用于提取不同能量的带电粒子的回旋加速器的制作方法

本发明涉及一种回旋加速器，其能够从其螺旋路径提取出不同能量的螺旋运动的加速带电粒子束流并使其朝向靶转向，以例如用于产生特定的放射性同位素。具体地，本发明涉及一种提供有能量特定提取套件的回旋加速器，该能量特定提取套件用于改变回旋加速器的提取设定，使得可以通过剥离来提取特定能量ei或不同能量ej的粒子，并且使得粒子可以到达靶。能量特定提取套件包括用于提取特定能量ej的带电粒子的剥离器组件、以及用于将靶定向成与粒子束流在穿过剥离器之后所遵循的提取路径sj相交叉的插入件。能量特定提取套件允许容易地改变回旋加速器的提取设定，以便用不同能量的粒子击中靶。能量特定提取套件具有成本效益，并且不包括铰接零件或其他精密零件。

背景技术：

回旋加速器是一种圆形粒子加速器，其中带负电或带正电的粒子沿着螺旋路径从回旋加速器的中心向外加速，直到具有几mev的能量。存在各种类型的回旋加速器。在等时性回旋加速器中，粒子束流以相同的时间行经螺旋路径的每个相继循环或循环的一部分。回旋加速器用于各种领域，例如用于核物理学、医学治疗(如质子治疗)、或用于核医学，例如用于产生特定的放射性同位素。

回旋加速器包括若干元件，包括注入系统、用于使带电粒子加速的射频(rf)加速系统、用于沿着精确路径引导加速粒子的磁系统、用于收集如此加速的粒子的提取系统、以及用于在回旋加速器中创造并维持真空的真空系统。

注入系统以相对较低的初始速度将粒子束流引入到回旋加速器中心处或附近的加速间隙(7)中。rf加速系统通过由磁系统产生的磁场使此粒子束流在加速间隙内沿着螺旋路径(5)向外引导地按顺序且重复地加速。

磁系统产生磁场，该磁场沿着螺旋路径(5)引导带电粒子束流并使其聚焦，直到该带电粒子束流达到其目标能量ei。如图1(a)所展示的，通过缠绕在两个磁极(2)上的一个或多个螺线管主线圈(9)在例如这些磁极之间限定的加速间隙(7)中产生磁场。

主线圈(9)封闭在磁通返回件内，该磁通返回件将磁场限制在回旋加速器内。从由加速间隙(7)和密封该加速间隙(7)的周缘壁(8)限定的真空室被抽真空。周缘壁提供有用于允许从间隙中提取出束流的至少一个开口(8o)。

当粒子束流达到其目标能量ei时，提取系统在提取点处从回旋加速器中提取该粒子束流并且通过周缘壁中的开口(8o)将该粒子束流朝向提取通道引导。存在几种提取系统，并且是本领域普通技术人员已知的。

在本发明中，提取系统包括由薄片(例如由石墨制成)组成的剥离器(13)，该剥离器能够从撞击剥离器的粒子中提取电荷，从而改变粒子的电荷，并且改变这些粒子的路径，引导它们通过开口并沿着提取通道离开回旋加速器。剥离器一般是剥离器组件(10i)的一部分，该剥离器组件包括用于将剥离器固持在距旋转轴(11)特定距离ri处的托架(12i)。旋转轴可旋转地安装在加速间隙(7)内，并且可以旋转以使剥离器进入和离开与具有能量ei的加速粒子束流碰撞的位置pi，如例如us8653762中所述。如ep2129193中所述，可以在单个旋转轴上安装多于一个的剥离器，以用于在原位剥离器损坏的情况下使新的剥离器处于碰撞位置。

在剥离一个或多个电荷之后，通过真空室中的磁场使粒子束流沿着曲率与螺旋运动路径相反的提取路径si转向，引导该粒子束流通过开口(8o)、沿着靶支撑元件(20)的管状通道(20c)、并且引导到固持于管状通道内或管状通道末端处的靶(20t)上。对于放射性同位素的产生，靶(20t)可以是固体、液体或气体。本领域普通技术人员知道取决于靶是固体、液体还是气体而如何将靶固持在照射位置。

通过用加速粒子束流照射给定的靶材料来产生用于成像和其他诊断方法或用于生物医学研究的特定放射性同位素高度取决于粒子束流的能量。如图3所展示的，取决于冲击粒子束流的能量，同一靶材料可以生产不同的放射性同位素ⁿx、^mx。在图3所展示的实例中，应当用第一能量ei的粒子束流照射靶材料来生产放射性同位素^mx，并且用第二能量ej的粒子束流来生产放射性同位素ⁿx。例如，在us20070040115中描述了所产生的放射性同位素类型与粒子束流能量的相关性。

大多数回旋加速器设计用于提取单一能量值的粒子束流。位于第一剥离位置pi的剥离器被第一能量ei的粒子穿越，并且不拦截在螺旋路径中以不同径向轨道行进的第二能量ej≠ei的粒子。为了拦截第二能量ej的粒子，剥离器必须移动到第二剥离位置pj≠pi。剥离器可以安装在移动元件上，例如安装在轨道或伸缩臂上，以将剥离器从第一径向剥离位置pi移动到任何第二径向剥离位置。当剥离器移动到第二剥离位置pj时，必须通过弯曲用磁体使所剥离的第二能量ej的粒子的提取路径偏离到第一能量ei的束流的提取路径的交叉点处，以到达它们的靶。这样的系统在市场上可商购并且可操作，但是它们增加了回旋加速器的复杂性和成本。

靶(20t)的位置必须拦截粒子束流的提取路径si、sj。如以上所讨论的，可以通过弯曲用磁体使粒子束流的提取路径偏离，但是弯曲用磁体使系统更复杂。为了产生用于生物医学研究和诊断医学(典型地，成像)的放射性同位素，优选将靶(20t)定位成靠近开口(8o)并且将靶定位在与粒子束流相交的位置，而不需要任何额外的用于使束流朝向靶偏离的转向器件。

可变能量回旋加速器在市场上可商购，配备有铰接式多固位器靶支撑件。据信，需要弯曲用磁体来使粒子束流朝向给定的固位器转向。这样的铰接式多固位器靶支撑件非常庞大并且操纵起来很复杂。操纵靶的位置以使其拦截高能量粒子束流可能不仅麻烦，而且非常危险，具有损坏设备并可能伤害操作者的高风险。

因此，仍然需要一种可以操作用于提取两个或更多个不同能量值ei、ej的粒子束流以便产生放射性同位素的回旋加速器，与单一能量回旋加速器相比，该回旋加速器具有简单且经济的设计、是防误操作的，并且不需要额外的弯曲用磁体。本发明提出一种提供有能量特定提取套件的回旋加速器，该能量特定提取套件允许容易地改变回旋加速器的提取设定，以便用不同能量的粒子击中靶。

技术实现要素：

所附独立权利要求限定了本发明。从属权利要求限定了优选实施例。具体地，本发明涉及一种用于使带电粒子(特别是h^-、d^-、hh⁺)在向外螺旋路径上加速直到该带电粒子束流达到期望能量、并且用于提取所述束流以击中靶的回旋加速器，所述回旋加速器包括：

(a)真空室，该真空室由以下各项限定：

o将第一磁极与第二磁极分开的间隙，该第一磁极和该第二磁极以中心轴线z为中心、并且相对于与该中心轴线z垂直的中间平面p彼此相反地对称地定位；以及

o周缘壁(8)，该周缘壁密封该间隙并且允许在该间隙中抽真空，所述周缘壁包括开口；

(b)靶支撑元件，该靶支撑元件密封地联接至该开口(8o)的在该真空室外部的下游端，该靶支撑元件包括管状通道，该管状通道与该开口处于流体连通并且终止于用于固持靶的靶固持器；

(c)剥离机构，该剥离机构用于接纳第一剥离器组件并且控制该第一剥离器组件在该间隙中的位置，所述第一剥离器组件包括：

o旋转轴；

o一个或多个第一托架，该一个或多个第一托架各自用于固持；

o剥离器，该剥离器具有在与该旋转轴相距第一距离ri处的外边缘，

使得该旋转轴平行于该中心轴线z，并且该剥离器能够绕该旋转轴旋转到第一剥离位置pi，拦截第一能量ei的带电粒子束流，改变贯穿该剥离器的这些粒子的电荷并且使这些如此修改的带电粒子沿着第一提取路径si转向、通过该周缘间隙壁中的开口、沿着该管状通道、并且朝向该靶固持器，

其中，该回旋加速器包括用于驱动第二能量ej的已修改带电粒子，其中j≠i，沿着第二提取路径sj、通过该周缘壁中的开口、沿着该管状通道、并且朝向该靶固持器的ej特定提取套件，其中，该能量特定提取套件包括：

(d)第二剥离器组件，该第二剥离器组件包括：

o旋转轴；

o一个或多个第二托架，该一个或多个第二托架各自用于固持；

o剥离器，该剥离器具有在与该旋转轴相距第二距离rj处的外边缘，

使得该剥离器能够绕该旋转轴旋转到第二剥离位置pj，拦截该第二能量ej的带电粒子束流，改变贯穿该剥离器的这些粒子的电荷并且驱动这些如此修改的带电粒子沿着第二已修改路径sj、通过该周缘壁中的开口；以及

(e)插入件，该插入件待夹在该开口(8o)的下游端与该靶支撑元件之间，该插入件具有与开口和管状通道两者处于流体连通的插入件通道，以用于改变该管状通道的取向以匹配该第二提取路径sj，使得这些第二能量ej的已修改带电粒子被该靶固持器所拦截。

第一能量ei和第二能量ej可以包括在5mev与30mev之间、优选地在10mev与24mev之间、更优选地在11mev与20mev之间，并且它们可以彼此相差例如至少2mev(|ei-ej|≥2mev)、优选相差至少4mev(ei-ej|≥4mev)。这样的回旋加速器可以通过用加速粒子束流照射选自于⁶⁸zn、¹²⁴te、¹²³te、⁸⁹y等的靶材料来用于产生放射性同位素。

根据本发明的ej特定提取套件包括剥离器组件和插入件。第一剥离器组件和第二剥离器组件的该一个或多个第一和第二托架优选地包括用于紧固该剥离器的框架状结构、以及用于将如此紧固的剥离器保持在与该旋转轴相距一准确距离ri、rj处的臂或板。该第一和/或第二剥离器组件可以包括围绕该旋转轴按方位分布的多于一个的框架，每个框架固持一个剥离膜。

该插入件优选地包括用于联接至该开口的下游端的第一联接表面、以及用于联接至该靶支撑元件的第二联接表面。第一和第二联接表面彼此不平行并且形成角度α，该角度优选地包括在1°与45°之间、优选地在3°与35°之间、更优选地在5°与20°之间。

可选地，回旋加速器可以包括待与该第一剥离组件一起使用的第一插入件，该第一插入件包括用于联接至该开口的下游端的第一联接表面、以及用于联接至该靶支撑元件的第二联接表面，并且其中，所述第一联接表面和所述第二联接表面彼此平行。这种第一插入件是可选的，并且仅用于使靶沿第一提取路径si移动到更远离中心轴线z的位置。

因为它们必须组合地使用，所以优选的是，ej特定提取套件的第二剥离器组件和插入件由一种颜色代码或字母数字代码标识为形成一对。这应当避免第一剥离器组件与设计用于第二能量ej的插入件的错误混合。

尽管本发明可以实施为同步回旋加速器，但该回旋加速器优选地是等时性回旋加速器。特别地，该回旋加速器的第一磁极和第二磁极各自优选地包括至少n＝3个具有由上表面边缘限定的上表面的丘扇区、以及相同数量的包括底表面的谷扇区。这些丘扇区和谷扇区围绕该中心轴线z交替地分布。因此，分隔第一磁极和第二磁极的间隙包括丘间隙部分和谷间隙部分。这些丘间隙部分限定在两个相对的丘扇区的上表面之间并且具有沿中心轴线z测量到的平均间隙高度gh。这些谷间隙部分限定在两个相对的谷扇区的底表面之间并且具有沿中心轴线z测量到的平均谷间隙高度gv，其中gv>gh。在这样的回旋加速器中，剥离器组件的旋转轴优选地被定位在丘间隙部分处、邻近相对于该螺旋路径位于下游的上表面边缘。术语“下游”是相对于粒子的流动方向来定义的。

本发明还涉及一种用于用第二能量ej的粒子束流击中靶的方法，该方法包括以下步骤：

·提供如以上限定的设计成用于提取第一能量ei的粒子束流并使该粒子束流朝向该靶转向的回旋加速器；

·提供如上文所讨论的ej特定提取套件；

·移除该第一剥离器组件，并且移除该靶支撑元件；

·安装该第二托架组件，并且将该剥离器定位在该第二剥离位置pj；

·安装该靶支撑元件，将该插入件夹在该开口的下游端与该靶支撑元件之间；

·将该靶定位在该靶固持器中；

·使粒子束流沿与该第二剥离位置pj相交的螺旋路径加速到该第二能量ej，并且沿该第二提取路径sj提取该粒子束流，通过该开口并且到该靶上。

剥离器的位置可以通过旋转轴的微小旋转进行微调，以优化粒子束流在靶上的击中点。

附图说明

为了更充分理解本发明的性质，结合附图参考以下详细说明，在附图中：

图1：示出了(a)回旋加速器的截面，以及(b)相对于中间平面p回旋加速器的一半的透视图。

图2：示出了回旋加速器中的粒子束流的轨迹和在穿越剥离器之后的提取路径。

图3：示出了随击中靶的粒子束流的能量e的变化而变化的两种放射性同位素ⁿx、^mx的产率的实例，以及用于产生一种或另一种放射性同位素的相应的最佳能量ei、ej。

图4：示出了配备有根据本发明的能量特定提取套件的回旋加速器的俯视图，其中在(a)中用粗实线表示第一能量ei的粒子束流的轨迹，并且在(b)中用粗实线表示第二能量ej的粒子束流的轨迹；为了比较的目的，虚线表示另一个能量的轨迹。

图5：(i-a)至(i-c)示出了用于提取第一能量ei的粒子束流的剥离器组件的侧视图和俯视图，并且(j-a)至(j-c)示出了用于提取第二能量ej的粒子束流的剥离器组件的侧视图和俯视图。

图6：示出了用于提取第一能量ei((i-a)至(i-c))和第二能量ej((j-a)至(j-c))的粒子束流的能量特定提取套件；为了比较的目的，虚线表示另一个能量的轨迹。

图7：示出了剥离器相对于中心轴线z的定位。

具体实施方式

本发明涉及加速粒子束流提取系统，用于从回旋加速器的加速间隙中提取出第一能量ei的带电粒子束流，例如h^-、d^-、hh⁺，并且使所提取的束流朝向靶(20t)转向，以便产生放射性同位素。所提取的粒子束流的能量ei可以包括在5mev与30mev之间，优选地在10mev与24mev之间，更优选地在11mev与20mev之间。回旋加速器可以是等时性回旋加速器或同步回旋加速器。靶(20t)可以是固体、液体、或气体。

如图1所展示的，根据本发明的回旋加速器包括由以下各项限定的真空室：

·将第一磁极与第二磁极(2)分开的间隙(7)，该第一磁极和第二磁极以中心轴线z为中心、并且相对于与中心轴线z垂直的中间平面p彼此相反地对称地定位；以及

·周缘壁(8)，该周缘壁密封该间隙并且允许在加速间隙中抽真空，所述周缘壁包括开口(8o)。

回旋加速器包括围绕第一磁极和第二磁极盘绕的一个或多个主线圈，以用于在加速间隙中产生主磁场并且沿螺旋路径(5)向外引导加速带电粒子(参见图2)。注入单元(未示出)允许在第一磁极和第二磁极的中央部分处将带电粒子插入加速间隙(7)中。提供一组d形盒(未示出)，用于通过在加速间隙中施加射频(rf)交流电压来使带电粒子加速。

如图4和6所示，靶(20t)被固持在靶支撑元件(20)中的照射位置，该靶支撑元件密封地联接至开口(8o)的在真空室外部的下游端。靶支撑元件包括管状通道(20c)，该管状通道与开口处于流体连通并且终止于用于固持靶(20t)的靶固持器。

为了从粒子束流在加速间隙(7)中所遵循的螺旋运动路径(5)提取出粒子束流，并且使该粒子束流朝向靶(20t)转向，将剥离器(13)定位在第一剥离位置pi，该第一剥离位置在与中心轴线z相距第一径向距离ri处与粒子束流相交，对应于期望的束流第一能量ei。剥离器一般由碳剥离膜组成，该碳剥离膜能够从穿越其的能量ei的带电粒子中提取一个或多个电子。例如，负离子¹h^-可以加速到第一能量ei。在穿越剥离器时，移除(剥离)一对电子，使得粒子成为正离子¹h⁺。所剥离的粒子偏离螺旋运动路径(5)，沿着提取路径si转向，通过开口(8o)离开，并且到达靶(20t)。提取路径si取决于磁场b的局部值和所剥离的粒子的电荷q(假设速度vi和质量m恒定)。

可以通过本领域普通技术人员已知的手段将剥离器安装在托架(12i)上。剥离器由托架(12i)固持，使得剥离器的最远离旋转轴的外边缘固持在与旋转轴(11)相距一距离ri处。距离ri是从剥离器的暴露表面的外边缘到旋转轴(11)的距离。旋转轴(11)安装在间隙中、靠近遵循磁极的周缘边缘、平行于中心轴线z，使得剥离器(13)可以绕旋转轴旋转进入和离开拦截第一能量ei带电粒子束流的第一剥离位置pi。

如图7(a)中用虚线所展示的，粒子束流(5)具有截面直径d。剥离器(13)定位成通过使粒子束流(5)绕旋转轴(11)旋转来拦截该粒子束流，该旋转轴定位在与中心轴线z相距径向距离r11处。旋转轴(11)的旋转一般由如图1(a)所展示的马达(15)驱动，该马达可以由控制器非常准确地进行控制。剥离器(13)和托架(12i)不需要与经过旋转轴(11)的回旋加速器半径对齐，并且可以与其形成角度β，只要剥离器外边缘拦截截面直径d的粒子束流即可(将图7(a)中表示束流(5)的虚线与表示剥离器外边缘绕旋转轴(11)的旋转的虚点线进行比较)。如图7(b)所展示的，并且基于简单的几何考虑，剥离器外边缘与中心轴线的距离ri可以表示为ri＝(r11²+ri²-2rir11cosβ)^1/2。旋转轴(11)与剥离器外边缘的距离ri可以远小于该旋转轴与中心轴线z的距离r11。例如，ri/r11<10％，优选地，ri/r11<5％。当ri/r11<10％时，针对值包括在±23范围内的角度β，剥离器外边缘与中心轴线z的距离ri可以在1％的公差范围内近似为注意，r11必须大于ri，(r11>ri)，因为在束流到达剥离器之前旋转轴不得拦截粒子束流。

必须选择提取设定，其包括剥离器(13)、出口(8o)以及靶(20t)的位置，以便使粒子束流在进行剥离之后所遵循的提取路径si转向通过开口(8o)、沿着靶支撑元件(20)的管状通道(20c)并且到靶固持器中所固持的靶(20t)上。本领域普通技术人员可以计算用于将第一能量ei的粒子束流朝向靶转向的提取设定。为了微调和优化提取路径si相对于靶(20t)的相对位置，剥离点pi可以通过剥离器(13)绕旋转轴的微小旋转而稍微移位，如前面关于图7所讨论的那样。靶支撑元件(20)还可以包括用于对靶的位置进行微调的器件，但这仅是优选的实施例，并且单独是剥离器的旋转通常就足以优化提取路径si相对于靶的相对位置。

从前面的描述清楚的是，回旋加速器一般被设计用于提取单一第一能量ei的带电粒子，原因是改变用于提取第二能量ej的粒子束流的提取设定是相当复杂的。允许提取不同能量的粒子束流的回旋加速器在市场上是可商购的，但是它们非常复杂，一方面是具有用于改变剥离器位置的特定装置，另一方面是具有用于通过弯曲用磁体使在进行剥离之后的提取路径弯曲以使其朝向靶转向、或用于使靶在铰接式靶支撑元件中移动的附加装置。这些回旋加速器的缺点在于，它们是复杂、昂贵、并且精密的。此外，剥离器的位置既不与弯曲的提取路径自动联接，也不与靶的位置自动联接。当允许对提取路径与靶的交叉点进行微调、并且甚至是必要的时，为了最佳地使用回旋加速器，用新的提取路径出故障而对10mev到30mev粒子束流的所得提取路径没有任何准确的了解将对设备和操作者而言是危险的。因此，这样的回旋加速器远远谈不上防误操作，并且在改变提取设定时的操纵错误可能具有可怕的后果。

本发明的要点是提供用于从设计用于提取第一能量ei的粒子束流的同一回旋加速器提取第二能量或额外能量ej的粒子束流的一个或多个能量特定提取套件。根据本发明的用于提取不同于第一能量ei的第二能量ej(ej≠ei)的粒子束流的ej特定提取套件包括第二剥离器组件(10j)和插入件(21j)。

剥离器组件

第二剥离器组件(10j)包括：

·旋转轴(11)；

·一个或多个第二托架(12j)，该一个或多个第二托架各自用于固持；

·剥离器(13)，该剥离器定心在距旋转轴第二距离rj处。

第二剥离器组件(10j)使得剥离器(13)可以绕旋转轴(11)旋转到第二剥离位置pj，以拦截第二能量ej的带电粒子束流。穿越该剥离器的第二能量ej的粒子束流减少一些电子，并且被间隙中的磁场转向，沿着第二已修改路径sj，通过周缘壁中的开口(8o)。

图5展示了剥离器组件(10i，10j)的实例。左手侧的图(i-a)至图(i-c)是用于提取第一能量ei的粒子束流的第一剥离器组件(10i)，并且右手侧的(j-a)至图(j-c)是用于提取第二能量ej的粒子束流的第二剥离器组件(10j)。剥离器(13)的暴露区域的外边缘由托架(12i，12j)固持在与旋转轴(11)相距一距离ri、rj处。托架包括框架状结构，该框架状结构用于紧固剥离器并且固定到臂或板上，该臂或板用于将如此紧固的剥离器保持在与旋转轴(11)相距一准确距离ri、rj处。如上方的图5(i-c)和图(j-c)所示，剥离器组件可以包括用于支撑单一剥离器(13)的单臂托架。如下方的图5(i-c)和图(j-c)所示，剥离器组件可以包括两个相对的臂托架，每个臂托臂固持一个剥离器。在使用回旋加速器期间剥离器受损的情况下，该实施例是有意义的。旋转轴(11)的180°旋转足以将新的剥离器带到第一剥离位置pi，并且继续进行提取。类似地，剥离器组件可包括绕旋转轴(11)按方位分布的多于两个的托架和剥离器，如图5(i-b)和图(j-b)所示，其中板状或星状的托架固持六个剥离器。

如图7所示，托架与经过旋转轴的回旋加速器半径之间的角度β的微小变化可以改变剥离器的剥离位置pi、pj。必要的是将给定的剥离器重复地定位在同一剥离位置。如图5所示，旋转轴(11)可以包括具有非回转截面的部分，以确保剥离器组件(10i，10j)始终以同一角位置安装到回旋加速器上。旋转轴仅仅由于两个原因而旋转：首先，为了使剥离器进入或离开相应的剥离位置；并且其次，为了对剥离位置进行微调以优化提取路径以便与靶(20t)相交。因此，必须控制剥离组件的安装位置。在图5中，展示了具有半圆柱形顶部截面的圆柱形轴。该轴可以具有任何非回转几何形状，并且优选地具有单一安装角位置。

第一剥离器组件(12i)(参见图5，左手侧图(i-a)至图(i-c))与第二剥离器组件不同(参见图5，右手侧图(j-a)至图(j-c))之处仅在于剥离器外边缘与旋转轴(11)分开的距离ri、rj。对于给定的加速设定，粒子束流的能量取决于螺旋路径(5)中粒子束流与中心轴线z相距的径向距离ri、rj。第一剥离器组件和第二剥离器组件的旋转轴(11)都被定位在距中心轴线z的固定距离r11处。如图4(b)所展示的，安装以第二距离rj>ri为特征的第二剥离器组件(10j)产生了距中心轴线z的距离rj的第二剥离位置pj，该距离小于第一剥离位置pi与中心轴线z分开的距离ri，并且因此产生了对第二能量ej的粒子束流的提取，该第二能量小于第一能量ei(即，如果并且ei>ej)。反之，如果并且ej>ei。如果第一能量ei是回旋加速器专门设计的提取能量，则第二能量ej优选小于第一能量ei，原因是所述第一能量ei很可能对应于大半径ri的非常外部的轨道。

通过将图4(a)与图4(b)和将图6(i-a)与图6(j-a)进行比较，可以看出上文讨论的ri与rj、ri与rj、以及ei与ej之间的关系。在图4中，用粗实线表示与剥离器相交的粒子束流轨道(5)。在图4(a)和图6(i-a)中，用第一距离ri的第一剥离器组件提取第一能量ei的粒子束流。在图4(b)和6(j-b)中，用第二距离rj>ri的第二剥离器组件提取第二能量ej<ei的粒子束流。在图4和图6中用细虚线表示的轨道表示用其他剥离器组件提取的能量束流的轨道，以作比较。

第一能量ei和第二能量ej可以包括在5mev与30mev之间，优选地在10mev与24mev之间，更优选地在11mev与20mev之间。它们可以彼此相差至少2mev(|ei-ej|≥2mev)，优选相差至少4mev(ei-ej|≥4mev)。例如，如果ei＝18mev，则第二能量ej可以是ej＝12mev至16mev。第二能量ej还可以包括在例如20mev与25mev之间，但出于上文解释的原因，第一剥离位置pi一般几乎位于磁极的周缘，所以第二能量ej一般小于第一能量ei。

在进行剥离之后的带电荷qj的粒子束流被磁场b(r)以速度vj沿着如下曲率半径ρj的曲线偏离，ρj＝mvj/(qjb(r,θ))，其中，r和θ是粒子在中间平面p上的位置的柱面坐标。在磁极的周缘(r>rj)处，磁场b(r)随着径向距离r的值增大而强烈地变化并下降。因此，当粒子束流朝向开口(8o)移动时，提取路径以较大值的曲率半径ρj变直。对从提取位置pj起使其穿越开口(8o)的提取路径sj的计算不是直截了当的，但是可以由本领域普通技术人员来执行。在周缘壁之外，磁场b(r)非常低，并且提取路径可以具有至少5m、优选至少10m以上的相当大的曲率半径ρj。

必须小心地定位第二剥离位置pj，以确保第二提取路径sj穿过开口。如图4和图6所示，对于第二提取路径sj，为了穿过开口(8o)，它必须在位于开口(8o)中或邻近该开口的交叉点处与第一提取点交叉。

插入件(21j)

如图6(i-a)所示，用粗实线表示的第一提取路径si在开口(8o)中或邻近该开口在交叉点处与用细虚线表示的第二提取路径sj交叉，并且与该第二提取路径偏离角度α。角度α是在靶击中点处由第一提取路径si和第二提取路径sj的切线形成的角度。在图6(i-a)中的第二提取路径sj的虚线之后，可以看出，如果首先没有将靶从其初始位置移动，则尽管通过开口(8o)离开真空室，第二能量ej的粒子束流(＝虚线)仍会错过靶(20t)。

假设回旋加速器被设计用于提取第一能量ei的粒子束流，第一插入件(21i)不是必需的、并且未在图4(a)和6(i-a)中表示出。如果出于任何原因，需要第一插入件(例如，为了使靶更远离中心轴线z)，则第一插入件(21i)将具有由角度α＝0限定的平行的第一联接表面和第二联接表面，如图6(i-b)所展示的那样。

现有技术的回旋加速器中提出的用于确保第二能量ej的粒子束流拦截靶(20t)的解决方案包括使用弯曲用磁体来使第二提取路径sj弯曲并迫使它拦截靶(20t)、或使用用于使靶移位的移动器件来拦截第二提取路径sj。如早前所讨论的，这两个选项需要调整弯曲用磁体或靶固持器的位置以匹配第二提取路径，这可能是精细且危险的操作。

本发明提出了第三种非常简单的解决方案：使用待夹在开口(8o)的下游端与靶支撑元件(20)之间的插入件(21j)来改变管状通道的取向以匹配第二提取路径sj，使得靶固持器中所固持的靶拦截第二能量ej的已修改带电粒子。插入件(21j)与第二剥离器组件(10j)形成一对，并且两者必须组合地使用。

当插入件安装在回旋加速器上时，插入件通道与靶支撑元件(20)的开口(8o)和管状通道(20c)处于流体连通。如图6(j-a)和图(j-b)中可以看出的，插入件(21j)包括：用于联接至开口(8o)的下游端的第一联接表面；和用于联接至靶支撑元件(20)的第二联接表面。第一联接表面和第二联接表面彼此不平行并且形成如上文所讨论的在靶击中点下游的第一提取路径和第二提取路径的切线之间的角度α。角度α优选地包括在1°与45°之间，更优选地在5°与20°之间。插入件通道优选垂直于插入件的第二联接表面。当就位时，插入件(21j)因此在开口(8o)与管状通道(20c)之间形成角度α的弯头，该开口和管状通道在没有插入件的情况下是同轴的，如图6(i-a)所示。因此，管状通道(20c)与第二提取路径sj的在开口(8o)下游的部分同轴，并且粒子束流以第二能量ej击中靶(20t)。例如，iba公司商业化的回旋加速器最初设计用于将粒子加速到第一能量ei＝18mev。用于从所述回旋加速器中提取第二能量ej＝13mev的粒子的ej特定提取套件包括以角度α＝18°为特征的插入件(21j)。用于提取包括在13mev与18mev之间的第三能量ek的粒子的ek特定提取套件包括以角度0<α<18°为特征的插入件。

能量特定提取套件

本发明的能量特定提取套件简单地包括两个元件：剥离器组件(10j)和插入件(21j)。这两个元件必须组合地使用，并且限定了独特的即用型零件套件，允许使用最初设计用于提取第一能量ei的粒子束流的回旋加速器来提取第二能量ej的粒子束流并使其击中靶子(20t)。除了用于优化提取路径的微调之外，能量特定提取套件的安装不需要冗长且精细地确定提取第二能量ej的束流所需的提取设定。

能量特定提取套件的安装是万无一失的，原因是通过提供如早前参照图5所讨论的具有非回转部分的旋转轴(11)可以可再现地控制剥离器组件的角取向。由于只存在一种安装插入件的方式，因此不会出现错误。

清楚的是，同一回旋加速器可以使用多于一个的能量特定提取套件。例如，第一能量ei可以是用给定回旋加速器可提取的最高束流能量，并且第二能量ej是待用所述回旋加速器提取的最低束流能量。可以提供任意数量的ek、el、em特定提取套件，以用于提取第三、第四等能量ek、el、em的提取粒子束流并用其击中靶，其中，ej<ek<el<em<ei。

第二剥离器组件(10j)确保了第二能量ej的粒子束流(5)被剥离，并且第二提取路径sj通过开口(8o)离开。插入件(21j)确保了管状通道(20c)变得与第二提取路径sj的在开口(8o)下游的部分同轴，并且第二提取路径拦截靶固持器中所固持的靶。因此必须避免第一剥离器(10i)与插入件(21j)一起使用。因此，ej特定提取套件的两个元件优选地可标识为属于不可分离的一对。例如，可以为ej特定提取套件的两个元件使用一种颜色代码或字母数字代码。

回旋加速器

根据本发明，可以用具有不同能量ei、ej的粒子束流的单一回旋加速器照射诸如⁶⁸zn、¹²⁴te、¹²³te、⁸⁹y等固体、液体或气体靶(20t)，从而允许用同一靶产生不同的放射性同位素ⁿx、^mx，如图3所示，并且还允许根据不同的靶材料来选择用于产生放射性同位素的最佳能量。

回旋加速器可以是等时性回旋加速器、或同步回旋加速器。如图1和图2所展示的，在等时性回旋加速器中，第一磁极和第二磁极(2)各自优选地包括至少n＝3个具有由上表面边缘限定的上表面(3u)的丘扇区(3)、以及相同数量的包括底表面(4b)的谷扇区(4)。如本领域所公知的，丘扇区和谷扇区围绕中心轴线z交替地分布，使得分隔第一磁极和第二磁极的间隙包括丘间隙部分和谷间隙部分，丘间隙部分限定在两个相对的丘扇区的上表面之间并且具有沿中心轴线z测量到的平均间隙高度gh，谷间隙部分限定在两个相对的谷扇区的底表面之间并且具有沿中心轴线z测量到的平均谷间隙高度gv，其中gv>gh。

如图2和图4所示，旋转轴(11)优选地定位在丘间隙部分处、邻近相对于螺旋路径位于下游的上表面边缘，即靠近下一个谷扇区(4)。这是优选的，原因是磁场b在谷间隙部分中比在丘间隙部分中低得多，从而使粒子束流沿着较高曲率半径的提取路径转向。术语“下游”在本文中是相对于粒子的运动来定义的。

用不同能量ei、ej的粒子束流击中靶

本发明允许通过使用优选最初设计用于仅提取第一能量ei的粒子束流的单一回旋加速器来用第一能量ei、第二能量ej(和包括在ei和ej之间的任何其他能量)的粒子束流击中靶(20t)。这可以用包括以下步骤的方法来实现：

·提供如上文所讨论的设计用于提取第一能量ei的粒子束流并使该粒子束流朝向靶(20t)转向的回旋加速器；

·提供如上文所讨论的ei特定提取套件；

·移除第一剥离器组件(10i)，并且移除靶支撑元件(20)；

·安装第二托架组件(10j)，并且将剥离器(13)定位在第二剥离位置pj；

·安装靶支撑元件(20)，将插入件(21j)夹在开口(8o)的下游端与靶支撑元件(20)之间；

·将靶(20t)定位在靶固持器中；

·使粒子束流沿与第二剥离位置pj相交的螺旋路径(5)加速到第二能量ej，并且沿第二提取路径sj提取该粒子束流，通过开口(8o)并且到靶(20t)上。

仅存在一种安装第二剥离器组件(10j)和插入件(21j)的方式，并且计算出的第二提取路径sj必然与靶位置相交，而不需要对提取设定进行任何进一步的改变。剥离器(13)的位置可以通过旋转轴(11)的微小旋转进行微调，以优化粒子束流在靶上的击中点。这种微调实际上意味着根据所剥离的粒子束流的实际第二提取路径来优化提取路径，该实际第二提取路径可能与计算出的提取路径略微不同。本发明既不需要用于使第二提取路径弯曲的弯曲用磁体，也不需要用于使靶(20t)移动以使第二提取路径sj与靶相交的铰接式靶支撑件。

凭借其简单性、成本高效性和长期可靠性，本发明在可以使用回旋加速器的多种应用中开辟了新的前景。