靶装置的制作方法

靶装置
1.本技术主张基于2020年3月30日申请的日本专利申请第2020
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060889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。
技术领域
2.本发明涉及一种靶装置。


背景技术：

3.在使用正电子放射断层造影术(pet：positron emission tomography)的pet检查的检查用药剂中使用的放射性同位素利用在医院内的检查室附近设置的回旋加速器等放射源而生产。具体而言，将出自放射源的放射线(例如，质子束、氘核束等粒子束)导入靶装置，并通过与容纳于靶装置的靶液体(例如，靶液(
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o水))的核反应来生产放射性同位素。之后，将所生产的放射性同位素嵌入规定的化合物(例如，氟代脱氧葡萄糖(fdg：fluoro
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deoxy
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glucose))中或将其一部分置换而进行合成，由此制成检查用药剂。
4.作为容纳用于生产这种放射性同位素的靶液体的装置，已知有一种具备冷却机构的装置，该冷却机构从背面冷却容纳靶液体的部分及接收沸腾的靶液体的气液混合物的部分(例如，参考专利文献1)。
5.专利文献1：日本特开2011
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220930号公报
6.在此，当提高了对靶液体照射的放射线的强度时，对冷却靶容纳部的冷却部要求较高的冷却性能。上述靶装置的冷却机构对容纳有靶液体的部分的背面(传热壁部)以与放射线同轴的方式喷射制冷剂。之后，靶装置的冷却机构利用通过该喷射而接触传热壁部之后呈放射状扩散的制冷剂(从容纳液体的部分朝向接收气液混合物的部分的朝上的流动)，从接收靶液体的气液混合物的部分背面冷却靶容纳部。然而，该结构中有时无法得到充分的冷却性能。因此，要求一种能够提高冷却机构的冷却性能的靶装置。


技术实现要素：

7.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够提高基于冷却机构的冷却性能的靶装置。
8.为了实现上述目的，本发明的一方式所涉及的靶装置具备：靶容纳部，具有容纳靶液体的第1区域及位于第1区域的上方并接收沸腾的靶液体的气液混合物的第2区域；及冷却机构，在与对靶液体照射的射束的照射方向相反的一侧，利用制冷剂冷却靶容纳部，冷却机构具备至少冷却第1区域的第1冷却部及至少冷却第2区域的第2冷却部，第2冷却部在第2区域形成从上方朝向下方的制冷剂的流动。
9.根据上述靶装置，靶容纳部具有容纳靶液体的第1区域及位于第1区域的上方并接收沸腾的靶液体的气液混合物的第2区域。与此相对，冷却机构具备至少冷却第1区域的第1冷却部及至少冷却第2区域的第2冷却部。而且，第2冷却部在第2区域形成从上方朝向下方的制冷剂的流动。与直接使用第1冷却部中所使用的制冷剂时的冷却性能相比，能够提高基
于从上方流向下方的制冷剂的冷却性能。通过以上结构，能够提高基于冷却机构的冷却性能。
10.可以如下：第1冷却部具备对与第1区域之间的隔壁喷射制冷剂的第1喷嘴部，第2冷却部具备对与第2区域之间的隔壁喷射制冷剂的第2喷嘴部，在第2冷却部中，在比第2喷嘴部的喷射部位靠下侧形成从上方朝向下方的制冷剂的流动。与其他强制对流相比，通过喷射进行的冷却的传热系数高且冷却效率好。因此，除了通过第1喷嘴部的喷射对第1区域进行的冷却之外，还由第2喷嘴部通过喷射冷却第2区域，由此能够进一步提高冷却机构的冷却性能。
11.可以如下：第1冷却部中制冷剂所流经的第1内部空间与第2冷却部中制冷剂所流经的第2内部空间被彼此隔开。在这种情况下，能够在使第1冷却部与第2冷却部彼此独立开的状态下进行冷却。在这种情况下，能够抑制其中一个冷却部的制冷剂的流动干扰另一个冷却部的制冷剂的流动。
12.发明效果
13.根据本发明，可提供一种能够提高基于冷却机构的冷却性能的靶装置。
附图说明
14.图1是本实施方式所涉及的靶装置的剖视图。
15.图2是对靶液体照射射束时的状态下的靶装置的剖视图。
16.图3是从后表面侧观察靶装置的图。
17.图4是表示靶容纳部的详细结构的图。
18.图中：3
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靶容纳部，4
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冷却机构，30a
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第1冷却部，30b
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第2冷却部，31a
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第1内部空间，31b
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第2内部空间，32a
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第1喷嘴部，32b
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第2喷嘴部，34
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传热壁部(隔壁)，100
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靶装置。
具体实施方式
19.以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。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。
20.图1是本实施方式所涉及的靶装置100的剖视图。图1是在照射轴rl的位置剖开靶装置100的剖视图。图1表示对靶液体101照射射束b之前的状态。图2是对靶液体101照射射束b时的状态下的靶装置100的剖视图。图3是从后表面侧观察靶装置100的图。
21.如图1所示，本实施方式所涉及的靶装置100具备射束导入部1、箔2、靶容纳部3及冷却机构4。放射性同位素生产装置具备上述靶装置100及未图示的加速器。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“射束”。)，所生成的射束b(参考图2)沿着照射轴rl照射于靶装置100。作为照射于靶装置100的射束b，例如可列举质子束和氘核束等粒子束。靶装置100通过在与加速器之间配置的歧管(未图示)，安装于导出加速器的射束b的导出口。另外，在以下说明中，有时将照射轴rl延伸的方向称为靶装置100的纵深方向d1。并且，有时将纵深方向d1上照射射束b的那一侧(射束的行进方向的上游侧)称为靶装置100的前侧，将其相反侧称为靶装置100的后侧。并且，有时将与靶装置100的纵深方向d1及上下方向正交的方向称为宽度方向d2。
22.靶装置100例如具有四棱柱形状的外形。靶装置100具备主要用于形成射束导入部
1的前表面凸缘11、主要用于形成靶容纳部3的靶容器12及主要用于形成冷却机构4的流路形成部件13。前表面凸缘11、靶容器12及流路形成部件13由金属制的块体构成。并且，前表面凸缘11、靶容器12及流路形成部件13在纵深方向d1上从前侧朝向后侧依次重叠。
23.靶装置100具备在纵深方向d1上彼此平行的前表面100a及后表面100b、在宽度方向d2上彼此平行的侧表面100c及侧表面100d(参考图3)、以及在上下方向上彼此平行的上表面100e及下表面100f。前表面100a由前表面凸缘11在纵深方向d1上的前侧的面构成。另外，在前表面100a的与照射轴rl相对应的位置安装有导入射束b的环形部件14。后表面100b由流路形成部件13在纵深方向d1上的后侧的面构成。侧表面100c、100d由前表面凸缘11、靶容器12及流路形成部件13在宽度方向d2上的端面的组合而构成。上表面100e由前表面凸缘11、靶容器12及流路形成部件13的上侧的面的组合而构成。下表面100f由前表面凸缘11、靶容器12及流路形成部件13的下侧的面的组合而构成。
24.射束导入部1是将射束b导入到靶装置100内的部分。射束导入部1由以射束b的照射轴rl为中心的导入孔21构成。导入孔21由形成于环形部件14的贯穿孔及形成于前表面凸缘11的贯穿孔的组合而构成。在导入孔21的后侧的开口部，有箔2露出。因此，导入于射束导入部1的导入孔21的射束b照射于箔2。另外，构成射束导入部1的环形部件14及前表面凸缘11例如能够由铝合金形成。
25.箔2是将射束导入部1与靶容纳部3隔开的部件。箔2夹在前表面凸缘11与靶容器12之间。箔2通过前表面凸缘11按压于靶容器12而被固定。箔2允许射束b通过，另一方面又切断靶液体101和he气等流体通过。因此，射束b照射于箔2之后，通过该箔2而照射于靶液体101。例如he气被吹到箔2的前表面而被用作箔2的冷却用气体。箔2是例如由ti等金属或合金形成的薄的箔，其厚度为10μm～50μm左右。箔2被设置成至少覆盖射束导入部1的整个导入孔21。并且，箔2被设置成覆盖靶容纳部3的后述凹部22的整个开口部。
26.靶容纳部3是容纳靶液体101的部分。靶容纳部3由被在靶容器12形成的凹部22及箔2包围的空间构成。靶容器12例如能够由nb形成。在靶容纳部3内作为靶液体101封入
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o(靶液)。凹部22从靶容器12的前表面中的例如夹着箔2的固定面12a向纵深方向d1上的后侧凹陷。凹部22具有底面22a及从该底面22a的外周缘向纵深方向d1上的前侧延伸的周面22b。从宽度方向d2观察时，靶容纳部3(除了设置有后述散热片29的点之外)呈以靶装置100的中心线cl1为基准对称的形状。
27.在靶容器12形成有用于向靶容纳部3内导入惰性气体(例如he气)的气体导入孔23。该气体导入孔23与靶容纳部3连通，且延伸至设置于靶容器12的背面的开口部24a。在该靶容器12的背面的开口部24a连接有进一步向后方延伸的配管路径24。惰性气体通过配管路径24及气体导入孔23而被导入到靶容纳部3内。如此在靶容纳部3内部导入高压(例如3mpa)的惰性气体，由此能够将靶容纳部3内设为高压而提高靶液体101的沸腾温度。
28.在靶容器12形成有在向靶容纳部3内填充靶液体101时用到、并且在排出靶容纳部3内的靶液体101时用到的流通孔26。该流通孔26与靶容纳部3连通，且延伸至设置于靶容器12的背面的开口部27a。在该靶容器12的背面的开口部27a连接有进一步向后方延伸的配管路径27。之后，靶液体101通过配管路径27及流通孔26而被导入到靶容纳部3内。并且，靶容纳部3内的靶液体101通过流通孔26及配管路径27而被排出。
29.靶容纳部3具有容纳靶液体101的第1区域e1及位于第1区域e1的上方并接收沸腾
的靶液体101的气液混合物102(参考图2)的第2区域e2。另外，第2区域e2接收沸腾的气液混合物102的状态是指，照射射束b之前不容纳靶液体101，而在照射射束b时容纳气液混合物102的状态。第2区域e2连续地形成于第1区域e1的上侧。沸腾之前的靶液体101的液面被设定在第1区域e1与第2区域e2之间的边界部。本实施方式中，该边界部被设定在比照射轴rl靠上侧且比中心线cl1靠下侧。因此，第2区域e2的容积大于第1区域e1的容积。但是，第1区域e1与第2区域e2的容积的大小关系并无特别限定，两者的容积既可以相同，也可以是第1区域e1的容积更大。气液混合物102由于在内部产生气泡而液面上升，进而到达第2区域e2(参考图2)。
30.参考图4对靶容纳部3的更详细的结构进行说明。如图4的(a)所示，靶容纳部3具有上端部及下端部呈半圆形的轨道形的形状。在第2区域e2设置有多个散热片29。多个散热片29从与第1区域e1的边界部附近朝上方延伸至第2区域e2的上端部。多个散热片29在宽度方向w1上以规定的间隔排列。散热片29从凹部22的底面22a向纵深方向d1的前侧延伸。散热片29固定于底面22a。散热片29的高度并无特别限定，可以延伸至箔2的位置(参考图4的(b))。另外，在第1区域e1没有设置散热片29，底面22a铺展成平面状。
31.如上所述，若在第2区域e2设置散热片29，则能够增加气液混合物102与冷却面的接触面积，因此能够提高第2冷却部30b的冷却性能。另一方面，在第1区域e1中，为了防止射束b接触散热片29，而没有设置散热片29。并且，在第2区域e2中因蒸发而产生的气体成分较多，因此由设置散热片29带来的冷却效果变高。相比之下，若在液体成分较多的第1区域e1设置散热片29，则必须相应地确保用于容纳靶液体101的容积。与冷却性能提高带来的影响相比，靶容纳部3整体的外形变大所致的影响有可能更大。因此，在第1区域e1没有设置散热片29。
32.再参考图1，冷却机构4在与对靶液体101照射的射束b的照射方向相反的一侧(即后表面侧)，利用制冷剂冷却靶容纳部3。冷却机构4具备冷却第1区域e1的第1冷却部30a及冷却第2区域e2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内的喷嘴部32a。并且，第2冷却部30b具备配置于第2内部空间31b的喷嘴部32b。
33.第1内部空间31a及第2内部空间31b是用于使制冷剂在内部流动的空间。第1内部空间31a相对于靶容纳部3的第1区域e1形成于纵深方向d1上的后侧。第2内部空间31b相对于靶容纳部3的第2区域e2形成于纵深方向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、31b与靶容纳部3之间设置有传热壁部34(隔壁)。
34.并且，第1内部空间31a与第2内部空间31b通过隔壁36被彼此隔开。由此，从前侧观察时，内部空间31a、31b具有在上下方向的中央位置分割上端部及下端部呈半圆状的轨道形的形状(上端部侧与内部空间31b相对应，下端部侧与内部空间31a相对应)而成的形状(参考图3)。内部空间31a、31b呈上述形状，且与纵深方向d1平行地延伸。另外，隔壁36设置于靶装置100的中心线cl1的位置。因此，第1内部空间31a靠近第2区域e2的下端侧的一部分。另外，靶容器12在后表面具有凹部37。并且，流路形成部件13在前表面具有凹部38a、38b。在凹部38a与凹部38b之间设置有隔壁36。第1内部空间31a由靶容器12的凹部37与流路形成部件13的凹部38a的组合而形成。第2内部空间31b由靶容器12的凹部37与流路形成部件13的凹部38b的组合而形成。
35.第1喷嘴部32a是对与第1区域e1之间的传热壁部34喷射制冷剂的部件。第1喷嘴部
32a对传热壁部34垂直喷射制冷剂。第1喷嘴部32a对传热壁部34中与照射轴rl交叉的位置(与导入孔21相对置的位置且与射束b同轴的位置)喷射制冷剂。此时，从纵深方向d1观察时，第1喷嘴部32a的喷嘴中心配置于射束b的直径内。第1喷嘴部32a是与纵深方向d1平行地延伸的圆筒状的部件。第1喷嘴部32a设置于凹部38a的底面。第1喷嘴部32a与传热壁部34分离。在第1喷嘴部32a的前端部(纵深方向d1上的前侧的端部)形成直径扩大的扩径部32a。扩径部32a的外周面与凹部37、凹部38a的内周面及隔壁36分离。
36.第2喷嘴部32b是对与第2区域e2之间的传热壁部34喷射制冷剂的部件。第2喷嘴部32b对传热壁部34垂直喷射制冷剂。第2喷嘴部32b进行喷射的部位优选为气液混合物102的界面附近。第2喷嘴部32b是与纵深方向d1平行地延伸的圆筒状的部件。第2喷嘴部32b设置于凹部38b的底面。第2喷嘴部32b与传热壁部34分离。在第2喷嘴部32b的前端部(纵深方向d1上的前侧的端部)形成直径扩大的扩径部32b。扩径部32b的外周面与凹部37、凹部38b的内周面及隔壁36分离。
37.冷却机构4具有用于从喷嘴部32a、32b喷射制冷剂的制冷剂的流通机构40。首先，在后表面100b插入供给制冷剂的供给管41。供给管41经由形成于流路形成部件13的流路42与第2喷嘴部32b的喷射口连通。在第2内部空间31b的凹部38b的底面，开设有回收第2内部空间31b内的制冷剂的流路43。流路43在流路形成部件13内延伸，且与第1喷嘴部32a的喷射口连通。在第1内部空间31a的凹部38a的底面，开设有回收第1内部空间31a内的制冷剂的流路44。流路44与插入于流路形成部件13的后表面的回收管46连接。回收管46向宽度方向d2的一侧延伸(参考图3)，并制冷剂通过未图示的管而被设置于靶装置100的上侧的回收管47回收。
38.接着，参考图2及图3对照射射束b时的冷却机构4的制冷剂的流动进行详细说明。若对靶液体101(参考图1)照射射束b，则靶液体101会沸腾，使得气液混合物102被引入第2区域e2。由此，在第1区域e1生成f
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18。此时，从供给管41供给制冷剂，由此第2喷嘴部32b向传热壁部34的与第2区域e2相对应的位置(具体而言为界面附近)喷射制冷剂(流动f1)。碰撞到传热壁部34的制冷剂从碰撞部位呈放射状扩散。由此，在第2喷嘴部32b与传热壁部34之间，在第2区域e2形成从上方朝向下方的制冷剂的流动(流动f2)。另外，在第2区域e2还形成从下方朝向上方的制冷剂的流动(流动f3)。在传热壁部34扩散的制冷剂在扩径部32b折回，并朝向流路43的开口部43a流动而被回收(流动f4)。从第2内部空间31b回收的制冷剂通过流路43而流向第1喷嘴部32a(流动f5)。由此，第1喷嘴部32a向传热壁部34的与第1区域e1相对应的位置(具体而言为与射束b同轴的位置)喷射制冷剂(流动f6)。
39.碰撞到传热壁部34的制冷剂从碰撞部位呈放射状扩散。由此，在第1喷嘴部32a与传热壁部34之间，在第1区域e1形成从上方朝向下方的制冷剂的流动(流动f7)。并且，在第1区域e1还形成从下方朝向上方的制冷剂的流动(流动f8)。另外，由于第2区域e2还靠近第1内部空间31a的一部分，因此流动f8的上侧的一部分也靠近第2区域e2(参考图2)。在传热壁部34扩散的制冷剂在扩径部32a折回，并朝向流路44的开口部44a流动而被回收(流动f9)。从第1内部空间31a回收的制冷剂通过流路44而流向回收管46(流动f10)。并且，制冷剂被回收管47回收(流动f11)。
40.接着，对本实施方式所涉及的靶装置100的作用效果进行说明。
41.根据本实施方式所涉及的靶装置100，靶容纳部3具有容纳靶液体101的第1区域e1
及接收沸腾的靶液体101的气液混合物102的第2区域e2(照射射束b之前，没有容纳靶液体101的区域)。与此相对，冷却机构4具备至少冷却第1区域e1的第1冷却部30a及至少冷却第2区域e2的第2冷却部30b。而且，第2冷却部30b在第2区域e2形成从上方朝向下方的制冷剂的流动(图2的流动f2)。与直接使用在第1冷却部30a所使用的制冷剂时的冷却性能相比，能够提高基于从上方流向下方的制冷剂的冷却性能。通过以上结构，能够提高基于冷却机构4的冷却性能。
42.在靶容纳部3中，经加热而逐渐上升的靶液体的蒸气成分大多存在于第2区域e2的上部，但在这些部位，期待通过冷凝传热而带走更多的热量。因此，第2冷却部30b使制冷剂接触第2区域e2的上部的传热壁部34，由此能够使该传热壁部34保持更低的温度。因此，能够提高冷却性能。
43.第1冷却部30a具备对与第1区域e1之间的传热壁部34喷射制冷剂的第1喷嘴部32a。第2冷却部30b具备对与第2区域e2之间的传热壁部34喷射制冷剂的第2喷嘴部32b。在第2冷却部30b中，可以在比第2喷嘴部32b的喷射部位靠下侧形成从上方朝向下方的制冷剂的流动(图2的流动f2)。与其他强制对流相比，通过喷射进行的冷却的传热系数高且冷却效率好。因此，除了通过第1喷嘴部32a的喷射对第1区域e1进行的冷却之外，还由第2喷嘴部32b通过喷射冷却第2区域e2，由此能够进一步提高冷却机构4的冷却性能。
44.第1冷却部30a中制冷剂所流经的第1内部空间31a与第2冷却部30b中制冷剂所流经的第2内部空间31b可以被彼此隔开。在这种情况下，能够在使第1冷却部30a与第2冷却部30b彼此独立的状态下进行冷却。在这种情况下，能够抑制其中一个冷却部的制冷剂的流动干扰另一个冷却部的制冷剂的流动。
45.当通过喷射进行冷却时，喷嘴中心附近的传热系数大且热效率好，但远离喷嘴中心的部位的传热系数变小。因此，能够有效地进行冷却的部位以每分钟5～10公升的制冷剂的流量计，仅限于半径2cm左右。例如，如后述比较例那样，当利用来自第1冷却部30a的制冷剂对第2区域e2也进行冷却时，第2区域e2在径向上远离第1喷嘴部32a，因此有时无法进行充分的冷却。与此相对，若使第1冷却部30a与第2冷却部30b彼此独立，而通过第2冷却部30b形成第2区域e2专用的制冷剂的流动，则能够大幅提高对第2区域e2的冷却效率。
46.作为比较例，准备一个从上述实施方式所涉及的靶装置100拆除第2冷却部30b及隔壁36的靶装置。比较例所涉及的靶装置利用通过第1喷嘴部32a的喷射而产生的朝向上方的制冷剂的流动(相当于图2的流动f8)来冷却第2区域。在这种比较例所涉及的靶装置中，当18mev、平均95μa的射束b对靶液体101照射2小时时，靶容纳部3最大达到3.5mpa，并生成了416gbq的f
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18。若增加更多的射束电流，则靶容纳部3的压力有可能超过推荐上限4.2mpa，而使靶破损。与此相比，在本实施方式所涉及的靶装置100中，当18mev、平均95μa的射束b对靶液体101照射2小时时，靶容纳部3最大达到2.3mpa，并生成了450gbq的f
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18。而且，当平均167μa的射束b对靶液体101照射2小时时，靶容纳部3最大达到3.4mpa，并生成了755gbq的f
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18。如此，本实施方式的靶装置100的冷却机构4的冷却性能高，由此与比较例相比，能够提高射束b的强度。
47.本发明并不限定于上述实施方式。
48.例如，第2冷却部具备对与第2区域之间的隔壁喷射制冷剂的第2喷嘴部。但是，第2冷却部只要在第2区域形成从上方朝向下方的制冷剂的流动即可，无需一定具有第2喷嘴
部。例如，也可以从第2内部空间的上端在传热壁部34形成从上方流向下方的制冷剂的流动。即，在上述实施方式中，第2冷却部通过喷射还形成了从下方朝向上方的流动(图2的流动f3)，但也可以仅形成从上方朝向下方的流动。
49.冷却机构中的制冷剂的流通机构并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，仅使用一个制冷剂的供给管，在第1冷却部的喷射中也使用第2冷却部的喷射中所使用的制冷剂。取而代之，也可以对第1冷却部设置专用的供给管，并对第2冷却部设置专用的供给管。并且，制冷剂的流路和配管的结构可以适当变更。