Система производства изотопов с разделенным экранированием



Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием
Система производства изотопов с разделенным экранированием

 


Владельцы патента RU 2543613:

Дженерал Электрик Компани (US)

Изобретение относится к области ускорительной техники. Система производства изотопов содержит циклотрон с ярмом магнита, которое окружает ускорительную камеру. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена вблизи ярма магнита. Система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени и содержит радиационный экран, который проходит между ярмом магнита и местом размещения мишени. Радиационный экран имеет размер и форму, которые способствуют ослаблению гамма-излучения и нейтронного излучения, испускаемых из материала мишени в направлении ярма магнита. Система производства изотопов также содержит проход для пучка, который проходит от ускорительной камеры к месту расположения мишени. Проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и радиационным экраном системы мишени. Технический результат - снижение радиационного воздействия. 3 н. и 23 з.п.ф-лы, 12 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка включает изобретение, связанное с изобретением, раскрытым в патентной заявке США №12/435,903, озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН», в патентной заявке США №12/435,949, озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ВМЕЩАЮЩЕЙ НАСОС ПОЛОСТЬЮ», и в патентной заявке США №12/435,931, озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ УМЕНЬШЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ», которые были поданы 5 мая 2009 года и которые полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Варианты выполнения изобретения относятся в целом к системам для производства изотопов, а более конкретно к системам для производства изотопов, которые могут быть безопасным образом использованы в относительно ограниченных пространствах, таких как больничные палаты.

Радиоизотопы (также называемые радионуклидами) имеют несколько применений в медицине при проведении терапии, в создании изображений и в исследованиях, а также в других приложениях, которые не являются медицинскими. Системы, которые производят радиоизотопы, обычно содержат ускоритель частиц, такой как циклотрон, который содержит ярмо магнита, которое окружает ускорительную камеру. Ускорительная камера может содержать противолежащие полюса, отстоящие на некоторое расстояние друг от друга. В ускорительной камере могут быть созданы электрические и магнитные поля для ускорения и направления заряженных частиц по спиральным траекториям между полюсами. Для производства радиоизотопов циклотрон формирует пучок заряженных частиц и направляет его наружу из ускорительной камеры к системе мишени, содержащей материал мишени. Пучок частиц падает на материал мишени, создавая тем самым радиоизотопы.

Во время работы системы производства изотопов большое количество излучения (например, вредный уровень радиации для находящихся рядом людей) может быть создано в системе мишени и, независимо, в циклотроне. Например, в отношении системы мишени, излучение нейтронов и гамма-лучи могут возникать при падении пучка на материал мишени. Что касается циклотрона, то ионы, находящиеся в ускорительной камере, могут сталкиваться с находящимися в ней частицами газа и становиться нейтральными частицами, на которые больше не действуют ни электрические, ни магнитные поля в ускорительной камере. Эти нейтральные частицы, в свою очередь, могут сталкиваться со стенками ускорительной камеры и создавать вторичное гамма-излучение. Для защиты находящихся рядом людей от излучения (например, работников или пациентов больницы), системы производства изотопов могут использовать экраны для ослабления или защиты от излучения.

В некоторых традиционных системах производства изотопов проблема радиационной утечки была решена путем добавления большого количества экранов, которые окружают как циклотрон, так и систему мишени. Тем не менее большое количество экранов может быть дорогостоящим и слишком тяжелым для помещений, где должна быть расположена система производства изотопов. В качестве альтернативы или в дополнение к большому количеству экранов, системы производства изотопов могут быть расположены в специально оборудованном помещении или помещениях. Например, циклотрон и система мишени могут быть размещены в отдельных помещениях или иметь большие разделяющие их стенки. Тем не менее разработка конкретных помещений для систем производства изотопов ставит новые проблемы, особенно для уже существующих помещений, которые не были изначально предназначены для производства радиоизотопов.

Еще одна проблема, связанная с утечкой радиации, заключается в том, как удалять систему производства изотопов, когда, например, ее заменяют или перемещают в другое место. Вывод из эксплуатации системы производства изотопов включает в себя безопасный демонтаж системы и удаление и хранение радиоактивных частей и материалов. Другая проблема заключается в обеззараживании помещения, в котором находилась система производства изотопов. В некоторых случаях первоначальные опорные конструкции помещения, например полы, потолки и стены, должны быть удалены, поскольку опорные конструкции были радиоактивно загрязнены. Такой вывод из эксплуатации и обеззараживание могут быть дорогостоящими и трудоемкими.

Соответственно, существует потребность в способах, циклотронах и системах производства изотопов, которые снижают радиационное воздействие на людей в помещении или в близлежащей области. Кроме того, существует необходимость в системах производства изотопов, которые могут быть более легко выведены из эксплуатации, чем известные системы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом выполнения предложена система производства изотопов, содержащая циклотрон с ярмом магнита, которое окружает ускорительную камеру. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена вблизи ярма магнита. Система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени и содержит радиационный экран, который проходит между ярмом магнита и местом размещения мишени. Радиационный экран имеет размер и форму, которые способствуют ослаблению гамма-излучения и нейтронного излучения, испускаемых из материала мишени в направлении ярма магнита. Система производства изотопов также содержит проход для пучка, который проходит от ускорительной камеры к месту расположения мишени. Проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и радиационным экраном системы мишени.

В соответствии с другим вариантом выполнения предложена система производства изотопов, содержащая циклотрон, который имеет основание, поддерживаемое платформой. Циклотрон содержит ярмо магнита, которое окружает ускорительную камеру. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена на платформе и вблизи ярма магнита. Система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени на месте его расположения. Пучок частиц падает на материал мишени. Система производства изотопов также содержит проход для пучка, который проходит от ускорительной камеры в место расположения мишени. Проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и системой мишени. Проход для пучка проходит вдоль оси пучка, которая пересекает платформу.

В еще одном варианте выполнения предложен способ вывода из эксплуатации системы производства изотопов, находящейся в помещении здания. Способ включает использование системы производства изотопов, содержащей циклотрон, который имеет основание, поддерживаемое платформой. Платформа опирается на пол помещения. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц вдоль прохода для пучка к системе мишени. Система мишени находится на платформе рядом с ярмом магнитом. Проход для пучка проходит вдоль оси пучка, которая пересекает платформу. Этот способ также включает удаление системы мишени с платформы и удаление платформы с пола помещения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает блок-схему системы производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.2 изображает схематический вид сбоку системы производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.3 изображает вид сверху системы производства изотопов, изображенной на Фиг.2.

Фиг.4 изображает вид в аксонометрии ярма магнита, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.5 изображает вид сбоку циклотрона, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

Фиг.6 изображает увеличенный вид сбоку части циклотрона, изображенного на Фиг.5.

Фиг.7 изображает схематический вид сбоку области мишени, используемой с системой производства изотопов, изображенной на Фиг.2.

Фиг.8 изображает вид в аксонометрии системы производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения, имеющим корпус в закрытом положении.

Фиг.9 изображает вид в аксонометрии системы производства изотопов, изображенной на Фиг.8, когда корпус находится в открытом положении.

Фиг.10 изображает вид сбоку циклотрона, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения, который может быть использован с системой производства изотопов, изображенной на Фиг.8.

Фиг.11 изображает схематический вид сбоку системы производства изотопов, выполненной в соответствии с альтернативным вариантом выполнения.

Фиг.12 изображает блок-схему способа вывода из эксплуатации системы производства изотопов, в соответствии с одним вариантом выполнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 представляет собой блок-схему системы 100 производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения. Система 100 содержит циклотрон 102, который имеет несколько подсистем, включая систему 104 ионного источника, систему 106 электрического поля, систему 108 магнитного поля и вакуумную систему 110. Во время работы циклотрона 102 заряженные частицы находятся внутри циклотрона 102 или их вводят в циклотрон 102 через систему 104 ионного источника. Система 108 магнитного поля и система 106 электрического поля генерируют соответствующие поля, которые взаимодействуют друг с другом с созданием пучка 112 заряженных частиц.

На Фиг.1 также показано, что система 100 также имеет систему 115 выпуска и систему 114 мишени, которая содержит материал 116 мишени. Система 114 мишени может быть установлена рядом с циклотроном 102. Для генерации изотопов пучок 112 частиц направляют с помощью циклотрона 102 через систему 115 выпуска вдоль пути прохождения пучка или прохода 117 для пучка и в систему 114 мишени таким образом, что пучок 112 частиц падает на материал 116 мишени, расположенный в соответствующем месте 120 расположения мишени. Когда материал 116 мишени облучается пучком 112 частиц, может быть сгенерировано излучение нейтронов и гамма-лучей.

Система 100 может иметь несколько областей 120А-С мишени, где расположены отдельные материалы 116А-С мишени. Смещающее устройство или система (не показана) может быть использована для смещения областей 120А-С мишени относительно пучка 112 частиц, так что пучок 112 частиц падает на различные материалы 116 мишени. В течение всего процесса смещения также может поддерживаться вакуум. В качестве альтернативы, циклотрон 102 и система 115 выпуска может направлять пучок 112 частиц не только по одной траектории, но может направлять пучок 112 частиц по выделенной траектории для каждого отличающегося места 120А-С расположения мишени. Кроме того, проход 117 для пучка может быть по существу прямолинейным от циклотрона 102 к месту 120 расположения мишени или, в качестве альтернативы, проход 117 может быть криволинейным или иметь поворот в одной или нескольких точках вдоль прохода. Например, магниты, расположенные вдоль прохода 117, могут быть выполнены с возможностью перенаправления пучка 112 частиц по другому пути.

Примеры систем производства изотопов и/или циклотроны, имеющие одну или несколько описанных выше подсистем, описаны в патентах США №6392246, №6417634, №6433495, №7122966 и в заявке на патент США №2005/0283199, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. Дополнительные примеры представлены также в патентах США №5521469, №6057655 и в заявках на патент США №2008/0067413 и №2008/0258653, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. Кроме того, системы производства изотопов и/или циклотроны, которые могут быть использованы с вариантами выполнения, описанными в настоящем документе, также описаны в одновременно рассматриваемых заявках на Патент США №12/435,903; №12/435,949 и №12/435,931, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

Система 100 выполнена с возможностью производства радиоизотопов (также называемых радионуклидами), которые могут быть использованы при получении медицинских изображений, исследований и терапии, но также и для других приложений, которые не являются медицинскими, такими как, например, научные исследования или анализ. При использовании в медицинских целях, например, для получения изображений в Ядерной Медицине (NM) или для получения изображений в Позитронно-Эмиссионной Томографии (PET), радиоизотопы можно также назвать изотопными индикаторами. К примеру, система 100 может генерировать протоны для производства изотопов 18F изотопов в жидкой форме, изотопов 11С в виде CO2 и изотопов 13N в виде NH3. Материал 116 мишени, используемый для производства этих изотопов, может быть обогащен 18O водой, природным 14N2 газом, 16О водой и 15N2 газом. Система 100 может также производить дейтроны с целью получения 15O газов (кислород, углекислый газ и моноксид углерода) и меченую изотопом 15О воду.

В некоторых вариантах выполнения система 100 использует 1H- технологию и приближает заряженные частицы к низкой энергии (например, около 7,8 МэВ) с током пучка примерно от 10 до 30 мкА. В таких вариантах выполнения отрицательные ионы водорода ускоряются и направляются через циклотрон 102 и в систему 115 выпуска. Отрицательные ионы водорода могут затем ударять в отделяющую фольгу (не показана) системы 115 выпуска, удаляя, тем самым, пары электронов и делая частицу положительным ионом, 1H+. Однако в альтернативных вариантах выполнения заряженные частицы могут быть положительными ионами, например 1H+, 2H+ и 3He+. В таких альтернативных вариантах выполнения система 115 выпуска может содержать электростатический дефлектор, который создает электрическое поле, направляющее пучок частиц на материал 116 мишени.

Система 100 может содержать систему 122 охлаждения, которая переносит охлаждающую или рабочую текучую среду к различным элементам различных систем, чтобы поглощать тепло, выделяемое соответствующими элементами. Система 100 может также содержать систему 118 управления, которая может быть использована оператором для управления работой различных систем и элементов. Система 118 управления может содержать один или несколько пользовательских интерфейсов, которые расположены рядом с циклотроном 102 и системой 114 мишени или удаленно от них. Хотя это и не показано на Фиг.1, система 100 может также содержать один или несколько радиационных экранов для циклотрона 102 и системы 114 мишени.

Система 100 может производить изотопы в определенных количествах или партиях, таких как индивидуальные дозы для использования в медицинской визуализации и терапии. Производственная мощность системы 100 для иллюстративных форм изотопов, указанных выше, может быть равна 50 мКи менее чем за десять минут при токе 20 мкА для 18F-; 300 мКи примерно за тридцать минут при токе 30 мкА для 11CO2.

Кроме того, система 100 может использовать уменьшенный объем пространства относительно известных систем производства изотопов, так что система 100 имеет размер, форму и вес, которые обеспечивают возможность размещения системы 100 в ограниченном пространстве. Например, система 100 может быть размещена в уже существующей комнате, которая изначально не была предназначена для размещения ускорителей частиц, например, в больнице или клинике. Таким образом, циклотрон 102, система 115 выпуска, система 114 мишени и один или нескольких элементов системы 122 охлаждения могут быть размещены в общем корпусе 124, который имеет размер и форму, которые обеспечивают возможность их размещения в ограниченном пространстве. В качестве одного примера, общий объем, используемый корпусом 124, может быть равен 2 м3. Возможные размеры корпуса 124 могут включать максимальную ширину 2,2 м, максимальную высоту 1,7 м и максимальную глубину 1,2 м. Общий вес корпуса и расположенных в нем систем может быть равен приблизительно 10000 кг. Тем не менее описанные в настоящем документе варианты выполнения не ограничиваются размером и весом, отмеченным выше, и могут иметь больший размер и вес. Корпус 124 может быть изготовлен из полиэтилена (ПЭ) и свинца (Pb) и иметь толщину, обеспечивающую возможность ослабления потока нейтронов и гамма-лучей, идущих от циклотрона 102. Например, корпус 124 может иметь толщину (измеряется между внутренней поверхностью, которая окружает циклотрон 102, и наружной поверхностью корпуса 124), по меньшей мере приблизительно 10 мм вдоль заданных частей корпуса 124, что ослабляет поток нейтронов и гамма-излучения.

Система 100 может быть выполнена с возможностью ускорения заряженных частиц до заданного уровня энергии. Например, некоторые описанные в этом документе варианты выполнения ускоряют заряженные частицы до энергии приблизительно 18 МэВ или меньше. В других вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 16,5 МэВ или меньше. В конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 9,6 МэВ или меньше. В более конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 7,8 МэВ или меньше.

Фиг.2 и 3 представляют собой соответственно схематический вид сбоку и схематический вид сверху, системы 300 производства изотопов (ПИ), выполненный в соответствии с одним вариантом выполнения. Система 300 ПИ содержит циклотрон 200 с ярмом 202 магнита и также содержит систему 302 мишени, которая содержит радиационный экран 306 и область 308 мишени, находящуюся в пределах радиационного экрана 306. Ярмо 202 магнита содержит ускорительную камеру 206, в которой генерируется пучок 312 частиц и направляется через ярмо 202 магнита и к области 308 мишени вдоль прохода 314 для пучка. Проход 314 для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом 202 магнита и радиационным экраном 306. Хотя это и не показано, система 300 ПИ может содержать систему выпуска для содействия удалению и направлению пучка 312 частиц из циклотрона 200.

Также показано, что циклотрон 200 и система 302 мишени могут быть заключены в общий корпус 305. В некоторых вариантах выполнения система 300 ПИ также содержит отдельную платформу 220 (Фиг.2), которая опирается на пол или на землю 313 области, в которой находится система 300 ПИ. Циклотрон 200, система 302 мишени и корпус 305 могут опираться на платформу 220. Например, циклотрон 200 может содержать основание 315, которая, по меньшей мере частично, поддерживается на платформе 220. Основание 315 может быть образовано ярмом 202 магнита или может быть частью корпуса 305. Основание 315 может также содержать вакуумный насос 276, который расположен между ярмом 202 магнита и платформой 220. Вакуумный насос 276 может быть выполнен с возможностью поддержания разреженного состояния в ускорительной камере 206, проходе 314 для пучка и области 308 мишени.

Описанные в этом документе варианты выполнения включают разделенные системы экранов, в которых излучение, генерируемое в циклотроне 200, по меньшей мере частично, ослабляется ярмом 202 магнита, и в котором излучение, генерируемое в области 308 мишени, по меньшей мере частично, ослабляется радиационным экраном 306. Когда заряженные частицы ускоряются и направляются по заданной траектории в ускорительной камере 206, ионы в ускорительной камере 206 могут сталкиваться с находящимися в ней частицами газа и становиться нейтральными частицами, на которые не действуют ни электрические, ни магнитные поля. Нейтральные частицы могут быть распылены вдоль серединной плоскости 232 (Фиг.4) ярма 202 магнита и по периферии ускорительной камеры 206. Перехватывающие пластины (не показаны) могут быть установлены в ускорительной камере 206 для содействия захвату нейтральных частиц.

На Фиг.2 и 3 проиллюстрировано несколько точек XR1, в которых частицы могут сталкиваться с ярмом 202 магнита и генерировать нейтронное и гамма-излучение. Гамма-лучи испускаются из соответствующих точек XR1 изотропным образом (т.е. из соответствующей точки XR1 сферическим образом). Размеры ярма 202 могут быть выбраны для ослабления излучения гамма-лучей в ускорительной камере 206. Например, размеры традиционных ярм магнита, как правило, определяются требуемым магнитным полем, необходимым для формирования пучка частиц в ускорительной камере. Тем не менее ярмо 202 может быть толще, чем требуется для формирования желаемого магнитного поля. Дополнительная толщина ярма 202 магнита может способствовать ослаблению излучения, выходящего из ускорительной камеры 206. Кроме того, циклотрон 200 может работать при низкой энергии, при которой создается относительно небольшое количество нейтральных частиц. Например, система 300 ПИ может подвести заряженные частицы к энергетическому уровню приблизительно 9,6 МэВ или, точнее, 7,8 МэВ или меньше.

Что касается системы 302 мишени, область 308 мишени содержит место 340 расположения мишени (показано на Фиг.7), в котором находится материал мишени. Когда пучок 312 частиц падает на мишень, излучение от гамма-лучей и нейтронов может быть создано и выпущено из материала мишени и из вспомогательных компонентов, расположенных вблизи мишени. Кроме того, вылетевшие нейтроны могут генерировать гамма-лучи при взаимодействии нейтронов с веществом в системе 302 мишени. Таким образом, радиационный экран 306 выполнен с возможностью ослабления излучения.

Область 308 мишени может быть расположена вблизи геометрического центра радиационного экрана 306. В качестве одного примера, область 308 мишени может быть расположена в заранее заданном месте расположения в пределах радиационного экрана 306, так что внешняя граница 301 системы 300 ПИ имеет мощность дозы меньше требуемого значения (например, меньше чем приблизительно 4 микрозиверта/ч или меньше чем приблизительно 2 микрозиверта/ч). «Внешняя граница» включает наружную поверхность системы 300 ПИ, которой может касаться пользователь системы 300 ПИ при ее работе в нормальном режиме. Например, внешняя граница 301 показана на Фиг.3 как наружная поверхность 301 корпуса 305. Тем не менее в альтернативных вариантах выполнения внешняя граница 301 может представлять собой наружную поверхность 304 радиационного экрана 306 или наружную поверхность 205 циклотрон 200. Таким образом, мощность дозы может быть измерена с наружной поверхности 301, если имеется корпус 305 или, наоборот, от наружных поверхностей 205 и 304, если нет корпуса.

Ярмо 202 магнита и радиационный экран 306 могут содержать различные составы материалов, которые выполнены с возможностью ослабления излучения, выходящего из соответствующей области. Например, ярмо 202 магнита может быть выполнено из железа. Размеры материала, который формирует ярмо 202 магнита, могут быть увеличены для того, чтобы ослаблять излучение, исходящее изнутри ускорительной камеры 206. Радиационный экран 306, с другой стороны, может иметь другой состав материалов, включая отдельные слои и структуры различных материалов. Например, радиационный экран 306 может содержать первую, или внутреннюю, экранирующую структуру 320, и вторую, или внешнюю, экранирующую структуру 322, которая окружает первую экранирующую структуру 320. Первая экранирующая структура 320 может непосредственно окружать область 308 мишени и может быть выполнена с возможностью ослабления исходящего из нее гамма-излучения. В одном примере первая экранирующая структура 320 содержит клеть, которая выполнена в основном из свинца (Pb) или из почти чистого свинца (Pb). Тем не менее с первой экранирующей структурой 320 могут быть использованы другие материалы, выполненные с возможностью ослабления гамма-излучения.

Вторая экранирующая структура 322 может окружать первую экранирующую структуру 320 и может быть выполнена с возможностью ослабления нейтронов и гамма-лучей, испускаемых областью 308 мишени, а также ослабления гамма-лучей, генерируемых при захвате нейтронов. Вторая экранирующая структура 322 может иметь сферическую форму. Большинство составов материалов, составляющих вторую экранирующую структуру 322, может включать полиэтилен. Другие материалы могут включать свинец (Pb) и бор в меньших количествах. В одном конкретном варианте выполнения вторая экранирующая структура 322 содержит приблизительно 80% полиэтилена (в том числе 3% бора) и приблизительно 20% свинца (Pb). Тем не менее в состав материалов первой и второй экранирующих структур 320 и 322 могут быть включены другие элементы или материалы.

Кроме того, как показано на Фиг.2 и 3, система 302 мишени может быть расположена рядом с ярмом 202 магнита. Как используется в этом документе, система 302 мишени и ярмо 202 магнита расположены «рядом» друг с другом, когда система 302 мишени и ярмо 202 магнита расположены вблизи или около друг друга без существенного расстояния или промежутка между ними. Например, в проиллюстрированном варианте выполнения часть радиационного экрана 306 имеет форму для вмещения во вмещающий экран вырез или выемку 262 (показано на Фиг.4). Более конкретно, часть радиационного экрана 306 может иметь форму, чтобы соответствовать форме вмещающей экран выемки 262. Кроме того, наружные поверхности 304 и 205 могут непосредственно примыкать друг к другу. Тем не менее в других вариантах выполнения, в которых система 302 мишени расположена рядом с ярмом 202 магнита, наружная поверхность 205 может и не образовывать вмещающую экран выемку 262. Вместо этого, наружные поверхности 304 и 205 могут по-прежнему непосредственно примыкать друг к другу вдоль, например, плоских частей наружных поверхностей 304 и 205.

В альтернативных вариантах выполнения система 302 мишени и ярмо 202 могут быть расположены рядом друг с другом, имея лишь небольшое расстояние между наружными поверхностями 304 и 205 (например, менее чем приблизительно 25 сантиметров, или менее чем приблизительно 10 см). Тем не менее в альтернативных вариантах выполнения система 302 мишени и ярмо 202 магнита расположены не рядом друг с другом, но могут быть, например, отделены друг от друга половиной метра или несколькими метрами.

Как также изображено на Фиг.2, радиационный экран 306 может иметь радиальную толщину TR, проходящую от области 308 мишени до наружной поверхности 304. Радиальная толщина TR может быть выполнена такой, что наружная поверхность 304 подвержена действию самое большее ограниченной мощности дозы. Как показано, радиальная толщина TR может иметь различные длины или размер. Например, радиальная толщина TR может иметь уменьшенную часть 325, которая проходит между областью 308 мишени и платформой 220 или землей 313. Оставшаяся часть(и) радиационного экрана 306 може(гу)т иметь по существу равные радиальные толщины TR. Уменьшенная часть 325 радиационного экрана 306 может быть использована, например, когда система 302 мишени опирается на платформу 220 или, в качестве альтернативы, прямо на землю 313. Эта платформа 220 может содержать материал (например, бетон) и иметь толщину TC, которая выполнена с возможностью поглощения радиационных утечек из по меньшей мере одного из циклотрона 200 и системы 302 мишени.

Проход 314 для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом 202 магнита и радиационным экраном 306 системы 302 мишени. В проиллюстрированном варианте выполнения проход 314 для пучка может быть по существу прямолинейным, как показано на Фиг.2 и 3. В качестве альтернативы, проход 314 для пучка может быть криволинейным или иметь резкие повороты вдоль прохода. Например, в альтернативных вариантах выполнения магниты могут быть расположены вдоль прохода для пучка и выполнены с возможностью направления или перенаправления пучка 312 частиц по другому пути. Кроме того, проход для пучка может иметь диаметр DBP поперечного сечения и расстояние или длину L. Диаметр DBP и длина L имеют такой размер и форму, чтобы уменьшать количество нейтронов, исходящих из материала мишени и в проход 314 для пучка, для того чтобы значительно уменьшить или устранить любые нейтроны, которые повторно входят в ускорительную камеру 206. Длина L может быть измерена от внутренней поверхности ускорительной камеры 206 до места 340 расположения мишени (Фиг.7). В некоторых вариантах выполнения длина L имеет значение от приблизительно 0,5 метра до приблизительно 1,5 метра. Кроме того, хотя это и не показано, проход 314 для пучка может быть выполнен из трубы или канала, который образован из материала, отличного от материала, из которого выполнено ярмо 202 магнита и радиационный экран 306.

Со ссылкой на Фиг.2, пучок 312 частиц и проход 314 для пучка могут проходить вдоль оси 330 пучка. Ось 330 пучка может быть направлена, по меньшей мере частично, вниз, т.е. к земле или к полу 313. В некоторых вариантах выполнения ось 330 пучка может пересекаться с платформой 220. В таких вариантах выполнения, когда систему 300 ПИ требуется вывести из эксплуатации, и когда помещение здания, где находится система 300 ПИ, должно быть обеззаражено, корпус 305, циклотрон 200 и система 302 мишени могут быть сняты с платформы 220. Платформа 220 может затем быть удалена из здания в управляемом режиме (то есть в соответствии с нормами безопасности в отношении удаления радиоактивных материалов). Таким образом, платформа 220 может защищать или иным образом препятствовать удалению уже существующих опорных конструкций в помещении. Например, с помощью платформы 220 другие опорные конструкции, например, потолки, полы и стены могут оставаться в помещении.

Фиг.4-7 более подробно описывают систему 300 ПИ и ее компоненты. Фиг.4 представляет собой вид в аксонометрии ярма 202 магнита, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Ярмо 202 магнита ориентировано по отношению к осям X, Y и Z. В некоторых вариантах выполнения ярмо 202 ориентировано вертикально по отношению к силе тяжести Fg. Ярмо 202 магнита имеет корпус 204, который может быть по существу круговым относительно центральной оси 236, которая проходит через центр корпуса 204 ярма параллельно оси Z. Корпус 204 ярма может быть изготовлен из железа и/или другого ферромагнитного материала, и может иметь размер и форму для получения требуемого магнитного поля.

Корпус 204 ярма имеет радиальную часть 222, которая искривляется по окружности вокруг центральной оси 236. Радиальная часть 222 имеет наружную радиальную поверхность 223, которая проходит на ширину W1. Ширина W1 радиальной поверхности 223 может проходить в осевом направлении вдоль центральной оси 236. Когда корпус 204 ярма ориентирован вертикально, радиальная часть 222 может иметь верхний и нижний концы 212 и 214 с проходящим между ними диаметром DY корпуса 204 ярма. Корпус 204 ярма также может иметь противоположные стороны 208 и 210, которые отделены друг от друга корпусом 204 ярма толщиной T1. Каждая из сторон 208 и 210 имеет соответствующую боковую поверхность соответственно 209 и 211 (боковая поверхность 209 показана на Фиг.5). Боковые поверхности 209 и 211 могут проходить по существу параллельно друг другу и могут быть по существу плоскими (т.е. расположенными вдоль плоскости, образованной осями Х и Y). Радиальная часть 222 соединена со сторонами 208 и 210 через углы или переходные области 216 и 218, которые имеют угловые поверхности соответственно 217 и 219. (Переходная область 218 и угловая поверхность 219 показаны на Фиг.5.) Угловые поверхности 217 и 219 проходят от радиальной поверхности 223 друг от друга и к центральной оси 236 до соответствующих боковых поверхностей 211 и 209. Радиальная поверхность 223, боковые поверхности 209 и 211 и угловые поверхности 217 и 219 вместе образуют наружную поверхность 205 (Фиг.5) корпуса 204 ярма.

Корпус 204 ярма может иметь несколько вырезов, выемок или проходов, которые ведут в него. Например, на наружной поверхности 205 корпуса 204 ярма может быть образована вмещающая экран выемка 262, которая имеет размер и форму, способствующие вмещению радиационного экрана от системы 302 мишени (Фиг.2). Как показано на чертеже, вмещающая экран выемка 262 имеет ширину W2, которая измеряется вдоль центральной оси 236. В проиллюстрированном варианте выполнения выемка 262 искривляется внутрь в радиальную часть 222 к центральной оси 236 по толщине T1. Хотя это и не показано на Фиг.4, проход 314 для пучка может проходить через радиальную часть 222 вблизи выемки 262. Таким образом, ширина W1 меньше, чем ширина W2. Кроме того, выемка 262 может иметь радиус кривизны, имеющий центр (указан как точка С), который находится за пределами наружной поверхности 205. Точка С может представлять собой приблизительное место 340 расположения мишени (Фиг.7). В альтернативных вариантах выполнения выемка 262 может иметь и другие размеры, выполненные с возможностью вмещения радиационного экрана. Кроме того, в других вариантах выполнения корпус 204 ярма может и не иметь выемку 262, но может быть расположен вблизи радиационного экрана. Также показано, что корпус 204 может образовывать вмещающую насос (ВН) полость 282, имеющую размер и форму, обеспечивающие возможность вмещения вакуумного насоса 276 (Фиг.2).

Фиг.5 представляет собой вид сбоку циклотрона 200, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Циклотрон 200 содержит ярмо 202 магнита, описанное выше со ссылкой на Фиг.2-4. Как показано на Фиг.5, корпус 204 ярма может быть разделен на две противоположные секции 228 и 230 ярма, которые ограничивают между собой ускорительную камеру 206. Секции 228 и 230 ярма выполнены с возможностью размещения рядом друг с другом вдоль серединной плоскости 232 ярма 202 магнита. Циклотрон 200 может опираться на платформу 220, которая выполнена с возможностью удержания веса циклотрона 200. Платформа 220 может представлять собой, например, пол комнаты или дополнительную плиту из материала (например, цемента), которая опирается на пол. Центральная ось 236 проходит перпендикулярно серединной плоскости 232 через центр корпуса 204 ярма между боковыми сторонами 209 и 211. Ускорительная камера 206 имеет центральную область 238, расположенную на пересечении серединной плоскости 232 и центральной оси 236. В некоторых вариантах выполнения центральная область 238 находится в геометрическом центре ускорительной камеры 206. Как также показано, ярмо 202 магнита содержит верхнюю часть 231, проходящую над центральной осью 236, и нижнюю часть 233, проходящую ниже центральной оси 236.

Секции 228 и 230 ярма содержат полюса соответственно 248 и 250, которые лежат напротив друг друга относительно серединной плоскости 232 внутри ускорительной камеры 206. Полюса 248 и 250 могут быть отделены друг от друга межполюсным зазором G. Межполюсный зазор G имеет такой размер и форму, чтобы создавать требуемое магнитное поле, когда циклотрон 200 находится в работе. Кроме того, межполюсный зазор G может иметь размер и форму, основываясь на требуемой проводимости, для удаления частиц внутри ускорительной камеры. В качестве примера, в некоторых вариантах выполнения межполюсный зазор G может быть равен 3 см.

Полюс 248 содержит концентратор 252, а полюс 250 содержит концентратор 254, который обращен к концентратору 252. В изображенном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон, в котором каждый концентратор 252 и 254 формирует секторную структуру из холмов и долин (не показаны). Холмы и долины взаимодействуют друг с другом для создания магнитного поля для фокусировки траектории заряженных частиц. Секции 228 или 230 ярма может также содержать радиочастотные (РЧ) электроды (не показаны), которые содержат полые Δ-образные части, расположенные внутри соответствующих долин. РЧ электроды взаимодействуют друг с другом и образуют резонансную систему, которая содержит индуктивные и емкостные элементы, настроенные на заданную частоту (например, 100 МГц). Система РЧ электродов может иметь высокочастотный генератор мощности (не показан), который могут содержать частотный осциллятор, находящийся в сообщении с одним или несколькими усилителями. Система РЧ электродов создает переменный электрический потенциал между РЧ электродами и землей.

Циклотрон 200 также содержит магнитный узел 260, расположенный в пределах или вблизи ускорительной камеры 206. Магнитный узел 260 выполнен с возможностью содействия созданию магнитного поля с полюсами 248 и 250 для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел 260 содержит противоположные пары магнитных катушек 264 и 266, которые расположены на расстоянии друг от друга поперек серединной плоскости 232 на расстоянии D1. Магнитные катушки 264 и 266 могут представлять собой, например, резистивные катушки из сплава меди. В качестве альтернативы, магнитные катушки 264 и 266 могут быть выполнены из сплава алюминия. Магнитные катушки могут быть по существу круглыми и проходить вокруг центральной оси 236. Секции 228 и 230 ярма могут образовывать полости соответственно 268 и 270 для магнитных катушек, имеющие размеры и форму, чтобы разместить соответствующие магнитные катушки соответственно 264 и 266. Как также показано на Фиг.5, циклотрон 200 может содержать стенки 272 и 274 камеры, которые отделяют магнитные катушки 264 и 266 от ускорительной камеры 206 и содействуют удержанию на месте магнитных катушек 264 и 266.

Ускорительная камера 206 выполнена с обеспечением возможности ускорения заряженных частиц, таких как ионы 1H-, в этой камере вдоль заданной криволинейной траектории, которая закручивается по спирали вокруг центральной оси 236 и остается по существу вдоль серединной плоскости 232. Заряженные частицы изначально расположены вблизи центральной области 238. Когда циклотрон 200 приведен в действие, заряженные частицы могут проходить по траекториям вокруг центральной оси 236. В проиллюстрированном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон и, таким образом, траектория заряженных частиц имеет участки, которые искривляются вокруг центральной оси 236, и участки, которые являются более прямолинейными. Тем не менее, варианты выполнения, описанные в настоящем документе, не ограничиваются изохронными циклотронами, но также включают другие виды циклотронов и ускорителей частиц. Как показано на Фиг.5, когда заряженные частицы движутся по траекториям вокруг центральной оси 236, они могут выступать из плоскости страницы в верхней части 231 ускорительной камеры 206, и проходят в плоскость страницы в нижней части 233 ускорительной камеры 206. Когда заряженные частицы движутся по траекториям вокруг центральной оси 236, радиус R, который проходит между траекториями заряженных частиц и центральной областью 238, увеличивается. Когда заряженные частицы достигают заданного положения вдоль траектории, заряженные частицы направляются в или через систему выпуска (не показана) и наружу из циклотрона 200.

Ускорительная камера 206 может находиться в разреженном состоянии как до, так и во время формирования пучка 312 частиц (Фиг.2). Например, перед тем, как пучок частиц будет создан, давление в ускорительной камере 206 может быть равно приблизительно 1×10-7 миллибар. Когда пучок частиц активирован, и газ Н2 протекает через ионный источник (не показан), расположенный в центральной области 238, давление в ускорительной камере может быть равно приблизительно 2×10-5 миллибар. Вакуумный насос 276 может содержать часть, которая проходит радиально наружу из конца 214 корпуса 204 ярма.

В некоторых вариантах выполнения секции 228 и 230 ярма могут быть выполнены с возможностью перемещения в направлении друг друга и в направлении друг от друга, так что можно получать доступ в ускорительную камеру 206 (например, для ремонта или технического обслуживания). Например, секции 228 и 230 ярма могут быть соединены шарниром (не показан), который проходит вдоль секции 228 и 230 ярма. Одна или обе секций 228 и 230 ярма могут быть открыты путем выполнения шарнирного поворота соответствующей(их) секции(й) ярма вокруг оси шарнира. В качестве другого примера, секции 228 и 230 ярма могут быть отделены друг от друга путем поперечного перемещения одной из секций ярма прямолинейно друг от друга. Однако в альтернативных вариантах выполнения секции 228 и 230 ярма могут быть выполнены как одно целое или оставаться герметично закрытыми вместе, когда осуществляется доступ в ускорительную камеру 206 (например, через отверстие или отверстие или открытие в ярме 202 магнита, которое ведет в ускорительную камеру 206). В альтернативных вариантах выполнения корпус 204 ярма может иметь секции, которые неравномерно разделены и/или может содержать более двух секций. Например, корпус ярма может иметь три секции, как показано на Фиг.10, относительно ярма 504 магнита.

Ускорительная камера 206 может иметь форму, которая проходит вдоль серединной плоскости 232 и по существу симметрично относительно нее. Например, ускорительная камера 206 может быть окружена внутренней радиальной поверхностью или поверхностью 225 стенки, которая проходит вокруг центральной оси 236, так что ускорительная камера 206 имеет по существу форму диска. Ускорительная камера 206 может содержать внутреннюю и наружную пространственные области 241 и 243. Внутренняя пространственная область 241 может быть ограничена между верхними частями 252 и 254 полюсов, а наружная пространственная область 243 может быть ограничена между стенками 272 и 274 камеры. Пространственная область 243 проходит вокруг центральной оси 236, окружающей пространственную область 241. Траектория заряженных частиц во время работы циклотрона 200 может находиться внутри пространственной области 241. Таким образом, ускорительная камера 206, по меньшей мере частично, ограничена в ширину концентраторами 252 и 254 полюсов и стенками 272 и 274 камеры. Наружная периферия ускорительной камеры может быть ограничена внутренней радиальной поверхностью 225. Ускорительная камера 206 может также содержать проходы, ведущие радиально наружу от пространственной области 243, такой как проход, который ведет к вакуумному насосу 276 и проходу 314 для пучка (Фиг.2).

Наружная поверхность 205 ограничивает кожух 207 корпуса 204 ярма. Кожух 207 имеет форму, которая примерно эквивалентна общей форме корпуса 204 ярма, ограниченного наружной поверхностью 205, без небольших полостей, вырезов или выемок. (Исключительно в иллюстративных целях кожух 207 показан на Фиг.5 имеющим слегка больший размер, чем корпус 204 ярма.) Как показано на Фиг.5, поперечное сечение кожуха 207 представляет собой восьмигранный многоугольник, ограниченный наружной радиальной поверхностью 223, боковыми поверхностями 209 и 211, а угловыми поверхностями 217 и 219. Корпус 204 ярма может образовывать проходы, вырезы, выемки, полости и тому подобное, которые позволяют элементу или устройствам проникать в кожух 207. Вмещающая экран выемка 262 (Фиг.4) и вмещающая насос (ВН) полость 282 представляют собой примеры таких выемок и полостей.

Фиг.6 представляет собой вид сбоку верхней части 231, иллюстрирующий излучение, испускаемое при работе циклотрона 200 (Фиг.3). Циклотрон 200 может быть отдельно выполнен с возможностью ослабления излучения от ускорительной камеры 206 (Фиг.5). Тем не менее циклотрон 200 также может быть выполнен с возможностью ослабления излучения и уменьшения напряженности полей рассеяния, как описано в заявке на патент США №12/435,931, которая включена в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки. Как уже говорилось выше, один из видов излучения представляет собой излучение от нейтронного потока. В конкретном варианте выполнения циклотрон 200 работает при низкой энергии, так что излучение от нейтронного потока не превышает заданную величину за пределами корпуса ярма. Например, циклотрон может работать для ускорения частиц до уровня энергии приблизительно 9,6 МэВ или меньше. В частности, циклотрон может работать для ускорения частиц до уровня энергии приблизительно 7,8 МэВ или меньше.

Второй тип излучения, гамма-лучи, производится, когда нейтроны сталкиваются с корпусом 204 ярма. На Фиг.6 проиллюстрировано несколько точек XR1, в которых частицы обычно сталкиваются с корпусом 204 ярма, когда циклотрон 200 находится в работе. Гамма-лучи испускаются из соответствующих точек XR1 равнонаправленным образом (т.е. от соответствующих точек XR1 сферическим образом). Корпус 204 ярма может иметь такой размер, что ослабляет излучения гамма-лучей. Например, на Фиг.6 показаны толщины Т4, Т5 и Т6, которые проходят соответственно через радиальную часть 222, переходную область 218 и часть корпуса 204 ярма, которая проходит от полости 270, к стороне 208. Толщины Т4, Т5 и Т6 могут иметь такой размер, что интенсивность дозы на требуемом расстоянии от наружной поверхности 205 (или на наружной поверхности 205) ниже заданной величины. Расстояния D7-D9 представляют собой заданные расстояния от наружной поверхности 205, в которой поддерживаемое излучение ниже требуемой интенсивности дозы. Каждое расстояние D7-D9 от наружной поверхности 205 может представлять собой кратчайшее расстояние к наружной поверхности 507 от точки снаружи корпуса 204 ярма.

Соответствующим образом, толщины Т4, Т5 и Т6 могут иметь такую величину, что интенсивность дозы снаружи корпуса 204 ярма не превышает требуемую величину на требуемом расстоянии, когда ток мишени действует при заданном токе. К примеру, толщины Т4, T5 и Т6 могут иметь такую величину, что интенсивность дозы не превышает 2 микрозиверта/ч на расстоянии меньше, чем приблизительно 1 метр от соответствующей поверхности, при токе мишени приблизительно от 20 до 30 мкА. Кроме того, толщины Т4, Т5 и Т6 могут иметь такую величину, что интенсивность дозы не превышает 2 микрозверта/ч в точке вдоль соответствующей поверхности (т.е., когда D4, D5 и D6 приблизительно равны нулю) при токе мишени от 20 до 30 мкА. Тем не менее интенсивность дозы может быть прямо пропорциональна току мишени. Например, интенсивность дозы может быть равна 1 микрозиверту/ч в точке вдоль соответствующей поверхности, когда ток мишени составляет от 10 до 15 мкА.

Интенсивность дозы может быть определена с помощью известных способов или устройств. Например, для обнаружения гамма-квантов может быть использован измеритель, основанный на ионной камере или счетчике Гейгера-Мюллера (ГМ). Нейтроны могут быть обнаружены с помощью специального нейтронного монитора, основанного, как правило, на детектируемых гамма-квантах, исходящих из нейтронов, взаимодействующих с подходящим материалом (например, пластмассой) вокруг ионной камеры или счетчика ГМ.

В соответствии с одним вариантом выполнения, размеры корпуса 204 ярма выполнены с возможностью ограничения или уменьшения полей рассеяния вокруг корпуса 204 ярма и уменьшения излучения от циклотрона 200. Максимальный магнитный поток (В), который может быть получен циклотроном 200 по отношению к магнитным полям через корпус 204 ярма, может быть основан на (или в значительной степени определяться) наименьшей площади поперечного сечения корпуса 204 ярма, измеряемого вдоль толщины Т5. Таким образом, размер других площадей поперечного сечения в корпусе 204 ярма, таких как площади поперечного сечения, связанные с толщинами Т4 и Т6, могут быть определены, исходя из площади поперечного сечения в переходной области 218. Например, для того чтобы уменьшить вес ярма магнита, в традиционных циклотронах обычно уменьшают площади Т4 и Т6 поперечного сечения до тех пор, пока любое дальнейшее уменьшение будет существенно влиять на максимальный магнитный поток (В) циклотрона.

Однако толщины Т4, Т5 и Т6 могут быть основаны не только на требуемом магнитном потоке (В) через корпус 204 ярма, но и на требуемом ослаблении излучения. Таким образом, некоторые части корпуса 204 ярма могут иметь излишки материала в отношении количества материала, необходимого для достижения требуемого среднего магнитного потока (В) через корпус 204 ярма. Например, площадь поперечного сечения корпуса 204 ярма, связанная с толщиной Т6, может иметь избыточную толщину материала (обозначенную как ΔT1). Площадь поперечного сечения корпуса 204 ярма, связанная с толщиной Т4, может иметь избыточную толщину материала (обозначенную как ΔТ2). Соответственно, варианты выполнения, описанные в настоящем документе, могут иметь толщину, такую как толщина Т5, которая задана для поддержания магнитного потока (В) ниже верхнего предела, и другие толщины, такие как толщины Т6 и Т4, которые заданы для ослабления гамма-лучей, испускаемых в ускорительной камере.

Кроме того, размеры корпуса 204 ярма могут быть основаны на типе частиц, используемых в ускорительной камере, и на типе материала в ускорительной камере 206, с которым сталкиваются частицы. Кроме того, размеры корпуса 204 ярма могут быть основаны на материале, который содержит корпус ярма. Кроме того, в альтернативных вариантах выполнения для ослабления магнитных полей рассеяния и радиации, излучаемой изнутри корпуса 204 ярма, может быть использован наружный экран в сочетании с размерами корпуса 204 ярма.

Фиг.7 представляет собой увеличенный вид сбоку области 308 мишени. Как видно, область 308 мишени содержит первую, или внутреннюю экранирующую структуру 320, коллиматор 338, держатель 342 мишени, который удерживает мишени в пределах их места 340А-340С расположения, и поворотный механизм 344, который с возможностью перемещения соединяет держатель 342 мишени с коллиматором 338 (или проходом 314 пучка). Пучок 312 частиц направляется вдоль прохода 314 пучка и сужается, или фокусируется, коллиматором 338 перед тем, как пучок 312 частиц падает на материал мишени или сталкивается с материалом мишени в соответствующем месте 340 расположения мишени. Поворотным механизмом 344 можно выборочно управлять, чтобы перемещать или поворачивать держатель 342, так чтобы места 340А-340С расположения мишени перемещались относительно пучка 312 частиц. Более конкретно, оператор системы 300 ПИ (Фиг.2) может выбрать материал мишени, чтобы создать требуемый радиоизотоп. Поворотный механизм 344 может затем поворачиваться вокруг точки 348 поворота, чтобы переместить места 340А-340С расположения мишени так, чтобы требуемый материал мишени сталкивался с пучком 312 частиц. В альтернативных вариантах выполнения поворотный механизм 344 может поворачивать держатель 342 вокруг оси 330 пучка (Фиг.2). Кроме того, несмотря на то, что на чертеже показано три места 340А-340С расположения мишени, может быть использовано меньше или больше мест расположения мишени.

Как показано, первая экранирующая структура 320 непосредственно окружает места 340А-340С расположения мишени. Первая экранирующая структура 320 может состоять в основном из свинца (Pb) и быть выполнена с возможностью ослабления быстрого гамма-излучения, генерируемого в месте 340 расположения мишени. В некоторых вариантах выполнения пространство или пустота в первой экранирующей структуре 320 имеют такой размер и такую форму, чтобы обеспечить возможность перемещения держателя 342 в различные положения. Таким образом, размер и форма первой экранирующей структуры 320 могут быть определены пространством, занимаемым держателем 342 для перемещения мест 340 расположения мишени. Также показано, что первая экранирующая структура 320 может иметь толщину Т7. Толщина Т7 выполнена с возможностью ослабления быстрого гамма-излучения, так что внешняя граница 301 имеет меньше, чем максимальную мощность дозы. В таких вариантах выполнения, в которых первая экранирующая структура 320 непосредственно окружает место(а) 340 расположения мишени, система 300 производства изотопов (Фиг.2) может использовать меньше свинца (Pb), чем традиционные системы производства изотопов, в которых свинец (Pb) окружает весь или почти весь циклотрон и систему мишени.

Фиг.8 и 9 представляют собой виды в аксонометрии системы 500 производства изотопов (ПИ), выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения соответственно в закрытом, или рабочем, положении и открытом положении, или положении доступа. Как видно из чертежей, система 500 может содержать кожух 524, вмещающий циклотрон 502 (Фиг.9) и систему 514 мишени (Фиг.9). Со ссылкой на Фиг.9, ПИ система 500 выполнена с возможностью использования в больницах или клиниках и может содержать аналогичные элементы и системы, используемые в ПИ системе 100 (Фиг.1) и ПИ системе 300 (Фиг.2). Циклотрон 502 и система 514 мишени могут генерировать радиоизотопы для использования с пациентом. Циклотрон 502 ограничивает ускорительную камеру 506, в которой заряженные частицы движутся по заданной траектории, когда циклотрон 502 активирован. Во время работы циклотрон 502 ускоряет заряженные частицы вдоль заданной или требуемой траектории 536 пучка и направляет частицы в область 532 мишени системы 514 мишени. Траектория 536 пучка (обозначена пунктирной линией) проходит от ускорительной камеры 506 в систему 514 мишени.

Фиг.10 представляет собой поперечное сечение циклотрона 502. Как показано, циклотрон 502 имеет аналогичные функции и элементы, что и циклотрон 200 (Фиг.2). Тем не менее циклотрон 502 содержит ярмо 504 магнита, которое может содержать зажатые вместе три секции 528-530. В частности, циклотрон 502 содержит кольцевую секцию 529, которая расположена между секциями 528 и 530 ярма. Когда кольцевая секция и секции 528-530 ярма сложены вместе, как показано, секции 528 и 530 ярма обращены друг к другу через серединную плоскость 534 и ограничивают ускорительную камеру 506 ярма 504 магнита. Как показано на чертеже, кольцевая секция 529 может ограничивать проход Р3, который ведет к порту 578 вакуумного насоса 576. Вакуумный насос 576 может представлять собой безжидкостной насос и имеет схожие черты с насосом, описанным в заявках на патент США №12/435,931 и №12/435,949, которые включены в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки. Например, вакуумный насос 576 может представлять собой турбомолекулярный насос.

Также показано, что корпус 524 может иметь толщину TS и наружную поверхность 525. Корпус 524 может быть изготовлен из полиэтилена (ПЭ) и свинца (Pb), а толщина TS может быть выполнена с возможностью ослабления потока нейтронов из циклотрона 502. В других вариантах выполнения корпус 524 практически не содержит свинца (Pb). Наружная поверхность 525 может представлять собой внешнюю границу системы 500 производства изотопов. В дополнение к другим размерам ярма 504 магнита, корпус 524 может иметь такой размер и форму, чтобы обеспечивать требуемое ослабление излучения и требуемое уменьшение полей рассеяния. Например, размеры ярма 504 магнита и размеры корпуса 524 (например, толщина TS) могут быть выполнены такими, что интенсивность дозы не превышает 2 микрозиверта/ч на расстоянии меньше чем приблизительно 1 метр от наружной поверхности 525 и, более конкретно, на расстоянии 0 метров. Кроме того, ярмо 504 магнита и корпус 524 могут иметь такие размеры и формы, что поля рассеяния не превышают 5 гаусс на расстоянии 1 метр от наружной поверхности 525 или, более конкретно, на расстоянии 0,2 метра.

Возвращаясь к Фиг.9, корпус 524 может обеспечивать доступ к ускорительной камере 506 и области 532 мишени. Например, корпус 524 может содержать выполненные с возможностью перемещения перегородки 552 и 554, которые обеспечивают доступ соответственно к ускорительной камере 506 и к области 532 мишени. Как показано на Фиг.9, обе перегородки 552 и 554 находятся в открытом положении. Перегородка 554 могут быть открыта отдельно, так что к области мишени и к пользовательскому интерфейсу 584 системы 514 мишени можно получить доступ, не открывая перегородку 552. Когда закрыта, перегородка 554 может покрывать область 532 мишени 532 и пользовательский интерфейс 584 системы 514 мишени. Перегородка 552 в закрытом состоянии может покрывать циклотрон 502.

Перегородка 554 может содержать часть радиационного экрана, такого как радиационный экран 306. Перегородка 554 может содержать первую часть 555 радиационного экрана, а основная часть 557 системы 500 ПИ может содержать вторую часть 557 радиационного экрана. Соответственно, когда перегородка 554 закрыта, радиационный экран системы 514 мишени может состоять из первой и второй секций 555 и 557, и может иметь схожие размеры и характеристики, как описано выше в отношении радиационного экрана 306.

Также показано, что секция 528 ярма циклотрона 502 может быть выполнена с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением. (Фиг.9 иллюстрирует открытое положение, а Фиг.10 показывает закрытое положение.) Секция 528 ярма может быть прикреплена к шарниру (не показан), который обеспечивает возможность распахивания секции 528 как дверь или крышка, и обеспечивает доступ в ускорительную камеру 506. Секция 530 ярма (Фиг.10) также может быть выполнена с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением или может быть герметично закрыта или выполнена как одно целое с кольцевой секцией 529 (Фиг.10).

Более того, вакуумный насос 576 может быть расположен во вмещающей насос камере 562 кольцевой секции 529 корпуса 524. К вмещающей насос камере 562 может быть обеспечен доступ, когда часть 552 находится в открытом положении. Как показано на чертеже, вакуумный насос 576 находится ниже центральной области 538 из ускорительной камеры 506 так, что вертикальная ось, проходящая через центр порта 578 от горизонтальной опоры 520, будет пересекать центральную область 538. Также показано, что секция 528 ярма и кольцевая секция 529 могут иметь вмещающую экран выемку 560. Траектория 536 пучка проходит через вмещающую экран выемку 560 в область 532 мишени.

Фиг.11 представляет собой схематический вид сбоку системы 600 производства изотопов (ПИ), выполненной в соответствии с альтернативным вариантом выполнения. Система 600 ПИ содержит циклотрон 602 и систему 604 мишени, которые могут иметь аналогичные характеристики, что и циклотроны и системы мишени, описанные выше. Система 600 ПИ может поддерживаться платформой 610 и может быть заключена в корпус 605. Как показано на чертеже, циклотрон 602 выполнен с возможностью обеспечения пучка 612 частиц, которые проходят вдоль прохода 614 пучка от ускорительной камеры 606 циклотрона 602 к области 608 мишени системы 604 мишени. Как изображено на чертеже, циклотрон 602 может опираться и поддерживаться радиационным экраном 616 системы 604 мишени. Пучок 612 частиц и проход 614 пучка может проходить вдоль оси 630 пучка, так что ось 630 пучка пересекает платформу 610.

Система 600 ПИ может содержать вакуумный насос 676. Традиционные циклотроны и системы производства изотопов имеют вакуумные насосы (например, диффузионный насос), которые используют рабочую текучую среду (например, масло), чтобы создавать необходимое давление для создания разрежения в ускорительной камере. Тем не менее, вакуумный насос 676 в циклотроне 602 может представлять собой безжидкостной насос (например, турбомолекулярный насос), который проточно соединен с ускорительной камерой 606 циклотрона 602. Вакуумный насос 676 может быть ориентирован вдоль продольной оси 640, которая составляет угол θ относительно направления гравитационной силы FG. Угол θ может быть равен, как показано, приблизительно 90 градусам. Тем не менее в альтернативных вариантах выполнения угол θ может иметь любое значение более 10 градусов относительно гравитационной силы FG. В качестве одного из примеров, вакуумный насос 676 может представлять собой турбомолекулярный насос с вентилятором 678, который вращается вокруг продольной оси 640. Соответственно, в таких вариантах выполнения, в которых вакуумный насос 676 представляет собой безжидкостной вакуумный насос, вакуумный насос 676 может иметь разные ориентации, без проблем с выплесками масла или другой текучей среды в ускорительную камеру 606.

На Фиг.12 изображен способ 700 вывода из эксплуатации системы производства изотопов (ПИ), такой как системы 100, 300, 500 и 600 ПИ, описанные выше. Способ 700 включает использование системы ПИ на этапе 702, причем система содержит циклотрон и систему мишени. Циклотрон и система мишени могут поддерживаться на платформе. Платформа, в свою очередь, может поддерживаться полом помещения в здании. Как описано выше, циклотрон может быть выполнен с возможностью направления пучка частиц вдоль прохода для пучка к системе мишени. Система мишени может быть расположена на платформе рядом с ярмом магнита. Кроме того, проход для пучка может проходить вдоль оси пучка, которая пересекает платформу. Проход для пучка может быть направлен к платформе, так что накопленная в стенах или потолке помещения радиоактивность не превышает пороговый уровень. Способ 700 также включает удаление на этапе 704 циклотрона, а на этапе 706 удаление системы мишени с платформы.

Способ 700 также включает на этапе 708 удаление платформы с пола здания в управляемом режиме (то есть в соответствии с установленными нормами безопасности в отношении обращения с радиоактивными материалами). Способ 700 также включает на этапе 710 утилизацию платформы в управляемом режиме. В некоторых вариантах выполнения способ 700 не включает удаление исходной опорной конструкции из помещения. Первоначальная опорная конструкция может представлять собой по меньшей мере часть одного из потолка, пола и стены.

Описанные в настоящем документе варианты выполнения не предназначены быть ограниченными производством радиоизотопов для медицинских целей, но также могут производить другие изотопы и использовать другие материалы мишени. Более того, в проиллюстрированных вариантах выполнения циклотроны представляют собой вертикально-ориентированные изохронные циклотроны. Тем не менее альтернативные варианты выполнения могут включать другие виды циклотронов и другие ориентации (например, горизонтальную). Кроме того, описанные в этом документе варианты выполнения включают способы изготовления систем ПИ, систем мишени и циклотронов, как описано выше.

Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено быть иллюстративным, а не носить ограничительный характер. Например, описанные выше варианты выполнения (и/или их аспекты) могут быть использованы в комбинации друг с другом. Кроме того, может быть выполнено большое количество изменений для адаптации конкретной ситуации или материала к идее изобретения, не отступая от его объема. Хотя размеры и типы описанных в настоящем документе материалов предназначены для определения параметров изобретения, они ни в коем случае не являются ограничивающими и представляют собой иллюстративные варианты выполнения. Многие другие варианты выполнения будут очевидны для специалистов при изучении представленного выше описания. Объем изобретения должны быть, следовательно, определяться с учетом приложенной формулы изобретения, вместе с полным спектром эквивалентов, которые также подпадают под формулу изобретения. В приложенной формуле изобретения термины «включающий» и «в котором» используются как эквиваленты соответствующих выражений «содержащий» и «причем». Более того, в последующей формуле изобретения термины «первый», «второй» и «третий» и т.д. используются лишь как метки, и не имеют цель предъявлять численные требования к объектам, с которыми они используются. Более того, признаки последующей формулы изобретения не сформулированы в формате средство плюс функция и не должны толковаться на основе статьи 35, §112, шестой пункт Свода Законов США, если только и до тех пор пока такие признаки формулы изобретения явным образом не используют выражение «средство для», за которым следует определение функции без дальнейшего описания конструкции.

Это описание использует примеры для раскрытия изобретения, включая наилучший режим, а также дает возможность любому специалисту использовать изобретение на практике, в том числе создавая и используя любые устройства или системы и выполняя любые включенные способы. Объем охраны изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые будут очевидны специалистам. Предполагается, что такие другие примеры попадают в объем формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального языка формулы изобретения, или если они включают эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального языка формулы изобретения.

1. Система производства изотопов, содержащая:
циклотрон, содержащий ярмо магнита, которое окружает ускорительную камеру, и выполненный с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита, и
систему мишени, расположенную рядом с ярмом магнита, причем система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени и содержит радиационный экран, который проходит между ярмом магнита и областью мишени, при этом радиационный экран имеет размер и форму, обеспечивающие ослабление нейтронов, испускаемых из материала мишени к ярму магнита, и
проход для пучка, проходящий от ускорительной камеры к области мишени и, по меньшей мере частично, образованный ярмом магнита и радиационным экраном системы мишени.

2. Система по п.1, в которой проход для пучка имеет длину и диаметр поперечного сечения, которые обеспечивают возможность существенного сокращения количества нейтронов, испускаемых из области мишени в ярмо магнита.

3. Система по п.1, в которой внешняя поверхность радиационного экрана непосредственно примыкает к ярму магнита.

4. Система по п.1, дополнительно содержащая общий корпус, в котором находятся циклотрон и система мишени.

5. Система по п.4, в которой корпус обеспечивает доступ к ускорительной камере циклотрона и к системе мишени.

6. Система по п.1, в которой радиационный экран содержит материал с составом, выполненным с возможностью ослабления излучения, выходящего из материала мишени, а ярмо магнита содержит материал с другим составом, выполненным с возможностью ослабления излучения, выходящего из ускорительной камеры.

7. Система по п.1, в которой ярмо магнита имеет наружную поверхность, которая образует вмещающую экран выемку, причем проход для пучка проходит через ярмо магнита из ускорительной камеры и во вмещающую экран выемку, при этом часть радиационного экрана выполнена с возможностью размещения во вмещающей экран выемке ярма магнита.

8. Система по п.7, в которой радиационный экран имеет форму, которая по существу соответствует форме выемки.

9. Система по п.1, в которой система мишени содержит первую экранирующую структуру, которая непосредственно окружает область мишени и содержит материал с первым составом, который выполнен с возможностью ослабления гамма-лучей, которые испускаются из материала мишени.

10. Система по п.9, в которой система мишени дополнительно содержит вторую экранирующую структуру, которая окружает первую экранирующую структуру и содержит материал со вторым составом, который выполнен с возможностью ослабления нейтронов, которые испускаются из материала мишени.

11. Система по п.10, в которой материал со вторым составом выполнен с возможностью ослабления гамма-лучей, которые испускаются из материала мишени и создаются в результате захвата нейтрона.

12. Система по п.1, в которой пучок частиц может проходить расстояние от внутренней поверхности ускорительной камеры до материала, причем указанное расстояние составляет от 0,5 метра до 1,5 метра.

13. Система по п.1, в которой ярмо магнита имеет геометрический центр, расположенный в ускорительной камере, причем внешняя граница циклотрона имеет мощность дозы менее 4 микрозиверта/ч на расстоянии менее чем приблизительно 1 метр от геометрического центра, а внешняя граница системы мишени имеет мощность дозы менее 4 микрозиверта/ч на расстоянии менее чем приблизительно 1 метр от мишени, при этом материал мишени испытывает действие тока пучка приблизительно от 20 мкА до 30 мкА.

14. Система производства изотопов, содержащая:
циклотрон, поддерживаемый платформой и содержащий ярмо магнита, которое окружает ускорительную камеру, причем циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита, и
систему мишени, расположенную на платформе и вблизи ярма магнита, причем система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени в области мишени, а пучок частиц может падать на материал мишени, и
проход для пучка, проходящий от ускорительной камеры к области мишени, причем проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и системой мишени и проходит вдоль оси пучка, которая пересекает платформу.

15. Система по п.14, в которой система мишени содержит радиационный экран, выполненный с возможностью ослабления по меньшей мере одного из гамма-лучей и нейтронов, которые испускаются из материала мишени, при этом радиационный экран проходит между областью мишени и ярмом магнита.

16. Система по п.15, в которой радиальная толщина радиационного экрана измеряется от области мишени, а наружная поверхность радиационного экрана ограничивает уменьшенную часть радиальной толщины, при этом радиационный экран поддерживается платформой вдоль наружной поверхности уменьшенной части.

17. Система по п.15, в которой радиационный экран имеет наружную поверхность, которая примыкает к ярму магнита.

18. Система по п.14, в которой проход для пучка является по существу прямолинейным.

19. Система по п.14, дополнительно содержащая безжидкостной насос, который проточно соединен с ускорительной камерой ярма магнита, причем указанный насос ориентирован вдоль продольной оси, которая образует угол относительно направления действия силы тяжести, составляющий больше 10 градусов.

20. Система по п.19, в которой безжидкостной вакуумный насос представляет собой турбомолекулярный насос.

21. Система по п.14, дополнительно содержащая платформу, которая опирается на пол и имеет толщину, обеспечивающую возможность поглощения утечек излучения от по меньшей мере одного из циклотрона и системы мишени.

22. Способ вывода из эксплуатации системы производства изотопов, находящейся в помещении здания, включающий:
использование системы производства изотопов, которая содержит циклотрон, поддерживаемый на платформе, поддерживаемой полом помещения, причем циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц вдоль прохода для пучка к системе мишени, которая расположена на платформе рядом с ярмом магнита, причем проход для пучка проходит вдоль оси пучка, которая пересекает платформу,
удаление системы мишени с платформы и
удаление платформы с пола помещения.

23. Способ по п.22, в котором проход для пучка проходит по направлению к платформе так, что накопленная радиоактивность в стенах или потолке помещения не превышает пороговый уровень.

24. Способ по п.22, в котором платформу дополнительно утилизируют в управляемом режиме.

25. Способ по п.22, в котором помещение содержит первоначальную опорную конструкцию, причем в способе не удаляют первоначальную опорную конструкцию в помещении из-за накопленной радиоактивности.

26. Способ по п.25, в котором первоначальная опорная конструкция представляет собой по меньшей мере часть потолка, пола или стен.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии изготовления металло-тритиевых мишеней, в частности к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, которые могут быть использованы для получения моноэнергетических потоков нейтронов.

Изобретение относится к реакторному материаловедению, в частности к способу исследования радиационной стойкости конструкционных и топливных материалов при высоких и предельных уровнях облучения для активных зон атомных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.

3аявленное изобретение относится к источникам протонов или нейтронов высокой энергии для производства медицинских изотопов и осуществления других процессов, включая превращение ядерных отходов.

Изобретение относится к ядерной технологии и предназначено для получения радиоактивных изотопов для медицинских целей. .

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в мишенных устройствах линейных индукционных ускорителей (ЛИУ) с импульсным продольным магнитным полем при решении задачи, связанной с эффективным преобразованием энергии ~100 кДж сильноточного релятивистского электронного пучка (РЭП) с импульсным током ~100 кА и энергией электронов от 10 до 40 МэВ в тормозное излучение (ТИ).

Изобретение относится к области ускорительной техники, а точнее к технике получения высокоинтенсивного импульсного тормозного излучения. .

Изобретение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам с жидкометаллическими мишенями. .

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках надтепловых нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Изобретение относится к области физики и техники ускорителей заряженных частиц, а именно к устройствам для установки и замены твердотельных мишеней при проведении экспериментов в физике высоких энергий для получения пучков вторичных излучений.
Изобретение относится к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, применяемых в вакуумной нейтронной трубке. В заявленном способе предусмотрена активация слоя гидридообразующего металла (титана), нанесенного на подложку, в камере насыщения путем нагрева до 300-500°С и подача трития в камеру насыщения с последующим ее охлаждением. Тритий в камеру насыщения подают перед активацией слоя гидридообразующего металла, при этом активацию проводят в среде трития. Количество поглощенного трития рассчитывают из условия достижения атомного отношения T/Ti, равного 1,5-1,7, а нагрев и охлаждение камеры насыщения проводят со скоростью 2-3°С/мин. Техническим результатом является повышение точности измерения количества трития, поглощенного мишенью, упрощение процесса насыщения мишеней за счет совмещения операций активации и насыщения, а также упрощение контроля степени насыщения титанового слоя, снижение вероятности отслоения тритида титана от подложки и, соответственно, радиационного загрязнения технологического оборудования, и повышение безопасности условий работы персонала. 1 пр.

Изобретение относится к технологии изготовления полимерных оболочечных мишеней для инерциального термоядерного синтеза. Технический результат - обеспечение возможности серийного изготовления оболочечной мишени при требуемой воспроизводимости заданных параметров мишени с повышенными прочностными характеристиками. Способ изготовления оболочечной мишени по его первому варианту включает формирование полимерной оболочки, легированной присадками, на первом этапе изготавливают первую, внутреннюю, и вторую, внешнюю, пленки-заготовки, затем осуществляют зонное легирование отдельно первой и второй пленок-заготовок частицами присадок различного типа соответственно для первой и второй пленок-заготовок так, что длина зоны легирования частиц присадок соответствует длине первой и второй пленок-заготовок соответственно, а заданную ширину зон легирования выбирают таким образом, что реализуют заданное распределение частиц присадок по радиусу оболочечной мишени; на втором этапе осуществляют перфорацию первой пленки-заготовки, далее создают выступы заданной высоты и конфигурации на первой пленке-заготовке; на третьем этапе осуществляют нарезку первой и второй пленки-заготовки так, что обеспечивают их заданную ширину и длину так, что обеспечивают заданное число слоев оболочечной мишени; на четвертом этапе осуществляют соединение первой и второй пленок заготовок по их длине с заданной адгезией; на пятом этапе сворачивают соединенные пленки-заготовки в рулон таким образом, что образующая рулона параллельна линии соединения пленок так, что первая пленка-заготовка образует рабочие активные слои, а вторая пленка-заготовка образует внешние, абляционные слои. Первый из абляционных слоев плотно прилегает к наружному витку первой пленки-заготовки, при таком сворачивании в рулон заданное число слоев первой пленки-заготовки определяет размер активной области мишени, а число слоев второй пленники-заготовки определяет толщину абляционного слоя мишени, после чего фиксируют внешний край рулона, получая оболочечную мишень; на шестом этапе осуществляют одновременно нарезку получившегося цилиндрического рулона до требуемой длины и формируют торцевые поверхности заготовок мишеней. Осуществление способа изготовления оболочечной мишени по его второму варианту аналогично описанному выше способу по его первому варианту до выполнения шестого этапа. Отличие заключается в том, что после осуществления пятого этапа, на котором формируют цилиндрическую заготовку оболочечной мишени, выполняют шестой этап. На этом этапе цилиндрическую заготовку оболочечной мишени сжимают с двух противоположных сторон. Для обеспечения равномерного распределения силы по площади заготовку оболочечной мишени помещают между двумя плоскими пластинами, прочность которых выше прочности заготовки мишени. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх