RI制造装置及靶容纳装置的制作方法

ri制造装置及靶容纳装置
技术领域
1.本技术主张基于2021年3月29日申请的日本专利申请第2021-055409号的优先权。该日本技术的全部内容通过参考援用于本说明书中。
2.本发明涉及一种靶容纳装置。


背景技术：

3.使用了正电子发射断层摄影法(pet：positron emission tomography)的pet检查的检查用药剂中所使用的放射性同位素，使用设置于靠近医院内的检查室的位置的回旋加速器等放射线源来制造。具体而言，将来自放射线源的粒子束(例如，质子束、氘核束等粒子束)引导至靶容纳装置，通过与容纳在靶容纳装置中的靶(例如，靶水(
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o水))的核反应来制造放射性同位素。并且，通过将所制造的放射性同位素加入到规定的化合物(例如，氟脱氧葡萄糖(fdg：fluoro-deoxy-glucose))、或者替换其一部分进行合成来制造检查用药剂。
4.作为用于制造这样的放射性同位素的ri制造装置，已知有一种装置，其具备：容纳部，容纳液体靶；及流路，从粒子束的照射轴的一侧对该容纳部进行冷却(例如，参考专利文献1)。
5.专利文献1：日本特开2013-246131号公报
6.在此，由于被照射粒子束而靶成为高温。对此，通过提高冷却靶的冷却效率，能够提高核反应的效率。因此，要求能够提高冷却效率的靶容纳装置及能够提高核反应的效率的ri制造装置。


技术实现要素：

7.本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够提高冷却效率的靶容纳装置及能够提高核反应的效率的ri制造装置。
8.为了实现上述目的，本发明的一方式所涉及的ri制造装置为，通过被照射粒子束的靶的核反应来制造放射性同位素，上述ri制造装置具备：容纳部，在粒子束的照射位置容纳靶；第1流路，能够供冷却介质流通，以便从相对于粒子束的照射轴的一侧对容纳部进行冷却；及第2流路，能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部围绕照射轴设置的壁部的至少一部分，以照射轴为基准从比容纳部更靠外侧的位置对容纳部进行冷却。
9.ri制造装置具备第1流路，该第1流路能够供冷却介质流通，以便从相对于粒子束的照射轴的一侧对容纳部进行冷却。由此，能够通过使冷却介质流过第1流路，由此从相对于照射轴的一侧对容纳部的靶进行冷却。而且，ri制造装置具备第2流路，该第2流路能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部围绕照射轴设置的壁部的至少一部分，以照射轴为基准从比容纳部更靠外侧的位置对容纳部进行冷却。此时，通过使冷却介质流过第2流路，由此经由围绕照射轴的壁部，以照射轴为基准从内侧向外侧从容纳部排热，由此能够对容纳部的靶进行冷却。如此，能够通过第1流路及第2流路，从不同方向对靶进行冷却。因此，能够提高靶的冷却效率，由此能够提高靶的核反应的效率。
传热壁部，46、48-冷却流路(第2流路)。
具体实施方式
26.以下，参考附图，对用于实施本发明的方式详细地进行说明。另外，在附图说明中，对相同要件标注相同符号，并省略重复说明。
27.图1是ri制造装置1的剖视图。ri制造装置1具备作为本发明的ri制造装置的实施方式的靶容纳装置10。ri制造装置1制造放射性同位素(ri)。ri制造装置1例如能够用作为pet用回旋加速器，由ri制造装置1制造的ri例如用于制造作为放射性同位素标记化合物(ri化合物)的放射性药剂(包括放射性医药产品)。作为医院等的pet检查(正电子发射断层摄影检查)中所使用的放射性同位素标记化合物，有
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f-flt(氟胸苷)、
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f-fmiso(氟米索硝唑)、
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c-雷氯必利等。
28.ri制造装置1为所谓的自屏蔽体型粒子加速器系统，并且具备使带电粒子加速的加速器(回旋加速器)2和用于包围该加速器2以屏蔽放射线的放射线屏蔽件(壁体)即自屏蔽体6。在由自屏蔽体6包围而形成的内部空间s中，除了加速器2以外，还配置有用于制造ri的靶容纳装置10、用于使加速器2的内部成为真空的真空泵4等。而且，在内部空间中配置有加速器2的运行所需的附属品、靶容纳装置10的冷却中所使用的附属设备等。
29.加速器2为所谓的立式回旋加速器，并且具有一对磁极、真空箱以及包围这些一对磁极及真空箱的环状磁轭。一对磁极的一部分在真空箱内上表面彼此隔开规定间隔而相对。在这些一对磁极的间隙内，氢离子等带电粒子被多重加速。真空泵4用于保持加速器2内的真空环境，例如固定于加速器2的侧部。加速器2在图中由箭头b表示的照射方向上射出带电粒子粒子束。
30.靶容纳装置10接收从加速器2照射的带电粒子粒子束而制造ri，在内部形成有容纳原料(例如靶水；
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o水)的容纳部。如图1及图2所示，靶容纳装置10通常固定于加速器2的侧部。本实施方式的ri制造装置1具备隔着加速器2配置于两侧的2个靶容纳装置10。例如，配置于图示左侧的靶容纳装置10配置于上层侧，配置于图示右侧的靶容纳装置10配置于下层侧(参考图2)。靶容纳装置10被设置于加速器2的靶屏蔽件7覆盖。自屏蔽体6由多个零件构成并且形成为覆盖加速器2及靶容纳装置10。
31.接着，参考图3及图4，对本发明的ri制造装置1所具备的上述靶容纳装置10进一步详细地进行说明。图3是本实施方式所涉及的靶容纳装置10的剖视图。图3是在照射轴rl的位置切割靶容纳装置10而得的剖视图。图4是切割靶容纳装置10的一部分而得的截面立体图。主要参考图3，适当参考图4。
32.如图3所示，本实施方式所涉及的靶容纳装置10具备箔2、容纳部3及冷却机构4a、4b。放射性同位素制造装置具备上述靶容纳装置10和未图示的加速器。作为加速器例如采用回旋加速器等，该加速器生成带电粒子束(以下，称为“粒子束”。)，所生成的粒子束b沿着照射轴rl照射到靶容纳装置10。作为照射到靶容纳装置10的粒子束b，例如，可举出质子束、氘核束等粒子束。靶容纳装置10经由配置于其与加速器之间的多支管(manifold)(未图示)安装于导出加速器的粒子束b的导出口。另外，在以下说明中，有时将照射轴rl所延伸的方向称为靶容纳装置10的长度方向d1。并且，有时将在长度方向d1上照射粒子束b的一侧(粒子束的行进方向的上游侧)称为靶容纳装置10的前侧，将与其相反的一侧称为靶容纳装置
10的后侧。并且，有时将与靶容纳装置10的长度方向d1及上下方向正交的方向称为宽度方向d2。
33.并且，在对位置关系进行说明时，有时使用以照射轴rl为基准的“外侧”、“内侧”这样的用语。以照射轴rl为基准的外侧为在与照射轴rl正交的方向上与照射轴rl的距离远的一侧。有时将以照射轴rl为基准的外侧简称为“外周侧”。以照射轴rl为基准的内侧为在与照射轴rl正交的方向上与照射轴rl的距离近的一侧。有时将以照射轴rl为基准的内侧简称为“内周侧”。
34.靶容纳装置10例如具有圆柱状的外形。靶容纳装置10具备：靶容器12，主要用于形成容纳部3；冷却机构形成部件13，主要用于形成冷却机构4a；以及内环14及外环15，主要用于形成冷却机构4b。前表面凸缘11、靶容器12及冷却机构形成部件13由金属制块体构成。并且，前表面凸缘11、靶容器12及冷却机构形成部件13在长度方向d1上从前侧朝向后侧依次重叠。
35.箔2为在前侧分隔容纳部3的部件。箔2设置于靶容器12。箔2允许粒子束b穿过，另一方面，阻断液体靶101、he气体等流体穿过。因此，将粒子束b照射到箔2之后，穿过该箔2而照射到液体靶101。例如，将he气体喷吹到箔2的前表面，用作为箔2的冷却用气体。箔2例如为由ti等金属或合金形成的较薄的箔，其厚度成为10μm～50μm左右。箔2设置成至少覆盖容纳部3的整个区域。
36.容纳部3为容纳液体靶101的部分。容纳部3由被形成于靶容器12的凹部22、形成于靶容器12并与凹部22连通的空腔部25及箔2包围的空间构成。靶容器12例如能够由nb形成。在容纳部3内封入
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o(靶水)作为液体靶101。凹部22从靶容器12的前表面中例如固定箔2的固定面12a向长度方向d1上的后侧凹陷。凹部22具有底面22a和从该底面22a的外周缘向长度方向d1上的前侧延伸的周面22b。从长度方向d1观察时，容纳部3呈圆形(参考图4)。空腔部25为从凹部22的上端向斜上方延伸的空间。空腔部25倾斜成随着朝向长度方向d1上的后侧而向上延伸。空腔部25与凹部22的上端连通。从长度方向d1观察时，空腔部25具有扇形形状(参考图5)。
37.在靶容器12形成有用于向容纳部3内导入惰性气体(例如he气体)的气体导入孔(未图示)。在靶容器12形成有流通孔26(参考图4)，该流通孔26在容纳部3内填充液体靶101时被利用，并且在排出容纳部3内的液体靶101时被利用。
38.容纳部3具有：第1容纳部分e1，容纳液体靶101；及第2容纳部分e2，位于第1容纳部分e1的上方并且接收沸腾的液体靶101蒸发而成的气体靶。第2容纳部分e2连续形成于第1容纳部分e1的上侧。在此，由凹部22形成的空间相当于第1容纳部分e1，由空腔部25形成的空间相当于第2容纳部分e2。
39.冷却机构4a在与对液体靶101照射的粒子束b的照射方向相反一侧(即，后面侧)，利用冷却介质对容纳部3进行冷却。冷却机构4a具备对第1容纳部分e1进行冷却的第1冷却部30a及对第2容纳部分e2进行冷却的第2冷却部30b。第1冷却部30a具备配置于第1内部空间31a(第1流路)的喷嘴部32a。并且，第2冷却部30b具备配置于第2内部空间31b(第1流路)的喷嘴部32b。
40.第1内部空间31a及第2内部空间31b为用于使冷却介质在内部流动的空间。第1内部空间31a及第2内部空间31b是通过在靶容器12后侧的凹部30中安装冷却机构形成部件13
而由靶容器12与冷却机构形成部件13之间的空间构成。第1内部空间31a相对于容纳部3的第1容纳部分e1形成于长度方向d1上的后侧。第2内部空间31b相对于容纳部3的第2容纳部分e2形成于长度方向d1上的后侧。即，第2内部空间31b设置于第1内部空间31a的上侧。在内部空间31a与第1容纳部分e1之间设置有传热壁部34a。在内部空间31b与第2容纳部分e2之间设置有传热壁部34b。并且，第1内部空间31a和第2内部空间31b由隔板36彼此分隔。
41.第1喷嘴部32a为对其与第1容纳部分e1之间的传热壁部34a喷射冷却介质的部件。第1喷嘴部32a相对于传热壁部34垂直地喷射冷却介质。第1喷嘴部32a与传热壁部34分开。第2喷嘴部32b为对其与第2容纳部分e2之间的传热壁部34b喷射冷却介质的部件。第2喷嘴部32b相对于传热壁部34b垂直地喷射冷却介质。第2喷嘴部32b与传热壁部34b分开。
42.接着，对冷却机构4b进行说明。首先，在靶容器12中，以围绕照射轴rl包围容纳部3的方式安装有内环14。因此，在靶容器12中，以能够从外周侧安装内环14的方式形成圆环状的凹部40(尤其是参考图4)。另外，内环14具有被分割成半圆状的部件14a、14b的分半结构，从外周侧安装于凹部40(参考图5)。内环14呈截面为大致四边形的圆环状。但是，在与空腔部25相对应的部位，内环14的内径局部减小(参考图5)，在内周侧形成有倾斜面14b(参考图4)。在靶容器12中形成有在后侧与内环14相对置的支承面40a。外环15以从外周侧支承安装于凹部40的内环14的方式安装于支承面40a。
43.靶容器12在容纳部3的凹部22的位置处具有与内环14的内周面14a相对置的壁部。该壁部构成为第1容纳部分e1的围绕照射轴rl形成的传热壁部41。传热壁部41形成为圆筒状的薄壁部。并且，靶容器12在空腔部25的位置处具有与内环14的倾斜面14b相对置的壁部。该壁部构成为第2容纳部分e2的围绕照射轴rl形成的传热壁部42。传热壁部41在外周侧相对于传热壁部34b对置的位置上形成为薄壁部。从长度方向观察时传热壁部42形成为扇状，传热壁部41形成于除了传热壁部42以外的部分的整周(参考图5)。另外，在传热壁部41与传热壁部42之间形成从支承面40a朝向传热壁部42立起的台阶壁部44(参考图5)。
44.在围绕第1容纳部分e1的传热壁部41与内环14的内周面14a之间形成用于使冷却介质流动的冷却流路46(第2流路)。容纳部3的第1容纳部分e1以照射轴rl为基准设置于比传热壁部41更靠内侧的位置。并且，冷却流路46以照射轴rl为基准设置于比传热壁部41更靠外侧的位置。因此，冷却流路46能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部3围绕照射轴rl设置的传热壁部41，以照射轴rl为基准从比容纳部3的第1容纳部分e1更靠外侧的位置对容纳部3的第1容纳部分e1进行冷却。冷却流路46能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部3围绕照射轴rl设置的传热壁部41，从该传热壁部41的外周侧对容纳部3的第1容纳部分e1进行冷却。冷却流路46能够对容纳部3中的能够容纳液体靶101的第1容纳部分e1进行冷却。根据这样的结构，冷却流路46能够供冷却介质流通，以便经由传热壁部41，以照射轴rl为基准从内侧向外侧从容纳部3的第1容纳部分e1排热。
45.在围绕第2容纳部分e2的传热壁部42与内环14的倾斜面14b之间形成用于使冷却介质流动的冷却流路48(第2流路)。容纳部3的第2容纳部分e2以照射轴rl为基准设置于比传热壁部42更靠内侧的位置。并且，冷却流路48以照射轴rl为基准设置于比传热壁部42更靠外侧的位置。因此，冷却流路48能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部3围绕照射轴rl设置的传热壁部42，以照射轴rl为基准从比容纳部3的第2容纳部分e2更靠外侧的位置对容纳部3的第2容纳部分e2进行冷却。冷却流路48能够供冷却介质流通，以便经由相对于
容纳部3围绕照射轴rl设置的传热壁部42，从该传热壁部42的外周侧对容纳部3的第2容纳部分e2进行冷却。冷却流路48能够对容纳部3中的能够容纳气体靶102的第2容纳部分e2进行冷却。冷却流路48能够隔着第2容纳部分e2从相对于照射轴rl与内部空间31b相反一侧对容纳部3的第2容纳部分e2进行冷却。根据这样的结构，冷却流路48能够供冷却介质流通，以便经由传热壁部42，以照射轴rl为基准从内侧向外侧从容纳部3的第2容纳部分e2排热。另外，第2内部空间31b能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部3围绕照射轴rl设置的传热壁部34b，以照射轴rl为基准从比容纳部3的第2容纳部分e2更靠内侧的位置对容纳部3的第2容纳部分e2进行冷却。第2内部空间31b能够供冷却介质流通，以便经由传热壁部34b，以照射轴rl为基准从外侧向内侧从容纳部3的第2容纳部分e2排热。
46.另外，在支承面40a与内环14之间形成与冷却流路46连通的流路47。该流路47与冷却介质的供给管51及排出管52连通。因此，流路47对于冷却流路46、48进行冷却介质的供给及回收。
47.接着，参考图3及图5，对冷却介质相对于冷却流路46、48的流动进行说明。另外，供给管51及排出管52设置于支承面40a中的下端附近的区域。并且，在供给管51与排出管52之间设置有阻断冷却介质的流动的隔板54。首先，从供给管51供给的冷却介质通过在流路47(f1)中流过而供给到冷却流路46。由此，一部分冷却介质在冷却流路46(f2)中流过。在台阶壁部44中，冷却介质以越过该台阶壁部44的方式流动(f3)而供给到冷却流路48。由此，冷却介质在冷却流路48(f4)中流过。在下一个台阶壁部44中，冷却介质以沿着该台阶壁部44流下的方式流动(f5)而供给到冷却流路46及流路47。由此，冷却介质在冷却流路46(f6)中流过，并在冷却流路47(f7)中流过。
48.接着，对本实施方式所涉及的ri制造装置1及靶容纳装置10的作用效果进行说明。
49.ri制造装置1具备内部空间31a、31b，该内部空间31a、31b能够供冷却介质流通，以便从相对于粒子束b的照射轴rl的一侧(后侧)对容纳部3进行冷却。由此，能够通过使冷却介质在内部空间31a、31b中流过，而从相对于照射轴rl的一侧对容纳部3的靶进行冷却。而且，ri制造装置1具备冷却流路46、48，该冷却流路46、48能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部3围绕照射轴rl设置的传热壁部41、42，以照射轴rl为基准从比容纳部3更靠外侧的位置对容纳部3进行冷却。此时，通过使冷却介质在冷却流路46、48中流过，由此经由围绕照射轴rl的传热壁部41、42，以照射轴rl为基准从内侧向外侧从容纳部3排热，由此能够对容纳部3的靶进行冷却。如此，能够通过内部空间31a、31b及冷却流路46、48从不同方向对靶进行冷却。因此，能够提高靶的冷却效率，由此能够提高靶的核反应的效率。
50.可以为如下，冷却流路46能够对容纳部3中的能够容纳液体靶101的第1容纳部分e1进行冷却。此时，冷却流路46对由于被照射粒子束b而成为高温的液体靶101进行冷却，由此能够抑制液体靶101的蒸发。因此，能够提高液体靶101的核反应的效率。
51.可以为如下，冷却流路48能够对容纳部3中的能够容纳气体靶102的第2容纳部分e2进行冷却。此时，冷却流路48对气体靶102进行冷却，由此能够使其液化。因此，能够通过增加液体靶101的量来提高核反应的效率。
52.可以为如下，容纳部3具有：第1容纳部分e1，能够容纳液体靶101；及第2容纳部分e2，与第1容纳部分e1连通而能够容纳气体靶102，冷却流路48能够隔着第2容纳部分e2从相对于照射轴rl与内部空间31b相反一侧对容纳部3进行冷却。此时，第1容纳部分e1的液体靶
101通过被照射粒子束b而蒸发，并作为气体靶102贮存于第2容纳部分e2。对此，内部空间31b和冷却流路48能够相对于照射轴rl从两侧对气体靶102进行冷却。由此，能够通过对气体靶102进行冷却而使其液化，并作为液体靶101返回到第1容纳部分e1。因此，能够通过增加液体靶101的量来提高核反应的效率。
53.并且，靶容纳装置10具备内部空间31a、31b，该内部空间31a、31b能够供冷却介质流通，以便从相对于粒子束b的照射轴rl的一侧(后侧)对容纳部3进行冷却。由此，通过使冷却介质流过内部空间31a、31b，由此能够从相对于照射轴rl的一侧对容纳部3的靶进行冷却。而且，靶容纳装置10具备冷却流路46、48，该冷却流路46、48能够供冷却介质流通，以便经由相对于容纳部3围绕照射轴rl设置的传热壁部41、42，以照射轴rl为基准从比容纳部3更靠外侧的位置对容纳部3进行冷却。此时，通过使冷却介质流过冷却流路46、48，由此能够经由围绕照射轴rl的传热壁部41、42，以照射轴rl为基准从内侧向外侧从容纳部3排热，由此对容纳部3的靶进行冷却。如此，能够通过内部空间31a、31b及冷却流路46、48从不同方向对靶进行冷却。因此，能够提高靶的冷却效率，由此能够提高靶的核反应的效率。因此，能够提高靶的冷却效率。
54.本发明并不限定于上述实施方式。
55.例如，可以在冷却流路46、48中设置阻碍冷却介质的流动的部件。此时，通过部件阻碍冷却介质在冷却流路46、48中的流动来将层流替换为紊流，从而能够提高冷却效率。例如，如图6所示，在内环14的内周面14a及传热壁部41中的至少一个上设置有阻碍冷却介质的流动的部件60。此时，通过部件60在冷却流路46内形成狭缝。通过这样的狭缝结构阻碍流动，由此冷却介质成为紊流。
56.本发明的ri制造装置及靶容纳装置的具体结构并不限定于上述实施方式。
57.对于冷却流路46、48，只要设置至少一个即可，可以省略另一个。