СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН Российский патент 2014 года по МПК H05H13/00 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка включает в себя изобретение, связанное с изобретением, раскрытым в патентной заявке, имеющей номер по реестру №236099 (553-1442 US) и озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ УМЕНЬШЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ», 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 относятся к медицине. Системы, которые производят радиоизотопы, обычно содержат ускоритель элементарных частиц, такой как циклотрон, который ускоряет пучок заряженных частиц и направляет его в вещество мишени для получения изотопов. Циклотрон использует электрические и магнитные поля для ускорения и направления частиц по спиральным траекториям в ускорительной камере. Когда циклотрон работает, газ из ускорительной камеры откачивается для удаления нежелательных частиц газа, которые могут взаимодействовать с ускоренными частицами. Например, когда ускоренные частицы представляют собой отрицательно заряженные ионы водорода (Н^-), молекулы водорода (Н₂) в виде газа или молекулы воды, находящиеся в ускорительной камере, могут отнять слабо связанный электрон от иона водорода. Когда ион лишен этого электрона, он становится нейтральной частицей, на которую больше не воздействуют электрические и магнитные поля в ускорительной камере. Нейтральные частицы безвозвратно теряются, но также они могут вызвать и другие нежелательные реакции в ускорительной камере.

[0004] Для поддержания разреженного состояния ускорительной камеры циклотроны используют вакуумные системы, которые проточно сообщаются с камерой. Тем не менее, традиционные вакуумные системы могут иметь нежелательные качества или свойства. Например, традиционные вакуумные системы могут быть большими по размеру и требуют огромного пространства. Это может быть проблематичным, особенно когда циклотрон и вакуумная система должны быть использованы в больничной палате, которая изначально не была предназначена для использования больших систем. Кроме того, существующие вакуумные системы, как правило, имеют несколько взаимосвязанных элементов, таких как некоторое количество насосов (включая насосы различных типов), клапаны, трубы и хомуты. Для того чтобы эффективно управлять вакуумной системой, может быть необходимо контролировать каждый элемент (например, с помощью датчиков и измерительных приборов), а также индивидуально управлять некоторыми из этих элементов. Кроме того, с несколькими взаимосвязанными элементами может иметься несколько интерфейсов или областей, в которых может происходить утечка из-за поврежденных или изношенных частей. Это может привести к дорогостоящему и трудоемкому обслуживанию вакуумной системы.

[0005] В дополнение к вышесказанному, традиционные системы могут использовать вакуумные диффузионные насосы. Например, в одной известной вакуумной системе несколько диффузионных насосов проточно сообщаются с ускорительной камерой. Диффузионные насосы используют рабочую текучую среду (например, масло) для создания вакуума путем выпаривания масла и направления пара через сопло. Тем не менее, масло в диффузионных насосах может переноситься обратно в ускорительную камеру циклотрона. Это может уменьшить способность вакуумной системы удалять частицы газа, которая, в свою очередь, может негативно сказаться на эффективности работы циклотрона. Кроме того, масло в ускорительной камере может вызывать электрические разряды, которые могут повредить электрические элементы, используемые циклотроном для создания электрического поля.

[0006] Соответственно, существует необходимость в усовершенствованных вакуумных системах, которые удаляют нежелательные частицы газа из ускорительной камеры. Существует также потребность в вакуумных системах, которые занимают меньше места, требуют меньшего обслуживания, являются менее сложными или более дешевыми, чем известные вакуумные системы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом выполнения предложен циклотрон, который содержит ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру. Циклотрон также содержит магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутрь ярма магнита, при этом часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Циклотрон также содержит вакуумный насос, который непосредственно соединен с корпусом ярма. Вакуумный насос выполнен с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру. Ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает действие магнитных полей свыше 75 Гс.

[0007] В соответствии с другим вариантом выполнения предложен циклотрон, который содержит ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру. Циклотрон также содержит магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутрь ярма магнита, при этом часть магнитных полей покидают пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Циклотрон также содержит вакуумный насос, который непосредственно соединен с корпусом ярма. Вакуумный насос выполнен с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру. Вакуумный насос представляет собой безжидкостный насос, который имеет вращающийся вентилятор для создания вакуума.

[0008] В соответствии с еще одним вариантом выполнения предложена система производства изотопов, содержащая ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру. Система производства изотопов также содержит магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутрь ярма магнита, при этом часть магнитных полей покидают пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Система производства изотопов также содержит вакуумный насос, который непосредственно соединен с корпусом ярма. Вакуумный насос выполнен с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру. Ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает действие магнитных полей свыше 75 Гс. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена для получения заряженных частиц для производства изотопов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Фиг.1 представляет собой блок-схему системы для производства изотопов, выполненную в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0010] Фиг.2 представляет собой вид сбоку циклотрона, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0011] Фиг.3 представляет собой вид сбоку нижней части циклотрона, изображенного на Фиг.2.

[0012] Фиг.4 представляет собой вид сбоку вакуумного насоса и турбомолекулярного насоса, которые могут быть использованы с циклотроном, изображенным на Фиг.2.

[0013] Фиг.5 представляет собой вид в аксонометрии части корпуса ярма, который может быть использован с циклотроном, изображенным на Фиг.2.

[0014] Фиг.6 представляет собой вид сверху магнита и ярма, которые могут быть использованы с циклотроном, изображенным на Фиг.2.

[0015] Фиг.7А представляет собой вид спереди в разрезе нижней части циклотрона, иллюстрирующий действующее на него магнитное поле.

[0016] Фиг.7В представляет собой вид спереди в разрезе нижней части циклотрона, иллюстрирующий действующее на него магнитное поле.

[0017] Фиг.8 представляет собой вид в аксонометрии системы производства изотопов, выполненной в соответствии с другим вариантом выполнения.

[0018] Фиг.9 представляет собой боковые разрезы альтернативного циклотрона, который может быть использован с системой производства изотопов, изображенной на Фиг.6.

[0019] Фиг.10А-10Е представляют собой графики, иллюстрирующие магнитные поля, которые действуют на вмещающую насос (РА) полость вдоль плоскостей, которые проходят через РА полость.

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 могут направлять пучок 112 частиц не только по одной траектории, но могут 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, проведении исследований и терапии, но также для других приложений, которые не являются медицинскими, таких 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 в жидкой форме, изотопов ¹¹С в виде СO₂ и изотопов ¹³N в виде NH₃. 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 ¹⁵O 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⁺, ²H⁺ и ³Hе⁺. В таких альтернативных вариантах выполнения система 115 выпуска может содержать электростатический дефлектор, который создает электрическое поле, которое направляет 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 для 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 ¹¹CO₂ 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 такие 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 нескольких 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] На Фиг.2 представлен вид сбоку циклотрона 200, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Циклотрон 200 содержит ярмо 202 магнита с корпусом 204, который окружает ускорительную камеру 206. Корпус 204 ярма имеет две противолежащие боковые стороны 208 и 210 с толщиной T_i, которые проходят между ним, а также имеет верхний и нижний концы 212 и 214 с длиной L, проходящей между ним. Корпус 204 ярма может содержать переходные области или углы 216-219, соединяющие боковые стороны 208 и 210 с верхним и нижним концами 212 и 214. В частности, верхний конец 212 соединен с боковыми сторонами 210 и 208, соответственно, по углам 216 и 217, а нижний конец соединен с боковыми сторонами 210 и 208, соответственно, по углам 219 и 218. В иллюстративном варианте выполнения корпус 204 ярма имеет по существу круглое поперечное сечение и, таким образом, длина L может представлять собой диаметр корпуса 204 ярма. Корпус 204 ярма может быть изготовлен из железа и иметь размеры и форму для получения требуемого магнитного поля, когда циклотрон 200 работает.

[0030] Как показано на Фиг.2, корпус 204 ярма может быть разделен на две противоположные секции 228 и 230 ярма, которые ограничивают межу собой ускорительную камеру 206. Секции 228 и 230 ярма выполнены с возможностью размещения рядом друг с другом вдоль серединной плоскости 232 ярма 202 магнита. Как показано, циклотрон 200 может быть ориентирован вертикально (относительно силы тяжести) так, что серединная плоскость 232 проходит перпендикулярно горизонтальной платформе 220. Платформа 220 выполнена с возможностью поддержания веса циклотрона 200 и может представлять собой, например, пол комнаты или цементную плиту. Циклотрон 200 имеет центральную ось 236, которая проходит горизонтально между секций 228 и 230 ярма (и, соответственно, соответствующих боковых сторон 210 и 208) и через них. 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.

[0031] 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_P. Полюс 248 содержит концентратор 252, а полюс 250 содержит концентратор 254, который обращен к концентратору 252. Полюса 248 и 250 и межполюсный зазор G_P имеют размеры и форму для получения требуемого магнитного поля, когда циклотрон 200 работает. Например, в некоторых вариантах выполнения межполюсный зазор G_P может быть равен 3 см.

[0032] 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 магнитной катушки, имеющие размеры и форму, чтобы разместить соответствующие магнитные катушки, соответственно, 264 и 266. Как также показано на Фиг.2, 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.

[0033] Ускорительная камера 206 выполнена с возможностью ускорения заряженных частиц, таких как ¹H^- ионы, вдоль заданной криволинейной траектории, которая закручивается по спирали вокруг центральной оси 236 и остается расположенной по существу вдоль серединной плоскости 232. Заряженные частицы изначально расположены вблизи центральной области 238. Когда циклотрон 200 приведен в действие, траектория заряженных частиц может закручиваться вокруг центральной оси 236. В показанном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон и, как таковые, траектория заряженных частиц имеет участки, которые искривляются вокруг центральной оси 236, и участки, которые являются более прямолинейными. Тем не менее, описанные в этом документе варианты выполнения не ограничиваются изохронными циклотронами, но также включают и другие виды циклотронов и ускорителей частиц. Как показано на Фиг.2, когда заряженные частицы движутся по траектории 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 траектории вокруг центральной оси 236, радиус R, который измеряется между траекторией 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.

[0034] 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.

[0035] 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 секции 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.

[0036] Ускорительная камера 206 может иметь форму, которая проходит вдоль серединной плоскости 232 и по существу симметрично относительно нее. Например, ускорительная камера 206 может иметь форму, выполненную по существу в виде диска, и содержать внутреннюю пространственную область 241, ограниченную между концентраторами 252 и 254 и наружной пространственной областью 243, ограниченной между стенками 272 и 274 камеры. Траектория частиц во время работы циклотрона 200 может находиться в пределах пространственной области 241. Ускорительная камера 206 может также содержать проходы, ведущие радиально наружу из пространственной области 243, такой как проход P₁ (Фиг.3), который ведет к вакуумному насосу 276.

[0037] Также на Фиг.2 изображен корпус 204 ярма, имеющий наружную поверхность 205, которая ограничивает кожух 207 корпуса 204 ярма. Кожух 207 имеет форму, которая приблизительно эквивалентна общей форме корпуса 204 ярма, ограниченной наружной поверхностью 205 без небольших полостей, вырезов или углублений (для наглядности кожух 207 изображен на Фиг.2 большего размера, чем корпус 204 ярма). Например, часть кожуха 207 показана штриховой линией, которая проходит вдоль плоскости, ограниченной наружной поверхностью 205 конца 214. Как показано на Фиг.2, поперечное сечение кожуха 207 представляет собой восьмигранный многоугольник, ограниченный наружной поверхностью 205 боковых сторон 208 и 210, концами 212 и 214 и углами 216-219. Как будет обсуждаться более подробно ниже, корпус 204 ярма может образовывать проходы, вырезы, углубления, полости и тому подобное, которые позволяют элементу или устройствам проникать в кожух 207.

[0038] Кроме того, полюса 248 и 250 (или, точнее, концентраторы 252 и 254) могут быть разделены пространственной областью 241, расположенной между ними, в которой заряженные частицы направляются вдоль заданной траектории. Магнитные катушки 264 и 266 также могут быть отделены друг от друга пространственной областью 243. В частности, стенки 272 и 274 камеры могут иметь расположенную между ними пространственную область 243. Более того, периферия пространственной области 243 может быть ограничена поверхностью 354 стенки, которая также ограничивает периферию ускорительной камеры 206. Поверхность 354 стенки может проходить по окружности вокруг центральной оси 236. Как показано, пространственная область 241 проходит на расстояние, равное межполюсному зазору G_P (Фиг.3) вдоль центральной оси 236, а пространственная область 243 проходит на расстояние D₁ вдоль центральной оси 236.

[0039] Как показано на Фиг.2, пространственная область 243 окружает пространственную область 241 вокруг центральной оси 236. Пространственные области 241 и 243 могут совместно формировать ускорительную камеру 206. Соответственно, в показанном варианте выполнения циклотрон 200 не содержит отдельную емкость или стенку, которая окружает только пространственную область 241, ограничивая, тем самым, пространственную область 243 в качестве ускорительной камеры циклотрона. В частности, вакуумный насос 276 проточно сообщается с пространственной областью 241 через пространственную область 243. Газ, поступающий в пространственную область 241, может быть откачан из пространственной области 241 через пространственную область 243. Вакуумный насос 276 проточно сообщается с пространственной областью 243.

[0040] Фиг.3 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе циклотрона 200 и, более конкретно, нижнюю часть 233. Корпус 204 ярма может ограничивать порт 278, который открывается непосредственно в ускорительную камеру 206. 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.

[0041] Вакуумный насос 276 расположен внутри вмещающей насос (РА) полости 282, образованной корпусом 204 ярма. 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 ярма (Фиг.2). Вакуумный насос 276 может выступать радиально наружу из центральной области 238 или центральной оси 236 вдоль серединной плоскости 232. Вакуумный насос 276 может выступать, а может и не выступать за пределы кожуха 207 корпуса 204 ярма. 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.2. 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.3, альтернативные варианты выполнения могут содержать несколько вакуумных насосов. Более того, корпус 204 ярма может иметь дополнительные PA полости.

[0042] В частности, вакуумный насос 276 может быть непосредственно соединен с корпусом 204 ярма в порту 278 и расположен между корпусом 204 ярма и платформой 220, и ориентирован относительно направлению G_F силы тяжести. Вакуумный насос 276 может быть ориентирован так, что продольная ось 299 вакуумного насоса 276 проходит в направлении G_F силы тяжести (т.е. G_F и продольная ось 299 проходят параллельно друг другу). В альтернативных вариантах выполнения продольная ось 299 вакуумного насоса 276 может образовывать угол θ относительно направления G_F силы тяжести. Угол θ может быть, например, больше 10 градусов. В других вариантах выполнения угол θ составляет приблизительно 90 градусов. В других вариантах выполнения угол θ больше 90 градусов. Как видно, угол θ может поворачиваться вдоль плоскости, образованной осью, которая проходит вдоль направления силы тяжести, и центральной осью 236 (т.е. угол θ поворачивается вокруг оси, которая проходит в плоскость страницы и из нее). Тем не менее, угол θ также может поворачиваться вдоль серединной плоскости 232. Таким образом, вакуумный насос 276 может быть ориентирован так, что продольная ось 299 проходит радиально к центральной части 238 вдоль серединной плоскости 232.

[0043] В конкретных вариантах выполнения вакуумный насос 276 представляет собой турбомолекулярный или безжидкостный вакуумный насос. Известные вакуумные системы, которые используют масляные диффузионные насосы, не могут быть ориентированы под углом θ, как описано выше, потому что масло может пролиться в ускорительную камеру. Однако некоторые из насосов, описанные в этом документе, например турбомолекулярный насос, могут быть непосредственно соединены с корпусом 204 ярма и ориентированы под углом θ, который больше чем 10 градусов, потому что такие насосы не требуют использования текучей среды, которая может быть пролита в ускорительную камеру 206. Более того, такие насосы могут быть ориентированы под углом θ, который составляет 90 градусов, или, по меньшей мере частично, перевернуты вверх дном.

[0044] 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. Поверхность 354 стенки 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 D₅. Диаметры D₂ и D₅ могут быть выполнены так, чтобы циклотрон 200 работал при требуемой эффективности для производства радиоизотопов. Например, диаметры D₂ и D₅ могут быть основаны на размере и форме ускорительной камеры 206, в том числе межполюсном зазоре G_P и рабочей проводимости насосного узла 283. В качестве конкретного примера, диаметр D₂ может составлять приблизительно от 250 мм до 300 мм.

[0045] 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 к центробежному лопастному насосу или форвакуумному насосу 285, который может выпускать воздух в окружающую атмосферу.

[0046] 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.

[0047] 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.

[0048] Фиг.4 иллюстрирует вид сбоку турбомолекулярного насоса 376, выполненного в соответствии с вариантом выполнения, который может быть использован в качестве вакуумного насоса 276 (Фиг.2). Турбомолекулярный насос 376 может быть непосредственно соединен с корпусом 204 ярма (т.е. не соединен с корпусом ярма через трубопровод или канал, который проходит от корпуса 204 ярма наружу из РА полости). Турбомолекулярный насос 376 может проходить вдоль центральной оси 290 между портом 378 ярма магнита и платформой 375. Турбомолекулярный насос 376 содержит двигатель 302, который функционально соединен с вращающимся вентилятором 305. Вращающийся вентилятор 305 может содержать одну или несколько ступеней лопаток 304 ротора и лопаток 306 статора. Каждая лопатка 304 ротора и лопатка 306 статора проходит радиально наружу от оси 291, которая проходит вдоль центральной оси 290. При использовании турбомолекулярный насос 376 работает так же, как и компрессор. Лопатки 304 ротора, лопатки 306 статора и ось 291 вращаются вокруг центральной оси 290. Частицы газа, протекающие по проходу P₂, поступают в турбомолекулярный насос 376 через порт 378 и первоначально сталкиваются с набором лопаток 304 ротора. Лопатки 304 ротора имеют форму, способствующую подталкиванию частиц газа от ускорительной камеры циклотрона, такой как ускорительная камера 206 (Фиг.3). Лопатки 306 статора расположены рядом с соответствующими лопатками 304 ротора и также толкают частицы газа от ускорительной камеры. Этот процесс продолжается во всех оставшихся ступенях лопастей 304 ротора и лопастей 306 статора вентилятора 305, так что поток воздуха движется в направлении от ускорительной камеры к нижней области 392 турбомолекулярного насоса 376 (стрелки F указывают направление потока). Когда частицы газа достигают нижней области 392 турбомолекулярного насоса 376, частицы газа могут быть принудительно выпущены из турбомолекулярного насоса 376 через выхлопное отверстие или трубу 308. Выхлопное отверстие 308 направляет воздух, удаленный из ускорительной камеры, через выходное отверстие 310, которое выступает из стенки 380 емкости. Выходное отверстие 210 может быть проточно соединено с центробежным лопастным насосом или форвакуумным насосом (не показаны).

[0049] Фиг.5 представляет собой изолированный вид в аксонометрии секции 228 ярма и иллюстрирует более подробно полюс 248, полость 268 катушки и проход P₁, который ведет к порту 278 (Фиг.2) вакуумного насоса 276 (Фиг.2). На Фиг.5 Х-, Y- и Z-оси указывают ориентацию секции 228 ярма. Осями Х и Y образована серединная плоскость 232. Центральная ось 236 проходит вдоль Z-оси. Секция 228 ярма имеет по существу искривленный корпус с диаметром D₃, который равен длине L, показанной на Фиг.2. Секция 228 ярма содержит открытую сбоку полость 320, ограниченную кольцевой частью 321. Кольцевая часть 321 имеет внутреннюю поверхность 322, которая проходит вокруг центральной оси 236 и ограничивает периферию открытой сбоку полости 320. Секция 228 ярма также имеет наружную поверхность 326, которая проходит вокруг кольцевой части 321. Радиальная толщина T₂ кольцевой части 321 измеряется между внутренней и наружной поверхностями 322 и 326.

[0050] Как показано на чертеже, полюс 248 расположен в открытой сбоку полости 320. Кольцевая часть 321 и полюс 248 являются концентрическими друг относительно друга и имеют проходящую через них центральную ось 236. Полюс 248 и внутренняя поверхность 322 ограничивают между собой по меньшей мере часть полости 268 катушки. В некоторых вариантах выполнения секция 228 ярма содержит сопряженную поверхность 324, которая проходит вдоль кольцевой части 321 и параллельна плоскости, ограниченной радиальными линиями 237 и 239. Сопряженная поверхность 324 выполнена с возможностью осуществления контакта с противоположной сопряженной поверхностью (не показана) секции 230 ярма, когда секции 228 и 230 ярма соединяются друг с другом вдоль серединной плоскости 232 (Фиг.2).

[0051] Также показано, что секция 228 ярма может содержать углубление 330, которое частично ограничивает проход P₁ и РА полость 282 (Фиг.3). Секция 230 ярма может содержать углубление 340 похожей формы (показано на Фиг.6), так что корпус 204 ярма (Фиг.2) формирует проход P₁ и РА полость 282. Углубление 330 ярма выполнено с такой формой, чтобы вмещать вакуумный насос 276, когда корпус 204 ярма полностью сформирован. Например, углубление 330 ярма может иметь вырез 341, который может иметь прямоугольную форму и проходить на глубину D₄ в секцию 228 ярма к центральной оси 236. Вырез 341 также может иметь ширину W₁, которая проходит вдоль дуговой части секции 228 ярма. Секция 228 ярма может также образовывать выступ 349, который частично ограничивает порт 278 (Фиг.3) или проход P₁. Углубление 330, включая выступ 349 и вырез 341, может иметь такой размер и форму, чтобы иметь минимальный или нулевой эффект на магнитные поля во время работы циклотрона 200 (Фиг.2).

[0052] В одном варианте выполнения на всю или на часть поверхности 322 и на любую другую поверхность, которая может взаимодействовать с частицами, нанесено покрытие из меди. Поверхности с покрытием из меди выполнены с возможностью снижения влияния пористой поверхности железа. В одном варианте выполнения внутренние поверхности вакуумного насоса 276 могут иметь покрытие из меди. Покрытие из меди внутренних поверхностей может быть также выполнено с возможностью уменьшения сопротивления поверхности.

[0053] Хотя это и не показано, могут быть предусмотрены дополнительные отверстия, открытия или проходы, проходящие через радиальную толщину T₂ секции 228 ярма. Например, может иметься радиочастотный проходной ввод или другие электрические соединения, которые проходят через радиальную толщину Т₂. Также может иметься канал вывода пучка, по которому пучок частиц выходит из циклотрона 200 (Фиг.2). Более того, система охлаждения (не показана) может иметь трубопроводы, проходящие через радиальную толщину Т₂ для охлаждения элементов внутри ускорительной камеры 206.

[0054] В проиллюстрированном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон, в котором концентратор 252 полюса 248 магнита формирует конструкцию из секторов, включающих холмы 331-334 и долины 336-339. Как будет обсуждаться более подробно ниже, холмы 331-334 и долины 336-339 взаимодействуют с соответствующими холмами и долинами полюса 250 (Фиг.2), чтобы создать магнитное поле для фокусировки траектории заряженных частиц.

[0055] Фиг.6 представляет собой вид сверху секции 230 ярма. Секция 230 ярма может иметь сходные элементы и функции, как описано в отношении секции 228 ярма (Фиг.2). Например, секция 230 ярма содержит кольцевую часть 421, которая ограничивает открытую сбоку полость 420, имеющую расположенную в ней полюс 250 магнита. Кольцевая часть 421 может содержать сопряженную поверхность 424, которая выполнена с возможностью взаимодействия с сопряженной поверхностью 324 (Фиг.5) секции 228 ярма. Также показано, что секция 230 ярма содержит углубление 340. Когда корпус 204 ярма (Фиг.2) полностью сформирован, вырез 341 (Фиг.5) и вырез 345 объединяются с формированием РА полости 282, вакуумного порта 278 и прохода P₁. PA полость 282 может иметь по существу кубическую или коробчатую форму, так чтобы вакуумный насос 276 мог быть размещен в ней, а вакуумный порт 278 может быть круговым. Однако в альтернативных вариантах выполнения РА полость 282 и порт 278 могут иметь другие формы.

[0056] Концентратор 254 полюса 250 содержит холмы 431-434 и долины 436-439. Секция 230 ярма также содержит радиочастотные (РЧ) электроды 440 и 442, которые проходят радиально вовнутрь по направлению друг к другу и к центру 444 полюса 250. РЧ электроды 440 и 442 содержат полые Δ-образные части, соответственно, 441 и 443, которые проходят от хвостовиков, соответственно, 445 и 447. Δ-образные части 441 и 443 находятся в углублениях, соответственно, 436 и 438. Хвостовики 445 и 447 могут быть соединены с внутренней поверхностью 422 кольцевой части 421. Также показано, что секция 230 ярма может содержать большое количество перехватывающих панелей 471-474, размещенных вокруг полюса 250 и внутренней поверхности 422. Перехватывающие панели 471-474 размещены для перехвата потерянных частиц в ускорительной камере 206. Перехватывающие панели 471-474 могут содержать алюминий. Секция 230 ярма может также содержать скреперы 481-484 пучка, которые могут также содержать алюминий.

[0057] РЧ электроды 440 и 442 могут образовывать РЧ электродную систему, такую как система 106 электрического поля, описанная со ссылкой на Фиг.1, в которой РЧ электроды 440 и 442 ускоряют заряженные частицы в ускорительной камере 206 (Фиг.2). РЧ электроды 440 и 442 взаимодействуют друг с другом и образуют резонансную систему, которая содержит индуктивные и емкостные элементы, настроенные на заданную частоту (например, 100 МГц). РЧ электродная система может иметь высокочастотный генератор мощности (не показан), который может содержать частотный осциллятор, в функциональной связи с одним или несколькими усилителями. РЧ электродная система создает переменный электрический потенциал между РЧ электродами 440 и 442, ускоряя, тем самым, заряженные частицы.

[0058] Фиг.7А и 7В представляют собой разрезы нижней части 233 циклотрона 200 (Фиг.2), показывающие магнитное поле, которое действует на нижнюю часть 233. Фиг.7А представляет собой вид, взятый вдоль серединной плоскости 232 (Фиг.2), образованной осями Х и Y, а Фиг.7В представляет собой вид, взятый вдоль плоскости, образованной осями Y и Z. Для наглядности вакуумный насос 276 (Фиг.2) не показан. Тем не менее, вакуумный насос 276 может представлять собой любой из вакуумных насосов, упомянутых выше, в том числе турбомолекулярный насос, недиффузионный насос или безжидкостный насос с вращающимся вентилятором. Во время работы циклотрона 200 магнитное поле, создаваемое циклотроном 200, может выходить из требуемой области и входить в область, в которой наличие магнитных полей не желательно. Такие магнитные поля, как правило, называются «полями рассеяния». Фиг.7А и 7В иллюстрируют поля рассеяния, которые влияют на РА полость 282. Поля рассеяния обозначены линиями В магнитного поля. Магнитное поле внутри РА полости 282 может включать две составляющие, а именно магнитное поле (указано силовыми линиями B_POLES поля), создаваемое между полюсами 248 и 250 (или концентраторами 252 и 254 полюса), которые проникают в РА полость 282 через вакуумный порт 278, и противоположно направленное магнитное поле (указано силовыми линиями B_RETURN поля), которое возвращается через РА полость 282. По мере того как магнитные силовые линии B_POLES и B_RETURN проходят все дальше и дальше от вакуумного порта 278, соответствующие величины силовых линий уменьшаются. Более того, B_POLES и B_RETURN имеют противоположно направленные магнитные поля, которые могут еще больше уменьшить величину магнитного поля, действующего внутри РА полости 282.

[0059] Как показано на Фиг.7А и 7В, циклотрон 200 может быть выполнен с возможностью генерации среднего магнитного поля между полюсами 248 и 250, так что в РА полости 282 имеют место магнитные поля рассеяния. В таких вариантах выполнения вакуумный насос 276 все еще может быть установлен, по меньшей мере частично, внутри РА полости 282 и/или, по меньшей мере частично, в кожухе 207 корпуса 204 ярма. Например, магнитные поля рассеяния, имеющие место в РА полости 282, могут быть уменьшены или ограничены так, чтобы вакуумный насос 276 мог эффективно работать в РА полости 282. Как используется в этом документе, выражение «эффективно работать», в случае, когда вакуумный насос 276 расположен в пределах РА полости 282 и/или в кожухе 207, означает то, что вакуумный насос 276 работает в течение коммерчески разумного периода времени. Например, вакуумный насос 276 может работать в течение многих лет без значительного для себя ущерба или без необходимости замены.

[0060] Размеры корпуса 204 ярма и РА полости 282 могут быть выполнены такими, что магнитное поле, действующее внутри РА полости 282, не превышает заданного значения. В частности, один или несколько из размеров, включая глубину D₄, толщину Т₂ корпуса 204 ярма, ширину W₁ (Фиг.7А), ширину W₂ (Фиг.7В) и диаметр D₂ вакуумного порта 278, и форма этих элементов могут быть выполнены такими, чтобы магнитное поле внутри РА полости 282 не превышало заданного значения. Например, глубина D₄ может иметь значение больше половины (1/2) толщины T₂. Кроме того, корпус 204 ярма может ограничивать край 390 толщиной Т₃, которая может иметь величину, например, равную разности между толщиной Т₂ и глубиной D₄. Диаметр D₂ и толщина Т₃ могут иметь размер и форму, обеспечивающие не только определенный уровень проводимости, но также и уменьшение магнитного поля, действующего внутри РА полости 282, до заданного значения. В одном варианте выполнения толщина Т₂ составляет приблизительно 200 мм, глубина D₄ может быть больше 150 мм, а диаметр D₂ составляет приблизительно 300 мм. Однако вышеупомянутые размеры корпуса 204 ярма являются исключительно иллюстративными и не предназначены для ограничения. Размеры корпуса 204 ярма могут, в альтернативных вариантах выполнения, иметь и другие значения.

[0061] Таким образом, циклотрон 200 может быть выполнен так, что величина магнитного поля, действующего на вакуумный насос 276, не превышает заданного значения. Например, среднее магнитное поле между полюсами 248 и 250 может составлять не менее 1 Т, а магнитное поле, действующее на вакуумный насос 276, может быть меньше 75 Гс. В частности, среднее магнитное поле между полюсами 248 и 250 может составлять не менее 1 Т, а магнитное поля, действующее на вакуумный насос 276, может быть меньше чем приблизительно 50 Гс. В других вариантах выполнения среднее магнитное поле между полюсами 248 и 250 может быть не менее 1,5 Т, а магнитное поле, действующее на вакуумный насос 276, может быть меньше 75 Гс или же может быть меньше чем приблизительно 50 Гс. В частности, магнитное поля, действующее на вакуумный насос 276, может быть менее 30 Гс, когда среднее магнитное поле между полюсами 248 и 250 составляет 1 Т или 1,5 Т.

[0062] Вакуумный насос 276 (например, турбомолекулярный насос) может быть непосредственно соединен с вакуумным портом 278. Тем не менее, вакуумный насос 276 может быть расположен на расстоянии от РА полости 282 (т.е. от ускорительной камеры 206), так чтобы находиться на большем расстоянии от вакуумного порта 278. В некоторых вариантах выполнения магнитное поле, действующее на вакуумный порт 278, может превышать заданное значение, при котором вакуумный насос 276 может эффективно работать. Однако в таких вариантах выполнения функциональные элементы вакуумного насоса 276, такие как двигатель или вращающийся вентилятор, могут быть расположены внутри вакуумного насоса 276, так чтобы магнитное поле, которое действует на эти функциональные элементы, не мешало эффективной работе вакуумного насоса 276.

[0063] Более того, в альтернативных вариантах выполнения РА полость 282 может иметь расположенный в ней экран, окружающий вакуумный насос 276. Экран может быть использован для ослабления магнитного поля, действующего на вакуумный насос 276.

[0064] Фиг.10А-10Е представляют собой графики, иллюстрирующие магнитные поля, действующие в РА полости вдоль плоскостей, которые проходят через РА полость. В частности, на Фиг.10А-10Е проиллюстрировано магнитное поле, действующее в РА полости на некотором расстояние от геометрического центра корпуса ярма (т.е. вдоль оси X, как показано на Фиг.5) и вдоль ширины или диаметра РА полости (т.е. вдоль осей Y или Z, как показано на Фиг.5). РА полость для Фиг.10А-10Е имеет проход, похожий на проход P₁ (Фиг.3), который проходит от отверстия, расположенного вблизи ускорительной камеры, к порту. На Фиг.10А-10Е отверстие имеет диаметр 250 мм, а порт имеет диаметр 300 мм. На Фиг.10А показана величина магнитного поля вдоль серединной плоскости, такой как серединная плоскость 232 (Фиг.2), или XY-плоскости (Фиг.5); Фиг.10В иллюстрирует Z-компоненту магнитного поля в плоскости XY; Фиг.10С показывает величину магнитного поля вдоль плоскости YZ; Фиг.10D иллюстрирует Z-компоненту магнитного поля в плоскости YZ; а Фиг.10Е иллюстрирует Y-компоненту магнитного поля в плоскости YZ.

[0065] Как показано на Фиг.10А-10Е, магнитное поле внутри РА полости состоит из двух компонент, а именно компоненты магнитного поля между полюсами, которое проникает через РА полость и в эту полость, и компоненты противоположно направленного поля ярма, которое проходит по пути через РА полость, а не через материал (например, железо) корпуса ярма. Фиг.10А-10Е показывают величину магнитного поля и доминирующие компоненты поля в двух перпендикулярных плоскостях, проходящих через порт (серединную плоскость, Z=0, и плоскость симметрии, Х=0).

[0066] Фиг.8 представляет собой вид в аксонометрии системы 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.

[0067] Фиг.9 представляет собой разрез циклотрона 502. Как показано, циклотрон 502 имеет аналогичные функции и элементы, что и циклотрон 200 (Фиг.2). 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 Р₃, который ведет к порту 578 вакуумного насоса 576. Вакуумный насос 576 может иметь функции и элементы, сходные с вакуумным насосом 276 (Фиг.2), и может представлять собой турбомолекулярный насос, такой как турбомолекулярный насос 376 (Фиг.4).

[0068] Возвращаясь к Фиг.8, система 500 может содержать ограждение или корпус 524, который содержит выполненные с возможностью перемещения части 552 и 554, которые открываются обращенными друг к другу. Как показано на Фиг.8, обе части 552 и 554 находятся в открытом положении. Корпус 524 может содержать материал, который способствует экранированию излучения. Например, корпус может содержать полиэтилен и, при необходимости, свинец. Часть 554, когда находится в закрытом положении, может покрывать матрицу 532 мишени и пользовательский интерфейс 558 системы 514 мишени. Часть 552 может покрывать циклотрон 502 в закрытом положении.

[0069] Также показано, что секция 528 ярма циклотрона 502 может быть выполнена с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением (Фиг.8 иллюстрирует открытое положение, а Фиг.9 показывает закрытое положение). Секция 528 ярма может быть прикреплена к шарниру (не показан), который обеспечивает секции 528 ярма возможность распахиваться, как дверь или крышка, и обеспечивать 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).

[0070] 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 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.

[0071] 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).

[0072] 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», «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.

[0073] 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. Циклотрон также содержит магнитный узел для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутри ярма магнита, при этом часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Циклотрон также содержит вакуумный насос, соединенный с корпусом ярма. Вакуумный насос выполнен с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру. Ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает воздействие магнитных полей свыше 75 Гаусс. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Циклотрон, содержащий:
ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру,
магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории и расположенный в ускорительной камере, причем магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутри ярма магнита, и часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния, и
вакуумный насос, непосредственно соединенный с корпусом ярма и выполненный с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру, при этом ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает воздействие магнитных полей свыше 75 Гаусс.

2. Циклотрон по п.1, в котором ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает воздействие магнитных полей свыше 50 Гаусс.

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

4. Циклотрон по п.1, в котором вакуумный насос представляет собой безжидкостный насос с вращающимся вентилятором для создания вакуума.

5. Циклотрон по п.1, в котором корпус ярма формирует вмещающую насос (РА) полость, которая проточно сообщается с ускорительной камерой, причем вакуумный насос расположен в РА полости.

6. Циклотрон по п.1, в котором вакуумный насос представляет собой турбомолекулярный насос.

7. Циклотрон по п.1, в котором корпус ярма имеет наружную поверхность, ограничивающую кожух корпуса ярма, причем вакуумный насос по меньшей мере частично расположен внутри кожуха.

8. Циклотрон по п.1, в котором ярмо магнита содержит вмещающую насос (РА) полость, образованную корпусом ярма, причем вакуумный насос расположен в указанной полости, а корпус ярма имеет такой размер по отношению к магнитному полю, создаваемому магнитным узлом, что вакуумный насос испытывает воздействие магнитных полей не свыше 50 Гаусс.

9. Циклотрон по п.1, в котором вакуумный насос присоединен в непосредственной близости от корпуса ярма, причем магнитное поле, воздействующее на вакуумный насос, не превышает 50 Гаусс.

10. Циклотрон по п.1, в котором вакуумный насос ориентирован вдоль продольной оси, которая образует угол относительно направления силы тяжести, который больше 10 градусов.

11. Циклотрон по п.1, в котором вакуумный насос представляет собой турбомолекулярный насос, который содержит вентилятор, вращающийся вокруг продольной оси, причем продольная ось формирует угол относительно направления силы тяжести, который больше 10 градусов.

12. Циклотрон, содержащий:
ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру,
магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории и расположенный в ускорительной камере, причем магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутри ярма магнита, и часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния, и
вакуумный насос, непосредственно соединенный с корпусом ярма и выполненный с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру, при этом вакуумный насос представляет собой безжидкостный насос с вращающимся вентилятором для создания вакуума.

13. Циклотрон по п.12, в котором ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает воздействие магнитных полей свыше 50 Гаусс.

14. Циклотрон по п.12, в котором корпус ярма содержит противолежащие концентраторы полюсов с пространством между ними, в котором заряженные частицы направляются вдоль заданной траектории, причем средняя напряженность магнитного поля между концентраторами полюсов составляет по меньшей мере 1 Тесла.

15. Циклотрон по п.12, в котором корпус ярма формирует вмещающую насос (РА) полость, которая проточно сообщается с ускорительной камерой, причем вакуумный насос расположен в РА полости.

16. Циклотрон по п.12, в котором вакуумный насос представляет собой турбомолекулярный насос.

17. Циклотрон по п.12, в котором ярмо магнита содержит вмещающую насос (РА) полость, образованную корпусом ярма, причем вакуумный насос расположен в указанной полости, и корпус ярма имеет такой размер по отношению к магнитному полю, создаваемому магнитным узлом, что вакуумный насос испытывает воздействие магнитных полей не свыше 50 Гаусс.

18. Система производства изотопов, содержащая:
ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру,
магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль требуемой траектории и расположенный в ускорительной камере, причем магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутри ярма магнита, и часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния, и
вакуумный насос, непосредственно соединенный с корпусом ярма и выполненный с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру, при этом ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает воздействие магнитных полей свыше 75 Гаусс, и
контейнер мишени, расположенный с обеспечением вмещения заряженных частиц для получения изотопов.

19. Система по п.18, в которой ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает воздействие магнитных полей свыше 50 Гаусс.

20. Система по п.18, в которой вакуумный насос представляет собой безжидкостный насос с вращающимся вентилятором для создания вакуума.

21. Система по п.18, в которой вакуумный насос представляет собой турбомолекулярный насос.

22. Система по п.18, в которой корпус ярма содержит противолежащие концентраторы полюсов с пространством между ними, в котором заряженные частицы направляются вдоль заданной траектории, причем средняя напряженность магнитного поля между концентраторами полюсов составляет по меньшей мере 1 Тесла.