TWI756649B - 液靶裝置 - Google Patents

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TWI756649B
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越智重治
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日商住友重機械工業股份有限公司
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Abstract

為了提供一種即使在靶箔破損時亦可防止靶液向裝置外流出之液靶裝置。 該液靶裝置(1)具備：靶收容部(23)，係作為收容靶液之液體收容部；光束通道(11)，係使從粒子加速器射出之帶電粒子束(B)通過而到達液體收容部；靶箔(33)，係對光束通道(11)與液體收容部之間進行區隔；及真空箔(31)，係對設置於光束通道(11)的上游側之真空區域(A1)與光束通道(11)進行區隔，在光束通道(11)上設置有：在真空箔(31)側供給冷卻氣體之第1氣體室(R1)、及在比第1氣體室(R1)更靠靶箔(33)側供給冷卻氣體之第2氣體室(R2)，第1氣體室(R1)與前述第2氣體室(R2)之間藉由中間箔(32)區隔。

Description

液靶裝置
本申請案係主張基於2019年3月22日申請之日本專利申請第2019-054739號的優先權。該日本申請案的全部內容係藉由參閱而援用於本說明書中。 本發明係有關一種液靶裝置。
以往，作為這種領域的技術，下述專利文獻1、2中記載之液靶裝置是廣為人知的。在該液靶裝置中收容有靶液，藉由粒子加速器加速之帶電粒子束照射於靶液而產生靶液的放射性同位素(RI)。
[先前技術文獻] [專利文獻1]日本特許第4541445號公報 [專利文獻2]日本特許第5442523號公報
[發明所欲解決之問題]
上述液靶裝置中，靶的收容部的上游側的開口被所謂靶箔覆蓋。當為這種裝置構成之情況下，會有在照射帶電粒子束時發生靶箔破損的情形。若靶箔破損，則靶液有可能流入粒子加速器側。
本發明係鑑於上述問題而完成者，其目的為提供一種即使在靶箔破損時亦能夠防止靶液向粒子加速器側流出之液靶裝置。 [解決問題之技術手段]
為了實現上述目的，本發明的一形態之液靶裝置具備：液體收容部，係收容靶液；光束通道，係使從粒子加速器射出之帶電粒子束通過而到達前述液體收容部；靶箔，係對前述光束通道與前述液體收容部之間進行區隔；及真空箔，係對設置於前述光束通道的上游側之真空區域與前述光束通道進行區隔，在前述光束通道上設置有：在前述真空箔側供給冷卻氣體之第1氣體室、及在比前述第1氣體室更靠前述靶箔側供給冷卻氣體之第2氣體室，前述第1氣體室與前述第2氣體室之間藉由中間箔區隔。
依據上述液靶裝置，在液體收容部的靶箔與真空區域之間設置有將光束通道進行區隔之真空箔和中間箔。因此，縱使因靶箔破損致使保持於液體收容部中之靶液流出到第2氣體室，因為藉由中間箔限制該靶液的移動，而可防止靶液經過第1氣體室向真空區域移動。因此，即使在靶箔破損時亦能夠防止靶液向粒子加速器側流出。
在此，能夠將液靶裝置設為如下樣態：前述第1氣體室之冷卻氣體的流通系統係與前述第2氣體室之冷卻氣體的流通系統相互獨立。
藉由設為上述構成，縱使靶液流出到第2氣體室並伴隨冷卻氣體的移動而排出到系統外，由於第2氣體室之冷卻氣體的流通系統與第1氣體室之冷卻氣體的流通系統為獨立，而能夠防止靶液誤供給至第1氣體室等。
能夠將液靶裝置設為如下樣態：該液靶裝置進一步含有：配管，使從前述第2氣體室排出之流體流過；及回收部，設置於前述配管且用於回收前述流體中所含之異物。
如上所述，藉由構成為在使從第2氣體室排出之流體流過之配管上設置有用於回收該流體中所含之異物的回收部，縱使靶液洩漏到第2氣體室並伴隨冷卻氣體的移動而流到配管，因為能夠在回收部回收靶液，而能夠防止靶液向後段流出。
能夠將液靶裝置設為如下樣態：前述第1氣體室之冷卻氣體的流通系統是與不同於本裝置的其他液靶裝置共用。
在一個粒子加速器設置有複數個液靶裝置的情況，冷卻氣體的流通系統能夠與其他液靶裝置共用。此時，若在共用之流通系統中混入靶液等的與冷卻氣體不同的異物，則其影響範圍有可能擴大。相對於此，藉由構成為將遠離收容靶液之液體收容部側的第1氣體室之冷卻氣體的流通系統與其他液靶裝置共用，即使在發生靶箔破損之情况下，亦能夠防止對其他液靶裝置等造成影響。 [發明之效果]
依據本發明，提供一種即使在靶箔破損時亦可防止靶液向粒子加速器側流出之液靶裝置。
以下，參閱附圖對用於實施本發明的形態進行詳細說明。另外，附圖說明中對相同要件標註相同元件符號，並省略重複說明。
圖1係在放射性同位素製造系統中使用之液靶裝置的概略構成圖。包括液靶裝置1之放射性同位素製造系統(以下，稱為“RI製造系統”)，是將帶電粒子束B照射於靶液T來製造放射性同位素(以下，稱為“RI”)之裝置。利用該系統製造之RI，例如用於製造作為放射性同位素標記化合物之放射性藥劑(包括放射性醫藥品)。靶液T例如為氧18 水及含有68 Zn、65 Ni、nat Y等的金屬元素之酸性溶液等。由該等靶液T產生之放射性同位素標記化合物，作為在醫院等的PET檢查(正電子發射斷層攝影)中使用者，包含18 F-FDG(氟化去氧葡萄糖)、68 Ga-PSMA、64 Cu-DOTA-曲妥珠單抗(trastuzumab)、89 Zr-曲妥珠單抗等。
RI製造系統中除了液靶裝置1之外還包括粒子加速器。粒子加速器為射出帶電粒子束B之加速器。作為帶電粒子，例如可列舉質子、重粒子(重離子)等。另外，作為粒子加速器，例如使用迴旋加速器、線性加速器(Linac)等。作為帶電粒子束，例如使用質子束、氘核束、α射線等。以下說明中，與從粒子加速器射出之帶電粒子束的上游、下游對應而使用“上游側”、“下游側”等用語。
液靶裝置1安裝於歧管90，該歧管90設置於射出帶電粒子束之埠，該埠設置於該迴旋加速器。迴旋加速器調整加速空間內的帶電粒子束的軌道，並從埠取出帶電粒子束。被取出之帶電粒子束射入於歧管90並到達液靶裝置1。
液靶裝置1構成為包括冷卻單元10及靶保持單元20。另外，在本實施形態中針對冷卻單元10和靶保持單元20分別進行說明，但單元的區分方式能夠適當變更。
冷卻單元10設置成從迴旋加速器的歧管90突出之狀態。冷卻單元10，是在與帶電粒子束B的照射軸相對應之位置具備：用於使該帶電粒子束B通過的光束通道11。光束通道11形成為以帶電粒子束B的照射軸為中心線之剖面呈圓形的形狀，且形成為沿該照射軸延伸。
冷卻單元10在光束通道11上具備兩組箔。真空箔31將光束通道11中之比真空箔31更靠上游側的區域保持為真空。換言之，比真空箔31更靠上游側的區域成為真空區域A1。並且，中間箔32設置在光束通道11中之比真空箔31更靠下游側的區域。真空箔31及中間箔32為由鈦或鉻等的金屬、或其合金形成之圓形形狀的薄箔，厚度為10μm～100μm左右。作為箔，例如能夠使用含有鐵、鈷、鎳、鉻、鉬、錳、鎢等之Havar箔等，但並不限定於該等。並且，中間箔32亦可以重疊兩片上述箔來設置。圖1中，示出重疊兩片箔32a、32b來形成中間箔32之狀態。若重疊兩片箔32a、32b來形成中間箔32，則能夠提高中間箔32的機械強度。
並且，冷卻單元10具有向光束通道11吹出氦等的冷卻氣體之兩組冷卻流路12、13。冷卻流路12構成為包括一對冷卻流路12a、12b。並且，冷卻流路13構成為包括一對冷卻流路13a、13b。
冷卻流路12設置於光束通道11上的真空箔31與中間箔32之間。冷卻流路12a、12b隔著光束通道11相對向設置。並且，冷卻流路12a、12b分別分支為朝向上游側之部分和朝向下游側之部分。冷卻流路12a當中朝向上游側之部分對上游側的真空箔31噴吹冷卻氣體，朝向下游側之部分對中間箔32噴吹冷卻氣體(還參閱圖2)。冷卻流路12b作為用於從光束通道11排出從冷卻流路12a噴吹之冷卻氣體的流路而設置。
冷卻流路13設置於光束通道11上的比中間箔32更靠下游側。冷卻流路13a、13b隔著光束通道11相對向設置。並且，冷卻流路13a、13b分別分支為朝向上游側之部分和朝向下游側之部分。冷卻流路13a當中朝向上游側之部分對上游側的中間箔32噴吹冷卻氣體，朝向下游側之部分對後述靶收容部23(液體收容部)噴吹冷卻氣體(還參閱圖2)。冷卻流路13b作為用於從光束通道11排出從冷卻流路13a噴吹之冷卻氣體的流路而設置。
靶保持單元20呈大致圓柱狀，其具備靶箔33、靶容器部21及冷卻機構22。靶保持單元20在比冷卻流路13更靠下游側處與冷卻單元10連結。
靶容器部21配置於靶保持單元20的上游側。在靶容器部21與上游側的冷卻單元10之間夾入有靶箔33。另外，亦可以構成為由構成靶保持單元20之構件夾入靶箔33以進行支撐，如圖1所示，亦可以構成為由構成冷卻單元10之構件夾入靶箔33以進行支撐。
在構成為圖1所示般的情況，靶箔33的正面側的面之一部分暴露於光束通道11。靶箔33允許射束通過，並阻隔靶液T或氦氣之類的流體通過。靶箔33例如為Havar箔或由鈮等金屬或合金形成之圓形狀的薄箔，其厚度為10μm～50μm左右。
靶容器部21具備：靶收容部23，正面觀察時形成於中央部且能夠收容靶液T；及緩衝部24，位於靶收容部23的上方且與靶收容部23連通。靶收容部23及緩衝部24是由靶容器部21的正面側被靶箔33阻塞而形成之封閉空間構成。該封閉空間的一部分為儲存靶液T之靶收容部23，上述封閉空間當中比靶液T的液面更靠上方的部分為緩衝部24。換言之，靶收容部23及緩衝部24與光束通道11之間藉由靶箔33區隔。靶液T通過配管41供給並填充於靶收容部23，處理之後的靶液T再度通過配管41被回收。
在比構成靶收容部23及緩衝部24之背面壁43更靠背面側處設置有冷卻機構22。冷卻機構22供給與背面壁43接觸之冷卻水並冷卻靶收容部23及緩衝部24。冷卻機構22具有：背面水道45，緊挨著背面壁43的背面側；引水道47，將冷卻水導入到該背面水道45；及排水道49，從背面水道45排出冷卻水。冷卻水通過連接於引水道47之冷卻水供給配管而從外部供給。藉由這種冷卻機構22，將收容部23內的靶液T冷卻。並且，藉由冷卻機構22將緩衝部24冷卻，使從靶收容部23內的靶液T蒸發的蒸汽在緩衝部24凝結，並藉由自身重量而返回到靶收容部23內。另外，靶收容部23及緩衝部24是藉由通過配管51供給之惰性氣體(例如He)加壓，而使靶液T的沸點上升。
如此，液靶裝置1中，藉由真空箔31、中間箔32及靶箔33而在光束通道11上形成供冷卻氣體通過之兩個氣體室。亦即，在光束通道11上形成藉由冷卻流路12(12a、12b)供給冷卻氣體之第1氣體室R1及藉由冷卻流路13(13a、13b)供給冷卻氣體之第2氣體室R2。第1氣體室R1與第2氣體室R2之間藉由中間箔32區隔。
接著，參閱圖2針對供給至第1氣體室R1和第2氣體室R2之冷卻氣體的流動進行說明。液靶裝置1中，能夠使供給至第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統與供給至第2氣體室R2之冷卻氣體的流通系統相互獨立。另外，冷卻氣體的流通系統是指對氣體室供給冷卻氣體及從氣體室排出冷卻氣體之配管系統。
圖2中示出三個液靶裝置1(1A、1B、1C)。圖1中，針對一個液靶裝置1進行了說明，但實際上會有在一個粒子加速器安裝有複數個液靶裝置1的情形。例如，粒子加速器為迴旋加速器的情況，會有在迴旋加速器中設置有複數個埠，經由歧管在各埠安裝有液靶裝置1的情形。在這種情況下，複數個液靶裝置1以彼此在某種程度靠近之狀態設置。圖2中示意示出平行配置有三個液靶裝置1(1A、1B、1C)之狀態，但實際上，依據粒子加速器的構成等，會有相鄰的液靶裝置1之間的設置角度不同的情形。
在這種情況下，供給至上游側的第1氣體室R1之冷卻氣體能夠與相鄰之液靶裝置1之間共用。亦即，對第1氣體室R1供給之冷卻氣體的流通系統S1是與其他液靶裝置共用。圖2所示之例子的情況，供給至液靶裝置1A之冷卻氣體從冷卻流路12b排出之後，經由配管L1從液靶裝置1B的冷卻流路12a供給至液靶裝置1B的光束通道11(第1氣體室R1)。而且，供給至液靶裝置1B的第1氣體室R1之冷卻氣體從冷卻流路12b排出之後，經由配管L2而從液靶裝置1C的冷卻流路12a供給至液靶裝置1C。如此，針對第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統能夠構成為，藉由配管來連接在複數個液靶裝置1當中相鄰的液靶裝置1的第1氣體室R1設置之冷卻流路彼此，並經由該配管供給冷卻氣體。
另一方面，往第2氣體室R2的冷卻氣體的流通系統S2，能夠與相鄰之液靶裝置1獨立設置。圖2中示出供給至液靶裝置1B之冷卻氣體的流通系統S2。該供給系統中，在氦冷卻加壓裝置61中冷卻後之冷卻氣體(氦氣)經由配管L3送至冷卻流路13a，並從冷卻流路13a供給至第2氣體室R2。如此，能夠將第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統與第2氣體室R2之冷卻氣體的流通系統設為相互獨立。
另外，從第2氣體室R2經過冷卻流路13b排出之冷卻氣體，經由配管L4送回氦冷卻加壓裝置61。另外，在配管L4上設置有汽水分離裝置62及過濾器63。在因靶箔33破損致使靶液T流入配管L4的情況，汽水分離裝置62及過濾器63可發揮回收含有靶液T之異物之回收部之功能。在此“異物”是指與作為本來在流通系統S1、S2中流動之流體之冷卻氣體不同的所有物質。本來在配管L4中流動之流體只有氦氣。
設置汽水分離裝置62的目的，是為了在配管L4中流動之流體(氦氣)中因靶箔33破損而含有靶液T的情況，防止該液體流向後段。用於汽水分離的裝置構成並無特別限定，亦可以如圖2那樣變更水箱的形狀而構成為能夠進行汽水分離。並且，亦可以具有對在汽水分離裝置62中回收之液體或氣體進行中和處理之功能。
設置過濾器63的目的，是為了去除在配管L4中流動之氣體中所含之水蒸氣等。並且，氣體中含有與氦氣不同成分的氣體等的情況，亦可以使用能夠吸附該成分的過濾器。
從第2氣體室R2流出之氣體，經由配管L4上的汽水分離裝置62及過濾器63而送回氦冷卻加壓裝置61。氣體經過汽水分離裝置62及過濾器63，藉此即使在靶箔33破損時亦能夠去除流入之靶液T，因此能夠防止氦冷卻加壓裝置61受損。
如上所述，本實施形態之液靶裝置1中，在將靶收容部23(液體收容部)進行區隔之靶箔33與上游側的真空區域A1之間設置有將光束通道11進行區隔之真空箔31和中間箔32。因此，縱使因靶箔33破損致使保持於靶收容部23之靶液流出到第2氣體室R2，亦可以藉由中間箔32限制該靶液的移動。因此，可防止靶液經過第1氣體室R1向上游側的真空區域移動。因此，即使在靶箔33破損時亦能夠防止靶液向粒子加速器側流出。
在習知構成中，並未設置中間箔32，且供冷卻氣體通過之氣體室由一個室構成，因此在因靶箔33破損致使靶液T洩漏到氣體室之情况下，靶液T有可能流至真空箔31的下游側。此時，倘若真空箔31破損，則靶液T有可能流至上游的真空區域A1。若靶液T流至真空區域A1，則有可能對上游側的粒子加速器造成影響。尤其，在使用酸性的靶液T的情況，真空區域A1有可能因酸腐蝕而造成重大影響。相對於此，本實施形態之液靶裝置1中，在光束通道11上設置了藉由中間箔32區隔之兩個氣體室，藉此防止洩漏的靶液T到達真空箔31。因此，即使靶箔33破損，亦能夠抑制靶液T向粒子加速器側的移動。
並且，能夠將液靶裝置構成為如下樣態：第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統S1與第2氣體室R2之冷卻氣體的流通系統S2相互獨立。藉由這種構成，縱使靶液T流出到第2氣體室R2，且伴隨冷卻氣體的移動而經過流通系統S2排出到系統外，因為第2氣體室R2之冷卻氣體的流通系統S2與第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統S1相互獨立，而能夠防止靶液T誤供給到第1氣體室R1等。亦即，僅使第2氣體室R2與靶液T接觸，能夠防止第1氣體室R1與靶液T接觸，因此能夠防止靶液T向粒子加速器側移動。
並且，能夠將液靶裝置構成為如下樣態：該液靶裝置具有：配管L4，使從第2氣體室R2排出之流體流過；及汽水分離裝置62及過濾器63，設置於配管L4且作為用於回收流體中所含之異物的回收部。藉由這種構成，縱使靶液T洩漏到第2氣體室R2且伴隨冷卻氣體的移動而流到配管L4，因為能夠在回收部回收與靶液T有關之異物，而能夠防止靶液T向後段流出。亦即，能夠防止向系統外排出與靶液T有關之異物，同時能夠防止氦冷卻加壓裝置61等的用於對第2氣體室R2供給冷卻氣體的泵及配管等接觸與靶液T有關之物質。
並且，如上所述，第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統S1是與不同於本裝置的其他液靶裝置共用。在一個粒子加速器上設置有複數個液靶裝置的情況，冷卻氣體的流通系統能夠與其他液靶裝置共用。在這種情況下，若在共用之流通系統中混入靶液T等的與冷卻氣體不同的異物，則有可能擴大影響範圍，但如上述液靶裝置1那樣，構成為將遠離靶收容部23側的第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統與其他液靶裝置共用，即使在發生靶箔33破損之情况下，亦能夠防止對其他液靶裝置等造成影響。
以上述實施形態為首，能夠以依據本領域具有通常知識者的知識進行各種變更、改進後之各種形態來實施本發明。並且，亦能夠利用上述實施形態中記載之技術事項來構成變形例。亦可以適當組合而使用各實施形態的構成。
例如，能夠適當變更構成液靶裝置1之各部的形狀等。例如，將第2氣體室R2作為冷卻單元10的一部分進行了說明，但亦可以將第2氣體室R2之構成作為靶保持單元20的一部分。
並且，支撐箔之結構等並不限定於上述實施形態中說明之結構。並且，中間箔32亦可以無需重疊兩片而由一片箔構成。
並且，設置於光束通道11上之氣體室的個數亦可以是3個以上。但是，隨著氣體室的個數增加，則用於將氣體室進行區隔的構件(與中間箔32相對應之構件)的個數會增加，因此帶電粒子對靶液T的照射效率應會下降。
並且，亦可以構成為第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統S1與第2氣體室R2之冷卻氣體的流通系統S2不獨立。但是，例如構成為防止從第2氣體室R2排出之冷卻氣體直接供給至第1氣體室R1，如上所述在靶液T洩漏到第2氣體室R2的情況，能夠防止與靶液T有關之異物流向第1氣體室R1。並且，亦可以構成為第1氣體室R1之冷卻氣體的流通系統S1不與其他液靶裝置1共用。
並且，亦可以將作為回收部的汽水分離裝置62及過濾器63設為，在液靶裝置1中未發生異常、亦即靶箔33未破損時，不發揮作為回收部的功能的狀態。此時，藉由構成為以在偵測到任何異常之階段可發揮作為回收部的功能之方式進行控制，能夠實現上述實施形態中說明之作為回收部的功能。
1,1A,1B,1C:液靶裝置 10:冷卻單元 11:光束通道 12,12a,12b,13,13a,13b:冷卻流路 20:靶保持單元 21:靶容器部 22:冷卻機構 23:靶收容部 24:緩衝部 31:真空箔 32:中間箔 33:靶箔 61:氦冷卻加壓裝置 62:汽水分離裝置 63:過濾器
圖1係實施形態的液靶裝置的剖面圖。 圖2係說明液靶裝置的冷卻氣體的供給系統之圖。
1:液靶裝置
10:冷卻單元
11:光束通道
12:冷卻流路
12a:冷卻流路
12b:冷卻流路
13:冷卻流路
13a:冷卻流路
13b:冷卻流路
20:靶保持單元
21:靶容器部
22:冷卻機構
23:靶收容部
24:緩衝部
31:真空箔
32:中間箔
32a:箔
32b:箔
33:靶箔
41:配管
43:背面壁
45:背面水道
47:引水道
49:排水道
51:配管
90:歧管
A1:真空區域
B:帶電粒子束
R1:第1氣體室
R2:第2氣體室
T:靶液

Claims (4)

  1. 一種液靶裝置，係具備：液體收容部，係收容靶液；光束通道，係使從粒子加速器射出之帶電粒子束通過而到達前述液體收容部；靶箔，係對前述光束通道與前述液體收容部之間進行區隔；及真空箔，係對設置於前述光束通道的上游側之真空區域與前述光束通道進行區隔；在前述光束通道上設置有：在前述真空箔側供給冷卻氣體之第1氣體室、及在比前述第1氣體室更靠前述靶箔側供給冷卻氣體之第2氣體室，前述第1氣體室與前述第2氣體室之間藉由中間箔區隔，該液靶裝置係具有：配管，係使從前述第2氣體室排出之流體流過；及回收部，係設置於前述配管且用於回收前述流體中所含之異物。
  2. 如請求項1所述之液靶裝置，其中，前述第1氣體室之冷卻氣體的流通系統係與前述第2氣體室之冷卻氣體的流通系統相互獨立。
  3. 如請求項1或請求項2所述之液靶裝置，其中，前述中間箔係將複數片重疊。
  4. 如請求項1或請求項2所述之液靶裝置， 其中，前述第1氣體室之冷卻氣體的流通系統是與不同於本裝置的其他液靶裝置共用。
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