TWI811463B - 富集和放射性同位素生產 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種合併富集及放射性同位素生產裝置，其包含：一電子源，其經配置以提供一電子束，該電子源包含一電子注入器及一加速器；一波盪器，其經組態以使用該電子束產生一輻射光束；一分子流產生器，其經組態以提供藉由該輻射光束相交之一分子流；一容器，其經組態以接收自該分子流選擇性地接收之分子或離子；以及一目標支撐結構，其經組態以在使用時固持該電子束入射至其上之一目標。
Description
本發明係關於一種合併富集及放射性同位素生產裝置。
放射性同位素為不穩定的同位素。放射性同位素將由於發射質子及/或中子在一段時間後衰減。放射性同位素用於醫學診斷及用於醫學治療，且亦用於工業應用中。
最常用之醫用放射性同位素為Tc-99m (鎝)，其用於診斷應用中。Tc-99m之產生使用高通量核反應器。包含U-238及U-235之混合物之鈾在核反應器中用中子轟擊。發生自發及中子誘發U-235之裂變，且U-235分離為M-99+Sn(x13)+中子。U-238之光子裂變亦可產生Mo-99。Mo-99自其他裂變產品分離出及運送至放射性藥物。Mo-99具有66小時之半衰期且衰變至Tc-99m。Tc-99m具有僅6小時之半衰期(其對醫學診斷技術有用)。在放射性藥物中Tc-99m與Mo-99分離且隨後用於醫學診斷技術。
Mo-99廣泛地在全球使用以產生用於醫學診斷技術之Tc-99m。然而，僅存在可用以產生Mo-99之少數高通量核反應器。其他放射性同位素亦使用此等高通量核反應器製成。所有高通量核反應器在40年以上且無法預期繼續無限地操作。
可認為需要提供一種替代放射性同位素生產裝置及相關聯方法及/或相關聯系統。
根據本發明之一態樣，提供一種合併富集及放射性同位素生產裝置，其包含：一電子源，其經配置以提供一電子束，該電子源包含一電子注入器及一加速器；一波盪器，其經組態以使用該電子束產生一輻射光束；一分子流產生器，其經組態以提供藉由該輻射光束相交之一分子流；一容器，其經組態以接收自該分子流選擇性接收之分子或離子；以及一目標支撐結構，其經組態以在使用時固持該電子束入射在其上之一目標。
該裝置為有利的，此係因為其使用相同的電子源以產生放射性同位素及產生用於富集之輻射光束。可使用相同的電子源同時執行放射性同位素生產及富集。此電子源之雙重使用降低成本。
該輻射光束可經組態以至少部分電離分子流。
該裝置可進一步包含經組態以產生一磁場之磁體，該磁場藉由至少部分電離化分子流橫越。
該裝置可進一步包含經組態以產生一電場之電極，該電場藉由至少部分電離化分子流橫越。
該容器可為兩個或多於兩個容器中之第一容器。該第一容器可經組態以接收具有對應於一所需同位素的一質量之離子。第二容器可經組態以接收其他離子。
該第一容器可包括離子冷凝或固化至其上之一冷卻板。該第一容器可包括將離子泵送至一容器之一泵。
該輻射光束可為一紅外輻射光束。
該輻射光束可經組態以激發該分子流中之一所需同位素。
該容器可為兩個或多於兩個容器中之第一容器。該第一容器可經組態以接收包括激發的所需同位素之分子。該第二容器可經組態以接收其他分子。
該第一容器可包含經組態以接收包括激發的所需同位素之分子之環形開口。
該第一容器可包括分子冷凝或固化至其上之一冷卻板，該等分子包括所需同位素。該第一容器可包括將包括所需同位素之分子泵送至一容器之一泵。
該輻射光束可為一紫外線輻射光束。
該裝置可進一步包含一控制器，該控制器經組態以藉由調整輸送至該加速器之功率來控制該輻射光束之波長。
根據本發明之一第二態樣，提供一種合併富集及放射性同位素生產之方法，包含：使用一電子注入器及一加速器以得到一電子束；使用一波盪器以使用該電子束產生一輻射光束；提供藉由該輻射光束相交之分子流；在一容器中自包含一所需同位素之分子流選擇性地接收分子或離子；及將該電子束導入至包含一所需同位素之一目標上以產生一放射性同位素。
該方法為有利的，此係因為其使用相同的電子源以產生放射性同位素及以產生用於富集之輻射光束。可使用相同的電子源同時執行放射性同位素生產及富集。此電子源之雙重使用降低成本。使用富集方法產生之富集同位素可隨後藉由放射性同位素生產方法使用。
該方法可進一步包含提取該容器中接收之同位素且使用此方法來形成電子束入射在其上之一後續目標。
電子束可具有大約14 MeV或更大之能量。
該輻射光束可至少部分電離分子流。該至少部分電離化分子流可隨後穿過一磁場及/或電場，其根據其等質量改變離子之軌跡。
具有對應於一所需同位素的一質量之離子可接收於一第一容器中。
該輻射光束可激發分子流中之一所需同位素。含有該所需同位素之分子可隨後分散遠離分子流中之其他分子。
含有所需同位素之分子可接收於一第一容器中。
本發明之任何給定態樣之特徵可與本發明之其他態樣之特徵組合。
如將對熟習此項技術者易於顯而易見，可將上文或下文所闡述之本發明之各種態樣及特徵與本發明之各種其他態樣及特徵組合。
圖1示意性地描繪根據本發明之實施例之合併富集及放射性同位素生產裝置2。合併裝置2之富集裝置4經組態以產生富集Mo-100。此可自Mo-100、Mo-98以及其他Mo同位素之混合物開始，或可自諸如MoF6
或MoO3
之含有鉬之化合物開始。合併裝置之放射性同位素生產裝置6經組態以將富集Mo-100轉換為Mo-99。Mo-99衰變成Tc-99m，其可與Mo-99分離且用於醫學診斷技術。
合併裝置2包含電子注入器8及電子加速器10。電子加速器10可為線性加速器。電子注入器8及線性加速器10兩者形成富集裝置4之一部分且兩者形成放射性同位素生產裝置6之一部分。
電子注入器8經配置以產生聚束式電子束E且包含電子源(例如藉由脈衝雷射光束或熱離子發射源照亮之光電陰極)。
電子束E中之電子可藉由磁體(未圖示)自電子注入器8轉向至線性加速器10。線性加速器10加速電子束E。在一實例中，線性加速器10可包含：複數個射頻空腔，其軸向地間隔；及一或多個射頻電源，其可操作以在電子聚束在電磁場之間傳遞時沿著共同軸線控制電磁場以使各電子聚束加速。空腔可為超導射頻空腔。有利的是，此使得：以高作用區間循環施加相對較大電磁場；較大射束孔徑，從而引起歸因於尾流場之較少損耗；且允許增加透射至光束(相對於通過空腔壁而耗散)之射頻之分率。替代地，空腔習知地可傳導(亦即，不超導)，且可由(例如)銅形成。可使用其他類型之線性加速器，諸如，雷射尾流場加速器或反向自由電子雷射加速器。作為線性加速器之替代方案，可使用諸如同步加速器或花瓣形加速器(rhodotron)之環型加速器。
線性加速器10可由單個模組構成或可由多個模組構成。儘管線性加速器10描繪為位於沿圖1中之單一軸線，但線性加速器可包含並非全部位於單一軸線上之多個模組。舉例而言，彎曲可一些線性加速器模組與其他線性加速器模組之間呈現。
線性加速器10可(例如)將電子加速至大約14 MeV或更大之能量。線性加速器可將電子加速至大約30 MeV或更大之能量(例如高達大約75 MeV、高達大約90 MeV或高達大約100 MeV)。
放射性同位素生產裝置6進一步包含電子束分光器12。波盪器16定位於線性加速器10與電子束分光器12之間。波盪器對放射性同位素生產裝置6之操作不具有顯著影響但為富集裝置4 (如以下進一步論述)之重要組件。電子束分光器12經配置以沿兩個傳播路徑分裂電子束E：朝向目標14之一側之第一傳播路徑及朝向目標14之相反側之第二傳播路徑。可提供磁體(未圖示)以沿傳播路徑中之每一者使電子束E轉向。如熟習此項技術者將理解，電子束E可稱作為所謂的脈衝串。電子束分光器12經配置以沿第一路徑引導脈衝之一部分且沿第二路徑引導脈衝之一部分。舉例而言，可沿第一路徑發送電子束E中之脈衝之50%，且沿第二路徑發送該等脈衝之50%。然而，將瞭解，可使用(兩個傳播路徑之間的)任何比率之脈衝。
電子束分光器12可使用任何適當構件來實施，且可為(例如)利用磁性或靜電偏轉之偏轉器(例如，投擲器(kicker))。分光可在足夠高的頻率下完成，使得來自電子束E之熱負載實質上均勻分佈在目標14之各側上。在一些實施例中，可在電子束E內跳過脈衝以允許用於在脈衝之間切換之時間。藉助於實例，若在375 MHz下產生脈衝，則可每20毫秒跳過1000個脈衝，從而留下大致3微秒供光束分光器12切換電子束E之傳播路徑。
目標14經組態以接收電子束E之電子及使用電子將源材料轉換為放射性同位素。在此實施例中，目標14可為Mo-100 (Mo-100為Mo之穩定及天然產生同位素)，其經由誘發中子發射的光子被轉換為Mo-99。產生光子之機制為由於電子射中目標14而產生軔制(Bremsstrahlung)輻射(英文：制動輻射(braking radiation))。以此方式產生之光子之能量可(例如)大於100 keV，可大於1 MeV，且可大於10 MeV。光子可描述為極硬的X射線。
此反應具有8.29 MeV之臨限能量，且因此將不在入射於光子目標之光子具有少於8.29 MeV之能量時發生。反應具有橫截面，該橫截面在大約14 MeV處達到最高(反應橫截面指示由具有給定能量之光子誘發之反應的機率)。換言之，反應具有在大約14 MeV處達到峰值之諧振。因此，在一實施例中，具有大約14 MeV或更大之能量之光子可用於將Mo-100光子目標轉換成Mo-99。
藉由制動輻射產生之光子之能量具有上限，該上限藉由電子束E中電子的能量設定。光子將具有能量分佈，但分佈之上限將不會延伸超出電子束中之電子的能量。因此，在用於將Mo-100光子目標轉換成Mo-99之實施例中，電子束將具有至少8.29 MeV之能量。在一實施例中，電子束E可具有大約14 MeV或更大之能量。
當電子束之能量增加時，將產生具有足以引起所需反應之能量之更多光子(以用於相同電子之電流)。舉例而言，如上所述，Mo-99產生具有在大約14 MeV處達到峰值之橫截面。若電子束E具有大約28 MeV之能量，則各電子可產生具有大約14 MeV之能量的兩個光子，藉此增加光子目標至Mo-99之轉換。然而，當電子束之能量增加時，具有較高能量之光子將誘發其他非想要之反應。舉例而言，誘發中子及質子之發射的光子具有18 MeV之臨限能量。由於其不產生Mo-99，但替代地產生非想要之反應產物，此反應為非所需的。
一般而言，電子束之能量(且因此光子之最大能量)之選擇可基於想要之產物(例如，Mo-99)之產率與非想要之產物之產率之間的對比。在一實施例中，電子束可具有大約14 MeV或更大之能量。電子束E可例如具有大約30 MeV或更大(例如，多達大約45 MeV)之能量。此電子束能量之範圍可提供具有大約14 MeV之反應諧振峰值之能量的光子之良好生產率。然而，在其他實施例中，電子束可具有其他能量。舉例而言，電子束可具有60 MeV之能量，因為在此能量下之電子可能夠引起多個反應且藉此增加產率。
圖2a示意性地描繪目標14之實例配置。在圖2a中，目標14包含Mo-100之複數個板32，該等板32由支撐結構31支撐。如上文所描述，當電子束E中之電子入射於板32上時，發射光子。由圖2a中之波浪線γ示意性地描繪自目標14發射之光子。當光子γ入射於Mo-100原子核上時，其可引起光致核反應，經由該光致核反應自原子核射出中子。Mo-100原子藉此轉換為Mo-99原子。在圖2a之配置中，板32可視為電子目標及光子目標兩者。
目標14可在一段時間內接收光子γ，在此期間目標14中之Mo-99之比例增大且目標中之Mo-100之比例減小。目標14隨後自放射性同位素生產裝置6移除以用於處理及運輸至放射性藥物。隨後提取為Mo-99之衰變產物的Tc-99且用於醫學診斷應用中。
圖2b示意性地描繪目標14之替代實例配置。在圖2b中，目標14進一步包含單獨電子目標34。在提供單獨電子目標之情況下，目標板32可視為光子目標。電子目標34可例如由鎢、鉭或將使電子減速且產生光子之一些其他材料形成。然而，電子目標34可由與光子目標(例如Mo-100)相同的材料形成。電子目標藉由支撐結構33a、33b固持。
雖然展示於圖2a及2b中之目標14包含三個板，但目標可包含任何合適數目個板。儘管所描述目標包含Mo-100，但光子目標可包含任何合適的材料。類似地，目標之材料可設置於任何合適形狀及/或組態中。可環繞目標14提供屏蔽件(例如，鉛屏蔽件)。
圖2b之各電子目標34a、34b描繪為材料之單個塊。然而，各電子目標可提供作為複數個板。板可例如具有對應於上文所描述之目標板32之建構的建構。類似地，支撐結構33a、33b可經組態以固持複數個電子目標板。
電子目標34及目標板32可設置有冷卻劑流體流動通過之管道。
可提供目標支撐結構之其他形式。
在圖2a及圖2b中，在目標14之各側接收電子束E。藉由在目標14上更均勻地分佈熱負荷，降低產生的總溫度，藉此降低及簡化冷卻需求(與將電子束E僅導入至目標14之一側上相比)。
在本發明之其他實施例中，不存在電子束分光器12。在此類實施例中，單個電子束可入射於目標14上。
如上文進一步所述，除形成放射性同位素生產裝置6的一部分之外，電子注入器8及線性加速器10形成富集裝置4之一部分。富集裝置4進一步包含波盪器16。電子束E進入波盪器繼之以藉由線性加速器10之加速度。視情況，電子束E可穿過聚束壓縮器(未圖示)，其安置於線性加速器10與波盪器16之間。聚束壓縮器可經組態以空間壓縮電子束E中之現有電子聚束。
波盪器16可包含複數個模組或單個模組。該模組或每一模組包含週期性磁體結構，該週期性磁體結構可操作以產生週期性磁場且經配置以沿著該模組內之週期性路徑來導引由電子注入器8及線性加速器10產生的電子束E。由波盪器16產生之週期性磁場使電子跟隨圍繞中心軸線之振盪路徑。因此，在波盪器16內，電子大體上在波盪器之中心軸線的方向上輻射電磁輻射。輻射的電磁輻射形成輻射光束B (例如紅外輻射)。光束B經引導使得其與Mo之氣流相交，藉此促進Mo富集(如下文進一步描述)。
波盪器16中電子束E之電子所跟隨之路徑可為正弦形及平面狀，其中電子週期性地穿過中心軸線。替代地，路徑可為螺旋的，其中電子圍繞中心軸線旋轉。振盪路徑之類型可影響藉由波盪器16發射之輻射光束B之偏振。
在電子移動穿過波盪器16時，其與輻射之電場相互作用，從而與輻射交換能量。一般而言，除非條件接近於諧振條件，否則在電子與輻射之間交換的能量之量將快速振盪。在諧振條件下，電子與輻射之間的相互作用使電子一起聚束成在波盪器內之輻射之波長下調變的微聚束，且刺激沿著中心軸線之輻射的相干發射。諧振條件可由下式給出：
其中λem
為輻射之波長，λu
為用於電子傳播通過之波盪器模組之波盪器週期，γ
為電子之勞倫茲因數，且K
為波盪器參數。A
取決於波盪器16之幾何形狀：對於產生圓偏振輻射之螺旋波盪器，A
=1；對於平面波盪器，A
=2；且對於產生橢圓偏振輻射(亦即，既非圓偏振，亦非線性偏振)之螺旋波盪器，1＜A
＜2。實際上，各電子聚束將具有能量展度，但可儘可能地最小化此展度(藉由產生具有低發射率之電子束E)。波盪器參數K
通常近似地為1且由下式給出：
其中q
及m
分別為電荷及電子質量、B0
為週期性磁場之振幅，且 C
為光速。
| , | (1) |
| , | (2) |
共振波長λem
等於藉由移動穿過該波盪器模組或各波盪器模組之電子自發地輻射之第一諧波波長。電子注入器8、加速器10以及波盪器16可一起被視為自由電子雷射。
藉由波盪器16產生之輻射光束B可為紅外輻射光束。舉例而言，輻射光束可具有大約10微米(例如在9微米與11微米之間)之波長。大約10微米之波長特別適合於鉬之富集。
在一實施例中，自波盪器16輸送至加速器10之電子束可具有大約60 MeV之能量。波盪器16可具有大約140 mm之磁週期。大約4.5公尺之波盪器長度可足以提供藉由波盪器發射之輻射光束B之飽和。75 pC聚束電荷及10 fs聚束長度之各電子脈衝將產生大約100 µJ之紅外輻射。聚束頻率為375 MHz。利用此組電子束及波盪器參數，可產生超過35 kW之紅外輻射光束B之功率。在另一實例中，聚束頻率可為大約1.3 GHz。大體而言，電子束E之參數可為任何合適的參數，且可經選定以提供具有所需功率之輻射光束B。
使用波盪器30產生紅外輻射光束B僅帶走小部分電子束E之能量。因此，電子束E仍具有在暴露單元14中將Mo-99 (或含有Mo之化合物)轉換為Mo-100之大量能量。
光束控制反射鏡42將紅外光束B導向鉬(或含有鉬之化合物)之氣流。儘管描繪單個光束控制反射鏡42，但實際上可提供兩個或多於兩個光束控制反射鏡以允許以額外靈活性調整輻射光束之位置。由於圖1之示意性性質，看起來紅外光束B與電子束E相交。然而，紅外輻射光束B可容易地經引導因此其圍繞電子束E (位於電子束上方或下方)傳播。
富集裝置4包含鉬流量產生器44、磁體45、第一容器58以及第二容器60。鉬流量產生器44、磁體45以及容器58、60可設置於外殼62內，該外殼62經密封使得其與外部環境隔離。窗52可設置於外殼62中以使得紅外光束B進入外殼。
鉬流量產生器44可包含容器54，該容器54含有MoO3
或MoF6
或含有分子之一些其他氣態鉬。可使用含有分子之其他氣態鉬，儘管此等可需要加熱至較高溫度(例如超過200℃)以形成氣體(MoF6
僅在34℃處沸騰)。容器54包括在一末端處之開口。開口包含噴嘴56，該噴嘴56經組態以產生含有分子之氣態鉬之流46。紅外光束B與含有分子之氣態鉬流相交，且至少部分電離該流。在一實施例中，氧原子可自MoO3
剝離以形成MoO2
。在另一實施例中，氟原子可自MoF6
剝離以形成MoF5
。至少部分電離的分子流穿過藉由磁體45產生之磁場48。另外或可替代地，可用施加至電極之差分電壓來產生電場。彼此正交的電場及磁場可提供分子之最有效分離。
離子流46穿過藉由磁體45產生之磁場之路徑取決於離子之質量及電荷。因此，具有較高質量離子之分子(例如含有Mo-100之分子)在不同位置處將會脫離磁場且與較低質量離子(例如含有Mo-92至Mo-98之分子)相比具有不同的軌跡。
較高質量離子(含有Mo-100之分子)形成第一離子流47a。此第一離子流47a進入第一容器58且保留在第一容器內。大體而言，具有對應於所需同位素的質量之離子。第一容器58可例如含有氣態分子冷凝或固化至其上之冷卻板。可替代地，第一容器可包含將氣態分子泵送至容器之泵。
第二離子流47b具有不同的軌跡且進入第二容器60。由較低質量離子組成之第二離子流保留在第二容器60中。大體而言，由第二容器60接收具有不對應於所需同位素的質量之離子。第二容器60可例如含有氣態分子冷凝或固化至其上之冷卻板。 可替代地，第二容器可包含將氣態分子泵送至容器之泵。
以此方式，富集裝置4將含有Mo-100之分子與含有Mo-92至Mo-98之分子分離。換言之，實現增加Mo-100之百分比之鉬之富集。富集Mo形成目標32之部分，其在本文中別處描述。
如將自等式(1)及(2)可理解，自波盪器16輸出之輻射光束B之波長可經波盪器磁場之週期或電子之勞侖茲因數(係藉由電子之能量來測定)之適當選擇來選擇。如本文別處所述，存在大範圍數十MeV，在其範圍內電子可入射於Mo-100上且仍為Mo-99提供合理高效轉換。因此，若MO
之富集需要紅外輻射光束B之特定波長，則可調整電子束E之能量直至波盪器16產生具有該波長之輻射光束。調整電子束E之能量顯著地比調整波盪器之週期性更容易。電子束E之能量可藉由調整輸送至加速器10之功率來調整。調整可由控制器(未描繪)控制。控制器可接收指示該輻射光束之波長之反饋，且可使用反饋迴路來操作以將輻射光束之波長保持在所需波長處。
圖3示意性地描繪替代富集裝置。在替代富集配置中，包含容器54及噴嘴56之鉬流產生器44用以提供含有分子之氣態鉬(例如MoO3
或MoF6
)之流70。大體而言，產生器44經組態以產生分子流，且可被稱為分子流產生器。輻射光束B與流70相交。輻射光束之波長經選擇使得其激發鉬之特定同位素(例如Mo-100)。即，輻射光束B之波長對應於該同位素而非其他同位素之原子躍遷，且因此優先被該同位素吸收。優先吸收輻射光束B之同位素(例如Mo-100)被激發且因此振動更多。此導致含有該同位素之分子偏離含有分子之鉬流之中心軸線。因此，流70包含以與輻射光束B上游相同速率發散之第一部分70a及以比輻射光束上游更大速率發散之第二部分70b。
第一容器72經配置以接收分子流之第二部分70b。第一容器72可包含環形開口。第一容器72通常可為環形。中心容器74經配置以接收分子流之第一部分70a。中心容器74可被稱為第二容器。以此方式，諸如Mo-100之同位素可與諸如MO-92至MO-98之其他同位素分離。
第一容器72可例如含有冷卻板，含有所需同位素之分子冷凝或固化至該冷卻板上。可替代地，第一容器72可包含將含有所需同位素之分子泵送至容器之泵。第二容器74可例如含有其他分子冷凝或固化至其上之冷卻板。可替代地，第二容器74可包含將其他分子泵送至容器之泵。
圖3中描繪之富集裝置使用具有控制良好之波長之輻射光束B。即，波長經足夠精確控制以確保其主要激發優先於其他鉬同位素之一種鉬同位素。電子注入器8、加速器10以及波盪器16 (其共同可包含自由電子雷射)提供良好穩定性及可調性，且因此能夠提供具有經良好控制之所需波長之輻射光束B。如上文所提及，輻射光束B之波長可藉由調整輸送至加速器10之功率來控制。
Mo-100之電子軌道與接近原子核之Mo-92至Mo-98之電子軌道差別最大。此等電子軌道之能量對應於相較紅外輻射更短之波長。出於此原因，輻射光束B可具有與紅外輻射(例如紫外線輻射)相比更短之波長。紫外線輻射光束可例如藉由對紅外光束施加諸如倍頻之非線性效應(例如使用一或多個倍頻晶體)來產生。
在圖1中所描繪之實施例中，電子束分光器12用以分離電子束E。除分離電子束之外，電子束分光器12亦將電子束E與紅外輻射光束B分離。在替代性配置(未描繪)中，磁體可用以使電子束E之路徑彎曲，使得電子束遠離紅外輻射光束B彎曲。以此方式，電子束E及紅外輻射光束B可分離。
儘管以上描述係指鉬之富集，但本發明之實施例亦可用於例如鈾之其他材料之富集。
在一實施例中，電子注入器8、加速器10以及波盪器16可經組態以提供具有10 mA或更大電流之電子束E。電流可例如高達100 mA或更大。具有高電流(例如，10 mA或更大)之電子束E為有利的，此係由於其增加藉由放射性同位素生產裝置6產生之放射性同位素之比活性。
如上文進一步所解釋，Mo-100可使用藉由電子束射中電子目標產生之極硬X射線光子轉換為Mo-99 (所需放射性同位素)。Mo-99之半衰期為66小時。由於此半衰期，存在對Mo-99之比活性之限制，該比活性可在開始於Mo-100時提供，限制由產生Mo-99之速率判定。若Mo-99以相對較低的速率產生(例如，使用大約1-3mA之電子束電流)，則其可不可能在目標中提供多於Mo-99之大約40 Ci/g的比活性。此係由於儘管照射時間可增加以引起更多Mo-99原子之產生，但該等原子之顯著比例將在照射時間期間衰變。在歐洲用於醫療應用之Mo-99之比活性的臨限值應為100 Ci/g，且因此具有40 Ci/g或更小之比活性之Mo-99不適用。
當使用較高電子束電流時，產生Mo-99原子之速率相應地增加(假設接收光子之Mo-99之容量保持相同)。因此，舉例而言，對於Mo-99之給定容量，10 mA之電子束電流將以由1mA之電子束電流提供之產生10倍的速率產生Mo-99。由本發明之實施例使用之電子束電流可為充分高的，以達成超過100 Ci/g之Mo-99之比活性。舉例而言，本發明之實施例可提供具有大約30 mA之光束電流的電子束。模擬指示對於大約30 mA之光束電流，若電子束具有大約35 MeV之能量且Mo-100目標之容量為大約5000mm3
，則可獲得超過100 Ci/g之Mo-99之比活性。Mo-100目標可例如包含具有大約25mm之直徑及大約0.5mm之厚度的20個板。可使用其他數目之可具有非圓形形狀且可具有其他厚度之板。
可使用以下條項進一步描述實施例：
1. 一種合併富集及放射性同位素生產裝置，其包含：
電子源，其經配置以提供電子束，電子源包含電子注入器及電子加速器；
波盪器，其經組態以使用電子束產生輻射光束；
分子流產生器，其經組態以提供藉由輻射光束相交之分子流；
容器，其經組態以接收自分子流選擇性地接收之分子或離子；以及
目標支撐結構，其經組態以在使用時固持該電子束入射於其上之目標。
2. 如條項1之裝置，其中輻射光束經組態以至少部分電離分子流。
3. 如條項2之裝置，其中裝置進一步包含經組態以產生磁場之磁體，該磁場藉由至少部分電離化分子流橫越。
4. 如條項2或條項3之裝置，其中裝置進一步包含經組態以產生電場之電極，該電場藉由至少部分電離化分子流橫越。
5. 如條項3或條項4之裝置，其中容器為兩個或多於兩個容器中之第一容器，該第一容器經組態以接收具有對應於所需同位素的質量之離子，且該第二容器經組態以接收其他離子。
6. 如條項5之裝置，其中第一容器包括離子冷凝或固化至其上之冷卻板或將離子泵送至容器之泵。
7. 如條項2至6中任一項之裝置，其中輻射光束為紅外輻射光束。
8. 如條項1之裝置，其中輻射光束經組態以激發分子流中之所需同位素。
9. 如條項8之裝置，其中容器為兩個或多於兩個容器中之第一容器，該第一容器經組態以接收包括激發的所需同位素之分子，且第二容器經組態以接收其他分子。
10. 如條項9之裝置，其中第一容器包含經組態以接收包括激發的所需同位素之分子之環形開口。
11. 如條項9或條項10之裝置，其中第一容器包括分子冷凝或固化其上之冷卻板或將分子泵送至容器之泵，該等分子包括所需同位素。
12. 如條項8至11中任一項之裝置，其中輻射光束為紫外線輻射光束。
13. 如前述任一條項之裝置，其中裝置進一步包含控制器，該控制器經組態以藉由調整輸送至加速器之功率來控制輻射光束之波長。
14. 一種合併富集及放射性同位素生產之方法，其包含：
使用電子注入器及加速器以提供電子束；
使用波盪器以使用電子束產生輻射光束；
提供藉由輻射光束相交之分子流；
在容器中自包含所需同位素之分子流選擇性地接收分子或離子；以及
將電子束導入至包含所需同位素之目標上以產生放射性同位素。
15. 如條項14之方法，其中方法進一步包含提取在容器中接收之同位素且使用此方法來形成電子束入射在其上之後續目標。
16. 如條項14或條項15之方法，其中電子束具有大約14 MeV或更大之能量。
17. 如條項14至16中任一項之方法，其中輻射光束至少部分電離分子流，且其中至少部分電離化分子流隨後穿過磁場及/或電場，其根據其等質量改變離子之軌跡。
18. 如條項17之方法，其中具有對應於所需同位素的質量之離子接收於第一容器中。
19. 如條項14至16中任一項之方法，其中輻射光束激發分子流中之所需同位素，且其中含有所需同位素之分子隨後發散遠離分子流中之其他分子。
20. 如條項19之方法，其中含有所需同位素之分子接收於第一容器中。
如上文進一步所述，本發明之實施例之電子注入器可為藉由經脈衝雷射光束照射之光電陰極。雷射可(例如)包含Nd:YAG雷射連同相關聯光學放大器。雷射可經組態以產生皮秒雷射脈衝。電子束之電流可藉由調整經脈衝雷射光束之功率而調整。舉例而言，增加經脈衝雷射光束之功率將增加自光電陰極發射之電子的數目且因此增加電子束電流。
藉由根據本發明之實施例之放射性同位素生產裝置6使用的電子束E可例如具有1mm之直徑及1mrad之發散度。增加電子束E中之電流將往往會使電子歸因於空間電荷效應而分散出，且因此可增加電子束之直徑。增加電子束之電流可因此降低電子束之亮度。然而，放射性同位素生產裝置6不需要具有例如1mm之直徑之電子束E且可利用具有更大直徑之電子束。因此，增加電子束之電流可不將光束之亮度降低至明顯不利地影響放射性同位素生產的此範圍。實際上，提供具有大於1mm之直徑的電子束可為有利的，此係因為其擴散由電子束輸送之熱負荷。然而，將瞭解，亦可使用其他注入器類型。
儘管本發明之實施例已結合放射性同位素Mo-99之產生描述，但本發明之實施例可用於產生其他放射性同位素。一般而言，本發明之實施例可用於產生可經由極硬X射線之方向形成至源材料上之任何放射性同位素。
本發明之優勢為其在不需要使用高通量核反應器的情況下提供放射性同位素之生產。另一優勢為其不需要使用高度富集之鈾(經受非增殖法則之危險材料)。
儘管本發明之實施例已描述為使用Mo-100以產生衰變成Tc-99之Mo-99放射性同位素，但其他醫療適用之放射性同位素可使用本發明之實施例產生。舉例而言，本發明之實施例可用於產生衰變成Ga-68之Ge-68。本發明之實施例可用於產生衰變成Re-188之W-188。本發明之實施例可用於產生衰變成Bi-213、Sc-47、Cu-64、Pd-103、Rh-103m、In-111、I-123、Sm-153、Er-169及Re-186之Ac-225。
本發明之實施例已經描述於輸出紅外輻射光束之自由電子雷射FEL之上下文中。然而，自由電子雷射FEL可經組態以輸出具有任何波長之輻射。本發明之一些實施例可因此包含輸出不為紅外輻射光束之輻射光束之自由電子雷射。
不同實施例可彼此組合。實施例之特徵可與其他實施例之特徵組合。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
2:放射性同位素生產裝置
4:富集裝置
6:放射性同位素生產裝置
8:電子注入器
10:電子加速器
12:電子束分光器
14:目標
16:波盪器
31:支撐結構
32:板
33a:支撐結構
33b:支撐結構
34a:電子目標
34b:電子目標
40:電子束分光器
42:光束控制反射鏡
44:鉬流量產生器
45:磁體
46:流
47a:第一離子流
47b:第二離子流
48:磁場
52:窗
54:容器
56:噴嘴
58:第一容器
60:第二容器
62:外殼
70:流
70a:第一部分
70b:第二部分
72:第一容器
74:中心容器
B:輻射光束
E:電子束
γ:光子
現將參看隨附示意性圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在隨附示意性圖式中：
圖1為根據本發明之實施例之合併富集及放射性同位素生產裝置之示意性說明；
圖2a為圖1之放射性同位素生產裝置之目標之示意性說明；
圖2b為圖1之放射性同位素生產裝置之替代目標之示意性說明；以及
圖3為根據本發明之替代實施例之可形成合併富集及放射性同位素生產裝置之部分之替代富集裝置之示意性說明。
2:放射性同位素生產裝置
4:富集裝置
6:放射性同位素生產裝置
8:電子注入器
10:電子加速器
12:電子束分光器
14:目標
16:波盪器
42:光束控制反射鏡
44:鉬流量產生器
45:磁體
46:流
47a:第一離子流
47b:第二離子流
48:磁場
52:窗
54:容器
56:噴嘴
58:第一容器
60:第二容器
62:外殼
B:輻射光束
E:電子束
Claims (15)
- 一種合併富集及放射性同位素生產裝置，其包含： 一電子源，其經配置以提供一電子束，該電子源包含一電子注入器及一加速器； 一波盪器，其經組態以使用該電子束產生一輻射光束； 一分子流產生器，其經組態以提供藉由該輻射光束相交之一分子流； 一容器，其經組態以接收自該分子流選擇性地接收之分子或離子；以及 一目標支撐結構，其經組態以在使用時固持該電子束入射於其上之一目標。
- 如請求項1之裝置，其中該輻射光束經組態以至少部分電離該分子流。
- 如請求項2之裝置，其中該裝置進一步包含經組態以產生一磁場之磁體，該磁場藉由至少部分電離化分子流橫越。
- 如請求項2或請求項3之裝置，其中該裝置進一步包含經組態以產生一電場之電極，該電場藉由該至少部分電離化分子流橫越。
- 如請求項3之裝置，其中該容器為兩個或多於兩個容器中之第一容器，該第一容器經組態以接收具有對應於一所需同位素的一質量之離子，且第二容器經組態以接收其他離子。
- 如請求項5之裝置，其中該第一容器包括該等離子冷凝或固化至其上之一冷卻板或將該等離子泵送至一容器之一泵。
- 如請求項2或請求項3之裝置，其中該輻射光束為一紅外輻射光束。
- 如請求項1之裝置，其中該輻射光束經組態以激發該分子流中之一所需同位素。
- 如請求項8之裝置，其中該容器為兩個或多於兩個容器中之該第一容器，該第一容器經組態以接收包括該激發的所需同位素之分子，且該第二容器經組態以接收其他分子。
- 如請求項9之裝置，其中該第一容器包含經組態以接收包括該激發的所需同位素之分子之一環形開口。
- 如請求項8至10中任一項之裝置，其中該輻射光束為一紫外線輻射光束。
- 一種合併富集及放射性同位素生產之方法，其包含： 使用一電子注入器及一加速器以提供一電子束； 使用一波盪器以使用該電子束產生一輻射光束； 提供藉由該輻射光束相交之分子流； 在一容器中自包含一所需同位素之該分子流選擇性地接收分子或離子；以及 將該電子束導入至包含一所需同位素之一目標上以產生一放射性同位素。
- 如請求項12之方法，其中該方法進一步包含提取該容器中接收之該同位素且使用此方法來形成該電子束入射在其上之一後續目標。
- 如請求項12至13中任一項之方法，其中該輻射光束至少部分電離該分子流，且其中該至少部分電離化分子流隨後穿過一磁場及/或電場，其根據其質量改變該等離子之軌跡。
- 如請求項12至13中任一項之方法，其中該輻射光束激發該分子流中之一所需同位素，且其中含有該所需同位素之該等分子隨後發散遠離該分子流中之其他分子。
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