具有帶泵接納腔的磁軛的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)及回旋加速器的制造方法
【專利說明】具有帶泵接納腔的磁軛的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)及回旋加速器
[0001]本申請為2011年11月4日進入中國國家階段的PCT專利申請“具有帶栗接納腔的磁軛的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)及回旋加速器”(申請?zhí)?201080020361.2，申請人:通用電氣公司)的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
本申請包括的主題涉及與本申請同時提交的美國專利申請N0.12/435，931 (公布號 N0.2010-0283371A1)，其題目為"ISOTOPE PRODUCT1N SYSTEM AND CYCLOTRONHAVING REDUCED MAGNETIC STRAY FIELDS〃，以及美國專利申請 N0.12/435，903 (公布號N0.2010-0282978A1)，其題目為〃 ISOTOPE PRODUCT1N SYSTEM AND CYCLOTRON〃的專利申請中所公開的主題，這兩個申請整體通過引用結(jié)合在本申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實施例總體涉及回旋加速器，并且更具體地涉及用于生產(chǎn)放射性同位素的回旋加速器。
【背景技術(shù)】
[0004]放射性同位素(也叫做放射性核素)在醫(yī)療、成像和研究以及與醫(yī)療無關(guān)的其它應(yīng)用方面具有若干應(yīng)用。生產(chǎn)放射性同位素的系統(tǒng)典型地包括粒子加速器，例如回旋加速器，其使一束帶電粒子加速并將該束引入靶材以生成同位素?；匦铀倨魇褂秒妶龊痛艌鰜硎沽Ｗ蛹铀俨⒀丶铀偈覂?nèi)的螺旋狀軌道引導(dǎo)粒子。當(dāng)使用回旋加速器時，將加速室抽空以去除會與加速的粒子互相作用的不希望的氣體粒子。例如，當(dāng)加速的粒子是負氫離子(H-)時，加速室內(nèi)的氫氣分子(?)或水分子可從氫1?子剝1?弱約束電子。當(dāng)從此尚子剝尚該電子時，離子變成不再受加速室內(nèi)的電場和磁場影響的中性粒子。該中性粒子不可恢復(fù)地被損失并且還可能導(dǎo)致加速室內(nèi)其它不希望的反應(yīng)。
[0005]為了維持加速室的抽空狀態(tài)，回旋加速器使用與該腔室流體聯(lián)接的真空系統(tǒng)。然而，常規(guī)的真空系統(tǒng)可能具有不理想的質(zhì)量或特性。例如，常規(guī)的真空系統(tǒng)會是大型的并需要很大的空間。這可能是有問題的，尤其是當(dāng)回旋加速器和真空系統(tǒng)必須在本來不是為使用大型系統(tǒng)而設(shè)計的病房內(nèi)使用時。此外，現(xiàn)有的真空系統(tǒng)典型地具有若干互相連接的構(gòu)件，例如多個栗(包括不同類型的栗)、閥、管道和夾具。為了有效地操作真空系統(tǒng)，可能需要監(jiān)視每個構(gòu)件(例如，通過傳感器和儀表)并單獨控制這些構(gòu)件中的一些。此外，對于若干互相連接的構(gòu)件，可能存在較多其中可能由于零件損壞或磨損而發(fā)生泄漏的接口或區(qū)域。這可能使得真空系統(tǒng)的維護費錢和費時。
[0006]除上述之外，復(fù)雜的真空系統(tǒng)可能需要冷卻子系統(tǒng)。例如，在一個公知的真空系統(tǒng)中，若干個擴散栗流體地聯(lián)接到加速室上。擴散栗使用工作流體(例如，油)來通過使油沸騰成蒸氣且引導(dǎo)蒸氣穿過噴射組件來產(chǎn)生真空。然而，該過程中產(chǎn)生的大量熱必須從真空系統(tǒng)中除去，以便冷凝和回收油。冷卻子系統(tǒng)還增加了真空系統(tǒng)的更多復(fù)雜性。
[0007]因此，需要從加速室去除不希望的氣體粒子的改進的真空系統(tǒng)。還需要與已知的真空系統(tǒng)相比空間要求較低、維護要求較低、復(fù)雜度較低或者較便宜的真空系統(tǒng)。
[0008]發(fā)曰月簡沐
根據(jù)一個實施例，提供了一種回旋加速器，其包括磁體組件，以產(chǎn)生磁場來沿所期望的路徑引導(dǎo)帶電粒子?；匦铀倨鬟€包括磁軛，磁軛具有圍繞加速室的軛體。磁體組件定位在軛體中。軛體形成流體地聯(lián)接到加速室上的栗接納(PA)腔?；匦铀倨鬟€包括真空栗，真空栗構(gòu)造成將真空引入加速室中。真空栗定位在PA腔中。
[0009]根據(jù)另一實施例，提供了一種同位素生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括磁體組件，以產(chǎn)生磁場來沿所期望的路徑引導(dǎo)帶電粒子。該系統(tǒng)還包括磁軛，磁軛具有圍繞加速室的軛體。磁體組件定位在軛體中。軛體形成流體地聯(lián)接到加速室上的栗接納(PA)腔。該系統(tǒng)還包括真空栗，真空栗聯(lián)接到軛體中的PA腔上。真空栗構(gòu)造成將真空引入加速室中。此外，該系統(tǒng)包括靶系統(tǒng)，靶系統(tǒng)定位成接收帶電粒子以產(chǎn)生同位素。
[0010]根據(jù)又另一實施例，提供了一種回旋加速器，其包括具有軛體的磁軛。軛體包括一對磁極，磁極定位成跨過軛體中間平面彼此相對。磁極具有二者之間的第一空間區(qū)，在該處沿期望的路徑引導(dǎo)帶電粒子?；匦铀倨鬟€包括一對磁線圈，磁線圈定位在軛體內(nèi)跨過中間平面彼此相對。各磁線圈圍繞對應(yīng)的磁極。磁線圈具有二者之間的第二空間區(qū)，第二空間區(qū)圍繞第一空間區(qū)。第一空間區(qū)和第二空間區(qū)共同形成磁軛的加速室。另外，回旋加速器包括真空栗，真空栗流體地聯(lián)接到加速室上，且構(gòu)造成保持第一空間區(qū)和第二空間區(qū)內(nèi)的真空。
【附圖說明】
[0011]圖1為根據(jù)一個實施例形成的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)的框圖。
[0012]圖2為根據(jù)一個實施例形成的回旋加速器的側(cè)視圖。
[0013]圖3為圖2中所示的回旋加速器的底部部分的側(cè)視圖。
[0014]圖4為可結(jié)合圖2中所示的回旋加速器使用的渦輪分子栗的側(cè)視圖。
[0015]圖5為可結(jié)合圖2中所示的回旋加速器使用的軛體的一部分的透視圖。
[0016]圖6為可結(jié)合圖2中所示的回旋加速器使用的磁體和軛組件的平面視圖。
[0017]圖7為根據(jù)另一實施例形成的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)的透視圖。
[0018]圖8為可結(jié)合圖6中所示的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)使用的根據(jù)另一實施例形成的回旋加速器的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1是根據(jù)一個實施例形成的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括回旋加速器102，該回旋加速器102具有若干子系統(tǒng)，包括離子源系統(tǒng)104、電場系統(tǒng)106、磁場系統(tǒng)108和真空系統(tǒng)110。在回旋加速器102的使用過程中，通過離子源系統(tǒng)104將帶電粒子置于回旋加速器102內(nèi)或噴射到回旋加速器102中。磁場系統(tǒng)108和電場系統(tǒng)106生成互相配合以產(chǎn)生帶電粒子的粒子束112的相應(yīng)場。帶電粒子沿預(yù)定路徑在回旋加速器102內(nèi)被加速和引導(dǎo)。系統(tǒng)100還具有提取系統(tǒng)115和包括靶材116的靶系統(tǒng)114。
[0020]為了生成同位素，粒子束112由回旋加速器102沿束傳輸路徑117引導(dǎo)通過提取系統(tǒng)115并被引入靶系統(tǒng)114，使得粒子束112入射在位于對應(yīng)的靶區(qū)120的靶材116上。系統(tǒng)100可具有多個靶區(qū)120A-120C，單獨的靶材116A-116C位于該處?？墒褂棉D(zhuǎn)移裝置或系統(tǒng)(未示出)來相對于粒子束112轉(zhuǎn)移靶區(qū)120A-120C，使得粒子束112入射在不同的靶材116上。在轉(zhuǎn)移過程中也可維持真空。備選地，回旋加速器102和提取系統(tǒng)115可以沿不止一條路徑引導(dǎo)粒子束112，而是可以針對每個不同的靶區(qū)120A-120C沿獨特的路徑引導(dǎo)粒子束112。
[0021]美國專利N0.6，392，246、N0.6，417，634、N0.6，433，495 和 7，122，966 以及美國專利申請公報N0.2005/0283199中描述了具有上述子系統(tǒng)中的一個或多個的同位素生產(chǎn)系統(tǒng)和/或回旋加速器的實例，所有這些專利通過引用而整體結(jié)合在本文中。美國專利N0.5，521，469、N0.6，057，655 和美國專利申請公報 N0.2008/0067413 和 2008/0258653中還提供了另外的實例，所有這些專利全文通過引用而整體結(jié)合在本文中。
[0022]系統(tǒng)100構(gòu)造成生產(chǎn)可用于醫(yī)學(xué)成像、研究和治療中的放射性同位素(也叫做放射性核素)，而且還用于與醫(yī)學(xué)無關(guān)的其它應(yīng)用，例如科學(xué)研究和分析。當(dāng)用于醫(yī)學(xué)用途例如核醫(yī)學(xué)(NM)成像或正電子反射斷層造影術(shù)(PET)成像時，放射性同位素也可叫做示蹤物。舉例而言，系統(tǒng)100可生成用以制造液體形式的1SF同位素、作為0)2的nC同位素和作為順3的13N同位素的質(zhì)子。用于制造這些同位素的靶材116可為增濃的180水、天然14N2氣體和160水。系統(tǒng)100也可生成氘核以便生產(chǎn)150氣體(氧氣、二氧化碳和一氧化碳)和150標(biāo)記水。
[0023]在一些實施例中，系統(tǒng)100使用4技術(shù)并使帶電粒子變成具有大約10-30 μΑ的束電流的低能量(例如，約7.8MeV)。在此類實施例中，負氫離子被加速并引導(dǎo)通過回旋加速器102且進入提取系統(tǒng)115。然后，負氫離子可撞擊提取系統(tǒng)115的剝離箔(未示出)，從而去除該對電子并使粒子成為正離子1H+。然而，在備選實施例中，帶電粒子可為正離子，例如知、2#和3He+。在此類備選實施例中，提取系統(tǒng)115可包括產(chǎn)生將粒子束引向靶材116的電場的靜電偏轉(zhuǎn)器。
[0024]系統(tǒng)100可包括冷卻系統(tǒng)122，該冷卻系統(tǒng)122將冷卻流體或工作流體輸送到不同系統(tǒng)的各種構(gòu)件以便吸收相應(yīng)構(gòu)件所生成的熱量。系統(tǒng)100還可包括控制系統(tǒng)118，該控制系統(tǒng)118可由技術(shù)人員用于控制各種系統(tǒng)和構(gòu)件的操作?？刂葡到y(tǒng)118可包括緊鄰或者遠離回旋加速器102和靶系統(tǒng)114定位的一個或更多用戶接口。雖然在圖1中未示出，但系統(tǒng)100還可包括用于回旋加速器102和靶系統(tǒng)114的一個或更多輻射屏蔽板。
[0025]系統(tǒng)100可以以預(yù)定的量或批次生產(chǎn)同位素，例如用于醫(yī)學(xué)成像或治療中的單獨的劑量。用于上列示例性同位素形式的系統(tǒng)100的生產(chǎn)能力可為:對于1SF在20 μ A在少于約10分鐘內(nèi)50 mCi ;對于nC0^ 30 μ A在約三十分鐘內(nèi)300 mCi ;而對