WO2018142459A1 - ターゲット装置 - Google Patents

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WO2018142459A1
WO2018142459A1 PCT/JP2017/003396 JP2017003396W WO2018142459A1 WO 2018142459 A1 WO2018142459 A1 WO 2018142459A1 JP 2017003396 W JP2017003396 W JP 2017003396W WO 2018142459 A1 WO2018142459 A1 WO 2018142459A1
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target
unit
charged particle
particle beam
cooling
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PCT/JP2017/003396
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French (fr)
Inventor
森　雅史
雄司 菊地
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/08—Holders for targets or for other objects to be irradiated
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H6/00—Targets for producing nuclear reactions

Definitions

  • the present invention relates to a target device.
  • a target device As a conventional target device, a plurality of targets are supported by an annular support unit, and a charged particle beam is irradiated by irradiating one of the plurality of targets with a charged particle beam and rotating the support unit.
  • a charged particle beam is irradiated by irradiating one of the plurality of targets with a charged particle beam and rotating the support unit.
  • Patent Document 1 There are known devices that switch the target (for example, see Patent Document 1).
  • the target is placed in a casing in which water is accommodated to cool the target by immersing it in water.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a target device that can improve the irradiation efficiency of a charged particle beam to a target.
  • a target device cools a target, a plurality of targets, an irradiation unit that irradiates the target with a charged particle beam, a switching unit that switches a target irradiated with the charged particle beam from the irradiation unit, and the target. And a cooling unit, and the cooling unit is disposed at a position different from the extension axis of the charged particle beam from the irradiation unit.
  • the thermal load on the target can be dispersed.
  • the efficiency of heat processing can also be raised because a cooling part cools a target.
  • the cooling unit is disposed at a position different from the extension axis of the charged particle beam from the irradiation unit. Therefore, as described above, the heat treatment efficiency is high and the charged particle beam energy can be prevented from being attenuated by the charged particle beam passing through the cooling unit. Thus, the irradiation efficiency of the charged particle beam to the target can be improved.
  • the cooling unit is arranged so as to be shifted with respect to the target in a direction crossing the drawing axis of the charged particle beam. According to such a configuration, the cooling unit can be arranged at a position different from the extension axis of the charged particle beam with a simple configuration without making the entire apparatus complicated.
  • the switching unit may include a support unit that supports each of the plurality of targets on the outer peripheral side, and a rotating shaft unit that rotatably supports the support unit. According to such a configuration, the target can be switched with a simple configuration in which the support portion is rotated by the rotation shaft portion.
  • the cooling section extends in the axial direction in the rotating shaft section, and the second flow that extends in the radial direction from the rotating shaft section to the inside of the supporting section through the cooling medium.
  • the cooling unit disposed at a position different from the extension axis of the charged particle beam can be configured in a compact and easy manner by providing the flow path in the rotating shaft unit and the support unit. Can do.
  • the production efficiency of radioisotopes can be improved.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV shown in FIG. 3.
  • the target device 100 is a device for generating a neutron beam B2 by irradiating the target 10 with a charged particle beam B1.
  • the generated neutron beam B2 is used, for example, for the production of a radioisotope used as a medicine for diagnostic imaging by radiation.
  • the radioisotope produced include 99 Mo / 99 mTc, 90 Y, 67 Cu, and 64 Cu.
  • carbon, beryllium, tantalum, or the like is employed as the material of the target 10.
  • the target device 100 includes a plurality of targets 10, an irradiation unit 2, a switching unit 3, and a cooling unit 4.
  • a direction in which the central axis CL of the rotation of the target 10 extends is referred to as an “axial direction”
  • a direction around the central axis CL is referred to as a “circumferential direction”
  • a direction orthogonal to the central axis CL is referred to as “radial direction”.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1.
  • FIG. 2 has a part schematically shown. For example, the ratio of the size of the irradiation unit 2 and other components in FIG. 2 is different from the actual one.
  • the target 10 is mounted on the outer peripheral surface of an annular mounting member 18 (detailed configuration will be described later) of the switching unit 3.
  • the plurality of targets 10 are arranged in an annular shape as a whole by being arranged in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the mounting member 18. That is, each target 10 has a shape in which an annular target is equally divided into a plurality in the circumferential direction.
  • the number of targets 10 (number of divisions) is not particularly limited. Further, the shape of the target 10 may not be uniform.
  • the target 10 includes an irradiated portion 11 that spreads in a direction perpendicular to the axial direction, and a flange portion 12 that is attached to the attachment member 18 of the switching portion 3.
  • the outer peripheral edge portion of the irradiated portion 11 When viewed from the axial direction (the state shown in FIG. 1), the outer peripheral edge portion of the irradiated portion 11 is curved in an arc shape, and both end portions in the circumferential direction extend straight in the radial direction.
  • the central angle of the arc at the outer peripheral edge varies depending on the number of target divisions.
  • the irradiation unit 2 irradiates the target 10 with the charged particle beam B1.
  • the irradiation unit 2 includes an accelerator 13 that accelerates charged particles and emits a charged particle beam B1, and a transport path 14 that transports the charged particle beam B1 emitted from the accelerator 13.
  • the tip of the transport path 14 is connected to the vacuum container 15.
  • the vacuum container 15 is a container that houses a part of the switching unit 3 and the target 10.
  • An entrance window is formed at the connecting portion between the vacuum vessel 15 and the transport path 14 so as to transmit the charged particle beam B1.
  • the charged particle beam B ⁇ b> 1 transported from the transport path 14 is irradiated to the irradiated portion 11 of one target 10 among the plurality of targets 10.
  • the position where the charged particle beam B1 is irradiated is referred to as an irradiation position S. Since the position where the irradiation unit 2 is provided is fixed, the irradiation position S is set to a fixed position with respect to the plurality of rotating targets 10. The irradiation position S is set on the stretching axis L1 of the charged particle beam B1 from the irradiation unit 2.
  • the stretching axis L1 is an irradiation axis of a charged particle beam when the target 10 is irradiated.
  • an accelerator such as a cyclotron, a synchrotron, a synchrocyclotron, or a linac may be used.
  • a proton beam, a deuteron beam, etc. are employ
  • the switching unit 3 switches the target 10 to which the charged particle beam B1 from the irradiation unit 2 is irradiated.
  • the switching unit 3 is disposed at the irradiation position S whose position is fixed by rotating the plurality of targets 10 around the central axis CL (on the extension axis L1 of the charged particle beam B1). Switch target 10).
  • the switching unit 3 includes a support unit 16 that supports the plurality of targets 10 on the outer peripheral side, a rotary shaft unit 17 that rotatably supports the support unit, and a drive unit that rotates the support unit 16 via the rotary shaft unit 17. 20.
  • the support portion 16 is held on the one end 17 a side of the rotating shaft portion 17. In the following description, the one end 17a side of the rotating shaft portion 17 will be described as “front” and the other end 17b side will be described as “rear”.
  • the support portion 16 extends in the radial direction from the central portion 19 to the rotary shaft portion 17, and an annular mounting member 18 to which the target 10 is attached, a central portion 19 connected to the rotary shaft portion 17 on the center side.
  • the center of the attachment member 18 and the center part 19 is set on the center axis line CL.
  • Aluminum or the like is adopted as the material of the support portion 16. Other materials may be adopted as long as they have sufficient strength and are not easily activated by neutrons.
  • the mounting member 18 has a rectangular cross-sectional shape (see FIG. 2), and has a predetermined thickness in the axial direction. In the present embodiment, the thickness of the mounting member 18 in the axial direction is set to the same thickness as the flange portion 12 of the target 10.
  • the outer peripheral surface 18 a of the attachment member 18 functions as an attachment surface for fixing the target 10.
  • the inner peripheral surface of the flange portion 12 of the target 10 is in contact with the outer peripheral surface 18a.
  • the target 10 is fixed to the mounting member 18 by inserting the bolt 40 from the outer peripheral side of the flange portion 12 toward the inner peripheral side (see FIG. 3).
  • a protrusion 41 for positioning the target 10 is formed on the outer peripheral surface 18 a of the mounting member 18.
  • the protrusion 41 is formed at a position corresponding to the center position in the circumferential direction of the target 10.
  • the central portion 19 has a through hole 23 for inserting the rotating shaft portion 17.
  • the through hole 23 is formed in a cylindrical shape around the central axis CL.
  • An annular projecting portion 22 projects from the front surface 19 a of the central portion 19.
  • the inner diameter of the protrusion 22 is larger than the diameter of the through hole 23.
  • a disc-shaped sealing member 24 that seals the opening on the front side of the protrusion 22 is formed at the front end of the protrusion 22.
  • the sealing member 24 is disposed at a position separated from the front surface 19a.
  • an internal space 26 surrounded by the sealing member 24, the protruding portion 22, and the front surface 19a is formed.
  • the internal space 26 functions as a part of a flow path of the cooling unit 4 described later.
  • the rotating shaft portion 17 includes a cylindrical first shaft portion 31 extending in the axial direction around the central axis CL, and a cylindrical second shaft portion 32 disposed on the outer peripheral side of the first shaft portion 31. And.
  • the first shaft portion 31 and the second shaft portion 32 extend in the axial direction with substantially the same length.
  • the first shaft portion 31 has an internal space 33.
  • the internal space 33 functions as a part of a flow path of the cooling unit 4 described later.
  • the second shaft portion 32 has a cylindrical peripheral wall portion 32a extending in the axial direction.
  • the peripheral wall portion 32 a is separated from the outer peripheral surface 31 a of the first shaft portion 31 by a predetermined distance so as to form an internal space 34.
  • the second shaft portion 32 includes an end wall 32b that seals the internal space 34 on the front end side, and an end wall 32c that seals the inner space 34 on the rear end side.
  • the internal space 34 functions as a part of a flow path of the cooling unit 4 described later.
  • the rotary shaft portion 17 is provided with a watertight joint 42 at an intermediate position in the axial direction.
  • a portion on the front side of the watertight joint 42 is configured to be rotatable, and a portion on the rear side of the watertight joint 42 is fixed so as not to rotate.
  • a portion of the rotary shaft portion 17 that is configured to be rotatable is supported by the bearing portion 43.
  • the bearing portion 43 may be composed of a magnetic fluid bearing in order to maintain a vacuum in the vacuum vessel 15.
  • the driving unit 20 includes a motor 44 that generates a driving force of the rotating shaft unit 17, a belt 46 that transmits the driving force of the motor 44 to the rotating shaft unit 17, and an attachment unit 47 that attaches the belt 46 to the rotating shaft unit 17. It has. With such a configuration, the driving force generated by the motor 44 is transmitted to the mounting portion 47 via the belt 46, and the rotating shaft portion 17 rotates by the driving force.
  • the structure of the drive part 20 is not specifically limited, As long as the rotating shaft part 17 can be rotated, a structure is not specifically limited. For example, the driving force of the motor 44 may be transmitted to the rotating shaft portion 17 using a gear or the like.
  • the cooling unit 4 cools the target 10 by circulating the cooling medium W.
  • the cooling unit 4 is disposed at a position different from that on the stretching axis L1 of the charged particle beam B1 from the irradiation unit 2. “A position different from that on the stretching axis L1” indicates a state in which no part of the cooling unit 4 is in contact with the stretching axis L1.
  • the cooling unit 4 is on the stretching axis L1 regardless of the posture of the apparatus, even when the components in the apparatus move (rotation in the present embodiment) in accordance with the switching of the target 10 of the switching unit 3. Is not placed.
  • the cooling unit 4 is arranged so as to be shifted with respect to the target 10 in a direction intersecting with the extending axis L1 of the charged particle beam B1.
  • the cooling unit 4 is arranged at a position closer to the inner circumference than the stretching axis L1, that is, a position closer to the central axis CL.
  • the cooling unit 4 is configured by a flow path through which the cooling medium W is circulated.
  • the cooling medium W cold water or the like is employed.
  • the cooling unit 4 mainly includes a first flow path 51, a second flow path 52, and a third flow path 53.
  • Each of the flow paths 51, 52, and 53 is a supply flow path through which a cooling medium (indicated by a solid arrow in the figure and sometimes indicated as W 1) before cooling the target 10 is passed.
  • a return flow path through which the cooling medium after cooling (indicated by a broken-line arrow in the drawing and may be indicated as W2) is passed.
  • the first flow path 51 is a flow path extending in the axial direction in the rotary shaft portion 17.
  • the first flow path 51 includes a first supply flow path 51A and a first return flow path 51B.
  • the first supply channel 51 ⁇ / b> A is configured by the internal space 33 of the first shaft portion 31 of the rotating shaft portion 17.
  • the first return channel 51 ⁇ / b> B is configured by the internal space 34 of the second shaft portion 32 of the rotary shaft portion 17.
  • the second flow path 52 is a flow path that extends in the radial direction from the rotating shaft portion 17 in the support portion 16.
  • the second flow path 52 includes a second supply flow path 52A and a second return flow path 52B.
  • the second supply channel 52 ⁇ / b> A is configured by an internal space 26 constituted by the sealing member 24 and a pipe 61 formed inside the spoke part 21 of the support part 16.
  • the second return flow path 52 ⁇ / b> B is configured by a pipe 62 formed inside the spoke part 21 of the support part 16. 2 shows a state where the region above the center axis CL in FIG. 2 is cut at a position where the pipe 62 is formed, and a region below the paper surface shows a state where the tube 61 is cut at a position where the pipe 61 is formed.
  • the third flow path 53 is a flow path arranged on the outer peripheral side in the support portion 16.
  • the third flow path 53 functions as a flow path for cooling the target 10.
  • the third flow path 53 is configured by a pipe 63 formed in the mounting member 18 of the support portion 16.
  • the internal space 33 of the first shaft portion 31 of the rotary shaft portion 17 constituting the first supply flow channel 51A is a flow channel that extends straight along the axial direction.
  • a supply pipe 56 for the cooling medium W ⁇ b> 1 is connected to the opening on the rear end side of the internal space 33.
  • the internal space 33 communicates with the internal space 56 a of the supply pipe 56. Therefore, the internal space 33 circulates the cooling medium W ⁇ b> 1 supplied to the opening on the rear end side from the supply pipe 56 in the axial direction toward the front.
  • the internal space 33 supplies the cooling medium W1 to the internal space 26 from the opening on the front end side.
  • the internal space 26 of the sealing member 24 constituting the second supply flow path 52A is a flow path that extends in all directions toward the radial direction.
  • the internal space 26 spreads the cooling medium W1 supplied from the opening of the internal space 33 at the center position in all directions in the radial direction.
  • the internal space 26 communicates with a pipe 61 that constitutes the second supply flow path 52A at positions corresponding to the plurality of spoke portions 21.
  • the pipe 61 distributes the cooling medium W1 supplied from the internal space 26 to the outer peripheral side.
  • the piping 61 is formed in each of the plural (eight in this case) spoke portions 21, the cooling medium W1 is branched from the internal space 26 in a plurality of directions (eight directions).
  • the pipe 61 is connected to a pipe 63 constituting the third flow path 53 on the outer peripheral side. Therefore, the cooling medium W ⁇ b> 1 is supplied from the pipe 61 to the pipe 63.
  • the pipe 63 constituting the third flow path 53 is a flow path extending in the circumferential direction toward the first direction D ⁇ b> 1 while meandering in the attachment member 18.
  • 4 is a cross-sectional view taken along a curve L2 in FIG.
  • the pipe 63 includes a first portion 63a extending from the second supply channel 52A (pipe 61), which is an inlet, to the front side in the axial direction, and a circumferential direction from the front end portion of the first portion 63a.
  • a second portion 63b extending in the first direction D1, a third portion 63c extending from the end of the second portion 63b on the first direction D1 side to the rear side in the axial direction, and a third portion 63c.
  • a fourth portion 63d extending from the rear end portion toward the first direction D1 in the circumferential direction, and is configured by repeating the pattern of these portions 63a, 63b, 63c, and 63d.
  • the rear end portion of the third portion 63c is connected to the second return channel 52B (pipe 62) serving as an outlet.
  • the piping 62 constituting the second return channel 52B allows the cooling medium W2 to flow toward the inner peripheral side in the radial direction (see FIG. 2).
  • the pipes 62 are respectively formed on a plurality (eight in this case) of the spoke portions 21.
  • the cooling medium W1 flowing through the pipe 61 of the one spoke portion 21A flows through the pipe 63 in the mounting member 18 toward the first direction D1 in the circumferential direction.
  • the cooling medium W2 that has flowed through the pipe 63 and cooled the target 10 flows to the inner peripheral side of the pipe 62 of the spoke part 21B adjacent to the one spoke part 21A in the first direction D1.
  • the spoke portion 21B is provided with a supply-side pipe 61 that is arranged in parallel with the pipe 62 on the first direction D1 side.
  • the cooling medium W1 flowing through the pipe 61 flows through the pipe 62 on the return side of the adjacent spoke portion 21C via the pipe 63.
  • the cooling medium W flows over substantially the entire circumference of the mounting member 18. That is, the cooling unit 4 can cool the target 10 over the entire circumference.
  • the spoke part 21 in which the pipes 61 and 62 are not provided may exist by lengthening the pipe 63 in the circumferential direction.
  • the cooling medium W2 flowing through the pipe 62 constituting the second return flow path 52B has an internal space of the second shaft portion 32 constituting the first return flow path 51B on the inner peripheral side. 34.
  • the internal space 34 constituting the first return channel 51B is a channel that extends straight along the axial direction.
  • a return pipe 57 for the cooling medium W2 is connected to the rear end side of the internal space 34.
  • the internal space 34 communicates with the internal space 57 a of the return pipe 57. Therefore, the internal space 34 discharges the cooling medium W ⁇ b> 2 that has passed through each flow path from the return pipe 57.
  • the thermal load on the target 10 can be dispersed.
  • the cooling unit 4 cools the target 10 so that the efficiency of the heat treatment can be increased.
  • the cooling unit 4 is arranged at a position different from the extension axis L1 of the charged particle beam B1 from the irradiation unit 2.
  • the heat treatment efficiency is high, and the energy of the charged particle beam B1 can be prevented from being attenuated when the charged particle beam B1 passes through the cooling unit 4.
  • the irradiation efficiency of the charged particle beam B1 to the target 10 can be improved.
  • the cooling unit 4 is arranged so as to be shifted with respect to the target 10 in a direction intersecting the stretching axis L1 of the charged particle beam B1.
  • the cooling unit 4 can be arranged at a position different from that on the stretching axis L1 of the charged particle beam B1 with a simple configuration without making the entire apparatus complicated.
  • a cooling part exists in the position which overlaps with the target 10 in the direction which cross
  • the switching unit 3 includes a support unit 16 that supports the plurality of targets 10 on the outer peripheral side, and a rotary shaft unit 17 that rotatably supports the support unit 16. .
  • the target 10 can be switched with a simple configuration in which the support portion 16 is rotated by the rotary shaft portion 17.
  • the cooling unit 4 extends in the axial direction in the rotary shaft unit 17 and is supported from the first flow path 51 through which the cooling medium W passes and the rotary shaft unit 17.
  • the second flow path 52 spreading radially in the part 16 and the third flow path 53 arranged on the outer peripheral side in the support part 16 are provided. According to such a configuration, by providing the flow paths 51 and 52 in the rotary shaft portion 17 and the support portion 16, the cooling portion 4 disposed at a position different from the position on the drawing axis L ⁇ b> 1 of the charged particle beam B ⁇ b> 1. Can be configured compactly and easily.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the order of supply and return of each flow path may be reversed. That is, the internal space 34 of the second shaft portion 32 may be the first supply flow path, and the internal space 33 of the first shaft portion 31 may be the first return flow path.
  • the configuration of the cooling unit is not limited to the configuration described above.
  • the supply flow path may be attached so as to extend from one side in the axial direction and directly penetrate the flange portion of the target, and the return flow path may extend to the other side in the axial direction. According to such a configuration, the cooling unit can directly cool the target.
  • the cooling unit may be disposed on the outer peripheral side with respect to the target.
  • the target may be attached to the inner peripheral surface of the annular attachment member, and the cooling medium may flow through the attachment member.
  • the switching unit does not have to be switched by rotating the target, and may be switched by various movement modes such as a linear operation and a rotation operation.

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Abstract

ターゲット装置は、複数のターゲットと、ターゲットへ荷電粒子線を照射する照射部と、照射部からの荷電粒子線が照射されるターゲットを切り替える切替部と、ターゲットを冷却する冷却部と、を備え、冷却部は、照射部からの荷電粒子線の延伸軸上とは異なる位置に配置されている。

Description

ターゲット装置
　本発明は、ターゲット装置に関する。
　従来のターゲット装置として、複数のターゲットを円環状の支持部で支持し、当該複数の中の何れかのターゲットに荷電粒子線を照射し、支持部を回転させることによって、荷電粒子線が照射されるターゲットを切り替えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このターゲット装置では、ターゲットを水が収容されたケーシング内に配置することで、ターゲットを水に浸して冷却している。
特開２０００－２４９８００号公報
　しかしながら、上述のようなターゲット装置では、ターゲットが水に浸されているため、ターゲットへ照射される荷電粒子線が水で減衰してしまうという問題があった。これにより、荷電粒子線のターゲットへの照射効率が低下してしまうという問題があった。
　本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、荷電粒子線のターゲットへの照射効率を向上できるターゲット装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係るターゲット装置は、複数のターゲットと、ターゲットへ荷電粒子線を照射する照射部と、照射部からの荷電粒子線が照射されるターゲットを切り替える切替部と、ターゲットを冷却する冷却部と、を備え、冷却部は、照射部からの荷電粒子線の延伸軸上とは異なる位置に配置されている。
　ターゲット装置によれば、切替部が照射部からの荷電粒子線が照射されるターゲットを切り替えるため、ターゲットに対する熱負荷を分散させることができる。また、冷却部がターゲットを冷却することにより、熱処理の効率を上げることもできる。ここで、冷却部は、照射部からの荷電粒子線の延伸軸上とは異なる位置に配置されている。従って、上述のように熱処理の効率のよい構成であると共に、冷却部内を荷電粒子線が通過することによって荷電粒子線のエネルギーが減衰することを防止できる。以上により、荷電粒子線のターゲットへの照射効率を向上できる。
　ターゲット装置において、冷却部は、ターゲットに対して、荷電粒子線の延伸軸と交差する方向へずれて配置されている。このような構成によれば、装置全体を複雑な構成とすることなく、簡単な構成にて、冷却部を荷電粒子線の延伸軸上とは異なる位置に配置できる。
　ターゲット装置において、切替部は、複数のターゲットを外周側でそれぞれ支持する支持部と、支持部を回転可能に保持する回転軸部と、を備えてよい。このような構成によれば、回転軸部で支持部を回転させるというシンプルな構成にて、ターゲットの切替を行うことができる。
　ターゲット装置において、冷却部は、回転軸部内を軸方向に延伸しており、冷却媒体が通過する第１の流路と、回転軸部から、支持部内を径方向へ広がっている第２の流路と、支持部内の外周側に配置されている第３の流路と、を備えてよい。このような構成によれば、回転軸部内と支持部内に流路を設けることで、荷電粒子線の延伸軸上とは異なる位置に配置されている冷却部をコンパクトに、且つ容易に構成することができる。
　本発明によれば、放射性同位元素の製造効率を向上できる。
本発明の実施形態に係るターゲット装置を軸方向における前側から見た概略構成図である。 図１に示すターゲット装置の概略断面図である。 図１に示すターゲット装置の取付部材を拡大した拡大図である。 図３に示すＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。
　本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　図１及び図２を参照し、本実施形態に係るターゲット装置１００の構成について説明する。ターゲット装置１００は、ターゲット１０に荷電粒子線Ｂ１を照射することによって、中性子線Ｂ２を発生させるための装置である。発生させた中性子線Ｂ２は、例えば、放射線による画像診断用の薬剤として利用される放射性同位元素の製造に用いられる。製造される放射性同位元素として、９９Ｍｏ／９９ｍＴｃ、９０Ｙ、６７Ｃｕ、６４Ｃｕ等が挙げられる。また、ターゲット１０の材質として、炭素、ベリリウム、タンタル、等が採用される。
　図１及び図２に示すように、本実施形態に係るターゲット装置１００は、複数のターゲット１０と、照射部２と、切替部３と、冷却部４と、を備えている。なお、以下の説明においては、ターゲット１０の回転の中心軸線ＣＬが延伸する方向を「軸方向」と称し、中心軸線ＣＬ周りの方向を「周方向」と称し、中心軸線ＣＬと直交する方向を「径方向」と称する。なお、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図であるが、構成の理解を容易とするために、一部ＩＩ－ＩＩ線上に配置されていない構成要素（例えば照射部２）の断面も示されている。また、図２は一部模式的に示した部分があり、例えば、図２の照射部２と他の構成要素の大きさの比率は実際の物と異なっている。
　ターゲット１０は、切替部３の円環状の取付部材１８（詳細な構成については後述）の外周面上に取り付けられている。複数のターゲット１０は、取付部材１８の外周面に沿って周方向に配置されていることによって、全体として円環状に構成される。すなわち、各ターゲット１０は、円環状のターゲットを周方向に均等に複数個に分割した形状を有している。なお、ターゲット１０の個数（分割数）は特に限定されない。また、ターゲット１０の形状も均等でなくともよい。ターゲット１０は、軸方向に対して垂直な方向に広がっている被照射部１１と、切替部３の取付部材１８に取り付けられるフランジ部１２と、を備えている。軸方向から見て（図１に示す状態）、被照射部１１の外周縁部は円弧状に湾曲し、周方向における両側の端部はそれぞれ径方向に真っ直ぐに延びている。なお、外周縁部の円弧の中心角は、ターゲットの分割数によって異なる。
　照射部２は、ターゲット１０へ荷電粒子線Ｂ１を照射する。照射部２は、荷電粒子を加速して荷電粒子線Ｂ１を出射する加速器１３と、加速器１３から出射された荷電粒子線Ｂ１を輸送する輸送経路１４と、を備える。輸送経路１４の先端部は、真空容器１５と接続されている。真空容器１５は、切替部３の一部及びターゲット１０を収容する容器である。真空容器１５と輸送経路１４との接続部は荷電粒子線Ｂ１を透過させるように、入射窓が形成されている。輸送経路１４から輸送された荷電粒子線Ｂ１は、複数のターゲット１０の内の一のターゲット１０の被照射部１１に照射される。なお、ターゲット１０のうち、荷電粒子線Ｂ１が照射される位置を照射位置Ｓと称する。照射部２が設けられる位置は固定されているため、回転する複数のターゲット１０に対し、照射位置Ｓは一定の位置に設定される。照射位置Ｓは、照射部２からの荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１上に設定される。延伸軸Ｌ１とは、ターゲット１０に照射される際の荷電粒子線の照射軸である。なお、加速器１３としては、サイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン又はライナック等の加速器を用いてよい。また、荷電粒子線Ｂ１としては、陽子線、重陽子線等が採用される。
　切替部３は、照射部２からの荷電粒子線Ｂ１が照射されるターゲット１０を切り替える。本実施形態では、切替部３は、複数のターゲット１０を中心軸線ＣＬ周りに回転させることによって、位置が一定とされた照射位置Ｓに配置されている（荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１上に配置されている）ターゲット１０を切り替える。切替部３は、複数のターゲット１０を外周側でそれぞれ支持する支持部１６と、支持部を回転可能に保持する回転軸部１７と、回転軸部１７を介して支持部１６を回転させる駆動部２０と、を備える。支持部１６は、回転軸部１７の一端１７ａ側に保持されている。以降の説明においては、回転軸部１７の一端１７ａ側を「前」とし、他端１７ｂ側を「後」として説明する。
　支持部１６は、ターゲット１０が取り付けられる円環状の取付部材１８と、中央側において回転軸部１７と接続される中央部１９と、中央部１９から回転軸部１７へ向かって径方向に延びて取付部材１８と接続される複数本のスポーク部２１と、を備える。なお、取付部材１８及び中央部１９の中心は、中心軸線ＣＬ上に設定される。支持部１６の材質として、アルミニウム等が採用される。十分な強度を有すると共に中性子によって放射化されにくい材質であれば、他の材質を採用してもよい。
　取付部材１８は、断面矩形状の形状を有しており（図２参照）、軸方向に所定の厚さを有している。本実施形態では、取付部材１８の軸方向における厚さは、ターゲット１０のフランジ部１２と同じ厚さに設定される。取付部材１８の外周面１８ａは、ターゲット１０を固定するための取付面として機能する。外周面１８ａには、ターゲット１０のフランジ部１２の内周面が接触している。ターゲット１０は、フランジ部１２の外周側から内周側へ向かってボルト４０を挿入することで、取付部材１８に対して固定される（図３参照）。取付部材１８の外周面１８ａには、ターゲット１０の位置合わせ用の突出部４１が形成されている。突出部４１は、ターゲット１０の周方向における中央位置に対応する位置に形成されている。
　中央部１９は、回転軸部１７を挿入するための貫通孔２３を有している。貫通孔２３は中心軸線ＣＬを中心として円筒状に形成される。中央部１９の前面１９ａから、円環状の突出部２２が突出する。突出部２２の内径は、貫通孔２３の径よりも大きい。突出部２２の前側の端部には、当該突出部２２の前側の開口部を封止する円板状の封止部材２４が形成されている。封止部材２４は、前面１９ａから離間した位置に配置されている。これによって、封止部材２４、突出部２２及び前面１９ａによって取り囲まれる内部空間２６が形成される。当該内部空間２６は、後述の冷却部４の流路の一部として機能する。
　回転軸部１７は、中心軸線ＣＬを中心として軸方向に延びる円筒状の第１の軸部３１と、第１の軸部３１の外周側に配置されている円筒状の第２の軸部３２と、を備えている。第１の軸部３１及び第２の軸部３２は、略同一の長さで軸方向に延伸している。第１の軸部３１は、内部空間３３を有している。当該内部空間３３は、後述の冷却部４の流路の一部として機能する。第２の軸部３２は、軸方向に延伸する円筒状の周壁部３２ａを有している。周壁部３２ａは、第１の軸部３１の外周面３１ａとの間で内部空間３４を形成するように、所定距離だけ離間している。第２の軸部３２は、内部空間３４を前端側で封止する端壁３２ｂと、後端側で封止する端壁３２ｃと、を備えている。内部空間３４は、後述の冷却部４の流路の一部として機能する。
　回転軸部１７には、軸方向における中途位置に水密ジョイント４２が設けられている。回転軸部１７のうち、水密ジョイント４２より前側の部分は回転可能に構成され、水密ジョイント４２より後側の部分は回転不能に固定される。回転軸部１７のうち、回転可能に構成される前側の部分は、軸受部４３によって支持される。軸受部４３は、真空容器１５内の真空を保つために、磁性流体軸受で構成されてよい。
　駆動部２０は、回転軸部１７の駆動力を発生するモータ４４と、モータ４４の駆動力を回転軸部１７へ伝達するベルト４６と、ベルト４６を回転軸部１７に取り付ける取付部４７と、を備えている。このような構成によって、モータ４４で発生した駆動力がベルト４６を介して取付部４７へ伝達され、当該駆動力によって回転軸部１７が回転する。なお、駆動部２０の構造は特に限定されず、回転軸部１７を回転させることができる限り、構成は特に限定されない。例えば、ギア等を用いてモータ４４の駆動力を回転軸部１７へ伝達してよい。
　冷却部４は、冷却媒体Ｗを流通させることによって、ターゲット１０を冷却する。冷却部４は、照射部２からの荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１上とは異なる位置に配置されている。「延伸軸Ｌ１上とは異なる位置」とは、延伸軸Ｌ１に冷却部４のいずれの部分も接触していない状態を示す。また、冷却部４は、切替部３のターゲット１０の切り替えに伴って装置内の構成要素が移動する場合（本実施形態では回転）であっても、装置の姿勢によらず、延伸軸Ｌ１上には配置されない。冷却部４は、ターゲット１０に対して、荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１と交差する方向へずれて配置されている。
　本実施形態では、冷却部４は、延伸軸Ｌ１よりも内周側の位置、すなわち中心軸線ＣＬ寄りの位置にずれて配置されている。具体的には、冷却部４は、冷却媒体Ｗを流通させる流路によって構成される。冷却媒体Ｗとして、冷水等が採用される。冷却部４は、主に、第１の流路５１と、第２の流路５２と、第３の流路５３と、を備えている。また、各流路５１，５２，５３は、ターゲット１０を冷却する前段階、又は冷却中の冷却媒体（図中、実線の矢印で示され、Ｗ１と示す場合がある）を通過させる供給流路と、冷却後の冷却媒体（図中、破線の矢印で示され、Ｗ２と示す場合がある）を通過させる戻り流路と、を備えている。
　図２に示すように、第１の流路５１は、回転軸部１７内を軸方向に延伸する流路である。第１の流路５１は、第１の供給流路５１Ａと、第１の戻り流路５１Ｂと、を備えている。第１の供給流路５１Ａは、回転軸部１７の第１の軸部３１の内部空間３３によって構成されている。第１の戻り流路５１Ｂは、回転軸部１７の第２の軸部３２の内部空間３４によって構成されている。
　第２の流路５２は、回転軸部１７から、支持部１６内を径方向へ広がっている流路である。第２の流路５２は、第２の供給流路５２Ａと、第２の戻り流路５２Ｂと、を備えている。第２の供給流路５２Ａは、封止部材２４によって構成される内部空間２６と、支持部１６のスポーク部２１の内部に形成された配管６１と、によって構成されている。第２の戻り流路５２Ｂは、支持部１６のスポーク部２１の内部に形成された配管６２によって構成されている。なお、図２の中心軸線ＣＬより紙面上側の領域は、配管６２が形成される位置で切断した様子を示し、紙面下側の領域は、配管６１が形成される位置で切断した様子を示す。
　第３の流路５３は、支持部１６内の外周側に配置されている流路である。第３の流路５３は、ターゲット１０を冷却する流路として機能する。第３の流路５３は、支持部１６の取付部材１８内に形成された配管６３によって構成されている。
　具体的な流路の構成について、冷却媒体Ｗの流れの順序に従って説明する。図２に示すように、第１の供給流路５１Ａを構成する回転軸部１７の第１の軸部３１の内部空間３３は、軸方向に沿って真っ直ぐに延びた流路である。内部空間３３の後端側の開口部には、冷却媒体Ｗ１の供給配管５６が接続されている。内部空間３３は、供給配管５６の内部空間５６ａと連通している。従って、内部空間３３は、供給配管５６より後端側の開口部へ供給された冷却媒体Ｗ１を前方へ向かって軸方向へ流通させる。内部空間３３は、前端側の開口部から内部空間２６へ冷却媒体Ｗ１を供給する。
　第２の供給流路５２Ａを構成する封止部材２４の内部空間２６は、径方向へ向かって全方向へ広がっている流路である。内部空間２６は、中心位置の内部空間３３の開口部から供給された冷却媒体Ｗ１を径方向における全方向へ広げる。内部空間２６には、複数のスポーク部２１に対応する位置において、第２の供給流路５２Ａを構成する配管６１と連通されている。配管６１は、内部空間２６から供給された冷却媒体Ｗ１を外周側へ流通させる。なお、配管６１は、複数（ここでは８個）のスポーク部２１にそれぞれ形成されているため、冷却媒体Ｗ１は、内部空間２６から複数の方向（８方向）へ分岐される。配管６１は、外周側において、第３の流路５３を構成する配管６３と接続されている。従って、冷却媒体Ｗ１は、配管６１から配管６３へ供給される。
　図４に示すように、第３の流路５３を構成する配管６３は、取付部材１８中で蛇行しながら周方向における第１の方向Ｄ１へ向かって延びる流路である。なお、図４の断面図は、図３の曲線Ｌ２に沿った断面図である。具体的には、配管６３は、入口である第２の供給流路５２Ａ（配管６１）から軸方向における前側へ延びる第１の部分６３ａと、第１の部分６３ａの前側の端部から周方向における第１の方向Ｄ１へ延びる第２の部分６３ｂと、第２の部分６３ｂの第１の方向Ｄ１側の端部から軸方向における後側へ延びる第３の部分６３ｃと、第３の部分６３ｃにおける後側の端部から周方向における第１の方向Ｄ１側へ延びる第４の部分６３ｄと、を備え、これらの部分６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄのパターンの繰り返しによって構成されている。
　周方向における第１の方向Ｄ１側の端部においては、第３の部分６３ｃの後側の端部が出口である第２の戻り流路５２Ｂ（配管６２）と接続されている。第２の戻り流路５２Ｂを構成する配管６２は、冷却媒体Ｗ２を径方向における内周側へ向かって流通させる（図２参照）。なお、配管６２は、複数（ここでは８個）のスポーク部２１にそれぞれ形成されている。
　ここで、図１に示すように、一のスポーク部２１Ａの配管６１を流れる冷却媒体Ｗ１は、周方向における第１の方向Ｄ１へ向かって取付部材１８中の配管６３を流れる。当該配管６３を流れてターゲット１０を冷却した冷却媒体Ｗ２は、一のスポーク部２１Ａと第１の方向Ｄ１において隣り合うスポーク部２１Ｂの配管６２を内周側へ流れる。また、当該スポーク部２１Ｂには、配管６２に対して第１の方向Ｄ１側に並設された供給側の配管６１が設けられる。当該配管６１を流れる冷却媒体Ｗ１は、配管６３を介して更に隣のスポーク部２１Ｃの戻り側の配管６２を流れる。このような扇状の冷却媒体Ｗの流れが複数パターン（ここでは８パターン）形成されることで、取付部材１８の略全周にわたって冷却媒体Ｗが流れる。すなわち、冷却部４は、ターゲット１０を全周にわたって冷却することができる。なお、周方向の配管６３を長くすることにより、配管６１，６２が設けられないスポーク部２１が存在していてもよい。
　図２に示すように、第２の戻り流路５２Ｂを構成する配管６２を流れる冷却媒体Ｗ２は、内周側において、第１の戻り流路５１Ｂを構成する第２の軸部３２の内部空間３４に供給される。第１の戻り流路５１Ｂを構成する内部空間３４は、軸方向に沿って真っ直ぐに延びた流路である。内部空間３４の後端側には、冷却媒体Ｗ２の戻り配管５７が接続されている。内部空間３４は、戻り配管５７の内部空間５７ａと連通している。従って、内部空間３４は、各流路を流通した冷却媒体Ｗ２を戻り配管５７から排出する。上述のような各流路５１，５２，５３における冷却媒体Ｗの流れを繰り返すことにより、ターゲット１０が継続的に冷却される。
　次に、本実施形態に係るターゲット装置１００の作用・効果について説明する。
　例えば、中性子線Ｂ２を発生させるためには、高電流の陽子線、重陽子線等の荷電粒子線Ｂ１をターゲット１０の狭い領域に照射する必要があるため、ターゲット１０に熱負荷がかかる。本実施形態に係るターゲット装置１００によれば、切替部３が照射部２からの荷電粒子線Ｂ１が照射されるターゲット１０を切り替えるため、ターゲット１０に対する熱負荷を分散させることができる。また、冷却部４がターゲット１０を冷却することにより、熱処理の効率を上げることもできる。ここで、冷却部４は、照射部２からの荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１上とは異なる位置に配置されている。従って、上述のように熱処理の効率のよい構成であると共に、冷却部４内を荷電粒子線Ｂ１が通過することによって荷電粒子線Ｂ１のエネルギーが減衰することを防止できる。以上により、荷電粒子線Ｂ１のターゲット１０への照射効率を向上できる。
　本実施形態に係るターゲット装置１００において、冷却部４は、ターゲット１０に対して、荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１と交差する方向へずれて配置されている。このような構成によれば、装置全体を複雑な構成とすることなく、簡単な構成にて、冷却部４を荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１上とは異なる位置に配置できる。例えば、延伸軸Ｌ１と交差する方向において、ターゲット１０と重なる位置に冷却部が存在する場合、冷却部４を延伸軸Ｌ１と異なる位置に配置するために、複雑な構造を採用する必要が生じる。
　本実施形態に係るターゲット装置１００において、切替部３は、複数のターゲット１０を外周側でそれぞれ支持する支持部１６と、支持部１６を回転可能に保持する回転軸部１７と、を備えている。このような構成によれば、回転軸部１７で支持部１６を回転させるというシンプルな構成にて、ターゲット１０の切替を行うことができる。
　本実施形態に係るターゲット装置１００において、冷却部４は、回転軸部１７内を軸方向に延伸しており、冷却媒体Ｗが通過する第１の流路５１と、回転軸部１７から、支持部１６内を径方向へ広がっている第２の流路５２と、支持部１６内の外周側に配置されている第３の流路５３と、を備えている。このような構成によれば、回転軸部１７内と支持部１６内に流路５１，５２を設けることで、荷電粒子線Ｂ１の延伸軸Ｌ１上とは異なる位置に配置されている冷却部４をコンパクトに、且つ容易に構成することができる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、上述の実施形態に係るターゲット装置１００の冷却部４において、各流路の供給と戻りの順序が逆であってもよい。すなわち、第２の軸部３２の内部空間３４が第１の供給流路となり、第１の軸部３１の内部空間３３が第１の戻り流路となってよい。
　また、冷却部の構成は、上述のような構成に限定されない。例えば、軸方向における一方から供給流路が延びて直接ターゲットのフランジ部を貫通するように取り付けられ、戻り流路が軸方向における他方へ延びていてもよい。このような構成によれば、冷却部が直接ターゲットを冷却できる。
　また、冷却部がターゲットに対して外周側に配置されてもよい。例えば、円環状の取付部材の内周面にターゲットが取り付けられ、取付部材内を冷却媒体が流れてもよい。
　また、切替部は、ターゲットを回転させることによって切り替えなくともよく、直線動作、回動動作等の様々な移動態様によって切り替えてもよい。
　２…照射部、３…切替部、４…冷却部、１０…ターゲット、１６…支持部、１７…回転軸部、５１…第１の流路、５２…第２の流路、５３…第３の流路、１００…ターゲット装置。

Claims (4)

  1. 　複数のターゲットと、
    　前記ターゲットへ荷電粒子線を照射する照射部と、
    　前記照射部からの前記荷電粒子線が照射される前記ターゲットを切り替える切替部と、
    　前記ターゲットを冷却する冷却部と、を備え、
    　前記冷却部は、照射部からの前記荷電粒子線の延伸軸上とは異なる位置に配置されている、ターゲット装置。
  2. 　前記冷却部は、前記ターゲットに対して、前記荷電粒子線の前記延伸軸と交差する方向へずれて配置されている、請求項１に記載のターゲット装置。
  3. 　前記切替部は、
    　　複数の前記ターゲットを外周側でそれぞれ支持する支持部と、
    　　前記支持部を回転可能に保持する回転軸部と、を備える、請求項１又は２に記載のターゲット装置。
  4. 　冷却部は、
    　　前記回転軸部内を軸方向に延伸しており、冷却媒体が通過する第１の流路と、
    　　前記回転軸部から、前記支持部内を径方向へ広がっている第２の流路と、
    　　前記支持部内の前記外周側に配置されている第３の流路と、を備える、請求項３に記載のターゲット装置。
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