Сборка мишени и система производства нуклидов Российский патент 2022 года по МПК G21G1/10 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Раскрытое в настоящем документе изобретение в целом относится к системам для производства нуклидов, а более конкретно, к системе для производства нуклидов, которая направляет пучок частиц через фольгу мишени и в жидкий или газообразный материал.

[0002] Радионуклиды (также иногда называемые радиоизотопами) имеют несколько применений в медицинской терапии, визуализации и исследованиях, а также в других приложениях, которые не связаны с медициной. Системы, которые производят радионуклиды, обычно содержат ускоритель частиц, такой как циклотрон, который ускоряет пучок заряженных частиц (например, ионов Н^-) и направляет пучок в материал мишени для генерации изотопов. Циклотрон представляет собой сложную систему, которая использует электрические и магнитные поля для ускорения и направления заряженных частиц вдоль заданной орбиты в вакуумированной ускорительной камере. Когда частицы достигают наружной части орбиты, заряженные частицы образуют пучок частиц, который направляется к сборке мишени, которая удерживает материал мишени для производства изотопов.

[0003] Материал мишени, который обычно представляет собой жидкость, газ или твердое вещество, содержится внутри камеры сборки мишени. Сборка мишени формирует проход для пучка, который принимает пучок частиц, и позволяет пучку частиц падать на материал мишени в камере. Чтобы удержать материал мишени в камере, проход для пучка отделен от камеры фольгой (называемой в настоящем документе «фольгой мишени»). Фольга мишени может представлять собой однокомпонентный материал или два или большее количество слоев (например, металлический лист, покрытый другим слоем). В некоторых случаях несколько дискретных листов могут быть уложены друг за другом и удерживаться вместе во время работы. Более конкретно, производственная камера может быть ограничена полостью внутри корпуса мишени. Фольга мишени покрывает полость с одной стороны, а часть сборки мишени может покрывать противоположную сторону полости, чтобы ограничивать между ними производственную камеру. Пучок частиц проходит через фольгу мишени и падает на материал мишени в производственной камере. Фольга мишени испытывает повышенную температуру от тепловой энергии, обеспечиваемой пучком частиц.

[0004] Во многих случаях может использоваться передняя фольга (иногда называемая «деградирующей фольгой» или «вакуумной фольгой»). Пучок частиц пересекает переднюю фольгу перед пересечением фольги мишени. Передняя фольга уменьшает энергию пучка частиц и отделяет сборку мишени от вакуума циклотрона. Хотя передняя фольга часто используется в системах производства нуклидов, эта фольга не является обязательной, и фольгу мишени можно использовать без передней фольги.

[0005] Фольга мишени для газообразных и жидких мишеней также испытывает повышенное давление вдоль своей стороны, которая граничит с производственной камерой. Фольга мишени может также подвергаться действию коррозионной и окислительной среды из-за контакта с материалом мишени. Повышенные температуры и давления вызывают напряжение, которое делает фольгу мишени уязвимой в отношении разрыва, плавления или другого повреждения. Фольга мишени может также загрязнять материал мишени, когда ионы из фольги мишени поглощаются материалом мишени.

[0006] Наиболее распространенная фольга мишени, используемая сегодня в коммерческих циклотронах, особенно тех, которые предназначены для производства ¹⁸F и во многих случаях ¹¹С, представляет собой фольгу Havar®. Havar® - это сплав, содержащий кобальт (42,0 масс. %), хром (19,5 масс. %), никель (12,7 масс. %), вольфрам (2,7 масс. %), молибден (2,2 масс. %), марганец (1,6 масс. %), углерод (0,2 масс. %) и железо (остальное). Фольга Havar® обладает высокой прочностью на растяжение при повышенных температурах и высокой теплопроводностью, что делает эту фольгу пригодной для производства изотопов. Однако фольга Havar® становится все более радиоактивной при длительном использовании и, кроме того, связана как с химическими, так и с радиоактивными примесями в материале мишени. Эти радиоактивные примеси могут включать ⁹⁶Тс, ⁵¹Cr, ⁵⁸Со, ⁵⁷Со, ⁵⁶Со, ⁵²Mn и другие.

[0007] Были предприняты попытки уменьшить количество примесей в материале мишени. Например, слой из ниобия (или другого тугоплавкого металла) может быть нанесен на поверхность фольги Havar®, которая контактирует с материалом мишени. Однако такая композитная фольга может быть дорогостоящей и может иметь другие недостатки. Другая потенциальная фольга мишени, такая как фольга из меди, алюминия или титана, обладает одним или несколькими нежелательными качествами, которые делают фольгу нецелесообразной или менее экономичной для коммерческого использования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] В одном варианте выполнения предложена сборка мишени для системы производства изотопов. Сборка мишени содержит корпус мишени, имеющий производственную камеру и полость для пучка, которая примыкает к производственной камере. Производственная камера выполнена с возможностью хранения материала мишени. Полость для пучка выполнена с возможностью приема пучка частиц, который падает на производственную камеру. Сборка мишени также содержит фольгу мишени, расположенную для отделения полости для пучка от производственной камеры. Фольга мишени имеет сторону, которая подвергается воздействию производственной камеры, так что фольга мишени находится в контакте с материалом мишени во время производства изотопов. Фольга мишени содержит слой материала, который содержит состав суперсплава на основе никеля.

[0009] В некоторых аспектах состав суперсплава на основе никеля содержит никель (75 масс. %), кобальт (2 масс. %), железо (3 масс. %), хром (16 масс. %), молибден (0,5 масс. %), вольфрам (0,5 масс. %), марганец (0,5 масс. %), кремний (0,2 масс. %), ниобий (0,15 масс. %), алюминий (4,5 масс. %), титан (0,5 масс. %), углерод (0,04 масс. %), бор (0,01 масс. %) и цирконий (0,1 масс. %).

[0010] В некоторых аспектах состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 40 масс. % никеля и сумму массовых долей алюминия и титана, которая составляет не более 10 масс. %. Необязательно, состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере одно из: кобальт, имеющий массовую долю от 10 до 20 масс. %, или хром, имеющий массовую долю от 10 масс. % до 20 масс. %.

[0011] В некоторых аспектах фольга мишени содержит слой суперсплава на основе никеля, причем фольга мишени также содержит вторичный слой, который уложен поверх слоя суперсплава на основе никеля. Вторичный слой расположен между слоем суперсплава на основе никеля и производственной камерой и подвергается воздействию производственной камеры, так что материал мишени находится в контакте со вторичным слоем во время производства изотопов. Необязательно, вторичный слой выполнен с возможностью уменьшения химических загрязнителей и загрязнителей долгоживущих радионуклидов. Необязательно, вторичный слой содержит тугоплавкие металлы или сплавы или металлы или сплавы платиновой группы.

[0012] Необязательно, фольга мишени имеет толщину, которая имеет значение от 10 до 50 мкм. Фольга мишени может представлять собой один лист, имеющий несколько соединенных между собой слоев. В качестве альтернативы, фольга мишени может содержать несколько дискретных листов, расположенных параллельно друг другу.

[0013] В одном варианте выполнения предлагается система производства изотопов, которая содержит ускоритель частиц, выполненный с возможностью генерирования пучка частиц, и сборка мишени, содержащая корпус мишени, имеющий производственную камеру и полость для пучка, которая находится рядом с производственной камерой. Производственная камера выполнена с возможностью удерживания жидкости мишени. Полость для пучка открывается наружу корпуса мишени и выполнена с возможностью приема пучка частиц, который падает на производственную камеру. Сборка мишени также содержит фольгу мишени, расположенную для отделения полости для пучка от производственной камеры. Фольга мишени имеет сторону, которая подвергается воздействию производственной камеры, так что материал мишени находится в контакте с фольгой мишени во время производства изотопов. Фольга мишени содержит слой материала, имеющий состав суперсплава на основе никеля.

[0014] В некоторых аспектах фольга мишени содержит слой суперсплава на основе никеля, который содержит никель (75 масс. %), кобальт (2 масс. %), железо (3 масс. %), хром (16 масс. %), молибден (0,5 масс. %), вольфрам (0,5 масс. %), марганец (0,5 масс. %), кремний (0,2 масс. %), ниобий (0,15 масс. %), алюминий (4,5 масс. %), титан (0,5 масс. %), углерод (0,04 масс. %), бор (0,01 масс. %) и цирконий (0,1 масс. %).

[0015] В некоторых аспектах состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 40 масс. % никеля, а сумма массовых долей алюминия и титана составляет не более 10 масс. %. Необязательно, состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере одно из: кобальт, имеющий массовую долю от 10 масс. %. до 20 масс. % или хром, имеющий массовую долю от 10 масс. %. до 20 масс. %.

[0016] В некоторых аспектах фольга мишени также содержит вторичный слой, который нанесен сверху слоя суперсплава на основе никеля. Вторичный слой может быть расположен между слоем суперсплава на основе никеля и производственной камерой и подвергаться воздействию производственной камеры таким образом, что материал мишени находится в контакте со вторичным слоем во время производства изотопов. Необязательно, вторичный слой выполнен с возможностью уменьшения химических загрязнителей и загрязнителей долгоживущих радионуклидов. Необязательно, вторичный слой содержит тугоплавкие металлы или сплавы или металлы или сплавы платиновой группы.

[0017] В одном варианте выполнения предлагается способ генерации радионуклидов. Способ включает размещение материала мишени в производственной камере сборки мишени. Сборка мишени имеет производственную камеру и полость для пучка, которая находится рядом с производственной камерой. Производственная камера выполнена с возможностью удерживания жидкости мишени. Полость для пучка выполнена с возможностью приема пучка частиц, который падает на производственную камеру. Сборка мишени также содержит фольгу мишени, расположенную для разделения полости для пучка и производственной камеры. Фольга мишени имеет сторону, которая подвергается воздействию производственной камеры, так что материал мишени находится в контакте с фольгой мишени во время производства изотопов, причем фольга мишени содержит слой материала, имеющий состав суперсплава на основе никеля. Способ также включает направление пучка частиц на материал мишени. Пучок частиц, проходящий через фольгу мишени, падает на материал мишени.

[0018] В некоторых аспектах материал мишени представляет собой газообразный материал для производства ¹¹С посредством реакции ¹⁴N(p,α)¹¹C. Фольга мишени подвергается воздействию газообразного материала, так что газообразный материал контактирует с фольгой мишени во время производства изотопов. Сторона фольги мишени, которая находится в контакте с газообразным материалом, по существу не содержит углерода.

[0019] В некоторых аспектах материал мишени содержит жидкий или газообразный материал. Фольга мишени подвергается воздействию жидкого или газообразного материала, так что жидкий или газообразный материал контактирует с фольгой мишени во время производства изотопов.

[0020] Необязательно, ток пучка системы составляет по меньшей мере 100 мкА.

[0021] В некоторых аспектах состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 40 масс. % никеля, а также содержит алюминий, титан и по меньшей мере одно из: кобальт или хром, причем сумма массовой доли алюминия и титана не превышает 10 масс. %, при этом состав суперсплава на основе никеля также содержит по меньшей мере одно из: кобальт, имеющий массовую долю от 10 масс. % до 20 масс. % или хрома, имеющий массовую долю от 10 масс. % до 20 масс. %.

[0022] В некоторых аспектах фольга мишени представляет собой устаревшую фольгу. Способ дополнительно включает замену устаревшей фольги на фольгу мишени, имеющую слой материала с составом суперсплава на основе никеля, и управление работой циклотрона для увеличения тока пучка.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0023] Фиг. 1 изображает блок-схему системы производства изотопов, выполненной в соответствии с вариантом выполнения.

[0024] Фиг. 2 изображает вид сбоку системы экстракции и системы мишени, выполненной в соответствии с вариантом выполнения.

[0025] Фиг. 3 изображает вид сзади в аксонометрии сборки мишени, выполненной в соответствии с вариантом выполнения.

[0026] Фиг. 4 изображает вид спереди в аксонометрии сборки мишени, показанной на Фиг. 3.

[0027] Фиг. 5 изображает вид с пространственным разделением деталей сборки мишени, показанной на Фиг. 3.

[0028] Фиг. 6 представляет собой таблицу, в которой перечислены составы, которые могут использоваться для одного или нескольких слоев фольги мишени, в соответствии с вариантом выполнения. Значения указаны в процентах.

[0029] Фиг. 7 изображает вид в разрезе сборки мишени, выполненном поперек оси Z, иллюстрирующий канал охлаждения, который поглощает тепловую энергию сборки мишени.

[0030] Фиг. 8 изображает вид в разрезе сборки мишени, показанной на Фиг. 3, выполненном поперек оси X.

[0031] Фиг. 9 изображает вид в разрезе сборки мишени, показанной на Фиг. 3, выполненном поперек оси Y.

[0032] Фиг. 10 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ, выполненный в соответствии с вариантом выполнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0033] Вышеизложенный раздел «Сущность изобретения», а также последующее подробное описание некоторых вариантов выполнения будут лучше поняты при прочтении совместно с прилагаемыми чертежами. В той степени, в которой чертежи иллюстрируют диаграммы блоков различных вариантов выполнения, блоки не обязательно указывают на разделение между аппаратными средствами. Таким образом, например, один или несколько блоков могут быть реализованы в виде единого набора аппаратных средств или нескольких частей аппаратных средств. Следует понимать, что различные варианты выполнения не ограничиваются конструкциями и техническими средствами, показанными на чертежах.

[0034] Элемент или этап, указанный в единственном числе, используемый в настоящем документе, следует понимать как не исключающий множественное число указанных элементов или этапов, если это исключение явным образом не указано. Кроме того, ссылки на «один вариант выполнения» не предназначены для интерпретации как исключающие существование дополнительных вариантов выполнения, которые также содержат перечисленные признаки. Более того, если явным образом не указано обратное, варианты выполнения, «содержащие» или «имеющие» элемент или множество элементов, имеющих конкретное свойство, могут содержать дополнительные такие элементы, которые не имеют этого свойства.

[0035] Варианты выполнения, изложенные в настоящем документе, могут представлять собой или содержать фольгу мишени, которая имеет слой материала, содержащий суперсплав на основе никеля. Как используется в настоящем документе, «слой материала» имеет по существу однородный состав. В некоторых вариантах выполнения слой материала может быть единственным слоем. Таким образом, термин «фольга мишени» и «слой материала» могут быть взаимозаменяемыми для таких вариантов выполнения. Необязательно, фольга мишени может содержать несколько слоев, так что слой материала представляет собой только один слой из нескольких слоев (например, слои, соединенные вместе или отдельные слои, расположенные бок о бок). Слои могут быть соединены вместе, например, путем нанесения покрытия или нанесения одного слоя на другой слой.

[0036] Используемый в настоящем документе термин «суперсплав на основе никеля» представляет собой сплав, в котором наибольшей составляющей сплава является никель. Наибольшая составляющая представляет собой элемент, имеющий наибольшую массовую долю (масс. %) сплава. Суперсплавы основаны на элементах, которые присутствуют в длинном периоде переходных металлов и включают различные комбинации Ni, Fe, Co и Cr, а также меньшее количество W, Мо, Та, Nb, Ti, Al, Re, Ru, С, и В, среди других элементов. Суперсплавы обычно могут работать при температурах, превышающих 0,7 от абсолютной температуры плавления. Суперсплавы могут иметь кристаллическую структуру с гранецентрированной кубической решеткой (FCC) и могут представлять собой дисперсионно-твердеющие сплавы. Фольга мишени суперсплава на основе никеля может быть способна работать при 400°С или более на протяжении всего интервала времени, в течение которого пучок частиц падает на жидкую или газообразную мишень для производства желаемых радионуклидов. Сплавы на основе никеля могут быть отлиты или обработаны.

[0037] Фольга мишени выполнена с возможностью работы в относительно суровых условиях. Например, производственная камера может находиться под давлением до 30 бар, а температура кипения жидкости (например, воды) может составлять приблизительно 230°С. Температура на поверхности фольги мишени, которая обращена к ускорительной камере циклотрона, может быть выше температуры кипящей жидкости в определенных местах на фольге мишени, такой как центральная или локализованная область, вызванная недостаточным охлаждением. Например, температура может составлять от 300°С до 400°С в центральных и/или локализованных областях. В конкретных вариантах выполнения фольга мишени может быть выполнена так, чтобы давление превышало 750 МПа при 500°С.

[0038] По меньшей мере один технический результат при использовании фольги мишени, которая включает сплавы на основе никеля, - это способность использовать более высокие токи пучка (например, 100 мкА или более), чем токи пучка, которые в настоящее время используются некоторыми традиционными системами. Например, может использоваться ток пучка, превышающий 100 мкА при энергии пучка 16,5 МэВ. Производство радионуклидов является функцией тока пучка. Таким образом, варианты выполнения могут позволить генерировать большее количество радионуклидов в более короткие периоды времени по сравнению с традиционными системами. Другим техническим результатом, который обеспечивается суперсплавом на основе никеля, является различное распределение примесей, образующихся во время указанного интервала времени. Например, количество некоторых долгоживущих радиоактивных примесей (например, ⁵⁶Со) может быть уменьшено, обеспечивая, тем самым, более безопасную работу и обслуживание системы для обслуживающего персонала.

[0039] Фиг. 1 изображает блок-схему системы 100 производства изотопов, выполненной в соответствии с вариантом выполнения. Система 100 содержит ускоритель 102 частиц (например, циклотрон), имеющий несколько подсистем, включая систему 104 ионного источника, систему 106 электрического поля, систему 108 магнитного поля, вакуумную систему 110, систему 122 охлаждения и систему 125 управления текучей средой. Во время использования системы 100 материал 116 мишени (например, текучая среда мишени, которая может представлять собой жидкость мишени или газ мишени) подается в назначенную производственную камеру 120 системы 114 мишени. Материал 116 мишени может быть введен в камеру 120 через систему 125 управления текучей средой. Система 125 управления текучей средой может управлять потоком материала 116 мишени через один или несколько насосов и клапанов (не показаны) в камеру 120. Система 125 управления текучей средой также может регулировать давление, которое испытывается в камере 120, путем подачи инертного газа в камеру 120.

[0040] Во время работы ускорителя 102 частиц заряженные частицы помещаются внутрь или инжектируется в ускоритель 102 через систему 104 ионного источника. Система 108 магнитного поля и система 106 электрического поля генерируют соответствующие поля, которые взаимодействуют друг с другом при производстве пучка 112 заряженных частиц.

[0041] Фиг. 1 также изображает систему 100, имеющую систему 115 экстракции. Система 114 мишени может быть расположена рядом с ускорителем 102 частиц. Для производства изотопов пучок 112 частиц направляется ускорителем 102 частиц через систему 115 экстракции вдоль пути 117 пучка и в систему 114 мишени, чтобы пучок 112 частиц падал на материал 116 мишени, расположенный в указанной производственной камере 120. Следует отметить, что в некоторых вариантах выполнения ускоритель 102 частиц и система 114 мишени не разделены пространством или зазором (например, разделены расстоянием) и/или не являются отдельными частями. Соответственно, в этих вариантах выполнения ускоритель 102 частиц и система 114 мишени могут образовывать один элемент или часть, так что путь 117 пучка между элементами или частями не предусмотрен.

[0042] Система 100 выполнена с возможностью производства радионуклидов, которые могут использоваться в медицинской визуализации, исследованиях и терапии, но также и для других применений, которые не связаны с медициной, таких как научные исследования или анализ. Система 100 производства изотопов может производить изотопы в заранее определенных количествах или партиях, таких как индивидуальные дозы для использования в медицинской визуализации или терапии. В качестве примера, система 100 производства изотопов может генерировать изотопы ⁶⁸Ga из жидкости мишени, содержащей нитрат ⁶⁸Zn в разбавленной кислоте (например, в азотной кислоте). Система 100 может также быть выполнена с возможностью генерирования протонов для производства [¹⁸F]F^- в жидкой форме. Материал мишени может быть обогащен ¹⁸O-водой для производства ¹⁸F с использованием ядерной реакции ¹⁸O(p,n)¹⁸F. В некоторых вариантах выполнения система 100 производства изотопов может также генерировать протоны или дейтроны для производства ¹⁵O-меченой воды. Могут быть предусмотрены изотопы, обладающие различными уровнями активности. ¹³N может быть получен путем протонной бомбардировки дистиллированной воды через ядерную реакцию ¹⁶O(p,α)¹³N. В качестве еще одного примера, материал мишени может представлять собой газ для производства ¹¹С посредством реакции ¹⁴N(p,α)¹¹C.

[0043] В некоторых вариантах выполнения система 100 использует ¹H^--технологию и приводит заряженные частицы до заданной энергии (например, 8-20 МэВ) с током пучка 100 мкА или более. В таких вариантах выполнения отрицательные ионы водорода ускоряются и направляются через ускоритель 102 частиц в систему 115 экстракции. Отрицательные ионы водорода могут затем ударяться об обдирающую фольгу (не показана на Фиг. 1) системы 115, удаляя, тем самым, пару электронов и превращая частицы в положительный ион, ¹H⁺. Однако в альтернативных вариантах выполнения заряженные частицы могут быть положительными ионами, такими как ¹H⁺, ²Н⁺ и ³Не⁺. В таких альтернативных вариантах выполнения система 115 экстракции может содержать электростатический дефлектор, который создает электрическое поле, направляющее пучок частиц к материалу 116 мишени. Следует отметить, что различные варианты выполнения не ограничены использованием в системах с более низкой энергией, но могут можно использовать в системах с более высокой энергией, например, до 25 МэВ.

[0044] Система 100 может содержать систему 122 охлаждения, которая транспортирует охлаждающую текучую среду (например, воду или газ, такой как гелий), к различным элементам различных систем, чтобы поглощать тепло, генерируемое соответствующими элементами. Например, один или несколько каналов охлаждения могут проходить вблизи производственных камер 120 и поглощать от них тепловую энергию. Система 100 производства изотопов может также содержать систему 118 управления, которая может использоваться для управления работой различных систем и элементов. Система 118 управления может содержать необходимую схему для автоматического управления системой 100 производства изотопов и/или обеспечения ручного управления некоторыми функциями. Например, система 118 управления может содержать один или несколько процессоров или другую логическую схему. Система 118 управления может содержать один или несколько пользовательских интерфейсов, которые расположены вблизи или удаленно от ускорителя 102 частиц и системы 114 мишени. Хотя это не показано на Фиг. 1, система 100 производства изотопов может также содержать один или несколько экранирующих излучение и/или магнитных экранов для ускорителя 102 частиц и системы 114 мишени.

[0045] Система 100 может быть выполнена с возможностью ускорения заряженных частиц до заданного уровня энергии. Например, некоторые описанные в настоящем документе варианты выполнения ускоряют заряженные частицы до энергии не более 75 МэВ, не более 50 МэВ или не более 25 МэВ. В конкретных вариантах выполнения система 100 производства изотопов ускоряет заряженные частицы до энергии, составляющей не более 18 МэВ или не более 16,5 МэВ. В конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии, составляющей не более 9,6 МэВ. В более конкретных вариантах выполнения система 100 производства изотопов ускоряет заряженные частицы до энергии не более 7,8 МэВ. Однако описанные в настоящем документе варианты выполнения также могут иметь более высокую энергию пучка. Например, варианты выполнения могут иметь энергию пучка выше 100 МэВ, 500 МэВ или более.

[0046] Один или несколько вариантов выполнения могут допускать использование более высоких токов пучка. Например, в некоторых вариантах выполнения ток пучка может составлять не более 1500 мкА или не более 1000 мкА. В некоторых вариантах выполнения ток пучка может составлять не более 500 мкА или не более 250 мкА. В некоторых вариантах выполнения ток пучка может составлять не более 125 мкА или не более 100 мкА. В некоторых вариантах выполнения ток пучка может составлять не более 75 мкА или не более 50 мкА. Варианты выполнения могут также использовать более низкие токи пучка. В качестве примера, ток пучка может составлять приблизительно 10-30 мкА.

[0047] В некоторых вариантах выполнения ток пучка может составлять по меньшей мере 100 мкА при энергии пучка частиц, составляющей 8-30 МэВ. В некоторых вариантах выполнения ток пучка может составлять по меньшей мере 125 мкА при энергии пучка частиц, составляющей 12-30 МэВ. В некоторых вариантах выполнения ток пучка может составлять по меньшей мере 150 мкА при энергии пучка частиц, которая составляет 14-20 МэВ.

[0048] Система 100 может иметь несколько производственных камер 120, в которых расположены отдельные материалы 116А-С мишени. Сдвигающее устройство или система (не показаны) могут использоваться для перемещения производственных камер 120 относительно пучка 112 частиц, так чтобы пучок 112 частиц падал на другой материал 116 мишени. В качестве альтернативы, ускоритель 102 частиц и система 115 экстракции не могут направлять пучок 112 частиц только по одному пути, но могут направлять пучок 112 частиц по уникальному пути для каждой различной производственной камеры 120. Кроме того, путь 117 пучка от ускорителя 102 частиц до производственной камеры 120 может быть по существу прямолинейным или, в качестве альтернативы, путь 117 пучка может быть криволинейным или поворачиваться в одной или нескольких точках вдоль траектории. Например, магниты, расположенные вдоль пути 117 пучка, могут быть выполнены с возможностью перенаправления пучка 112 частиц вдоль другого пути.

[0049] Система 114 мишени содержит несколько сборок 130 мишени, хотя в других вариантах выполнения система 114 может содержать только одну сборку 130 мишени. Сборка 130 мишени содержит корпус 132 мишени, имеющий несколько секций 134, 135, 136. Сборка 130 мишени также выполнена с одной или несколькими фольгами, через которые проходит пучок частиц перед столкновением с материалом мишени. Например, сборка 130 мишени содержит переднюю (или вакуумную) фольгу 138 и фольгу 140 мишени. Как передняя фольга 138, так и фольга 140 мишени могут входить в секцию решетки (не показана на Фиг. 1) сборки 130 мишени.

[0050] В качестве альтернативы, сборка мишени не содержит секции решетки. Такие варианты выполнения описаны в публикации заявки на патент США №2011/0255646 и в публикации заявки на патент США №2010/0283371.

[0051] Конкретные варианты выполнения могут и не иметь прямой системы охлаждения для передней фольги и фольги мишени. Традиционные системы мишени направляют охлаждающую среду (например, гелий) через пространство, находящееся между передней фольгой и фольгой мишени. Охлаждающая среда контактирует с передней фольгой и фольгой мишени и поглощает тепловую энергию непосредственно от передней фольги и фольги мишени и переносит тепловую энергию от передней фольги и фольги мишени. Варианты выполнения, изложенные в настоящем документе, могут быть лишены такой системы охлаждения и, таким образом, могут быть, а могут и не быть лишены передней фольги, которая находится выше фольги мишени. Например, радиальная поверхность, окружающая это пространство, может быть лишена портов, которые проточно сообщаются с каналами. Однако следует понимать, что система 122 охлаждения может охлаждать другие объекты системы 114 мишени. Например, система 122 охлаждения может направлять охлаждающую воду через часть 136 корпуса, чтобы поглощать тепловую энергию от производственной камеры 120. Однако следует понимать, что варианты выполнения могут содержать порты и вдоль радиальной поверхности. Такие порты могут использоваться для подачи охлаждающей среды для охлаждения передней фольги 138 и фольги мишени 140 или для вакуумирования пространства между передней фольгой 138 и фольгой мишени 140.

[0052] Примеры систем производства изотопов и/или циклотронов, имеющих одну или несколько описанных в настоящем документе подсистем, могут быть найдены в публикации заявки на патент США №2011/0255646, которая полностью включена в настоящее описание посредством ссылки. Кроме того, системы производства изотопов и/или циклотроны, которые могут использоваться с вариантами выполнения, описанными в настоящем документе, также описаны в заявках на патент США №12/492,200; 12/435,903; 12/435,949; в публикации заявки на патент США №2010/0283371 А1 и в заявке на патент США №14/754,878, каждая из которых включена в настоящее описание посредством ссылки во всей ее полноте.

[0053] Фиг. 2 изображает вид сбоку системы 150 экстракции и системы 152 мишени. В проиллюстрированном варианте выполнения система 150 экстракции содержит первый и второй экстракционные узлы 156, 158, каждый из которых содержит держатель 158 фольги и одну или несколько экстракционных фольг 160 (также называемая обдирающей фольгой). Процесс экстракции может быть основан на принципе обдирающей фольги. Более конкретно, электроны заряженных частиц (например, ускоренных отрицательных ионов) удаляются, когда заряженные частицы проходят через экстракционную фольгу 160. Заряд частиц изменяется от отрицательного заряда до положительного заряда, изменяя, тем самым, траекторию частицы в магнитном поле. Экстракционная фольга 160 может быть расположена для управления траекторией внешнего пучка 162 частиц, который содержит положительно заряженные частицы и может использоваться для управления внешним пучком 162 частиц в направлении заданных положений 164 мишени.

[0054] В проиллюстрированном варианте выполнения держатели 158 фольги представляют собой вращающиеся карусели, которые способны удерживать одну или несколько экстракционных фольг 160. Однако держатели 158 не обязательно должны вращаться. Держатели 158 могут быть выборочно расположены вдоль дорожки или рельса 166. Система 150 экстракции может иметь один или несколько режимов экстракции. Например, система 150 экстракции может быть выполнена с возможностью выполнения однолучевой экстракции, при которой только один внешний пучок 162 частиц направляется в выходной порт 168. На Фиг. 2 имеется шесть выходных портов 168, которые перенумерованы как 1-6.

[0055] Система 150 экстракции также может быть выполнена с возможностью экстракции двойного пучка, при которой два внешних пучка 162 одновременно направляются к двум выходным портам 168. В режиме с двумя пучками система 150 экстракции может выборочно размещать узлы 156, 158 экстракции так, что каждый узел экстракции перехватывает часть пучка частиц (например, верхнюю половину и нижнюю половину). Узлы 156, 158 экстракции выполнены с возможностью перемещения вдоль трека 166 между различными положениями. Например, приводной двигатель может использоваться для избирательного размещения узлов 156, 158 экстракции вдоль трека 166. Каждый узел 156, 158 экстракции имеет рабочий диапазон, который охватывает одно или несколько выходных портов 168. Например, узел 156 экстракции может быть назначен выходным портам 4, 5 и 6, а узел 158 экстракции может быть назначен выходным портам 1, 2 и 3. Каждый узел экстракции может использоваться для направления пучка частиц в назначенные выходные порты.

[0056] Держатели 158 фольги могут быть изолированы, чтобы обеспечивать измерение тока удаленных электронов. Экстракционные фольги 160 расположены в радиусе пути пучка, где пучок достигает конечной энергии. В проиллюстрированном варианте выполнения каждый из держателей 158 фольги удерживает несколько экстракционных фольг 160 (например, шесть) и может вращаться вокруг оси 170, чтобы обеспечить возможность размещения различных фольг 160 внутри траектории пучка.

[0057] Система 152 мишени содержит несколько сборок 172 мишени. Показано в общей сложности шесть сборок 172 мишени, причем каждая соответствует соответствующему выходному порту 168. Когда пучок 162 частиц прошел выбранную экстракционную фольгу 160, он проходит в соответствующий узел 172 мишени через соответствующий выходной порт 168. Пучок частиц поступает в камеру мишени (не показана) соответствующего корпуса 174 мишени. Камера мишени удерживает материал мишени (например, жидкость, газ или твердый материал) и пучок частиц падает на материал мишени внутри камеры мишени. Пучок частиц сначала может падать на одну или более фольг мишени внутри корпуса 174 мишени, как описано более подробно ниже. Сборки 172 мишени электрически изолированы, чтобы обеспечивать обнаружение тока пучка частиц при падении на материал мишени, корпус 174 мишени и/или фольги мишени или другие фольги в корпусе 174 мишени.

[0058] Примеры систем производства изотопов и/или циклотронов, имеющих одну или несколько описанных в настоящем документе подсистем, могут быть найдены в публикации заявки на патент США №2011/0255646, которая включена в настоящий документ в качестве ссылки во всей ее полноте. Кроме того, системы производства изотопов и/или циклотроны, которые могут использоваться с вариантами выполнения, описанными в настоящем документе, также описаны в заявках на патент США №12/492,200; №12/435,903; №12/435,949; №12/435,931 и в заявке на патент США №14/754,878, каждая из которых включена в настоящее описание посредством ссылки во всей ее полноте.

[0059] Фиг. 3 и 4 изображают, соответственно, вид сзади и спереди в аксонометрии узла 200 мишени, выполненного в соответствии с вариантом выполнения. Фиг. 4 изображает вид с пространственным разделением деталей узла 200 мишени. Узел 200 мишени выполнен с возможностью использования в системе производства изотопов, такой как система 100 производства изотопов (Фиг. 1). Например, узел 200 мишени может быть подобным или идентичным узлу 130 мишени (Фиг. 1) системы 100 или узлу 172 мишени (Фиг. 2). Сборка 200 мишени содержит корпус 201 мишени, который полностью собран на Фиг. 3 и 4.

[0060] Корпус 201 мишени сформирован из трех секций 202, 204, 206, вставки 220 мишени (Фиг. 5) и секции 225 решетки (Фиг. 5). Секции 202, 204, 206 корпуса определяют внешнюю конструкцию или внешний вид корпуса 201 мишени. В частности, внешняя конструкция корпуса 201 мишени сформирована из секции 202 корпуса (которая может быть названа передней частью корпуса или фланцем), секции 204 корпуса (которая может быть названа как промежуточная секция корпуса) и секции 206 корпуса (которая может быть названа как задняя секция корпуса). Секции 202, 204 и 206 корпуса содержат блоки из жесткого материала, имеющие каналы и выемки для формирования различных элементов. Каналы и выемки могут удерживать один или несколько элементов узла 200 мишени.

[0061] Вставка 220 мишени и секция 225 решетки (Фиг. 5) также содержат блоки из жесткого материала, имеющие каналы и выемки для формирования различных элементов. Секции 202, 204, 206 корпуса, вставка 220 мишени и секция 225 решетки могут быть прикреплены друг к другу с помощью подходящих крепежных элементов, показанных как болты 208 (Фиг. 4 и 5), каждый из которых имеет соответствующую шайбу (не показана). Когда секции 202, 204, 206 корпуса, вставка 220 мишени и секция 225 решетки прикреплены друг к другу, они образуют герметичный корпус 201 мишени. Герметичный корпус 201 мишени в достаточной степени выполнен с возможностью предотвращения или существенного ограничения утечки жидкостей или газа из корпуса 201 мишени.

[0062] Как показано на Фиг. 3, узел 200 мишени содержит несколько фитингов 212, которые расположены вдоль задней поверхности 213. Фитинги 212 могут работать как порты, которые обеспечивают проточное сообщение с корпусом 201 мишени. Фитинги 212 выполнены с возможностью эффективного присоединения к системе управления текучей средой, такой как система 125 управления текучей средой (Фиг. 1). Фитинги 212 могут обеспечивать проточное сообщение для гелия и/или охлаждающей воды. В дополнение к портам, образованным фитингами 212, узел 200 мишени может содержать первый порт 214 для материала и второй порт 215 для материала (показаны на Фиг. 7). Первый и второй порты 214, 215 для материала проточно сообщаются с производственной камерой 218 (Фиг. 5) узла 200 мишени. Первый и второй порты 214, 215 для материала функционально соединены с системой управления текучей средой. В иллюстративном варианте выполнения второй порт 215 для материала может обеспечивать возможность введения материала мишени в производственной камере 218, а первый порт 214 для материала может обеспечивать введение рабочего газа (например, инертного газа) для управления давлением, под которым находится текучая среда мишени в производственной камере 218. В других вариантах выполнения, однако, первый порт 214 для материала может обеспечивать введения материала мишени, а второй порт 215 для материала может обеспечивать введение рабочего газа.

[0063] Корпус 201 мишени образует проход 221 для пучка, который позволяет пучку частиц (например, протонному пучку) падать на материал мишени в производственной камере 218. Пучок частиц (обозначенный стрелкой Р на Фиг. 4) может входить в корпус 201 мишени через отверстие 219 прохода (Фиг. 4 и 5). Пучок частиц проходит через сборку 200 мишени из отверстия 219 прохода в производственную камеру 218 (Фиг. 5). Во время работы производственная камера 218 заполнена жидкостью мишени или газом мишени. Например, жидкость мишени может иметь объем приблизительно 2,5 миллилитров (мл) воды, содержащей предназначенные изотопы (например, H₂¹⁸O). Производственная камера 218 ограничена во вставке 220 мишени, которая может содержать, например, ниобиевый материал, имеющий полость 222 (Фиг. 5), которая открывается с одной стороны вставки 220 мишени. Вставка 220 содержит первый и второй порты 214, 215 для материала. Первый и второй порты 214, 215 для материала выполнены с возможностью приема, например, фитингов или сопел.

[0064] Как показано на Фиг. 5, вставка 220 мишени совмещена между секцией 206 и секцией 204 корпуса. Сборка 200 мишени может содержать уплотнительное кольцо 226, которое расположено между секцией 206 корпуса и вставкой 220 мишени. Сборка 200 мишени также содержит фольгу 228 мишени и уплотняющий край 236 (например, край Helicoflex®). Фольга 228 мишени расположена между секцией 204 корпуса и вставкой 220 мишени и закрывает полость 222, закрывая, тем самым, производственную камеру 218. Корпус 206 также содержит полость 230 (Фиг. 5), которая имеет размер и форму для вмещения в ней уплотнительного кольца 226 и части вставки 220.

[0065] Передняя фольга 240 сборки 200 может быть расположена между секцией 204 корпуса и секцией 202 корпуса. Передняя фольга 240 может представлять собой сплавной диск, подобный фольге 228 мишени. Передняя фольга 240 совмещается с секцией 238 решетки секции 204 корпуса. Передняя фольга 240 и фольга 228 мишени могут иметь различные функции в сборке 228 мишени. В некоторых вариантах выполнения передняя фольга 240 может упоминаться как деградирующая фольга, которая уменьшает энергию пучка Р частиц. Например, передняя фольга 240 может уменьшать энергию пучка частиц по меньшей мере на 10%. Энергия пучка частиц, падающих на материал мишени, может составлять от 7 МэВ до 24 МэВ. В более конкретных вариантах выполнения, энергия пучка частиц, которые падают на материал мишени, может составлять от 13 МэВ до 15 МэВ.

[0066] Фольга 228 мишени содержит один слой материала или несколько слоев материала. В некоторых вариантах выполнения фольга 228 мишени содержит или состоит из по существу только одного слоя материала. Используемый в настоящем документе термин «слой материала» имеет по существу однородный состав. Например, фольга 228 мишени может иметь слой суперсплава на основе никеля, причем указанный слой имеет состав, который аналогичен или идентичен составу, показанному на Фиг. 6.

[0067] Слой материала может быть выполнен или выбран так, чтобы иметь заданные свойства. Параметры, которые могут использоваться для выбора фольги мишени, включают теплопроводность, прочность на растяжение, предел текучести при указанных высоких температурах, химическую реактивность (инертность), свойства рассеивания энергии, радиоактивацию и температуру плавления. В качестве примера, плотность фольги мишени может иметь значение от 7,0 до 10,0 г/см³, точка плавления может составлять 1200°С или более, теплопроводность может иметь значение по меньшей мере 10,0 Вт/м*K, а прочность на растяжение иметь значение не менее 250000 фунтов на квадратный дюйм, или 1725 МПа. Для вариантов выполнения, в которых материал мишени представляет собой газ для производства ¹¹С посредством реакции ¹⁴N(p,α)¹¹C, прочность на растяжение во время работы составляет по меньшей мере 800 МПа. Для таких вариантов выполнения фольга мишени может иметь содержание углерода между низким значением и значением, которое по существу равно нулю.

[0068] В конкретных вариантах выполнения толщина фольги 228 мишени может составлять по меньшей мере 10 микрометров или по меньшей мере 20 микрометров. В более конкретных вариантах выполнения толщина фольги 28 мишени может составлять по меньшей мере 25 микрометров или по меньшей мере 30 микрометров или по меньшей мере 40 микрометров. В более конкретных вариантах выполнения толщина фольги 228 мишени может составлять по меньшей мере 50 мкм или по меньшей мере 60 мкм. В конкретных вариантах выполнения толщина фольги 228 мишени может составлять не более 100 мкм или не более 75 мкм или не более 50 мкм. Один или несколько вариантов выполнения могут иметь толщину фольги мишени, которая составляет от 10 мкм до 50 мкм. Однако следует понимать, что в различных вариантах выполнения могут использоваться другие размеры (например, толщина). Например, могут быть использованы большие или меньшие толщины, отличные от описанных в настоящем документе.

[0069] Фольга 228 мишени имеет сторону 293, которая подвергается воздействию производственной камеры 218, так что фольга 228 мишени контактирует с материалом мишени во время производства изотопов. Необязательно, фольга 228 мишени может содержать слой, который не является слоем сплава на основе никеля (например, вторичной фольгой или покрытием). Например, внутренний слой может быть уложен или покрыт относительно слоя сплава на основе никеля. На Фиг. 8 показана одна такая конфигурация фольги 228 мишени. Как показано, фольга 228 мишени содержит слой 292 вторичного материала и слой 294 первичного материала (или слой сплава на основе никеля), уложенные друг относительно друга. Вторичный слой 292 материала имеет сторону 293 фольги 228 мишени, которая находится в контакте с материалом мишени. Используемый в настоящем документе слой вторичного материала (или вторичный слой) и слой сплава на основе никеля «укладываются друг относительно друга», если соответствующие стороны вторичного слоя и слоя сплава на основе никеля обращены друг к другу и слои: (а) стороны по существу прикреплены друг к другу, причем, например, поверхности соединены друг с другом или один слой осажден (например, напылен, электролитически осажден или плакирован) на другой слой; (b) являются дискретными, но непосредственно взаимодействуют друг с другом (например, сжаты вместе); или (с) имеют один или несколько других слоев, расположенных между ними и по существу прикрепленных к одному или нескольким другим слоям или непосредственно входящих в контакт с одним или несколькими другими слоями. Например, каждая из сторон может непосредственно взаимодействовать или быть соединена с противоположными сторонами общего слоя. Если существует несколько слоев, то несколько слоев могут быть зажаты вместе. Слой сплава на основе никеля и вторичный слой взаимодействуют или соединяются с противоположными сторонами сэндвич-структуры. В некоторых вариантах выполнения слой сплава на основе никеля может взаимодействовать с другими слоями с обеих сторон слоя сплава на основе никеля.

[0070] В конкретных вариантах выполнения вторичный слой выполнен с возможностью подвергаться воздействию материала мишени в производственной камере. Вторичный слой может быть выполнен с возможностью уменьшения образования долгоживущих изотопов при активации пучком частиц и воздействии на материал мишени. Вторичный слой может быть выполнен с возможностью уменьшения химических загрязнителей и загрязнителей долгоживущих радионуклидов. Вторичный слой также может представлять собой инертный металлический материал. Например, вторичный слой может содержать огнеупорные металлы или сплавы или металлы или сплавы платиновых групп. Вторичный слой может содержать, например, золото, ниобий, тантал, титан или сплав, включающий один или несколько из указанных выше элементов. В конкретных вариантах выполнения вторичный слой может состоять в основном из золота, ниобия, тантала или титана.

[0071] Следует отметить, что фольга 228 мишени и передняя фольга 240 не ограничены дисковой или круглой формой и могут быть выполнены в разных формах, конфигурациях и конструкциях. Например, одна или обе из фольги 228 мишени и передней фольги 240 или дополнительных фольг могут иметь, в частности, квадратную форму, прямоугольную форму или овальную форму. Кроме того, следует отметить, что фольги 228 мишени не ограничиваются выполнением из суперсплавов на основе никеля. В некоторых вариантах выполнения фольга 228 мишени и передняя фольга 240 могут содержать один или несколько металлических слоев. Слои могут включать, например, Havar. Havar имеет номинальный состав из кобальта (42,0 масс. %), хрома (19,5 масс. %), никеля (12,7 масс. %), вольфрама (2,7 масс. %), молибдена (2,2 масс. %), марганца (1,6 масс. %), углерода (0,2 масс. %) и железа (остальное).

[0072] Во время работы, когда пучок частиц проходит через сборку 200 мишени из секции 202 корпуса в камеру 218, фольга 228 мишени и передняя фольга 240 могут быть сильно активированы (например, индуцированной радиоактивностью). Фольга 228 мишени и передняя фольга 240 изолируют вакуум в ускорительной камере от материала мишени в полости 222. Секция 238 решетки может быть расположена между фольгой 228 мишени и передней фольгой 240 и взаимодействовать с ними. Необязательно, сборка 200 мишени выполнена с возможностью позволять охлаждающему средству проходить между фольгой 228 мишени и передней фольгой 240. Следует отметить, что фольга 228 мишени и передняя фольга 240 выполнены с толщиной, которая позволяет проходить через них пучка частиц. Следовательно, фольга 228 мишени и передняя фольга 240 могут стать сильно излучающими и активированными.

[0073] Некоторые варианты выполнения обеспечивают самоэкранирование сборки 200 мишени, которое активно защищает сборку 200 мишени, чтобы защитить и/или предотвратить выход излучения от активированных фольги 228 мишени и передней фольги 240 из сборки 200 мишени. Таким образом, фольга 228 мишени и передняя фольга 240 полностью закрыты активным радиационным экраном. В частности, по меньшей мере одна из, а в некоторых вариантах выполнения и все секции 202, 204 и 206 корпуса сформированы из материала, который ослабляет излучение внутри сборки 200 мишени и, в частности, из фольги 228 мишени и передней фольги 240. Следует отметить, что секции 202, 204 и 206 корпуса могут быть выполнены из одинаковых материалов, различных материалов или разных количеств или комбинаций одного и того же или разных материалов. Например, секции 202 и 204 корпуса могут быть выполнены из одного и того же материала, такого как алюминий, а секция 206 корпуса может быть выполнена из комбинации алюминия и вольфрама.

[0074] Секция 202, секция 204 и/или секция 206 корпуса выполнены таким образом, что толщина каждой, в особенности между фольгой 228 мишени, передней фольгой 240 и наружной частью сборки 200 мишени, обеспечивает экранирование для уменьшения излучения, излучаемого оттуда. Следует отметить, что секция 202, секция 204 и/или секция 206 корпуса могут быть выполнены из любого материала, имеющего значение плотности, большее, чем у алюминия. Кроме того, каждая из секции 202, секции 204 и/или секции 206 корпуса может быть выполнена из различных материалов или комбинаций или материалов, как описано более подробно в настоящем документе.

[0075] На Фиг. 6 представлена таблица, в которой перечислены примеры сплавов на основе никеля, которые могут быть использованы в одном или нескольких вариантах выполнения для формирования слоя материала фольги мишени. Показано содержание в процентах по массе элементов в сплаве слоя материала. Как показано, значения, перечисленные для состава, в сумму могут и не составлять 100%. Следует понимать, что значения являются приблизительными и могут быть скорректированы для получения подходящего сплава. Следует также понимать, что для некоторых вариантов выполнения могут быть использованы другие сплавы, не перечисленные на Фиг. 6. Например, сплавы на Фиг. 6 иллюстрируют диапазон возможных значений, которые в некоторых вариантах выполнения могут иметь различные металлы и другие компоненты сплава.

[0076] В конкретных вариантах выполнения состав слоя материала на Фиг. 6 представляет собой состав для сплава 1, сплава 3 или сплава 4. Самой большой составляющей сплава на основе никеля является никель. Например, никель может составлять по меньшей мере 40 масс. % (содержание в процентах по массе) слоя материала. В некоторых вариантах выполнения никель составляет по меньшей мере 45 масс. % или по меньшей мере 50 масс. % слоя материала. В некоторых вариантах выполнения никель составляет по меньшей мере 55 масс. % или по меньшей мере 60 масс. % слоя материала. В некоторых вариантах выполнения никель составляет по меньшей мере 65 масс. % или по меньшей мере 70 масс. % слоя материала. В некоторых вариантах выполнения никель составляет по меньшей мере 75 масс. % слоя материала. В некоторых вариантах выполнения никель составляет не более 75 масс. % слоя материала.

[0077] В некоторых вариантах выполнения никель может составлять от 45 до 75 масс. % слоя материала. В конкретных вариантах выполнения никель может составлять от 50 до 75 масс. % слоя материала. В более конкретных вариантах выполнения никель может составлять от 55 масс. % до 75 масс. % слоя материала.

[0078] Другие большие составляющие фольги мишени могут включать кобальт, железо, хром или молибден. Например, содержание кобальта в процентах по массе может составлять от 0 до 20 масс. % или, более конкретно, от 10 до 20 масс. %. Содержание железа в процентах по массе может составлять от 0 до 30 масс. % или, более конкретно, от 0 масс. % до 10 масс. % или более конкретно от 0 масс. % до 5 масс. %. Фольга мишени с относительно низким содержанием железа (например, менее 10% или менее 5%) может уменьшить радиационную нагрузку фольги мишени. Фольги мишени могут подвергать обслуживающий персонал меньшему излучению и/или нуждаться в замене фольги мишени гораздо реже. Содержание хрома в процентах по массе может составлять от 8 до 20 масс. % или, более конкретно, от 15 до 20 масс. %. Содержание молибдена в процентах по массе может составлять от 0 до 25 масс. % или, более конкретно, от 0 масс. % до 10 масс. % или, более конкретно, от 0 масс. % до 3 масс. %.

[0079] В некоторых вариантах выполнения сумма содержания в процентах по массе для алюминия и титана составляет менее 10 масс. %. Например, сплав 1 содержит алюминий (4,5 масс. %) и титан (0,5 масс. %), сумма которых равна 5,0 масс. %. Сплав 4 содержит алюминий (1,5 масс. %) и титан (3 масс. %), сумма которых равна 4,5 масс. %. В конкретных вариантах выполнения сумма процентных весов для алюминия и титана составляет от 1,5 до 8 масс. %. В конкретных вариантах выполнения сумма содержания в процентах по массе для алюминия и титана составляет от 2,5 до 6 масс. %.

[0080] В некоторых вариантах выполнения слой материала содержит никель (75 масс. %), кобальт (2 масс. %), железо (3 масс. %), хром (16 масс. %), молибден (0,5 масс. %), вольфрам (0,5 мас. %), марганец (0,5 масс. %), кремний (0,2 масс. %), ниобий (0,15 масс. %), алюминий (4,5 масс. %), титан (0,5 масс. %), углерод (0,04 масс. %), бор (0,01 масс. %) и цирконий (0,1 масс. %).

[0081] В некоторых вариантах выполнения слой материала содержит никель (65 масс. %), кобальт (1 масс. %), железо (2 масс. %), хром (8 масс. %), молибден (25 масс. %), марганец (0,8 масс. %), кремний (0,8 масс. %), алюминий (0,5 масс. %), углерод (0,03 масс. %), бор (0,006 масс. %) и медь (0,5 масс. %).

[0082] В некоторых вариантах выполнения слой материала содержит никель (58 масс. %), кобальт (13,5 масс. %), железо (2 масс. %), хром (19 масс. %), молибден (4,3 масс. %), марганец (0,1 масс. %), кремний (0,15 масс. %), алюминий (1,5 масс. %), титан (3,0 масс. %), углерод (0,08 масс. %), бор (0,006 масс. %), цирконий (0,05 масс. %) и медь (0,1 масс. %).

[0083] На Фиг. 7 показан вид в разрезе сборки 200 мишени. Для справки сборка 200 мишени ориентирована относительно взаимно перпендикулярных осей X, Y и Z. Вид в разрезе выполнен с помощью плоскости 290, которая ориентирована поперек оси Z и проходит через секцию 204 корпуса. В проиллюстрированном варианте выполнения секция 204 корпуса представляет собой по существу однородный блок материала, который имеет форму, включающую секцию 238 решетки и систему 242 охлаждения. Например, секция 204 корпуса может быть отлита в форме или отлита под давлением, чтобы содержать физические элементы, описанные в настоящем документе. В других вариантах выполнения секция 204 корпуса может содержать два или большее количество элементов, которые прикреплены друг к другу. Например, секция 238 решетки может быть сформирована аналогично секции 225 решетки (Фиг. 5) и быть отдельной и дискретной относительно остальной части секции 204 корпуса. В этом альтернативном варианте выполнения секция 238 решетки может быть расположена внутри пустоты или полости оставшейся части.

[0084] Как показано, плоскость 290, проходя через секцию 204 корпуса, пересекает секцию 238 решетки и систему 242 охлаждения. Система 242 охлаждения содержит охлаждающие каналы 243-248, которые соединяются друг с другом с образованием системы 242 охлаждения. Система 242 охлаждения также содержит порты 249, 250, которые проточно сообщаются с другими каналами (не показаны) корпуса 201 мишени. Система 242 охлаждения выполнена с возможностью приема охлаждающей среды (например, охлаждающей воды), которая поглощает тепловую энергию от корпуса 201 мишени и передает тепловую энергию от корпуса 201 мишени. Например, система 242 охлаждения может быть выполнена с возможностью поглощения тепловой энергии по меньшей мере от одной из секции 238 решетки или камеры 218 мишени (Фиг. 5). Как показано, охлаждающие каналы 244, 246 проходят вблизи секции 238 решетки, так что между секцией 238 решетки и каналами 244, 246 образуются соответствующие тепловые пути 252, 254 (обозначенные в целом пунктирными линиями). Например, промежутки между секцией 238 решетки и каналами 244, 246 могут быть менее 10 мм, менее 8 мм, менее 6 мм или, в некоторых вариантах выполнения, менее 4 мм. Тепловые пути можно идентифицировать, используя, например, программное обеспечение для моделирования или тепловидение во время постановки эксперимента.

[0085] Секция 238 решетки содержит конструкцию из внутренних стенок 256, которые соединены друг с другом для формирования решетки или рамочной конструкции. Внутренние стенки 256 могут быть выполнены так, чтобы (а) обеспечивать достаточную опору для фольги 228 мишени и передней фольги 240 (Фиг. 5) и (b) плотно входить в фольгу 228 мишени и переднюю фольгу 240 так, что тепловая энергия может передаваться из фольги 228 мишени и передней фольги 240 к внутренним стенкам 256 и периферийной области секции 238 решетки или секции 204 корпуса.

[0086] Фиг. 8 и 9 представляют собой виды в разрезе сборки 200 мишени, взятом поперек, соответственно, осей X и Y. Как показано, сборка 200 мишени находится в рабочем состоянии, в котором секции 202, 204, 206 корпуса, вставка 220 мишени и секция 225 решетки уложены друг на друга вдоль оси Z и прикреплены друг к другу. Следует понимать, что корпус 201 мишени, показанный на чертежах, является конкретным примером того, как корпус мишени может быть выполнен и собран. Предусмотрены и другие конструкции корпусов мишени, которые содержат функциональные элементы (например, секцию (секции) решетки).

[0087] Корпус 201 мишени содержит ряд полостей или пустот, через которые проходит пучок Р частиц. Например, корпус 201 мишени содержит производственную камеру 218 и проход 221 для пучка. Камера 218 выполнена с возможностью удерживать материал мишени (не показан) во время работы. Материал мишени может втекать в камеру 218 и вытекать из нее через, например, первый порт 214 для материала. Камера 218 расположена так, чтобы принимать пучок Р частиц, который направляется через проход 221 для пучка. Пучок Р частиц принимается от ускорителя частиц (не показан), такого как ускоритель 102 частиц (Фиг. 1), который в иллюстративном варианте выполнения представляет собой циклотрон.

[0088] Проход 221 для пучка содержит первый участок (или передний участок прохода) 260, который проходит от отверстия 219 прохода к передней фольге 240. Проход 221 также содержит второй участок (или задний участок прохода) 262, который проходит между передней фольгой 240 и фольгой 228 мишени. В иллюстративных целях передняя фольга 240 и фольга 228 мишени показаны утолщенными для облегчения идентификации. Секция 225 решетки расположена в конце первого участка 260 прохода. Секция 238 решетки ограничивает весь второй участок 262 прохода. В проиллюстрированном варианте выполнения секция 238 решетки является неотъемлемой частью секции 204 корпуса, а секция 225 решетки представляет собой отдельный и дискретный элемент, который зажат между секцией 202 корпуса и секцией 204 корпуса.

[0089] Соответственно, секции 225, 238 решетки корпуса 201 мишени расположены в проходе 221 для пучка. Как показано на Фиг. 8, секция 225 решетки имеет переднюю сторону 270 и заднюю сторону 272. Секция 238 решетки также имеет переднюю сторону 274 и заднюю сторону 276. Задняя сторона 272 секции 225 решетки и передняя сторона 274 секции 238 решетки упираются друг в друга с образованием между ними зоны 280 взаимодействия. Задняя сторона 276 секции 238 решетки обращена к производственной камере 218. В проиллюстрированном варианте выполнения задняя сторона 276 секции 238 решетки входит в контакт с фольгой 228 мишени. Передняя фольга 240 расположена между секциями 225, 238 решетки в зоне 280 взаимодействия.

[0090] Как также показано на Фиг. 8, секция 225 решетки имеет радиальную поверхность 281, которая окружает проход 221 для пучка и определяет профиль части прохода 221 для пучка. Профиль проходит параллельно плоскости, определяемой осями X и Y. Секция 238 решетки имеет радиальную поверхность 283, которая окружает проход 221 для пучка и определяет профиль части прохода 221 для пучка. Профиль проходит параллельно плоскости, определяемой осями X и Y. В проиллюстрированном варианте выполнения радиальная поверхность 283 лишена портов, которые проточно соединены с каналами корпуса мишени. Более конкретно, в некоторых вариантах выполнения второй участок 262 прохода может не иметь принудительно прокачиваемой по нему текучей среды для охлаждения фольги 228 мишени и передней фольги 240. Однако в альтернативных вариантах выполнения охлаждающая среда может перекачиваться по этому участку прохода. Однако в других вариантах выполнения порты могут использоваться для откачки второго участка 262 прохода.

[0091] Секции 225, 238 решетки имеют соответствующие внутренние стенки 282, 284, которые ограничивают проходящие через них каналы 286, 288. Внутренние стенки 282, 284 секций 225, 238 решетки входят в контакт, соответственно, с противоположными сторонами передней фольги 240. Внутренние стенки 284 секции 238 решетки входят в контакт с фольгой 228 мишени и с передней фольгой 240. Внутренние стенки 282 секции 225 решетки входят в контакт только с передней фольгой 240. Передняя фольга 240 и фольга 228 мишени ориентированы поперек пути пучка Р частиц. Пучок Р частиц выполнен с возможностью прохождения через каналы 286, 288 решетки в направлении производственной камеры 218.

[0092] В некоторых вариантах выполнения структура решетки, образованная внутренними стенками 282, и структура решетки, образованная внутренними стенками 284, идентичны, так что каналы 286, 288 решетки совмещаются друг с другом. Однако варианты выполнения не обязательно должны иметь одинаковые структуры решетки. Например, секция 225 решетки может и не содержать одну или несколько внутренних стенок 282 и/или одна или несколько внутренних стенок 282 может и не быть совмещена с соответствующими внутренними стенками 284, или наоборот. Кроме того, предполагается, что в других вариантах выполнения внутренние стенки 282 и внутренние стенки 284 могут иметь разные размеры.

[0093] Необязательно, передняя фольга 240 выполнена с возможностью существенного снижения уровня энергии пучка Р частиц, когда пучок Р частиц падает на переднюю фольгу 240. Более конкретно, пучок Р частиц может иметь первый уровень энергии в первый участке 260 прохода и второй уровень энергии во втором участке 262 прохода, причем второй уровень энергии существенно меньше первого уровня энергии. Например, второй уровень энергии может быть более чем на 5 масс. % меньше, чем первый уровень энергии (или 95 масс. % или менее от первого уровня энергии). В некоторых вариантах выполнения второй уровень энергии может быть более чем на 10 масс. % меньше, чем первый уровень энергии (или 90 масс. % или менее от первого уровня энергии). Однако в более конкретных вариантах выполнения второй уровень энергии может быть более чем на 15 масс. % меньше, чем первый уровень энергии (или 85 масс. % или менее от первого уровня энергии). Однако в более конкретных вариантах выполнения второй уровень энергии может быть более чем на 20 масс. % меньше, чем первый уровень энергии (или 80 масс. % или менее от первого уровня энергии). В качестве примера, первый уровень энергии может составлять приблизительно 18 МэВ, а второй уровень энергии может составлять приблизительно 14 МэВ. Однако следует понимать, что в других вариантах выполнения первый уровень энергии может иметь другие значения, а второй уровень энергии в других вариантах выполнения может иметь другие значения.

[0094] В таких вариантах выполнения, в которых передняя фольга 240 существенно снижает уровень энергии пучка Р частиц, передняя фольга 240 может быть охарактеризована как деградирующая фольга. Деградирующая фольга 240 может иметь толщину и/или состав, который создает значительные потери, когда пучок Р частиц проходит через переднюю фольгу 240. Например, передняя фольга 240 и фольга 228 мишени могут иметь разные составы и/или толщину. Передняя фольга 240 может содержать алюминий, а фольга 228 мишени может содержать суперсплав на основе никеля, как описано в настоящем документе. В качестве альтернативы, передняя фольга 240 также может содержать суперсплав на основе никеля.

[0095] В конкретных вариантах выполнения, передняя фольга 240 и фольга 228 мишени имеют разную толщину. Например, толщина передней фольги 240 может составлять по меньшей мере 0,10 миллиметра (мм) (или 100 микрометров). В конкретных вариантах выполнения передняя фольга 240 имеет толщину, которая составляет от 0,15 мм до 0,50 мм.

[0096] В некоторых вариантах выполнения фольга 228 мишени по меньшей мере в пять раз (5Х) толще, чем обдирающая фольга 160, или по меньшей мере в восемь раз (8Х) толще, чем обдирающая фольга 160. В конкретных вариантах выполнения фольга 228 мишени по меньшей мере в десять раз (10Х) толще, чем обдирающая фольга 160, по меньшей мере в 15 раз (15Х) толще, чем обдирающая фольга 160, или по меньшей мере в двадцать раз (20Х) толще, чем обдирающая фольга 160.

[0097] Хотя в некоторых вариантах выполнения передняя фольга 240 может быть охарактеризована как деградирующая фольга, в других вариантах выполнения передняя фольга 240 может быть не деградирующей фольгой. Например, передняя фольга 240 может существенно не уменьшать или только номинально уменьшить уровень энергии пучка Р частиц. В таких случаях передняя фольга 240 может иметь характеристики (например, толщину и/или состав), которые аналогичны характеристикам фольги 228 мишени.

[0098] Потери в передней фольге 240 соответствуют тепловой энергии, которая генерируется в передней фольге 240. Тепловая энергия, генерируемая в передней фольге 240, может быть поглощена секцией 204 корпуса, включая секцию 238 решетки, и передана в систему 242 охлаждения, где тепловая энергия передается от корпуса 201 мишени.

[0099] Производственная камера 218 ограничена внутренней поверхностью 266 вставки 220 мишени и фольгой 228 мишени. Когда пучок Р частиц сталкивается с материалом мишени, генерируется тепловая энергия. Эта тепловая энергия может поглощаться охлаждающей средой, протекающей через систему 242 охлаждения.

[00100] Во время работы сборки 200 различные полости могут испытывать разные давления. Например, когда пучок Р частиц падает на материал мишени, первый участок 260 прохода может иметь первое рабочее давление, второй участок 262 прохода может иметь второе рабочее давление, а камера 218 может иметь третье рабочее давление. Первый участок 262 прохода проточно сообщается с ускорителем частиц, в котором может быть создан вакуум. Из-за тепловой энергии и пузырьков, генерируемых в камере 218, третье рабочее давление может быть значительно большим. Например, давление может составлять от 0,50 до 15,00 мегапаскалей (МПа) или, более конкретно, от 0,50 до 11,00 МПа. Кроме того, давление может быстро возрастать и падать так, что фольга 228 мишени испытывает импульсы высокого давления, в зависимости от материала мишени.

[00101] В показанном варианте выполнения второе рабочее давление может быть функцией рабочей температуры секции 238 решетки. Таким образом, первое рабочее давление может быть меньше второго рабочего давления, а второе рабочее давление может быть меньше, чем третье рабочее давление.

[00102] Секции 225, 238 решетки выполнены с возможностью плотного взаимодействия с противоположными сторонами передней фольги 240. Кроме того, внутренние стенки 282 могут препятствовать тому, чтобы перепад давления между вторым участком 262 прохода и первым участком 260 прохода перемещал переднюю фольгу 240 от внутренних стенок 284. Внутренние стенки 284 могут препятствовать тому, чтобы перепад давления между производственной камерой 218 и вторым участком 262 прохода перемещал фольгу 228 мишени во второй участок 262 прохода. Большее давление в производственной камере 218 заставляет фольгу 228 мишени перемещаться от внутренних стенок 284. Соответственно, внутренние стенки 284 могут плотно взаимодействовать с передней фольгой 240 и фольгой 228 мишени и поглощать от нее тепловую энергию. Как также показано на Фиг. 8 и 9, окружающая секция 204 корпуса может также плотно взаимодействовать с передней фольгой 240 и фольгой 228 мишени и поглощать от нее тепловую энергию.

[00103] В конкретных вариантах выполнения сборка 200 мишени выполнена с возможностью генерации изотопов, которые расположены в пределах текучей среды мишени (например, газа или жидкости), которые могут быть вредными для ускорителя частиц. Например, исходный материал мишени может содержать кислотный раствор. Чтобы препятствовать протеканию этого раствора, передняя фольга 240 может полностью покрывать проход 221 для пучка таким образом, что первый участок 260 прохода и второй участок 262 прохода не находятся друг с другом в проточном сообщении. Таким образом, нежелательный кислотный материал не может непреднамеренно вытекать из камеры 218 через второй и первый участки 262, 260 прохода и в ускоритель частиц. Чтобы уменьшить эту вероятность, передняя фольга 240 может быть более устойчивой к разрыву. Например, передняя фольга 240 может содержать материал, имеющий большую структурную целостность (например, алюминий) и толщину, которая уменьшает вероятность разрыва.

[00104] В других вариантах выполнения сборка 200 мишени лишена фольги 228 мишени, но содержит переднюю фольгу 240. В таких вариантах выполнения секция 238 решетки может составлять часть производственной камеры. Например, материал мишени может представлять собой газ и находиться в производственной камере, которая ограничена между передней фольгой 240 и полостью 222. Секция 238 решетки может быть расположена в производственной камере. В таких вариантах выполнения во время производства используется только одна фольга (например, передняя фольга 240), и при этом эта одна фольга может удерживаться между двумя секциями 225, 238 решетки.

[00105] На Фиг. 10 проиллюстрирован способ 300 генерации радионуклидов. Например, способ 300 может использовать конструкции или аспекты различных вариантов выполнения (например, систем производства изотопов, систем мишени и/или способов), описанных в настоящем документе. Способ включает размещение, на этапе 302, материала мишени в производственной камере корпуса мишени или сборки мишени, таких как корпус 201 мишени или сборка 200 мишени. В некоторых вариантах выполнения материал мишени представляет собой кислотный раствор. В конкретных вариантах выполнения способ 300 выполнен с возможностью генерации ¹⁸F с использованием ядерной реакции ¹⁸O(p,n)¹⁸F,¹¹С, используя газ для производства ¹¹С посредством реакции ¹⁴N(p,α)¹¹C или ⁶⁸Ga посредством реакции ⁶⁸Zn(p,n)⁶⁸Ga в водном растворе.

[00106] Однако следует понимать, что для создания изотопов ⁶⁸Ga не требуется никаких вариантов выполнения. Для производства других изотопов может быть использовано большое разнообразие материалов мишени. Например, система производства радионуклидов может генерировать протоны для производства изотопов ¹⁸F в жидкой форме, изотопов ¹¹С в виде CO₂ или СН₄ из газовой мишени и изотопов ¹³N в виде NH₃ из жидкой мишени. Исходным материалом, используемым для производства этих изотопов, может быть обогащенная вода [¹⁸О], природный газ N₂ (который может включать добавленные O₂ или Н₂), ^natwater (может включать разбавленный этанол). Система производства радионуклидов может также генерировать протоны или дейтроны для производства ¹⁵O-газов (например, кислорода, двуокиси углерода и окиси углерода) и воды [¹⁵O].

[00107] В конкретных вариантах выполнения материал мишени может представлять собой природный газ N₂, а фольга мишени может содержать вторичный слой, который отделяет слой сверхсплава на основе никеля от производственной камеры. Например, вторичный слой может содержать золото, ниобий, тантал, титан, сплав, включающий один или несколько из вышеуказанных элементов, или другой инертный материал для предполагаемого применения. Вторичный слой может препятствовать потоку долгоживущих примесей из слоя суперсплава на основе никеля в производственную камеру.

[00108] Корпус мишени имеет проход для пучка, который принимает пучок частиц и позволяет пучку частиц падать на материал мишени. Корпус мишени также содержит секцию решетки, такую как секция 238 решетки, расположенная в проходе для пучка. Секция 238 решетки выполнена с возможностью поддержки фольги мишени. Фольга мишени подвергается воздействию материала мишени (например, жидкости). Необязательно, дополнительная секция решетки, такая как секция 225 решетки, расположена в проходе для пучка. Передняя фольга (например, деградирующая фольга) может быть расположена между двумя секциями решетки. Каждая из первой и второй секций решетки имеет переднюю и заднюю стороны. Задняя сторона первой секции решетки и передняя сторона второй секции решетки примыкают друг к другу с образованием между ними зоны взаимодействия. Задняя сторона второй секции решетки обращена к производственной камере.

[00109] В альтернативных вариантах выполнения корпус мишени не содержит секцию решетки для поддержки фольги мишени. В таких вариантах выполнения давление, создаваемое в производственной камере, может быть достаточно низким, так что фольга мишени может выдерживать давление во время производства изотопов. Альтернативные варианты выполнения, которые не используют секцию решетки, описаны в публикации заявки на патент США №2011/0255646 и в публикации заявки на патент США №2010/0283371, каждая из которых включена сюда посредством ссылки в полном объеме. В качестве альтернативы или в дополнение к вышесказанному, слой сверхсплава на основе никеля может иметь заданную толщину и/или прочность на растяжение, так что фольга мишени может выдерживать давление во время производства изотопов. В качестве альтернативы или в дополнение к вышесказанному, для поддержки слоя суперсплава на основе никеля может быть расположен дополнительный слой. Например, слой Havar может быть расположен за фольгой мишени, так что во время производства изотопов фольга мишени расположена между производственной камерой и слоем Havar.

[00110] Способ также включает направление, на этапе 304, пучка частиц на материал мишени. В некоторых вариантах выполнения система 100 производства изотопов использует ¹H-технологию и подводит заряженные частицы к заданной энергии с заданным током пучка приблизительно 10-30 мкА. Пучок частиц проходит через необязательную переднюю фольгу (например, деградирующую фольгу или фольгу) и через фольгу мишени в производственную камеру. В некоторых вариантах выполнения передняя фольга может уменьшать энергию пучка частиц по меньшей мере на 10%. Энергия пучка частиц, падающих на материал мишени, может составлять менее 24 МэВ, менее 18 МэВ или менее 8 МэВ. Энергия пучка частиц, падающих на материал мишени, может составлять от 7 МэВ до 24 МэВ. В конкретных вариантах выполнения энергия пучка частиц, падающих на материал мишени, может составлять от 12 МэВ до 18 МэВ. В более конкретных вариантах выполнения энергия пучка частиц, падающих на материал мишени, может составлять от приблизительно 13 МэВ до приблизительно 15 МэВ. Однако следует понимать, что энергия пучка частиц может быть больше или меньше значений, описанных выше. Например, в некоторых вариантах выполнения энергия пучка частиц может быть более чем 24 МэВ.

[00111] Необязательно, способ также включает замену старой фольги мишени (или устаревшей фольги), которая не содержит сплав на основе никеля, более новой фольгой мишени, такой как фольга мишени, описанная в настоящем документе. Например, способ может дополнительно включать замену устаревшей фольги на фольгу мишени, имеющую слой материала с составом суперсплава на основе никеля, и управление работой циклотрона для увеличения тока пучка. Как описано в настоящем документе, варианты выполнения могут включать или допускать увеличение тока пучка. Увеличенный ток пучка может сократить период времени, необходимый для производства определенного количества радионуклидов, и/или увеличить количество радионуклидов, которое может быть получено за заданный период времени.

[00112] Варианты выполнения, описанные в настоящем документе, не ограничиваются производством радионуклидов для медицинских целей, но могут также генерировать другие изотопы и использовать другие материалы мишени. Также различные варианты выполнения могут быть реализованы в связи с циклотронами различных типов, имеющих разные ориентации (например, вертикально или горизонтально ориентированные), а также различные ускорители, такие как линейные ускорители или ускорители, индуцированные лазером, вместо спиральных ускорителей. Кроме того, описанные в настоящем документе варианты выполнения включают способы изготовления систем производства изотопов, систем мишени и циклотронов, как описано выше.

[00113] Варианты выполнения, описанные в настоящем документе, не ограничиваются производством радионуклидов для медицинских целей, но также могут генерировать другие изотопы и использовать другие материалы мишени. Также различные варианты выполнения могут быть реализованы в связи с различными видами циклотронов, имеющих разные ориентации (например, вертикально или горизонтально ориентированными), а также с различными ускорителями, такими как линейные ускорители или ускорители, индуцированные лазером, вместо спиральных ускорителей. Кроме того, описанные в настоящем документе варианты выполнения включают способы изготовления систем производства изотопов, систем мишени и циклотронов, как описано выше.

[00114] Следует понимать, что приведенное выше описание предназначено быть иллюстративным и не ограничивающим. Например, вышеописанные варианты выполнения (и/или их аспекты) могут использоваться в комбинации друг с другом. Кроме того, может быть выполнено множество модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к технологии изобретения без отступления от его объема. Размеры, типы материалов, ориентации различных элементов, а также количество и положение различных элементов, описанных в настоящем документе, предназначены для определения параметров определенных вариантов выполнения и никоим образом их не ограничивают и являются просто иллюстративными вариантами выполнения. Многие другие варианты выполнения и модификации в пределах сущности и объема формулы изобретения должны быть очевидны специалистам в данной области техники после рассмотрения вышеприведенного описания. Следовательно, объем изобретения должен определяться со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, на которые такая формула изобретения имеет право. В прилагаемой формуле изобретения термины «в том числе» и «в которых» используются как эквиваленты соответствующих терминов «содержащий» и «где». Кроме того, в последующей формуле изобретения термины «первый», «второй» и «третий» и т.д. используются только как метки и не предназначены для наложения численных требований на определяемые ими объекты. Кроме того, ограничения последующей формулы изобретения не приведены в формате «средство плюс функция» и не предназначены для интерпретации на основе параграфа 112(f) главы 35 Свода Законов США, если и до тех пор пока в таких ограничениях формулы изобретения не будут прямо использоваться фразы «средства для», за которой следует заявление о функции, лишенное дальнейшей конструкции.

[00115] В настоящем описании используются примеры для раскрытия различных вариантов выполнения, а также для того, чтобы позволить специалисту в данной области техники практиковать различные варианты выполнения, включая создание и использование любых устройств или систем и выполнение любых включенных способов. Патентоспособный объем различных вариантов выполнения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые будут очевидны для специалистов в данной области техники. Такие другие примеры предназначены для охвата формулы изобретения, если примеры имеют конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального языка формулы изобретения, или примеры включают эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального языка формулы изобретения.

[00116] Вышеприведенное описание некоторых вариантов выполнения настоящего изобретения будет лучше понято при чтении в сочетании с прилагаемыми чертежами. В той степени, в которой фигуры чертежей иллюстрируют диаграммы функциональных блоков различных вариантов выполнения, функциональные блоки необязательно указывают на разделение между аппаратной схемой. Таким образом, например, один или несколько функциональных блоков (например, процессоры или запоминающие устройства) могут быть реализованы в одном аппаратном обеспечении (например, процессор сигналов общего назначения, микроконтроллер, оперативное запоминающее устройство, жесткий диск или тому подобное). Аналогично, программы могут быть автономными программами, которые могут быть включены в качестве подпрограмм в операционной системе, могут быть функциями в установленном программном пакете или тому подобное. Различные варианты выполнения не ограничиваются механизмами и инструментами, показанными на чертежах.

Изобретение относится к сборке мишени для системы производства изотопов. Сборка мишени содержит корпус мишени, имеющий производственную камеру и полость для пучка, которая примыкает к производственной камере. Производственная камера выполнена с возможностью удерживания материала мишени. Полость для пучка выполнена с возможностью приема пучка частиц, который падает на производственную камеру. Сборка мишени также содержит фольгу мишени, расположенную с обеспечением отделения полости для пучка от производственной камеры. Фольга мишени имеет сторону, которая подвергается воздействию производственной камеры, так что фольга мишени находится в контакте с материалом мишени во время производства изотопов. Фольга мишени содержит слой материала, имеющий суперсплав на основе никеля. Техническим результатом является уменьшение радиоактивности фольги мишени в сборке мишени при длительном использовании. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Сборка мишени для системы производства изотопов, содержащая:

корпус мишени, имеющий производственную камеру и полость для пучка, которая находится рядом с производственной камерой, причем производственная камера выполнена с возможностью удерживания материала мишени, а полость для пучка выполнена с возможностью приема пучка частиц, который падает на производственную камеру,

и фольгу мишени, расположенную с обеспечением отделения полости для пучка от производственной камеры, причем фольга мишени имеет сторону, которая подвергается воздействию производственной камеры, так что фольга мишени находится в контакте с материалом мишени во время производства изотопов, причем фольга мишени включает слой материала, имеющий состав суперсплава на основе никеля, причем состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 40 мас.% никеля, а сумма массовых долей алюминия и титана составляет не более 10 мас.%.

2. Сборка мишени по п.1, в которой состав суперсплава на основе никеля содержит никель (75 мас.%), кобальт (2 мас.%), железо (3 мас.%), хром (16 мас.%), молибден (0,5 мас.%), вольфрам (0,5 мас.%), марганец (0,5 мас.%), кремний (0,2 мас.%), ниобий (0,15 мас.%), алюминий (4,5 мас.%), титан (0,5 мас.%), углерод (0,04 мас.%), бор (0,01 мас.%) и цирконий (0,1 мас.%).

3. Сборка мишени по п.1, в которой состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере одно из следующего: кобальт, имеющий массовую долю от 10 мас.% до 20 мас.%, или хром, имеющий массовую долю от 10 мас.% до 20 мас.%.

4. Сборка мишени по п.1, в которой фольга мишени содержит слой суперсплава на основе никеля и вторичный слой, который уложен на слой суперсплава на основе никеля, причем вторичный слой расположен между слоем суперсплава на основе никеля и производственной камерой и подвержен воздействию производственной камеры, так что материал мишени находится в контакте со вторичным слоем во время производства изотопов.

5. Сборка мишени по п.4, в которой вторичный слой выполнен с возможностью уменьшения химических загрязнителей и загрязнителей долгоживущих радионуклидов.

6. Сборка мишени по п.1, в которой фольга мишени имеет толщину от 10 до 50 мкм.

7. Сборка мишени по п.1, в которой состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 70 мас.% никеля.

8. Сборка мишени по п.7, в которой состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере от 8 мас.% до 20 мас.% хрома, причем сумма массовых долей алюминия и титана составляет от 2,5 мас.% до 6 мас.%.

9. Сборка мишени по п.8, в которой состав суперсплава на основе никеля содержит самое большее 3 мас.% железа.

10. Сборка мишени по п.1, в которой состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 50 мас.% никеля, по меньшей мере 8 мас.% хрома, самое большее 5 мас.% железа, причем сумма массовых долей алюминия и титана составляет самое большее 8 мас.%.

11. Сборка мишени по п.1, в которой состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 55 мас.% никеля, от 8 мас.% до 20 мас.% хрома, самое большее 3 мас.% железа, причем сумма массовых долей алюминия и титана составляет самое большее 6 мас.%.

12. Сборка мишени для системы производства изотопов, содержащая:

корпус мишени, имеющий производственную камеру и полость для пучка, которая находится рядом с производственной камерой, причем производственная камера выполнена с возможностью удерживания материала мишени, а полость для пучка выполнена с возможностью приема пучка частиц, который падает на производственную камеру, и

фольгу мишени, расположенную с обеспечением отделения полости для пучка от производственной камеры, причем фольга мишени имеет сторону, которая подвергается воздействию производственной камеры, так что фольга мишени находится в контакте с материалом мишени во время производства изотопов, причем фольга мишени включает слой материала, имеющий состав суперсплава на основе никеля, причем фольга мишени содержит слой суперсплава на основе никеля и вторичный слой, который уложен на слой суперсплава на основе никеля, причем вторичный слой расположен между слоем суперсплава на основе никеля и производственной камерой и подвержен воздействию производственной камеры, так что материал мишени находится в контакте со вторичным слоем во время производства изотопов, а вторичный слой содержит тугоплавкие металлы или сплавы или металлы или сплавы платиновой группы.

13. Система производства изотопов, содержащая:

ускоритель частиц, выполненный с возможностью генерирования пучка частиц, и

сборку мишени по любому одному из пп.1-12.

14. Способ производства радионуклидов, включающий:

размещение материала мишени в производственной камере сборки мишени по любому одному из пп.1-12, и направление пучка частиц на материал мишени, причем пучок частиц, проходящий через фольгу мишени, падает на материал мишени.

15. Способ по п.14, в котором материал мишени представляет собой газообразный материал для производства ¹¹С посредством реакции ¹⁴N(p,α)¹¹C, причем фольгу мишени подвергают воздействию газообразного материала так, что газообразный материал находится в контакте с фольгой мишени во время производства изотопов, причем сторона фольги мишени, которая находится в контакте с газообразным материалом, по существу не содержит углерода.

16. Способ по п.14, в котором ток пучка в системе составляет по меньшей мере 100 мкА.

17. Способ по п.14, в котором состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере 40 мас.% никеля, а также содержит алюминий, титан и по меньшей мере один из кобальта или хрома, причем сумма массовых долей алюминия и титана составляет не более 10 мас.%, при этом состав суперсплава на основе никеля содержит по меньшей мере одно из следующего: кобальт, имеющий массовую долю от 10 мас.% до 20 мас.%, или хром, имеющий массовую долю от 10 мас.% до 20 мас.%.

18. Способ по п.14, в котором фольга мишени представляет собой устаревшую фольгу, причем в способе дополнительно заменяют устаревшую фольгу на фольгу мишени, имеющую слой материала с составом суперсплава на основе никеля, и управляют работой циклотрона для увеличения тока пучка.