具有分隔屏蔽的同位素產生系統的製作方法

2023-05-23 02:02:41

專利名稱：具有分隔屏蔽的同位素產生系統的製作方法
技術領域：
一般來說，本文描述的本發明實施例涉及同位素產生系統，並且更具體來說，涉及可在相對受限的空間、如醫院房間中安全使用的同位素產生系統。
背景技術：
放射性同位素(又稱作放射性核素)在醫學治療、成像和研究中具有若干應用以及具有不是醫學關聯的其它應用。產生放射性同位素的系統通常包括具有圍繞加速室的磁軛的粒子加速器、如回旋加速器。加速室可包括相互間隔開的相對極頂(pole top)。電場和磁場可在加速室中生成，以便沿極間的螺旋狀軌道加速和引導帶電粒子。為了產生放射性同位素，回旋加速器形成帶電粒子的束，並且定向粒子束離開加速室並朝向具有靶材料的靶系統。粒子束入射到靶材料上，由此生成放射性同位素。在同位素產生系統的操作期間，可在靶系統內和分離地在回旋加速器內生成大量輻射(即，對附近個體有害健康的輻射水平)。例如，針對靶系統，當束入射到靶材料時可生成來自中子和伽馬射線的輻射。針對回旋加速器，加速室中的離子可與其中的氣體粒子碰撞，並且變成不再受加速室內的電場和磁場影響的中性粒子。這些中性粒子又可與加速室的壁碰撞，並且產生二次伽馬輻射。為了保護附近個體免受輻射(例如，醫院的員工或患者)，同位素產生系統可使用屏蔽來衰減或阻擋輻射。在一些常規同位素產生系統中，通過添加圍繞回旋加速器和靶系統兩者的大量屏蔽解決了輻射洩漏。但是，大量屏蔽對於將要放置同位素產生系統的房間會是成本高並且是過於笨重的。作為大量屏蔽的備選或補充，同位素產生系統可位於特殊設計的房間中。例如，回旋加速器和靶系統可處於獨立房間中或者具有分隔兩者的大牆壁。但是，設計用於同位素產生系統的特殊房間產生新的難題，特別是對於最初不是預計用於放射性同位素產生的先前存在房間。輻射洩漏所呈現的又一個難題是例如在同位素產生系統被更換或移動到另一個位置時如何將其移開。使同位素產生系統停止使用包括安全地拆卸該系統，並且移開和貯藏放射性部件和材料。另一個顧慮是淨化同位素產生系統曾經所在的房間。在一些情況下， 房間的原始支承結構、如地板、天花板和牆壁必須去除，因為支承結構受到放射性汙染。這種停止使用和淨化過程會是成本高並且費時的。
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因此，需要降低對附近區域或房間中的個體的輻射暴露量的方法、回旋加速器和同位素產生系統。此外，需要可比已知系統更易於停止使用的同位素產生系統。

發明內容
按照一個實施例，提供一種同位素產生系統，其包括具有圍繞加速室的磁軛的回旋加速器。回旋加速器配置成定向來自加速室的粒子束通過磁軛。同位素產生系統還包括在磁軛附近定位的靶系統。靶系統配置成保持靶材料，並且包括在磁軛與靶位置之間延伸的輻射屏蔽。輻射屏蔽的大小和形狀配置成衰減從靶材料朝向磁軛發射的伽馬射線和中子射線。同位素產生系統還包括從加速室延伸到靶位置的束通道。束通道至少部分由磁軛以及靶系統的輻射屏蔽形成。按照另一個實施例，提供一種包括具有支承在平臺上的底座的回旋加速器的同位素產生系統。回旋加速器包括圍繞加速室的磁軛。回旋加速器配置成定向來自加速室的粒子束通過磁軛。同位素產生系統還包括位於平臺上並且與磁軛相鄰的靶系統。靶系統配置成將靶材料保持在靶位置。粒子束入射到靶材料上。同位素產生系統還包括從加速室延伸到靶位置的束通道。束通道至少部分由磁軛和靶系統形成。束通道沿與平臺相交的射束軸延伸。在又一個實施例中，提供一種使位於機構的房間中的同位素產生系統停止使用的方法。該方法包括提供一種包括具有支承在平臺上的底座的回旋加速器的同位素產生系統。平臺由房間地板來支承。回旋加速器配置成沿束通道將粒子束定向到靶系統。靶系統位於平臺上，與磁軛相鄰。束通道沿與平臺相交的射束軸延伸。該方法還包括從平臺移開靶系統以及從機構的地板移開平臺。


圖1是按照一個實施例形成的同位素產生系統的框圖。圖2是按照一個實施例的同位素產生系統的示意側視圖。圖3是自圖2所示同位素產生系統上方的平面圖。圖4是按照一個實施例形成的磁軛的透視圖。圖5是按照一個實施例形成的回旋加速器的側視圖。圖6是圖5所示回旋加速器的一部分的放大側視圖。圖7是與圖2的同位素產生系統配合使用的靶區域的示意側視圖。圖8是按照一個實施例形成的、具有處於閉合位置的殼體的同位素產生系統的透視圖。圖9是當殼體處於開啟位置時的圖8的同位素產生系統的透視圖。圖10是按照另一個實施例形成的、可與圖8所示同位素產生系統配合使用的回旋加速器的側視圖。圖11是按照一備選實施例形成的同位素產生系統的示意側視圖。圖12是按照一個實施例、用於使同位素產生系統停止使用的方法的框圖。
具體實施方式
圖1是按照一個實施例形成的同位素產生系統100的框圖。系統100包括具有若干子系統的回旋加速器102，子系統包括離子源系統104、電場系統106、磁場系統108和真空系統110。在回旋加速器102的使用期間，帶電粒子通過離子源系統104放置於或者注入回旋加速器102中。磁場系統108和電場系統106生成在產生帶電粒子的粒子束112中相互合作的相應場。如圖1所示，系統100具有抽取系統115以及包括靶材料116的靶系統114。靶系統114可放置成與回旋加速器102相鄰。為了生成同位素，粒子束112由回旋加速器102通過抽取系統115沿束傳輸通路或束通道117來定向，並且定向到靶系統114中，以使得粒子束112入射到位於對應靶位置120的靶材料116上。當採用粒子束112來照射靶材料116 時，可生成來自中子和伽馬射線的輻射。系統100可具有獨立靶材料116A-C所在的多個靶位置120A-C。移位裝置或系統 (未示出)可用於使靶位置120A-C相對於粒子束112移位，以使得粒子束112入射到不同靶材料116上。也可在移位過程期間保持真空。備選地，回旋加速器102和抽取系統115 可以不是僅沿一個通路來定向粒子束112，而是可沿每個不同靶位置120A-C的唯一通路來定向粒子束112。此外，束通道117從回旋加速器102到靶位置120基本上是線性的，或者備選地，束通道117可以沿其中的一個或多個點是彎曲或轉彎的。例如，橫靠束通道117放置的磁體可配置成沿不同通路來重新定向粒子束112。在美國專利號6，392，246,6, 417，634,6, 433，495和7，122，966以及在美國專利申請公布號2005/(^83199中描述了同位素產生系統和/或具有上述子系統的一個或多個的回旋加速器的示例，通過引用將其全部完整地併入。在美國專利號5，521，469,6, 057，655 以及在美國專利申請公布號2008/0067413和2008/0258653中還提供了附加示例，通過引用將其全部完整地併入。此外，在共同待決美國專利號12/435，903、12/435，949和 12/435，931中還描述了可與本文所述實施例配合使用的同位素產生系統和/或回旋加速器，通過引用將其全部完整地併入。系統100配置成產生可在醫學成像、研究和治療中使用、而且還用於不是醫學相關的其它應用、如科研或分析的放射性同位素(又稱作放射性核素)。當用於醫學用途、例如核醫學(NM)成像或正電子發射斷層掃描(PET)成像時，放射性同位素又可稱作指示劑。 作為舉例，系統100可生成質子，以便製作液體形式的同位素、作為CO2的11C同位素以及作為NH3的13N同位素。用於製作這些同位素的靶材料116可富含18O水、天然14N2氣體、 lfiO水以及1N2氣體。系統100還可生成質子或氘核，以便產生15O氣體(氧、二氧化碳和一氧化碳)以及1力標記水。在一些實施例中，系統100使用1H-技術，並且使帶電粒子達到低能量(例如，大約 7.8MeV)，其中束電流大約為10-30μΑ。在這類實施例中，負氫離子被加速並且通過回旋加速器102來引導，並且引導到抽取系統115中。然後，負氫離子可撞擊抽取系統115的剝離箔(stripping foil)(未示出)，由此去除電子對，並且使粒子成為正離子力+。但是，在備選實施例中，帶電粒子可以是正離子，例如1H^2H+和％e+。在這類備選實施例中，抽取系統 115可包括靜電導向器，靜電導向器創建將粒子束引導向靶材料116的電場。系統100可包括冷卻系統122，冷卻系統122將冷卻流體或工作流體傳輸到不同系統的多種組件，以便吸收由相應組件所生成的熱量。系統100還可包括控制系統118，控制系統118可由技術人員用於控制多種系統和組件的操作。控制系統118可包括接近或遠離回旋加速器102和靶系統114定位的一個或多個用戶接口。雖然圖1中未示出，但是系統 100還可包括用於回旋加速器102和靶系統114的一個或多個輻射屏蔽和/或磁屏蔽。系統100可產生預定量或批量的同位素，例如供醫學成像或治療中使用的單獨劑量。系統100對上述示範同位素形式的產生容量可以是在少於大約10分鐘對18F_在20 μ A 的50mCi以及大約30分鐘對11CO2在30 μ A的300mCi。另外，系統100可使用相對已知同位素產生系統的降低空間量，使得系統100具有允許系統100保持在受限空間中的大小、形狀和重量。例如，系統100可符合最初不是為例如醫院或臨床環境中的粒子加速器來構建的先前存在房間。因此，回旋加速器102、抽取系統115、靶系統114以及冷卻系統122的一個或多個組件可保持在其大小和形狀配置成裝入在受限空間的共同殼體124中。作為一個示例，殼體IM所使用的總體積可以是2m3。殼體 124的可能尺寸可包括大約2. 2m的最大寬度、大約1. 7m的最大高度以及大約1. 2m的最大深度。殼體和其中的系統的組合重量可以大約為10000kg。但是，本文所述的實施例並不局限於上述大小和重量，而是可具有更大的大小和重量。殼體IM可由聚乙烯(PE)和鉛(Pb) 來製造，並且具有配置成衰減來自回旋加速器102的中子通量和伽馬射線的厚度。例如，殼體IM沿衰減中子和伽馬通量的殼體124的預定部分可具有至少大約IOmm的厚度(在圍繞回旋加速器102的內表面與殼體124的外表面之間所測量)。系統100可配置成將帶電粒子加速到預定能級。例如，本文所述的一些實施例將帶電粒子加速到大約ISMeV或以下的能量。在其它實施例中，系統100將帶電粒子加速到大約16. 5MeV或以下的能量。在具體實施例中，系統100將帶電粒子加速到大約9. 6MeV或以下的能量。在更具體實施例中，系統100將帶電粒子加速到大約7. SMeV或以下的能量。圖2和圖3分別是按照一個實施例形成的同位素產生(IP)系統300的示意側視圖和示意頂視圖。IP系統300包括具有磁軛202的回旋加速器200，並且還包括靶系統302， 靶系統302包括輻射屏蔽306以及位於輻射屏蔽306中的靶區域308。磁軛202包括加速室206，其中生成粒子束312並且定向通過磁軛202，以及沿束通道314定向到靶區域308。 束通道314至少部分由磁軛202和輻射屏蔽306來形成。雖然未示出，但是IP系統300可包括抽取系統，以便於去除和定向來自回旋加速器200的粒子束312。又如圖所示，回旋加速器200和靶系統302可裝入共同殼體305中。在一些實施例中，IP系統300還包括獨立平臺220(圖2)，平臺220置於IP系統300所在的區域的地板或地面313上。回旋加速器200、靶系統302和殼體305可置於平臺220上。例如，回旋加速器200可包括至少部分支承在平臺220上的底座315。底座315可由磁軛202來形成， 或者可以是殼體305的一部分。底座315還可包括定位在磁軛202與平臺220之間的真空泵276。真空泵276可配置成保持加速室206、束通道314和靶區域308中的抽空狀態。本文所述的實施例包括分隔的屏蔽系統，其中在回旋加速器200中生成的輻射至少部分由磁軛202來衰減，並且在靶區域308中生成的輻射至少部分由輻射屏蔽306來衰減。當帶電粒子被加速並且沿加速室206中的預定通路引導時，加速室206中的離子可與其中的氣體粒子碰撞，並且變成不再受電場和磁場影響的中性粒子。中性粒子可沿磁軛202 的中平面232(圖4)並且圍繞其中的加速室206的周邊噴射。攔截面板(未示出)可定位在加速室206中，以便於捕獲中性粒子。
圖2和圖3示出若干點，其中粒子可與磁軛202進行碰撞並且生成中子和伽馬輻射。伽馬射線按照各向同性方式(即，按照球面方式離開對應點)(Κ1)從對應發射。 磁軛202的尺寸的大小可配置成衰減加速室206中的伽馬射線的輻射。例如，常規磁軛的尺寸通常由形成加速室中的粒子束所需的預期磁場來確定。但是，磁軛202的尺寸可比形成預期磁場所需的要厚。磁軛202的附加厚度可便於衰減從加速室206發射的輻射。此外， 回旋加速器200可工作在產生較低量的中性粒子的低能量處。例如，IP系統300可使帶電粒子達到大約9. 6MeV、或者更具體為7. SMeV或以下的能級。對於靶系統302，靶區域308包括靶材料所在的靶位置340 (圖7所示)。當粒子束312入射到靶材料時，來自伽馬射線和中子的輻射可從靶材料以及從靶材料附近的輔助組件來生成和發射。此外，當中子與靶系統302中的物質交互作用時，發射的中子還可生成伽馬射線。因此，輻射屏蔽306配置成衰減輻射。靶區域308可在輻射屏蔽306的幾何中心附近定位。作為一個示例，靶區域308 可位於輻射屏蔽306中的預定位置，以使得IP系統300的外邊界301具有小於預期值的劑量率(例如，小於大約4ySv/h或者小於大約2ySv/h)。「外邊界」包括當IP系統300處於正常操作時可由用戶接觸的IP系統300的外表面。例如，外邊界301在圖3中示為殼體 305的外表面301。但是，在備選實施例中，外邊界301可以是輻射屏蔽306的外表面或者回旋加速器200的外表面205。因此，如果存在殼體305，則劑量率可從外表面301來測量， 或者備選地，如果不存在殼體，則可從外表面205和304來測量。磁軛202和輻射屏蔽306可包括配置成衰減從對應區域發射的輻射的不同材料成分。例如，磁軛202可由鐵來形成。形成磁軛202的材料的尺寸可增加，以便衰減從加速室 206中發射的輻射。另一方面，輻射屏蔽306可具有不同材料成分，其中包括不同材料的獨立層或結構。例如，輻射屏蔽306可包括第一或內屏蔽結構320以及圍繞第一屏蔽結構320 的第二或外屏蔽結構322。第一屏蔽結構320可直接圍繞靶區域308，並且可配置成衰減從其中發射的伽馬輻射。在一個示例中，第一屏蔽結構320包括由大部分鉛(Pb)和接近純鉛 (Pb)形成的籠。但是，配置成衰減伽馬輻射的其它材料可與第一屏蔽結構320 —起使用。第二屏蔽結構322可圍繞第一屏蔽結構320，並且可配置成衰減從靶區域308發射的中子以及伽馬射線，並且還衰減由中子捕獲所生成的伽馬射線。第二屏蔽結構322可具有球面形狀。組成第二屏蔽結構322的材料成分的大多數可包括聚乙烯。其它材料可包括較少量的硼和鉛(Pb)。在一個具體實施例中，第二屏蔽結構322包括大約80%的聚乙烯 (包括3%的硼)和大約20%的鉛(Pb)。但是，其它元素或材料可包含在第一屏蔽結構和第二屏蔽結構320、322的材料成分中。如圖2和圖3所示，靶系統302可鄰近磁軛202定位。如本文所使用，當靶系統 302和磁軛202相互接近或靠近而兩者之間沒有很大距離或間距時，靶系統302和磁軛202 彼此「相鄰」。例如，在所示實施例中，輻射屏蔽306的一部分的形狀可符合屏蔽接納切口或凹口沈2 (圖4所示)。更具體來說，輻射屏蔽306的一部分的形狀可與屏蔽接納凹口沈2 的形狀一致。此外，外表面304和205可相互直接鄰接。但是，在靶系統302與磁軛202相鄰的其它實施例中，外表面205可以沒有形成屏蔽接納凹口沈2。外表面304和205而是仍然可沿例如外表面304和205的平面部分相互直接鄰接。在備選實施例中，靶系統302和磁軛202可彼此相鄰，其中在外表面304與205之間僅具有小間距(例如，小於大約25釐米或者小於大約10釐米)。但是，在備選實施例中， 靶系統302和磁軛202不是彼此相鄰，而可以是分隔半米或數米。又如圖2所示，輻射屏蔽306可具有從靶區域308延伸到外表面304的徑向厚度 Tro徑向厚度Tk可配置成使得外表面304經受最多有限劑量率。如圖所示，徑向厚度1\可具有變化長度或尺寸。例如，徑向厚度Tk可具有在靶區域308與平面220或地面313之間延伸的縮減部分325。輻射屏蔽306的其餘部分可具有基本相等的徑向厚度Τκ。例如，在靶系統302置於平臺220上或者備選地直接置於地面313上的情況下，可使用輻射屏蔽306 的縮減部分325。平臺220可包括材料(例如，混凝土)，並且具有配置成吸收來自回旋加速器200和靶系統302中的至少一個的輻射洩漏的厚度Tc。束通道314至少部分由磁軛202以及靶系統302的輻射屏蔽306來形成。在所示實施例中，束通道314可基本上是線性的，如圖2和圖3所示。備選地，束通道314可以沿其中具有曲線或急轉彎。例如，在備選實施例中，磁體可橫靠束通道來放置，並且配置成沿不同通路來定向或重新定向粒子束312。此外，束通道可具有截面直徑Dbp和距離或長度L。 直徑Dbp和長度L的大小和形狀配置成降低從靶材料發出並且進入束通道314的中子量，以便顯著降低或消除重新進入加速室206的任何中子。長度L可從加速室206的內表面到靶位置340(圖7)來測量。在一些實施例中，長度L是在大約0.5米與大約1.5米之間。另夕卜，雖然未示出，但是束通道314可由除了形成磁軛202和輻射屏蔽306的材料之外的材料所形成的管道或導管來形成。針對圖2，粒子束312和束通道314可沿射束軸330延伸。射束軸330可至少部分向下、即朝地面或地板313定向。在一些實施例中，射束軸330可與平臺220相交。在這類實施例中，當IP系統300將要停止使用並且當IP系統300所在的機構的房間將要淨化時， 殼體305、回旋加速器200和靶系統302可從平臺220移開。然後，平臺220則可按照受控方式(即，按照關於移開放射性材料的安全標準)從機構移開。因此，平臺220可保護或防止移開房間內的先前存在支承結構。例如，通過使用平臺220，諸如天花板、地板和牆壁之類的其它支承結構可保持在房間內。圖4-7更詳細地描述IP系統300及其組件。圖4是按照一個實施例形成的磁軛 202的透視圖。磁軛202相對於X軸、Y軸和Z軸來取向。在一些實施例中，磁軛202相對於重力Fg垂直地取向。磁軛202具有軛體204，軛體204可圍繞中心軸236基本上是圓形的，中心軸236與Z軸平行地貫穿軛體204的中心。軛體204可由鐵和/或另一種鐵磁材料來製造，並且其大小和選擇可配置成產生預期磁場。軛體204具有繞中心軸236周向彎曲的徑向部分222。徑向部分222具有延伸寬度W1的外徑向表面223。徑向表面223的寬度W1可在軸向沿中心軸236延伸。當軛體204 垂直取向時，徑向部分222可具有頂端和底端212、214，軛體204的直徑Dy在它們之間延伸。 軛體204還可具有由軛體204的厚度T1來分隔的相對側208和210。各側208和210分別具有對應側表面209和211 (側表面209如圖5所示)。側表面209和211可相互基本上平行地延伸，並且可基本上是平面的(即，沿X和Y軸所形成的平面)。徑向部分222通過分別具有角表面217和219的角或過渡區216和218連接到側208和210。(過渡區218和角表面219如圖5所示。)角表面217和219從徑向表面223彼此相背延伸，並且朝中心軸236延伸到對應側表面211和209。徑向表面223、側表面209和211以及角表面217和219共同形成軛體204的外表面205 (圖5)。軛體204可具有通向軛體204的若干切口、凹口或通道。例如，軛體204的外表面 205可形成屏蔽接納凹口沈2，凹口 262的大小和形狀配置成接納來自靶系統302 (圖2)的輻射屏蔽306。如圖所示，屏蔽接納凹口 262具有沿中心軸236延伸的寬度W2。在所示實施例中，屏蔽接納凹口 262向內彎曲到徑向部分222中，並且通過厚度T1朝中心軸236彎曲。 雖然圖4中未示出，但是束通道314可通過徑向部分222延伸到接近屏蔽接納凹口沈2。因此，寬度W1小於寬度W2。另外，屏蔽接納凹口 262可具有曲率半徑，其中心(表示為點C)在外表面205外部。點C可表示靶位置340(圖7)的近似位置。在備選實施例中，屏蔽接納凹口 262可具有配置成接納輻射屏蔽的其它尺寸。此外，在其它實施例中，軛體204可以沒有屏蔽接納凹口 262，但可放置在輻射屏蔽附近。又如圖所示，軛體204可形成泵接納(PA) 空腔282，空腔282的大小和形狀配置成接納真空泵276 (圖2)。圖5是按照一個實施例形成的回旋加速器200的側視圖。回旋加速器200包括以上針對圖2-4所述的磁軛202。如圖5所示，軛體204可分為定義它們之間的加速室206的相對軛段2 和230。軛段2 和230配置成沿磁軛202的中平面232放置成彼此相鄰。 回旋加速器200可置於平臺220上，平臺220配置成支承回旋加速器200的重量。平臺220 可以是例如房間的地板或者由地板支承的材料(例如，水泥)的附加板層。中心軸236與中平面232垂直地貫穿側表面209與211之間的軛體204的中心。加速室206具有位於中平面232與中心軸236的相交處的中心區域238。在一些實施例中，中心區域238處於加速室206的幾何中心。又如圖所示，磁軛202包括在中心軸236上方延伸的上部231以及在中心軸236下方延伸的下部233。軛段2 和230分別包括在加速室206中的中平面232上彼此相對的極248和 250。極248和250可通過極隙G相互分隔。當回旋加速器200進行操作時，極隙G的大小和形狀配置成產生預期磁場。此外，極隙G可基於用於去除加速室中的粒子的預期傳導率來確定大小和形狀。作為一個示例，在一些實施例中，極隙G可以為3cm。極248包括極頂252，並且極250包括面向極頂252的極頂254。在所示實施例中，回旋加速器200是同步回旋加速器，其中極頂252和2M各形成小丘和低谷(未示出) 的扇形區(sector)的布置。小丘和低谷彼此交互，以便產生用於聚焦帶電粒子的通路的磁場。軛段2 或230還可包括射頻(RF)電極(未示出)，其中包括位於對應低谷中的空心 D字型。RF電極相互合作，並且形成包括調諧到預定頻率(例如，100MHz)的電感元件和電容元件的共振系統。RF電極系統可具有高頻發電機(未示出)，高頻發電機可包括與一個或多個放大器進行通信的頻率振蕩器。RF電極系統在RF電極與地之間創建交流電位。回旋加速器200還包括位於加速室206之中或附近的磁體部件沈0。磁體部件沈0 配置成便於產生具有極248和250的磁場，以便沿預期路徑來定向帶電粒子。磁體部件沈0 包括跨過中平面232相互間隔開距離D1的一對相對電磁線圈264和沈6。電磁線圈264和 266可以是例如銅合金電阻線圈。備選地，電磁線圈264和266可以是鋁合金。電磁線圈可以基本上是圓形，並且圍繞中心軸236延伸。軛段2 和230可分別形成為其大小和形狀配置成分別接納對應電磁線圈264和沈6的電磁線圈空腔268和270。又如圖5所示，回旋加速器200可包括室壁272和274，室壁272和274將電磁線圈264和266與加速室206 分隔，並且便於將電磁線圈264和266保持到位。
加速室206配置成允許帶電粒子、如1F離子在其中沿圍繞中心軸236螺旋地盤繞並且基本上保持沿著中平面232的預定彎曲通路來加速。帶電粒子最初放置在中心區域 238附近。當激活回旋加速器200時，帶電粒子的通路可圍繞中心軸環行。在所示實施例中，回旋加速器200是同步回旋加速器，並且因此，帶電粒子的軌道具有圍繞中心軸236彎曲的部分以及更為線性的部分。但是，本文所述的實施例並不局限於同步回旋加速器，而是還包括其它類型的回旋加速器和粒子加速器。如圖5所示，當帶電粒子圍繞中心軸236環行時，帶電粒子可在加速室206的上部231自頁面向外投射，並且在加速室206的下部233 向頁面中延伸。當帶電粒子圍繞中心軸236環行時，在帶電粒子的軌道與中心區域238之間延伸的半徑R增加。當帶電粒子沿軌道到達預定位置時，帶電粒子定向到抽取系統(未示出)中或者通過抽取系統，並且離開回旋加速器200。在形成粒子束312(圖2~)之前和期間，加速室206可處於抽空狀態。例如，在創建粒子束之前，加速室206的壓力可大約為1X10_7毫巴。當激活粒子束並且H2氣體流經位於中心區域238的離子源(未示出)時，加速室206的壓力可大約為2X10_5毫巴。真空泵 276可包括從軛體204的一端214徑向向外突出的部分。在一些實施例中，軛段2 和230相互之間可以是活動的，以使得可進入(例如， 供修理或維護)加速室206。例如，軛段2 和230可通過橫靠軛段2 和230延伸的鉸鏈(未示出)來結合。軛段2 和230的任一個或兩者可通過圍繞鉸鏈的軸樞軸轉動對應軛段來開啟。作為另一個示例，軛段2 和230可通過橫向將軛段之一線性地移動離開另一個來相互分離。但是，在備選實施例中，當進入加速室206(例如，通過通向加速室206的磁軛202的孔或開口)時，軛段2 和230可整體地形成或者保持為密封在一起。在備選實施例中，軛體204可具有不是均勻分割的段和/或可包括多於兩段。例如，軛體可具有三段，如圖10中針對磁軛504所示。加速室206可具有沿中平面232延伸並且圍繞中平面232是基本對稱的形狀。例如，可由圍繞中心軸236延伸的內部徑向或壁表面225來包圍加速室206，使得加速室206 基本上是圓盤形狀。加速室206可包括內空間區域和外空間區域241和對3。內空間區域 241可定義在極頂252與2M之間，並且外空間區域243可定義在室壁272與274之間。空間區域243圍繞中心軸236延伸，包圍空間區域Ml。在回旋加速器200的操作期間的帶電粒子的軌道可在空間區域Ml中。因此，加速室206至少部分由極頂252、2M和室壁272、 274在寬度方向上定義。加速室206的外周邊可由內部徑向表面225來定義。加速室206 還可包括徑向向外離開空間區域M3的通道，例如通向真空泵276和束通道314(圖2)的通道。外表面205定義軛體204的包絡面207。包絡面207具有大致等同於由外表面205 所定義的沒有小空腔、切口或凹口的軛體204的一般形狀的形狀。(僅為了便於說明，包絡面207在圖5中示為略大於軛體204。)如圖5所示，包絡面207的截面是由外部徑向表面 223、側表面209和221以及角表面217和219所定義的八邊形。軛體204可形成允許組件或裝置透入包絡面的通道、切口、凹口、空腔等。屏蔽接納凹口沈2 (圖4)和PA空腔282是這類凹口和空腔的示例。圖6是上部231的側視圖，示出在回旋加速器200(圖3)的操作期間發射的輻射。 回旋加速器200可單獨配置成衰減從加速室206(圖幻所發射的輻射。但是，回旋加速器200還可配置成衰減輻射並且降低雜散場的強度，如美國專利申請No. 12/435，931所述，通過引用將其完整地併入。如上所述，一種類型的輻射是來自中子通量。在一個具體實施例中，回旋加速器200工作在低能量，使得來自中子通量的輻射在軛體外部不超過預定量。例如，可操作回旋加速器以便將粒子加速到大約9. 6MeV或以下的能級。更具體來說，可操作回旋加速器以便將粒子加速到大約7. SMeV或以下的能級。當中子或質子與軛體204進行碰撞時產生第二類型的輻射、即伽馬射線。圖6示出若干點『，其中當回旋加速器200進行操作時，粒子一般與軛體204進行碰撞。伽馬射線按照各向同性方式(即，按照球面方式離開對應點)(K1)從對應點『發射。軛體204的尺寸的大小可配置成衰減伽馬射線的輻射。例如，圖6示出分別貫穿徑向部分222、過渡區 218以及從線圈空腔270延伸到側208的軛體204的一部分的厚度Τ4、Τ5和Τ6。厚度R4、T5 和T6的大小可使得離外表面205(或者在外表面20 的預期距離之內的劑量率低於預定量。距離D7-D9表示離開外表面205的預定距離，其中維持的輻射低於預期劑量率。離外表面205的各距離D7-D9可以是從軛體204外部的點到外表面507的最短距離。相應地，當靶電流工作在預定電流時，厚度T4、T5和T6的大小可使得軛體204外部的劑量率在預期距離之內不超過預期量。作為舉例，厚度T4、T5和T6的大小可使得劑量率在靶電流從大約20至大約30 μ A時在離對應表面小於大約1米的距離處不超過2 μ Sv/h。 此外，厚度T4、T5和T6的大小可使得劑量率在靶電流從大約20至大約30 μ A時在沿對應表面的點(即，隊為和D6近似等於零)處不超過2ySv/h。但是，劑量率可與靶電流成正比。 例如，當靶電流為10-15 μ A時，劑量率在沿對應表面的點處可以是1 μ Sv/h。劑量率可通過使用已知方法或裝置來確定。例如，基於離子室或Geiger Muller(GM)管的伽馬測量儀可用於檢測伽馬。中子可通常基於來自與離子室或GM管周圍的適當材料(例如，塑料)進行交互的中子的可檢測伽馬、使用專用中子監測器來檢測。按照一個實施例，軛體204的尺寸配置成限制或降低軛體204周圍的雜散磁場，並且降低從回旋加速器200發射的輻射。能夠由回旋加速器200相對於通過軛體204的磁場來實現的最大磁流量(B)可基於沿厚度T5找出的軛體204的最小截面面積(或者由其有效地確定)。因此，軛體204中的其它截面面積的大小、例如與厚度T4和T6關聯的截面面積可基於過渡區218的截面面積來確定。例如，為了降低磁軛的重量，常規回旋加速器通常降低截面面積T4和T6，直到任何進一步降低實質上影響回旋加速器的最大磁流量(B)。但是，厚度T4、T5和T6可以不僅基於通過軛體204的預期磁流量(B)，而且還基於輻射的預期衰減。因此，軛體204的某些部分相對於實現通過軛體204的預期平均磁流量 (B)所需的材料量可具有過剩材料。例如，與厚度T6關聯的軛體204的截面面積可具有材料的過剩厚度(指示為Δ \)。與厚度T4關聯的軛體204的截面面積可具有材料的過剩厚度(指示為ΔΤ2)。相應地，本文所述的實施例可具有定義成將磁流量(B)保持為低於上限的厚度、如厚度T5以及定義成衰減從加速室中發射的伽馬射線的另一個厚度、如厚度T6和
T^ O此外，軛體204的尺寸可基於加速室中使用的粒子的類型以及加速室206中粒子與其碰撞的材料的類型。此外，軛體204的尺寸可基於組成軛體的材料。另外，在備選實施例中，外屏蔽可與軛體204的尺寸結合用於衰減雜散磁場以及從軛體204中發射的輻射兩
者ο
圖7是靶區域308的放大側視圖。如圖所示，靶區域308包括第一或內屏蔽結構 320、準直儀338、將靶介質保持在靶位置340A-340C中的靶支架342以及將靶支架342活動地耦合到準直儀338(或束通道314)的旋轉機構344。粒子束312沿束通道314來定向， 並且在粒子束312與對應靶位置340的靶材料撞擊或碰撞之前變窄或聚焦。旋轉機構344 可有選擇地控制成移動或旋轉支架；342，以使得靶位置340A-340C相對粒子束312來移動。 更具體來說，IP系統300(圖幻的操作員可選擇靶材料來製作預期放射性同位素。旋轉機構344則可繞樞軸點348旋轉以移動靶位置340A-340C，從而使得預期靶材料與粒子束312 進行碰撞。在備選實施例中，旋轉機構344可使支架342繞射束軸330(圖幻旋轉。此外， 雖然示出三個靶位置340A-340C，但是可使用更少或更多靶位置。如圖所示，第一屏蔽結構320直接包圍靶位置340A-340C。第一屏蔽結構320可主要由鉛(Pb)組成，並且其形狀可配置成衰減在靶位置340所生成的瞬發伽馬輻射。在一些實施例中，第一屏蔽結構320中的空間或空隙的大小和形狀配置成允許支架342移入多種位置。因此，第一屏蔽結構320的大小和形狀可由支架342用於移動靶位置340的空間來確定。又如圖所示，第一屏蔽結構320可具有厚度T7。厚度T7配置成衰減瞬發伽馬輻射， 以使得外邊界301具有少於最大劑量率。在第一屏蔽結構320直接包圍靶位置340的這類實施例中，同位素產生系統300(圖2)可使用比以鉛(Pb)包圍回旋加速器和靶系統的大部分或全部的常規同位素產生系統要少的鉛(Pb)。圖8和圖9是按照一個實施例形成的、分別處於閉合或操作位置以及開啟或可進入位置的同位素產生(IP)系統500的透視圖。如圖所示，IP系統500可包括封閉回旋加速器502(圖9)和靶系統514(圖9)的殼體524。參照圖9，IP系統500配置成在醫院或臨床環境中使用，並且可包括與通過IP系統100(圖1)和IP系統300(圖2)描述的相似的組件和系統。回旋加速器502和靶系統514可製造與患者配合使用的放射性同位素。回旋加速器502定義加速室506，其中在激活回旋加速器502時，帶電粒子沿預定通路移動。在使用時，回旋加速器502沿預定或預期束通路536來加速帶電粒子，並且將粒子定向到靶系統514的靶區域532。束通路536(表示為虛線)從加速室506延伸到靶系統514中。圖10是回旋加速器502的截面。如圖所示，回旋加速器502具有與回旋加速器 200(圖2、相似的特徵和組件。但是，回旋加速器502包括磁軛504，其中可包括夾合在一起的三段528-530。更具體來說，回旋加速器502包括位於軛段528與530之間的環段529。 當環段和軛段5觀-530如圖所示堆疊在一起時，軛段5 和530跨過中平面534彼此相向， 並且定義其中的磁軛504的加速室506。如圖所示，環段5 可定義通向真空泵576的埠 578的通道P3。真空泵576可以是無流體泵，並且具有與美國專利申請號12/435，931和 12/435，949中所述相似的特徵，通過引用將其完整地併入。例如，真空泵576可以是渦輪分子泵。如圖所示，殼體5M可具有厚度Ts和外表面525。殼體5M可由聚乙烯(PE)和鉛 (Pb)來製造，並且厚度Ts可配置成衰減來自回旋加速器502的中子通量。在其它實施例中，殼體5M基本上沒有鉛(Pb)。外表面525可表示同位素產生系統500的外邊界。除了磁軛504的其它尺寸之外，殼體5M還可配置其大小和形狀為實現輻射的預期衰減以及雜散場的預期降低。例如，磁軛504的尺寸和殼體524的尺寸(例如，厚度Ts)可配置成使得劑量率在離外表面525小於大約1米的距離處、更具體來說在0米的距離處不超過2 μ Sv/h。另外，磁軛504和殼體524的大小和形狀配置成使得雜散場在離外表面525 1米的距離處、更具體來說在0. 2米的距離處不超過5高斯。回到圖9，殼體5 可提供到加速室506和靶區域532的入口。例如，殼體5 可包括分別提供到加速室506和靶區域532的入口的活動隔板552和554。如圖9所示，隔板552和5M均處於開啟位置。隔板5M可單獨開啟，以使得無需開啟隔板552而可進入靶區域和靶系統514的用戶接口 584。在閉合時，隔板5M可覆蓋靶區域532和靶系統514 的用戶接口 584。隔板552在閉合時可覆蓋回旋加速器502。隔板5M可包括輻射屏蔽、如輻射屏蔽306的一部分。隔板5M可包括輻射屏蔽的第一段陽5，並且IP系統500的主體557可包括輻射屏蔽的第二段557。相應地，當隔板 554閉合時，靶系統514的輻射屏蔽可由第一段和第二段555和557來組成，並且可具有如以上針對輻射屏蔽306所述相似的尺寸和特徵。如圖所示，回旋加速器502的軛段5 在開啟位置和閉合位置之間可以是活動的。 (圖9示出開啟位置，而圖10示出閉合位置。)軛段5 可附連到鉸鏈(未示出)，鉸鏈允許軛段5 像門或蓋子一樣打開，並且提供到加速室506的入口。軛段530(圖10)在開啟位置和閉合位置之間也可以是活動的，或者可密封到環段529(圖10)或者與環段5 整體地形成。此外，真空泵576可位於環段5 的泵接納室562和殼體5 中。在隔板552處於開啟位置時，可進入泵接納室562。如圖所示，真空泵576位於加速室506的中心區域538 下方，使得從水平支承520貫穿埠 578的中心延伸的垂直軸將與中心區域538相交。如圖所示，軛段5 和環段5 可具有屏蔽接納凹口 560。束通路536通過屏蔽接納凹口 560 延伸到靶區域532。圖11是按照一備選實施例形成的同位素產生(IP)系統600的示意側視圖。IP系統600包括可具有與上述回旋加速器和靶系統相似的特徵的回旋加速器602和靶系統604。 IP系統600可由平臺610支承，並且裝入殼體605中。如圖所示，回旋加速器602配置成提供粒子束612，粒子束612沿束通道614從回旋加速器602的加速室600延伸到靶系統604 的靶區域608。如圖所示，回旋加速器602可置於靶系統604的輻射屏蔽616上並且由其支承。粒子束612和束通道614可沿射束軸630延伸，使得射束軸630與平臺610相交。IP系統600還可包括真空泵676。常規回旋加速器和同位素產生系統具有使用工作流體(例如，油)來生成用於抽空加速室的所需壓力的真空泵(例如，擴散泵)。但是，回旋加速器602中的真空泵676可以是流體耦合到回旋加速器602的加速室606的無流體泵 (例如，渦輪分子泵)。真空泵676可沿相對重力方向Fe形成角度θ的縱軸640來取向。 如圖所示，角度θ可以大約為90度。但是，在備選實施例中，角度θ可以是相對重力Fe大於10度的任何角度。作為一個示例，真空泵676可以是具有繞縱軸640旋轉的風扇678的渦輪分子泵。相應地，在真空泵676是無流體真空泵的這類實施例中，真空泵676可具有不同取向，而沒有油或另一種流體溢出到加速室606中的顧慮。圖12示出用於使諸如上述同位素產生(IP)系統100、300、500和600之類的IP 系統退出使用的方法700。方法700包括在702提供包括回旋加速器和靶系統的IP系統。 回旋加速器和靶系統可支承在平臺上。平臺又可由機構中的房間的地板來支承。如上所述，回旋加速器可配置成沿束通道將粒子束定向到靶系統。靶系統可位於平臺上，與磁軛相鄰。此外，束通道可沿與平臺相交的射束軸延伸。束通道可定向到平臺，使得房間的牆壁或天花板中的積聚放射性不超過閾值水平。方法700還包括在704移開回旋加速器，並且在 706從平臺移開靶系統。方法700還包括在708按照受控方式(即，按照關於處理放射性材料的已確立安全標準)從機構的地板移開平臺。方法700還包括在710按照受控方式來處置平臺。在一些實施例中，方法700沒有包括從房間移開原始支承結構。原始支承結構可以是天花板、地板和牆壁其中之一的至少一部分。本文所述的實施例不是意在局限於生成醫學用途的放射性同位素，而是還可生成其它同位素並且使用其它靶材料。此外，在所示實施例中，回旋加速器是垂直取向的同步回旋加速器。但是，備選實施例可包括其它種類的回旋加速器和其它取向(例如，水平)。此夕卜，本文所述的實施例包括製造上述IP系統、靶系統和回旋加速器的方法。要理解，以上描述只是說明性而不是限制性的。例如，上述實施例(和/或其方面) 可相互結合使用。另外，可對本發明的教導進行很多修改以適合具體情況或材料，而沒有背離其範圍。本文描述的材料類型和尺寸意在定義本發明的參數且決非限制，而只是示範性實施例。本領域技術人員在看了以上描述後，許多其它實施例對他們將是顯然的。因此，本發明的範圍應當參照所附權利要求連同這類權利要求涵蓋的完整等效範圍共同確定。在所附權利要求中，術語「包括」和「在其中」用作相應術語「包含」和「其中」的易懂英語對等詞。此外，在所附權利要求中，術語「第一」、「第二」和「第三」等只用作標記，而不是意在對它們的對象施加數字要求。此外，所附權利要求的限制並不是按照部件加功能格式編寫的， 並且不是意在根據美國專利法第112條第六款來解釋，除非並直到這類要求權益的限制明確使用詞語「用於...的部件」並跟隨沒有進一步結構的功能陳述。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發明，以及還使本領域技術人員能實踐本發明，包括製作和使用任何裝置或系統及執行任何結合的方法。本發明可取得專利的範圍由權利要求確定，且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求字面語言無不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求字面語言無實質不同的等效結構要素，則它們規定為在權利要求的範圍之內。
1權利要求
1.一種同位素產生系統，包括回旋加速器，其包括圍繞加速室的磁軛，所述回旋加速器配置成定向來自所述加速室的粒子束通過所述磁軛；以及靶系統，其相鄰所述磁軛定位，所述靶系統配置成保持靶材料，並包括在所述磁軛與所述靶區域之間延伸的輻射屏蔽，其中所述輻射屏蔽的大小和形狀配置成衰減從所述靶材料朝向所述磁軛發射的中子；以及束通道，其從所述加速室延伸到所述靶區域，所述束通道至少部分由所述磁軛以及所述靶系統的所述輻射屏蔽形成。
2.如權利要求1所述的同位素產生系統，其中，所述束通道具有長度和截面直徑，所述束通道的所述長度和所述直徑配置成充分降低從所述靶區域發射到所述磁軛中的中子。
3.如權利要求1所述的同位素產生系統，其中，所述輻射屏蔽的外表面與所述磁軛直接鄰接。
4.如權利要求1所述的同位素產生系統，還包括包含所述回旋加速器和所述靶系統的共同殼體。
5.如權利要求4所述的同位素產生系統，其中，所述殼體提供到所述回旋加速器的所述加速室和所述靶系統的入口。
6.如權利要求1所述的同位素產生系統，其中，所述輻射屏蔽包括配置成衰減從所述靶材料發射的輻射的材料成分，並且所述磁軛包括配置成衰減從所述加速室發射的輻射的不同材料成分。
7.如權利要求1所述的同位素產生系統，其中，所述磁軛具有形成屏蔽接納凹口的外表面，所述束通道通過所述磁軛從所述加速室延伸並且延伸到所述屏蔽接納凹口中，其中所述輻射屏蔽的一部分的形狀符合所述磁軛的所述屏蔽接納凹口。
8.如權利要求7所述的同位素產生系統，其中，所述輻射屏蔽具有基本與所述凹口的形狀一致的形狀。
9.如權利要求1所述的同位素產生系統，其中，所述靶系統包括直接圍繞所述靶區域的第一屏蔽結構，所述第一屏蔽結構包括配置成衰減從所述靶材料發射的伽馬射線的第一材料成分。
10.如權利要求9所述的同位素產生系統，其中，所述靶系統還包括圍繞所述第一屏蔽結構的第二屏蔽結構，所述第二屏蔽結構包括配置成衰減從所述靶材料發射的中子的不同的第二材料成分。
11.如權利要求10所述的同位素產生系統，其中，所述第二材料成分配置成衰減從所述靶材料發射並且通過中子捕獲生成的伽馬射線。
12.如權利要求1所述的同位素產生系統，其中，所述粒子束傳播從所述加速室的內表面到所述靶材料的一段距離，所述距離從大約0. 5米至大約1. 5米。
13.如權利要求1所述的同位素產生系統，其中，所述磁軛具有位於所述加速室中的幾何中心，其中所述回旋加速器的外邊界在離所述幾何中心小於大約1米的距離處具有小於大約4 μ Sv/h的劑量率，並且所述靶系統的外邊界在離所述靶材料小於大約1米的距離處具有小於4 μ Sv/h的劑量率，其中所述靶材料經受大約20 μ A與30 μ A之間的束電流。
14.一種同位素產生系統，包括由平臺支承的回旋加速器，所述回旋加速器包括圍繞加速室的磁軛，所述回旋加速器配置成定向來自所述加速室的粒子束通過所述磁軛；以及位於所述平臺上並且與所述磁軛相鄰的靶系統，所述靶系統配置成將靶材料保持在靶區域，所述粒子束入射到所述靶材料上；以及束通道，其從所述加速室延伸到所述靶區域，所述束通道至少部分由所述磁軛和所述靶系統形成，所述束通道沿與所述平臺相交的射束軸延伸。
15.如權利要求14所述的同位素產生系統，其中，所述靶系統包括配置成衰減從所述靶材料發射的伽馬射線和中子中的至少一個的輻射屏蔽，所述輻射屏蔽在所述靶區域與所述磁軛之間延伸。
16.如權利要求15所述的同位素產生系統，其中，所述輻射屏蔽具有從所述靶區域測量的徑向厚度，所述輻射屏蔽的外表面定義所述徑向厚度的縮減部分，所述輻射屏蔽沿所述縮減部分的所述外表面、由所述平臺來支承。
17.如權利要求15所述的同位素產生系統，其中，所述輻射屏蔽具有鄰接所述磁軛的外表面。
18.如權利要求14所述的同位素產生系統，其中，所述束通道是基本線性的。
19.如權利要求14所述的同位素產生系統，還包括流體耦合到所述磁軛的所述加速室的無流體泵，所述無流體泵沿相對重力方向形成角度的縱軸來取向，所述角度大於10度。
20.如權利要求19所述的同位素產生系統，其中，所述無流體真空泵是渦輪分子泵。
21.如權利要求14所述的同位素產生系統，還包括所述平臺，所述平臺置於地板上，並且具有配置成吸收來自所述回旋加速器和所述靶系統中的至少一個的輻射洩漏的厚度。
22.—種使位於機構的房間中的同位素產生系統停止使用的方法，所述方法包括提供包括支承在平臺上的回旋加速器的同位素產生系統，所述平臺由所述房間的地板來支承，所述回旋加速器配置成沿束通道將粒子束定向到靶系統，所述靶系統位於所述平臺上，與所述磁軛相鄰，其中所述束通道沿與所述平臺相交的射束軸延伸；從所述平臺移開所述靶系統；以及從所述機構的所述地板移開所述平臺。
23.如權利要求22所述的方法，其中，所述束通道朝向所述平臺定向，以使得所述房間的牆壁或天花板中的積聚放射性不超過閾值水平。
24.如權利要求22所述的方法，還包括按照受控方式來處置所述平臺。
25.如權利要求22所述的方法，其中，所述房間具有原始支承結構，所述方法不包括因積聚放射性而移開所述房間中的所述原始支承結構。
26.如權利要求25所述的方法，其中，所述原始支承結構是天花板、所述地板和牆壁其中之一的至少一部分。
全文摘要
一種同位素產生系統，包括具有圍繞加速室的磁軛的回旋加速器。回旋加速器配置成定向來自加速室的粒子束通過磁軛。同位素產生系統還包括在磁軛附近定位的靶系統。靶系統配置成保持靶材料，並且包括在磁軛與靶位置之間延伸的輻射屏蔽。輻射屏蔽的大小和形狀配置成衰減從靶材料朝向磁軛發射的伽馬射線和/或中子。同位素產生系統還包括從加速室延伸到靶位置的束通道。束通道至少部分由磁軛以及靶系統的輻射屏蔽形成。
文檔編號H05H13/00GK102484941SQ201080038292
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月3日 優先權日2009年6月26日
發明者J·諾爾林, T·埃裡克松 申請人:通用電氣公司