해 스캐닝된 빔(10s)을 포커싱하도록 구성된다. 제1 조사 평면(X, Z)은 조사 축(Z) 및 제1 가로축(X)에 의해 정의되며, X⊥Z이다. 이러한 유형의 포커싱 유닛은 당업계에 잘 알려져 있다. 본 발명은 포커싱 빔(10f)을 형성하기 위해 스캐닝될 때 제1 초점(Fx)을 향하여 스캐닝된 빔(10s)을 포커싱할 수 있는 한 특정 유형의 포커싱 유닛(3)으로 제한되지 않는다. 치수가 더 작은 타겟의 경우 상응하는 더 작은 크기의 초점(Fx)이 요구된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스캐닝된 빔(10s)의 포커싱 유닛(3)은 예를 들어 4중극, 6중극 또는 8중극 렌즈와 같은 다중극 렌즈를 형성하는 포커싱 자기 코일(3m)로부터 형성된 렌즈를 포함할 수 있다. 이렇게 형성된 포커싱된 빔(10f)은 여전히 제1 및 선택적으로 제2 가로 방향(X, Y)에 대해 스캐닝하지만, 도 5b에 도시된 바와 같이 스캐닝 패턴의 모든 지점으로부터, 포커싱된 빔이 제1 초점(Fx)을 향해 수렴한다. 변환기가 포커싱 유닛(3)과 제1 초점(Fx) 사이에 위치되기 때문에, 포커싱 빔(10f)이 변환 유닛(4)의 스캔 영역을 스캔함에 따라 포커싱 빔의 에너지를 더 넓은 스캔 영역에 분배한다.
스캐닝 유닛(2)이 제1 가로축(X) 및 제2 가로축(Y)을 따라 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성되는 실시형태에서, 포커싱 유닛(3)은 또한 조사 축(Z) 상에 위치된 제2 초점(Fy)을 향한 제2 조사 평면(Y, Z) 위에서 스캐닝된 빔(10s)의 포커싱을 위해 구성될 수 있다. 제2 초점(Fy)은 제1 초점(Fx)과 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다.
도 3, 4a 내지 4c 및 5a 내지 5c에 도시되고 조사 축(Z)과 포커싱된 전자 빔의 외부 엔벨로프 사이의 제1 초점(Fx)에서 형성된 포커싱 반각(β)은 20° 내지 55°, 바람직하게는 30° 내지 45°에 포함될 수 있다. 스캐닝된 빔(10s)이 제1 및 제2 가로 방향(X, Y) 모두에 대해 스캐닝되면 제2 초점(Fy)에서 형성된 포커싱 반각(β)은 제1 초점(Fx)과 다를 경우 위에서 정의된 것과 동일한 범위 내에 포함될 수 있다.
변환 유닛(4)
도 5a에 도시된 바와 같이, 변환 유닛은 통상적으로 조사 축(Z)을 따라서 앞뒤로 정렬되고 냉각 채널에 의해 서로 분리되는 높은-Z 수치 금속의 평평한 시트의 형태인 다수의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)에 의해 형성된다. 이러한 변환 유닛을 포커싱 유닛(3)의 하류에 배치하는 데에는 두 가지 주요 문제가 있다.
첫째로, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 포커싱된 빔(10f)에서 가장 바깥쪽에 위치된 전자가 90°보다 큰 교차각(α)으로 제동복사 변환기 시트(4.1)와 교차하는 반면, 조사 축(Z)을 따라 이동하는 전자는 90°의 교차각(α)으로 제동복사 변환기 시트(4.1)와 교차하는 것을 볼 수 있다. 도 4a에서 명확하게 볼 수 있고 도 4d에 그래프로 도시된 바와 같이, 전자가 통과하는 제동복사 재료의 길이(Lα)는 교차각 α＝90°의 각도에서 최소 길이(L90)를 갖는 교차각(α)에 크게 의존한다(도 4d 참조). 이는 제동복사 재료를 통과하여 더 긴 경로(Lα)를 이동하는 최외각 전자가 L90에 가까운 또는 L90의 경로 길이로 조사 축(Z)에 더 근접하게 이동하는 전자보다 더 많은 에너지, 그리고 그에 따라 더 많은 열을 방출한다는 것을 의미한다. 이것은 제동복사 변환기의 스캔 영역에 대해 온도 구배가 존재하며 제1 제동복사 시트에서 더 많은 에너지를 방출한 최외곽 전자가 조사 축(Z)에 더 가깝게 이동하는 가장 안쪽의 전자보다 다음 시트에 대해 더 적은 에너지를 갖기 때문에 문제가 된다.
둘째로, 도 5a, 5c, 5d에 도시된 바와 같이, 포커싱된 빔(10f)이 통과하는 각 제동복사 시트의 스캔 영역은 제동복사 시트가 곡선일 때보다 제동복사 시트가 평평할 때 더욱 작다. 도 5는 평면(X, Z)에 대한 측면도 또는 투영도를 도시하며 3D 시스템의 2차원 영역은 도 5의 2차원 투영에서 1차원 길이로 감소된다(hi, ci, 여기서 i=1 내지 n). 따라서 "면적"이라는 용어는 길이 hi 또는 ci를 지칭할 때 사용되며, 독자가 [㎡] 단위의 크기를 산출하기 위해 길이 hi 및 ci에 제2 가로 방향(Y)의 상응하는 길이를 마음속으로 곱하도록 한다.
도 5a에서 포커싱된 전자 빔(10f)에 의해 교차된 제동복사 시트의 스캔 영역은 길이로 표현된다(hi, i＝1 내지 n). 도 5c를 참조하면, 길이 hi는 hi＝di×sinβ와 같이, 초점 반각(β)의 함수로서 계산될 수 있으며, 여기서 di는 i번째 제동복사 변환기(4.i)를 (조사 축(Z)을 따라 측정된) 제1 초점(Fx)으로부터 분리하는 거리이다. 포커싱된 빔(10f)에 의해 교차되는 제동복사의 스캔 영역을 증가시키는 것은 특히 많은 수(n)의 제동복사 시트가 사용되는 경우 각 시트 이후에 스캔 영역이 감소하기 때문에 그에 따라 더 작은 스캔 영역 상으로의 빔 에너지의 집중을 증가시키므로 유리할 수 있다.
본 발명은 포커싱된 빔(10f)이 각각의 하나 이상의 제동복사 변환기와 모든 지점에서 65° 내지 115°, 바람직하게는 모든 지점에서 75° 내지 105°에 포함된 교차각(α)으로 교차하도록, 곡선 시트의 형태로 곡선 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)에 의해 현재까지 당업계에서 사용되는 평평한 시트 형태의 제동복사 변환기를 대체할 것을 제안한다. 바람직하게는 교차각은 90°이다. 변환 유닛(4)의 모든 지점에서 90°의 교차각은 제1 및 선택적으로 제2 초점(Fx, Fy)으로부터 곡선 시트를 분리하는 거리로서 정의되는 단일 곡률 또는 선택적으로 이중 반경 곡률(di)을 갖는 시트 형태인 제동복사 변환기를 이용하여 획득될 수 있다. 제1 및 제2 초점이 동일하면, 제동복사 시트는 반지름(di)의 구형 캡의 구조를 가진다. 이러한 간단한 솔루션은,
· 포커싱된 빔(10f)에 의해 교차되는 제동복사 시트의 스캔 영역에 걸쳐 보다 균일한 열 분포 및
· 포커싱된 빔(10f)에 의해 교차된 제동복사 시트의 더 넓은 스캔 영역
을 산출함으로써, 전술된 위의 두 가지 문제를 해결한다.
보다 균일한 열 분포
도 4b 및 4c에 나타낸 바와 같이, 교차각(α)은 제동복사 시트를 조사 축(Z)에 평행한 조사 방향에 대해 각도 γ만큼 국부적으로 기울임으로써 90°에 가까워질 수 있거나 또는 심지어 90°가 될 수 있다. 적절하게 만곡된 제동복사 시트의 경우, 교차각(α)은 모든 지점에서 65° 내지 115°, 바람직하게는 모든 지점에서 75° 내지 105°로 감소될 수 있다. 도 4d를 참조하면, 65° 내지 115°에 포함되는 교차각(α) 범위 내의 옅은 음영 영역에 의해 표현된 모든 지점에서, 포커싱된 빔(10f)의 2개의 전자가 통과하는 제동복사 재료의 정규화된 두께(Lα/L90＝1/sinα)는 최대 약 10%만큼 달라질 수 있다(Lα/L90 1.1). 도 4d에서 어두운 음영 영역에 의해 표현된 교차각(α) 범위가 75° 내지 105°로 감소되면, 정규화된 두께(Lα/L90)는 포커싱된 빔(10f)의 임의의 2개의 전자에 대해 4% 미만만큼 달라진다(Lα/L90＝1.04). 만약 모든 지점에서 교차각 α＝90°인 경우, 정규화된 두께(Lα/L90＝1)는 포커싱된 빔의 모든 전자에 대해 일정하며 제동복사 변환기(4.1 - 4.i)로 전달되는 열 에너지는 더 높은 온도의 국소 영역 없이 포커싱된 빔(10f)이 통과하는 변환 유닛(4)의 전체 스캔 영역에 대해서 균일하게 분포된다.
대조적으로, 포커싱된 빔(10f)은 예를 들어 포커싱 반각 β＝α－90°＝45°에 상응하는 α＝135°의 차단 각도로 도 4a에 도시된 바와 같이 평평한 제동복사 시트를 통과하고, 포커싱된 빔이 통과하는 평평한 시트의 정규화된 두께는 40% 이상 변화하며(도 4d에서 Lα/L90＝1.4), 이는 포커싱된 빔(10f)이 통과하는 평평한 시트 스캔 영역에 걸쳐 비례적으로 유사한 열 구배를 생성한다.
포커싱된 빔(10f)이 모든 지점에서 65° 내지 115°에 포함된 교차각(α)으로 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)의 각각과 교차하도록 만곡된 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)의 사용은 포커싱된 빔과의 상호작용에 의해서 생성된 열을 제동복사 변환기의 스캔 영역에 걸쳐 균일화하는 데에 명확하게 기여한다. 이는 변환 유닛의 냉각을 평평한 시트에서보다 용이하게 하며, 종래의 냉각 시스템(4c)이 성공적으로 사용될 수 있다.
보다 큰 스캔 영역
도 5a 및 5c를 참조하면, 평평한 시트로 형성된 변환 유닛의 높이(hi)에 의해 표현되는 스캔 영역은 값 hi:＝di×sinβ에 의해 특징지어질 수 있는 반면, 반지름(di)의 곡선 시트로 형성된 변환 유닛의 곡선 높이(ci)에 의해 표현되는 스캔 영역은 값 ci:＝di×β에 의해 특징지어질 수 있다. 종래기술에 따른 높이(hi)에 대한 본 발명에 따른 곡선 높이(ci)의 높이 비율(ci/hi)은 ci/hi＝β/sinβ로서 표현될 수 있다. 높이 비율(ci/hi)은 포커싱 반각(β)의 함수로서 도 5d에 그래프로 도시되어 있다. 예를 들어, β＝45°의 초점 반각의 경우 곡선 제동복사 변환기는 평평한 시트보다 10% 더 높은 스캔 영역(ci)을 갖는다는 것을 알 수 있다. 스캔 영역은 β＝50°의 포커싱 반각에 대해 약 15% 더 높다. 스캔 영역의 이러한 증가는 포커싱된 빔 에너지가 곡선 제동복사 변환기에서 평평한 제동복사 변환기보다 더 넓은 스캔 영역에 대해 분배되는 것을 가능하게 한다. 따라서 포커싱된 빔과 변환 유닛의 스캔 영역의 상호 작용에 의해 발생되는 열이 그에 따라 감소하여, 변환 유닛(4)의 냉각을 용이하게 한다.
제동복사 변환기의 구조(4.1­4.n )
하나 이상의 제동복사 변환기(4.1­4.n)는 제1 가로 평면(X, Z)에서의 곡선 단면, 및 제2 가로축(Y)을 따라 연장하는 모선(generatrix)에 의해 정의되는 실린더 섹션의 형태일 수 있으며, 여기서 X⊥Y⊥Z이다. 이러한 구조는 스캐닝 유닛(2)이 제1 가로축(X)을 따라서만 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라서 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성되는 경우에 바람직하다. 타겟(5)이 가늘고 긴 형태를 정의하는 길이를 갖고, 스캐닝된 빔이 가늘고 긴 타겟의 길이를 포함하는 평면에 포커싱될 필요가 없는 경우에도 바람직할 수 있다. 이러한 유형의 변환 유닛(4)이 도 c에 도시되어 있다.
대안적인 실시형태에서, 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)는 제1 조사 평면(X, Z)에서 제1 곡선 단면에 의해 정의되고 제2 조사 평면(Y, Z)에서 제2 곡선 단면에 의해 정의된 타원형 캡, 바람직하게는 구형 캡의 형태이다. 이러한 변환 유닛의 유형이 도 1b에 도시되었고 특히 스캐닝 유닛(2)이 제1 가로축(X) 및 제2 가로축(Y)을 따라서 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성되는 경우에 적응되고 여기서 X⊥Y⊥Z이며, 포커싱 유닛(3)은 또한 조사 축(Z) 상에 위치된 제2 초점(Fy)을 향해 제2 조사 평면(Y, Z) 위에서 스캐닝된 빔(10s)을 포커싱하도록 구성되며, 여기서 제2 초점(Fy)은 제1 초점(Fx)과 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 제1 및 제2 초점(Fx, Fy)은 동일한 초점이다(즉, Fx＝Fy).
두 실시형태 모두에서(즉, 단일 또는 이중 곡률) 곡선 섹션의 곡률 반경이 일정한 것, 즉 각각 원호 또는 구형 캡을 정의하는 것이 바람직하다. 곡률 반경은 바람직하게는 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)를 제1 초점(Fx)에 대해 분리시키는 거리(di)에 근접하다.
바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n) 각각은 제1 초점(Fx) 상에 중심을 둔 반경(d1 - dn)의 실질적으로 원호에 의해 정의되는 제1 조사 평면(X, Z) 내의 제1 곡선 단면을 갖는다. "실질적으로 원호"는 본 명세서에서 곡선 호의 길이에 대해 10% 이하로 변하는 곡률 반경을 갖는 곡선 세그먼트로서 정의된다. 이러한 구조로, 포커싱된 빔(10h)은 제1 조사 평면(X, Z)을 따라서 교차각＝90°를 가지고 제동복사 변환기에 도달한다.
다른 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n) 각각은 제2 초점(Fy) 상에 중심을 둔 반경(d1 - dn)의 실질적으로 원호에 의해 정의되는 제2 조사 평면(Y, Z) 내의 제2 곡선 단면을 갖는다. 제2 초점(Fy)이 제1 초점(Fx)과 동일하여(즉, Fx＝Fy), 단일 초점(Fx＝Fy) 상에 중심을 둔 구형 캡의 구조를 정의하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 변환 유닛(4)은 냉각 채널에 의해 서로 분리된, 1 내지 n의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)를 포함하고, 여기서 n은 2 내지 8, 바람직하게는 3 내지 5에 포함된다. 변환기 냉각 시스템(4c)은 포커싱된 빔(10f)과의 상호작용에 의해 생성된 제동복사 변환기로부터의 열을 인출하기 위해 냉각 채널을 통해 흐르는 냉각 유체를 이용한, 기체 또는 액체 강제 냉각을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 본 명세서에서 당업자에게 잘 알려진 "종래의 냉각 시스템"으로 지칭되는 것을 정의한다.
하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n) 각각은 3 ㎜ 이하의 곡률 반경을 따라 측정된 두께(L90)를 가지고, 바람직하게는 두께(L90)는 0.2 ㎜ 내지 2.5 ㎜, 보다 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜에 포함된다. 제동복사 변환기의 일 지점에서의 곡률 반경은 해당 지점에서 제동복사 변환기에 닿고 해당 지점에서 동일한 접선 및 곡률을 갖는 원의 반지름으로서 정의된다. 따라서 곡률 반경은 해당 지점에서 제동복사 변환기의 접선에 대해 수직이다. 이것은 L90에 의해 표시된 것과 같이 도 4a 내지 4c에 도시되어 있다. 두께(L90)는 또한 한 표면으로부터 반대 표면까지 제동복사 변환기를 통과하는 최단 직선이다.
바람직한 실시형태에서, n의 제동복사 변환기의 시퀀스에서 타겟 홀더(5h)에 가장 근접하게 위치된 n번째 제동복사 변환기(4.n)는 포커싱 유닛(3)에 가장 근접하게 위치된 제1 제동복사 변환기(4.1)보다 더 큰 두께(L90)를 갖는다. 바람직하게는, 시퀀스 내의 각 제동복사 변환기(4.i)는 상류에 위치된 인접한 제동복사 변환기(4.(i-1))보다 두꺼우며, 즉 L90(4.i) > L90(4.(i-1))이다. 제동복사 변환기가 제1 초점(Fx)에 가까워짐에 따라 제동복사 변환기의 스캔 영역이 감소하기 때문에, 시퀀스의 하류에 위치된 제동복사 변환기의 두께를 증가시키는 것은 포커싱된 빔(10f)과 상호작용하는 제동복사 변환기 재료의 부피의 균일화를 가능하게 한다. 이러한 방식으로 모든 제동복사 변환기는 X-선의 생성에 동등하게 기여한다. 상호작용에 의해 발생된 배출되어야만 하는 열은 또한 변환 유닛(4)의 다양한 제동복사 변환기들 사이에서 보다 균일하게 분배되어 그의 냉각을 용이하게 한다.
1 내지 n의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)는 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W), 또는 티타늄(Ti)으로 제조될 수 있다.
타겟(5) 및 타겟 홀더(5H)
포커싱 유닛을 사용하기 때문에, 본 발명의 시스템은 작은 치수의 타겟(5)에 특히 적합하다. 타겟(5)은 영상 진단에 흔히 사용되는 225Ac를 생성하기 위한 226Ra일 수 있다. 영상 진단 동위원소를 형성하기 위해 본 발명의 시스템과 함께 사용될 수 있는 타겟의 다른 예는 99mTc를 형성하기 위한 100Mo-타겟, 또는 187Re를 생산하기 위한 186W-타겟, 또는 131I를 형성하기 위한 134Xe, 또는 67Cu를 생산하기 위한 68Zn 등을 포함한다.
X-선(11x)과 타겟의 상호작용에 의해 야기된 변성 반응이 열을 발생시키므로, 타겟 홀더(5h) 내에 유지되는 타겟(5)을 냉각시키도록 구성된 타겟 냉각 시스템(5c)이 제공된다. 전술된 변환기 냉각 시스템(4c)과 같이, 타겟 냉각 시스템(5c)은 타겟(5)과 열적 접촉하는 냉각 채널을 통해 흐르는 냉장 유체를 수반하는, 기체 또는 액체 강제 냉각을 포함할 수 있다. 타겟(5)의 온도를 열화 온도 아래로 유지하는 것은 당연히 중요하다.
만약 제1 및 제2 초점이 동일하고(즉, Fx＝Fy) 따라서 변환 유닛(4)에 의해 생성된 X-선이 초점(Fx) 둘레의 작은 수렴 영역으로 수렴하는 경우, 타겟의 더 넓은 영역이 (정적인) 초점에 의해 스캐닝되도록 샘플 홀더가 타겟(5)을 이동시키도록 구성될 수 있다. 이것은 정적으로 남아있는 경우보다 타겟의 더 넓은 면적/부피에 대해 변성이 발생하도록 X-선의 수렴 영역보다 더 넓은 노출 영역을 갖는 보다 큰 치수의 타겟의 경우에서 특히 흥미롭다.
방사성 동위원소 생산 공정
본 발명의 시스템은 타겟에 X-선을 조사함으로써 방사성 동위원소를 생산하는 공정에 사용될 수 있다. 이 공정은 전술된 바와 같은 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 타겟 홀더(5h) 상에 타겟(5)을 적재한 후, 가속된 전자 빔을 변환 유닛(4) 상에 스캐닝 및 포커싱하여 X-선을 생성하고, 이렇게 생성된 X-선을 타겟에 조사한다.
타겟은 예를 들어 225Ac를 생산하기 위한 226Ra, 또는 99mTc를 형성하기 위한 100Mo-타겟, 또는 187Re를 생산하기 위한 186W-타겟, 또는 131I를 형성하기 위한 134Xe, 또는 67Cu를 생산하기 위한 68Zn 등일 수 있다.
1 전자 가속기
2 스캐닝 유닛
2m 스캐닝 자기 코일
3 포커싱 유닛
3m 포커싱 자기 코일
4 변환 유닛
4.1 - 4.n 제동복사 변환기
4c 변환기 냉각 시스템
5 타겟
5c 타겟 냉각 시스템
5h 타겟 홀더
10 전자 빔
10f 포커싱된 빔
10s 스캐닝된 빔
11x 광자 빔
c1-cn 포커싱된 빔에 의해 조사된 곡선 제동복사 변환기의 단면의 길이
d1-dn i번째 제동복사 변환기와 제1 초점 사이의 거리
Fx, Fy 제1 및 조사 평면(X, Z) 및 제2 조사 평면(Y, Z)을 따르는 포커싱된 빔의 초점
h1-hn 포커싱된 빔에 의해 조사된 직선 제동복사 변환기의 단면의 길이
L90 표면에 수직으로 측정된 제동복사 변환기의 두께
Lα 표면과의 각도 α를 따라서 측정된 제동복사 변환기의 두께
X 제1 가로축
Y 제2 가로축
Z 조사 축
α 포커싱된 빔과 제동복사 변환기의 표면 사이의 각도
β 초점에서의 조사 축(Z)과 포커싱된 빔의 포커싱 반각
γ 제동복사 변환기의 표면과 조사 축(Z) 사이의 각도

Claims (13)

  1. 방사성 동위원소를 생산하기 위한 시스템으로서,
    · 조사 축(Z)을 따라 가속된 전자의 전자 빔(10)을 발생시키도록 구성된 전자 가속기(1);
    · 스캐닝된 빔(10s)을 형성하기 위해 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성된 스캐닝 유닛(2);
    · 포커싱된 빔(10f)을 형성하기 위해 조사 축(Z) 상에 위치된 제1 초점(Fx)를 향하여 제1 조사 평면(X, Z)에 대해 스캐닝된 빔(10s)을 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 자석을 포함하고, 상기 제1 조사 평면(X, Z)은 조사 축(Z) 및 제1 가로축(X)에 의해서 정의되며, X⊥Z인 포커싱 유닛(3),
    · 상기 포커싱 유닛(3)과 상기 제1 초점(Fx) 사이에 위치되고 포커싱된 빔(10f)을 광자 빔(11x)으로 변환하도록 구성된 하나 이상의 제동복사 변환기(Bremsstrahlung converter)(4.1 - 4.n)를 포함하는 변환 유닛(4);
    · 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)를 냉각시키도록 구성된 변환기 냉각 시스템(4c); 및
    · 타겟(5)을 고정하도록 구성된 타겟 홀더(5h)
    를 포함하고,
    전자 가속기(1), 스캐닝 유닛(2), 포커싱 유닛(3), 변환 유닛(4) 및 타겟 홀더(5h)는 모두 조사 축(Z)을 따라 정렬되고 그러한 시퀀스에서 서로의 하류에 배치되고, 여기서 "하류"는 전자 빔 방향에 대해 정의되며,
    포커싱된 빔(10f)이 각각의 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)와 모든 지점에서 65° 내지 115°, 바람직하게는 모든 지점에서 75° 내지 105°에 포함되는 교차각(α)으로 교차하도록 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)가 만곡되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    · 상기 스캐닝 유닛(2)은 제1 가로축(X) 및 제2 가로축(Y)을 따라 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성되고, 여기서 X⊥Y⊥Z이며,
    · 상기 포커싱 유닛(3)은 조사 축(Z) 상에 위치된 제2 초점(Fy)을 향해서 제2 조사 평면(Y, Z)에 대해서도 스캐닝된 빔(10s)을 포커싱하도록 구성되고, 여기서 상기 제2 초점(Fy)은 상기 제1 초점(Fx)과 동일할 수 있거나 상이할 수 있으며,
    · 상기 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)는 제1 조사 평면(X, Z)에서 제1 곡선 단면에 의해 정의되고 제2 조사 평면(Y, Z)에서 제2 곡선 단면에 의해 정의된 타원형 캡, 바람직하게는 구형 캡의 형태인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    · 상기 스캐닝 유닛(2)은 제1 가로축(X)만을 따라 연장하는 사전정의된 스캐닝 패턴을 따라 전자 빔(10)을 편향시키도록 구성되며,
    · 상기 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)는 제1 가로 평면(X, Z)에서의 곡선 단면, 및 제2 가로축(Y)을 따라 연장하는 모선(generatrix)에 의해 정의되는 실린더 섹션의 형태이며, 여기서 X⊥Y⊥Z인, 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커싱 유닛(3)은 20° 내지 55°, 바람직하게는 30° 내지 45°에 포함되는 제1 조사 평면(X, Z) 상의 조사 축(Z)과 제1 초점(Fx)에서 형성되는 포커싱 반각(β)을 갖는 포커싱된 빔(10f)을 형성하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n) 각각은 제1 초점(Fx) 상에 중심을 둔 반경(d1 - dn)의 실질적으로 원호에 의해 정의되는 제1 조사 평면(X, Z) 내의 제1 곡선 단면을 가지며, "실질적으로 원호(substantially circular arc)"는 곡선 단면의 길이에 대해 10% 이하로 변하는 곡률 반경을 갖는 곡선 세그먼트로서 정의되는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n) 각각은 제2 초점(Fy) 상에 중심을 둔 반경(d1 - dn)의 실질적으로 원호에 의해 정의되는 제2 조사 평면(Y, Z) 내의 제2 곡선 단면을 가지며, 상기 제2 초점(Fy)이 바람직하게는 상기 제1 초점(Fx)과 동일한(즉, Fx＝Fy), 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n) 각각은 3 ㎜ 이하의 곡률 반경을 따라 측정된 두께(L90)를 가지고, 바람직하게는 상기 두께(L90)는 0.2 ㎜ 내지 2.5 ㎜, 보다 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜에 포함되는, 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    타겟 홀더(5h)에 가장 근접하게 위치된 n번째 제동복사 변환기(4.n)는 포커싱 유닛(3)에 가장 근접하게 위치된 제1 제동복사 변환기(4.1)보다 더 큰 두께(L90)를 갖는, 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환 유닛(4)은 냉각 채널에 의해 서로 분리된, 1 내지 n의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)를 포함하고, 여기서 n은 2 내지 8, 바람직하게는 3 내지 5에 포함되는, 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환기 냉각 시스템(4c)은 기체 또는 액체 강제 냉각을 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제동복사 변환기(4.1 - 4.n)는 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti)으로 제조되는, 시스템.
  12. 타겟의 X-선 조사에 의해 방사성 동위원소를 생산하는 공정으로서,
    · 제1항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 제공하는 단계;
    · 타겟 홀더(5h) 상에 타겟(5)을 적재하는 단계;
    · 가속된 전자 빔을 변환 유닛(4) 상에 스캐닝 및 포커싱하여 X-선을 생성하는 단계; 및
    · 이렇게 생성된 X-선으로 타겟을 조사하는 단계
    를 포함하는, 공정.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 타겟(5)은 225Ac를 생산하기 위한 226Ra, 또는 99mTc를 형성하기 위한 100Mo, 또는 187Re를 생산하기 위한 186W, 또는 131I를 형성하기 위한 134Xe, 또는 67Cu를 생산하기 위한 68Zn 중 하나에서 선택되는, 공정.
KR1020230028737A 2022-03-10 2023-03-03 곡선 변환기를 포함하는 제동복사에 의한 방사성 동위원소 생산 시스템 KR20230133211A (ko)

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FR2844916A1 (fr) * 2002-09-25 2004-03-26 Jacques Jean Joseph Gaudel Source de rayonnement x a foyer virtuel ou fictif
CA2713972A1 (en) 2010-07-27 2012-01-27 Mevex Corporation Power concentrator for electron and/or x-ray beams
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