用于产生医用同位素的装置和方法
【专利说明】用于产生医用同位素的装置和方法
[0001] 相关申请资料
[0002] 本申请根据35U.S.C. Section 119(e)要求提交于2008年5月2日的共同待审的美 国临时申请No. 61/050，096的优先权，其内容在此全部引入作为参考。
【背景技术】
[0003] 本发明涉及用于产生医用同位素的装置和方法。更特别地，本发明涉及用于在有 或没有次临界反应堆和低浓铀(LEU)的情况下产生中子产生的(neutron generated)医用 同位素的装置和方法。
[0004]在核医学中医生常使用放射性同位素。这些同位素中最常使用的同位素是"Mo。 "Mo的大部分来源由高浓铀(HEU)获得。所用HEL的高浓度足以制造核武器。HEU从美国出口 以便于产生所需"Mo。人们希望在不使用HEU的情况下产生所需的"Mo。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，本发明提供了一种用于产生医用同位素的混合核反应堆。该反 应堆包括:用于由气体产生离子束的离子源;包括靶的靶室，所述靶与离子束相互作用以产 生中子;和紧靠靶室定位并且包括母材料的活化室，所述母材料与中子相互作用以通过裂 变反应产生医用同位素。衰减物紧靠活化室定位并选择为将裂变反应保持在次临界水平， 反射物紧靠革El室定位并选择为朝向活化室反射中子，并且减速剂(moderator)基本上围绕 活化室、衰减物和反射物。
[0006] 在另一个实施例中，本发明提供了一种用于产生医用同位素的混合核反应堆。该 反应堆包括:包括基本上环绕一空间的长靶路径的聚变部。聚变部用于在靶路径内产生中 子通量。反射物基本上围绕长靶路径并且布置成将中子通量的一部分朝向所述空间反射。 活化室位于所述空间内并且包括母材料，所述母材料与中子通量的一部分发生反应以在裂 变反应期间产生医用同位素。衰减物位于活化室内并选择为将裂变反应保持在次临界水 平，并且减速剂基本上围绕活化室、衰减物和反射物。
[0007] 在另一个实施例中，本发明提供了一种产生医用同位素的方法。该方法包括激励 气体以产生离子束，加速该离子束，和使加速的离子束通过包括靶气体的长靶路径。靶气体 和离子通过聚变反应发生反应以产生中子。该方法还包括利用基本上围绕长靶路径的反射 物反射一部分中子，将母材料定位在邻近长靶路径的活化室内，和在一部分中子和母材料 之间保持裂变反应以产生医用同位素。该方法还包括使衰减物邻近活化室定位和在衰减物 内将一部分中子转化为热中子以在活化室内加强裂变反应。
[0008] 在又一实施例中，本发明提供了一种产生医用同位素的方法。该方法包括激励气 体以产生离子束，加速该离子束，和使加速的离子束通过包括靶气体的基本上线性的靶路 径。靶气体和离子通过聚变反应发生反应以产生自由中子。该方法还包括利用位于靶路径 径向外侧的反射物反射一部分自由中子，将母材料定位在邻近靶路径的活化室内，和使自 由中子和母材料发生反应以在不使用裂变物质的情况下产生医用同位素。
[0009] 在考虑详细说明和附图的情况下，本发明的其它方面和实施例将变得显而易见。
【附图说明】
[0010] 参考这里结合附图给出的对具体实施例的详细说明可以更好地理解和领会本发 明，其中：
[0011] 图1是具有磁性靶室的产生器的第一视图；
[0012] 图2是具有磁性靶室的产生器的第二视图；
[0013] 图3是具有线性靶室的产生器的第一视图；
[0014] 图4是离子源的第一视图；
[0015] 图5是离子源的剖视图；
[0016] 图6是加速器的第一视图；
[0017]图7是加速器的剖视图；
[0018] 图8是差动栗浦(differential pumping)的第一视图；
[0019] 图9是差动栗浦的剖视图；
[0020] 图10是气体过滤系统的第一视图；
[0021 ]图11是磁性靶室的第一视图；
[0022]图12是磁性靶室的剖视图；
[0023]图13是线性靶室的第一视图；
[0024]图14是线性靶室的剖视图，显示了用于产生18F和13N的示例性同位素产生系统；
[0025] 图15是具有线性靶室和同步高速栗的产生器的第一视图；
[0026] 图16是处于提取状态的同步高速栗的剖视图，其允许离子束通过；
[0027] 图17是处于抑制状态的同步高速栗的剖视图，其不允许离子束通过；
[0028] 图18是具有线性靶室和同步高速栗的产生器和控制器的一个实施例的示意图； [0029]图19是在10托气体压力和25°C下，就 3He气体对2H离子的阻止本领而言，阻止本领 (stopping power)(keVA?ii)与离子能量(keV)之间关系的曲线图；
[0030] 图20是在10托气体压力和25°C下，就3He气体对2H离子的阻止本领而言，阻止本领 (keV/μπι)与离子能量(keV)之间关系的曲线图；
[0031] 图21是在10托下，就100mA入射2H束撞击3He靶而言，聚变反应率(反应数/秒)与离 子束入射能量(keV)之间关系的曲线图；
[0032] 图22是适于产生医用同位素的包括聚变部和裂变部的混合反应堆的透视图；
[0033] 图23是适于产生医用同位素的包括聚变部和裂变部的混合反应堆的另一种方案 的透视图；
[0034]图24是裂变反应堆的侧示意图，显示了不同的材料层；
[0035]图25是图24所示裂变反应堆的顶示意图，显示了不同的材料层；
[0036]图26是另一种裂变反应堆的侧不意图，显不了不同的材料层；
[0037]图27是图26所示裂变反应堆的顶示意图，显示了不同的材料层；
[0038]图28是另一种裂变反应堆的侧示意图，显示了不同的材料层并且尤其适合于由 98Mo形成"Mo;和
[0039]图29是图28所示裂变反应堆的顶示意图，显示了不同的材料层。
【具体实施方式】
[0040] 在详细描述本发明的任意实施例之前，应当理解，本发明不将其应用局限于下文 所述或附图所示的结构细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式 实施或实现。同样，应当理解，这里使用的措辞和术语是出于描述目的，而不应被看作限制 性的。这里使用的"包含"、"包括"或"具有"及其变形是指涵盖其后所列项目和其等同物以 及其它项目。除非另有说明或限制，术语"安装"、"连接"、"支撑"和"联接"及其变形广义地 使用并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和联接。另外，"连接"和"联接"不局限于物理或 机械连接或联接。
[0041] 在解释至少一个实施例之前，应当理解，本发明不将其应用局限于下文以实例方 式举例说明的细节。这种说明和实例不用于限制如所附权利要求阐述的本发明的范围。本 发明能够具有其它实施例或者能够以各种方式实施或实现。
[0042]在本公开内容中，本发明的不同方面可按范围形式陈述。应当理解，以范围形式进 行描述仅仅出于方便和简洁的目的，不应看作是对本发明范围的严格限制。因此，本领域技 术人员应当理解，不管出于什么目的，特别是就提供书面描述而言，这里公开的所有范围同 样涵盖其任何可能的子范围或其子范围的组合，以及位于该范围内的所有整数和分数数 值。仅作为一个实例，20%到40%的范围可以分解为20 %到32.5%和32.5 %到40 %，20 %到 27.5 %和27.5 %到40 %等。任一所列范围能够容易地被认为是充分描述了该相同范围并且 允许该相同范围分解成至少两等分、三等分、四等分、五等分、十等分等等。作为非限制实 例，这里讨论的每个范围可以容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一等等。另 外，本领域技术人员还应当理解，例如"高达"、"至少"、"大于"、"小于"、"多于"等的所有用 语包括所述数字并且是指如上所述的可以依次分解为子范围的范围。同样，这里公开的所 有比率也包括落入较宽比率范围内的所有子比率。这些只是具体所指内容的实例。另外，短 语在第一指示数字和第二指示数字"之间的范围"和"从"第一指示数字"到"第二指示数字 "的范围"在本文可以互换地使用。
[0043]例如"基本上"、"大约"、"大致"等的术语在这里用于描述可偏离理想情形或所述 情形而不会对装置的性能产生显著影响的特征和特性。例如，"基本上平行"可用于描述在 理想情况下平行，但可以偏离高达20°的角度的特征，只要该偏离不会对装置产生显著的不 利影响即可。类似地，"基本上线性"可以包括略微弯曲路径或者略微盘旋路径，只要离直线 度的偏差不会对装置性能产生显著的不利影响即可。
[0044]图22显示了非常适合于产生医用同位素的混合反应堆5a的布置。在继续说明之前 要说明的是，这里使用的术语"混合反应堆"是指包括聚变部和裂变部的反应堆。特别地，所 示反应堆5a非常适合于由98Mo或由LEU溶液产生"Mo。混合反应堆5a包括聚变部10和裂变部 8,其相互配合以产生所需的同位素。在图22所示结构中，使用十个单独的聚变部10。每个聚 变部10布置成磁性聚变部10并且起到中子源的作用，如参考图1和2所述的那样。当然，根据 需要，其它布置可以使用更少的聚变部10、更多的聚变部10,或者聚变部的其它布置。
[0045]图23显示了非常适合于产生医用同位素的混合反应堆5b的另一种布置。在图23所 示结构中，线性聚变部11起到中子源的作用，如参考图3和4所述的那样。在图23所示结构 中，线性聚变部11布置成使五个聚变部11位于裂变部8的一端，五个聚变部11位于裂变部8 的相对另一端。当然，如果需要的话，可以使用其它布置，其使用其它数量的聚变部11或者 聚变部的其它布置。
[0046] 如图1-3所示，每个聚变部10、11提供紧凑装置，其可以起到高能质子源或中子源 的作用。在一个实施例中，聚变部10、11利用 2H-3He(氘-氦3)聚变反应产生质子，其可随后用 于产生其它同位素。在另一个实施例中，聚变部10、11通过将基本反应改变为 2H-3H、2H-2H或 3H- 3H反应而起到中子源的作用。
[0047] 鉴于传统型的质子或中子源所固有的缺陷，聚变部10、11提供了可用于产生医用 同位素的新颖的高能质子或中子源(这里有时候统称为离子源，但更准确地为粒子源）。每 个聚变部1〇、11使用少量能量产生聚变反应，其随后产生可用于同位素产生的高能质子或 中子。使用少量能量可以允许装置比前述传统装置更为紧凑。
[0048] 每个聚变部10、11适当地产生可用于产生其它同位素的质子，所述同位素包括但 不限于1乍、11(：、 150、1^、63211、1241和许多其它同位素。通过改变燃料类型，每个聚变部还可用 于产生高通量均质中子，其可用于产生同位素，包括但不限于 1311、131^111111、1251、991 〇(其 衰变为99mTc)和许多其它同位素。同样，每个聚变部10、11提供了用于例如产生医用同位素