本文公开的主题大体上涉及同位素产生系统，且更确切地说，涉及具有利用粒子束照射的液态靶的同位素产生系统。
背景技术：
放射性同位素(也称作放射性核素)在药物治疗、成像和研究以及无关医疗的其它应用中有着若干应用。产生放射性同位素的系统通常包括例如回旋加速器的粒子加速器，其加速带电粒子(例如，h-离子)束且将所述束引导到靶材料中以产生同位素。回旋加速器包括将粒子提供到加速腔室的中心区域的粒子源。回旋加速器使用电场和磁场来沿着加速腔室内的预定轨道加速和导引粒子。磁场由电磁体和包围加速腔室的磁轭提供。电场由位于加速腔室内的一对射频(rf)电极(或d型盒(dee))产生。rf电极电连接到rf发电机，rf发电机给rf电极通电以提供电场。电场和磁场使粒子呈现具有增大的半径的螺旋状轨道。当粒子到达轨道的外部部分时，粒子可形成粒子束，所述粒子束被引向用于产生同位素的靶材料。
靶材料(也称为起始材料)通常容纳于定位在粒子束的路径内的靶组件的腔室内。在一些系统中，靶材料是液体(下文称为液态靶)。腔室可由靶体内的凹槽和覆盖所述凹槽的箔界定。粒子束入射于箔和腔室内的液态靶上。粒子束在相对小体积的液态靶(例如，1到3毫升)内沉积相对大量的功率(例如，1到2千瓦)。腔室内所产生的热能驱使液态靶进入沸腾状态。因此，沿着箔的表面的液态靶内或从液态靶体积内产生气泡。
气泡可导致一些不合需要的影响。举例来说，产生腔室通常分成液体区域和定位于液体区域上方的气体或蒸汽区域。液态区域内所产生的气泡最终上升到气体区域。当液体区域内存在较大比例的气泡时，气泡可准许粒子束完全行进通过液体区域而不产生所要的变成液态靶同位素的变化。由此，气泡可减小放射性同位素产生效率。此外，液体区域内较大比例的气泡可减小液态靶从箔吸收热能的能力。可能有必要较频繁地更换或修整靶组件。
减小气泡形成的常规方法包括通过使液体或气体流动通过接近于产生腔室的通道来冷却所述产生腔室。还可通过使用例如氦或氩的惰性气体对产生腔室加压来减少气泡形成。然而，此类方法可能仅具有有限的效力。
技术实现要素：
在实施例中，提供一种用于同位素产生系统的靶组件。所述靶组件包括靶体，所述靶体具有产生腔室和与所述产生腔室相邻的束腔。所述产生腔室被配置成盛放液态靶。所述束腔向所述靶体的外部开放且被配置成接收入射于所述产生腔室上的粒子束。所述靶组件还包括固定到所述靶体的振动装置。所述振动装置被配置成产生在所述产生腔室内经历的振动。
在一些实施例中，所述振动装置可包括例如(a)压电致动器或(b)电动机中的至少一个。视需要，所述靶体包括在相对于彼此固定的位置固定到彼此的第一和第二主体区段。所述产生腔室由所述第一主体区段或所述第二主体区段中的至少一个界定。所述振动装置固定到所述第一主体区段或所述第二主体区段中的至少一个。
在实施例中，提供一种同位素产生系统。所述同位素产生系统包括：粒子加速器，其被配置成产生粒子束；以及靶组件，其包括靶体，所述靶体具有产生腔室和与所述产生腔室相邻的束腔。所述产生腔室被配置成盛放液态靶。所述束腔经定位以接收来自所述粒子加速器的粒子束，使得所述粒子束入射于所述产生腔室上。所述靶组件包括固定到所述靶体的振动装置。所述同位素产生系统还包括控制系统，所述控制系统可操作地连接到所述粒子加速器和所述靶组件。所述控制系统被配置成在启动粒子束时启动所述振动装置。所述振动装置被配置成产生在所述产生腔室内经历的振动。
视需要，所述控制系统被配置成响应于对粒子束已获得阈值射束电流的确认而启动所述振动装置。视需要，所述振动装置被配置成在一定工作频率范围内操作。所述控制系统可被配置成基于粒子束的射束电流来选择振动装置的工作频率。
在实施例中，提供一种产生放射性同位素的方法。所述方法包括引导粒子束入射于靶体的产生腔室内的液态靶上。所述产生腔室包括液体区域和气体区域。粒子束导致气泡形成于所述产生腔室的液体区域内。所述方法还包括使所述靶体振动以使气泡从所述液体区域移动到所述气体区域。
视需要，所述方法可包括检测粒子束的射束电流，其中使靶体振动包括响应于对所述粒子束已获得阈值射束电流的确认而使所述靶体振动。
附图说明
图1是根据实施例的同位素产生系统的框图。
图2是根据实施例的靶组件的透视图。
图3是图2的靶组件的另一透视图。
图4是图2的靶组件的分解图。
图5是图2的靶组件的另一分解图。
图6是根据实施例的振动装置的侧视横截面，其示出处于第一操作状态和处于第二操作状态的振动装置。
图7是根据实施例的包括压电致动器的振动装置的侧视横截面。
图8是根据实施例的包括压电致动器的振动装置的侧视横截面。
图9是根据实施例的包括电动机的振动装置的自上向下视图。
图10是根据实施例的靶组件的侧视横截面。
图11是图10的靶组件的正视横截面。
图12是图10的靶组件的产生腔室的放大视图。
图13是根据实施例的产生放射性同位素的方法的流程图。
具体实施方式
在结合附图阅读时将会更好理解以上概述以及以下对某些实施例的详细描述。就附图示出各种实施例的方框图来说，所述方框未必指示硬件之间的划分。因此，举例来说，方框中的一个或多个可在单件硬件或多件硬件中实施。应了解，各种实施例不限于图中所示的布置和手段。
如本文所使用，以单数形式叙述且跟在词语“一”或“一个”后的元件或步骤应理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非明确陈述此类排除。此外，提及“一个实施例”并不希望被解释为排除同样并有所述特征的其它实施例的存在。此外，除非明确地陈述为相反情况，否则“包括”或“具有”带有特定属性的一个元件或多个元件的实施例可包括不带有所述属性的其它此类元件。
图1是根据实施例形成的同位素产生系统100的框图。同位素产生系统100包括具有若干子系统的粒子加速器102(例如，回旋加速器)，所述子系统包括离子源系统104、电场系统106、磁场系统108、真空系统110、冷却系统122和流体控制系统125。在同位素产生系统100的使用期间，将靶材料116(例如，液态靶)提供到靶系统114的指定产生腔室120。靶材料116可通过流体控制系统125提供到产生腔室120。流体控制系统125可控制靶材料116流动通过一个或多个泵和阀(未示出)到产生腔室120。流体控制系统125还可通过将惰性气体提供到产生腔室120中来控制产生腔室120内经历的压力。在粒子加速器102的操作期间，通过离子源系统104将带电粒子置于粒子加速器102内或注入其中。磁场系统108和电场系统106产生相应的场，所述场彼此配合产生带电粒子的粒子束112。
图1中还示出，同位素产生系统100具有引出系统115。靶系统114可与粒子加速器102相邻定位。为了产生同位素，由粒子加速器102沿着束输送路径或束通道117将粒子束112引导通过引出系统115且进入靶系统114，使得粒子束112入射在位于指定产生腔室120处的靶材料116上。请注意，在一些实施例中，粒子加速器102和靶系统114并未分隔开一定空间或间距(例如，分隔一定距离)和/或不是分离部分。因此，在这些实施例中，粒子加速器102和靶系统114可形成单个部件或部分，使得不在部件或部分之间提供束通道117。
同位素产生系统100被配置成产生放射性同位素(也称作放射性核素)，其可用于医学成像、研究和理疗，且还用于无关医疗的其它应用，例如科学研究或分析。当用于医学用途时，例如在核医学(nm)成像或正电子发射断层扫描(pet)成像中，放射性同位素也可被称为示踪剂。同位素产生系统100可产生预定量或批量的同位素，例如用于医学成像或理疗中的个人剂量。举例来说，同位素产生系统100可产生质子以制成液体形式的18f-同位素。用于制成这些同位素的靶材料可富含18o水或16o-水。在一些实施例中，同位素产生系统100还可产生质子或氘核以便产生15o标记的水。可提供具有不同活性水平的同位素。
在一些实施例中，同位素产生系统100使用1h-技术且将带电粒子带入具有大约10到30μa的射束电流的低能量(例如，约8mev)。在此类实施例中，将负氢离子加速且导引通过粒子加速器102并且进入引出系统115。负氢离子可接着击中引出系统115的剥离箔(图1中未示出)，由此除去电子对且使粒子成为阳离子1h+。然而，在替代实施例中，带电粒子可以是正离子，例如1h+、2h+和3he+。在此类替代性实施例中，引出系统115可包括静电偏转器，其形成朝向靶材料116导引粒子束的电场。请注意，各种实施例并不限于用在较低能量系统中，而是可用于例如高达25mev和较高射束电流的较高能量系统中。
同位素产生系统100可包括冷却系统122，其将冷却流体(例如，水或气体，例如氦)输送到不同系统的各种部件以便吸收由相应的部件产生的热。举例来说，一个或多个冷却通道可接近于产生腔室120而延伸且从中吸收热能。同位素产生系统100还可包括控制系统118，其可用于控制各种系统和部件的操作。控制系统118可包括用于自动控制同位素产生系统100和/或允许某些功能的手动控制的必要电路系统。举例来说，控制系统118可包括一个或多个处理器或其它基于逻辑的电路系统。控制系统118可包括接近于或远离粒子加速器102和靶系统114定位的一个或多个用户接口。虽然图1中未示出，但同位素产生系统100还可包括用于粒子加速器102和靶系统114的一个或多个辐射屏蔽件和/或磁屏蔽件。
同位素产生系统100可被配置成将带电粒子加速到预定能级。举例来说，本文所描述的一些实施例将带电粒子加速到大约18mev或更低的能量。在其它实施例中，同位素产生系统100将带电粒子加速到大约16.5mev或更低的能量。在特定实施例中，同位素产生系统100将带电粒子加速到大约9.6mev或更低的能量。在更多特定实施例中，同位素产生系统100将带电粒子加速到大约7.8mev或更低的能量。然而，本文描述的实施例还可具有高于18mev的能量。举例来说，实施例可具有高于100mev、500mev或更高的能量。同样地，实施例可利用各种射束电流值。举例来说，射束电流可约在大约10到30μa之间。在其它实施例中，射束电流可高于30μa、高于50μa或高于70μa。而在其它实施例中，射束电流可高于100μa、高于150μa或高于200μa。
同位素产生系统100可具有多个产生腔室120a到120c，单独的靶材料116a到116c位于所述多个产生腔室中。移位装置或系统(未示出)可用于使产生腔室120a到120c相对于粒子束112而移位，使得粒子束112入射于不同靶材料116上。也可在移位过程期间维持真空。或者，粒子加速器102和引出系统115可以不沿着仅一个路径引导粒子束112，而是可针对每个不同产生腔室120a到120c沿着特有路径引导粒子束112。此外，束通道117从粒子加速器102到产生腔室120可大体上是线性的，或另一选择为，束通道117可在沿道的一个或多个点处弯曲或转向。举例来说，在束通道117旁边定位的磁体可被配置成沿着不同路径重新引导粒子束112。
如本文所描述，实施例可包括振动装置126(标记为126a、126b、126c)，其直接连接到界定产生腔室120的主体。振动装置126也可以称为振动器或摇动器，且被配置成产生主体的在产生腔室内经历的机械移动(例如，振动)。如本文所描述，在产生腔室内沿着界定产生腔室的表面或在产生腔室中的液体区域内可能产生气泡。振动可促进或加快气泡从所述表面的分离，且促进或加快气泡漂浮到形成于液体区域上方的蒸汽区域。在此类实施例中，振动可减小气泡处于液体内的时间量，且因此减小气泡对液体区域的密度的不合需要的影响。在一些实施例中，通过控制系统118来控制振动装置126。举例来说，控制系统118可在已检测一个或多个准则条件之后启动振动装置126。更具体地说，控制系统118可以通信方式连接到一个或多个传感器127，所述传感器检测同位素产生系统100的指定操作参数，例如射束电流。在其它实施例中，当启动粒子加速器102时可启动振动装置126。
可在第2011/0255646号美国专利申请公开案中看到具有本文所描述的子系统中的一个或多个的同位素产生系统和/或回旋加速器的实例，所述公开案以全文引用的方式并入本文中。此外，第12/492,200号、第12/435,903号、第12/435,949号、第12/435,931号美国专利申请案和第14/754,878号美国专利申请案(代理人案号为281969(553-1948))中也描述了可与本文所描述的实施例一起使用的同位素产生系统和/或回旋加速器，所述每个美国专利申请案以全文引用的方式并入本文中。本文所描述的振动装置(或振动器或摇动器)可类似于第8,653,762号美国专利中所描述的机电电动机，所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。
图2和3分别是根据实施例形成的靶组件200的后部和前部透视图。图4和5是靶组件200的分解图。靶组件200包括靶体201和被配置成附接到靶体201的振动装置225(图2、4和5中所示)。靶体201在图2和3中已完全组装好。靶体201由三个主体区段202、204、206和靶插入件220(图4和5)形成。主体区段202、204、206界定靶体201的外部结构。确切地说，靶体201的外部结构由主体区段202(其可称作前主体区段或凸缘)、主体区段204(其可称作中间主体区段)和主体区段206(其可称作后主体区段)形成。主体区段202、204和206包括具有通道和凹槽以形成各种特征的刚性材料块。通道和凹槽可容纳靶组件200的一个或多个部件。主体区段202、204和206可通过合适的紧固件固定到彼此，所述紧固件示为各自具有对应的垫圈210的多个螺栓208(图2、4和5)。当固定到彼此时，主体区段202、204和206形成密封靶体201。
还示出，靶组件200包括沿着后表面213定位的多个配件212。配件212可操作为提供进入靶体201的流体通路的端口。配件212被配置成可操作地连接到流体控制系统，例如流体控制系统125(图1)。配件212可提供氦和/或冷却水的流体通路。除由配件212形成的端口之外，靶组件200可包括第一材料端口214和第二材料端口215。第一材料端口214和第二材料端口215与靶组件200的产生腔室218(图4)流动连通。第一材料端口214和第二材料端口215可操作地连接到流体控制系统。在示范性实施例中，第二材料端口215可将靶材料提供到产生腔室218，且第一材料端口214可提供工作气体(例如，惰性气体)以用于控制在产生腔室218内的液态靶所经历的压力。然而，在其它实施例中，第一材料端口214可提供靶材料，且第二材料端口215可提供工作气体。
靶体201形成准许粒子束(例如，质子束)入射于产生腔室218内的靶材料上的束通道或腔221。粒子束(图4中以箭头p指示)可通过通道开口219(图3和4)进入靶体201。粒子束从通道开口219到产生腔室218行进通过靶组件200(图4)。在操作期间，产生腔室218充有液态靶，其例如具有包括指定同位素(例如，h218o)的约2.5毫升(ml)的水。产生腔室218界定于靶插入件220内，所述靶插入件可包括例如具有腔222(图4)的铌材料，所述腔在靶插入件220的一侧开放。靶插入件220包括第一材料端口214和第二材料端口215。第一材料端口214和第二材料端口215被配置成接纳例如配件或喷嘴。
关于图4和5，靶插入件220在主体区段206与主体区段204之间对齐。靶组件200可包括定位于主体区段206与靶插入件220之间的密封环226。靶组件200还包括箔构件228和密封边框236(例如，
视需要，可在主体区段204与主体区段202之间提供箔构件240。箔构件240可以是类似于箔构件228的合金盘。箔构件240与主体区段204的围绕有环形边沿242(图4)的开口238对齐。如图4中所示，密封件244、密封环246和密封环250同心地与主体区段202的开口248对齐且连接到主体区段202的边沿252上。密封件244、密封环246和密封环250提供于箔构件240与主体区段202之间。请注意，可提供更多或更少箔构件。举例来说，在一些实施例中，仅包括箔构件228。因此，各种实施例涵盖单箔构件或多箔构件布置。
请注意，箔构件228和240不限于盘形或环形形状，而是可以不同形状、配置和布置来提供。举例来说，箔构件228和240中的一个或多个或额外箔构件可以是正方形、矩形或椭圆形等等。另外，请注意，箔构件228和240不限于由特定材料形成，而在各种实施例中由活化材料形成，例如其中可具有感生放射性的中度或高度活化材料，如本文更详细地描述。在一些实施例中，箔构件228和240属于金属且由一种或多种金属形成。
如图4和5中所示，多个销254收纳于主体区段202、204和206中的每个中的孔256内以在组装靶组件200时将这些部件对齐。另外，多个密封环258与主体区段204的孔260对齐以收纳自其穿过的螺栓208，所述螺栓固定在主体区段202的孔262(例如，螺纹孔)内。
在操作期间，当粒子束从主体区段202穿过靶组件200进入产生腔室218时，箔构件228和240可被极大地活化(例如，其中感生放射性)。可例如为薄(例如，5到50微米(μm))箔合金盘的箔构件228和240将加速器，且确切地说，加速器腔室，内部的真空隔离，且将真空与腔222中的液态靶隔离。箔构件228和240还允许冷却氦自其穿过和/或在箔构件228与240之间通过。请注意，箔构件228和240被配置成具有允许粒子束自其穿过的厚度。因此，箔构件228和240可被高度辐射和活化。
一些实施例提供有效地屏蔽靶组件200的靶组件200自屏蔽以屏蔽和/或防止来自活化箔构件228和240的辐射离开靶组件200。因此，箔构件228和240通过有效辐射屏蔽件进行封装。具体地说，主体区段202、204和206中的至少一个，且在一些实施例中，所有主体区段，由衰减靶组件200内的辐射的材料形成，且确切地说，由衰减来自箔构件228和240的辐射的材料形成。请注意，主体区段202、204和206可由相同材料、不同材料或不同量或组合的相同或不同材料形成。举例来说，主体区段202和204可由铝等相同的材料形成，且主体区段206可由铝和钨的组合形成。
形成主体区段202、主体区段204和/或主体区段206，使得每个的厚度，确切地说，箔构件228和240与靶组件200的外部之间的厚度提供屏蔽以减小自其中发出的辐射。请注意，主体区段202、主体区段204和/或主体区段206可由具有比铝的密度值大的密度值的任何材料形成。另外，如本文更详细地描述，主体区段202、主体区段204和/或主体区段206中的每个可由不同材料或组合材料形成。
振动装置225被配置成固定到所述主体区段的至少一个。如本文所使用，当振动装置“固定到”部件时，振动装置是以足够将振动传递到部件中的方式来附接到部件。振动装置可由一个或多个元件固定。举例来说，振动装置可包括通过硬件(例如，螺钉或螺栓)固定到靶体的壳体。另一选择为或除硬件之外，振动装置可通过其它类型的紧固件(例如，闩锁、扣子、带束等等)和/或胶粘剂固定到靶体。举例来说，靶体201等靶体可包括固定到彼此且相对于彼此具有固定位置的第一和第二主体区段。产生腔室可由所述第一主体区段或所述第二主体区段中的至少一个界定。振动装置可固定到所述第一主体区段或所述第二主体区段中的至少一个。
与并不利用振动装置的系统相比，所述振动装置可产生致使形成于产生腔室218内的气泡更快速地与界定所述产生腔室的表面分离的振动。在一些情况下，与并不利用振动装置的系统相比，振动装置225可增大气泡在液态靶内上升到产生腔室内的间隙区域的速率或速度。
如图2、4和5中所示，振动装置225固定到主体区段206。然而，在其它实施例中，振动装置225可固定到主体区段204、主体区段202或靶插入件220。在其它实施例中，振动装置225可同时固定到多于一个的主体区段。举例来说，如果两个主体区段的外部表面齐平或是平坦的，那么振动装置225可延伸跨越两个主体区段之间的界面。
在所示实施例中，振动装置225固定到主体区段206的外表面或外部表面207。在其它实施例中，振动装置225可定位于靶组件200的凹槽、腔或腔室内。在所示实施例中，振动装置225通过一个或多个电线227电连接到例如控制系统118(图1)等控制系统(未示出)，使得控制系统可控制振动装置225的操作和/或为其供电。然而，预期振动装置225可被无线控制和/或通过无线传输电力来接收电力。
图6到9示出可与振动装置126(图1)或振动装置225(图2)类似或相同的振动装置。可在指定频率和振幅下驱动振动装置，所述指定频率和振幅有助于除去气泡，或更具体地说，有助于使气泡更快速地与界定产生腔室的表面分离和/或使气泡更快速地从产生腔室内的液体区域移动到气体区域。
图6示出呈第一状态316和第二状态318的振动装置300的侧视横截面。振动装置300包括压电致动器301，其具有可操作地连接到质量块(mass)或压重物304的一系列压电元件302。振动装置300的压电元件302对于电离辐射可相对不灵敏。在所示实施例中，压电元件302和质量块304围封于共同壳体305内。共同壳体305可具有各种形状，例如圆柱形形状或长方体形状。
压电元件302被配置成通过例如施加电压或电场于压电元件302而电致动。举例来说，每个压电元件302可包括用于显示压电效应(或逆压电效应)的合适的材料(例如，陶瓷材料)，且可定位于类似电容器的两个导电板(未指示)之间。当施加电压时，压电元件302可以预定方式收缩，由此改变压电致动器301的大小或形状。由此，压电元件302可共同操作以将质量块304从第一状态316中的第一位置移动到第二状态318中的第二位置。
在所示实施例中，压电致动器301是线性致动器，使得质量块304沿着轴线移动。沿着轴线移动的总距离标记为315。如由图6中的双向箭头指示，压电元件302被配置成反复地移动质量块304以产生振动。质量块304可在指定频率下移动。举例来说，质量块304可在100hz到100khz之间的指定频率下移动。在特定实施例中，指定频率可介于500hz到1.0khz之间。
在一些实施例中，压电致动器301被配置成在例如100hz到1.0khz之间的一定频率范围内操作。可基于靶组件或产生腔室内的某些条件来选择频率。也可基于靶组件或产生腔室内的某些条件来选择振幅。应注意，在其它实施例中可使用其它类型的致动器。举例来说，压电致动器301可以是使不平衡质量块围绕指定轴线移动的旋转致动器。
如所示，振动装置300可包括以通信方式将振动装置300连接到控制系统118(图1)等控制系统的电线314。或者，可以无线方式控制振动装置300。通过例如以振荡方式反复地移动质量块304，振动装置300可致使振动传递到靶体中和/或移动靶体，使得产生腔室在其中经历振动。所述靶体可与靶体201(图2)类似或相同。靶体的特征还可以是通过振动装置300来摇动。
图7是可与一个或多个实施例一起使用的振动装置320的侧视横截面。振动装置320固定到可与靶体201(图2)类似或相同的靶体324的指定表面322。指定表面322可以是例如靶体324的外部表面。在此类实施例中，振动装置320可很容易地由具有靶组件(未示出)使用权的技术员或用户取用。然而，在其它实施例中，振动装置320可定位于装置腔内。装置腔可以是侧边开放式或通过靶体324完全围封。
振动装置320包括压电致动器321，其具有压电元件326的堆叠和连接到所述堆叠的一端的质量块或压重物328。压电元件326配置成被致动以供反复地移动质量块328以产生振动。压电致动器321是线性致动器，使得质量块328朝向和远离靶体324的指定表面322反复地移动。
图8是可与一个或多个实施例一起使用的振动装置340的侧视横截面。振动装置340包括悬臂式压电致动器341，其包括底板342、压电基材344和附接到压电基材344的质量块或压重物346。压电基材344可包括多个层，其包括压电层。压电基材344的各层可共同操作以在不同状态之间变动，由此致使质量块346移动(如由弯曲双向箭头指示)。压电致动器341可反复地移动质量块346以产生振动，所述振动被传递到靶体中。
图9是可与一个或多个实施例一起使用的振动装置360的自上向下的视图。振动装置360包括电动机362、可旋转轴364和支承盘366。可旋转轴364以可操作方式连接到电动机362，所述电动机被配置成使可旋转轴364围绕对应的轴线旋转。可旋转轴364固定到支承盘366的中心。振动装置360还包括连接到支承盘366的非中心位置的质量块或压重物368。当电动机362使轴364旋转时，质量块368以产生振动的振荡方式反复地移动或移位。
图10是靶组件400的侧视横截面，且图11是沿着图10中的线11-11截取的靶组件400的分级或阶式横截面。靶组件400可类似于靶组件200(图2)且可与同位素产生系统100(图1)一起使用。如所示，靶组件400包括靶体402，所述靶体具有产生腔室404和与产生腔室404相邻的束腔406(图10)。产生腔室404被配置成盛放液态靶408。如图10中所示，束腔406向靶体402的外部开放以接收入射于产生腔室404上的粒子束410。
产生腔室404由箔构件412(图10)和内部表面414界定。当然，产生腔室404可由多于一个的内部表面414界定。在操作期间，产生腔室404内所产生的压力指向束腔406。所述压力可以是例如在1.00mpa与15.00mpa之间，或更具体地说，在2.00mpa与11.00mpa之间。为了防止箔构件412被推出束腔406，箔构件412由延伸跨越束腔406的矩阵壁416(图10)支承。矩阵壁416包括形成孔洞的多个互连壁。所述壁可形成例如六边形图案。所述孔洞准许粒子束410投射通过矩阵壁416且入射于液态靶408上。然而，应理解，矩阵壁416是任选的，且其它实施例可不包括矩阵壁416。
靶体402界定装置腔420，所述装置腔经设定大小和形状以收纳靶组件400的振动装置422。振动装置422可包括本文所描述的振动装置422中的一个或多个。举例来说，振动装置422包括压电致动器423。或者，振动装置422可包括电动机。在所示实施例中，振动装置422完全安置于装置腔420内。然而，在其它实施例中，振动装置422可能仅部分安置于装置腔420内。
振动装置422固定到靶体402的指定表面424(图10)，所述表面界定装置腔420的一部分。举例来说，可使用紧固件和/或胶粘剂固定振动装置422。在一些情况下，可至少部分地通过振动装置422与靶体402之间的干涉配合来固定振动装置422。在一些实施例中，盖或覆盖层可放置在装置腔420上且使振动装置422保持抵靠着指定表面424。
在图10和11中，靶体402仅由包括固体材料的单个主体区段表示。在其它实施例中，靶体402可包括多个主体区段，例如主体区段202、204、206(图2)。在特定实施例中，指定表面424与界定产生腔室404的内部表面414之间可存在穿过固体材料的连续路径430。在一些实施例中，沿着指定表面424与内部表面414之间的连续路径430的距离小于十(10)厘米(cm)。在特定实施例中，所述距离可小于五(5)cm。在更多特定实施例中，所述距离可小于三(3)cm。
如图11中所示，靶体402可包括一个或多个冷却通道432，其延伸穿过靶体402的固体材料且接近于指定表面424或装置腔420。举例来说，冷却通道432中的至少一个可距离指定表面424或装置腔420小于五(5)cm或小于三(3)cm。在特定实施例中，冷却通道432中的至少一个可距离指定表面424或装置腔420小于两(2)cm或小于一(1)cm。
冷却信道432被配置成具有自其穿过的液体或气流，所述液体或气流吸收由振动装置422产生的热能。在特定实施例中，冷却通道432是延伸穿过靶体402以有效地冷却产生腔室404的流体回路的部分。举例来说，冷却通道432可与延伸接近于产生腔室404的冷却通道(未示出)中的一个或多个流动连通。
图11中还示出，靶体402可形成与产生腔室404流动连通的第一通道460和第二通道462。第一通道460可被配置成提供液态靶408。第二通道462可被配置成提供氦或氩等用于对产生腔室408内的液态靶408加压的惰性气体。应理解，额外通道可与产生腔室404流动连通。
图11还示出定位于靶体402的腔466内的压力传感器464。压力传感器464被配置成检测产生腔室404的压力。举例来说，当粒子束入射于液态靶408上时，压力可增大。图10示出第一温度传感器468和第二温度传感器470。第一温度传感器468可经定位以检测液态靶408的温度。第二温度传感器470可经定位以检测箔412和/或矩阵壁416的温度。来自第二温度传感器470的数据可用于确定箔是否即将破裂。在其它实施例中，第一温度传感器468或第二温度传感器470中的至少一个可以是传达与射束电流相关的信号的电触点。视需要，靶组件400可包括液位检测器472，其可与产生腔室404内的液体与气体之间的界面位置相邻定位。通过液位检测器472获得的数据可被配置成确定产生腔室内的气体与液体之间的界面位。在一些实施例中，来自液位检测器472的数据可用于确定液体密度。
图12是在放射性同位素产生期间的产生腔室404的放大横截面。产生腔室404具有包括液体区域440和气体或蒸汽区域442的总空间或容积。产生腔室404的总空间可以是例如在0.5毫升(ml)与5.0ml之间，或更具体地说，在1.0ml与3.0ml之间。液体区域440包括液态靶408和产生腔室404内所产生的气泡446，且气体区域442可包括惰性气体、蒸汽和由气泡446产生的气体。液体区域440与气体区域442可具有大体上表示液体区域440与气体区域442之间的划分的界面444。然而，当然可能难以识别界面444，且界面444可在整个操作中上升或下降。当液态靶408装载到产生腔室404中时，液态靶408可具有例如大于产生腔室404的总容积的50％的液体体积。在一些实施例中，液态靶408的液体体积大于总容积的60％或大于70％。在更多特定实施例中，液态靶408的液体体积大于总容积的75％、大于80％或大于85％。
在同位素产生系统的操作期间，气泡446可形成于液体区域440内。气泡446可沿着箔构件412的内部表面448和在液体区域440内形成。如本文所描述，振动装置422可提供产生腔室404所经历的振动。举例来说，所述振动可使界定产生腔室404的内部表面414和448移动和/或可摇动或造成液态靶408内的扰动。与并不具有振动装置的常规系统相比，所述振动可至少一个(a)使气泡446与内部表面448更快速地分离；使形成气泡446的气体更快速地上升到气体区域442；或(c)使气泡沿着界面444更快速地破裂。
图13示出根据实施例的产生放射性同位素的方法450的流程图。方法450例如可采用本文中论述的各种实施例的结构或方面(例如，系统和/或方法)。在各种实施例中，可省略或添加某些步骤，可组合某些步骤，可同时执行某些步骤，可并行执行某些步骤，可将某些步骤拆分成多个步骤，可以不同次序执行某些步骤，或可以重复方式反复执行某些步骤或步骤系列。可通过例如系统100等同位素产生系统来实施或执行所述步骤。
方法450包括在451处将液态靶提供到靶体的产生腔室中。举例来说，流体控制系统可将指定体积的液态靶提供到产生腔室中。所述指定体积可以是例如约1ml到约3ml。在一些实施例中，方法450可包括检测产生腔室内的液态靶液位。举例来说，液位传感器472等液位传感器可包括光源(例如，灯泡或发光二极管(led))和光检测器。光源可与光检测器相邻或相对定位。当启动光源时，光检测器可被配置成检测光的量。由液位传感器472检测到的光的量可基于产生腔室内的液体体积、液位或密度而改变。在一些实施例中，液位传感器472可为密度检测器。举例来说，气泡可产生可通过液位传感器472检测的液体的泡沫状质量。因此，通过液位传感器472获得的数据可与液体密度相关和/或可用于估计液体密度。
在一些实施例中，方法450可包括将压力施加于液态靶。可通过供应氦或氩等惰性气体到产生腔室中来增大压力。可通过压力传感器464等压力传感器来检测压力。
方法450还包括在452处引导粒子束以入射于靶体的产生腔室内的液态靶上。如本文所描述，产生腔室可包括液体区域和气体区域。气体区域通常存在于液体区域上方(相对于重力)。粒子束在相对小体积的液态靶内沉积相对大量的功率，由此致使气泡形成于产生腔室的液体区域内。举例来说，可沿着界定产生腔室的内部表面形成气泡。所述内部表面可包括例如拦截粒子束的箔的内部表面和/或靶体的内部表面。还可在远离内部表面的液体区域内形成气泡。
在454处，可使靶体振动(或摇动)以使气泡从液体区域移动到气体区域。举例来说，如本文所描述，可在指定位置处将振动装置固定到靶体且进行启动以产生在产生腔室内经历的振动。振动装置可以是固定到靶体的表面的离散部件。所述表面可以是外部表面、界定侧边开放式腔的表面或界定围封腔的表面。
可在指定时间启动振动装置。举例来说，可在粒子加速器产生粒子束时、在粒子束入射于靶材料上时或在粒子束入射于靶材料上之后的预定时间段启动振动装置。视需要，所述方法可包括在456处检测与液态靶的基线密度相关联的操作参数。举例来说，控制系统118(图1)等控制系统可操作地连接到一个或多个传感器，所述传感器在同位素产生系统的操作期间检测数据。
所述数据可对应于一个或多个操作参数或系统参数。操作参数是在系统的操作期间改变且可在系统的操作期间进行监测的参数。举例来说，操作参数可以是射束电流、靶体的温度、箔的温度、产生腔室内的压力、气体与液体之间的界面位、液体密度或粒子束已入射于液态靶上的时间量。对应于操作参数的数据可直接通过一个或多个传感器获得，或者可基于其它数据推断得出。系统参数可以是已知变量。举例来说，系统参数可以是液态靶的类型、产生腔室的总容积、液态靶的总体积。
控制系统可以通信方式连接到各种传感器、变换器、检测器和/或监测器，例如本文所描述的那些传感器、变换器、检测器和/或监测器。对应于操作参数和系统参数的数据可用于确定或计算产生腔室内的液态靶密度。当确定密度降到低于基线值时，可启动振动装置。举例来说，液位传感器(或密度检测器)可传达指示产生腔室内存在过量气泡的状态的数据信号。如果确定产生腔室的密度低于基线值，那么可启动振动装置。作为另一实例，控制系统118可检测粒子束的射束电流。可通过接合靶体的电触点检测射束电流。当射束电流超出指定阈值时，控制系统可确定密度过低且可启动振动装置。指定阈值和基线可以是通过控制系统存储的已知值，或可以是通过控制系统在同位素产生系统的操作期间计算出的值。取决于系统，指定阈值射束电流可以是各种值。举例来说，阈值射束电流可以是至少10μa、至少20μa、至少30μa、至少40μa、至少50μa、至少60μa或更多。在其它实施例中，阈值射束电流可以是至少70μa、至少80μa、至少90μa、至少100μa、至少110μa、至少120μa或更多。而在其它实施例中，阈值射束电流可以是至少150μa、至少175μa、至少200μa、至少225μa、至少250μa或更多。
在一些实施例中，振动装置并非连续启动很长时间段。替代地，控制系统可以周期(或非周期)方式启动振动装置。所述启动可被配置成增大液态靶的密度，且可基于与操作参数和系统参数相关的数据。因此，可基于与产生腔室内的条件相关的反馈来启动振动装置。
为此目的，控制系统可包括部件，所述部件包括或表示硬件电路或电路系统。硬件电路或电路系统可包括一个或多个处理器和/或可与一个或多个处理器连接，例如一个或多个计算机微处理器或其它基于逻辑的电路系统。本文所描述的方法和控制系统的操作可能十分地复杂，使得普通人或所属领域普通技术人员无法在商业上合理的时间段内在心理层面执行所述操作。控制系统的硬件电路和/或处理器可用于显著减小确定何时启动振动装置或确定振动装置的启动计划所需的时间。
控制系统可与同位素产生系统一起安置，或可具有相对于同位素产生系统较远安置的一个或多个部件。控制系统可包括输入装置，所述输入装置获取用户输入和用于确定何时启动振动装置的其它数据。
在示范性实施例中，控制系统执行存储在一个或多个存储元件、存储器或模块中的指令集，以便至少一个获得和分析对应于操作参数和系统参数的数据。存储元件可呈控制系统内的信息源或物理存储器元件形式。实施例包括非暂时性计算机可读媒体，其包括用于进行或执行本文中阐述的一个或多个过程的指令集。非暂时性计算机可读媒体可包括除暂时性传播信号本身以外的所有计算机可读媒体。非暂时性计算机可读媒体可大体上包括任何有形的计算机可读媒体，包括例如磁盘和/或光盘、rom和prom等永久性存储器和ram等易失性存储器。计算机可读媒体可存储用于由一个或多个处理器执行的指令。
指令集可包括各种命令，其发指令给控制系统以执行例如本文所描述的各种实施例的方法和过程的具体操作。指令集可呈软件程序形式。如本文所使用，术语“软件”和“固件”可互换，且包括存储在存储器中以供计算机执行的任何计算机程序，所述存储器包括ram存储器、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器和非易失性ram(nvram)存储器。关于可用于计算机程序的存储的存储器类型，以上存储器类型仅为示范性的，且因此并非为限制性的。
控制系统的部件可包括或表示硬件电路或电路系统，所述硬件电路或电路系统包括一个或多个处理器和/或与一个或多个处理器连接，例如一个或多个计算机微处理器。本文所描述的方法和控制系统的操作可能十分地复杂，使得普通人或所属领域普通技术人员无法在商业上合理的时间段内在心理层面执行所述操作。
软件可呈各种形式，例如系统软件或应用软体。此外，软件可呈以下形式：一系列单独程序，或较大程序内的程序模块，或程序模块的一部分。软件还可包括呈面向对象编程形式的模块化编程。在获得数据之后，所述数据可通过控制系统自动进行处理、响应于用户输入而进行处理，或响应于另一处理机器所作出的请求(例如，通过通信链路的远程请求)而进行处理。
本文中所描述的实施例并非旨在限于产生用于医学用途的放射性同位素，而是还可产生其它同位素和使用其它靶材料。另外，可结合具有不同定向(例如，竖直定向或水平定向)的不同类别的回旋加速器以及例如线性加速器或激光感生加速器而非螺旋加速器等不同加速器来实施各种实施例。此外，本文中所描述的实施例包括制造如上文所描述的同位素产生系统、靶系统和回旋加速器的方法。
应理解，以上描述旨在为说明性而非限制性的。举例来说，上文所描述的实施例(和/或其各方面)可彼此组合使用。另外，在不脱离本发明主题的范围的情况下，可进行许多修改以使特定情形或材料适应所述主题的教示。本文中描述的各种部件的尺寸、材料类型、定向和各种部件的数目与位置意在界定某些实施例的参数，且决非限制性，而仅为示范性实施例。在查阅以上描述后，在权利要求书的精神和范围内的许多其它实施例和修改对于所属领域的技术人员来说将显而易见。因此，本发明主题的范围应通过参考所附权利要求书以及此类权利要求书所赋予的等效物的完整范围来确定。在所附权利要求书中，用语“包括”和“其中”用作相应用语“包含”和“在其中”的简明等效用语。此外，在所附权利要求书中，用语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，且并不在于对其对象施加数字要求。此外，所附权利要求书的限制并未按照装置加功能格式编写，且并非旨在基于35u.s.c.§112(f)来解释，除非且直到此类权利要求限制已明确使用短语“用于...的装置”加上不含其它结构的功能陈述。
本书面描述使用实例来公开各种实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践各种实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。各种实施例的可获专利的范围由权利要求书界定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果所述实例包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么所述实例既定在权利要求范围内。
当结合附图阅读时将会更好理解本发明主题的某些实施例的前文描述。就附图示出各种实施例的功能块的图来说，功能块未必指示硬件电路系统之间的划分。因此，举例来说，功能块(例如，处理器或存储器)中的一个或多个可实施于单件硬件(例如，通用信号处理器、微控制器、随机存取存储器、硬盘等等)中。类似地，程序可为单独程序、可作为子例程并入于操作系统中、可以是安装的软件包中的函数等等。各种实施例不限于图中所示的布置和手段。