TWI508100B - 照射標的定位系統及提供其之方法 - Google Patents

Description

照射標的定位系統及提供其之方法

實例實施例大體上係關於核能電廠及其他核反應器中的燃料結構及在其中產生之放射性同位素。

放射性同位素源於其發射審慎量及類型之游離輻射的能力而具有多種醫學應用。此能力使放射性同位素用於癌症相關療法、醫學成像及標示技術、癌症及其他疾病診斷、醫學滅菌及多種其他工業應用中。

具有特定放射性之放射性同位素由於其產生唯一且可預測之輻射剖面的能力而具有在癌症及其他醫學療法中之特定重要性。對將由給定放射性同位素產生的確切輻射量之知曉准許其更精確且有效的使用，諸如，更及時且有效的醫學治療及基於發射之輻射頻譜的改良之成像。

放射性同位素習知地藉由在醫學設施處或在附近生產設施處現場用中子轟擊加速器或低功率反應器中之穩定的母同位素而產生。所產生之放射性同位素可藉由放射設備檢定且以習知方法按相對放射性來分成具有大致相等放射性之多個群組。

實例實施例及方法係針對可組態以准許對照射標的之準確照射及自照射標的準確產生包括同位素及放射性同位素的子產物之照射標的定位裝置及系統。實例實施例包括具有用於照射標的之精確裝載位置之照射標的板，在該情況下，可將該等標的維持於一輻射場(諸如，一中子通量)中。實例實施例標的板可進一步包括洞及標的間隔元件以進一步改進非常小或大的大小之照射標的在該場內之定位。實例實施例可進一步包括一標的板固持器，該標的板固持器用於將該標的板及其中之照射標的保持及定位於該輻射場中。實例實施例標的板固持器可進一步包括間隔板以進一步改進照射標的板在實例實施例標的板固持器內之該定位。實例實施例可由具有針對該輻射場之已知吸收截面的材料製造以進一步准許在照射標的中的精確、所要的曝露位準。

實例方法組態照射標的保持系統以提供所要照射量及子產物產生。實例方法可包括：判定一所要子產物；判定一可用輻射場之特性；在實例實施例標的板及標的板固持器中組態照射標的；及/或照射該輻射場中之該經組態之系統。

藉由詳細描述附圖(其中同樣的元件由同樣的參考數字表示)，實例實施例將變得更顯而易見，該等附圖僅藉由說明而給出且因此不限制本文中之實例實施例。

本文中揭示了實例實施例之詳細說明性實施例。然而，本文中所揭示之特定結構及功能細節僅出於描述實例實施例之目的而為代表性的。然而，該等實例實施例可以許多替代形式來體現且不應被解釋為僅限於本文中闡述之實例實施例。

應理解，雖然本文中可使用術語第一、第二等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用以將一元件與另一元件進行區分。舉例而言，在不脫離實例實施例之範疇的情況下，第一元件可被稱為第二元件，且類似地，第二元件可被稱為第一元件。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項中之一或多者的任何及所有組合。

應理解，當一元件被稱作「連接」、「耦接」、「配合」、「附接」或「固定」至另一元件時，其可直接連接或耦接至另一元件或者可存在介入元件。相比之下，當一元件被稱作「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，不存在介入元件。用以描述元件之間關係的其他詞語應以同樣之方式進行解釋(例如，「在...之間」對「直接在...之間」、「鄰近」對「直接鄰近」，等等)。

本文中使用之術語僅係用於描述特定實施例之目的，且並不意欲限制實例實施例。如本文中所使用，單數形式「一」及「該」意欲亦包括複數形式，除非該語言另有明確指示。應進一步理解，當術語「包含」及/或「包括」在本文使用時，其指定了規定特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或添加。

亦應注意，在一些替代實施中，所提到的功能/動作可能不按諸圖中所提到之次序發生。舉例而言，取決於所涉及之功能性/動作，連續展示之兩張圖可實際上實質上同時執行或可有時以相反次序執行。

圖1為一實例實施例照射標的板100之一說明(以下簡稱為標的板100)。如圖1中所展示，取決於應用，實例實施例標的板100可為圓盤或可為任何形狀(包括正方形、橢圓形、環形等)。標的板100包括可置放及保持照射標的之一或多個裝載位置101。裝載位置101經定位於標的板100中的當標的板100經受中子通量或其他輻射場時輻射位準已知之位置處。如本文中所使用，「輻射位準」或「輻射場」包括能夠轉化置放於輻射場(例如，包括來自粒子加速器之高能離子或在商業核反應器中的各種能量之中子之通量)中之標的之任何類型的游離輻射曝露。舉例而言，若將標的板100置放於在操作商業核反應器中之一特定位置處的中子通量中，則在裝載位置101處的中子通量之確切位準及類型係已知的，使得在給定一曝露時間之情況下每一位置可對應於一特定曝露位準。

以此方式，可將裝載位置101配置於實例實施例標的板100中，以便確保在彼等位置處之照射標的曝露至確切且所要的輻射曝露位準。作為一實例，可能需要置放裝載位置101使得每一位置曝露至輕水反應器中相等量的中子通量。在知曉標的板100將曝露至的通量剖面及標的板100之相關截面(包括吸收及散射/反射截面)的情況下，可配置裝載位置101使得每一裝載位置101接收相等照射，包括(例如)使裝載位置101更經常處於遇到較多通量的標的板100 之外周邊處(如圖1中所展示)。

圖2為展示在裝載位置101處之各種實例配置的實例實施例標的板100及在其中之照射標的150(在詳圖A-F中)之另一視圖。部分或完全延伸穿過標的板100之一或多個洞102可處於裝載位置101處以固持一或多個照射標的150。洞102可為任何形狀。

舉例而言，如在詳圖A及C中所展示，洞102可經成形以匹配其中的照射標的150之形狀，包括(例如)圓柱形洞102以固持圓柱形照射標的150。作為另一實例(如在詳圖D及F中所展示)，洞102可經成形為狹縫以固持圓盤或扁平狀照射標的150。可基於在洞之裝載位置101處的所估計之中子通量剖面來將數個照射標的150裝載至任何洞102中。舉例而言，預期曝露至較高輻射位準之裝載位置101可包括裝載有較多照射標的150之洞102。雖然實例實施例說明在裝載位置101處之洞102，但應理解，其他照射標的保持機構(諸如，黏著或圍阻間隔間(containment compartment))可用以將照射標的150保持於裝載位置101處。

單一洞102可處於裝載位置101處(例如，如在詳圖A中所展示)，或多個洞可處於裝載位置101處(例如，如在詳圖C中所展示)。實例實施例標的板100可包括在不同裝載位置101處的不同形狀及數目之多種洞102。舉例而言，為了容納不同形狀之照射標的150且基於標的板100曝露至之已知通量剖面，可將多個正方形洞102置放於邊緣裝載位置101處，而單一圓柱形洞102可處於內部裝載位置101處。

照射標的150可呈數個形狀、大小及組態，且可以多種方式置放、密封及/或保持於裝載位置101處的洞102或其他保持機構中。可調整照射標的150之大小以適於其所欲用途(例如，放射照相術標的、近接療法種粒、溶離基質等)。舉例而言，照射標的150可具有約3 mm之長度及約0.5 mm之直徑。在同一標的板100中之不同類型的洞102內，照射標的150亦可為球形、圓盤形、晶圓形及/或BB形或任何其他大小及形狀，如圖2中所展示。應理解，可按需要調整洞102之大小及/或實例實施例標的板100之厚度以容納標的150。

基於以下更詳細論述之各種因素(包括每一標的材料之特性、反應器核心之已知通量條件、所得標的之所要放射性等)，將照射標的150策略性地裝載於適當裝載位置101處，以便自照射標的150獲得具有所要濃度或放射性位準(諸如，相對均勻的放射性)之子產物。

照射標的150可由同一材料或不同材料形成。照射標的150亦可由天然同位素或濃化同位素形成。如本文中所使用，應理解，照射標的150包括具有針對實例實施例可曝露至之類型之照射的實質吸收截面的彼等材料，使得照射標的150包括在存在輻射場之情況下將吸收且轉化之材料。舉例而言，合適標的150可由鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鉺(Er)、鍺(Ge)、金(Au)、鈥(Ho)、銥(Ir)、鑥(Lu)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、釤(Sm)、銩(Tm)、鐿(Yb)及/或釔(Y)形成，但亦可使用其他合適材料。類似地，在裝載位置101處之適當間隔間內(諸如，在洞102中)，標的可為液體、固體或氣態。

為了保留照射標的150間之間距及照射標的150在其曝露至的已知輻射場內之定向，一或多個間隔元件105可隔開照射標的150及/或將該等照射標的150保持於洞102內。舉例而言，如在詳圖B中所展示，可將單一標的間隔元件105A置放於洞102中以將照射標的150保持在裝載位置101處之適當位置處且隔開該等照射標的150。或者，如圖E中所展示，一或多個標的間隔元件105B可經成形為類似一虛設標的且插入至洞102內以將照射標的150保持在照射標的裝載位置101處之洞102內之適當位置處且隔開該等照射標的。

圖3為在具有洞102之每一裝載位置101處使用標的間隔元件105B(如在圖2之詳圖E中所展示之間隔元件)的一實例實施例標的板100之說明。如圖3中所展示，每一洞102可同等地填充有標的間隔元件105B及/或照射標的150之組合。根據以下論述之實例方法，在周邊處的裝載位置101可含有照射標的150對標的間隔元件105B之增大比率，而裝載位置101可具有較低比率，以便產生具有所要放射性之子產物。

再或者，如圖2詳圖D中所展示，標的間隔元件105C可經成形為類似具有足以分離狹縫型洞102中之照射標的150之厚度的晶圓。該分離可隔開在所要照射位置處的照射標的150。其他類型之間隔及保持元件(包括蓋、黏著劑、彈性部件等)可用作標的間隔元件105。

鑒於實例實施例可曝露至的輻射場之類型，實例實施例標的板100及其中之任何間隔元件105可自具有所要截面之材料製造。舉例而言，正曝露至熱中子通量場之實例實施例標的板100可由具有低熱中子吸收及散射截面之材料(諸如，鋯或鋁)製造，以便使至其中之照射標的150之中子曝露最大化。舉例而言，若實例實施例標的板100曝露至具有寬能量分佈之聚集中子通量，則間隔元件105可由具有針對特定能量中子之高吸收截面之材料(諸如，石蠟)製造以確保照射標的150不曝露至該特定能量之中子通量。

實例實施例標的板100之上述特徵及標的板100待曝露至之已知輻射剖面可唯一地實現對其中使用的照射標的150之準確照射。舉例而言，在知曉照射通量類型及剖面；照射標的150之形狀、大小及吸收截面；及實例實施例標的板100、其上之裝載位置101及其中之間隔元件105之大小、形狀、位置及吸收截面的情況下，吾人可非常準確地定位及照射標的150以產生所要同位素及/或放射性同位素。類似地，熟習此項技術者可改變在實例實施例中的此等參數(包括照射標的類型、形狀、大小、位置、吸收截面等)中之任一者以便產生所要同位素及/或放射性同位素。

圖3說明用於標的板100之一實例配置，在該情況下，當標的板100經置放於中子通量中(諸如，可見於操作之核反應器核心中)時，外側裝載位置101將直接曝露至較高輻射 位準。可將較大數目個照射標的150置放於外側位置101中之每一者處，藉此導致外側裝載位置101中之照射標的150的較相等放射性。可將較少照射標的150置放於內側裝載位置101中之每一者中，以補償此等照射標的150將較遠離通量之事實，藉此允許在內側裝載位置101中之照射標的150獲得與外側裝載位置101中之標的150相當的反射性位準。然而，應理解，依據以上論述，可以若干種方式更改圖3之實例實施例，以便增加/減少在照射後的每一照射標的150之所得放射性。舉例而言，由具有針對一特定輻射場之較低俘獲截面之材料形成的照射標的150可配置於將更靠近該場之裝載位置101處，而具有較高截面之材料之照射標的150可更遠離該場地定位於實例實施例標的板100中。

圖4為可供以上描述之實例實施例標的板100使用的一實例實施例標的板固持器200之說明。如圖4中所展示，實例實施例標的板固持器200可包括可插入於輻射場中之主體201。主體201可為剛性或可撓性的。主體201可經成形及/或定大小以配合於可存在輻射場之區域中，包括(例如)輕水反應器之測量管、核燃料棒、用於特定加速器之接取管(access tube)等。類似地，可一起插入及/或置放多個實例實施例標的板固持器200，且主體201可經定大小及成形以准許多個插入，例如，在通常可見於核反應器中之4"洞中。主體201可進一步包括一或多個連接器202，該一或多個連接器202可准許固持器200附接至延伸或插入裝置(諸如，蛇行纜線)。

主體201固持至少一實例實施例標的板100。舉例而言，主體201可包括一軸，標的板100可配合且保持於該軸上。主體201及其部分可經定大小及成形以匹配標的板100的各種可能形狀中之任一者(包括正方形、圓形、三角形(等)截面)。如圖4中所展示，可在主體201中或鄰近主體201置放一或多個間隔板203與標的板100。間隔板203可分離標的板100且將標的板100定位於實例實施例標的板固持器200內之精確位置處以便達成對其中之照射標的150之準確曝露。間隔板203可具有導致標的板100間的所要分離程度之厚度。舉例而言，若實例實施例標的板100經製造及組態以實質上吸收通過其之中子通量，則較厚間隔板203可分離標的板固持器200中之標的板100以確保板具有對彼此之照射的最小影響，以便達成對其中的照射標的150之較均勻照射。或者，可以較大頻率置放較多間隔板203以達成與較厚間隔板203相同的間距及/或曝露。間隔板203可以任何方式經成形及定大小以達成標的板之所要定位。基於標的板100在實例實施例標的板固持器200中之定位，間隔板203可為任何形狀，諸如，矩形、三角形、環形等。

間隔板203可進一步提供以用於將照射標的150緊固於與間隔板203連續地堆疊於主體201上之實例實施例標的板100內。間隔板203亦可經著色、紋理化及/或帶有指示其物理性質及/或在鄰近置放之標的板100內之照射標的150之標識的其他標記。

間隔板203及主體201可由具有所要輻射吸收剖面之材料製造。舉例而言，藉由由諸如鋁、不鏽鋼、鈦合金等之材料製造，間隔板203及主體201可具有針對熱能中子之低截面(例如，大致5靶恩或更小)。類似地，一些間隔板203及/或主體201可由具有針對熱中子通量中之特定輻射場之較高截面的材料(諸如，銀、金、摻雜硼之材料、鋇合金等)製造。間隔板203可基於其對輻射場之影響而策略性地置放於主體201上。舉例而言，置放於標的板100之任一側上的高截面(例如，大於5靶恩)間隔板203可減小或消除自該側的對標的板中之照射標的150之照射，從而准許自照射標的產生所要反射性位準之同位素。類似地，環形間隔板203可提供自一側的對標的板100之最大照射。

實例實施例標的板固持器200及其中的間隔板203及標的板100之上述特徵及標的板固持器200待曝露至之已知輻射剖面可唯一地實現對其中使用的照射標的150之準確照射。舉例而言，在知曉照射通量類型及剖面；照射標的150之形狀、大小及吸收截面；照射標的150在輻射通量內之精確定位；實例實施例標的板100及其中的間隔元件105之大小、形狀、位置及吸收截面；標的板100及間隔板203在標的板固持器200內之位置；板固持器200及間隔板203之大小、形狀及吸收截面的情況下，吾人可非常準確地照射標的150以產生所要同位素及/或放射性同位素。類似地，熟習此項技術者可改變在實例實施例中的此等參數中之任一者，以便產生所要同位素及/或放射性同位素。

圖5為使用實例實施例標的板100及/或標的板固持器200之一實例方法之流程圖。如圖5中所展示，在實例方法中，在S110中，使用者判定待產生之所要同位素及/或放射性同位素及待產生之量。可基於任何數目個因素(包括(例如)可用照射標的、所要工業應用及/或可用輻射場)來選擇所要同位素及其量。依據子產物與母核種之間的對應性，在S110中，使用者將亦選擇用於照射標的150之材料及量。

在S120中，使用者將判定可用輻射場之特性。相關特性可包括輻射之類型、輻射之能量及/或在特定空間中的類型及能量之變化。舉例而言，在S120中，使用者可判定在至研究反應器之特定接取點處的中子通量之位準及變化。或者，在S120中，使用者可判定在粒子加速器中之標的架處遇到的離子之能量及類型。

在S130中，基於選定照射標的150之物理性質及輻射場之性質(皆在上文判定)，使用者接著組態(多個)標的板100、(多個)照射標的150、(多個)間隔元件105、(多個)標的板固持器200及/或(多個)間隔板203以便達成產生所產生之同位素之所要量及/或放射性所必要的照射量。此組態可包括：判定標的板100中之裝載位置101之位置、將照射標的150與間隔元件105置放及定位於標的板100中之裝載位置101處，及將標的板100與間隔板203定位於標的板固持器200中以達成每一照射標的150在輻射場內之精確定位。另外，此組態可包括選擇具有針對與輻射場 有關之輻射頻譜之已知吸收截面的材料以便達成用於置放於彼場內的照射標的150之所要照射量。舉例而言，所要放射性可為在來自若干照射標的150之若干產生之同位素間實質上相等的放射性。在S130中，使用者亦可基於該組態、輻射場性質及照射標的150性質來計算曝露時間，以達成用於置放於彼場中之實例實施例裝置中之照射標的150的所要照射量值。

在S140中，使用者可接著將經組態之照射標的150置放於在S130中組態之實例實施例裝置中且將照射標的與實例實施例裝置置放至所判定之輻射場中，以便產生所要量及/或放射性之所要同位素及/或放射性同位素。或者，在S140中，使用者可向另一者遞送或以其他方式提供經組態之實例實施例裝置以將照射標的150插入於所判定之輻射場中且照射該等照射標的。

因此描述了實例實施例及方法，熟習此項技術者應瞭解，可經由常規實驗且無其他本發明之活動來變化實例實施例。舉例而言，雖然將各種實例實施例板、固持器及間隔件與產生所要同位素之實例方法一起使用，但可分離地使用每一實例實施例。類似地，例如，雖然展示了圓柱形實例實施例，但在實例實施例及方法中可使用其他裝置類型、形狀及組態。不應將變化看作脫離例示性實施例之精神及範疇，且如將對熟習此項技術者顯然之所有此等修改意欲包括於下列申請專利範圍之範疇內。

100．．．標的板

101．．．裝載位置

102．．．洞

105．．．間隔元件

105A．．．間隔元件

105B．．．間隔元件

105C．．．間隔元件

150．．．照射標的

200．．．標的板固持器

201．．．主體

202．．．連接器

203．．．間隔板

S110．．．判定所要產物

S120．．．判定場特性

S130．．．組態標的

S140．．．照射標的

圖1為一實例實施例標的板之說明。

圖2為一實例實施例標的板及其中之照射標的及間隔件之細節之說明。

詳圖A為圖2之實例實施例標的板中的裝載位置之詳圖。

詳圖B為圖2之實例實施例標的板中的裝載位置之詳圖。

詳圖C為圖2之實例實施例標的板中的裝載位置之詳圖。

詳圖D為圖2之實例實施例標的板中的裝載位置之詳圖。

詳圖E為圖2之實例實施例標的板中的裝載位置之詳圖。

詳圖F為圖2之實例實施例標的板中的裝載位置之詳圖。

圖3為根據實例方法的配置有照射標的及間隔件的一實例實施例標的板之詳細說明。

圖4為一實例實施例標的板固持器之說明。

圖5為說明使用標的板及標的固持器之實例方法之流程圖。

100．．．標的板

101．．．裝載位置

102．．．洞

105A．．．間隔元件

105B．．．間隔元件

105C．．．間隔元件

150．．．照射標的

Claims (18)

1. 一種提供一照射標的定位系統之方法，該方法包含：判定一照射標的及自該照射標的產生之一子產物；判定該照射標的將曝露至的一輻射場之複數個物理特性；組態該照射標的、一照射標的板及一標的板固持器以在該照射標的經裝載於該輻射場中之該照射標的板及該標的板固持器中時產生該子產物；及判定相對於該照射標的板之一中心之該照射標的之一量及一位置，使得該照射標的之該量及該位置基於該輻射場之該等物理特性而變化。
2. 如請求項1之方法，其進一步包含：將該照射標的裝載至該照射標的板及該標的板固持器中；及照射裝載於該輻射場中之該照射標的板及該標的板固持器中之該照射標的，以便產生該子產物。
3. 如請求項2之方法，其中該輻射場為包括在一輕水反應器中產生之熱中子之一中子通量。
4. 如請求項2之方法，其中該組態包括提供下列各者中之至少一者，該照射標的之一形狀、大小及已知吸收截面，待由該照射標的板及該標的板固持器維持的該照射標的在該輻射場中之一恆定位置，及具有針對該輻射場之已知吸收截面的用於該照射標的 板及該板固持器之材料。
5. 如請求項1之方法，其中該輻射場之該等物理特性包括輻射類型及在位置上之輻射能量分佈中之至少一者。
6. 如請求項1之方法，其中該照射標的係自包括下列各者中之至少一者的材料製造：鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鉺(Er)、鍺(Ge)、金(Au)、鈥(Ho)、銥(Ir)、鑥(Lu)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、釤(Sm)、銩(Tm)、鐿(Yb)及釔(Y)。
7. 如請求項1之方法，其中該組態包括在該標的板中提供用於該照射標的之至少一裝載位置。
8. 如請求項7之方法，其中該組態進一步包括在該標的板中每一裝載位置處界定一洞，該洞經組態以將該照射標的保持於該標的板中。
9. 如請求項8之方法，其中該組態進一步包括將至少一標的間隔元件置放於該洞中，以便將該照射標的維持於該裝載位置內之一恆定位置處。
10. 如請求項8之方法，其中該組態進一步包括將至少一間隔板置放於該標的板固持器中，以便將該照射標的及至少一裝載位置維持在該輻射場內之該恆定位置處。
11. 如請求項10之方法，其中該至少一間隔板在該標的板固持器中置放成鄰近該標的板，以便將該照射標的保持於該恆定位置處。
12. 如請求項1之方法，其中該組態包括提供該照射標的板一第一平面表面及一相對的第二平面表面，在該等第一及第二平面表面之間的一距離係小於該照射標的板之一 直徑或長度。
13. 如請求項1之方法，其中該組態包括提供該照射標的板一延伸穿過該中心之開口及圍繞該開口之複數個洞，該開口係大於該複數個洞之每一者。
14. 如請求項13之方法，其中該組態包括將該標的板固持器插入穿過該照射標的板之該開口。
15. 一種照射標的定位系統，其包含：一標的板，其界定複數個洞；至少一照射標的，該至少一照射標的保持於該複數個洞中；至少一標的間隔元件，該至少一標的間隔元件將該至少一照射標的定位於該複數個洞中；一標的板固持器，其保持該標的板；及至少一間隔板，該至少一間隔板由該標的板固持器與該標的板保持，其中該標的板、該至少一標的間隔元件、該標的板固持器及該至少一間隔板經組態以一起將該至少一照射標的維持在一輻射場內之一恆定位置處；及其中基於該輻射場之一物理特性而判定相對於該照射標的板之一中心之該至少一照射標的之該位置及一量。
16. 如請求項15之系統，其中該至少一照射標的為複數個照射標的，且其中該標的板、該至少一標的間隔元件、該標的板固持器及該至少一間隔板經組態以一起將該複數個照射標的中之每一照射標的維持在一輻射場內之一恆定位置處，且其中每一照射標的之該恆定位置具有至該 輻射場之一實質上相等的曝露量。
17. 如請求項15之系統，其中該照射標的係自包括下列各者中之至少一者的材料製造：鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鉺(Er)、鍺(Ge)、金(Au)、鈥(Ho)、銥(Ir)、鑥(Lu)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、釤(Sm)、銩(Tm)、鐿(Yb)及釔(Y)。
18. 如請求項15之系統，其中該至少一間隔板具有針對該輻射場的小於約5靶恩(barn)之一吸收截面。