СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ УМЕНЬШЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H05H13/00 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка включает изобретение, связанное с изобретением, раскрытым в патентной заявке, имеющей номер по реестру №236102 (553-1444 US) и озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН», и в патентной заявке, имеющей номер по реестру №236098 (553-1441 US) и озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ПОЛОСТЬЮ ДЛЯ ВМЕЩЕНИЯ НАСОСА», которые были поданы одновременно с настоящей заявкой и полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Варианты выполнения изобретения относятся в целом к циклотронам, а более конкретно к циклотронам для производства радиоизотопов.

[0003] Радиоизотопы (также называемые радионуклидами) имеют несколько применений в медицине при проведении терапии, в создании изображений и в исследованиях, а также в других приложениях, которые не являются медицинскими. Системы, которые производят радиоизотопы, обычно содержат ускоритель элементарных частиц, такой как циклотрон, который содержит ярмо магнита, которое окружает ускорительную камеру и содержит противолежащие полюса, отстоящие на некоторое расстояние друг от друга. Циклотрон использует электрические и магнитные поля для ускорения и направления частиц по спиральным траекториям между полюсами. Для производства изотопов циклотрон формирует пучок заряженных частиц и направляет его наружу из ускорительной камеры так, что он падает на мишень. Во время работы циклотрона магнитные поля, создаваемые внутри ярма магнита, являются очень сильными. Например, в некоторых циклотронах магнитное поле между полюсами составляет по меньшей мере 1 Тесла.

[0004] Однако магнитные поля, создаваемые циклотроном, могут создавать поля рассеяния. Поля рассеяния представляют собой те магнитные поля, которые покидают ярмо магнита циклотрона в тех областях, в которых магнитные поля являются нежелательными. Например, во время работы циклотрона сильные поля рассеяния могут быть произведены в пределах нескольких метров от ярма магнита. Эти поля рассеяния могут негативно влиять на оборудование циклотрона или на другие, расположенные рядом устройства системы. Кроме того, поля рассеяния могут представлять опасность для тех людей, находящихся вокруг циклотрона, которые носят кардиостимулятор или другие биомедицинские устройства.

[0005] В дополнение к магнитным полям рассеяния циклотрон может производить нежелательные уровни радиации в пределах определенного расстояния от циклотрона. Ионы в камере могут сталкиваться с частицами газа в этой камере и становиться нейтральными частицами, на которые больше не влияют электрические и магнитные поля в ускорительной камере. Нейтральные частицы могут сталкиваться со стенками ускорительной камеры и производить вторичное гамма-излучение.

[0006] В некоторых традиционных циклотронах и системах производства изотопов проблемы полей рассеяния и излучения были решены путем добавления большого количества экранирования, которое окружает циклотрон, или путем размещения циклотрона в специально предназначенных помещениях. Тем не менее дополнительное экранирование может быть дорогостоящим, при этом разработка специальных помещений для циклотрона ставит новые задачи, в особенности для уже существующих помещений, которые первоначально не были предназначены для производства радиоизотопов.

[0007] Соответственно, существует необходимость в усовершенствованных способах, циклотронах и системах производства изотопов, которые снижают близкие магнитные поля рассеяния. Существует также необходимость в усовершенствованных способах, циклотронах и системах производства изотопов, которые снижают уровень радиации, создаваемой циклотроном.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] В соответствии с одним вариантом выполнения предложен циклотрон, который содержит ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру, и магнитный узел. Магнитный узел выполнен с возможностью создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутри ярма магнита. Часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Ярмо магнита имеет такой размер, что магнитные поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 1 метра от наружной границы.

[0009] В соответствии с другим вариантом выполнения предложен способ изготовления циклотрона. Циклотрон выполнен с возможностью создания магнитных и электрических полей для направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории. Способ включает использование ярма магнита с корпусом, который окружает ускорительную камеру. Магнитные поля создаются в камере для направления заряженных частиц. Ярмо магнита имеет такой размер, что магнитные поля рассеяния, покидающие ярмо магнита, не превышают заданной величины на определенном расстоянии от наружной границы. Способ также включает размещение магнитного узла в ускорительной камере. Магнитный узел выполнен с возможностью создания магнитных полей. Магнитный узел выполнен с возможностью такой работы, а ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 1 метра от наружной границы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг.1 представляет собой блок-схему системы для производства изотопов, выполненную в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0011] Фиг.2 представляет собой вид в аксонометрии ярма магнита, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0012] Фиг.3 представляет собой вид сбоку циклотрона, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0013] Фиг.4 представляет собой вид сбоку нижней части циклотрона, изображенного на Фиг.3.

[0014] Фиг.5 представляет собой вид сбоку верхней части циклотрона, изображенного на Фиг.З, иллюстрирующий силовые линии магнитного поля во время работы циклотрона.

[0015] Фиг.6 представляет собой вид сбоку верхней части циклотрона, изображенного на Фиг.3, иллюстрирующий радиацию, излучаемую циклотроном во время работы.

[0016] Фиг.7 представляет собой вид в аксонометрии системы производства изотопов, выполненной в соответствии с другим вариантом выполнения.

[0017] Фиг.8 представляет собой вид сбоку в разрезе циклотрона, выполненного в соответствии с другим вариантом выполнения, который может быть использован с системой производства изотопов, показанной на Фиг.6.

[0018] Фиг.9А иллюстрирует распределение магнитных полей рассеяния вокруг части ярма магнита, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0019] Фиг.9В иллюстрирует распределение магнитных полей рассеяния вокруг части ярма магнита, показанного на Фиг.9А, когда ярмо магнита имеет экран, окружающий указанную часть.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Фиг.1 представляет собой блок-схему системы 100 производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения. Система 100 содержит циклотрон 102, который имеет несколько подсистем, включая систему 104 ионного источника, систему 106 электрического поля, систему 108 магнитного поля и вакуумную систему 110. Во время работы циклотрона 102 заряженные частицы находятся внутри циклотрона 102 или их вводят в циклотрон 102 через систему 104 ионного источника. Система 108 магнитного поля и система 106 электрического поля генерируют соответствующие поля, которые взаимодействуют друг с другом с созданием пучка 112 из заряженных частиц. Заряженные частицы ускоряются и направляются в циклотроне 102 по заданной траектории. Система 100 также имеет систему 115 выпуска и систему 114 мишени, которая содержит материал 116 мишени.

[0021] Для производства изотопов пучок 112 частиц направляется циклотроном 102 через систему 115 выпуска по траектории 117 переноса пучка и в систему 114 мишени, так что пучок 112 частиц падает на материал 116 мишени, расположенный в соответствующей области 120 мишени. Система 100 может иметь несколько областей 120А-С мишени, где расположены отдельные материалы 116А-С мишени. Смещающее устройство или система (не показана) может быть использована для смещения областей 120А-С мишени относительно пучка 112 частиц, так что пучок 112 частиц падает на различные материалы 116 мишени. В течение всего процесса смещения также может поддерживаться вакуум. В качестве альтернативы циклотрон 102 и система 115 выпуска может направлять пучок 112 частиц не только по одной траектории, но может направлять пучок 112 частиц по выделенной траектории для каждой отличающейся области 120А-С мишени.

[0022] Примеры систем производства изотопов и/или циклотроны, имеющие одну или несколько описанных выше подсистем, описаны в патентах США №6392246, №6417634, №6433495, №7122966 и в заявке на патент США №2005/0283199, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. Дополнительные примеры представлены также в патентах США №5521469, №6057655 и в заявках на патент США №2008/0067413 и №2008/0258653, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

[0023] Система 100 выполнена с возможностью производства радиоизотопов (также называемых радионуклидами), которые могут быть использованы при получении медицинских изображений, исследований и терапии, но также и для других приложений, которые не являются медицинскими, такими как, например, научные исследования или анализ. При использовании в медицинских целях, например, для получения изображений в Ядерной Медицине (NM) или для получения изображений в Позитронно-Эмиссионной Томографии (PET) радиоизотопы можно также назвать изотопными индикаторами. К примеру, система 100 может генерировать протоны для производства изотопов ¹⁸F изотопов в жидкой форме, изотопов ¹¹С в виде СO₂ и изотопов ¹³N в виде NН₃. Материал 116 мишени, используемый для производства этих изотопов, может быть обогащен ¹⁸О водой, природным ¹⁴N₂ газом и ¹⁶О водой. Система 100 может также производить дейтроны с целью получения ¹⁵О газов (кислород, углекислый газ и моноксид углерода) и ¹⁵О меченую воду.

[0024] В некоторых вариантах выполнения система 100 использует ¹H^- технологию и приближает заряженные частицы к низкой энергии (например, около 7,8 МэВ) с током пучка примерно от 10 до 30 мкА. В таких вариантах выполнения отрицательные ионы водорода ускоряются и направляются через циклотрон 102 и в систему 115 выпуска. Отрицательные ионы водорода могут затем ударять в отделяющую фольгу (не показана) системы 115 выпуска, удаляя, тем самым, пары электронов и делая частицу положительным ионом ¹Н⁺. Однако в альтернативных вариантах выполнения заряженные частицы могут быть положительными ионами, например ¹H⁺, ²Н⁺ и ³Не⁺. В таких альтернативных вариантах выполнения система 115 выпуска может содержать электростатический дефлектор, который создает электрическое поле, направляющее пучок частиц на материал 116 мишени.

[0025] Система 100 может содержать систему 122 охлаждения, которая переносит охлаждающую или рабочую текучую среду к различным элементам различных систем, чтобы поглощать тепло, выделяемое соответствующими элементами. Система 100 может также содержать систему 118 управления, которая может быть использована оператором для управления работой различных систем и элементов. Система 118 управления может содержать один или несколько пользовательских интерфейсов, которые расположены рядом с циклотроном 102 и системой 114 мишени или удаленно от них. Хотя это и не показано на Фиг.1, система 100 может также содержать один или несколько радиационных экранов для циклотрона 102 и системы 114 мишени.

[0026] Система 100 может производить изотопы в определенных количествах или партиях, таких как индивидуальные дозы для использования в медицинской визуализации и терапии. Производственная мощность системы 100 для иллюстративных форм изотопов, указанных выше, может быть равна 50 мКи менее чем за десять минут при токе 20 мкА для ¹⁸F^-; 300 мКи примерно за тридцать минут при токе 30 мкА для ¹¹СO₂; и 100 мКи менее чем за десять минут при токе 20 мкА для ¹³NН₃.

[0027] Кроме того, система 100 может использовать уменьшенный объем пространства относительно известных систем производства изотопов, так что система 100 имеет размер, форму и вес, которые обеспечивают возможность размещения системы 100 в ограниченном пространстве. Например, система 100 может быть размещена в уже существующей комнате, которая изначально не была предназначена для размещения ускорителей частиц, например в больнице или клинике. Таким образом, циклотрон 102, система 115 выпуска, система 114 мишени и один или несколько элементов системы 122 охлаждения могут быть размещены в общем корпусе 124, который имеет размер и форму, которые обеспечивают возможность их размещения в ограниченном пространстве. В качестве одного примера, общий объем, используемый корпусом 124, может быть равен 2 м³. Возможные размеры корпуса 124 могут включать максимальную ширину 2,2 м, максимальную высоту 1,7 м и максимальную глубину 1,2 м. Общий вес корпуса и расположенных в нем систем может быть равен приблизительно 10000 кг. Корпус 124 может быть изготовлен из полиэтилена (ПЭ) и свинца и иметь толщину, обеспечивающую возможность ослабления потока нейтронов и гамма-лучей, идущих от циклотрона 102. Например, корпус 124 может иметь толщину (измеряется между внутренней поверхностью, которая окружает циклотрон 102, и наружной поверхностью корпуса 124) по меньшей мере приблизительно 100 мм вдоль заданных частей корпуса 124, что ослабляет поток нейтронов.

[0028] Система 100 может быть выполнена с возможностью ускорения заряженных частиц до заданного уровня энергии. Например, некоторые описанные в этом документе варианты выполнения ускоряют заряженные частицы до энергии приблизительно 18 МэВ или меньше. В других вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 16,5 МэВ или меньше. В конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 9,6 МэВ или меньше. В более конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 7,8 МэВ или меньше.

[0029] Фиг.2 представляет собой вид в аксонометрии ярма 202 магнита, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Ярмо 202 ориентировано по отношению к осям X, Y и Z. В некоторых вариантах выполнения ярмо 202 ориентировано вертикально по отношению к силе тяжести F_g. Ярмо 202 имеет корпус 204, который может быть по существу круговым относительно центральной оси 236, которая проходит через центр корпуса 204 ярма параллельно оси Z. Корпус 204 ярма может быть изготовлен из железа и/или другого ферромагнитного материала и может иметь размер и форму для получения требуемого магнитного поля.

[0030] Корпус 204 имеет радиальную часть 222, которая искривляется по окружности вокруг центральной оси 236. Радиальная часть 222 имеет наружную радиальную поверхность 223, которая проходит на ширину W₁. Ширина W₁ радиальной поверхности 223 может проходить в осевом направлении вдоль центральной оси 236. Когда корпус 204 ориентирован вертикально, радиальная часть 222 может иметь верхний и нижний концы 212 и 214 с проходящим между ними диаметром D_Y корпуса 204. Корпус 204 также может иметь противоположные стороны 208 и 210, которые отделены друг от друга толщиной Т₁ корпуса 204. Каждая из сторон 208 и 210 имеет соответствующую боковую поверхность, соответственно, 209 и 211 (боковая поверхность 209 показана на Фиг.3). Боковые поверхности 209 и 211 могут проходить по существу параллельно друг другу и могут быть по существу плоскими (т.е. расположенными вдоль плоскости, образованной осями Х и Y). Радиальная часть 222 соединена со сторонами 208 и 210 через углы или переходные области 216 и 218, которые имеют угловые поверхности, соответственно, 217 и 219. (Переходная область 218 и угловая поверхность 219 показаны на Фиг.3.) Угловые поверхности 217 и 219 проходят от радиальной поверхности 223 друг от друга и к центральной оси 236 до соответствующих боковых поверхностей 211 и 209. Радиальная поверхность 223, боковые поверхности 209 и 211 и угловые поверхности 217 и 219 вместе образуют наружную поверхность 205 (Фиг.3) корпуса 204 ярма.

[0031] Корпус 204 может иметь несколько вырезов, углублений или проходов, которые ведут в него. Например, корпус 204 может иметь экранирующую выемку 262, которая имеет размер и форму, способствующие вмещению радиационного экрана для узла мишени (не показан). Как показано на чертеже, экранирующая выемка 262 имеет ширину W₂, которая проходит вдоль центральной оси 236. Экранирующая выемка 262 искривляется внутрь к центральной оси 236 по толщине T₁. Таким образом, ширина W₁ меньше, чем ширина W₂. Кроме того, экранирующая выемка 262 может иметь радиус кривизны, имеющий центр (указан как точка С), который находится за пределами наружной поверхности 205. Точка С может представлять собой приблизительное местоположение мишени. Кроме того, экранирующая выемка 262 может иметь и другие размеры. Также показано, что корпус 204 может образовывать вмещающую насос (РА) полость 282, имеющую размер и форму, обеспечивающие возможность вмещения вакуумного насоса (не показан).

[0032] Фиг.3 представляет собой вид сбоку циклотрона 200, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Циклотрон 200 содержит ярмо 202 магнита. Как показано на чертеже, корпус 204 ярма может быть разделен на две противоположные секции 228 и 230 ярма, которые ограничивают между собой ускорительную камеру 206. Секции 228 и 230 ярма выполнены с возможностью размещения рядом друг с другом вдоль серединной плоскости 232 ярма 202 магнита. Циклотрон 200 может опираться на горизонтальную платформу 220, которая выполнена с возможностью удержания веса циклотрона 200, и может представлять собой, например, пол комнаты или цементную плиту. Центральная ось 236 проходит между секциями 228 и 230 ярма и через них (и через соответствующие стороны, соответственно, 210 и 208). Центральная ось 236 проходит перпендикулярно серединной плоскости 232 через центр корпуса 204 ярма. Ускорительная камера 206 имеет центральную область 238, расположенную на пересечении серединной плоскости 232 и центральной оси 236. В некоторых вариантах выполнения центральная область 238 находится в геометрическом центре ускорительной камеры 206. Как также показано, ярмо 202 магнита содержит верхнюю часть 231, проходящую над центральной осью 236, и нижнюю часть 233, проходящую ниже центральной оси 236.

[0033] Секции 228 и 230 ярма содержат полюса, соответственно, 248 и 250, которые лежат напротив друг друга относительно серединной плоскости 232 внутри ускорительной камеры 206. Полюса 248 и 250 могут быть отделены друг от друга межполюсным зазором G. Межполюсный зазор G имеет такой размер и форму, чтобы создавать требуемое магнитное поле, когда циклотрон 200 находится в работе. Кроме того, межполюсный зазор G может иметь размер и форму, основываясь на требуемой проводимости, для удаления частиц внутри ускорительной камеры. В качестве примера, в некоторых вариантах выполнения межполюсный зазор G может быть равен 3 см.

[0034] Полюс 248 содержит концентратор 252, а полюс 250 содержит концентратор 254, который обращен к концентратору 252. В изображенном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон, в котором каждый концентратор 252 и 254 формирует секторную структуру из холмов и долин (не показаны). Холмы и долины взаимодействуют друг с другом для создания магнитного поля для фокусировки траектории заряженных частиц. Одна из секций 228 или 230 ярма может также содержать радиочастотные (РЧ) электроды (не показаны), которые содержат полые Д-образные части, расположенные внутри соответствующих долин. РЧ электроды взаимодействуют друг с другом и образуют резонансную систему, которая содержит индуктивные и емкостные элементы, настроенные на заданную частоту (например, 100 МГц). Система РЧ электродов может иметь высокочастотный генератор мощности (не показан), который может содержать частотный осциллятор, находящийся в сообщении с одним или несколькими усилителями. Система РЧ электродов создает переменный электрический потенциал между РЧ электродами.

[0035] Циклотрон 200 также содержит магнитный узел 260, расположенный в пределах или вблизи ускорительной камеры 206. Магнитный узел 260 выполнен с возможностью содействия созданию магнитного поля с полюсами 248 и 250 для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел 260 содержит противоположные пары магнитных катушек 264 и 266, которые расположены на расстоянии друг от друга поперек серединной плоскости 232 на расстоянии D₁. Магнитные катушки 264 и 266 могут представлять собой, например, резистивные катушки из сплава меди. В качестве альтернативы магнитные катушки 264 и 266 могут быть выполнены из сплава алюминия. Магнитные катушки могут быть по существу круглыми и проходить вокруг центральной оси 236. Секции 228 и 230 ярма могут образовывать полости, соответственно, 268 и 270 для магнитных катушек, имеющие размеры и форму, чтобы разместить соответствующие магнитные катушки, соответственно, 264 и 266. Как также показано на Фиг.3, циклотрон 200 может содержать стенки 272 и 274 камеры, которые отделяют магнитные катушки 264 и 266 от ускорительной камеры 206 и содействуют удержанию на месте магнитных катушек 264 и 266.

[0036] Ускорительная камера 206 выполнена с обеспечением возможности ускорения заряженных частиц, таких как ионы ¹H^-, в этой камере вдоль заданной криволинейной траектории, которая закручивается по спирали вокруг центральной оси 236 и остается по существу вдоль серединной плоскости 232. Заряженные частицы изначально расположены вблизи центральной области 238. Когда циклотрон 200 приведен в действие, заряженные частицы могут проходить по траекториям вокруг центральной оси 236. В проиллюстрированном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон, и, таким образом, траектория заряженных частиц имеет участки, которые искривляются вокруг центральной оси 236, и участки, которые являются более прямолинейными. Тем не менее варианты выполнения, описанные в настоящем документе, не ограничиваются изохронными циклотронами, но также включают другие виды циклотронов и ускорителей частиц. Как показано на Фиг.3, когда заряженные частицы движутся по траекториям вокруг центральной оси 236, они могут выступать из плоскости страницы в верхней части 231 ускорительной камеры 206 и проходят в плоскость страницы в нижней части 233 ускорительной камеры 206. Когда заряженные частицы движутся по траекториям вокруг центральной оси 236, радиус R, который проходит между траекториями заряженных частиц и центральной областью 238, увеличивается. Когда заряженные частицы достигают заданного положения вдоль траектории, заряженные частицы направляются в или через систему выпуска (не показана) и наружу из циклотрона 200.

[0037] Ускорительная камера 206 может находиться в разреженном состоянии как до, так и во время формирования пучка 112 частиц. Например, перед тем как пучок частиц будет создан, давление в ускорительной камере 206 может быть равно приблизительно 1×10^-7 миллибар. Когда пучок частиц активирован и газ Н₂ протекает через ионный источник (не показан), расположенный в центральной области 238, давление в ускорительной камере может быть равно приблизительно 2×10^-5 миллибар. Таким образом, циклотрон 200 может содержать вакуумный насос 276, который может быть расположен вблизи серединной плоскости 232. Вакуумный насос 276 может содержать часть, которая проходит радиально наружу из конца 214 корпуса 204 ярма. Как будет обсуждаться более подробно ниже, вакуумный насос 276 может включать насос, который выполнен с возможностью создания разрежения в ускорительной камере 206.

[0038] В некоторых вариантах выполнения секции 228 и 230 ярма могут быть выполнены с возможностью перемещения в направлении друг друга и в направлении друг от друга, так что можно получить доступ в ускорительную камеру 206 (например, для ремонта или технического обслуживания). Например, секции 228 и 230 ярма могут быть соединены шарниром (не показан), который проходит вдоль секции 228 и 230 ярма. Одна или обе секций 228 и 230 ярма могут быть открыты путем выполнения шарнирного поворота соответствующей(их) секции(й) ярма вокруг оси шарнира. В качестве другого примера секции 228 и 230 ярма могут быть отделены друг от друга путем поперечного перемещения одной из секций ярма прямолинейно друг от друга. Однако в альтернативных вариантах выполнения секции 228 и 230 ярма могут быть выполнены как одно целое или оставаться герметично закрытыми вместе, когда осуществляется доступ в ускорительную камеру 206 (например, через отверстие или отверстие или открытие в ярме 202 магнита, которое ведет в ускорительную камеру 206). В альтернативных вариантах выполнения корпус 204 ярма может иметь секции, которые неравномерно разделены, и/или может содержать более двух секций. Например, корпус ярма может иметь три секции, как показано на Фиг.8, относительно ярма 504 магнита.

[0039] Ускорительная камера 206 может иметь форму, которая проходит вдоль серединной плоскости 232 и по существу симметрично относительно нее. Например, ускорительная камера 206 может быть окружена внутренней радиальной поверхностью или поверхностью 225 стенки, которая проходит вокруг центральной оси 236, так что ускорительная камера 206 имеет по существу форму диска. Ускорительная камера 206 может содержать внутреннюю и наружную пространственные области 241 и 243. Внутренняя пространственная область 241 может быть ограничена между верхними частями 252 и 254 полюсов, а наружная пространственная область 243 может быть ограничена между стенками 272 и 274 камеры. Пространственная область 243 проходит вокруг центральной оси 236, окружающей пространственную область 241. Траектория заряженных частиц во время работы циклотрона 200 может находиться внутри пространственной области 241. Таким образом, ускорительная камера 206, по меньшей мере частично, ограничена в ширину концентраторами 252 и 254 полюсов и стенками 272 и 274 камеры. Наружная периферия ускорительной камеры может быть ограничена радиальной поверхностью 225. Ускорительная камера 206 может также содержать проходы, ведущие радиально наружу от пространственной области 243, такой как проход P₁ (Фиг.4), который ведет к вакуумному насосу 276.

[0040] Наружная поверхность 205 ограничивает кожух 207 корпуса 204 ярма. Кожух 207 имеет форму, которая примерно эквивалентна общей форме корпуса 204 ярма, ограниченного наружной поверхностью 205, без небольших полостей, вырезов или углублений. (Исключительно в иллюстративных целях кожух 207 показан на Фиг.3 имеющим больший размер, чем корпус 204 ярма.)

Как показано на Фиг.3, поперечное сечение кожуха 207 представляет собой восьмигранный многоугольник, ограниченный радиальной поверхностью 223, боковыми поверхностями 209 и 211, угловыми поверхностями 217 и 219. Корпус 204 ярма может образовывать проходы, вырезы, углубления, полости и тому подобное, которые позволяют элементу или устройствам проникать в кожух 207. Экранирующая выемка 262 и вмещающая насос (РА) полость 282 представляют собой примеры таких выемок и полостей, которые обеспечивают возможность проникновения в кожух 207 соответствующего элемента.

[0041] Фиг.4 представляет собой увеличенный разрез циклотрона 200 и, более конкретно, нижней части 233. Корпус 204 ярма может ограничивать порт 278, который открывается непосредственно в ускорительную камеру 206 и, в частности, в пространственную область 243. Вакуумный насос 276 может быть непосредственно соединен с корпусом 204 ярма в порту 278. Порт 278 обеспечивает вход или открытие в вакуумный насос 276 для протекания через него нежелательных частиц. Порт 278 может иметь форму (наряду с другими факторами и размерами циклотрона 200), обеспечивающую требуемую проводимость частиц газа через порт 278. Например, порт 278 может иметь круглую, квадратную или другую геометрическую форму.

[0042] Вакуумный насос 276 расположен внутри вмещающей насос (РА) полости 282, образованной корпусом 204. РА полость 282 проточно сообщается с ускорительной камерой 206 и открыта в пространственную область 243 ускорительной камеры 206, и может содержать проход P₁. Когда насос расположен в РА полости 282, по меньшей мере часть вакуумного насоса 276 находится в кожухе 207 корпуса 204 (Фиг.2). Вакуумный насос 276 может выступать радиально наружу из центральной области 238 или центральной оси 236 вдоль серединной плоскости 232. Насос 276 может выступать, а может и не выступать за пределы кожуха 207 корпуса 204. К примеру, вакуумный насос 276 может быть расположен между ускорительной камерой 206 и платформой 220 (то есть вакуумный насос 276 расположен непосредственно под ускорительной камерой 206). В других вариантах выполнения вакуумный насос 276 может также выступать радиально наружу из центральной области 238 вдоль серединной плоскости 232 в другом месте. Например, вакуумный насос 276 может быть расположен выше или позади ускорительной камеры 206, изображенной на Фиг.3. В альтернативных вариантах выполнения вакуумный насос 276 может выступать из одной из боковых сторон 208 или 210 в направлении, параллельном центральной оси 236. Также несмотря на то что только один вакуумный насос 276 показан на Фиг.4, альтернативные варианты выполнения могут содержать несколько вакуумных насосов. Более того, корпус 204 может иметь дополнительные РА полости.

[0043] Вакуумный насос 276 содержит стенку 280 емкости и вакуумный или насосный узел 283, размещенный в указанной емкости. Стенка 280 емкости имеет такие размер и форму, чтобы вмещаться в РА полость 282 и удерживать там насосный узел 283. Например, стенка 280 емкости может иметь по существу круглое поперечное сечение, по мере того как стенка 280 емкости проходит от циклотрона 200 к платформе 220. В качестве альтернативы стенка 280 емкости может иметь другие формы поперечного сечения. Стенка 280 емкости может обеспечивать достаточно места, чтобы насосный узел 283 мог эффективно работать. Радиальная поверхность 354 может ограничивать отверстие 356, а секции 228 и 230 ярма могут образовывать соответствующие края 286 и 288, которые расположены вблизи порта 278. Края 286 и 288 могут ограничивать проход P₁, который проходит от отверстия 356 до порта 278. Порт 278 открыт в проход P₁ и ускорительную камеру 206 и имеет диаметр D₂. Отверстие 356 имеет диаметр D₁₀. Диаметры D₂ и D₁₀ могут быть выполнены так, что циклотрон 200 работает при требуемой эффективности для производства радиоизотопов. Например, диаметры D₂ и D₁₀ могут быть основаны на размере и форме ускорительной камеры 206, в том числе межполюсном зазоре G, и рабочей проводимости насосного узла 283. В качестве конкретного примера, диаметр D₂ может составлять приблизительно от 250 мм до 300 мм.

[0044] Насосный узел 283 может содержать одно или несколько насосных устройств 284, которые эффективно откачивают ускорительную камеру 206, так что циклотрон 200 имеет требуемую рабочую эффективность при производстве радиоизотопов. Насосный узел 283 может содержать один или несколько насосов передачи импульса, объемных насосов и/или насосов других типов. Например, насосный узел 283 может содержать диффузионный насос, ионный насос, криогенный насос, центробежный лопастной насос или форвакуумный насос и/или турбомолекулярный насос. Насосный узел 283 может также содержать большое количество насосов одного типа или комбинацию насосов с использованием насосов различных типов. Насосный узел 283 может также иметь гибридный насос, который использует различные свойства или подсистемы вышеупомянутых насосов. Как показано на Фиг.3, насосный узел 283 также может быть проточно соединен последовательно с центробежным лопастным насосом или с форвакуумным насосом 285, который может выпускать воздух в окружающую атмосферу.

[0045] Кроме того, насосный узел 283 может содержать другие элементы для удаления частиц газа, такие как дополнительные насосы, емкости или камеры, трубопроводы, вкладыши, клапаны, включая вентиляционные клапаны, датчики, уплотнения, масляные и выхлопные трубки. В дополнение к этому насосный узел 283 может содержать или быть подключенным к системе охлаждения. Также весь насосный узел 283 может быть помещен внутрь РА полости 282 (т.е. в кожух 207) или в качестве альтернативы только один или несколько элементов могут быть расположены внутри РА полости 282. В иллюстративном варианте выполнения насосный узел 283 содержит по меньшей мере один вакуумный насос передачи импульса (например, диффузионный насос или турбомолекулярный насос), который находится, по меньшей мере частично, внутри РА полости 282.

[0046] Также показано, что вакуумный насос 276 может быть с возможностью обмена данными соединен с датчиком 312 давления внутри ускорительной камеры 206. Когда ускорительная камера 206 достигает заданного давления, насосное устройство 284 может быть автоматически активировано или автоматически выключено. Хотя это и не показано, могут быть предусмотрены дополнительные датчики в ускорительной камере 206 или в РА полости 282.

[0047] Фиг.5 представляет собой вид сбоку верхней части 231, иллюстрирующий силовые линии магнитного поля во время работы циклотрона 200 (Фиг.3). Когда магнитные катушки 264 и 266 активированы, циклотрон 200 создает сильное магнитное поле между концентраторами 252 и 254 полюсов. Например, средняя напряженность магнитного поля между концентраторами 252 и 254 полюсов может быть по меньшей мере 1 Тесла или по меньшей мере 1,5 Тесла. Большая часть магнитного потока проходит через корпус 204 ярма. Как показано в отношении верхней части 231, магнитный поток поля проходит от полюса 250 через переходную область 218 в направлении вдоль плоскости, образованной осями X и Y (Фиг.2), а затем через радиальную часть 222 в направлении вдоль центральной оси 236. Магнитный поток затем возвращается через переходную область 216 полюса 248.

[0048] Когда циклотрон 200 работает, часть магнитного поля выходит за пределы корпуса 204 ярма в областях, в которых магнитное поле является нежелательным (т.е. в виде полей рассеяния). Поля рассеяния могут быть созданы вблизи областей корпуса 204 ярма, в которых количество материала (например, железа) в корпусе 204 ярма не достаточно для удерживания магнитного потока. Другими словами, поля рассеяния могут быть созданы там, где площадь поперечного сечения корпуса 204 ярма, которое является поперечным (перпендикулярным) к направлению магнитного поля, имеет размеры, которые не являются достаточными для удерживания магнитного потока (В). Как показано на Фиг.5, поперечные сечения корпуса 204 ярма, которые могут повлиять на проходящий через него магнитный поток (В), могут быть найдены в переходных областях 216 и 218, в радиальной части 222 и в частях или областях корпуса 204 ярма, которые проходят вдоль центральной оси 236 к соответствующим сторонам 208 или 210.

[0049] Каждая из переходных областей 216 и 218, радиальная часть 222 и части или области между полостями для катушек и соответствующими сторонами могут иметь по меньшей мере площадь поперечного сечения, которая влияет на способность корпуса 204 ярма удерживать магнитный поток в этой области. Наименьшая площадь поперечного сечения может быть определена путем размещения наименьшей толщины между наружной поверхностью 205 и внутренней поверхностью корпуса 204 ярма. Например, наименьшая площадь поперечного сечения корпуса 204 ярма может быть найдена, где толщина Т₆ вблизи стороны 208 измеряется от точки внутри поверхности 271 полости 270 для катушки до ближайшей точки вдоль боковой поверхности 209. Хотя Фиг.5 изображает только одно поперечное сечение корпуса 204 ярма, наименьшая площадь поперечного сечения, связанная с толщиной Т₆, может быть по существу однородной, когда корпус 204 ярма окружает центральную ось 236. Кроме того, наименьшая площадь поперечного сечения переходной области 218 может быть найдена там, где измеряется толщина Т₅ переходной области 218. Например, толщина Т₅ может быть измерена от другой точки на поверхности 271 полости 270 до ближайшей части угловой поверхности 219. Аналогичным образом наименьшая площадь поперечного сечения, связанная с толщиной Т₅, может быть по существу однородной, когда корпус 204 ярма окружает центральную ось 236. Наименьшая площадь поперечного сечения радиальной части 222 может быть найдена там, где измеряется толщина Т₄ радиальной части 222. Толщина Т₄ может быть измерена от точки вдоль внутренней радиальной поверхности 225 ускорительной камеры 206 до ближайшей точки наружной радиальной поверхности 223. В некоторых вариантах выполнения наименьшая площадь поперечного сечения, связанная с толщиной Т₄, может быть по существу однородной по всему корпусу 204 ярма.

[0050] Тем не менее в других вариантах выполнения радиальная часть 222 может содержать полости, проходы и/или углубления, которые влияют на площадь поперечного сечения радиальной части 222. Например, радиальная часть 222 содержит РА полость 282 (Фиг.2) и экранирующую выемку 262 (Фиг.2), в которых оказывается влияние на площадь поперечного сечения в радиальной части 222. РА полость 282 и экранирующая выемка 262 могут иметь такой размер и форму, что материал, удаленный из корпуса 204 ярма, не оказывает существенного влияния на магнитный поток (В) корпуса 204 ярма или не создает дополнительные поля рассеяния. РА полость 282 и экранирующая выемка 262 также могут находиться в радиальной части 222, так что электронное оборудование или биомедицинские устройства не будут расположены поблизости. Например, РА полость 282 может быть расположена в нижней части корпуса 204 ярма между ускорительной камерой и платформой 220 (Фиг.3). Экранирующая выемка 262 может быть расположена рядом с экраном (не показан) для узла мишени.

[0051] Наименьшие площади поперечного сечения, связанные с толщинами Т₄, Т₅ и Т₆, могут существенно влиять на величину или силу полей рассеяния вблизи наружной поверхности 205 корпуса 204 ярма. Таким образом, радиальная часть 222, переходная область 218 и часть корпуса 204 ярма, проходящая между поверхностью 271 полости и стороной 208, могут все иметь такой размер, что поля рассеяния не превышают заданную величину на заданном расстоянии от наружной поверхности 205. Расстояний D₄, D₅ и D₆ представляют собой заданное расстояние для соответствующих наименьших площадей поперечного сечения. Расстояния D₄, D₅ и D₆ могут быть измерены от соответствующих поверхностей 223, 219 и 209 (то есть по кратчайшему расстоянию от точки снаружи корпуса ярма соответствующей поверхности). Например, может быть использован основанный на эффекте Холла цифровой тесламетр (измеритель магнитной индукции) производства Group 3. Однако могут быть использованы и другие устройства или способы для измерения полей рассеяния. Что касается радиальной поверхности 223, поля рассеяния могут быть измерены радиально наружу от радиальной поверхности 223 по прямой, касательной к наружной поверхности.

[0052] В качестве примера, минимальные площади поперечного сечения, связанные с толщинами Т₄, T₅ и T_6, могут иметь такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 1 метра от наружной поверхности 205. В частности, минимальные площади поперечного сечения, связанные с толщинами Т₄, Т₅ и Т₆, могут иметь такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 0,2 метра от наружной поверхности 205. В приведенных выше примерах средняя напряженность магнитного поля между концентраторами 252 и 254 полюсов может быть равна по меньшей мере 1 Тесла или по меньшей мере 1,5 Тесла. В некоторых вариантах выполнения D₄, D₅ и D₆ приблизительно равны. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения наибольшее расстояние из расстояний D₄, D₅ и D₆ может быть меньше 0,2 метра.

[0053] Фиг.6 представляет собой вид сбоку верхней части 231, иллюстрирующий излучение, испускаемое при работе циклотрона 200 (Фиг.3). Циклотрон 200 может быть отдельно выполнен с возможностью ослабления излучения от ускорительной камеры 206 (Фиг.3). Тем не менее циклотрон 200 также может быть выполнен с возможностью ослабления излучения и уменьшения напряженности полей рассеяния. Два вида излучения, по поводу которых пользователи циклотрона 200 могут быть обеспокоены, генерируются в ускорительной камере 206, когда частицы сталкиваются с находящимся в этой камере материалом. Первый тип излучения представляет собой излучение от нейтронного потока. В конкретном варианте выполнения циклотрон 200 работает при низкой энергии, так что излучение от нейтронного потока не превышает заданную величину за пределами корпуса ярма. Например, циклотрон может работать для ускорения частиц до уровня энергии приблизительно 9,6 МэВ или меньше. В частности, циклотрон может работать для ускорения частиц до уровня энергии приблизительно 7,8 МэВ или меньше.

[0054] Второй тип излучения, гамма-лучи, производится, когда нейтроны сталкиваются с корпусом 204 ярма. На Фиг.6 проиллюстрированы несколько точек X_R, в которых частиц обычно сталкиваются с корпусом 204 ярма, когда циклотрон 200 находится в работе. Гамма-лучи испускаются из соответствующих точек X_R равнонаправленным образом (т.е. от соответствующих точек X_R сферическим образом). Корпус 204 ярма может иметь такой размер, что ослабляет излучения гамма-лучей. Таким образом, корпус 204 ярма может быть изготовлен для ослабления излучения от гамма-лучей, так что любое дополнительное используемое экранирование может быть изготовлено с существенно меньшим количеством материала, чем известные экранирующие системы для циклотронов.

[0055] Например, на Фиг.6 показаны толщины Т₄, Т₅ и Т₆, которые проходят, соответственно, через радиальную часть 222, переходную область 218 и часть корпуса 204 ярма, которая проходит от полости 270, к стороне 208. Толщины Т₄, Т₅ и Т₆ могут иметь такой размер, что интенсивность дозы на требуемом расстоянии от наружной поверхности 205 (или на наружной поверхности 205) ниже заданной величины. Расстояния D₇-D₉ представляют собой заданные расстояния от наружной поверхности 205, в которой поддерживаемое излучение ниже требуемой интенсивности дозы. Каждое расстояние D₇-D₉ от наружной поверхности 205 может представлять собой кратчайшее расстояние к наружной поверхности 507 от точки снаружи корпуса 204 ярма.

[0056] Соответствующим образом, толщины Т₄, T₅ и Т₆ могут иметь такую величину, что интенсивность дозы снаружи корпуса 204 ярма не превышает требуемую величину на требуемом расстоянии, когда ток мишени действует при заданном токе. К примеру, толщины Т₄, T₅ и Т₆ могут иметь такую величину, что интенсивность дозы не превышает 2 микрозиверта/ч на расстоянии меньше чем приблизительно 1 метр от соответствующей поверхности при токе мишени приблизительно от 20 до 30 мкА. Кроме того, толщины Т₄, Т₅ и Т₆ могут иметь такую величину, что интенсивность дозы не превышает 2 микрозиверта/ч в точке вдоль соответствующей поверхности (т.е. когда D₄, D₅ и D₆ приблизительно равны нулю) при токе мишени от 20 до 30 мкА. Тем не менее интенсивность дозы может быть прямо пропорциональна току мишени.

Например, интенсивность дозы может быть равна 1 микрозиверту/ч в точке вдоль соответствующей поверхности, когда ток мишени составляет от 10 до 15 мкА.

[0057] Интенсивность дозы может быть определена с помощью известных способов или устройств. Например, для обнаружения гамма-квантов может быть использован измеритель, основанный на ионной камере или счетчике Гейгера-Мюллера (Г-М). Нейтроны могут быть обнаружены с помощью специального нейтронного монитора, основанного, как правило, на детектируемых гамма-квантах, исходящих из нейтронов, взаимодействующих с подходящим материалом (например, пластмассой) вокруг ионной камеры или счетчика Г-М.

[0058] В соответствии с одним вариантом выполнения размеры корпуса 204 ярма выполнены с возможностью ограничения или уменьшения полей рассеяния вокруг корпуса 204 ярма и уменьшения излучения от циклотрона 200. Максимальный магнитный поток (В), который может быть получен циклотроном 200 по отношению к магнитным полям через корпус 204 ярма, может быть основан на (или в значительной степени определяться) наименьшей площадью поперечного сечения корпуса 204 ярма, измеряемого вдоль толщины Т₅. Таким образом, размер других площадей поперечного сечения в корпусе 204 ярма, таких как площади поперечного сечения, связанные с толщинами Т₄ и Т₆, могут быть определены исходя из площади поперечного сечения в переходной области 218. Например, для того чтобы уменьшить вес ярма магнита, в традиционных циклотронах обычно уменьшают площади Т₄ и Т₆ поперечного сечения до тех пор, пока любое дальнейшее уменьшение будет существенно влиять на максимальный магнитный поток (В) циклотрона.

[0059] Однако, толщины Т₄, T₅ и Т₆ могут быть основаны не только на требуемом магнитном потоке (В) через корпус 204 ярма, но и на требуемом ослаблении излучения. Таким образом, некоторые части корпуса 204 ярма могут иметь излишки материала в отношении количества материала, необходимого для достижения требуемого среднего магнитного потока (В) через корпус 204 ярма. Например, площадь поперечного сечения корпуса 204 ярма, связанная с толщиной Т₆, может иметь избыточную толщину материала (обозначенную как ΔT₁). Площадь поперечного сечения корпуса 204 ярма, связанная с толщиной Т₄, может иметь избыточную толщину материала (обозначенную как ΔТ₂). Соответственно, варианты выполнения, описанные в настоящем документе, могут иметь толщину, такую как толщина T₅, которая определена для поддержания магнитного потока (В) ниже верхнего предела, и другие толщины, такие как толщины Т₆ и Т₄, которые определены для ослабления гамма-лучей, которые испускаются в ускорительной камере.

[0060] Кроме того, размеры корпуса 204 ярма могут быть основаны на типе частиц, используемых в ускорительной камере, и на типе материала в ускорительной камере 206, с которым сталкиваются частицы. Кроме того, размеры корпуса 204 ярма могут быть основаны на материале, который содержит корпус ярма. Кроме того, в альтернативных вариантах выполнения для ослабления как магнитных полей рассеяния и радиации, излучаемой изнутри корпуса 204 ярма, может быть использован наружный экран в сочетании с размерами корпуса 204 ярма.

[0061] Фиг.7 представляет собой вид в аксонометрии системы 500 производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения. Система 500 выполнена с возможностью использования в больницах или клиниках и может содержать аналогичные элементы и системы, используемые в системе 100 (Фиг.1) и циклотроне 200 (Фиг.2-6). Система 500 может содержать циклотрон 502 и систему 514 мишени, в которой радиоизотопы генерируются для использования с пациентом. Циклотрон 502 ограничивает ускорительную камеру 533, в которой заряженные частицы движутся по заданной траектории, когда циклотрон 502 активирован. Во время работы циклотрон 502 ускоряет заряженные частицы вдоль заданной или требуемой траектории 536 пучка и направляет частицы в матрицу 532 системы 514 мишени. Траектория 536 пучка проходит от ускорительной камеры 533 в систему 514 мишени и обозначается пунктирной линией.

[0062] Фиг.8 представляет собой разрез циклотрона 502. Как показано, циклотрон 502 имеет аналогичные функции и элементы, что и циклотрон 200 (Фиг.3). Тем не менее, циклотрон 502 содержит ярмо 504 магнита, которое может содержать зажатые вместе три секции 528-530. В частности, циклотрон 502 содержит кольцевую секцию 529, которая расположена между секциями 528 и 530 ярма. Когда кольцевая секция и секции 528-530 ярма сложены вместе, как показано, секции 528 и 530 ярма обращены друг к другу через серединную плоскость 534 и ограничивают ускорительную камеру 506 ярма 504 магнита. Как показано на чертеже, кольцевая секция 529 может ограничивать проход P₃, который ведет к порту 578 вакуумного насоса 576. Вакуумный насос 576 может иметь функции и элементы, сходные с вакуумным насосом 276 (Фиг.3), и может представлять собой турбомолекулярный насос, такой как турбомолекулярный насос 376 (Фиг.4).

[0063] Также показано, что циклотрон может содержать ограждение или экран 524, который окружает циклотрон 502. Экран 524 может иметь толщину Т_S и наружную поверхность 525. Экран 524 может быть изготовлен из полиэтилена (ПЭ) и свинца, а толщина Т_S может быть выполнена с возможностью ослабления нейтронного потока из циклотрона 102. Как наружная поверхность 205, так и наружная поверхность 525 могут по отдельности представлять собой наружную границу циклотрона 200. Как используется в этом документе, выражение «наружная граница» включает одну из наружной поверхности 205 корпуса 204 ярма, наружной поверхности 525 экрана 524 и области циклотрон 200, которой может касаться пользователь, когда циклотрон 200 полностью собран и находится в закрытом положении и в работе. Таким образом, в дополнение к другим размерам ярма 202 магнита (Фиг.2) экран 524 может иметь такой размер и форму, чтобы обеспечивать требуемое ослабление излучения и требуемое уменьшение полей рассеяния. Например, размеры корпуса 204 ярма и размеры экрана 524 (например, толщина T_S) могут быть выполнены такими, что интенсивность дозы не превышает 2 микрозиверта/ч на расстоянии меньше чем приблизительно 1 метр от наружной поверхности 525 и, более конкретно, на расстоянии 0 метров. Кроме того, корпус 204 ярма и экран 524 могут иметь такие размеры и формы, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 1 метра от наружной поверхности 525 или, более конкретно, на расстоянии 0,2 метра.

[0064] Возвращаясь к Фиг.7, к системе 500, экран 524 может содержать выполненные с возможностью перемещения части 552 и 554, которые открываются обращенными друг к другу. Как показано на Фиг.7, обе части 552 и 554 находятся в открытом положении. В закрытом положении часть 554 может покрывать матрицу 532 мишени и пользовательский интерфейс 558 системы 514 мишени. Часть 552 может покрывать циклотрон 502 в закрытом положении.

[0065] Также показано, что секция 528 ярма циклотрона 502 может быть выполнена с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением. (Фиг.7 иллюстрирует открытое положение, а Фиг.8 показывает закрытое положение.) Секция 528 ярма может быть прикреплена к шарниру (не показан), который обеспечивает возможность распахивания секции 528 как дверь или крышка, и обеспечивает доступ в ускорительную камеру 533. Секция 530 ярма (Фиг.9) также может быть выполнена с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением, или может быть герметично закрыта, или выполнена как одно целое с кольцевой секцией 529 (Фиг.9).

[0066] Более того, вакуумный насос 576 может быть расположен в насосной камере 562 кольцевой секции 529 корпуса 524. К насосной камере 562 может быть обеспечен доступ, когда часть 552 и секция 528 ярма находятся в открытом положении. Как показано на чертеже, вакуумный насос 576 находится ниже центральной области 538 из ускорительной камеры 533 так, что вертикальная ось, проходящая через центр порта 578 от горизонтальной опоры 520, будет пересекать центральную область 538. Также показано, что секция 528 ярма и кольцевая секция 529 могут иметь экранирующую выемку 560. Траектория 536 пучка проходит через экранирующую выемку 560.

[0067] На Фиг.9А и 9В проиллюстрированы эффекты, которые ограждение или экран 610 (Фиг.9В) может оказывать на магнитные поля рассеяния, излучаемые из циклотрона, выполненного в соответствии с вариантами выполнения, описанными в настоящем документе. Фиг.9А и 9В показывают распределения магнитного поля рассеяния от геометрического центра (обозначенного точкой (0,0)) части ярма 604 магнита. На Фиг.9А и 9В ось 690 показывает расстояние (в мм) от серединной плоскости ярма 604 магнита, а ось 692 показывает расстояние (в мм) от центра вдоль серединной плоскости. На Фиг.9А показано распределение магнитного поля рассеяния без экрана, а на Фиг.9В проиллюстрировано распределение магнитного поля рассеяния с экраном 610 вблизи плоской боковой поверхности 612 ярма 604 магнита. Ярмо 604 магнита имеет толщину Т₇, равную приблизительно 200 мм. Также изображены поперечные сечения магнитной катушки 606 и части полюса 608.

[0068] В отношении Фиг.9А, магнитное поле рассеяния в точке P_F1 непосредственно снаружи ярма 604 магнита (т.е. вдоль плоской боковой поверхности 612 ярма 604 магнита) составляет около 40 Гаусс при полном возбуждении, тогда как магнитное поле рассеяния в точке Р_F2 непосредственно снаружи радиальной поверхности 614 или круговой периферии составляет 10 Гаусс. Магнитное поле рассеяния составляет около 5 Гаусс в точке приблизительно 500 мм от плоской боковой поверхности 612 и приблизительно 200 мм от радиальной поверхности 614.

[0069] Фиг.9В показывает распределение магнитного поля рассеяния с ярмом 604 магнита, имеющим экран 610, окружающий по меньшей мере часть ярма 604 магнита. Экран 610 содержит железо 5 мм толщины, которое отделено от ярма 604 магнита 10 мм немагнитного материала. Экран 610 может быть непосредственно прикреплен к поверхностям 612 и 614 или может быть немного отделен от ярма 604 магнита. Как показано на Фиг.9В, экран 610 сокращает расстояние, на которое магнитные поля рассеяния распространяются от серединной плоскости (т.е. вдоль оси 690). В частности, 5 Гаусс предел снижен с 500 мм от плоской поверхности 612 до приблизительно 200 мм от этой поверхности. Кроме того, как показано при сравнении Фиг.9А и 9В, расстояние между линиями равных величин для магнитного поля рассеяния при 6 Гаусс или более значительно снижается (т.е. линии становятся более плотными), а расстояние между линиями равных величин для 4 Гаусс или менее увеличивается (т.е. линии становятся расположенными дальше друг от друга). Соответственно, экран 610 влияет на распределение магнитного поля рассеяния от плоской поверхности 612 так, что магнитные поля рассеяния могут быть снижены до заданного уровня на заданном расстоянии (например, 200 мм и менее).

[0070] Описанные в настоящем документе варианты выполнения не предназначены быть ограниченными производством радиоизотопов для медицинских целей, но также могут производить другие изотопы и использовать другие материалы мишени. Более того, в проиллюстрированных вариантах выполнения циклотрон 200 представляет собой вертикально-ориентированный изохронный циклотрон. Тем не менее альтернативные варианты выполнения могут включать другие виды циклотронов и другие ориентации (например, горизонтальную).

[0071] Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено быть иллюстративным, а не носить ограничительный характер. Например, описанные выше варианты выполнения (и/или их аспекты) могут быть использованы в комбинации друг с другом. Кроме того, может быть выполнено большое количество изменений для адаптации конкретной ситуации или материала к идее изобретения, не отступая от его объема. Хотя размеры и типы описанных в настоящем документе материалов предназначены для определения параметров изобретения, они ни в коем случае не являются ограничивающими и представляют собой иллюстративные варианты выполнения. Многие другие варианты выполнения будут очевидны для специалистов при изучении представленного выше описания. Объем изобретения должен, следовательно, определяться с учетом приложенной формулы изобретения вместе с полным спектром эквивалентов, которые также подпадают под формулу изобретения. В приложенной формуле изобретения термины «включающий» и «в котором» используются как эквиваленты соответствующих выражений «содержащий» и «причем». Более того, в последующей формуле изобретения термины «первый», «второй» и «третий» и т.д. используются лишь как метки, и не имеют цель предъявлять численные требования к объектам, с которыми они используются. Более того, признаки последующей формулы изобретения не сформулированы в формате средство плюс функция и не должны толковаться на основе статьи 35, $112, шестой пункт Свода Законов США, если только и до тех пор пока такие признаки формулы изобретения явным образом не используют выражение «средство для», за которым следует определение функции без дальнейшего описания конструкции.

[0072] Это описание использует примеры для раскрытия изобретения, включая наилучший режим, а также дает возможность любому специалисту использовать изобретение на практике, в том числе создавая и используя любые устройства или системы и выполняя любые включенные способы. Патентоспособный объем изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые будут очевидны специалистам. Предполагается, что такие другие примеры попадают в объем формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального языка формулы изобретения, или если они включают эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального языка формулы изобретения.

Заявленное изобретение относится к ускорительной технике, а именно к системам производства изотопов, включающим циклотрон. В заявленном изобретении циклотрон содержит ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру, и магнитный узел. Магнитный узел выполнен с возможностью создания магнитных полей и направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутри ярма магнита. Часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают значения в 5 Гаусс на расстоянии 1 метра от наружной границы. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Циклотрон, содержащий:
ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру, и
магнитный узел, выполненный с возможностью создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории, причем магнитный узел расположен в ускорительной камере, и магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутри ярма магнита, при этом часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния, а ярмо магнита имеет такой размер, что поле рассеяния не превышает 5 Гаусс на расстоянии 1 метра от наружной границы.

2. Циклотрон по п.1, в котором корпус ярма содержит противолежащие концентраторы полюсов с зазором между ними, в котором заряженные частицы направляются вдоль требуемой траектории, причем средняя напряженность магнитного поля между концентраторами полюсов составляет по меньшей мере 1 Тесла.

3. Циклотрон по п.2, в котором ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 0,2 метра от наружной границы.

4. Циклотрон по п.1, в котором наружная граница содержит наружную поверхность ярма магнита, причем ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 0,2 метра, измеряемом от наружной поверхности ярма магнита.

5. Циклотрон по п.1, дополнительно содержащий экран, который окружает ярмо магнита, причем наружная граница содержит наружную поверхность экрана циклотрона, а ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 0,2 метра, измеряемом от наружной поверхности экрана циклотрона.

6. Циклотрон по п.1, в котором корпус ярма имеет отстоящие друг от друга в продольном направлении концы и отстоящие друг от друга в боковом направлении боковые стороны, причем корпус ярма имеет внутренние полости для магнитных катушек, в которые помещены магнитные катушки, при этом корпус ярма имеет переходные области между указанными концами и сторонами, причем переходные области имеют толщину, измеряемую от основания полостей для магнитных катушек до ближайшей наружной поверхности корпуса ярма, и толщина переходной области определяется на основании свойств частиц ослаблять гамма-излучение в ускорительной камере.

7. Циклотрон по п.1, в котором корпус ярма имеет форму полого диска, ориентированного вдоль серединной плоскости циклотрона, причем корпус ярма имеет круговую наружную поверхность, проходящую вокруг диска, а поля рассеяния измеряются радиально наружу от наружной поверхности по касательной к наружной поверхности.

8. Циклотрон по п.1, в котором корпус ярма имеет внутреннюю поверхность, наружную поверхность и радиальные утолщения, разделяющие внутреннюю и наружную поверхности, при этом первая секция корпуса ярма содержит первое радиальное утолщение, выполненное для поддержания магнитного потока (В) ниже верхнего предела, а вторая секция корпуса ярма содержит второе радиальное утолщение, выполненное для ограничения ослабления гамма-излучения до заданного предела ослабления гамма-излучения.

9. Циклотрон по п.8, в котором магнитный узел содержит пару противолежащих магнитных катушек, отстоящих друг от друга через серединную плоскость ярма магнита, причем магнитные катушки расположены внутри соответствующих полостей корпуса ярма, при этом первое радиальное утолщение проходит от соответствующей полости для катушки до ближайшей точки вдоль наружной поверхности ярма магнита.

10. Способ изготовления циклотрона, выполненного с возможностью создания магнитных и электрических полей для направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории, включающий:
использование ярма магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру, в которой создают магнитные поля для направления заряженных частиц, при этом ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния, выходящие из ярма магнита, не превышают заданную величину на заданном расстоянии от наружной границы, и
размещение в ускорительной камере магнитного узла, который выполнен с возможностью создания магнитных полей, при этом магнитный узел выполнен с возможностью приведения в действие, а ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 1 метра от наружной границы.

11. Способ по п.10, в котором корпус ярма содержит противолежащие концентраторы полюсов с зазором между ними, в котором заряженные частицы направляют вдоль заданной траектории, при этом средняя напряженность магнитного поля между концентраторами полюсов составляет по меньшей мере1 Тесла.

12. Способ по п.11, в котором ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 0,2 метра от наружной границы.

13. Способ по п.10, в котором наружная граница содержит наружную поверхность ярма магнита, причем ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 0,2 метра, измеряемом от наружной поверхности ярма магнита.

14. Способ по п.10, в котором дополнительно используют экран циклотрона, который окружает ярмо магнита, причем наружная граница содержит наружную поверхность экрана циклотрона, а ярмо магнита имеет такой размер, что поля рассеяния не превышают 5 Гаусс на расстоянии 0,2 метра, измеряемом от наружной поверхности экрана циклотрона.

15. Способ по п.10, в котором корпус ярма имеет отстоящие друг от друга в продольном направлении концы и отстоящие друг от друга в боковом направлении боковые стороны, причем корпус ярма имеет внутренние полости для магнитных катушек, в которые вставляют магнитные катушки, при этом корпус ярма имеет переходные области между указанными концами и сторонами, и переходные области имеют толщину, измеряемую от основания полостей для магнитных катушек до ближайшей наружной поверхности корпуса ярма, а толщину переходной области определяют на основании свойств частиц ослаблять гамма-излучение в ускорительной камере.

16. Способ по п.10, в котором корпус ярма имеет форму полого диска, ориентированного вдоль серединной плоскости циклотрона, причем корпус ярма имеет круговую наружную поверхность, проходящую вокруг диска, а поля рассеяния измеряют радиально наружу от наружной поверхности по касательной к наружной поверхности.

17. Способ по п.10, в котором корпус ярма содержит внутреннюю поверхность, наружную поверхность и радиальные утолщения, разделяющие внутреннюю и наружную поверхности, при этом первая секция корпуса ярма содержит первое радиальное утолщение, которое выполняют для поддержания магнитного потока (В) ниже верхнего предела, а вторая секция корпуса ярма содержит второе радиальное утолщение, которое выполняют для ограничения ослабления гамма-излучения до заданного предела ослабления гамма-излучения.

18. Способ по п.17, в котором магнитный узел содержит пару противолежащих магнитных катушек, отстоящих друг от друга через серединную плоскость ярма магнита, причем магнитные катушки располагают внутри соответствующих полостей корпуса ярма, при этом первое радиальное утолщение проходит от соответствующей полости для катушки до ближайшей точки вдоль наружной поверхности ярма магнита.