特許 7445491 ターゲット装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】ターゲット装置

(51)【国際特許分類】

   G21K 5/08 20060101AFI20240229BHJP

   G21G 1/10 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

G21K5/08 C

G21G1/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020060889

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021162318

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】村上 喜信

(72)【発明者】

【氏名】ゲラゴメズ フランシスコ

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２４６１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００００６３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００６２３４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２８０３５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／１４９６００（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｋ ５／０８

Ｇ２１Ｇ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲット液体を収容する第１の領域、及び第１の領域の上側に連続的に形成され、沸騰した前記ターゲット液体の気液混合体を受け入れる第２の領域を有するターゲット収容部と、
前記ターゲット液体に対して、照射されるビームの照射方向と反対側において、冷媒によって前記ターゲット収容部を冷却する冷却機構と、を備え、
前記冷却機構は、少なくとも前記第１の領域を冷却する第１の冷却部、及び少なくとも前記第２の領域を冷却する第２の冷却部を備え、
前記第１の冷却部は、前記ターゲット収容部の前記第１の領域へ向けて前記冷媒を噴射する第１の噴射部材を備え、
前記第２の冷却部は、前記ターゲット収容部の前記第２の領域へ向けて前記冷媒を噴射する、前記第１の噴射部材とは離間して配置された異なる部材である第２の噴射部材を備える、ターゲット装置。

【請求項2】

前記第２の噴射部材は、前記第２の領域において上方から下方へ向かう前記冷媒の流れを形成する、請求項１に記載のターゲット装置。

【請求項3】

前記第２の噴射部材は、前記第２の領域において下方から上方へ向かう前記冷媒の流れを形成する、請求項１に記載のターゲット装置。

【請求項4】

前記第２の冷却部では、前記第２の噴射部材による噴射箇所よりも下側において、前記上方から下方へ向かう前記冷媒の流れが形成される、請求項２に記載のターゲット装置。

【請求項5】

前記第１の冷却部において前記冷媒が流れる第１の内部空間と、前記第２の冷却部において前記冷媒が流れる第２の内部空間とは、互いに仕切られている、請求項１～４のいずれか１項に記載のターゲット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターゲット装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ポジトロン断層撮影法（ＰＥＴ：Positron Emission Tomography）を用いたＰＥＴ検査の検査用薬剤に使用される放射性同位元素は、病院内の検査室に近い場所に設置されるサイクロトロン等の放射線源を用いて製造される。具体的には、放射線源からの放射線（例えば、陽子線や重陽子線等の粒子線）をターゲット装置に導き、ターゲット装置に収容されているターゲット液体（例えば、ターゲット水（^１８Ｏ水））との核反応により放射性同位元素を製造する。そして、製造された放射性同位元素を所定の化合物（例えば、フルオロデオキシグルコース（ＦＤＧ：Fluoro-Deoxy-Glucose））に組み込んだり、その一部を置き換えたりして合成することで、検査用薬剤を製造する。

【0003】

このような放射性同位元素を製造するためのターゲット液体を収容する装置として、ターゲット液体を収容する部分と、沸騰したターゲット液体の気液混合体を受け入れる部分と、を背面から冷却する冷却機構を備えた装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－２２０９３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、ターゲット液体に対して照射する放射線の強度を高くした場合、ターゲット収容部を冷却する冷却部に高い冷却性能が求められる。上述のターゲット装置の冷却機構は、ターゲット液体が収容されている部分の背面（伝熱壁部）に対して放射線と同軸になるように冷媒を噴射している。そして、ターゲット装置の冷却機構は、当該噴射によって伝熱壁部に当たった後に放射状に拡散した冷媒（液体を収容する部分から気液混合体を受け入れる部分に向かう上向きの流れ）にて、ターゲット液体の気液混合体を受け入れる部分背面から冷却している。しかしながら、当該構成では、十分な冷却性能を得られない場合がある。従って、冷却機構の冷却性能を向上できるターゲット装置が求められていた。

【0006】

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、冷却機構による冷却性能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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るターゲット装置は、ターゲット液体を収容する第１の領域、及び第１の領域の上方であって沸騰したターゲット液体の気液混合体を受け入れる第２の領域を有するターゲット収容部と、ターゲット液体に対して、照射されるビームの照射方向と反対側において、冷媒によってターゲット収容部を冷却する冷却機構と、を備え、冷却機構は、少なくとも第１の領域を冷却する第１の冷却部、及び少なくとも第２の領域を冷却する第２の冷却部を備え、第２の冷却部は、第２の領域において上方から下方へ向かう冷媒の流れを形成する。

【0008】

上記のターゲット装置によれば、ターゲット収容部は、ターゲット液体を収容する第１の領域、及び第１の領域の上方であって沸騰したターゲット液体の気液混合体を受け入れる第２の領域を有する。これに対し、冷却機構は、少なくとも第１の領域を冷却する第１の冷却部、及び少なくとも第２の領域を冷却する第２の冷却部を備える。更に、第２の冷却部は、第２の領域において上方から下方へ向かう冷媒の流れを形成する。上方から下方へ流れる冷媒による冷却性能は、第１の冷却部で用いた冷媒をそのまま用いる場合の冷却性能に比して、高くすることができる。以上より、冷却機構による冷却性能を向上できる。

【0009】

第１の冷却部は、第１の領域との間の隔壁に対して冷媒を噴射する第１のノズル部を備え、第２の冷却部は、第２の領域との間の隔壁に対して冷媒を噴射する第２のノズル部を備え、第２の冷却部では、第２のノズル部による噴射箇所よりも下側において、上方から下方へ向かう冷媒の流れが形成されてよい。噴射による冷却は、他の強制対流と比較して、熱伝達係数が高く冷却効率が良い。従って、第１のノズル部の噴射による第１の領域の冷却に加えて、第２のノズル部が噴射によって第２の領域を冷却することで、冷却機構の冷却性能を更に高めることができる。

【0010】

第１の冷却部において冷媒が流れる第１の内部空間と、第２の冷却部において冷媒が流れる第２の内部空間とは、互いに仕切られていてよい。この場合、第１の冷却部と第２の冷却部とを互いに独立させた状態で、冷却を行うことができる。この場合、一方の冷却部の冷媒の流れが、他方の冷却部の冷媒の流れと干渉することを抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、冷却機構による冷却性能を向上できるターゲット装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態に係るターゲット装置の断面図である。

【図2】図２は、ターゲット液体にビームを照射しているときの状態におけるターゲット装置の断面図である。

【図3】図３は、ターゲット装置を後面側から見た図である。

【図4】図４は、ターゲット収容部の詳細な構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0014】

図１は、本実施形態に係るターゲット装置１００の断面図である。図１は、照射軸ＲＬの位置でターゲット装置１００を切断した断面図である。図１は、ターゲット液体１０１にビームＢを照射する前の状態を示す。図２は、ターゲット液体１０１にビームＢを照射しているときの状態におけるターゲット装置１００の断面図である。図３は、ターゲット装置１００を後面側から見た図である。

【0015】

図１に示すように、本実施形態に係るターゲット装置１００は、ビーム導入部１と、フォイル２と、ターゲット収容部３と、冷却機構４と、を備える。放射性同位元素製造装置は、上述のターゲット装置１００と、図示されない加速器とを備える。加速器として例えばサイクロトロンなどが採用され、当該加速器は、荷電粒子線（以下、「ビーム」という。）を生成し、生成されたビームＢ（図２参照）は、照射軸ＲＬに沿ってターゲット装置１００に照射される。ターゲット装置１００に照射されるビームＢとしては、例えば、陽子線や重陽子線などの粒子線が挙げられる。ターゲット装置１００は、加速器との間に配置されたマニホールド（不図示）を介して、加速器のビームＢが導出される導出口に装着される。なお、以降の説明においては、照射軸ＲＬが延びる方向を、ターゲット装置１００の奥行方向Ｄ１と称する場合がある。また、奥行方向Ｄ１においてビームＢが照射される側（ビームの進行方向の上流側）をターゲット装置１００の前側と称し、反対側をターゲット装置１００の後側と称する場合がある。また、ターゲット装置１００の奥行方向Ｄ１及び上下方向と直交する方向を幅方向Ｄ２と称する場合がある。

【0016】

ターゲット装置１００は、例えば、四角柱状の外形を有している。ターゲット装置１００は、主にビーム導入部１を形成するための前面フランジ１１と、主にターゲット収容部３を形成するためのターゲット容器１２と、主に冷却機構４を形成するための流路形成部材１３と、を備える。前面フランジ１１、ターゲット容器１２、及び流路形成部材１３は、金属製のブロック体によって構成される。また、前面フランジ１１、ターゲット容器１２、及び流路形成部材１３は、奥行方向Ｄ１において、前側から後側へ向かって順に重ね合わせられる。

【0017】

ターゲット装置１００は、奥行方向Ｄ１において互いに平行となる前面１００ａ及び後面１００ｂと、幅方向Ｄ２において互いに平行となる側面１００ｃ及び側面１００ｄ（図３参照）と、上下方向において互いに平行となる上面１００ｅ及び下面１００ｆと、を備える。前面１００ａは、前面フランジ１１の奥行方向Ｄ１における前側の面によって構成される。なお、前面１００ａには、照射軸ＲＬに対応する位置に、ビームＢを導入するリング部材１４が取り付けられている。後面１００ｂは、流路形成部材１３の奥行方向Ｄ１における後側の面によって構成される。側面１００ｃ，１００ｄは、前面フランジ１１、ターゲット容器１２、及び流路形成部材１３の幅方向Ｄ２における端面の組み合わせによって構成される。上面１００ｅは、前面フランジ１１、ターゲット容器１２、及び流路形成部材１３の上側の面の組み合わせによって構成される。下面１００ｆは、前面フランジ１１、ターゲット容器１２、及び流路形成部材１３の下側の面の組み合わせによって構成される。

【0018】

ビーム導入部１は、ビームＢをターゲット装置１００内に導入する部分である。ビーム導入部１は、ビームＢの照射軸ＲＬを中心とした導入孔２１によって構成される。導入孔２１は、リング部材１４に形成された貫通孔及び前面フランジ１１に形成された貫通孔の組み合わせによって構成される。導入孔２１の後側の開口部では、フォイル２が露出している。従って、ビーム導入部１の導入孔２１に導入されたビームＢは、フォイル２に照射される。なお、ビーム導入部１を構成するリング部材１４及び前面フランジ１１は、例えばアルミ合金によって形成することができる。

【0019】

フォイル２は、ビーム導入部１とターゲット収容部３とを仕切る部材である。フォイル２は、前面フランジ１１とターゲット容器１２との間に挟まれる。フォイル２は、前面フランジ１１によって、ターゲット容器１２に押し付けられて固定されている。フォイル２は、ビームＢの通過を許容する一方、ターゲット液体１０１やＨｅガスといった流体の通過を遮断する。従って、ビームＢは、フォイル２に照射された後、当該フォイル２を通過してターゲット液体１０１に照射される。例えばＨｅガスは、フォイル２の前面に吹き付けられて、フォイル２の冷却用ガスとして用いられる。フォイル２は、例えばＴｉ等の金属又は合金から形成された薄い箔であり、その厚さが１０μｍ～５０μｍ程度となっている。フォイル２は、少なくともビーム導入部１の導入孔２１の全域を覆うように設けられる。また、フォイル２は、ターゲット収容部３の後述の凹部２２の開口部の全域を覆うように設けられる。

【0020】

ターゲット収容部３は、ターゲット液体１０１を収容する部分である。ターゲット収容部３は、ターゲット容器１２に形成された凹部２２と、フォイル２と、によって囲まれる空間によって構成される。ターゲット容器１２は、例えばＮｂによって形成することができる。ターゲット収容部３内には、ターゲット液体１０１として、^１８Ｏ（ターゲット水）が封入される。凹部２２は、ターゲット容器１２の前面のうち、例えば、フォイル２を挟んでいる固定面１２ａから奥行方向Ｄ１における後側へ窪んでいる。凹部２２は、底面２２ａと、当該底面２２ａの外周縁から奥行方向Ｄ１における前側へ延びる周面２２ｂと、を有する。ターゲット収容部３は、幅方向Ｄ２から見て、（後述のフィン２９が設けられている点を除き）ターゲット装置１００の中心線ＣＬ１を基準として対称な形状をしている。

【0021】

ターゲット容器１２には、ターゲット収容部３内に不活性ガス（例えばＨｅガス）を導入するためのガス導入孔２３が形成されている。このガス導入孔２３は、ターゲット収容部３に連通し、ターゲット容器１２の背面に設けられた開口部２４ａまで延在している。このターゲット容器１２の背面の開口部２４ａには、さらに後方へ延びる配管経路２４が接続されている。不活性ガスは、配管経路２４及びガス導入孔２３を通過してターゲット収容部３内に導入される。このようにターゲット収容部３内に高圧（例えば３ＭＰａ）の不活性ガスを導入することで、ターゲット収容部３内を高圧にし、ターゲット液体１０１の沸騰温度を上げることができる。

【0022】

ターゲット容器１２には、ターゲット収容部３内にターゲット液体１０１を充填する際に利用されると共に、ターゲット収容部３内のターゲット液体１０１を排出する際に利用される流通孔２６が形成されている。この流通孔２６は、ターゲット収容部３に連通し、ターゲット容器１２の背面に設けられた開口部２７ａまで延在している。このターゲット容器１２の背面の開口部２７ａには、さらに後方へ延びる配管経路２７が接続されている。そして、ターゲット液体１０１は、配管経路２７及び流通孔２６を通過してターゲット収容部３内に導入される。また、ターゲット収容部３内のターゲット液体１０１は、流通孔２６及び配管経路２７を通過して排出される。

【0023】

ターゲット収容部３は、ターゲット液体１０１を収容する第１の領域Ｅ１、及び第１の領域Ｅ１の上方であって沸騰したターゲット液体１０１の気液混合体１０２（図２参照）を受け入れる第２の領域Ｅ２を有する。なお、第２の領域Ｅ２が、沸騰した気液混合体１０２を受け入れる状態とは、ビームＢの照射前はターゲット液体１０１が収容されず、ビームＢの照射時に気液混合体１０２が収容される状態を意味する。第２の領域Ｅ２は、第１の領域Ｅ１の上側に連続的に形成される。沸騰前のターゲット液体１０１の液面は、第１の領域Ｅ１と第２の領域Ｅ２との間の境界部に設定される。本実施形態では、当該境界部は、照射軸ＲＬよりも上側であって、中心線ＣＬ１よりも下側に設定される。従って、第２の領域Ｅ２の容積が、第１の領域Ｅ１の容積よりも大きい。ただし、第１の領域Ｅ１と第２の領域Ｅ２の容積の大きさの関係は特に限定されず、両者の容積が同じであってもよく、第１の領域Ｅ１の容積が大きくてもよい。気液混合体１０２は、内部に気泡が発生することにより液面が上昇して、第２の領域Ｅ２まで達する（図２参照）。

【0024】

図４を参照して、ターゲット収容部３の更に詳細な構造について説明する。図４（ａ）に示すように、ターゲット収容部３は、上端部及び下端部が半円状となったトラック形の形状を有する。第２の領域Ｅ２には、複数のフィン２９が設けられている。複数のフィン２９は、第１の領域Ｅ１との境界部付近から第２の領域Ｅ２の上端部まで上方に延びる。複数のフィン２９は、幅方向Ｗ１に所定のピッチで並べられる。フィン２９は、凹部２２の底面２２ａから奥行方向Ｄ１の前側へ延びる。フィン２９は、底面２２ａに固定される。フィン２９の高さは特に限定されないが、フォイル２の位置まで延びてよい（図４（ｂ）参照）。なお、第１の領域Ｅ１には、フィン２９は設けられておらず、底面２２ａは平面状に広がっている。

【0025】

上述のように、第２の領域Ｅ２にフィン２９を設けると、気液混合体１０２と冷却面との接触面積を増やすことができるため、第２の冷却部３０Ｂの冷却性能を向上できる。その一方、第１の領域Ｅ１では、ビームＢがフィン２９に当たることを防止するため、フィン２９が設けられていない。また、第２の領域Ｅ２では蒸発による気体成分が多いためにフィン２９を設けることによる冷却効果が高くなる。それに比して、液体成分が多い第１の領域Ｅ１では、フィン２９を設けると、その分、ターゲット液体１０１を収容するための容積を確保しなくてはならなくなる。冷却性能向上の影響よりも、ターゲット収容部３全体の外形が大きくなってしまうことの影響が大きくなる可能性がある。従って、第１の領域Ｅ１には、フィン２９が設けられていない。

【0026】

図１に戻り、冷却機構４は、ターゲット液体１０１に対して照射されるビームＢの照射方向と反対側（すなわち後面側）において、冷媒によってターゲット収容部３を冷却する。冷却機構４は、第１の領域Ｅ１を冷却する第１の冷却部３０Ａ、及び第２の領域Ｅ２を冷却する第２の冷却部３０Ｂを備える。第１の冷却部３０Ａは、第１の内部空間３１Ａ内に配置されたノズル部３２Ａを備える。また、第２の冷却部３０Ｂは、第２の内部空間３１Ｂに配置されたノズル部３２Ｂを備える。

【0027】

第１の内部空間３１Ａ及び第２の内部空間３１Ｂは、内部に冷媒を流すための空間である。第１の内部空間３１Ａは、ターゲット収容部３の第１の領域Ｅ１に対して、奥行方向Ｄ１における後側に形成される。第２の内部空間３１Ｂは、ターゲット収容部３の第２の領域Ｅ２に対して、奥行方向Ｄ１における後側に形成される。すなわち、第２の内部空間３１Ｂは、第１の内部空間３１Ａの上側に設けられる。内部空間３１Ａ，３１Ｂとターゲット収容部３との間には、伝熱壁部３４（隔壁）が設けられている。

【0028】

また、第１の内部空間３１Ａと第２の内部空間３１Ｂとは、隔壁３６によって互いに仕切られている。これにより、内部空間３１Ａ，３１Ｂは、前側から見て、上端部及び下端部が半円状となったトラック形の形状を上下方向の中央位置で分割（上端部側が内部空間３１Ｂに対応し、下端部側が内部空間３１Ａに対応する）したような形状を有する（図３参照）。内部空間３１Ａ，３１Ｂは、上述の形状にて、奥行方向Ｄ１に平行に延びる。なお、隔壁３６は、ターゲット装置１００の中心線ＣＬ１の位置に設けられている。そのため第１の内部空間３１Ａは、第２の領域Ｅ２の下端側の一部に差し掛かっている。なお、ターゲット容器１２は、後面に凹部３７を有する。また、流路形成部材１３は、前面に凹部３８Ａ，３８Ｂを有する。凹部３８Ａと凹部３８Ｂとの間には隔壁３６が設けられる。第１の内部空間３１Ａは、ターゲット容器１２の凹部３７と流路形成部材１３の凹部３８Ａとの組み合わせによって形成される。第２の内部空間３１Ｂは、ターゲット容器１２の凹部３７と流路形成部材１３の凹部３８Ｂとの組み合わせによって形成される。

【0029】

第１のノズル部３２Ａは、第１の領域Ｅ１との間の伝熱壁部３４に対して冷媒を噴射する部材である。第１のノズル部３２Ａは、伝熱壁部３４に対して垂直に冷媒を噴射する。第１のノズル部３２Ａは、伝熱壁部３４のうち、照射軸ＲＬと交差する位置（導入孔２１と対向する位置であって、ビームＢと同軸位置）に冷媒を噴射する。このとき、奥行方向Ｄ１から見て、第１のノズル部３２Ａのノズル中心は、ビームＢの径内に配置される。第１のノズル部３２Ａは、奥行方向Ｄ１と平行に延びる円筒状の部材である。第１のノズル部３２Ａは、凹部３８Ａの底面に設けられている。第１のノズル部３２Ａは、伝熱壁部３４から離間している。第１のノズル部３２Ａの先端部（奥行方向Ｄ１における前側の端部）には、径が拡大する拡径部３２ａが形成される。拡径部３２ａの外周面は、凹部３７、凹部３８Ａの内周面及び隔壁３６から離間している。

【0030】

第２のノズル部３２Ｂは、第２の領域Ｅ２との間の伝熱壁部３４に対して冷媒を噴射する部材である。第２のノズル部３２Ｂは、伝熱壁部３４に対して垂直に冷媒を噴射する。第２のノズル部３２Ｂに噴射箇所は、気液混合体１０２の界面付近であることが好ましい。第２のノズル部３２Ｂは、奥行方向Ｄ１と平行に延びる円筒状の部材である。第２のノズル部３２Ｂは、凹部３８Ｂの底面に設けられている。第２のノズル部３２Ｂは、伝熱壁部３４から離間している。第２のノズル部３２Ｂの先端部（奥行方向Ｄ１における前側の端部）には、径が拡大する拡径部３２ｂが形成される。拡径部３２ｂの外周面は、凹部３７、凹部３８Ｂの内周面及び隔壁３６から離間している。

【0031】

冷却機構４は、ノズル部３２Ａ，３２Ｂから冷媒を噴射するための冷媒の流通機構４０を備える。まず、後面１００ｂには、冷媒を供給する供給管４１が挿入される。供給管４１は、流路形成部材１３に形成された流路４２を介して、第２のノズル部３２Ｂの噴射口と連通している。第２の内部空間３１Ｂの凹部３８Ｂの底面には、第２の内部空間３１Ｂ内の冷媒を回収する流路４３が開口している。流路４３は、流路形成部材１３内を延びており、第１のノズル部３２Ａの噴射口と連通している。第１の内部空間３１Ａの凹部３８Ａの底面には、第１の内部空間３１Ａ内の冷媒を回収する流路４４が開口している。流路４４は、流路形成部材１３の後面に挿入された回収管４６と接続される。回収管４６は、幅方向Ｄ２の一方側へ延びて（図３参照）、図示されない管を通過して、ターゲット装置１００の上側に設けられた回収管４７で回収される。

【0032】

次に、図２及び図３を参照して、ビームＢの照射時における冷却機構４の冷媒の流れについて詳細に説明する。ターゲット液体１０１（図１参照）にビームＢが照射されると、ターゲット液体１０１が沸騰して、気液混合体１０２が第２の領域Ｅ２まで引き込まれる。これにより、第１の領域Ｅ１ではＦ－１８が生成される。このとき、供給管４１から冷媒が供給されることで、第２のノズル部３２Ｂが伝熱壁部３４の第２の領域Ｅ２に対応する位置（具体的には界面付近）へ冷媒を噴射する（流れＦ１）。伝熱壁部３４に衝突した冷媒は、衝突箇所から放射状に広がる。これにより、第２のノズル部３２Ｂと伝熱壁部３４との間には、第２の領域Ｅ２において上方から下方へ向かう冷媒の流れ（流れＦ２）が形成される。なお、第２の領域Ｅ２において下方から上方へ向かう冷媒の流れ（流れＦ３）も形成される。伝熱壁部３４において広がった冷媒は、拡径部３２ｂで折り返されて、流路４３の開口部４３ａへ向かって流れて回収される（流れＦ４）。第２の内部空間３１Ｂから回収された冷媒は、流路４３を通過して第１のノズル部３２Ａへ向かう（流れＦ５）。これにより、第１のノズル部３２Ａが伝熱壁部３４の第１の領域Ｅ１に対応する位置（具体的にはビームＢと同軸位置）へ冷媒を噴射する（流れＦ６）。

【0033】

伝熱壁部３４に衝突した冷媒は、衝突箇所から放射状に広がる。これにより、第１のノズル部３２Ａと伝熱壁部３４との間には、第１の領域Ｅ１において上方から下方へ向かう冷媒の流れ（流れＦ７）が形成される。また、第１の領域Ｅ１において下方から上方へ向かう冷媒の流れ（流れＦ８）も形成される。なお、第２の領域Ｅ２は、第１の内部空間３１Ａにも一部さしかかるため、流れＦ８の上側の一部は第２の領域Ｅ２もさしかかっている（図２参照）。伝熱壁部３４において広がった冷媒は、拡径部３２ａで折り返されて、流路４４の開口部４４ａへ向かって流れて回収される（流れＦ９）。第１の内部空間３１Ａから回収された冷媒は、流路４４を通過して回収管４６へ向かう（流れＦ１０）。また、冷媒は、回収管４７で回収される（流れＦ１１）。

【0034】

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。

【0035】

本実施形態に係るターゲット装置１００によれば、ターゲット収容部３は、ターゲット液体１０１を収容する第１の領域Ｅ１、及び沸騰したターゲット液体１０１の気液混合体１０２を受け入れる第２の領域Ｅ２（ビームＢ照射前は、ターゲット液体１０１を収容していない領域）を有する。これに対し、冷却機構４は、少なくとも第１の領域Ｅ１を冷却する第１の冷却部３０Ａ、及び少なくとも第２の領域Ｅ２を冷却する第２の冷却部３０Ｂを備える。更に、第２の冷却部３０Ｂは、第２の領域Ｅ２において上方から下方へ向かう冷媒の流れ（図２の流れＦ２）を形成する。上方から下方へ流れる冷媒による冷却性能は、第１の冷却部３０Ａで用いた冷媒をそのまま用いる場合の冷却性能に比して、高くすることができる。以上より、冷却機構４による冷却性能を向上できる。

【0036】

ターゲット収容部３において、加熱されて上昇してくるターゲット液体の蒸気成分は、第２の領域Ｅ２の上部に多く存在するが、それらの箇所では、凝縮熱伝達により多くの熱量を奪うことが期待される。従って、第２の冷却部３０Ｂが、第２の領域Ｅ２の上部の伝熱壁部３４に冷媒を当てることで、当該伝熱壁部３４をより低い温度に保つことができる。従って、冷却性能を向上することができる。

【0037】

第１の冷却部３０Ａは、第１の領域Ｅ１との間の伝熱壁部３４に対して冷媒を噴射する第１のノズル部３２Ａを備える。第２の冷却部３０Ｂは、第２の領域Ｅ２との間の伝熱壁部３４に対して冷媒を噴射する第２のノズル部３２Ｂを備える。第２の冷却部３０Ｂでは、第２のノズル部３２Ｂによる噴射箇所よりも下側において、上方から下方へ向かう冷媒の流れ（図２の流れＦ２）が形成されてよい。噴射による冷却は、他の強制対流と比較して、熱伝達係数が高く冷却効率が良い。従って、第１のノズル部３２Ａの噴射による第１の領域Ｅ１の冷却に加えて、第２のノズル部３２Ｂが噴射によって第２の領域Ｅ２を冷却することで、冷却機構４の冷却性能を更に高めることができる。

【0038】

第１の冷却部３０Ａにおいて冷媒が流れる第１の内部空間３１Ａと、第２の冷却部３０Ｂにおいて冷媒が流れる第２の内部空間３１Ｂとは、互いに仕切られていてよい。この場合、第１の冷却部３０Ａと第２の冷却部３０Ｂとを互いに独立させた状態で、冷却を行うことができる。この場合、一方の冷却部の冷媒の流れが、他方の冷却部の冷媒の流れと干渉することを抑制することができる。

【0039】

噴射によって冷却を行う場合、ノズル中心付近は熱伝達係数が大きく熱効率が良いが、ノズル中心から離れた箇所では熱伝達係数が小さくなる。従って、効率良く冷却できる箇所は、毎分５～１０リットルの冷媒の流量では、半径２ｃｍ程度にとどまる。例えば、後述の比較例のように、第１の冷却部３０Ａからの冷媒で第２の領域Ｅ２も冷却する場合、第２の領域Ｅ２は、第１のノズル部３２Ａから径方向に離れているため、十分な冷却が行われない場合がある。これに対し、第１の冷却部３０Ａと第２の冷却部３０Ｂとを互いに独立させ、第２の冷却部３０Ｂによって第２の領域Ｅ２専用の冷媒の流れを形成すると、第２の領域Ｅ２に対する冷却効率を大きく向上できる。

【0040】

比較例として、上述の実施形態に係るターゲット装置１００から、第２の冷却部３０Ｂ及び隔壁３６を取り除いたものを準備する。比較例に係るターゲット装置は、第１のノズル部３２Ａの噴射によって生じた上方への冷媒の流れ（図２の流れＦ８に相当）を用いて、第２の領域を冷却する。このような比較例に係るターゲット装置において、１８ＭｅＶ、平均９５μＡのビームＢがターゲット液体１０１に２時間照射された場合、ターゲット収容部３は最大３．５ＭＰａに到達し、４１６ＧＢｑのＦ－１８が生成された。それ以上にビーム電流を増加させると、ターゲット収容部３の圧力が推奨上限である４．２ＭＰａを超え、ターゲットがダメージを受ける可能性がある。これに比して、本実施形態に係るターゲット装置１００では、１８ＭｅＶ、平均９５μＡのビームＢがターゲット液体１０１に２時間照射された場合、ターゲット収容部３は最大２．３ＭＰａに到達し、４５０ＧＢｑのＦ－１８が生成された。更に、平均１６７μＡのビームＢがターゲット液体１０１に２時間照射された場合、ターゲット収容部３は最大３．４ＭＰａに到達し、７５５ＧＢｑのＦ－１８が生成された。このように、本実施形態のターゲット装置１００は、冷却機構４の冷却機構が高いことにより、比較例よりもビームＢの強度を高くできる。

【0041】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0042】

例えば、第２の冷却部は、第２の領域との間の隔壁に対して冷媒を噴射する第２のノズル部を備えていた。しかし、第２の冷却部は、第２の領域において上方から下方へ向かう冷媒の流れを形成しればよく、必ずしも第２のノズル部を有していなくともよい。例えば、第２の内部空間の上端から、伝熱壁部３４において上方から下方へ流れるような冷媒の流れを形成してもよい。すなわち、上述の実施形態では、第２の冷却部は、噴射により下方から上方へ向かう流れ（図２の流れＦ３）も形成していたが、上方から下方へ向かう流れだけを形成してもよい。

【0043】

冷却機構における冷媒の流通機構は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、冷媒の供給管を一つだけ用い、第２の冷却部の噴射に用いられた冷媒を第１の冷却部の噴射でも用いている。これに代えて、第１の冷却部に対して専用の供給管を設け、第２の冷却部に対して専用の供給管を設けてもよい。また、冷媒の流路や配管の構成は適宜変更されてよい。

【符号の説明】

【0044】

３…ターゲット収容部、４…冷却機構、３０Ａ…第１の冷却部、３０Ｂ…第２の冷却部、３１Ａ…第１の内部空間、３１Ｂ…第２の内部空間、３２Ａ…第１のノズル部、３２Ｂ…第２のノズル部、３４…伝熱壁部（隔壁）、１００…ターゲット装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】