回旋加速器靶室及回旋加速器的制作方法

1.本发明涉及加速器的靶结构技术领域，尤其涉及一种回旋加速器靶室及回旋加速器。


背景技术：

2.加速器是利用带电粒子引起核反应来生产放射性核素的一种装置，所生产的放射性核素是放射性药物用核素的主要来源。加速器靶室则是发生特定核反应的位置，靶室的结构和性能直接关系到放射性核素产品的质量。cyclone-30质子回旋加速器是一种常用的加速器，其靶室中现用的靶片为宽10mm，长96mm的长条状金属靶，靶托为铜材，辐照时束流入射方向与靶面的夹角为6
°
。辐照完成后，靶室通过气动系统驱动转移至热室，进行后续的溶靶和分离处理。待辐照的靶件从热室中同样通过气动系统驱动转移至辐照位。
3.但是在cyclone-30的实际使用中，由于束流辐照在靶片上一般呈枣核形，其束流辐照面积一般集中在靶片中部，靶片两端不容易被束流覆盖，这样造成了加速器束流辐照的能量浪费，也加大了辐照后靶片处理的难度和分离成本。


技术实现要素：

4.本发明提供一种回旋加速器靶室及回旋加速器，用以解决现有技术中加速器束流辐照的能量浪费，以及靶片处理难度高，分离成本高的缺陷，利用圆形的靶片组件，能够提高加速器的辐照效率、降低靶片制作和后处理的成本，从而降低加速器生产放射性核素的成本。
5.本发明提供一种回旋加速器靶室，包括：
6.主体结构，所述主体结构内部构造有凹槽和通道，且所述通道与所述凹槽连通；
7.头部结构，所述头部结构固定于所述主体结构的一端，且所述头部结构构造有通孔，所述通孔通过所述通道与所述凹槽连通；
8.尾部结构，所述尾部结构固定于所述主体结构的另一端；
9.靶片组件，所述靶片组件为圆形结构，且固定于所述凹槽中。
10.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，还包括第一压片和第二压片，所述头部结构通过所述第一压片与所述主体结构连接，所述尾部结构通过所述第二压片与所述主体结构连接。
11.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，还包括第一密封片和第二密封片，所述第一压片通过所述第一密封片与所述主体结构连接，所述第二压片通过所述第二密封片与所述主体结构连接。
12.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，所述靶片组件包括圆形底盘、圆形靶片和卡环，所述卡环固定于所述圆形底盘的周侧，所述圆形靶片固定于所述卡环和所述圆形底盘的围设空间内。
13.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，所述圆形靶片的直径取值范围为10mm至
50mm，所述圆形靶片的厚度为0.1mm至1.5mm。
14.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，所述圆形靶片的制作方法包括：通过电镀法将靶材料在所述圆形底盘表面上形成镀层，或是由靶材料裁剪制成的薄片，或是将粉末密封封装形成的胶囊靶。
15.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，还包括冷却头，所述主体结构内部构造有冷却管路，所述冷却头设于所述主体结构的外端面上，并与所述冷却管路的一端连通，所述冷却管路的另一端与所述凹槽连通。
16.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，所述冷却头包括第一水接头和第二水接头，所述第一水接头和所述第二水接头分别位于所述主体结构的两侧，分别通过对应的冷却管路与所述凹槽连通。
17.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，所述主体结构包括底座和盖板，所述凹槽设于所述底座上，所述盖板与所述底座对应扣合设置。
18.根据本发明提供的一种回旋加速器靶室，所述凹槽与水平方向的夹角取值范围在20
°
至40
°
之间。
19.本发明还提供一种回旋加速器，包括：本发明实施例的回旋加速器靶室。
20.本发明提供的一种回旋加速器靶室，通过头部结构和尾部结构组合安装于主体结构的两端，形成靶室结构，并在主体结构内部沟槽有用于安装靶片组件的凹槽，靶片组件为圆形结构，加速器束流能有效覆盖整个靶片面积，提高了辐照效率；靶片面积小，制作成本降低，靶片形式更加多样化，且便于传送和冷却；靶片后处理量变小，可降低辐照后靶片的溶解、分离的处理量，降低后处理的成本，减少放射性废物和化学处理废物产生量。
21.进一步地，本发明提供的一种回旋加速器，使用上述的回旋加速器靶室，能够提高加速器的辐照效率、降低靶片制作和后处理的成本，从而降低加速器生产放射性核素的成本。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明提供的回旋加速器靶室的第一视角外观图；
24.图2是本发明提供的底座的内部结构示意图；
25.图3是本发明提供的在底座内安装靶片组件的结构示意图；
26.图4是本发明提供的盖板的结构示意图；
27.图5是本发明提供的回旋加速器靶室的纵截面示意图；
28.图6是本发明提供的靶片组件的结构示意图；
29.附图标记：
30.10：头部结构；20：主体结构；30：尾部结构；40：靶片组件；
31.11：第一压片；12：第一密封片；13：通孔；
32.21：凹槽；22：通道；23：底座；24：盖板；25：冷却头；26：冷却管路；
33.31：第二压片；32：第二密封片；
34.41：圆形底盘；42：圆形靶片；43：卡环。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.下面结合图1-图6描述本发明的一种回旋加速器靶室。该回旋加速器靶室包括：主体结构20、头部结构10、尾部结构30和靶片组件40。
37.其中，主体结构20内部构造有凹槽21和通道22，且通道22与凹槽21连通；头部结构10固定于主体结构20的一端，且头部结构10构造有通孔13，通孔13通过通道22与凹槽21连通；尾部结构30固定于主体结构20的另一端；靶片组件40为圆形结构，且固定于凹槽21中。
38.具体来说，头部结构10为加速器粒子束流导入部分，头部结构10和尾部结构30由耐冲击和抗辐射材料制成，优选为尼龙材质。尾部结构30为密封结构，通过尾部结构30推动靶室在回旋加速器管路中的传输，同时缓冲靶室落地的冲击力，具有保护靶室的功能。主体结构20中的凹槽21用于安装靶片组件40，头部结构10的通孔13(优选采用锥形孔)与加速器束流引出端紧密连接形成真空，真空状态能最大限度地避免束流的损失，束流通过头部结构10的通孔13经过主体结构20的通道22辐照到设于凹槽21上的靶片组件40。
39.进一步地，由于束流辐照在靶片上一般呈枣核形，本发明中的靶片组件40为圆形结构，其相对于现有技术中的cyclone-30中长方形条状靶带来说，加速器束流能有效覆盖整个靶片面积，提高了辐照效率。同时由于圆形结构的靶片组件40面积大幅度缩小，还具有以下有益效果：
40.1、在确保冷却效率的前提下，可以使得束流更加集中，靶片面积都可以有效接受到束流辐照而发生核反应，从而提高了辐照效率；
41.2、用于生产放射性核素的加速器固体靶材料，大都是价格昂贵的重金属，缩小靶片面积后，可大幅度降低制作成本，同时，由于靶片面积小，靶片制作更加便捷，可以制作成电镀镀层、金属薄片、硬币形状胶囊靶等多种形式；
42.3、大幅度缩小靶片面积后，靶片的体积也大幅度缩小，在对靶片进行远程自动化控制时，包括对靶片的传入辐照站、辐照时冷却水冷却、辐照完毕后传出辐照站等操作会更加简便，操作的精确度也会提高；
43.4、靶片后处理量变小，可降低辐照后靶片的溶解、分离的处理量，降低后处理的成本，减少放射性废物和化学处理废物产生量；
44.5、该靶室可以生产的核素有
89
zr、
64
cu、
44
sc、
68
ga、
68
ge、
201
tl、
111
in等。
45.本发明提供的一种回旋加速器靶室，通过头部结构10和尾部结构30组合安装于主体结构20的两端，形成靶室结构，并在主体结构20内部沟槽有用于安装靶片组件40的凹槽21，靶片组件40为圆形结构，加速器束流能有效覆盖整个靶片面积，提高了辐照效率；靶片面积小，制作成本降低，靶片形式更加多样化，且便于传送和冷却；靶片后处理量变小，可降低辐照后靶片的溶解、分离的处理量，降低后处理的成本，减少放射性废物和化学处理废物
产生量。
46.在本发明提供的其中一个实施例中，该回旋加速器靶室还包括第一压片11和第二压片31，头部结构10通过第一压片11与主体结构20连接，尾部结构30通过第二压片31与主体结构20连接。具体地，第一压片11和第二压片31由力学性能和热稳定性优异的材料制成，优选为聚砜树脂，第一压片11起到头部结构10与主体结构20密封作用，第二压片31起到尾部结构30与主体结构20密封作用。
47.在本发明提供的其中一个实施例中，该回旋加速器靶室还包括第一密封片12和第二密封片32，第一压片11通过第一密封片12与主体结构20连接，第二压片31通过第二密封片32与主体结构20连接。具体地，第一密封片12和第二密封片32可采用毛毡，其由强韧和不易变形的织品制成，优选为羊毛毡。在本实施例中，头部结构10与主体结构20之间通过第一压片11和第一密封片12进行密封连接，尾部结构30与主体结构20之间通过第二压片31和第二密封片32进行密封连接，起到密封保护的作用。
48.在本发明提供的其中一个实施例中，靶片组件40包括圆形底盘41、圆形靶片42和卡环43，卡环43固定于圆形底盘41的周侧，圆形靶片42固定于卡环43和圆形底盘41的围设空间内。在本实施例中，圆形底盘41和卡环43用于固定圆形靶片42，进一步地，主体结构20中的凹槽21用于放置圆形底盘41，利用卡环43将圆形靶片42固定在圆形底盘41上。圆形底盘41和卡环43均由导热性能好的材料制成，优选为铜。采用本实施例这种便于组装和拆除的靶片组件40结构，可以根据不同需要，从而制作不同材质和规格圆形靶片42，进行更换。
49.进一步地，圆形靶片42可以是镀层、金属薄片、胶囊靶片等多种形式，圆形靶片42材料可以是钇、富集镍[
64
ni]等金属分别用来生产
89
zr、
64
cu，其可以是薄层或者粉末，靶片的制作方法包括：将靶材料通过电镀形成圆形底盘表面上的镀层，也可以是由单独的靶材料裁剪制成的薄片，也可以是将粉末密封封装形成的胶囊靶；同时，本发明的回旋加速器靶室适用于大部分用加速器生产核素的固体靶，如
64
cu、
89
zr、
103
pd核素等，应用范围广泛。
[0050]
在本发明提供的其中一个实施例中，圆形靶片42的直径取值范围为10mm至50mm，圆形靶片42的厚度为0.1mm至1.5mm。优选地，圆形靶片42的直径取值范围为26mm至28mm之间，厚度为0.1mm至1.5mm之间。当然，根据实际需要，也可以加工不同尺寸的圆形靶片42，而凹槽21、圆形靶片42和卡环43则也需要进行相应尺寸和规格的设计和制作。
[0051]
在本发明提供的其中一个实施例中，该回旋加速器靶室还包括冷却头25，主体结构20内部构造有冷却管路26，冷却头25设于主体结构20的外端面上，并与冷却管路26的一端连通，冷却管路26的另一端与凹槽21连通。在本实施例中，在主体结构20内部打通冷却管路26，利用端部的冷却头25输送冷却介质，对凹槽21内的靶片组件40进行冷却。一般来说，冷却介质可采用水等，当辐照开始时，将冷却头25与加速器的水冷却系统连接起来，将循环冷却介质引入到回旋加速器靶室内，从而对靶片组件40进行降温。
[0052]
在本发明提供的其中一个实施例中，冷却头25包括第一水接头和第二水接头，第一水接头和第二水接头分别位于主体结构20的两侧，分别通过对应的冷却管路26与凹槽21连通。在本实施例中，采用了两个水接头，其中第一水接头用于通过冷却管路26向靶室内输入循环冷却水，对靶片组件40进行降温，之后通过另一个冷却管路26由第二水接头将循环冷却水由靶室内导出，保证靶室内保持良好的冷却环境。
[0053]
在本发明提供的其中一个实施例中，主体结构20包括底座23和盖板24，凹槽21设
于底座23上，盖板24与底座23对应扣合设置。在本实施例中，主体结构20由两部分组成，其中底座23可采用铜托的形式，盖板24可采用铝托的形式，二者的外形满足相互扣合设置，形成主体结构20。铜托作为靶片组件40的承载结构，其内部构造了凹槽21和通道22，并布置了冷却管路26和冷却头25。
[0054]
在本发明提供的其中一个实施例中，凹槽21与水平方向的夹角取值范围在20
°
至40
°
之间。优选地，凹槽21与水平方向的夹角为25
°
，则靶片组件40也与水平方向的夹角也为25
°
，也即将与束流的倾斜角度由现有技术中的6
°
提高到25
°
。
[0055]
本发明还提供一种回旋加速器。该回旋加速器包括：上述实施例的回旋加速器靶室。
[0056]
本发明提供的一种回旋加速器，使用上述的回旋加速器靶室，能够提高加速器的辐照效率、降低靶片制作和后处理的成本，从而降低加速器生产放射性核素的成本。
[0057]
基于以上实施例的回旋加速器靶室及回旋加速器，其制作及使用方法如下：
[0058]
1.靶片制作
[0059]
使用电镀、金属薄片裁剪、粉末封装成型等多种方法将靶材料制作成圆形靶片42。
[0060]
2.装载靶片
[0061]
使用卡环43将圆形靶片42固定在圆形底盘41上以组装成靶片组件40。将靶片组件40通过螺钉固定至铜托的凹槽21处，在上部加盖铝托。头部结构10和尾部结构30分别通过压片和毛毡机械安装至主体结构20的头部和尾部。
[0062]
3.靶室传输步骤
[0063]
回旋加速器传输系统形成负压完成靶室从接收站到辐照站的传输。辐照站通过两个气缸分别完成对靶室尾部结构30的位置固定和密封夹紧功能。回旋加速器的水载体连接铜托的水接头，将循环冷却水引入靶室以对靶片组件40降温。
[0064]
4.辐照靶室
[0065]
头部结构10的锥形孔与加速器束流引出端紧密连接形成真空，真空状态能最大限度地避免束流的损失。在真空度检验和水路密封检验通过后，粒子束流进入靶室，和靶片发生核反应。
[0066]
5.卸载靶片
[0067]
辐照完成后，回旋加速器传输系统形成负压，将靶室从辐照站传输到接收站。待放射性活度衰变至安全操作状态，打开靶室，卸载靶片，进行后处理步骤。
[0068]
基于以上的制作及使用方法，本发明公开两个实施例。
[0069]
实施例1：
[0070]
1.靶片制作
[0071]
将0.1-1.5mm厚的钇箔裁剪成直径为26-28mm的圆形靶片。
[0072]
2.装载靶片
[0073]
使用卡环将0.1-1.5mm厚的钇箔作为靶片固定在圆形底盘上以组装成靶片组件。将靶片组件通过螺钉固定至铜托的凹槽处，其上加盖铝托。头部结构和尾部结构分别通过压片和毛毡机械安装至主体结构的头部和尾部。
[0074]
3.靶室传输步骤
[0075]
回旋加速器传输系统形成负压完成钇靶室从接收站到辐照站的传输。辐照站通过
两个气缸分别完成对钇靶室尾部结构的位置固定和密封夹紧功能。回旋加速器的水载体连接铜托的水接头，将循环冷却水引入钇靶室以对靶片组件降温。
[0076]
4.辐照靶室
[0077]
钇靶室头部结构的锥形孔与加速器束流引出端紧密连接形成真空，在真空度检验和水路密封检验通过后，使用质子能量为10-14mev，束流强度为10-30μa辐照钇靶室0.5-3h。
[0078]
5.卸载靶片
[0079]
辐照完成后，回旋加速器传输系统形成负压，将靶室从辐照站传输到接收站。将钇靶室放置3-9天，待放射性活度衰变至安全操作状态，卸载靶片，以进行后处理步骤。
[0080]
实施例2：
[0081]
1.靶片制作
[0082]
使用电镀法在圆形底盘预镀35-70mg的金膜，再在金膜上电镀55-175mg的富集镍[
64
ni]。
[0083]
2.装载靶片
[0084]
将镀镍靶片作为靶片组件通过螺钉固定至铜托的凹槽处，其上加盖铝托。头部结构和尾部结构分别通过压片和毛毡机械安装至主体结构的头部和尾部。
[0085]
3.靶室传输步骤
[0086]
回旋加速器传输系统形成负压完成镍靶室从接收站到辐照站的传输。辐照站通过两个气缸分别完成对镍靶室尾部结构的位置固定和密封夹紧功能。回旋加速器的水载体连接铜托的水接头，将循环冷却水引入镍靶室以对靶片组件降温。
[0087]
4.辐照靶室
[0088]
镍靶室头部结构的锥形孔与加速器束流引出端紧密连接形成真空，在真空度检验和水路密封检验通过后，使用质子能量为15.5-20mev，束流强度为40-80μa辐照镍靶室2-6h。
[0089]
5.卸载靶室
[0090]
辐照完成后，回旋加速器传输系统形成负压，将靶室从辐照站传输到接收站。将镍靶室放置12-72小时，待放射性活度衰变至安全操作状态，卸载靶室，以进行后处理步骤。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。