容器、获得所述容器的方法以及使用这种容器来生产放射性同位素的靶组件与流程

本发明涉及一种用于生产放射性同位素的容器，涉及一种允许获得这种容器的方法并且涉及一种包括这种容器的靶组件。

现有技术描述

通过粒子束的方式，通过照射含放射性同位素前体的靶来生产放射性同位素是已知的。具体地，利用质子束通过照射含有富¹⁸O水的靶材料来生产¹⁸F。

用粒子加速器(诸如回旋加速器或线性加速器)来产生粒子束。当放射性同位素的前体是液体或气体时，所述靶包括含有通常由窗口封闭的腔室或腔体的容器，所述窗口允许粒子束穿过而基本上不会被减弱。因此，这一窗口必须尽可能的薄但必须承受机械和热应力以及其在操作中所经受的辐射。通过粒子束在照射过程中靶中所耗散的功率是由粒子的能量与粒子束的电流的乘积给出。这一功率可以非常高。所述靶通常通过诸如水流的方式强力冷却。

在使用回旋加速器的情况下，所述靶可以放置在回旋加速器的外部。这一解决方案利于所述靶的构建并且允许使得尤其是冷却手段更容易地进入后者。然而，其要求从加速器中提取粒子束，这带来了许多困难。多种不同已知的提取方式(诸如剥离、静电偏转或磁偏转以及自提取)各自也具有已知的困难。通过剥离的提取相对容易，但需要在加速过程中更不稳定、更难以产生并且需要更高真空的负离子。偏转器通常包括隔板和高压电极，所述偏转器具有将最后一匝粒子束与前一匝分离开的功能。当相继的匝(turn)靠近地间隔开或重合时，粒子束的一部分轰击隔板，该隔板升温、被激发并且可能被损坏。然而，一旦已经提取了粒子束，则其可以被指引朝向所述靶，并且有可能控制粒子束的尺寸、撞击所述靶的角度和位置。

另一解决方案包括将所述靶放置在回旋加速器的内部。于是不必提取粒子束。所述靶放置在回旋加速器的中平面的外围区域中。循着不断增大的半径的近乎圆形轨道行进的粒子束具有特定的宽度，并且每匝与前一匝间隔开一定的距离。这一距离可能很小以至粒子束在回旋加速器的中平面中形成了一种连续的片。粒子束或片的径向朝向外部地定位的部分然后轰击所述靶，而所述粒子束或所述片的径向朝向内部地定位的一部分继续循其路径行进穿过机器。这一技术得到广泛的使用并且成功用于固体靶的情况。

文档WO 2013049809公开了用于产生放射性同位素以用于对来自液体前体的放射性药物产品进行合成的一种靶组件。图1中所示的靶包括容器10，所述容器包括能够容纳所希望的放射性同位素前体材料的腔室12。由粒子束可透过的材料制成的薄覆盖片14覆盖腔室并且被固定于容器上以便通过前夹持凸缘16和后夹持凸缘18的方式来密封腔室。通道24允许进入腔室12以用于填充或排空前体材料。可以设想到其他固定方法，诸如钎焊、焊接或铜焊。点O表示回旋加速器的中心，并且箭头A表示正循着具有与所述靶的径向位置相比更小的半径的一匝或轨道行进的粒子束。这一粒子束将继续循其路径穿过回旋加速器并且以增加的能量和更大的半径再次出现。箭头B表示更外部的匝，切向地轰击所述靶的覆盖片。这一粒子束中的一些并不与容纳在腔室中的前体相互作用、但与覆盖片14相互作用，因此损失了其能量而没有产生有用的效果。箭头C表示甚至更外部的匝，其穿透进入腔室12并且在腔室中与腔室所含的放射性同位素前体相互作用。可以看出，对于靶组件具有使得窗口14的切向边缘中损失的粒子束部分最小化的最佳取向。这暗示了在每次干预过程中对所述靶取向的精确且因此困难地可再现的调整。这种靶(特别是覆盖片)的组装是棘手的，并且所产生的组件是脆弱的。当必须替换这种覆盖片时，技术人员必须在已经在照射过程中被激发的一件装备上进行干预，这要求花费时间来等待放射性降低。用于(由管22供应的)冷却水20的流动的腔室被放置成与腔室12的后部部分热接触。因此，冷却仅可能是并不完美的。

泽塞尔(Zeisler)等人(应用辐射和核素，第53卷，2000，第449-453页)已经构建了由铌制成的球体靶，其中，粒子束轰击第一窗口，包括厚度为0.3mm的铝片、然后为厚度为1.1mm的冷却水层、以及最后是容器的壁，所述容器具有球形形状。是通过焊接两个半球来获得这一球体，所述两个半球自身是通过对由铌制成的、厚度为0.25mm的圆形坯料进行冲压而获得的。不像通常已知的靶，这种靶的容器并不含用于粒子束穿透的薄窗口。所述容器必须一方面机械地抵抗可能在照射过程中产生的压力，并且另一方面必须足够薄以便减少粒子束的能量损失。所选择的球体形状是其给予对压力的最佳抵抗，应力均匀分布。然而，允许焊接并形成这两个管与两个半球所要求的这种厚度意味着粒子束在穿其而过时损失了其显著部分的能量，这产生了热量并且意味着需要另外冷却粒子束的穿透区。

通过水流实现这一附加冷却，并且因而需要铝窗口和水层，所述铝窗口和水层进而引起能量损失和热量的产生。由于对附加冷却的需要，这种靶不适合用作内靶。如果要产生显著量的¹⁸F，则这种靶需要相对高的质子能量(19MeV)，因为在冷却系统以及容器的壁中这些质子的能量损失大约为8MeV。

发明概述

本发明的一个目标是提供能够用于生产放射性同位素的容器、一种用于获得这种容器的方法、以及包括这种容器的靶组件，所述靶组件可靠、易于组装和使用并且对于粒子束具有非常好的透明度。本发明由独立权利要求来限定。从属权利要求限定了本发明的优选实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于通过照射前体材料来生成放射性同位素的容器。根据本发明，所述容器由整体构造的金属护套构成，所述护套的壁具有薄部分，其厚度包括在5μm与100μm之间，剩余部分具有大于100μm的厚度。

在一个优选实施例中，所述护套具有回转对称性，所述薄部分延伸过所述护套的高度的一部分。

所述容器可以包括具有圆锥形形状的至少一个端，所述圆锥体的基底取向朝向所述容器的外部。

所述护套的一端可以是封闭的。

所述薄部分可以具有包括在4mm与100mm之间的外径。

所述容器可以至少部分地由选自镍、钛、铌、钽、铁、铬、钴和不锈钢中的至少一种材料制成。诸如和的合金也是优选的。具有低热膨胀系数的合金在旋转靶的情况下是有利的。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于获得根据本发明的容器的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供基体；

-在所述基体上电沉积出一定金属材料的厚度，直到获得包括在5μm与100μm之间的第一厚度；

-掩蔽所述基体的表面的一部分；

-在未掩蔽区段进行电沉积直到获得大于100μm的厚度；

-移除所述基体。

可以有利地通过溶解来移除所述基体。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于生产放射性同位素的靶组件，所述靶组件包括根据本发明的容器，并且包括在一端包括螺纹部分的固持管、和包括合适的内螺纹的环，所述固持管和所述环被配置成用于包封所述容器。

当所述容器具有圆锥形形状的末端时，所述固持管于是可以有利地具有与所述容器的末端一致的圆锥形端，并且所述环可以有利地具有与所述容器的末端一致的圆锥形端。

根据本发明的一个优选实施例所述固持管和所述容器被安装成能够绕轴线旋转，并且，所述靶组件包括被安排成用于使得所述固持管和所述容器旋转的电机。

所述靶组件可以包括放置在所述容器内部、并且被安排成用于允许冷却液体流动的冷却管。

优选地，所述冷却管可以在其下端处包括冷却头，所述冷却头可以在其一部分易于接收粒子束的周边上具有凹部，所述凹部给予入射粒子束在前体液体中更长的路径。

根据本发明的靶组件可以在回旋加速器中用作内靶或者用作外靶。其还可以用作粒子束止挡件。

附图说明

图1是现有技术容器(即WO 2013049809的容器)的横截面视图。

图2是根据本发明的容器的半等距透视图。

图3是根据本发明的靶组件的下部部分的分解半等距透视图。

图4是根据本发明的靶组件的下部部分的横截面视图。

图5是在允许旋转容器的实施例中、通过根据本发明的靶组件的上部部分的轴向截面的透视图。

图6a、图6b和图6c分别是回旋加速器的横截面和半等距透视图、横截面视图和细节视图，其中，具有旋转可能性的、根据本发明的靶组件被安排为内靶。

图7a是根据本发明的一个具体实施例的容纳匣的冷却管的下端的等距透视图。图7b是垂直于这种管的轴线在容器中的位置的横截面的顶视图。

图8示出了根据本发明的容器的多个实施例的横截面视图以及其中之一的半等距透视图。

发明的具体实施方式

图1是现有技术容器(即WO 2013049809的容器)的横截面视图，并且以上对其进行了描述。

图2是根据本发明的容器100的半等距透视图。这一容器100采用“套管”的形式，具有绕轴线的回转对称性。上部部分110是开放的并且可以具有圆锥形形状，所述圆锥的开口取向向上。如以下解释的，就将容器100组装到靶组件中而言这种安排是有益的。第一圆柱形部分120的顶部连接至上部部分110，并且其底部连接至薄壁区段130。这一薄壁区段130连接至第二圆柱形部分140，所述第二圆柱形部分自身连接至在底部将所述容器100关闭的圆顶150。薄部分的厚度小于或等于100μm，并且例如为80μm、60μm、40μm、20μm、10μm或者甚至5μm。更小的厚度给予更好的粒子束透明度并且因此给予更好的生产产量，但是更脆弱。申请人已经经过实验确定值20μm是这些相互矛盾的需求之间的良好折中。利用大于薄壁部分130的厚度的厚度来产生非薄的部分，即开放的上部部分110、第一圆柱形部分120和第二圆柱形部分140以及圆顶150。例如，当薄部分具有20μm的厚度时，非薄的部分可以具有大于或等于100μm、200μm或者例如更大的厚度。容器100的这些不同部分互相连接而没有尖锐的角，从而获得更好的(尤其是对压力的)机械抵抗。内径可以是大约10mm并且总高度为11mm，并且圆锥体的角度可以是30°。示出的容器100具有圆柱形形状。然而，有可能产生具有更为复杂的形状(其中，曲率朝向内部，诸如一片式双曲面)或鼓胀形形状(诸如桶)的容器100而脱离本发明的范围。容器100已经示出有面朝上的开口和封闭的底侧。然而，可以想像具有诸如示出的两个开口的容器100而不脱离本发明的范围。于是获得了容器100，该容器可以被从上或从下供以靶材料并且可以使得冷却液或液体前体从顶部穿其而过流至底部。

根据本发明的容器100的获得(特别是当薄部分130非常薄时)展现出许多困难。申请人已经开发了一种制造方法，借助于所述制造方法，可以更容易地产生所示出的形状或其他形状。这一方法基于电成型：

-产生具有容器100的内部形状的基体。这一基体可以是例如由铝制成。

-通过电沉积来将金属层沉积在基体的全部外表面上，直到已经获得薄部分所期望的厚度；

-通过涂覆例如绝缘层、漆或塑料带来掩蔽基体的高度的一部分；

-继续电沉积直到已经获得非薄的部分所期望的厚度；

-在例如苛性碱溶液中移除基体。

沉积物的厚度是由电流的大小及其应用的持续时间来确定。可以使用以下金属：镍、钛、铌和钽，并且还可以获得合金，诸如不锈钢、(基于钴的合金)、或在旋转靶的情况下，粒子束穿透进入容器的点是处于连续运动的热点。这一点是可以导致金属疲劳的热膨胀/收缩源。于是选择具有低热膨胀系数的材料(诸如和)可以是有利的。还也可能以相继的电沉积步骤来沉积不同的合金或材料以便获得一种材料的第一层以及其他材料的一个或多个其他层。因此，有可能出于其对粒子束的抵抗、或者使得与前体材料发生接触的层由与前体材料具有化学兼容性的材料制成目的来选择薄部分的组成材料。铌可以有利地用于第一层形成容器的内壁，即该壁与前体材料进行接触。具体地，已知的是铌的使用不会导致所产生的放射性同位素受到所不希望的放射性同位素污染。

对薄部分130的厚度的选择是本发明的重要元素。在下表中，已经指明了对应地具有7MeV、10MeV、15MeV、20MeV和30MeV的能量的质子束在穿过多种不同厚度的镍片之后所具有的剩余能量。可以看出，当所述片具有5μm的厚度时，质子的能量损失是可以忽略的，即在7MeV上小于3％并且在30MeV上小于0.2％。相比而言，在100μm及低能量上，所述片的损失重大。于是有必要依赖于更高的能量以及因此更昂贵的加速器。已知的是，当质子具有3MeV以下的能量时，从H₂¹⁸O通过(p，n)反应得到的¹⁸F的生产产量实际上为零。为了获得高于60mCi/μA的产量，需要使用至少6MeV的质子。取决于可用粒子束的能量，下表中用粗体指明的厚度值因此是最大优选厚度。如果希望产量甚至高于60mCi/μA，则有必要进一步减小薄部分的厚度。

选择更薄的壁(例如，小于或等于100μm的厚度)允许在粒子束穿过时限制热量的产生。当所选择的材料是镍时，上表可以用于指导选取厚度。其他材料(诸如铌、钛或)具有稍微更高的透明度并且将给出更好的结果。

图3是根据本发明的靶组件的下部部分的分解半等距透视图，并且示出了如何在固持管200中安排容器100。所述管具有凸形螺纹部分220。环300具有相应的凹形螺纹部分310。所述环覆盖了容器100的上部部分110并且将其压靠在固持管200的下部部分上。容器100的至少薄壁部分130于是从由此形成的组件中出现。固持管200和环300可以包括修平部210、320，所述修平部则允许操作者非常快速地借助于两个开口扳手来组装并拆卸组件。固持管200和环300可以例如是由不锈钢生产的。还可以使用其他机械组装方式，诸如快速释放软管夹而不脱离本发明的范围。在本发明的一个优选实施例中，固持管200的下部部分包括与容器100的圆锥形部分110一致的圆锥形端230，所述圆锥形部分自身与环300的圆锥形端330一致。在这种实施例中，可以获得优越的密封严密性而不必依赖于密封：通过金属对金属接触来确保密封严密性。

图4是根据本发明的靶组件的下部部分的横截面视图。除了以上参考图3所描述的元件之外，还示出了“容纳匣”组件400，这一容纳匣组件起到确保对容器中所含有的前体材料的冷却并且进而冷却容器、以及允许将前体材料加载到容器中或者从容器中卸载前体材料的双重作用。在其下端被封闭的冷却管410可以插入固持管200中并且在容器100中终止。在一个示例性实施例中，容器100具有10mm的内径以及10mm的高度，并且冷却管410具有8mm的外径，照射腔室440具有大约350mm³的有用体积。在其下端425打开的、并且直径小于冷却管的直径的中间管420被插入冷却管中。因此，也可能使得冷却液体(诸如水)流过此冷却管410与此内部管420之间包括的空间。箭头A表示冷却液体的流入，并且箭头B表示冷却液体的流出。流向A和B可以是相反的。由于热传递区域大且均匀分布，因此这种安排允许获得优越的冷却。在靶组件允许由容器100、固持管200和环300制成的组件旋转的情况下，“容纳匣”组件400仍然保持静止。这2个组件的相对运动产生了搅拌效果，这通过诱导强制对流进一步提高了冷却。轴向放置在中间管420内部并且密封地穿过冷却管410的下端而在容器100与冷却管410之间包括的空间中终止的毛细管430允许如由双头箭头C指示的加载和卸载前体材料。放大视图示出了容器的圆锥形部分110是如何确保密封严密性而无需使用密封件地夹持在环330的圆锥形端与固持管230的圆锥形端之间。

与本发明的靶是否用作内靶或外靶无关，有利的是能够使其旋转。可能的是，相继地给予其多种不同取向(例如，每次使用其时将其旋转10°)，或者优选地，在照射过程中持续地旋转容器100。因此，也可能确保使得粒子束穿过薄壁部分的全部周边从而确保在更大区域上更好的分布产生的热量。此外，在液体靶的情况下，旋转引入对前体材料的搅拌，从而通过对流提高冷却。图5是在允许使得容器100旋转的一个实施例中、通过根据本发明的靶组件的上部部分500的轴向截面的透视图。容器100(在图中未示出)和固持管200被安排在电机的转子570中。定子560被固定于被固定的壳体510上。由具有固定部540和旋转部542的密封轴承来确保维护和密封严密性。这一密封轴承可以包括球轴承550和550’。这种密封可以例如是磁流体密封，诸如由株式会社售卖的那些。容纳匣400的分布头从靶组件的上部部分出来并且可以触及冷却液体通过其对应地流入和流出的孔口452、454，并且触及通过其来填充/排空前体材料的孔口430。可以具有两个单独的流入和流出管。

图6a和图6b示出了其中放置有根据本发明的靶组件的回旋加速器700。上部部分500从回旋加速器700的上部面出来。如细节视图6c中示出的，固持管200具有的长度使得容器701位于回旋加速器的中平面中，其薄部分暴露于粒子束下。当本发明的靶组件用作外靶时，其可以放置在粒子束射线的末端并且径向地接收粒子束。也可能生产其薄部分位于基底的容器(诸如在图9中示出的容器907和909)、并且使得粒子束平行于容器的对称轴线、朝向这一基底定向。

某些放射性同位素前体(诸如H₂¹⁸O)是宝贵且昂贵的。而且，能够从浓缩产品合成放射性化学物有时是有利的。因此，有利的是最小化所使用的量。为此，已经设计了本发明的优选实施例，在所述优选实施例中(在图7a和图7b中示出的)，腔室的体积甚至更小。图7a是这一优选实施例的容纳匣的冷却头800的下端的半等距透视图。如以下讨论的，这种管具有带有优化轮廓的面801。冷却液体的流入/流出孔口802允许使得冷却液体流过冷却头800的内部。在这一示例中，存在两个平行的流入和流出管，但如在图4中的示例中可仅有单个的流入和流出管。前体液体的流入/流出孔口803在冷却头800的下端以下打开并且允许触及容器与冷却头800之间所包括的空间。例如，可以针对放置温度探针、热电耦来提供槽口或槽804。图7b是垂直于这种冷却头800的轴线在容器860中的位置的横截面的顶视图。如可以从这一横截面看出，冷却头800在其部分周边上具有凹部851，所述凹部给予由箭头F表示的入射粒子束在前体液体中更长的路径852，尽管冷却头800与容器860之间的空间在没有入射粒子束的地方更小。这一路径的长度被限定成使得粒子束可将其全部的有用能量留在前体材料上。这一安排具有以下优点：降低前体的必要体积；由于液体的最小厚度，而最大化冷却；将粒子束的全部有用能量(例如，针对H₂¹⁸O中的质子，能量高于4MeV)使用在前体中。热电偶805允许实时控制靶的温度。在旋转靶的实施例中，容器860旋转，而冷却头800仍然保持静止，从而促进前体液体的搅拌以及热交换。在这一示例中，容器860的内径为10mm，冷却头的外径为9.5mm，并且腔室的有用体积为100mm3。

图9示出了根据本发明的容器的多个实施例的横截面视图。箭头X表示入射粒子束的方向。箭头X还指示了薄壁的位置。这些横截面被限制成固体的面部区段以便易于薄壁的表示。

具有回转对称性、成圆柱形并且具有圆锥形状的上端的容器901是本发明的优选实施例之一。

具有回转对称性的容器902具有两个开口端，这两个开口端均为圆锥形形状。

容器903和904类似于容器901，除了它们对应地具有带有平坦边缘的开口端和带有圆柱形边缘的开口端之外。

容器905类似于容器901，除了其具有“桶”形状之外。

容器906类似于容器901，除了其具有一片式双曲面形状。

容器907类似于容器901，除了其在封闭端具有薄壁。因此，其允许粒子束的轴向穿透。

与示出的其他容器相比较而言，容器908不具有回转对称性，但具有正方形或长方形横截面，薄壁可能延伸过两个或三个面的一部分。还以半等距透视图示出了这一容器。容器910类似于容器901，除了其具有更大的直径(例如，50mm)和平坦的底部。

容器909类似于容器910，除了薄部分呈环形被安排在平坦底部上并且允许粒子束的轴向穿透。如由箭头X示出的，这一容器可以有利地用于外靶，其中，入射粒子束平行于旋转轴线。

在用作外靶的情况下，可以将靶901到靶907放置成使得粒子束径向地穿透靶。

本发明的优点

根据本发明的容器100具有为整体构造的优点，即不需要组装装置或者加工、安装或拆卸装置。容器100的薄部分130本身形成集成在容器100中的窗口。根据本发明的靶和容器100可以容易地拆卸和重新安装。操作者可以快速行动并且因此可以限制其辐射暴露。本发明的容器需要很少的材料。因此，其并不昂贵并且在其必须丢弃时造成很少的浪费。根据本发明的靶组件可以用作粒子束止挡件(如果需要)，例如，在加速器的设置过程中。

已经参考具体实施例对本发明进行了描述，所述具体实施例已经仅通过图解方式给出并且其不应被认为是限制性的。通常，对于本领域技术人员将变得显而易见的是，本发明并不限于以上所展示和/或描述的示例。附图中的参考号的存在不应必被认为是限制性的，包括当这些数字指示在权利要求中时。动词“包括(comprise)”、“含有(contain)”、“包括(include)”或任何其他变体及其词形变化的使用绝不排除存在所提到的那些元件之外的元件。使用不定冠词“一个(a)”、“一种(an)”或定冠词“该(the)”来引出元件并不排除存在多个这种元件。单词顶部/底部、下部/上部的使用应当被理解为与附图中示出的部件的定向是相关的。虽然所描述的示例涉及通过以质子束照射含有富¹⁸O水的靶材料来生产¹⁸F，但是本发明可以应用于其他液体前体(诸如普通水H₂¹⁶O，其在利用质子进行照射的过程中产生¹³N)、或气态前体(诸如照射¹⁴N₂以便获得¹¹C)。将本发明应用于粉状前体材料或者应用于液体中悬浮的并且从而成浆状的粉末也是可能的。最后，本发明还适用于前体材料(诸如¹¹B₂O₃)的情况，其通过(p，n)反应产生¹¹C并且形成可以收集的¹¹CO₂。可以使用其他粒子，诸如氘核和阿尔法粒子。同样地，根据本发明的靶可以与大气压力下的容器的腔室、或者与放置在压力下的腔室一起使用。