特表2019-522191(P2019-522191A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特表2019-522191グリッド部分を有するターゲットアセンブリおよび同位体生成システム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2019-522191(P2019-522191A)
(43)【公表日】2019年8月8日
(54)【発明の名称】グリッド部分を有するターゲットアセンブリおよび同位体生成システム
(51)【国際特許分類】
   G21K 5/08 20060101AFI20190712BHJP
   G21G 1/10 20060101ALI20190712BHJP
   G21G 4/08 20060101ALN20190712BHJP
【FI】
   G21K5/08 C
   G21K5/08 R
   G21G1/10
   G21G4/08 G
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2018-565366(P2018-565366)
(86)(22)【出願日】2016年8月25日
(85)【翻訳文提出日】2019年2月8日
(86)【国際出願番号】US2016048579
(87)【国際公開番号】WO2017218021
(87)【国際公開日】20171221
(31)【優先権主張番号】15/185,923
(32)【優先日】2016年6月17日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100115462
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 猛
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】パーナスト,マーティン
(72)【発明者】
【氏名】ラーソン,ヨハン
(72)【発明者】
【氏名】エリクソン,トマス
(57)【要約】
ターゲットアセンブリ(200)は、生成チャンバ(218)およびビーム通路(221)を有するターゲット本体(201)を含む。ターゲット本体(201)は、ビーム通路(221)内に配置された第1および第2のグリッド部分(225、238)を含む。第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれは、前面および後面を有する。第1のグリッド部分の後面と第2のグリッド部分(238)の前面は、それらの間の境界で互いに当接する。第2のグリッド部分(238)の後面は、生成チャンバ(218)に面する。ターゲットアセンブリ(200)はまた、第1および第2のグリッド部分(225、238)の間に配置されたフォイルを含む。第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれは、第1および第2のグリッド部分(225、238)を通るグリッドチャネル(286、288)を画定する内部壁を有する。粒子ビームは、生成チャンバ(218)に向かってグリッドチャネル(286、288)を通過するように構成される。第1および第2のグリッド部分(225、238)の内部壁は、フォイルの両面に接触する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
同位体生成システム(100)用のターゲットアセンブリ(130、200)であって、
生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)およびビーム通路(221)を有するターゲット本体(132、201)であり、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)が、前記ビーム通路(221)を通って導かれた粒子ビーム(112、P)を受けるように配置されており、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)が、ターゲット材料(116、116A、116B、116C)を保持するように構成されている、ターゲット本体(132、201)と、
前記ビーム通路(221)内に配置された、前記ターゲット本体(132、201)の第1および第2のグリッド部分(225、238)であり、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前面(270、274)および後面(272、276)を有し、前記第1のグリッド部分(225)の前記後面(272)と前記第2のグリッド部分(238)の前記前面(274)が、前記第1のグリッド部分(225)と前記第2のグリッド部分(238)との境界(280)で互いに当接しており、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面している、第1および第2のグリッド部分(225、238)と、
前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の間の前記境界(280)に配置されたフォイル(240)であり、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれを通るグリッドチャネル(286、288)を画定する内部壁(282、284)を有し、前記粒子ビーム(112、P)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって前記グリッドチャネル(286、288)を通過するように構成されており、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の前記内部壁(282、284)が、前記フォイル(240)の両面に接触している、フォイル(240)と、
を備えるターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項2】
前記第2のグリッド部分(238)が、前記ビーム通路(221)を取り囲むとともに前記ビーム通路(221)の一部の輪郭を画定するラジアル面(283)を有し、前記ラジアル面(283)には、前記ターゲット本体(132、201)の本体チャネルに流体的に結合されるポート(249、250)がない、請求項1に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項3】
前記ターゲット本体(132、201)を通って延びる冷却チャネル(243〜248)をさらに備え、前記冷却チャネル(243〜248)が、前記第2のグリッド部分(238)から熱エネルギーを吸収して前記第2のグリッド部分(238)から前記熱エネルギーを伝達する、前記冷却チャネル(243〜248)を通る冷却媒体の流れを有するように構成されている、請求項1に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項4】
前記フォイル(240)が第1のフォイル(138)であり、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)に接触するとともに前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面する第2のフォイル(140)を備える、請求項1に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項5】
前記第2のフォイル(140)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)を画定するチャンバ壁を形成している、請求項4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項6】
前記第1のグリッド部分(225)の前記内部壁(282)が、前記第1のフォイル(138)および前記第2のフォイル(140)に接触している、請求項4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項7】
前記第1のフォイル(138)が、前記第2のフォイル(140)の少なくとも5倍厚い、請求項4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項8】
前記第1のフォイル(138)が、前記粒子ビーム(112、P)のビームエネルギーを少なくとも10%だけ低下させるように構成されている、請求項4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
【請求項9】
同位体生成システム(100)であって、
粒子ビーム(112、P)を発生させるように構成された粒子加速器(102)と、
生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)と、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)と位置合わせされたビーム通路(221)とを有するターゲットアセンブリ(130、200)であり、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)が、ターゲット材料(116、116A、116B、116C)を保持するように構成されており、前記ビーム通路(221)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって導かれる粒子ビーム(112、P)を受けるように構成されている、ターゲットアセンブリ(130、200)と、を備え、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、
前記ビーム通路(221)内に配置された前記ターゲット本体(132、201)の第1および第2のグリッド部分(225、238)であり、それぞれが前面(270、274)および後面(272、276)を有し、前記第1のグリッド部分(225)の前記後面(272)と前記第2のグリッド部分(238)の前記前面(274)が、前記第1のグリッド部分(225)と前記第2のグリッド部分(238)との境界(280)で互いに当接しており、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面している、第1および第2のグリッド部分(225、238)と、
前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の間の前記境界(280)に沿って配置されたフォイル(240)であり、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが内部壁(282、284)を有し、前記内部壁(282、284)が、前記内部壁(282、284)の間を通るグリッドチャネル(286、288)を画定しており、前記粒子ビーム(112、P)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって前記グリッドチャネル(286、288)を通過するように構成されており、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の前記内部壁(282、284)が、前記フォイル(240)の両面に接触している、フォイル(240)と、
をさらに含む、同位体生成システム(100)。
【請求項10】
放射線同位体を発生させる方法(350)であって、
ターゲットアセンブリ(130、200)の生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)内にターゲット材料(116、116A、116B、116C)を提供すること(352)であり、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、粒子ビーム(112、P)を受けるとともに前記ターゲット材料(116、116A、116B、116C)への前記粒子ビーム(112、P)の入射を可能にするビーム通路(221)を有し、前記ターゲットアセンブリ(130、200)がまた、前記ビーム通路(221)内に配置された第1および第2のグリッド部分(225、238)を含み、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前面(270、274)および後面(272、276)を有し、前記第1のグリッド部分(225)の前記後面(272)と前記第2のグリッド部分(238)の前記前面(274)が、前記第1のグリッド部分(225)と前記第2のグリッド部分(238)との境界(280)で互いに当接しており、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面している、こと(352)と、
前記ターゲット材料(116、116A、116B、116C)に前記粒子ビーム(112、P)を導くこと(354)であり、前記粒子ビーム(112、P)が、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の間の前記境界(280)に配置されたフォイル(240)を通過し、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれを通るグリッドチャネル(286、288)を画定する内部壁(282、284)を有し、前記粒子ビーム(112、P)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって前記グリッドチャネル(286、288)を通過するように構成されており、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の内部壁(282、284)が、前記フォイル(240)の両面に接触している、こと(354)と、
を含む方法(350)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示する主題は、概して同位体生成システムに関し、特に、粒子ビームで照射されるターゲット材料を有する同位体生成システムに関する。
【背景技術】
【0002】
放射性同位体(放射性核種とも呼ばれる)は、医療的な治療、撮像および研究ならびに非医療関連の他の用途において、いくつかの用途を有する。放射性同位体を生成するシステムは、通常、同位体を発生させるために、荷電粒子(例えば、水素イオン)のビームを加速してターゲット材料に導くサイクロトロンなどの粒子加速器を含む。サイクロトロンは、加速チャンバ内の所定の軌道に沿って荷電粒子を加速して案内するために、電場および磁場を使用する複雑なシステムである。粒子が軌道の外側部分に到達すると、荷電粒子は、同位体生成用のターゲット材料を保持するターゲットアセンブリに向かって導かれる粒子ビームを形成する。
【0003】
典型的に液体、ガスまたは固体であるターゲット材料は、ターゲットアセンブリのチャンバ内に収容される。ターゲットアセンブリは、粒子ビームを受けるとともにチャンバのターゲット材料への粒子ビームの入射を可能にするビーム通路を形成する。チャンバ内にターゲット材料を収容するために、ビーム通路は、1つ以上のフォイルによってチャンバから隔てられる。例えば、チャンバは、ターゲット本体内の空隙によって画定され得る。ターゲットフォイルが空隙の一側を覆い、ターゲットアセンブリの一部が空隙の他側を覆って、それらの間にチャンバを画定し得る。粒子ビームは、ターゲットフォイルを通過し、比較的高い出力を比較的少量のターゲット材料内に置くことにより、多量の熱エネルギーをチャンバ内で発生させる。この熱エネルギーの一部がターゲットフォイルに伝達される。
【0004】
少なくともいくつかの既知のシステムが、冷却チャンバによって隔てられた2つのフォイルを使用する。第1のフォイルは、サイクロトロンの加速チャンバ内の真空を冷却チャンバから隔て、第2のフォイル(またはターゲットフォイル)は、冷却チャンバをターゲット材料が配置されたチャンバから隔てる。上述したように、第2のフォイルは、熱エネルギーをチャンバから吸収する。第1のフォイルはまた、粒子ビームが第1のフォイルに入射するときに、熱エネルギーを発生させ得る。
【0005】
熱エネルギーをフォイルから伝達することが重要である。高温に加えて、フォイルは、様々な圧力を受けることがある。温度および様々な圧力によって生じた応力は、フォイルを破裂、溶融、または他の損傷に対して脆弱にする。フォイルが損傷した場合、生成チャンバに入るエネルギーのレベルが高まる。より高いエネルギーレベルにより、不要な同位体が発生したり、ターゲット材料を使用不能にする他の不純物が発生したりすることがある。したがって、フォイル内の熱エネルギーを低下させることにより、フォイルの寿命を伸ばすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許出願第2011/255646号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この難題に対処するために、従来のシステムは、熱エネルギーを第1および第2のフォイルから伝達する冷却システムを含む。冷却システムは、熱エネルギーをフォイルから吸収する冷却媒体(例えば、ヘリウム)を、冷却チャンバを通って導く。しかし、この冷却システムは、複雑となり、高コストとなり、組立および操作に時間を要することがある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一実施形態では、同位体生成システム用のターゲットアセンブリが提供される。ターゲットアセンブリは、生成チャンバおよびビーム通路を有する、ターゲット本体を含む。生成チャンバは、ビーム通路を通って導かれる粒子ビームを受けるように配置される。生成チャンバは、ターゲット材料を保持するように構成される。ターゲットアセンブリはまた、ビーム通路内に配置された、ターゲット本体の第1および第2のグリッド部分を含む。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、前面および後面を有する。第1のグリッド部分の後面と第2のグリッド部分の前面は、それらの間の境界で互いに当接する。第2のグリッド部分の後面は、生成チャンバに面する。ターゲットアセンブリはまた、第1および第2のグリッド部分の間の境界に配置されたフォイルを含む。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、第1および第2のグリッド部分をそれぞれ通るグリッドチャネルを画定する内部壁を有する。粒子ビームは、生成チャンバに向かってグリッドチャネルを通過するように構成される。第1および第2のグリッド部分の内部壁は、フォイルの両面に接触する。
【0009】
いくつかの実施形態では、第2のグリッド部分は、ビーム通路を取り囲むとともにビーム通路の一部の輪郭を画定するラジアル面を有する。ラジアル面には、本体チャネルに流体的に結合されたポートがなくてもよい。
【0010】
いくつかの実施形態では、冷却チャネルが、ターゲット本体を通って延びる。冷却チャネルは、第1および第2のグリッド部分から熱エネルギーを吸収して第1および第2のグリッド部分から熱エネルギーを伝達する、同チャネルを通る冷却媒体の流れを有するように構成される。
【0011】
いくつかの実施形態では、フォイルは第1のフォイルであり、ターゲットアセンブリはまた、第2のグリッド部分の後面に接触するとともに生成チャンバに面する第2のフォイルを含む。任意で、第2のフォイルは、生成チャンバを画定する内部表面を形成する。
【0012】
任意で、第1のグリッド部分の内部壁は、第1および第2のフォイルに接触し得る。特定の実施形態では、第1のフォイルは、第2のフォイルの少なくとも5倍厚い、および/または、粒子ビームのビームエネルギーを少なくとも10%だけ低下させるように構成される。しかし、第1のフォイルが、他の実施形態では第2のフォイルの厚さの5倍よりも小さい厚さを有してもよく、他の実施形態では粒子ビームのビームエネルギーを10%未満だけ低下させるように構成されてもよいことを理解されたい。
【0013】
一実施形態では、粒子ビームを発生させるように構成された粒子加速器を含む同位体生成システムが提供される。同位体生成システムは、生成チャンバおよび生成チャンバと位置合わせされたビーム通路を有するターゲットアセンブリを含む。生成チャンバは、ターゲット材料を保持するように構成される。ビーム通路は、生成チャンバに向かって導かれる粒子ビームを受けるように構成される。ターゲットアセンブリはまた、ビーム通路内に配置された第1および第2のグリッド部分を含む。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、前面および後面を有する。第1のグリッド部分の後面と第2のグリッド部分の前面は、それらの間の境界で互いに当接する。第2のグリッド部分の後面は、生成チャンバに面する。同位体生成システムはまた、第1および第2のグリッド部分の間の境界に沿って配置されたフォイルを含む。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、内部壁を有し、内部壁は、内部壁の間にグリッドチャネルを画定する。粒子ビームは、生成チャンバに向かってグリッドチャネルを通過するように構成される。第1および第2のグリッド部分の内部壁は、フォイルに接触する。
【0014】
一実施形態では、放射性同位体を発生させる方法が提供される。方法は、ターゲットアセンブリの生成チャンバにターゲット材料を提供することを含む。ターゲットアセンブリは、粒子ビームを受けるとともにターゲット材料への粒子ビームの入射を可能にするビーム通路を有する。ターゲットアセンブリはまた、ビーム通路内に配置された第1および第2のグリッド部分を含む。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、前面および後面を有する。第1のグリッド部分の後面と第2のグリッド部分の前面は、それらの間の境界で互いに当接する。第2のグリッド部分の後面は、生成チャンバに面する。方法はまた、ターゲット媒体に粒子ビームを導くことを含む。粒子ビームは、第1および第2のグリッド部分の間の境界に配置されたフォイルを通過する。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、第1および第2のグリッド部分をそれぞれ通るグリッドチャネルを画定する内部壁を有する。粒子ビームは、生成チャンバに向かってグリッドチャネルを通過するように構成される。第1および第2のグリッド部分の内部壁は、フォイルの両面に接触する。
【0015】
いくつかの実施形態では、フォイルは第1のフォイルであり、ターゲットアセンブリは、第2のグリッド部分の後面に接触するとともに生成チャンバに面する第2のフォイルを含む。粒子ビームは、第2のフォイルを通過する。任意で、方法は、第1および第2のフォイルの間に冷却媒体を導くことを含まない。任意で、ターゲット材料は、68Ga同位体を発生させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】一実施形態による同位体生成システムのブロック図である。
図2】一実施形態によるターゲットアセンブリの背面斜視図である。
図3図2のターゲットアセンブリの正面斜視図である。
図4図2のターゲットアセンブリの分解図である。
図5】ターゲットアセンブリの熱エネルギーを吸収する冷却チャネルを示す、Z軸を横切るターゲットアセンブリの断面図である。
図6】X軸を横切る、図2のターゲットアセンブリの断面図である。
図7】Y軸を横切る、図2のターゲットアセンブリの断面図である。
図8】一実施形態による第1および第2のグリッド部分の斜視図である。
図9図8の第2のグリッド部分の前面に配置されたフォイルの拡大図である。
図10】放射性同位体を発生させる方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
上記の概要およびある特定の実施形態についての以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むと、より良く理解されるであろう。図が各種の実施形態のブロックの図を示す程度まで、ブロックは必ずしもハードウェア間の分割を示しているわけではない。したがって、例えば、ブロックの1つ以上を、単一のハードウェアまたは複数のハードウェアで実現してもよい。各種の実施形態は、図面に示す配置および手段に限定されないことを理解されたい。
【0018】
本明細書で使用する場合、単数形で列挙され、「1つの(a)」または「1つの(an)」という単語に続けられる要素またはステップは、除外することが明示的に述べられない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないと理解されたい。さらにまた、「一実施形態」の参照は、列挙した特徴も組み込む付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図しない。さらに、そうではないと明示的に述べられない限り、特定の特性を有する1つ以上の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有していない付加的なこのような要素を含んでもよい。
【0019】
図1は、一実施形態によって形成された同位体生成システム100のブロック図である。同位体生成システム100は、イオン供給源システム104、電場システム106、磁場システム108、真空システム110、冷却システム122、および流体制御システム125などの、いくつかのサブシステムを有する粒子加速器102(例えば、サイクロトロン)を含む。同位体生成システム100の使用中、ターゲット材料116(例えば、ターゲット液体またはターゲットガス)が、ターゲットシステム114の指定の生成チャンバ120に供給される。ターゲット材料116は、流体制御システム125によって生成チャンバ120に供給され得る。流体制御システム125は、1つ以上のポンプおよびバルブ(図示せず)によって生成チャンバ120へのターゲット材料116の流れを制御し得る。流体制御システム125はまた、生成チャンバ120に不活性ガスを供給することによって、生成チャンバ120内で受ける圧力を制御し得る。
【0020】
粒子加速器102の作動中、荷電粒子が、イオン供給源システム104によって粒子加速器102内に配置または注入される。磁場システム108および電場システム106は、荷電粒子の粒子ビーム112を生成する際に互いに協働するそれぞれの場を発生させる。
【0021】
また、図1に示すように、同位体生成システム100は、抽出システム115を有する。ターゲットシステム114は、粒子加速器102に隣接して配置され得る。同位体を発生させるために、粒子ビーム112は、粒子ビーム112が指定の生成チャンバ120内に配置されたターゲット材料116に入射するように、粒子加速器102によって、抽出システム115を介してビーム経路117に沿ってターゲットシステム114内に導かれる。いくつかの実施形態では、粒子加速器102とターゲットシステム114は、空間または隙間によって隔てられない(例えば、ある距離だけ隔てられる)、および/または個別の部品ではないことに留意されたい。したがって、これらの実施形態では、粒子加速器102およびターゲットシステム114は、構成要素間または部品間にビーム経路117が設けられないような、単一の構成要素または部品を形成し得る。
【0022】
同位体生成システム100は、医療的な撮像、研究および治療に使用できるが、科学的な研究または分析などの非医療関連の他の用途にも使用できる、放射性同位体(放射性核種とも呼ばれる)を生成するように構成される。核医療(NM)撮像または陽電子放出断層撮影(PET)撮像などの医療目的で使用される場合には、放射性同位体は、「トレーサ」と呼ばれることもある。同位体生成システム100は、医療的な撮像または治療に使用するための個々の用量など、所定の量またはバッチで同位体を生成し得る。例として、同位体生成システム100は、硝酸中の68Zn硝酸塩を含むターゲット液体から68Ga同位体を発生させ得る。同位体生成システム100はまた、液体形態の18同位体を作るために陽子を発生させるように構成され得る。これらの同位体を作るために使用されるターゲット材料は、18O富化の水、または16水であり得る。いくつかの実施形態では、同位体生成システム100はまた、15O標識水を生成するために陽子または重水素を発生させ得る。様々なレベルの活性を有する同位体が提供され得る。
【0023】
いくつかの実施形態では、同位体生成システム100は、技術を使用して荷電粒子を約10〜30μAのビーム電流で低エネルギー状態(例えば、約8MeVまたは約14MeV)にする。そのような実施形態では、負の水素イオンが、粒子加速器102によって加速され、抽出システム115に案内される。次いで、負の水素イオンは、抽出システム115のストリッピングフォイル(図1には示さず)に当たることにより、一対の電子を除去し、その粒子を正イオンにし得る。しかし、代替的な実施形態では、荷電粒子は、、およびHeなどの正イオンであってもよい。このような代替的な実施形態では、抽出システム115は、粒子ビームをターゲット材料116に向かって案内する電場を生成する静電偏向器を含み得る。各種の実施形態は、低エネルギーシステムでの使用に限定されず、例えば、最大25MeV、また一層高いビーム電流の、高エネルギーシステムで使用されてもよいことに留意されたい。
【0024】
同位体生成システム100は、様々なシステムの各種の構成要素によって発生した熱を吸収するために、それぞれの構成要素に冷却流体(例えば、水またはヘリウムなどのガス)を輸送する冷却システム122を含み得る。例えば、1つ以上の冷却チャネルが、生成チャンバ120に近接して延び、そこから熱エネルギーを吸収し得る。同位体生成システム100はまた、各種のシステムおよび構成要素の作動を制御するために使用し得る制御システム118を含み得る。制御システム118は、同位体生成システム100を自動制御するための、および/または特定の機能の手動制御を可能にするための必要な回路を含み得る。例えば、制御システム118は、1つ以上のプロセッサまたは他の論理ベースの回路を含み得る。制御システム118は、粒子加速器102およびターゲットシステム114に近接してまたは遠隔に配置された1つ以上のユーザインタフェースを含み得る。図1には示していないが、同位体生成システム100はまた、粒子加速器102およびターゲットシステム114のための1つ以上の放射および/または磁気シールドを含み得る。
【0025】
同位体生成システム100は、荷電粒子を所定のエネルギーレベルまで加速するように構成され得る。例えば、本明細書に記載したいくつかの実施形態は、荷電粒子を約18MeV以下のエネルギーまで加速する。他の実施形態では、同位体生成システム100は、荷電粒子を約16.5MeV以下のエネルギーまで加速する。特定の実施形態では、同位体生成システム100は、荷電粒子を約9.6MeV以下のエネルギーまで加速する。より特定の実施形態では、同位体生成システム100は、荷電粒子を約7.8MeV以下のエネルギーまで加速する。しかし、本明細書に記載した実施形態は、18MeVを超えるエネルギーを有してもよい。例えば、実施形態は、100MeV、500MeV、またはそれ以上のエネルギーを有してもよい。同様に、実施形態は、各種のビーム電流値を利用し得る。例として、ビーム電流は、約10〜30μAの間であり得る。他の実施形態では、ビーム電流は30μA超、50μA超、または70μA超であってもよい。さらに他の実施形態では、ビーム電流は、100μA超、150μA超、または200μA超であってもよい。
【0026】
同位体生成システム100は、個別のターゲット材料116A〜Cが配置された複数の生成チャンバ120を有し得る。粒子ビーム112が様々なターゲット材料116に入射するように、シフト装置またはシステム(図示せず)を使用して粒子ビーム112に対して生成チャンバ120をシフトさせ得る。あるいは、粒子加速器102および抽出システム115は、粒子ビーム112をただ1つの経路に沿って導かなくてもよく、様々な生成チャンバ120A〜Cそれぞれに固有の経路に沿って導いてもよい。さらに、ビーム経路117は、粒子加速器102から生成チャンバ120まで実質的に直線状であってもよく、あるいは、ビーム経路に沿う1つ以上の点で湾曲したり、折り返されたりしてもよい。例えば、ビーム経路117に沿って配置された磁石が、粒子ビーム112を様々な経路に方向転換するように構成され得る。
【0027】
ターゲットシステム114は、複数のターゲットアセンブリ130を含むが、他の実施形態では1つのターゲットアセンブリ130のみを含んでもよい。ターゲットアセンブリ130は、複数の本体部分134、135、136を有するターゲット本体132を含む。ターゲットアセンブリ130はまた、ターゲット材料と衝突する前に粒子ビームが通過する1つ以上のフォイルを有するように構成される。例えば、ターゲットアセンブリ130は、第1のフォイル138および第2のフォイル140を含む。以下でより詳細に述べるように、第1のフォイル138および第2のフォイル140はそれぞれ、ターゲットアセンブリ130のグリッド部分(図1には図示せず)に接触し得る。
【0028】
特定の実施形態は、第1および第2のフォイルのための直接冷却システムがなくてもよい。従来のターゲットシステムは、第1および第2のフォイルの間に存在する空間によって冷却媒体(例えば、ヘリウム)を導く。冷却媒体は、第1および第2のフォイルに接触し、第1および第2のフォイルから直接熱エネルギーを吸収して第1および第2のフォイルから熱エネルギーを伝達する。本明細書に記載した実施形態は、そのような冷却システムを有していなくてもよい。例えば、この空間を取り囲むラジアル面には、チャネルに流体的に結合されたポートがなくてもよい。しかし、冷却システム122は、ターゲットシステム114の他の物体を冷却し得ることを理解されたい。例えば、冷却システム122は、本体部分136を通って冷却水を導いて生成チャンバ120から熱エネルギーを吸収し得る。しかし、実施形態は、ラジアル面に沿ったポートを含んでもよいことを理解されたい。そのようなポートは、第1および第2のフォイル138、140を冷却するための、または第1および第2のフォイル138、140の間の空間を排気するための冷却媒体を供給するために使用され得る。
【0029】
本明細書に記載したサブシステムを1つ以上有する同位体生成システムおよび/またはサイクロトロンの例は、米国特許出願公開第2011/0255646号に見出され得、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらに、本明細書に記載した実施形態と共に使用され得る同位体生成システムおよび/またはサイクロトロンはまた、米国特許出願第12/492,200号、第12/435,903号、第12/435,949号、第12/435,931号、および米国特許出願第14/754,878号に記載されており、上記のそれぞれは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0030】
図2および図3は、一実施形態によって形成されたターゲットアセンブリ200のそれぞれ背面および正面の斜視図である。図4は、ターゲットアセンブリ200の分解図である。ターゲットアセンブリ200は、同位体生成システム100(図1)のような同位体生成システムでの使用のために構成される。例えば、ターゲットアセンブリ200は、同位体生成システム100のターゲットアセンブリ130(図1)と同様または同一であってもよい。ターゲットアセンブリ200は、図2および図3では完全に組み立てられたターゲット本体201を含む。
【0031】
ターゲット本体201は、3つの本体部分202、204、206、ターゲットインサート220(図4)、およびグリッド部分225(図4)から形成される。本体部分202、204、206は、ターゲット本体201の外側構造または外部を画定する。具体的には、ターゲット本体201の外側構造は、本体部分202(前方本体部分またはフランジと呼ばれることもある)、本体部分204(中間本体部分と呼ばれることもある)、および本体部分206(後方本体部分と呼ばれることもある)から形成される。本体部分202、204および206は、各種の特徴を形成するためのチャネルおよび凹部を有する剛性材料のブロックを含む。チャネルおよび凹部は、ターゲットアセンブリ200の1つ以上の構成要素を保持し得る。
【0032】
ターゲットインサート220およびグリッド部分225(図4)はまた、各種の特徴を形成するためのチャネルおよび凹部を有する剛性材料のブロックを含む。本体部分202、204、206、ターゲットインサート220、およびグリッド部分225は、対応するワッシャ(図示せず)をそれぞれ有する複数のボルト208(図3および図4)として示される、適切な締結具によって互いに固定され得る。互いに固定されると、本体部分202、204、206、ターゲットインサート220、およびグリッド部分225は、封止されたターゲット本体201を形成する。封止されたターゲット本体201は、ターゲット本体201からの流体またはガスの漏れを防止または厳重に制限するように十分に構成される。
【0033】
図2に示すように、ターゲットアセンブリ200は、後方表面213に沿って配置された複数の継手212を含む。継手212は、ターゲット本体201内への流体アクセスをもたらすポートとして作動し得る。継手212は、流体制御システム125(図1)などの流体制御システムに作動可能に結合されるように構成される。継手212は、ヘリウムおよび/または冷却水のための流体アクセスをもたらし得る。継手212によって形成されたポートに加えて、ターゲットアセンブリ200は、第1の材料ポート214および第2の材料ポート215(図6に示す)を含み得る。第1および第2の材料ポート214、215は、ターゲットアセンブリ200の生成チャンバ218(図4)と流体連通する。第1および第2の材料ポート214、215は、流体制御システムに作動可能に結合される。例示的な実施形態では、第2の材料ポート215は、生成チャンバ218にターゲット材料を提供し得、第1の材料ポート214は、生成チャンバ218内のターゲット液体が受ける圧力を制御するための作動ガス(例えば、不活性ガス)を供給し得る。しかし、他の実施形態では、第1の材料ポート214がターゲット材料を提供してもよく、第2の材料ポート215が作動ガスを供給してもよい。
【0034】
ターゲット本体201は、生成チャンバ218内のターゲット材料への粒子ビーム(例えば、陽子ビーム)の入射を可能にするビーム通路221を形成する。粒子ビーム(図3に矢印Pで示す)は、通路開口部219(図3および図4)を通ってターゲット本体201に進入し得る。粒子ビームは、ターゲットアセンブリ200を通って、通路開口部219から生成チャンバ218(図4)に移動する。作動中、生成チャンバ218は、ターゲット液体またはターゲットガスで満たされる。例えば、ターゲット液体は、指定の同位体(例えば、H18O)を含む約2.5ミリリットル(ml)の水であり得る。生成チャンバ218は、例えば、ターゲットインサート220の一側に開口したキャビティ222(図4)を有する、ニオブ材料を含み得るターゲットインサート220内に画定される。ターゲットインサート220は、第1および第2の材料ポート214、215を含む。第1および第2の材料ポート214、215は、例えば、継手またはノズルを受けるように構成される。
【0035】
図4に関して、ターゲットインサート220は、本体部分206と本体部分204との間に位置合わせされる。ターゲットアセンブリ200は、本体部分206とターゲットインサート220との間に配置された封止リング226を含み得る。ターゲットアセンブリ200はまた、ターゲットフォイル228と、封止枠236(例えば、HelicofleX(登録商標)枠)とを含む。ターゲットフォイル228は、例えば、Havar(登録商標)などの熱処理可能なコバルト基合金を含む金属合金ディスクであり得る。ターゲットフォイル228は、本体部分204とターゲットインサート220との間に配置されてキャビティ222を覆い、それにより生成チャンバ218を密閉する。本体部分206はまた、封止リング226およびターゲットインサート220の一部を内部に受けるような大きさおよび形状のキャビティ230(図4)を含む。
【0036】
ターゲットアセンブリ200のフロントフォイル240は、本体部分204と本体部分202との間に配置され得る。フロントフォイル240は、ターゲットフォイル228と同様の合金ディスクであり得る。フロントフォイル240は、本体部分204のグリッド部分238と位置合わせされる。フロントフォイル240およびターゲットフォイル228は、ターゲットアセンブリ200において様々な機能を有し得る。いくつかの実施形態では、フロントフォイル240は、粒子ビームPのエネルギーを低下させるデグレーダフォイルと呼ばれることがある。例えば、フロントフォイル240は、粒子ビームのエネルギーを少なくとも10%だけ低下させ得る。ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、約12MeV〜約18MeVであり得る。より特定の実施形態では、ターゲット材料に入射する粒子ビームのエネルギーは、約13MeV〜約15MeVであり得る。フロントフォイル240およびターゲットフォイル228はそれぞれ、請求項などにおいて、第1のフォイルおよび第2のフォイルと呼ばれることがある。
【0037】
ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は、ディスク状または円形に限定されず、様々な形状、構成および配置で設けられてもよいことに留意されたい。例えば、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240の一方または両方、または追加のフォイルは、とりわけ正方形、長方形、または楕円形であってもよい。また、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は、特定の材料から形成されることに限定されず、各種の実施形態では、本明細書でより詳細に説明するような放射活性が誘起され得る中程度または高い活性の材料などの活性化材料から形成されることに留意されたい。いくつかの実施形態では、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は金属製であり、1つ以上の金属から形成される。
【0038】
作動中、本体部分202から生成チャンバ218に入るように粒子ビームがターゲットアセンブリ200を通過するときに、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は、大きく活性化され得る(例えば、そこで放射活性が誘起される)。ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は、キャビティ222内のターゲット材料から加速器チャンバ内の真空を隔離する。グリッド部分238は、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240の間に配置され、それらのそれぞれに接触し得る。任意で、ターゲットアセンブリ200は、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240の間の冷却媒体の通過を可能にするように構成されない。ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は、粒子ビームが通過できる厚さを有するように構成されることに留意されたい。その結果、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は、高度に放射されて活性化され得る。
【0039】
いくつかの実施形態は、ターゲットアセンブリ200の自己シールドをもたらし、自己シールドは、活性化されたターゲットフォイル228およびフロントフォイル240からの放射をシールドするように、および/または、同放射がターゲットアセンブリ200から出るのを防止するように、ターゲットアセンブリ200を能動的にシールドする。したがって、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240は、活性放射シールドによってカプセル化される。具体的には、本体部分202、204および206の少なくとも1つ、およびいくつかの実施形態では、それらのすべてが、ターゲットアセンブリ200内の放射、特に、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240からの放射を減衰させる材料から形成される。本体部分202、204および206は、同一の材料、異なる材料、あるいは同じまたは異なる材料の異なる量または組合せから形成されてもよいことに留意されたい。例えば、本体部分202および204は、アルミニウムなどの同じ材料から形成され得、本体部分206は、アルミニウムとタングステンの組合せから形成され得る。
【0040】
本体部分202、本体部分204および/または本体部分206は、それぞれの厚さ、特にターゲットフォイル228およびフロントフォイル240とターゲットアセンブリ200の外側との間の厚さが、そこから放出される放射を低下させるシールドをもたらすように形成される。本体部分202、本体部分204および/または本体部分206は、アルミニウムよりも高い密度値を有する任意の材料から形成されてもよいことに留意されたい。また、本体部分202、本体部分204および/または本体部分206のそれぞれは、本明細書でより詳細に説明するように、様々な材料または材料の組合せから形成され得る。
【0041】
図5は、ターゲットアセンブリ200の断面図である。基準として、ターゲットアセンブリ200は、相互に垂直なX軸、Y軸、およびZ軸に対して方向付けられる。断面図は、Z軸を横切って本体部分204を通って方向付けられた平面290によって作られている。図示の実施形態では、本体部分204は、グリッド部分238および冷却ネットワーク242を含むように成形された材料の本質的に一様なブロックである。例えば、本体部分204は、本明細書に記載した物理的特徴を含むように成形またはダイキャストされ得る。他の実施形態では、本体部分204は、互いに固定される2つ以上の要素を備え得る。例えば、グリッド部分238は、グリッド部分225(図4)と同様の形状であり得、本体部分204の残り部分に対して個別かつ別個であり得る。この代替の実施形態では、グリッド部分238は、残り部分の空隙またはキャビティ内に配置され得る。
【0042】
図示のように、本体部分204を通る平面290は、グリッド部分238および冷却ネットワーク242と交差する。冷却ネットワーク242は、互いに相互接続して冷却ネットワーク242を形成する冷却チャネル243〜248を含む。冷却ネットワーク242はまた、ターゲット本体201の他のチャネル(図示せず)と流体連通するポート249、250を含む。冷却ネットワーク242は、ターゲット本体201から熱エネルギーを吸収してターゲット本体201から熱エネルギーを伝達する冷却媒体(例えば、冷却水)を受けるように構成される。例えば、冷却ネットワーク242は、グリッド部分238またはターゲットチャンバ218(図4)の少なくとも1つから熱エネルギーを吸収するように構成され得る。図示のように、冷却チャネル244、246は、それぞれの熱経路252、254(全体として点線で示されている)がグリッド部分238と冷却チャネル244、246との間に形成されるように、グリッド部分238に近接して延びる。例えば、グリッド部分238と冷却チャネル244、246との間の隙間は、10mm未満、8mm未満、6mm未満、またはある特定の実施形態では、4mm未満であり得る。熱経路は、例えば、実験セットアップ中のモデリングソフトウェアまたは熱画像形成を使用して特定され得る。
【0043】
グリッド部分238は、グリッドまたはフレーム構造を形成するために互いに結合された内部壁256の配列を含む。内部壁256は、(a)ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240(図4)に対する十分な支持をもたらし、かつ(b)ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240と密着するように構成され得、それにより熱エネルギーは、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240から内部壁256およびグリッド部分238または本体部分204の周辺領域に伝達され得る。
【0044】
図6および図7は、それぞれX軸およびY軸を横切る、ターゲットアセンブリ200の断面図である。図示のように、ターゲットアセンブリ200は、本体部分202、204、206、ターゲットインサート220、およびグリッド部分225がZ軸に沿って互いに対して積層されて互いに固定された、作動可能な状態にある。図に示すターゲット本体201は、ターゲット本体がどのように構成され組み立てられ得るかを示す1つの特定の例であることを理解されたい。作動可能な特徴(例えば、グリッド部分)を含む他のターゲット本体設計も考えられる。
【0045】
ターゲット本体201は、粒子ビームPが通って延びる一連のキャビティまたは空隙を含む。例えば、ターゲット本体201は、生成チャンバ218およびビーム通路221を含む。生成チャンバ218は、作動中にターゲット材料(図示せず)を保持するように構成される。ターゲット材料は、例えば、第1の材料ポート214を通って生成チャンバ218の内外に流れ得る。生成チャンバ218は、ビーム通路221を通って導かれる粒子ビームPを受けるように配置される。粒子ビームPは、例示的な実施形態ではサイクロトロンである、粒子加速器102(図1)などの粒子加速器(図示せず)から受けられる。
【0046】
ビーム通路221は、通路開口部219からフロントフォイル240に延びる第1の通路セグメント(または前方通路セグメント)260を含む。ビーム通路221はまた、フロントフォイル240とターゲットフォイル228との間に延びる第2の通路セグメント(または後方通路セグメント)262を含む。説明のために、フロントフォイル240およびターゲットフォイル228は、識別を容易にするために厚くされている。グリッド部分225は、第1の通路セグメント260の端部に配置される。グリッド部分238は、第2の通路セグメント262の全体を画定する。図示の実施形態では、グリッド部分238は、本体部分204の一体部分であり、グリッド部分225は、本体部分202と本体部分204との間に挟まれた個別かつ別個の要素である。
【0047】
したがって、ターゲット本体201のグリッド部分225、238は、ビーム通路221内に配置される。図6に示すように、グリッド部分225は、前面270および後面272を有する。グリッド部分238はまた、前面274および後面276を有する。グリッド部分225の後面272とグリッド部分238の前面274は、それらの間の境界280で互いに当接する。グリッド部分238の後面276は、生成チャンバ218に面する。図示の実施形態では、グリッド部分238の後面276は、ターゲットフォイル228に接触する。フロントフォイル240は、グリッド部分225、238の間の境界280に配置される。
【0048】
また、図6に示すように、グリッド部分225は、ビーム通路221を取り囲み、ビーム通路221の一部の輪郭を画定するラジアル面281を有する。輪郭は、X軸およびY軸によって画定された平面に平行に広がる。グリッド部分238は、ビーム通路221を取り囲み、ビーム通路221の一部の輪郭を画定するラジアル面283を有する。輪郭は、X軸およびY軸によって画定された平面に平行に広がる。図示の実施形態では、ラジアル面283には、ターゲット本体のチャネルに流体的に結合されたポートがない。より具体的には、第2の通路セグメント262は、いくつかの実施形態では、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240を冷却するために流体を強制的に圧送しなくてもよい。しかし、代替の実施形態では、冷却媒体が通路セグメントを通って圧送されてもよい。さらに他の実施形態では、第2の通路セグメント262を排気するためにポートが使用されてもよい。
【0049】
グリッド部分225、238は、それぞれの内部壁282、284を有し、内部壁は、グリッド部分を通るグリッドチャネル286、288を画定する。グリッド部分225、238のそれぞれの内部壁282、284は、フロントフォイル240の両面に接触する。グリッド部分238の内部壁284は、ターゲットフォイル228およびフロントフォイル240に接触する。グリッド部分225の内部壁282は、フロントフォイル240のみに接触する。フロントおよびターゲットフォイル240、228は、粒子ビームPのビーム経路を横切るように方向付けられる。粒子ビームPは、生成チャンバ218に向かってグリッドチャネル286、288を通過するように構成される。
【0050】
いくつかの実施形態では、内部壁282によって形成されたグリッド構造および内部壁284によって形成されたグリッド構造は、グリッドチャネル286、288が互いに位置合わせされるように同一である。しかし、実施形態は、同一のグリッド構造を有することを要求しない。例えば、グリッド部分225は、内部壁282の1つ以上を含まなくてもよく、および/または内部壁282の1つ以上は、対応する内部壁284と位置合わせされなくてもよく、またはその逆であってもよい。さらに、内部壁282および内部壁284は、他の実施形態では異なる寸法を有してもよいと考えられる。
【0051】
いくつかの実施形態では、フロントフォイル240は、粒子ビームPがフロントフォイル240に入射するときに、粒子ビームPのエネルギーレベルを実質的に低下させるように構成される。より具体的には、粒子ビームPは、第1の通路セグメント260の第1のエネルギーレベルと、第2の通路セグメント262の第2のエネルギーレベルとを有し得、第2のエネルギーレベルは、第1のエネルギーレベルより実質的に低い。例えば、第2のエネルギーレベルは、第1のエネルギーレベルより5%超少なくてもよい(すなわち第1のエネルギーレベルの95%以下)。ある特定の実施形態では、第2のエネルギーレベルは、第1のエネルギーレベルより10%超少なくてもよい(すなわち第1のエネルギーレベルの90%以下)。さらに特定の実施形態では、第2のエネルギーレベルは、第1のエネルギーレベルより15%超少なくてもよい(すなわち第1のエネルギーレベルの85%以下)。さらに特定の実施形態では、第2のエネルギーレベルは、第1のエネルギーレベルより20%超少なくてもよい(すなわち第1のエネルギーレベルの80%以下)。一例として、第1のエネルギーレベルは、約18MeVであってもよく、第2のエネルギーレベルは、約14MeVであってもよい。しかし、第1のエネルギーレベルが、他の実施形態では異なる値を有してもよく、第2のエネルギーレベルが、他の実施形態では異なる値を有してもよいことを理解されたい。
【0052】
フロントフォイル240が粒子ビームPのエネルギーレベルを実質的に低下させるそのような実施形態では、フロントフォイル240は、デグレーダフォイルとして特徴付けられ得る。デグレーダフォイル240は、粒子ビームPがフロントフォイル240を通過する際に実質的な損失を生じる厚さおよび/または組成物を有し得る。例えば、フロントフォイル240およびターゲットフォイル228は、異なる組成物および/または厚さを有し得る。フロントフォイル240はアルミニウムを含んでもよく、ターゲットフォイル228はHavar(登録商標)またはニオブを含んでもよいが、フォイルに関して他の材料も考えられる。
【0053】
特定の実施形態では、フロントフォイル240とターゲットフォイル228は、実質的に異なる厚さを有する。例えば、フロントフォイル240の厚さは、少なくとも0.10ミリメートル(mm)であり得る。特定の実施形態では、フロントフォイル240は、0.15mm〜0.50mmの厚さを有する。ターゲットフォイル228に関して、ターゲットフォイル228の厚さは、0.01mm〜0.05mmであり得る。特定の実施形態では、ターゲットフォイル228の厚さは、0.02mm〜0.03mmであり得る。いくつかの実施形態では、フロントフォイル240は、ターゲットフォイル228の少なくとも3倍(3X)厚く、またはターゲットフォイル228の少なくとも5倍(5X)厚い。しかし、フロントフォイル240は、ターゲットフォイル228の5倍未満または3倍未満の厚さなどの他の厚さを有してもよい。
【0054】
フロントフォイル240は、いくつかの実施形態ではデグレーダフォイルとして特徴付けられ得るが、フロントフォイル240は、他の実施形態ではデグレーダフォイルでなくてもよい。例えば、フロントフォイル240は、粒子ビームPのエネルギーレベルを実質的に低下させないか、または公称上低下させるだけでもよい。そのような場合、フロントフォイル240は、ターゲットフォイル228の特性と同様の特性(例えば、厚さおよび/または組成物)を有し得る。
【0055】
フロントフォイル240における損失は、フロントフォイル240内で発生する熱エネルギーに対応する。フロントフォイル240内で発生した熱エネルギーは、グリッド部分238を含む本体部分204によって吸収され、熱エネルギーがターゲット本体201から伝達される冷却ネットワーク242に輸送され得る。
【0056】
粒子ビームがターゲットフォイルに入射するときに、いくらかの熱エネルギーがターゲットフォイル228内で発生し得るが、ターゲットフォイル228による熱エネルギーの大部分は、粒子ビームPがターゲット材料に入射するときに、生成チャンバ218内で発生し得る。生成チャンバ218は、ターゲットインサート220の内部表面266およびターゲットフォイル228によって画定される。粒子ビームPがターゲット材料と衝突すると、熱エネルギーが発生する。この熱エネルギーは、ターゲットフォイル228を通って本体部分204へと輸送または伝達され得、冷却ネットワーク242を通って流れる冷却媒体によって吸収され得る。
【0057】
ターゲットアセンブリ200の作動中、様々なキャビティは、様々な圧力を受けることがある。例えば、粒子ビームPがターゲット材料に入射するときに、第1の通路セグメント260は、
第1の作動圧力を有してもよく、第2の通路セグメント262は、第2の作動圧力を有してもよく、生成チャンバ218は、第3の作動圧力を有してもよい。第1の通路セグメント260は、粒子加速器と流体連通し、排気され得る。生成チャンバ218内で発生した熱エネルギーおよび気泡のために、第3の作動圧力は、著しく大きくなり得る。図示の実施形態では、第2の作動圧力は、グリッド部分238の作動温度に依存し得る。したがって、第1の作動圧力は、第2の作動圧力より低いことがあり、第2の作動圧力は、第3の作動圧力より低いことがある。
【0058】
グリッド部分225、238は、フロントフォイル240の両面と密着するように構成される。さらに、内部壁282は、第2の通路セグメント262と第1の通路セグメント260との間の圧力差が、フロントフォイル240を内部壁284から離れるように移動させないようにし得る。内部壁284は、生成チャンバ218と第2の通路セグメント262との間の圧力差が、ターゲットフォイル228を第2の通路セグメント262内に移動させないようにし得る。生成チャンバ218のより高い圧力は、ターゲットフォイル228を内部壁284に押し付ける。したがって、内部壁284は、フロントフォイル240およびターゲットフォイル228と密着し、それらから熱エネルギーを吸収し得る。また、図6および図7に示すように、周囲の本体部分204はまた、フロントフォイル240およびターゲットフォイル228と密着し、それらから熱エネルギーを吸収し得る。
【0059】
特定の実施形態では、ターゲットアセンブリ200は、粒子加速器にとって有害となり得る液体内に配置される同位体を発生させるように構成される。例えば、68Ga同位体を発生させるための開始材料は、高酸性溶液を含み得る。この溶液の流れを妨げるために、フロントフォイル240は、第1の通路セグメント260と第2の通路セグメント262とが流体連通しないように、ビーム通路221を完全に覆い得る。このようにして、望ましくない酸性材料が、生成チャンバ218から第2および第1の通路セグメント262、260を通って粒子加速器に不注意に流れ込むことがない。この可能性を低下させるために、フロントフォイル240は、より破裂しにくくし得る。例えば、フロントフォイル240は、より高い構造的完全性、および破裂の可能性を低下させる厚さを有する材料(例えば、アルミニウム)を含み得る。
【0060】
他の実施形態では、ターゲットアセンブリ200は、ターゲットフォイル228がないが、フロントフォイル240を含む。そのような実施形態では、グリッド部分238は、生成チャンバの一部を形成し得る。例えば、ターゲット材料は、ガスであってもよく、フロントフォイル240とキャビティ222との間に画定された生成チャンバ内に配置されてもよい。グリッド部分238は、生成チャンバ内に配置されてもよい。そのような実施形態では、単一のフォイル(例えば、フロントフォイル240)のみが生成中に使用され、単一のフォイルは、2つのグリッド部分225、238の間に保持される。
【0061】
図8は、グリッド部分225、238(図4)とそれぞれ同様であり、かつターゲットアセンブリ130、200など(それぞれ図1および図3)のターゲットアセンブリの一部を形成し得る、グリッド部分300およびグリッド部分302の斜視図を示している。図9は、グリッド部分300の前面306に配置されたフォイル304の拡大図である。他の実施形態では、第2の通路セグメント322が、第1の通路セグメント320と流体連通してもよい。第2の通路セグメント322は、グリッド部分300、フォイル304、および、第2の通路セグメント322と生成チャンバ(図示せず)を隔て得る別のフォイル(図示せず)によって画定される。第1の通路セグメント320は、フォイル304の前方に配置され、ターゲットアセンブリの本体部分(図示せず)によって画定され得る。
【0062】
図9に関して、グリッド部分300は、ラジアル面310と、グリッド構造を形成する内部壁312とを含む。ラジアル面310および内部壁312は、グリッドチャネル314を形成するように成形される。グリッドチャネル314は、フローギャップ316が存在するように、フォイル304の輪郭または占有面積に対してサイズ決定および成形され得る。より具体的には、グリッドチャネル314は、フォイル304の外径を越え得る。フローギャップ316は、第2の通路セグメント322と第1の通路セグメント320を流体的に結合し得る。中央グリッドチャネル314を流体的に結合するために、開口324が、中央グリッドチャネル314を画定する内部壁312の少なくとも1つを通って形成され得る。
【0063】
図10は、放射性同位体を発生させる方法350を示す。方法は、352において、ターゲット本体201またはターゲットアセンブリ200などのターゲット本体またはターゲットアセンブリの生成チャンバにターゲット材料を提供することを含む。いくつかの実施形態では、ターゲット材料は、酸性溶液である。特定の実施形態では、ターゲット材料は、68Ga同位体を発生させるように構成される。ターゲット本体は、粒子ビームを受けるとともにターゲット材料への粒子ビームの入射を可能にするビーム通路を有する。ターゲット本体はまた、それぞれグリッド部分238、225などの第1および第2のグリッド部分を含む。第1および第2のグリッド部分は、ビーム通路内に配置される。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、前面および後面を有する。第1のグリッド部分の後面と第2のグリッド部分の前面は、それらの間の境界で互いに当接する。第2のグリッド部分の後面は、生成チャンバに面する。
【0064】
方法はまた、354において、ターゲット材料に粒子ビームを導くことを含む。粒子ビームは、第1および第2のグリッド部分の間の境界に配置されたフォイルを通過する。第1および第2のグリッド部分のそれぞれは、第1および第2のグリッド部分をそれぞれ通るグリッドチャネルを画定する内部壁を有する。粒子ビームは、生成チャンバに向かってグリッドチャネルを通過するように構成される。第1および第2のグリッド部分の内部壁は、フォイルの両面に接触する。任意で、フォイルは第1のフォイルであり、ターゲット本体は、第2のグリッド部分の後面に接触するとともに生成チャンバに面する第2のフォイルを含む。粒子ビームは、第2のフォイルを通過する。任意で、方法は、第1および第2のフォイルの間に冷却媒体を導くことを含まない。
【0065】
本明細書に記載した実施形態は、医療用途用の放射性同位体を発生させることに限定することを意図しておらず、他の同位体を発生させ、他のターゲット材料を使用し得る。また各種の実施形態は、様々な方向(例えば、垂直方向または水平方向)を有する様々な種類のサイクロトロン、ならびにスパイラル加速器の代わりに線形加速器またはレーザ誘起加速器などの様々な加速器に関連して実施されてもよい。さらに、本明細書に記載した実施形態は、上述した同位体生成システム、ターゲットシステム、およびサイクロトロンを製造する方法を含む。
【0066】
上記の説明は例示するものであって、限定することを意図したものではないことを理解されたい。例えば、上記の実施形態(および/またはその態様)は、互いに組み合わせて用いられてもよい。さらに、本発明の範囲を逸脱せずに特定の状況または材料を本発明の主題の教示に適応させるために、多くの修正を行い得る。本明細書に記載した各種の構成要素の寸法、材料の種類、方向、ならびに数および位置は、ある特定の実施形態のパラメータを規定するためのものであって、決して限定するものではなく、単に例示的な実施形態にすぎない。請求項の範囲の趣旨および範囲に含まれる多くの他の実施形態および修正は、上記の説明を精査すれば、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の主題の範囲は、添付の請求項を、このような請求項によって権利が与えられる均等物の全範囲と共に参照することによって決定されるものである。添付の請求項において、「含む(including)」および「ここにおいて(in which)」という用語は、「備える(comprising)」および「ここにおいて(wherein)」というそれぞれの用語の平易な英語(plain−English)と等価として用いられる。さらに、以下の請求項において、「第1の(first)」「第2の(second)」および「第3の(third)」等の用語は、単に標識として用いられ、その対象に数値的な必要条件を与えることを意図するものではない。また、以下の請求項の限定事項は、このようなクレームの限定事項が、さらなる構造を欠いた機能の記述の後に、明示的に「〜する手段(means for)」という語句を用いていない限り、そしてそうするまでは、ミーンズプラスファンクションの形式では書かれておらず、米国特許法112条(f)に基づいて解釈されることを意図していない。
【0067】
本明細書は、各種の実施形態を開示するために実施例を用いており、また、当業者が各種の実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。各種の実施形態の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者が想到する他の実施例を含み得る。このような他の実施例は、請求項の文言との差がない構造要素を有する場合、または請求項の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合には、請求項の範囲内にある。
【0068】
本発明の主題のある特定の実施形態の前述の説明は、添付の図面と併せて読めばより良く理解されるであろう。図が各種の実施形態の機能ブロックの図を示す程度まで、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の分割を示しているわけではない。したがって、例えば、機能ブロック(例えば、プロセッサまたはメモリ)の1つ以上は、単一のハードウェア(例えば、汎用信号プロセッサ、マイクロコントローラ、ランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど)内に実装され得る。同様に、プログラムは、スタンドアロンのプログラムであってもよいし、オペレーティングシステム内のサブルーチンとして組み込まれてもよいし、あるいはインストールされたソフトウェアパッケージの機能などであってもよい。各種の実施形態は、図面に示す配置および手段に限定されない。
[実施態様1]
同位体生成システム(100)用のターゲットアセンブリ(130、200)であって、
生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)およびビーム通路(221)を有するターゲット本体(132、201)であり、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)が、前記ビーム通路(221)を通って導かれた粒子ビーム(112、P)を受けるように配置されており、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)が、ターゲット材料(116、116A、116B、116C)を保持するように構成されている、ターゲット本体(132、201)と、
前記ビーム通路(221)内に配置された、前記ターゲット本体(132、201)の第1および第2のグリッド部分(225、238)であり、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前面(270、274)および後面(272、276)を有し、前記第1のグリッド部分(225)の前記後面(272)と前記第2のグリッド部分(238)の前記前面(274)が、前記第1のグリッド部分(225)と前記第2のグリッド部分(238)との境界(280)で互いに当接しており、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面している、第1および第2のグリッド部分(225、238)と、
前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の間の前記境界(280)に配置されたフォイル(240)であり、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれを通るグリッドチャネル(286、288)を画定する内部壁(282、284)を有し、前記粒子ビーム(112、P)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって前記グリッドチャネル(286、288)を通過するように構成されており、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の前記内部壁(282、284)が、前記フォイル(240)の両面に接触している、フォイル(240)と、
を備えるターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様2]
前記第2のグリッド部分(238)が、前記ビーム通路(221)を取り囲むとともに前記ビーム通路(221)の一部の輪郭を画定するラジアル面(283)を有し、前記ラジアル面(283)には、前記ターゲット本体(132、201)の本体チャネルに流体的に結合されるポート(249、250)がない、実施態様1に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様3]
前記ターゲット本体(132、201)を通って延びる冷却チャネル(243〜248)をさらに備え、前記冷却チャネル(243〜248)が、前記第2のグリッド部分(238)から熱エネルギーを吸収して前記第2のグリッド部分(238)から前記熱エネルギーを伝達する、前記冷却チャネル(243〜248)を通る冷却媒体の流れを有するように構成されている、実施態様1に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様4]
前記フォイル(240)が第1のフォイル(138)であり、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)に接触するとともに前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面する第2のフォイル(140)を備える、実施態様1に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様5]
前記第2のフォイル(140)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)を画定するチャンバ壁を形成している、実施態様4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様6]
前記第1のグリッド部分(225)の前記内部壁(282)が、前記第1のフォイル(138)および前記第2のフォイル(140)に接触している、実施態様4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様7]
前記第1のフォイル(138)が、前記第2のフォイル(140)の少なくとも5倍厚い、実施態様4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様8]
前記第1のフォイル(138)が、前記粒子ビーム(112、P)のビームエネルギーを少なくとも10%だけ低下させるように構成されている、実施態様4に記載のターゲットアセンブリ(130、200)。
[実施態様9]
同位体生成システム(100)であって、
粒子ビーム(112、P)を発生させるように構成された粒子加速器(102)と、
生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)と、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)と位置合わせされたビーム通路(221)とを有するターゲットアセンブリ(130、200)であり、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)が、ターゲット材料(116、116A、116B、116C)を保持するように構成されており、前記ビーム通路(221)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって導かれる粒子ビーム(112、P)を受けるように構成されている、ターゲットアセンブリ(130、200)と、を備え、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、
前記ビーム通路(221)内に配置された第1および第2のグリッド部分(225、238)であり、それぞれが前面(270、274)および後面(272、276)を有し、前記第1のグリッド部分(225)の前記後面(272)と前記第2のグリッド部分(238)の前記前面(274)が、前記第1のグリッド部分(225)と前記第2のグリッド部分(238)との境界(280)で互いに当接しており、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面している、第1および第2のグリッド部分(225、238)と、
前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の間の前記境界(280)に沿って配置されたフォイル(240)であり、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが内部壁(282、284)を有し、前記内部壁(282、284)が、前記内部壁(282、284)の間を通るグリッドチャネル(286、288)を画定しており、前記粒子ビーム(112、P)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって前記グリッドチャネル(286、288)を通過するように構成されており、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の前記内部壁(282、284)が、前記フォイル(240)の両面に接触している、フォイル(240)と、
をさらに含む、同位体生成システム(100)。
[実施態様10]
前記第2のグリッド部分(238)が、前記ビーム通路(221)を取り囲むとともに前記ビーム通路(221)の一部の輪郭を画定するラジアル面(283)を有し、前記ラジアル面(283)には、チャネルに流体的に結合されるポート(249、250)がない、実施態様8に記載の同位体生成システム(100)。
[実施態様11]
前記ターゲット本体(132、201)を通って延びる冷却チャネル(243〜248)をさらに備え、前記冷却チャネル(243〜248)が、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)から熱エネルギーを吸収して前記第1および第2のグリッド部分(225、238)から前記熱エネルギーを伝達する、前記冷却チャネル(243〜248)を通る冷却媒体の流れを有するように構成されている、実施態様8に記載の同位体生成システム(100)。
[実施態様12]
前記フォイル(240)が第1のフォイル(138)であり、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)に接触するとともに前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面する第2のフォイル(140)を備える、実施態様8に記載の同位体生成システム(100)。
[実施態様13]
前記第2のフォイル(140)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)を画定する内部表面(266)を形成している、実施態様12に記載の同位体生成システム(100)。
[実施態様14]
前記第1のグリッド部分(225)の前記内部壁(282)が、前記第1のフォイル(138)および前記第2のフォイル(140)に接触している、実施態様12に記載の同位体生成システム(100)。
[実施態様15]
前記第1のフォイル(138)が、前記第2のフォイル(140)の少なくとも5倍厚い、実施態様12に記載の同位体生成システム(100)。
[実施態様16]
前記第1のフォイル(138)が、前記粒子ビーム(112、P)のビームエネルギーを少なくとも10%だけ低下させるように構成されている、実施態様12に記載の同位体生成システム(100)。
[実施態様17]
放射線同位体を発生させる方法(350)であって、
ターゲットアセンブリ(130、200)の生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)内にターゲット材料(116、116A、116B、116C)を提供すること(352)であり、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、粒子ビーム(112、P)を受けるとともに前記ターゲット材料(116、116A、116B、116C)への前記粒子ビーム(112、P)の入射を可能にするビーム通路(221)を有し、前記ターゲットアセンブリ(130、200)がまた、前記ビーム通路(221)内に配置された第1および第2のグリッド部分(225、238)を含み、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前面(270、274)および後面(272、276)を有し、前記第1のグリッド部分(225)の前記後面(272)と前記第2のグリッド部分(238)の前記前面(274)が、前記第1のグリッド部分(225)と前記第2のグリッド部分(238)との境界(280)で互いに当接しており、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面している、こと(352)と、
前記ターゲット材料(116、116A、116B、116C)に前記粒子ビーム(112、P)を導くこと(354)であり、前記粒子ビーム(112、P)が、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の間の前記境界(280)に配置されたフォイル(240)を通過し、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれが、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)のそれぞれを通るグリッドチャネル(286、288)を画定する内部壁(282、284)を有し、前記粒子ビーム(112、P)が、前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に向かって前記グリッドチャネル(286、288)を通過するように構成されており、前記第1および第2のグリッド部分(225、238)の内部壁(282、284)が、前記フォイル(240)の両面に接触している、こと(354)と、
を含む方法(350)。
[実施態様18]
前記フォイル(240)が第1のフォイル(138)であり、前記ターゲットアセンブリ(130、200)が、前記第2のグリッド部分(238)の前記後面(276)に接触するとともに前記生成チャンバ(120、120A、120B、120C、218)に面する第2のフォイル(140)を備え、前記粒子ビーム(112、P)が前記第2のフォイル(140)を通過する、実施態様17に記載の方法(350)。
[実施態様19]
前記方法(350)が、前記第1および第2のフォイル(138、140)の間に冷却媒体を導くことを含まない、実施態様18に記載の方法(350)。
[実施態様20]
前記ターゲット材料(116、116A、116B、116C)が、68Ga同位体を発生させるように構成されている、実施態様17に記載の方法(350)。
【符号の説明】
【0069】
100 同位体生成システム
102 粒子加速器
104 イオン供給源システム
106 電場システム
108 磁場システム
110 真空システム
112 粒子ビーム
114 ターゲットシステム
115 抽出システム
116 ターゲット材料
116A ターゲット材料
116B ターゲット材料
116C ターゲット材料
117 ビーム経路
118 制御システム
120 生成チャンバ
120A 生成チャンバ
120B 生成チャンバ
120C 生成チャンバ
122 冷却システム
125 流体制御システム
130 ターゲットアセンブリ
132 ターゲット本体
134 本体部分
135 本体部分
136 本体部分
138 第1のフォイル
140 第2のフォイル
200 ターゲットアセンブリ
201 ターゲット本体
202 前方本体部分
204 中間本体部分
206 後方本体部分
208 ボルト
212 継手
213 後方表面
214 第1の材料ポート
215 第2の材料ポート
218 生成チャンバ、ターゲットチャンバ
219 通路開口部
220 ターゲットインサート
221 ビーム通路
222 キャビティ
225 グリッド部分
226 封止リング
228 ターゲットフォイル
230 キャビティ
236 封止枠
238 グリッド部分
240 フロントフォイル、デグレーダフォイル、ターゲットフォイル
242 冷却ネットワーク
243 冷却チャネル
244 冷却チャネル
245 冷却チャネル
246 冷却チャネル
247 冷却チャネル
248 冷却チャネル
249 ポート
250 ポート
252 熱経路
254 熱経路
256 内部壁
260 第1の通路セグメント
262 第2の通路セグメント
266 内部表面
270 前面
272 後面
274 前面
276 後面
280 境界
281 ラジアル面
282 内部壁
283 ラジアル面
284 内部壁
286 グリッドチャネル
288 グリッドチャネル
290 平面
300 グリッド部分
302 グリッド部分
304 フォイル
306 前面
310 ラジアル面
312 内部壁
314 中央グリッドチャネル
316 フローギャップ
320 第1の通路セグメント
322 第2の通路セグメント
324 開口
350 方法
P 粒子ビーム
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
【国際調査報告】