CN116259431B - 一种基于加速器的同位素生产固态靶装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生产同位素的技术领域，具体提供一种基于加速器的同位素生产固态靶装置，旨在解决现有同位素生产固态靶装置同位素产量较低，造成生产效率低下的问题。为此目的，本发明的基于加速器的同位素生产固态靶装置包括：加速器、屏蔽体、第一靶片和第二靶片；加速器用于产生质子束流；屏蔽体具有质子束流通道，第一靶片设置于屏蔽体的内腔并和质子束流通道的出口相抵，以生产第一组同位素和中子；第二靶片设置于屏蔽体的内腔并位于第一靶片的后方，生产第二组同位素。通过设置第一靶片和第二靶片，第一靶片可同时生产第一组同位素和中子，该中子辐照第二靶片可生产第二组同位素，可提高生产同位素产能，进而提升生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及生产同位素的技术领域，具体提供一种基于加速器的同位素生产固态靶装置。
背景技术
医用同位素药物是重大医疗诊断治疗的关键，如Ge-68、Tc-99m、Lu-177、Y-90、Ac-225等医用同位素，可制成药物用于体内诊断药物、体外诊断药物、治疗用放射性药物等，在心脑血管、恶性肿瘤、神经退化等重大疾病诊断与治疗领域，具有不可替代的优势。
目前，同位素生产主要通过在反应堆中辐照高浓缩235U或靶件原料生产，存在工艺复杂、成本高、长距离运输损失等弊端以及核扩散风险。
近年也有在同位素生产固态靶装置中使用加速器开展同位素生产的案例，可解决了上述多个问题，但是利用加速器生产同位素产量较低，造成生产同位素效率低下的问题。
相应地，本领域需要一种基于加速器的同位素生产固态靶装置解决上述问题。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有同位素生产固态靶装置同位素产量较低，造成生产同位素效率低下的问题。
本发明提供一种基于加速器的同位素生产固态靶装置，所述固态靶装置包括加速器、屏蔽体、第一靶片和第二靶片；所述加速器用于产生质子束流；所述屏蔽体具有质子束流通道，用于加速器产生的质子束流进入；所述第一靶片设置于所述屏蔽体的内腔并和所述质子束流通道的出口相抵，以便所述质子束流辐照所述第一靶片发生反应，以生产第一组同位素和中子；所述第二靶片设置于所述屏蔽体的内腔并位于所述第一靶片的后方，以便所述中子辐照所述第二靶片，以生产第二组同位素。
在采用上述技术方案的情况下，本发明的固态靶装置包括加速器、屏蔽体、第一靶片和第二靶片，加速器用于产生质子束流，屏蔽体具有质子束流通道，用于加速器产生的质子束流进入，第一靶片设置于屏蔽体的内腔并和质子束流通道的出口相抵，以便质子束流辐照第一靶片发生反应，以生产第一组同位素和中子，第二靶片设置于屏蔽体的内腔并位于第一靶片的后方，以便中子辐照第二靶片，以生产第二组同位素，通过设置第一靶片和第二靶片，第一靶片可同时生产第一组同位素和中子，该中子辐照第二靶片可生产第二组同位素，因此可提高生产同位素产能，进而提升生产效率、降低成本。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述第一靶片的材质为Ga-69、Mo-100、Ra-226、Cd-112中的任意一种；所述第二靶片的材质为N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的任意一种。
在采用上述技术方案的情况下，本发明的第一靶片采用Ga-69、Mo-100、Ra-226、Cd-112中的任意一种作为材质，第二靶片采用N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的任意一种为材质，可生产多种类的同位素。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述第一组同位素为Ge-68、Tc-99m、Ac-225、In-111中的任意一种；所述第二组同位素为N-15、Co-60、Y-90、Lu-177中的任意一种。
在采用上述技术方案的情况下，本发明所生产的同位素Ge-68、Tc-99m、Ac-225、In-111、N-15、Co-60、Y-90、Lu-177，可用于医疗领域。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述固态靶装置还包括气冷结构，其包括进气管、出气管、第一气腔和第二气腔；所述进气管安装于所述屏蔽体的内腔；所述出气管安插于所述屏蔽体的内腔；所述第一气腔和所述第一靶片相邻，所述第一气腔和所述进气管连接，用于冷气进入为所述第一靶片降温，所述第一气腔和所述出气管连接，用于冷气排出；所述第二气腔和所述第二靶片相邻，所述第二气腔和所述进气管连接，用于冷气进入为所述第二靶片降温，所述第二气腔和所述出气管连接，用于冷气排出。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置相连接的进气管、出气管、第一气腔和第二气腔，第一气腔用于将第一靶片反应产生的热量带走，第二气腔用于将第二靶片反应产生的热量带走，进而避免第一靶片和第二靶片温度过高造成影响。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述固态靶装置还包括中子倍增层，其设置于所述第一气腔和所述第二靶片之间，用于对所述中子进行反应以使得所述中子倍增。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过增加中子倍增层，对中子进行反应以增加中子的数量，利于第二靶片生产同位素。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述中子倍增层的材质为：Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过将Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种作为中子倍增层的材质，可有效的增加中子的数量以便第二靶片生产同位素，以便提高第二组同位素的产量。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述固态靶装置还包括慢化层，其设置于所述中子倍增层和所述第二靶片之间，用于对倍增后的所述中子进行慢化以降低中子能量。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置慢化层用于对倍增后的中子进行慢化以降低中子能量，进而提升第二靶片的反应效率。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述慢化层的材质为石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过将石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种作为慢化层的材质，慢化能力较好，利于第二靶片的反应。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述固态靶装置还包括第一固体靶传输***，其延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第一靶片连接，用于更换所述第一靶片。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置第一固体靶传输***可实现在线更换第一靶片，方便快捷。
在上述基于加速器的同位素生产固态靶装置的优选技术方案中，所述固态靶装置还包括第二固体靶传输***，其延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第二靶片连接，用于更换所述第二靶片。
在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置第二固体靶传输***可实现在线更换第二靶片，方便快捷。
附图说明
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是本发明的基于加速器的同位素生产固态靶装置的截面图。
图中标记：
1、屏蔽体；2、第一靶片；3、第一固体靶传输***；4、第二固体靶传输***；5、进气管；6、第二气腔；7、出气管；8、第二靶片；9、慢化层；10、中子倍增层；11、第一气腔；12、质子束流通道。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的基于加速器的同位素生产固态靶装置的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
首先参阅图1，本发明的基于加速器的同位素生产固态靶装置一般包括加速器(图中未示出)、屏蔽体1、第一靶片2和第二靶片8。其中，加速器用于产生质子束流，屏蔽体1具有质子束流通道12，用于加速器产生的质子束流进入。第一靶片2设置于屏蔽体1的内腔并和质子束流通道12的出口相抵，以便质子束流辐照第一靶片2发生反应，以生产第一组同位素和中子。第二靶片8设置于屏蔽体1的内腔并位于第一靶片2的后方，以便中子辐照第二靶片8，以生产第二组同位素。通过设置第一靶片2和第二靶片8，第一靶片2可同时生产第一组同位素和中子，上述中子辐照第二靶片8可生产第二组同位素，因此可提高生产同位素产能，进而提升生产效率、降低成本。
继续参阅图1，具体地，加速器设置于屏蔽体1的前侧，屏蔽体1一般为柱体，不局限于是柱体，也可以是其他形状例如，矩形体等。该屏蔽体1具有外壳内部注有填充材料，质子束流通道12开于屏蔽体1的后侧，该质子束流通道12入口的端和加速器应用设置，屏蔽体1的内部形成一个空腔(图中未标记)，第一靶片2安装于空腔并位于质子束流通道12出口，以便质子辐照第一靶片2，用于产生第一组同位素和中子，第二靶片8安装于空腔并位于第一靶片2的后侧，用于对上述中子反应生产第二组同位素。
其中，质子束流通道12提供能量为20-35MeV，流强为200uA-2000uA的质子束流。优选地，能量为30MeV，流强为600uA。
继续参见图1，在本实施例中，第一靶片2和第二靶片8的形状相同、一般为圆片或矩形片，质子束流通道12的截面形状一般为圆形或矩形，用于和第一靶片2、第二靶片8保持一致即可满足基本需求。
进一步地，第一靶片2和第二靶片8为同轴设置，避免在反应中产生不良影响。
参阅图1，在一个实施例中，第一靶片2的材质为Ga-69、Mo-100、Ra-226、Cd-112中的任意一种，第二靶片8的材质为N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的任意一种。通过第一靶片2采用Ga-69、Mo-100、Ra-226、Cd-112中的任意一种作为材质，用于和质子发生p，2n反应，进而产生第一组同位素和中子。第二靶片采用N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的任意一种为材质，用于和中子发生n，γ反应，可产生第二组同位素，进而生产多种不同的同位素。
进一步地，第一组同位素为Ge-68、Tc-99m、Ac-225、In-111中的任意一种，第二组同位素为N-15、Co-60、Y-90、Lu-177中的任意一种。
参阅图1，在一个实施例中，本发明的固态靶装置还包括气冷结构，该气冷结构一般包括进气管5、出气管7、第一气腔11和第二气腔6。其中，进气管5安装于屏蔽体1的内腔，出气管7安插于屏蔽体1的内腔，第一气腔11和第一靶片2的相邻，第一气腔11和进气管5的后端连接，用于冷气进入为第一靶片2降温，第一气腔11和出气管7的后端连接，用于冷气排出，第二气腔6和第二靶片8相邻，第二气腔6和进气管5连接，用于冷气进入为第二靶片8降温，第二气腔6和出气管7连接，用于冷气排出。通过设置相连接的进气管5、出气管7、第一气腔11和第二气腔6，且第一气腔11用于将第一靶片2反应产生的热量带走，第二气腔6用于将第二靶片8反应产生的热量带走，进而避免第一靶片2和第二靶片8温度过高造成影响。
继续参阅图1，具体地，进气管5的前端和冷气循环装置连接，冷气循环装置一般是现有的冷气循环装置，当然也可以是空调。该进气管5处于屏蔽体1的内部上侧。出气管7的前端和上述冷气循环装置连接。第一气腔11为圆盘腔，第二气腔6为圆盘腔。
参阅图1，在一个实施例中，本发明的固态靶装置还包括中子倍增层10，该中子倍增层10设置于第一气腔11和第二靶片8之间用于对中子进行反应以使得中子倍增。通过增加中子倍增层10，可对中子进行反应以增加中子的数量，利于第二靶片8生产同位素。
其中，中子倍增层10为圆形或矩形，并和第一靶片2、第一气腔11的形状相同，便于对中子起反应，同时结构整齐便于安装。
在本实施例中，中子倍增层10的材质为：Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种。通过将Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种作为中子倍增层10的材质，可产生n，2n或n，3n反应可有效的增加中子的数量以便第二靶片8生产同位素，以便提高第二组同位素的产量。
参阅图1，在一个实施例中，本发明的固态靶装置还包括慢化层9，该慢化层9设置于中子倍增层10和第二靶片8之间，用于对倍增后的中子进行慢化反应以降低中子能量。通过设置慢化层9用于对倍增后的中子进行慢化反应以降低中子能量，进而提升第二靶片8的反应效率。
在本实施例中，慢化层9的材质为石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种。通过将石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种作为慢化层9的材质，慢化能力较好，利于第二靶片8的反应。
参阅图1，在一个实施例中，本发明的固态靶装置还包括第一固体靶传输***3，该第一固体靶传输***3延伸于屏蔽体1的内腔并和第一靶片2连接，用于更换第一靶片2。通过设置第一固体靶传输***3可实现在线更换第一靶片2，方便快捷。更换第二靶片8不需要频繁停机，设备利用率高，经济性好。
其中，第一固体靶传输***3为现有的固体靶传输***在此不再详细阐述其具体结构。
参阅图1，在一个实施例中，本发明的固态靶装置还包括第二固体靶传输***4，该第二固体靶传输***4延伸于屏蔽体1的内腔并和第二靶片8连接，用于更换第二靶片8。通过设置第二固体靶传输***4可实现在线更换第二靶片8，方便快捷。更换第二靶片8不需要频繁停机，设备利用率高，经济性好。其中，第二固体靶传输***4为现有的固体靶传输***在此不再详细阐述其具体结构。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述固态靶装置包括加速器、屏蔽体、第一靶片和第二靶片；
所述加速器用于产生质子束流；
所述屏蔽体具有质子束流通道，用于所述质子束流进入；
所述第一靶片设置于所述屏蔽体的内腔并和所述质子束流通道的出口相抵，以便所述质子束流辐照所述第一靶片发生反应，以生产第一组同位素和中子；
所述第二靶片设置于所述屏蔽体的内腔并位于所述第一靶片的后方，以便所述中子辐照所述第二靶片，以生产第二组同位素；
所述第一靶片的材质为Ga-69、Mo-100、Ra-226、Cd-112中的任意一种；所述第二靶片的材质为N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的任意一种；所述第一组同位素为Ge-68、Tc-99m、Ac-225、In-111中的任意一种；所述第二组同位素为N-15、Co-60、Y-90、Lu-177中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述固态靶装置还包括气冷结构，其包括进气管、出气管、第一气腔和第二气腔；
所述进气管安装于所述屏蔽体的内腔；
所述出气管安插于所述屏蔽体的内腔；
所述第一气腔和所述第一靶片相邻，所述第一气腔和所述进气管的后端连接，用于冷气进入为所述第一靶片降温，所述第一气腔和所述出气管的后端连接，用于冷气排出；
所述第二气腔和所述第二靶片相邻，所述第二气腔和所述进气管的连接，用于冷气进入为所述第二靶片降温，所述第二气腔和所述出气管的连接，用于冷气排出。
3.根据权利要求2所述的基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述固态靶装置还包括中子倍增层，其设置于所述第一气腔和所述第二靶片之间，用于对所述中子进行反应以使得所述中子倍增。
4.根据权利要求3所述的基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述中子倍增层的材质为：Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述固态靶装置还包括慢化层，其设置于所述中子倍增层和所述第二靶片之间，用于对倍增后的所述中子进行慢化以降低中子能量。
6.根据权利要求5所述的基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述慢化层的材质为石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述固态靶装置还包括第一固体靶传输***，其延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第一靶片连接，用于更换所述第一靶片。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的基于加速器的同位素生产固态靶装置，其特征在于，所述固态靶装置还包括第二固体靶传输***，其延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第二靶片连接，用于更换所述第二靶片。
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