CN108701502A - 放射性同位素的生产 - Google Patents

Abstract

一种放射性同位素生产设备(RI)包括被布置成提供电子束(E)电子源。该电子源包括电子注入器(10)和电子加速器(20)。该放射性同位素生产设备(RI)进一步包括：目标支撑结构，其被配置成保持目标(30)；和分束器(40)，其被布置成沿第一路径将该电子束的第一部分引导朝向该目标(30)的第一侧且沿第二路径将该电子束的第二部分引导朝向该目标(30)的第二侧。

Description

放射性同位素的生产

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月6日递交的欧洲申请EP15193337.1的优先权，此处通过引用全文并入。

技术领域

本发明涉及放射性同位素生产设备和相关的方法。本发明可用于包括自由电子激光器和放射性同位素生产设备的系统中。

背景技术

放射性同位素是不稳定的同位素。放射性同位素将藉由发射质子和/或中子而在一段时间之后衰变。放射性同位素用于医疗诊断及用于医学治疗，且还用于工业应用中。

最常用的医用放射性同位素为Tc-99m(锘)，其用于诊断应用中。Tc-99m的产生使用高通量核反应器。包含U-238和U-235的混合物的高浓缩铀在核反应器中被中子轰击。这致使U-235中的一些经受裂变而分离为Mo-99+Sn(xl3)+中子。Mo-99自其他裂变产物分离出且被运送至放射性药房。Mo-99具有66小时的半衰期且衰变至Tc-99m。Tc-99m具有仅6小时的半衰期(其对于医疗诊断技术是有用的)。在放射性药房处Tc-99m与Mo-99分离，随后用于医疗诊断技术。

Mo-99广泛地在全球使用以产生用于医疗诊断技术的Tc-99m。然而，仅存在可用以产生Mo-99的少数高通量核反应器。其他放射性同位素也使用这样的高通量核反应器制成。所有高通量核反应器都使用了超过40年，且无法预期它们能够继续无限地运行。

可认为需要提供替代的放射性同位素生产设备及相关联的方法和/或相关联的系统。

发明内容

根据本文中所描述的一方面，提供一种放射性同位素生产设备，其包括被布置成提供电子束的电子源，所述电子源包括电子注入器和电子加速器。该放射性同位素生产设备进一步包括目标支撑结构，其被配置成保持目标和分束器。所述分束器被布置成沿第一路径将所述电子束的第一部分引导朝向所述目标的第一侧以及被布置成沿第二路径将所述电子束的第二部分引导朝向所述目标的第二侧。

以此方式，由电子束产生的热更好地分布在整个目标上。

所述电子束可包括多个脉冲，且所述分束器可以被布置成实质上沿所述第一路径引导所述多个脉冲的一半且沿所述第二路径引导所述多个脉冲的一半。以此方式，目标的每一侧将遇到电子束的所述多个脉冲的大致一半。所述分束器可包括偏转器。

所述目标可以包括电子目标和光子目标。所述电子目标可布置成接收所述电子束的第一部分和第二部分中的至少一者且朝向所述光子目标发射光子。

所述电子目标可以包括被布置成接收所述电子束的所述第一部分的第一部分和被布置成接收所述电子束的所述第二部分的第二部分。所述电子目标的所述第一部分和所述第二部分可设置于所述光子目标的任一侧。

所述放射性同位素生产设备可进一步包括冷却设备，所述冷却设备被布置成将流体冷却剂提供至所述目标。所述冷却设备可被布置成将液体冷却剂提供至所述电子目标且将气体冷却剂提供至所述光子目标。可在高于所述液体冷却剂的压力下提供所述气体冷却剂。

根据本文中所描述的第二方面，提供一种放射性同位素生产设备，其包括被布置成提供电子束的电子源，所述电子源包括电子注入器和电子加速器。所述放射性同位素生产设备进一步包括：目标支撑结构，其被配置成保持目标；以及第一和第二电子束分布设备，其一起被布置成在所述目标的表面上方扫描所述电子束。

所述第一束分布设备可以是被布置成朝向所述第二电子束分布设备使所述电子束扫掠通过一预定角度的第一偏转器。

所述第二束分布设备可以是被布置成偏转所述经扫掠的电子束、以使得其实质上远心地冲击在所述目标上的第二偏转器。可替代地，所述第二分布设备可以是被布置成使所述电子束准直的透镜。

所述放射性同位素生产设备可进一步包括分束器，所述分束器被布置成沿第一路径将所述电子束的第一部分引导朝向所述目标的第一侧且沿第二路径将所述电子束的第二部分引导朝向所述目标的第二侧。

所述第一和第二束分布设备可沿所述第一路径设置。

所述放射性同位素生产设备可进一步包括第三束分布设备和第四束分布设备，所述第三束分布设备与所述第四束分布设备一起被布置成在所述目标的另一表面上方扫描所述电子束，所述第三束分布设备和所述第四束分布设备沿所述第二路径设置。

所述目标可包括电子目标及光子目标。所述电子目标可布置成从所述第二电子束分布设备接收所述电子束且朝向所述光子目标发射光子。所述电子目标可包括被布置成从所述第一分布设备和所述第二分布设备接收所述电子束的所述第一部分的第一部分和被布置成从所述第三分布设备和所述第四分布设备接收所述电子束的所述第二部分的第二部分。

根据本文中所描述的第三方面，提供一种放射性同位素生产设备，其包括被布置成提供电子束的电子源，所述电子源包括电子注入器和电子加速器。所述放射性同位素生产设备可进一步包括：电子目标支撑结构，其被配置成保持电子目标以接收所述电子束以便产生光子；和光子目标支撑结构，其被配置成保持光子目标、以用于接收所述光子中的至少一些。

所述放射性同位素生产设备可以被配置成诱发所述电子目标与所述电子束之间的相对移动。

所述放射性同位素生产设备可进一步包括电子束分布设备，所述电子束分布设备被布置成相对于所述电子目标移动所述电子束。

所述电子束分布设备可包括一个或多个束偏转器。束偏转器可以被配置成在所述电子目标的所述表面上方扫描所述电子束。

所述电子束分布设备可包括透镜。透镜可以被配置成使所述电子束准直。

所述电子目标支撑结构可以被配置成相对于所述电子束移动所述电子目标。例如，所述电子目标支撑结构可以被配置成旋转所述电子目标。

所述电子目标可以是液体，且所述电子目标支撑结构可以被配置成致使所述电子目标流动通过电子束目标区。

所述放射性同位素生产设备可进一步包括冷却设备，所述冷却设备被布置成将流体冷却剂提供至所述目标。所述冷却设备可以被布置成将液体冷却剂提供至所述目标的电子目标部分且将气体冷却剂提供至所述目标的光子目标部分。所述冷却设备可以布置成在高于所述液体冷却剂的压力下提供所述气体冷却剂。

所述冷却设备可以布置成在大致70巴的压力下将氦冷却剂提供至所述光子目标以及在大致1巴的压力下将水冷却剂提供至所述电子目标。

根据本文中所描述的第四方面，提供一种放射性同位素生产设备，其包括被布置成提供电子束的电子源，所述电子源包括电子注入器和电子加速器。所述放射性同位素生产设备进一步包括：腔室，其容纳被配置成将目标保持于所述电子束的路径中的目标支撑结构；和窗，所述电子束通过所述窗进入所述腔室。所述窗可包括碳化硅。

以此方式，所述设备提供允许透射电子束和/或光子、热稳定的且能够承受电子束的环境与腔室之间的压力差的窗。

所述窗可为穹状的。所述窗可具有在85mm与4000mm之间的曲率。

所述窗可通过化学气相沉积制造，且所述腔室可以是密闭性密封的腔室。

根据本文中所描述的第五方面，提供一种产生具有在所需范围内的放射性比度的放射性同位素的方法。所述方法包括使用放射性同位素生产设备来产生放射性同位素。所述放射性同位素生产设备包括：电子源，其被布置成提供电子束，所述电子源包括电子注入器和电子加速器；以及目标支撑结构，其被配置成保持目标。所述方法进一步包括物理地(例如，机械地)分离具有在所需范围内的放射性比度的所述放射性同位素的至少一部分。

所述方法可进一步包括在将所述目标曝露于所述电子束以产生所述放射性同位素之前对所述目标穿孔。

所述放射性同位素生产设备可以是根据上文所描述的第一至第四方面中的任一者的放射性同位素生产设备。

根据本文中所描述的第六方面，提供一种系统，其包括：根据第一至第四方面中的任一者的放射性同位素生产设备；和自由电子激光器，其包括能量回收电子加速器和波荡器。所述放射性同位素生产设备的所述电子加速器被定位成在电子束已经被所述能量回收电子加速器加速、接着减速之后接收所述电子束，所述放射性同位素生产设备的所述电子加速器被配置成将所述电子束的电子加速至大约14MeV或更大的能量，以用于后续传递至所述放射性同位素生产设备的所述电子目标。

根据本文中所描述的第七方面，提供一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标。所述目标包括多个间隔开的部分。所述目标被配置成在所述目标经受电子束时扩展，使得防止所述多个部分之间的接触。

所述目标可被配置成能够扩展、从而使得可维持所述多个部分中的相邻部分之间的间隙或空间。

所述目标可包括多个接触点，在所述多个接触点处，所述多个部分中的相邻部分相接触。所述目标可包括多个开口，所述多个开口被布置成在所述多个接触点中的至少两个接触点之间延伸。

所述目标可以包括可挠性或可变形目标。

所述目标可以包括格型结构或蜂巢结构。

所述多个部分可包括多个目标元件。所述多个目标元件可以布置成形成所述目标。每一目标元件可包括多个凹槽或通孔。

所述多个部分可相对于彼此同心地布置。

所述多个部分可以布置成形成螺旋状或螺旋形结构。

根据本文中所描述的第八方面，提供一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标。所述目标被配置成在所述目标经受电子束时扩展，使得允许或维持冷却剂流动通过所述目标。

所述目标可包括多孔结构或材料。例如，所述多孔结构或材料可以包括泡沫或烧结材料。

根据本文中所描述的第九方面，提供一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标布置，其包括目标和目标支撑结构。所述目标支撑结构被配置成相对于电子束移动或旋转所述目标。

所述目标可以是或包括根据第七和/或第八方面的目标。

所述目标支撑结构可被配置成绕所述目标的横向轴线或纵向轴线移动或旋转所述目标。

所述目标布置可包括外壳。所述目标布置可包括用于将所述电子束透射至所述外壳中的窗。

所述目标支撑结构可布置于或被布置于所述外壳中，以相对于所述外壳和所述窗移动或旋转所述目标。

所述窗可以布置成围绕所述目标。所述目标支撑结构可被配置成使所述外壳和所述窗与所述目标一起移动或旋转。

根据本文中所描述的第十方面，提供一种放射性同位素生产设备，其包括被布置成提供电子束的电子源，所述电子源包括电子注入器和电子加速器。所述放射性同位素生产设备包括：目标布置，其用于相对于所述电子束布置目标；和电子束聚焦布置，其被配置成将所述电子束聚焦于所述目标上。

所述目标布置可包括根据第九方面的目标布置。

根据本文中所描述的第十一方面，提供一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标布置，其包括目标。所述目标包括多个间隔开的目标元件。所述目标布置包括目标支撑结构，所述目标支撑结构被配置成悬置所述多个目标元件的一部分、以允许目标元件的所述部分在至少一个方向上扩展。

所述多个目标元件可以布置成在所述目标的至少一个方向上交错。所述多个目标元件可以布置成呈直线或在所述目标的至少一个其他方向上对准。

所述目标支撑结构可包括多个支撑元件。每一支撑元件可被配置成悬置所述多个目标元件的一部分。

所述目标支撑结构可包括用于悬置所述多个目标元件的所述一部分的第一部分。所述目标支撑结构可包括用于支撑所述多个目标元件的另一部分的自由端的第二部分。

可选择所述多个目标元件中的相邻目标元件之间的空间，以允许在至少一个其他方向上扩张或扩展所述目标元件。

根据本文中所描述的第十二方面，提供一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标。所述目标包括第一材料。所述第一材料包括用于转换成放射性同位素的基底材料。所述目标包括第二材料。所述第二材料可被配置成保留经转换的基底材料。所述第二材料可被布置于所述第一材料中或可与所述第一材料一起布置以形成所述目标。

所述基底材料可包括镝-158(Dy-158)、镭-226(Ra-226)、钍(Th-228)和镍-64(Ni-64)中的至少一者。

所述第二材料可包括多个粒子。每一粒子可具有约10nm的尺寸或直径。

所述第二材料可包括石墨烯、碳及金属中的至少一者。

所述第二材料可悬置或分散于一物质或流体中，例如液体。所述第二材料可包括胶体或胶体溶液。

根据本文中所描述的第十三方面，提供一种产生放射性同位素的方法。所述方法包括将目标布置于放射性同位素生产设备中。所述目标包括第一材料。所述第一材料包括用于转换成放射性同位素的基底材料。所述目标包括第二材料。所述第二材料被配置成保留经转换的基底材料。所述第二材料被布置或可配置于所述第一材料中或与所述第一材料一起布置以形成所述目标。所述方法包括利用电子束辐照所述目标。所述电子束被配置成致使所述基底材料的一部分转换成所述放射性同位素。所述电子束被配置成致使所述经转换的基底材料中的一些位移至所述第二材料中。所述方法包括将所述经转换的基底材料与所述第二材料分离。

分离的步骤可包括在将所述经转换的基底材料与所述第二材料分离之前将所述第二材料与所述第一材料分离。

根据本文中所描述的第十四方面，提供一种放射性同位素生产设备，其包括用以提供电子束的电子源，所述电子源包括注入器和电子加速器。所述放射性同位素生产设备包括腔室，所述腔室容纳被配置成将目标保持于所述电子束的路径中的目标支撑结构。所述放射性同位素生产设备包括用于将所述腔室与所述电子源分离的分离元件。所述分离元件包括孔隙，所述电子束通过所述孔隙进入所述腔室。

所述放射性同位素生产设备可包括布置于所述分离元件与所述目标支撑结构之间的屏蔽元件。所述屏蔽元件可包括孔隙，所述电子束通过所述孔隙至所述目标。

所述屏蔽元件的所述孔隙可大于所述分离元件的所述孔隙。

所述放射性同位素生产设备可包括另一分离元件。所述另一分离元件可包括另一孔隙，所述束通过所述孔隙朝向所述目标。

所述另一分离元件的所述另一孔隙可具有与所述分离元件的所述孔隙相同的尺寸或具有与所述分离元件的所述孔隙不同的尺寸。

所述放射性同位素生产设备可包括一冷却设备。所述冷却设备可以布置成将冷却剂提供至所述目标。所述分离元件和/或另一分离元件被布置于所述腔室中，使得允许冷却剂通过所述孔隙和/或另一孔隙朝向所述电子源流动。

本发明的任何给定方面的特征可与本发明的其他方面的特征组合。

如将对本领域普通技术人员易于显而易见的，可将上文或下文所阐述的本发明的各个方面和特征与本发明的各种其他方面和特征组合。

附图说明

现将参看随附示意性附图、仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：

-图1是放射性同位素生产设备的示意性示图；

-图2a是放射性同位素生产设备内的目标的示意性示图；

-图2b是用于放射性同位素生产设备的包括分开的电子和光子目标的目标的示意性示图；

-图3a是从两侧接收辐射的目标的示意性示图；

-图3b是包括从两侧接收辐射的多个分开的电子和光子目标的目标的示意性示图；

-图4是包括束分布设备的放射性同位素生产设备的示意性示图；

-图5、图6a、图6b及图7是放射性同位素生产设备的动态电子目标布置的示意性示图；

-图8是利用液体电子目标的放射性同位素生产设备的电子目标布置的示意性示图；

-图9是根据所描述的布置产生的放射性同位素的示意性示图；

-图10是根据本发明实施例的包括自由电子激光器和放射性同位素生产设备的系统的一部分的示意性示图；

图11a至图11h是放射性同位素生产设备的目标的示意性示图；

图12a和图12b是放射性同位素生产设备的目标布置的示意性示图；

图13a是包括外壳和窗的放射性同位素生产设备的目标布置的示意性示图；

图13b是包括可移动目标的放射性同位素生产设备的目标布置的示意性示图；

图13c是包括可移动外壳、窗和目标的放射性同位素生产设备的目标布置的示意性示图；

图14a和图14a是包括电子束聚焦布置的放射性同位素生产设备的电子目标布置的示意性示图；

图15a至图15c是放射性同位素生产设备的目标的示意性示图；

图16a至图16e是用于产生放射性同位素的方法步骤的示意性说明；

图17a是说明被转换的基底材料植入至第二材料中的图表；

图17b是说明被转换的材料在第二材料中的分布的图表；

图17c是说明同位素分布的核素图；

图18是包括分离元件的目标布置的示意性示图，该分离元件包括孔隙；

图19是包括屏蔽元件的目标布置的示意性示图，该屏蔽元件包括孔隙；

图20a至图20c是图18b的目标布置的多个部分中的冷却剂流供给和提取的示意性示图；以及

图21是包括另一分离元件的目标布置的示意性示图，该另一分离元件包括另一孔隙。

一般而言在本文中，各个图中的相同附图标记涉及相同或等同特征。

具体实施方式

图1示意性地示出放射性同位素生产设备。放射性同位素生产设备RI包括电子注入器10和呈线性加速器形式的电子加速器20。电子注入器10被布置成产生聚束式(bunched)电子束，且包括电子源(例如，由脉冲式激光束照射的光电阴极或热电子发射源)和提供加速电场的增幅器(booster)。由增幅器提供的加速电场可以例如将电子束的电子加速至大约10MeV的能量。

电子束E中的电子可由磁体(未示出)转向至线性加速器20。线性加速器20加速电子束E。在一实例中，线性加速器20可包括：多个射频腔，其轴向地间隔开；以及一或多个射频电源，其可操作以在电子聚束在电磁场之间通过时沿共同轴线控制所述电磁场、以便加速每一电子聚束。腔可以是超导射频腔。有利的是，这允许：以高的占空比施加相对较大的电磁场；较大的束孔径，从而导致较少的由尾波场(wakefield)引起的损失；以及增加传输至光束(相反于通过腔壁而耗散)的射频能量部分。替代地，腔通常可以是导电的(即，不是超导的)，并且可由例如铜形成。可使用其他类型的线性加速器，诸如例如激光尾波场加速器或反自由电子激光加速器。

尽管线性加速器20在图1中被示出为沿单一轴线，但线性加速器可包括不位于单一轴线上的模块。例如，可以在一些线性加速器模块与其他线性加速器模块之间存在弯曲。

线性加速器20可例如将电子加速至大约14MeV或更大能量。线性加速器可将电子加速至大约30MeV或更大(例如，直至大约45MeV)能量。不将电子加速至大于预定的所需量(例如，60MeV)的能量可能是有益的，这是因为在某些能量处可能会产生大量的除了所需放射性同位素以外的不想要的产物。在一实施例中，线性加速器130a可将电子加速至大约35MeV的能量。

放射性同位素生产设备RI进一步包括目标30，目标30被配置成接收电子，且使用电子将源材料转换成放射性同位素。目标30可以是Mo-100(Mo-100是Mo的稳定且天然产生的同位素)，其将通过光子诱发的中子发射而被转换成Mo-99。产生光子的机制是：由于电子撞击目标30而产生的Bremsstrahlung辐射(英文：braking radiation(制动辐射))。以此方式产生的光子的能量可以例如大于100keV，可大于1MeV，且可大于10MeV。光子可被描述为极硬的X射线。

这个反应具有8.29MeV的阈值能量，且因此在入射于光子目标上的光子具有少于8.29MeV的能量的情况下将不发生。该反应具有在大约14MeV处达到峰值的横截面(反应横截面指示由具有给定能量的光子诱发反应的机率)。换言之，该反应在大约14MeV处具有谐振峰值。因此，在一实施例中，可使用具有大约14MeV或更大能量的光子将Mo-100光子目标转换成Mo-99。

所产生的光子的能量具有上限，该上限由电子束E中的电子的能量设定。光子将具有一能量分布，但该分布的上限将不延伸超出电子束中的电子的能量。因此，在用于将Mo-100光子目标转换成Mo-99的一实施例中，电子束将具有至少8.29MeV的能量。在一实施例中，电子束E可具有大约14MeV或更大的能量。

当电子束的能量增加时，将产生具有足以引起所需反应的能量的更多光子(对于相同的电子电流)。例如，如上文所提及，Mo-99的产生具有在大约14MeV处达到峰值的横截面。如果电子束E具有大约28MeV的能量，则每一电子可产生具有大约14MeV的能量的两个光子，由此增加光子目标至Mo-99的转换。然而，当电子束的能量增加时，具有较高能量的光子将诱发其他的不想要的反应。例如，光子诱发的中子和质子发射具有18MeV的阈值能量。该反应是不希望的，这是因为它不产生Mo-99，而是产生不想要的反应产物。

一般而言，电子束的能量(以及由此的光子最大能量)的选择可基于想要的产物(例如，Mo-99)的产率与不想要的产物的产率之间的比较。在一实施例中，电子束可具有大约14MeV或更大的能量。电子束E可例如具有大约30MeV或更大(例如，直至大约45MeV)的能量。该电子束能量范围可在14MeV的反应谐振峰值附近的能量下提供光子的良好生产率。然而，在其他实施例中，电子束可具有其他能量。例如，电子束可具有60MeV的能量，因为在此能量下电子可能能够引起多个反应且由此增加产率。

图2a示意性地示出目标30的实例布置。在图2a中，目标30包括Mo-100的多个板32，多个板32由支撑件31支撑。如上文所描述，当电子束E中的电子入射于板32上时，发射光子。由图2a中的波浪线Y示意性地示出从目标30发射的光子。当光子γ入射于Mo-100原子核上时，其引起光致核反应，由此从原子核射出中子。Mo-100原子由此转换为Mo-99原子。在图2a的布置中，板32可被视为电子目标和光子目标两者。

目标30可在一段时间内接收光子γ，在此期间目标30中的Mo-99的比例增加且目标中的Mo-100的比例减少。目标30随后被从放射性同位素生产设备RI移除、以进行处理并输送至放射性药房。作为Mo-99的衰变产物的Tc-99被提取且用于医疗诊断应用中。

图2b示意性地示出目标30的替代实例布置。在图2b中，目标30进一步包括单独的电子目标34。在设置单独的电子目标的情况下，目标板32可被视为光子目标。电子目标34可以例如由钨、钽或将使电子减速且产生光子的一些其他材料形成。然而，电子目标34可以由与光子目标(例如，Mo-100)相同的材料形成。电子目标由支撑结构33保持。

尽管图2中所示出的目标32包括三个板，但该目标可包括任何适合数量的板。尽管所描述的目标包括Mo-100，但光子目标可包括任何合适的材料。类似地，目标的材料可以以任何合适的形状和/或配置而被提供。可环绕目标30设置屏蔽件(例如，铅屏蔽件)。

尽管图2b的电子目标34被示出为材料的单一块体，但其可被设置为多个板。板可例如具有与上文所描述的目标板32的构造相对应的构造。类似地，支撑结构33可被配置成保持多个电子目标板。

电子目标34和目标板32可设置在冷却剂流体流动通过的管道中，如下文进一步所描述。

再次参看图1，放射性同位素生产设备RI进一步包括电子分束器40。电子分束器被布置成沿两个传播路径分开电子束E：朝向目标30的一侧的第一传播路径和朝向目标30的相反侧的第二传播路径。可设置磁体(未示出)以沿传播路径中的每一者将电子束E转向。如本领域普通技术人员将理解的，电子束E是所谓的脉冲串。电子分束器40被布置成沿第一路径引导脉冲的一部分且沿第二路径引导脉冲的一部分。例如，可沿第一路径发送电子束E中的脉冲的50％，且沿第二路径发送所述脉冲的50％。然而，可以理解，可使用(两个传播路径之间的)任何脉冲比率。

电子分束器40可使用任何适当装置来实施，且可以是例如利用磁性或静电偏转的偏转器(例如冲击器(kicker))。可在足够高、以使得热负荷大致上均匀分布于目标30的每一侧上的频率下完成分束。在一些实施例中，可在电子束E内跳过脉冲，以允许用于在脉冲之间切换的时间。作为实例，若在650MHz下产生脉冲，则可每10毫秒跳过1000个脉冲，从而留下大致1.5微秒给分束器40以切换电子束E的传播路径。

图3a示意性地图示出在目标30的每一侧处接收的电子束E。图3b示意性地说明设置分开的电子目标的目标30布置。在图3b中，目标30包括两个电子目标34a、34b，电子目标34a、34b设置在目标板32的各侧处且由各支撑结构33a、33b支撑。每一电子目标34a、34b被布置成接收电子束E的一部分且朝向目标板32的任一侧发射光子。

通过在目标30上更均匀地分布头负荷(headload)，在目标处产生的总温度应较低，由此放松并简化冷却要求。

图4示意性地图示出放射性同位素生产设备RI的替代布置。在图4中，设置多个电子束分布设备以将电子束E分布于目标30的表面之上。一般而言，电子束分布设备可设置成偏转器和/或磁体(四极)中的任一者或其组合形式。

在图4所描绘的实例实施例中，第一电子束分布设备可以设置成置于电子束E之路径中且被配置以将电子束E扫掠通过一角度的偏转器50的形式。在图4的特定实例中，偏转器50被配置成在第二电子束分布设备的表面上方扫掠电子束E。这可以通过将连续变化的电压施加至偏转器50的板来实现。第二电子束分布设备可呈被布置以偏转电子束E、使得其远心地冲击于目标30的表面上的第二偏转器60的形式。在其他实施例中，第二电子分布设备60可采用用于准直电子束E的透镜的形式。电子束E的准直是有益的，这是因为发散电子束将增加所产生的光子的发散度。这又将需要较大目标，以便收集光子，这会减少在目标处产生的Mo-99(或其他放射性同位素)的放射性比度。透镜可例如由磁体形成，且可以是多极(例如，四极、六极、八极)透镜。

总之，第一分布设备和第二分布设备致使电子束E分布在目标30的较大区域上，由此分布热负荷且因此减小冷却需求。另外，在透镜用作第二电子束分布设备60的情况下，可动态地调整透镜的强度以获得电子束E的所需焦点。通过进一步向下游移动焦点，有可能增加所产生的光子的量，但代价是目标30的被辐照的部分上的热负荷较高。

将了解，可使用分布设备的其他布置。例如，在其他实施例中，可以以被布置成散焦电子束E、并因此将电子束E放大至第二分布设备60处的所需尺寸的透镜形式设置第一分布设备。一般而言，可使用静态电子束分布设备(例如，透镜)和动态电子束分布设备(例如，偏转器)的任何组合。

图5示意性地图示出目标布置70，目标布置70可与放射性同位素生产设备一起使用。目标70包括由支撑结构(未示出)保持的电子目标71和由支撑结构(未示出)保持的光子目标72。电子目标71经由光子辐射可通过的窗73与光子目标72分离。目标71、72安装于外壳74内。外壳74包括窗75，电子束通过窗75被引导朝向如上文所描述的电子目标71。

外壳74与窗73一同界定彼此隔离的两个腔室：容纳电子目标71的第一腔室76和容纳光子目标72的第二腔室77。通过隔离腔室76、77中的每一者，可分别冷却电子目标71和光子目标72中的每一者。以此方式，电子目标71可经受比能够施加至光子目标72的冷却更有效的冷却。例如，在光子目标72是Mo-100的情况下，这可以防止由于Mo-100可溶于液体冷却剂而引起的液体冷却。然而，如上文所描述，电子目标71可由不同材料制成，诸如将不可溶于液体冷却剂的钨或钽。由此，可能需要用液体冷却剂冷却电子目标、同时用气体冷却剂冷却光子目标。在所描绘的实例中，通过水76a的流动冷却腔室76，而通过氦(He)77a的流动冷却光子目标72。在一些实施例中，用于冷却光子目标72和电子目标71的冷却剂可在不同压力下。例如，因为与流水的冷却性质相比，流动的He的冷却性质相对较差，所以供给至光子目标的冷却剂可在较高压力下供给。作为例子，在图5的目标布置70中，可在1巴(100kPa)的压力下供给水冷却剂76a，而可在70巴(7000kPa)的压力下供给氦冷却剂77a。

窗73、75中的任一者或两者可由例如薄碳化硅层或其他合适材料构造。应该了解，所述窗应允许透射电子束E和/或光子、应是热稳定的且能够承受电子束的环境(可为真空)之间的压力差以及第一腔室76与第二腔室77之间的压力差。

如上文所指示，在一些实施例中，设置窗以将光子目标与产生电子束的真空(例如，在不设置单独电子目标的情况下)或电子目标(例如，在设置单独电子目标的情况下)分离。在一些实施例中，将光子目标与其他区域分离的窗可为穹状的/圆顶状的，以便更好地承受容纳光子目标的腔室与相邻区域之间的压力差。例如，参看图5，窗73可为穹状的，以更好地抵挡腔室76、77之间的69巴压力差，同时仍足够薄(如在电子束E的传播方向上所测量的)以允许足量的光子通过窗73而冲击光子目标72。

类似地，在光子目标邻近电子束E传播通过的真空的情况下，可存在(例如如上文所描述的、在70巴的压力下提供氢气冷却的情况下)。由此，将光子目标与真空分离的窗可为穹状的。此类穹状窗可例如使用SiC的化学气相沉积(CVD)来制造。为了确保对作用于窗上的力的灵活性，窗可具有在85mm与4000mm之间的曲率。此类CVD-SiC穹状窗将适合于密闭性密封、能够承受高温、传导电流以及应对目标的不同区域之间的压力差。

图6a、图6b示意性地示出根据本文中所描述的实施例的动态电子目标布置80。图6a示出布置80(在平行于电子束E的传播方向的平面中)的侧视图，而图6b示出在垂直于电子束E的传播方向的平面中的布置80。布置80包括电子目标81，电子目标81虽然在图6a、图6b中示出为多个圆形板，但其可以采用如上文所描述的任何适当形式。例如，电子目标81可包括多个任何形状的板，诸如矩形板。

电子目标81被配置成绕轴线A-A旋转，其中轴线A-A被示出为在电子目标81的中心点处。例如，电子目标81可安装于界定轴线A-A的轴上，且可设置合适的致动器以旋转该轴且由此旋转电子目标81。然而，将了解，可致使电子目标81以任何适合方式绕轴线A-A旋转。另外，应理解，轴线A-A无需被居于中心地置于电子目标81内。

在使用期间，电子目标81绕轴线A-A旋转，使得目标81的不同部分在曝光期间的不同时间曝露于电子束E。以此方式，赋予至电子目标81的热更均匀地分布于电子目标81的表面上，由此减少冷却。在其他实施例中，电子束E可在目标81的表面上方移动而无需旋转81。

图7示出其中电子目标91包括呈圆柱地环绕轴线B-B布置的多个矩形板的替代动态电子目标布置90。如在布置80中，电子目标91被配置成绕轴线B-B旋转，以便将形成电子目标91的板中的不同板(或在电子目标91不包括多个板的情况下仅电子目标91的不同部分)曝露于电子束E。管92围绕电子目标91且提供管道以供冷却剂(例如，水)被传送通过电子目标91。

图8示意性地示出替代的动态电子目标布置100，其中以电子束E被引导通过的液体“帘”的形式提供电子目标。在图8中，电子目标储集器101a经由供给管102连接至电子目标阱101b。电子目标储集器101a(例如，通过泵的作用)将呈液体形式的电子目标103供给至供给管102，电子目标103通过供给管102流动至电子目标储集器101b。电子束E被引导朝向流动通过供给管102的电子目标103。电子目标103可以是例如PbBi或Hg。电子目标可经由再循环管(未示出)从电子目标阱101b再循环至电子目标储集器101a且可在再循环期间冷却。通过提供呈液体形式的流动电子目标103，增加电子目标的有效表面积，由此改进由电子束E赋予至电子目标103的热负荷的分布。另外，电子目标103的流动使得热从电子束E附近自动移除。

在替代的布置中，铅铋共晶(LBE)可被用作电子目标和冷却剂液体两者。LBE提供具有高于其他冷却剂液体(例如，水)的沸点的优点。其他合适液体可被用作电子目标及冷却剂液体两者。

在一实施例中，在电子目标103与布置100内的其他表面之间提供轴承。例如，可在液体电子目标103与布置100的其他表面之间以水帘形式提供轴承。

图9示意性地图示出呈例如Mo-100的正方形板形式的光子目标110。光子目标110可以是例如组合的光子和电子目标，或单独光子目标，如上文所述。在图9的图示中，已处理光子目标110以生成穿孔111，从而界定光子目标110的中心部分112及外部部分113。一般而言，光子目标的放射性比度将沿径向变化，其中中心部分具有高于外部部分的放射性比度。另外，一些应用需要或优选具有特定放射性比度的放射性同位素。由此，通过将光子目标110分成多个部分，可针对不同应用将不同区提供至不同方。光子目标110中的穿孔111允许容易地分离径向部分112、113，但将从上文认识到，这样的穿孔并非实施例的基本特征。可使用在曝露于电子束E之前或之后用以分离光子目标的各部分的其他方法，诸如例如按压、切割等，如对本领域普通技术人员来说将显而易见的。

图10示意性地示出包括自由电子激光器FEL和放射性同位素生产设备RIa-c的系统的实例。自由电子激光器FEL能够产生EUV辐射束B_FEL，EUV辐射束B_FEL足够强，可为多个光刻设备LA_1-n供给可用于将图案投影至基底上的EUV辐射束。

自由电子激光器FEL包括两个电子注入器121a、121b、线性加速器122、波荡器124和束流收集器150。自由电子激光器还可以包括聚束压缩器(未说明)。图10中的系统可在不同操作模式之间切换，其中电子束E遵循不同路径。在所说明模式中，由实线描绘电子束E，由虚线描绘替代电子束路径。

在所示出的操作模式中，第二电子注入器21b提供电子束E，电子束E由自由电子激光器使用以产生EUV辐射束B_FEL。第一电子注入器21a提供用于如上文所述产生放射性同位素的电子束E_I。

在由线性加速器122加速之后，电子束E由磁体(未示出)转向至波荡器24。作为选择，电子束E可通过聚束压缩器(未示出)，其置于线性加速器122与波荡器24之间。聚束压缩器可被配置成在空间上压缩电子束E中现有的电子聚束。

电子束E接着通过波荡器24。一般而言，波荡器24包括多个模块。每一模块包括周期性磁体结构，该周期性磁体结构可操作以产生周期性磁场且被布置成沿该模块内的周期性路径引导由电子注入器121a、121b和线性加速器122产生的电子束E。由每一波荡器模块产生的周期性磁场致使电子遵循围绕中心轴线的振荡路径。结果，在每一波荡器模块内，电子一般在该波荡器模块的中心轴线的方向上辐射电磁辐射。经辐射的电磁辐射形成EUV辐射束B_FEL，EUV辐射束B_FEL被传递至光刻设备LAl_-n且由那些光刻设备使用以将图案投影至基底上。

由电子遵循的路径可为正弦的且是平面的，其中电子周期性地横穿中心轴线。替代地，路径可为螺旋状的，其中电子围绕中心轴线旋转。振荡路径的类型可影响由自由电子激光器发射的辐射的偏振。例如，致使电子沿螺旋状路径传播的自由电子激光器可发射椭圆偏振辐射，此对于由一些光刻设备进行基底W的曝光来说是需要的。

在电子移动通过每一波荡器模块时，它们与辐射的电场相互作用，从而与辐射交换能量。一般而言，除非条件接近于谐振条件，否则在电子与辐射之间交换的能量的量将快速振荡。在谐振条件下，电子与辐射之间的相互作用致使电子一起聚束成在波荡器内的辐射的波长下被调制的微聚束，并且激励沿中心轴线的辐射的相干发射。谐振条件可由下式给出：

其中λ_em是辐射的波长，λ_u是电子传播通过的波荡器模块的波荡器周期，γ是电子的洛伦兹因子，K是波荡器参数。A取决于波荡器24的几何形状：对于产生圆偏振辐射的螺旋波荡器，A＝1；对于平面波荡器，A＝2；以及对于产生椭圆偏振辐射(即，不是圆偏振，也不是线性偏振)的螺旋波荡器，1＜A＜2。在实践中，每一电子聚束将具有一能量展度，尽管可能(通过产生具有低发射率的电子束E)尽可能地最小化该展度。波荡器参数K通常大致为1且由下式给出：

其中q和m分别是电荷和电子质量，B₀是周期性磁场的振幅，且c是光速。

谐振波长λ_em等于由移动通过每一波荡器模块的电子自发地辐射的第一谐波波长。自由电子激光器FEL可在自放大自发发射(SASE)模式中操作。在SASE模式中的操作可能需要在电子束E进入每一波荡器模块之前在电子束E中的电子聚束具有低能量展度。替代地，自由电子激光器FEL可包括可通过波荡器24内的被激励的发射放大的种子辐射源。自由电子激光器FEL可作为再循环放大器自由电子激光器(RAFEL)操作，其中由自由电子激光器FEL产生的辐射的一部分用于辐射的进一步的种子产生。

离开波荡器124的电子束E被磁体(未示出)转向回至线性加速器122中。电子束E相对于由电子注入器121a、121b产生的电子束以180度的相位差进入线性加速器122。线性加速器中的RF场因此用以使从波荡器24输出的电子减速且使从电子注入器121a、121b输出的电子加速。当电子在线性加速器122中减速时，电子的部分能量被转移至线性加速器122中的RF场。来自减速电子的能量因此由线性加速器122回收且用于使从电子注入器121输出的电子束E加速。这样的布置被称为能量回收线性加速器(ERL)。

在由线性加速器122减速后，电子束E_R由束流收集器150吸收。束流收集器150可包括足够量的材料以吸收电子束E_R。该材料可具有用于诱发放射性的阈值能量。进入束流收集器150的具有低于阈值能量的能量的电子可仅产生γ射线簇射，但将不诱发任何显著水平的放射性。材料可具有高阈值能量，以用于通过电子冲击诱发放射性。例如，束流收集器150可包括铝(A1)，其具有大约17MeV的阈值能量。电子束E的电子能量在离开线性加速器122之后可小于17MeV(其可以例如是大约10MeV)，且因此可低于束流收集器150的阈值能量。这能够移除或至少减少从束流收集器150移除和处理处放射性废物的需要。

除了包括自由电子激光器FEL和光刻设备LA1_-n之外，图1中所示出的系统还包括放射性同位素生产设备RIa_-c。示出三个放射性同位素生产设备RIa_-c，所述设备中的每一设备具有相同的一般配置。详言之，每一放射性同位素生产设备RI_a-c包括线性加速器130_a-c和目标布置140_a-c。另外，应理解，放射性同位素生产设备RI_a-c可包括或可利用上文参看图1至图9所描述的布置和特征中的任一个。

一般而言，再次参看图10，在通过第一电子注入器21a产生的电子束E₁不由自由电子激光器FEL使用以产生EUV辐射束B_FEL时，使用第一放射性同位素生产设备RI_a生产放射性同位素。偏转器131将电子束E1引导朝向第一放射性同位素生产设备RI_a。第二电子注入器121b可操作以在此时间期间将电子束E提供至自由电子激光器FEL。设在第二电子注入器121b之后的偏转器132不将电子束E引导朝向第二放射性同位素生产设备，而是替代地允许电子束行进至线性加速器122。两个电子注入器121a、121b同时操作，第一电子注入器121a提供用于产生放射性同位素的电子束，第二电子注入器121b提供由自由电子激光器FEL使用以产生EUV辐射束B_FEL的电子束。

第二放射性同位素生产设备RI_b具有与第一放射性同位素生产设备RI_a相同的一般性配置，且因此包括线性加速器130b和目标140b。当第二电子注入器121b提供由放射性同位素生产设备RI_b使用、以产生放射性同位素的电子束时，第一电子注入器121a提供由自由电子激光器FEL使用以产生EUV辐射束B_FEL的电子束。由电子束E行进的路径因此与图10中所描绘的那些路径相反。通过切换偏转器131、132的配置而实现电子束路径的切换。第一偏转器131不再将由第一电子注入器121a产生的电子束引导至第一放射性同位素生产设备RI_a，而是替代地允许电子束行进至自由电子激光器的线性加速器122。第二偏转器132将由第二电子注入器121b产生的电子束引导至第二放射性同位素生产设备RI_b。

第三放射性同位素生产设备RI_c位于线性加速器122之后。线性加速器122是能量回收线性加速器，且提供能量已被回收的电子束E_R。该电子束E_R具有实质上与在电子束E被线性加速器122加速之前从电子注入器121a、121b提供的电子束E的能量相对应的能量。如从电子注入器121a、121b输出且在线性加速器122中进行能量回收之后的电子束的能量可以例如是大约10MeV。

与先前所描述的放射性同位素生产设备相同，第三放射性同位素生产设备RI_c包括线性加速器130c，线性加速器130c被配置成增加电子束中的电子的能量。线性加速器130c可例如将电子加速至15MeV或更大的能量。线性加速器130c可将电子加速至30MeV或更大的能量(例如，直至大约45MeV)。在一实施例中，线性加速器130c可将电子加速至大约35MeV的能量。放射性同位素生产设备进一步包括目标140c。

当放射性同位素生产不需要使用第三放射性同位素生产设备RI_c时，电子束E_R被引导至束流收集器150，而不是引导至第三放射性同位素生产设备。在图10中，电子束被引导至束流收集器150(如由实线所指示)，且不引导至第三放射性同位素生产设备RI_c(如由虚线所指示)。然而，电子束E_R可由偏转器133引导朝向第三放射性同位素生产设备RI_c。在一实施例中，第三放射性同位素生产设备RI_c可操作以与第一(或第二)放射性同位素生产设备RI_a、RI_b同时产生放射性同位素。

合并器(未示出)可用于将由电子注入器121a、121b提供的电子束与再循环电子束E组合。拆分器(未示出)可用于将能量已经被回收的电子束E_R与已经被线性加速器122加速的电子束E分离。

尽管图10示出位于自由电子激光器FEL的线性加速器122之前和之后的放射性同位素生产设备RIa_-c，但在其他实施例中，可在那些位置中的仅一处位置中设置放射性同位素生产设备(即，仅在线性加速器之前设置或仅在线性加速器之后设置)。更一般而言，将了解，图10仅为例示性的，且可提供其他布置。例如，在一实施例中，一个电子注入器可设置有一个放射性同位素生产设备。

尽管图10中所图示的实施例是能量回收线性加速器，但放射性同位素生产设备可设置作为系统的一部分，其中所述系统包括具有并非能量回收线性加速器的加速器的自由电子激光器FEL。例如，可在自由电子激光器的一个或多个电子注入器之后设置放射性同位素生产设备，其中所述自由电子激光器包括不是能量回收线性加速器的线性加速器。

尽管在图10中仅示出单个线性加速器122，但自由电子激光器FEL可包括两个或多于两个线性加速器。例如，在图10中示出的波荡器124所在的位置处设置线性加速器。在此情况下，电子束可多次通过线性加速器，使得电子束被每一线性加速器加速两次或多于两次。在此布置中，可使用束拆分器来分离经加速的电子束，使得其通过波荡器以产生EUV辐射束。随后可使用束合并器将电子束从波荡器引导回至线性加速器中、以用于后续减速。

图11a至图11h示意性地示出例示性目标150a至150f，目标150a至150f可例如与图1、图4及图10中所示出的放射性同位素生产设备中的任一者一起使用。图11a、图11b、图11d、图11f和图11g示出目标150a至150e的俯视图。

图11a至图11g中所示出的目标150a至150e中的每一个包括多个间隔开的部分151a。图11a至图11g中所示出的目标150a至150e中的每一个被配置成在该目标经受电子束E(仅示出于图11f中)时扩展，使得防止多个部分151a之间的接触。目标150a至150e中的每一个可被配置成扩展、使得维持多个部分151a中的相邻部分之间的间隙或空间151b。

参看图11a至图11e，目标150a至150c中的每一个包括多个接触点151c，在接触点151c处多个部分151a中的相邻部分相接触。目标150a至150c中的每一个可包括多个开口151d，多个开口151d被布置成在多个接触点151c中的至少两个接触点之间延伸。间隙或空间151b可以是多个开口151d的一部分或包括于多个开口151d中。多个开口151d可被配置成接收通过其中的冷却剂流。

图11a中示出的目标150a包括可挠性或可变形目标150a。目标150a可被配置成例如在目标经受电子束E时在一个或两个方向上扩展。例如，当目标150a经受由电子束E导致的热时，目标150a可例如在一个或两个方向上自由扩展，诸如一个或两个大致横向的方向，在图11a中示出为x及y方向。这可以允许目标150a例如在目标150a经受由电子束E产生导致的热时扩展，而不阻塞目标的相邻部分之间的间隙或空间151b。通过防止阻塞目标150b的相邻部分之间的间隙或空间151b，冷却剂可能能够在目标150a的多个部分之间流动，且因此可以防止目标150a的过热和/或熔融。目标150a在图11a中示出为包括格型结构。将了解，在其他实施例中，目标可包括蜂巢结构或是蜂巢结构，或多个开口可具有圆形、正方形或矩形形状等等。

参看图11b至图11e，目标150b、150c的多个部分151a可包括多个目标元件151a。在图11b及图11d中所示出的实施例中，多个目标元件151a被布置成形成目标150b、150c。例如，目标元件151a可堆叠或接合在一起以形成目标150b、150c。在图11b及图11c中所示出的实施例中，每一目标元件151a包括多个凹槽。在图11d及11e中所示出的实施例中，每一目标元件151a包括多个通孔151f。多个凹槽151e或通孔151f可布置于目标元件151a中、以例如在目标元件151a接合在一起以形成目标150b、150c时提供多个开口151d及接触点151c。多个凹槽151e可以设置成以多个波纹的形式。多个通孔151f可以设置成多个冲孔(punchedhole)的形式。图11b及图11d各自示出接合至彼此的三个目标元件151a的俯视图。将了解，在其他实施例中，可设置多于或少于三个的目标元件。

目标板150b、150c中的多个通孔151f或波纹151e可例如在目标150a、150c经受由电子束E引起的热时导致热传递增加。这可以防止阻塞相邻目标元件151a之间的空间151b，且可允许冷却剂在目标元件151a之间流动。因此，可防止目标150b、150c的过热和/或熔融。

图11f中所示的例示性目标150d包括多个部分151a，多个部分151a彼此同心地布置。图11g中所示的例示性目标150e包括多个部分151a，多个部分151a被布置成形成螺旋状或螺旋形结构。目标150d的同心布置和/或目标150e的螺旋形或螺旋状结构可允许目标150d、150e例如在每个目标经受由电子束E引起的热时自由扩展，而不阻塞或阻碍目标150d、150e的相邻部分151a之间的间隙或空间151b。因此，可防止目标的过热和/或熔融。如图11f中的例示性目标150d的俯视图中示出的，电子束E可在大致垂直于目标150d、150e的中心或纵向轴线的方向上被引导于目标150d、150e上。

图11h示出用于与放射性同位素生产设备一起使用的另一例示性目标150f。目标150f被配置成例如在目标经受电子束E时扩展，使得允许冷却剂流动通过目标。目标150f可包括多孔结构或材料。该多孔结构或材料可包括泡沫或烧结材料。例如，当经受由电子束E导致的热时，目标150f的多孔结构或材料可允许目标150f内部变形。归因于目标150f的孔隙度，可维持冷却剂流动通过目标150f，且可防止目标150f的过热和/或熔融。

图12a和图12b示出可例如与图1、图4和图10中所示的放射性同位素生产设备中的任一个一起使用的例示性目标布置152a、152b。目标布置152a、152b各自包括目标153a、153b和目标支撑件154a、154b。目标153a、153b可以是或可以包括上文所描述的目标中的任一者。目标支撑件154a、154b可被配置成相对于电子束E移动或旋转目标153a、153b。通过配置目标支撑件154a、154b以相对于电子束E旋转或移动目标153a、153b，可实现目标153a、153b的均匀激活，这可导致增加的放射性同位素生产。这可导致目标(例如，目标的一部分)上的热负荷减少。替代或另外地，通过配置目标支撑件154a、154b以相对于电子束E旋转或移动目标153a、153b，有可能将电子束E仅从一侧引导至目标153a、153b上。这可使得不必要使用沿两个传播路径分开电子束E(如上文所描述的)且可以是复杂部分的分束器(例如投掷器)。替代或另外地，这可避免长束线的使用，且可减少这种束线中所需的计量和磁体的量，由此可使得束线和/或放射性同位素生产成本减少。替代或另外地，目标支撑件154a、154b可被配置成可移动地或可旋转地安装各个目标153a、153b，例如以允许相对于电子束E移动或旋转目标153a、153b。

图12a中所示的例示性目标支撑件154a被配置成例如绕横向轴线A(例如，在大致垂直于目标153a的纵向轴线的方向上延伸的轴线)移动或旋转目标153a。目标支撑件154a可被配置成将目标153a旋转或移动180度，例如以允许将目标153a的每一侧交替曝露于电子束E。将了解，在其他实施例中，目标支撑件可被配置成绕目标的纵向轴线旋转或移动目标。

图12b中所示的例示性目标支撑件154b被配置成绕目标153b的纵向轴线B旋转移动目标153b。图12b中所示的例示性目标153b包括圆柱形目标153b。将了解，在其他实施例中，目标可具有不同形状，诸如正方形或矩形形状，和/或可包括多个目标板，所述目标板可具有正方形、圆形、矩形形状。

图12a和图12b中所示的例示性目标布置可包括致动器(未示出)，该致动器可以设置成马达或等形式。目标153a、153b可安装于界定轴线A或轴线B的轴上，且致动器可耦接或连接至目标支撑件154a、154b(或其部分)、以使得相对于电子束E移动或旋转目标153a、153b。将了解，可致使目标153a、153b以任何适合方式绕轴线A或轴线B旋转或移动。另外，应理解，轴线A或轴线B无需安置于目标153a、153b中心。

图13a至图13c示出例示性目标布置155a、155b、155c，其各自包括外壳156a、156b、156c和用于将电子束E透射至外壳156a、156b、156c中的窗157a、157b、157c。

在图13a和图13b中所示的例示性目标布置中，目标153b和/或目标支撑件154b可布置于外壳156a、156b中，以相对于外壳156a、156b和窗157a、157b移动或旋转目标153b。例如，如图13b中所示，可以设置成马达158形式的致动器可耦接或连接至目标支撑件154b。窗156a可被视为相对于目标153b固定或静止。该配置可允许目标153b仅从一侧经受电子束E，同时目标153b(例如所有目标板)的激活可以是相同或均匀的。在使用时，与目标153b相比，外壳155a可经受较高剂量的电子束。尽管窗156a在图13a和图13b中示出为具有矩形形状，但将了解，在其他实施例中，窗的形状可以是不同的。例如，窗可以隙缝形式设置，或可具有正方形形状。图13b中所示的目标支撑件154b可以与图12b中所示的目标支撑件相同或至少类似于图12b中所示的目标支撑件。将了解，在图13a中所示的实施例中，可在外壳156a中设置或由外壳156a提供目标支撑件(未示出)。

在图13c中所示的例示性目标布置155c中，窗157b被布置成围绕目标153b。通过布置窗157b以围绕目标153b，目标153b可从多于一侧曝露于电子束E。例如，目标153b可从两侧(例如，两个相反侧)或者从三侧或多于三侧曝露于电子束E。在图13c中所示的实施例中，外壳156c包括上部156c’和下部156c”。窗157c可布置于外壳156c的上部156c’与下部156c″之间。

在图13c中所示的实施例中，目标支撑件(未示出)被配置成将外壳156c和/或窗157c与目标153b一起移动或旋转。外壳156c可以是目标支撑件的一部分，且可被配置成相对于电子束E旋转或移动窗157c和目标153b。这可导致窗157c上的热负荷减少，且可允许目标153b的均匀激活。在图13c中所示的例示性目标布置155c中，外壳156c(例如，外壳156c的下部156c″)耦接或连接至马达158、以用于移动或旋转外壳156c、窗157c及目标153b。

参看图13b和图13c，目标布置155b、155c可包括用于将冷却剂供给至目标153b的入口159a和用于从目标153b排出冷却剂的出口159b。入口159a和出口159b可以是外壳156b、156c的一部分。也可提供可以呈氦冷却剂形式的冷却剂，以冷却窗157b、157c。这可由窗157b、157c与目标153b之间的间隙或空间160促进。

图14a和图14b示意性地示出例示性放射性同位素生产设备，其可包括被配置成将电子束E聚焦于目标160上的电子束聚焦布置(未示出)。目标160可包括上文所描述的目标中的任一者，和/或可由上文所描述的目标支撑件中的任一者保持。电子束聚焦布置可包括透镜(未示出)，该透镜可例如由磁体形成，且可为多极(例如，四极、六极、八极)透镜。在此实施例中，目标160可以布置成相对于电子束E固定或静止。将了解，在其他实施例中，目标可相对于电子束移动或旋转，例如如上文所描述。通过将电子束聚焦至目标上，可实现目标上的均匀热负荷。

图15a至图15c示出用于与放射性同位素生产设备一起使用的另一例示性目标布置161。目标布置161包括多个间隔开的目标元件162和目标支撑件163。目标支撑件163可被配置成悬置多个目标元件162的一部分、以允许目标元件162的所述一部分在至少一个方向上扩展。将了解，在其他实施例中，目标支撑件可被配置成悬置所有多个目标元件。

目标支撑件163可包括串联布置的多个支撑元件163a。每一支撑元件163a可被配置成悬置目标元件162的一部分，如图15c中所示。这可允许移除目标161的一部分(例如，一或多个支撑元件163a)，以用于回收经转换的目标材料，例如放射性同位素材料。每一支撑元件163a及相关联目标元件162可界定梳状或齿梳状形状或结构，如图15c中所示。目标元件162可被视为从目标支撑件163(例如，从每一支撑元件163)延伸，和/或可被视为每个包括自由端。通过配置目标支撑件163(或每一/多个目标支撑元件163a)、以悬置目标元件162的至少一部分，可允许在目标布置161的大致纵向方向(指示为图15c中的y方向)上扩展目标元件。这可防止在目标布置161中积聚热应力，这样又可允许电子束的电流和/或电流密度增加且可导致目标到放射性同位素材料的转换增加。

图15b示意性地示出目标支撑件163上的目标元件162的布置的仰视图。如在图15b中可见，目标元件162被布置成在至少一个方向上交错。目标元件162可以交错，使得防止电子束的电子从目标161的一侧不受阻碍地行进至目标161的另一侧。这可允许增加的放射性同位素生产。在至少一个其他方向上，目标元件162可以布置成彼此成直线。

目标布置可被配置成使得目标元件中的一些具有相同尺寸且至少一些其他目标元件具有不同尺寸。例如，一些目标支撑元件163a的目标元件162可具有相同尺寸，而其他目标支撑元件163的目标元件162具有不同尺寸，例如不同宽度或长度。目标元件162的这种布置可提供交错布置。

图15c示意性地示出包括相关联目标元件162的单个目标支撑元件163a。可在相邻目标元件162之间设置间隙或空间164。冷却剂可在相邻目标元件162之间的间隙或空间164中流动。选择间隙或空间164(例如，间隙或空间的尺寸)以允许在至少一个其他方向上扩张或扩展目标元件162。例如，可选择尺寸或间隙以允许在一或多个大致横向方向上扩张或扩展目标元件162。例如，横向方向中的一个方向可沿图15c中所示出的x方向，横向方向中的另一个方向可大致垂直于图15c中所示的x和y方向。相邻目标元件之间的间隙或空间的尺寸可为约0.1mm。例如，当氦冷却剂压力从60巴(6000kPa)增加至100巴(10000kPa)时，目标布置161的最大温度可减小至低于800℃，此温度低于例如钼的再结晶温度。在低于800℃的温度下，当目标布置161经受由电子束引起的热时，目标元件162的扩展或变形可被视为是小的，且目标元件162可不彼此接触。将了解，可依赖于供给至目标的冷却剂的压力而选择相邻目标元件之间的间隙或空间的尺寸。

目标布置161可由3-D印刷技术(诸如，选择性激光熔融(SLM))制造。目标元件162的尺寸和/或相邻目标元件162之间的空间164可由制造限制来确定。

图15a至图15c将所有目标元件162示出为被悬置到目标支撑件。将了解，在其他实施例中，目标元件的一部分可以被支撑。例如，目标支撑件可包括用于悬置目标元件的一部分的第一部分和用于支撑目标元件的另一部分的自由端的第二部分。第二部分可以布置成在目标布置的一侧或两个相反侧上支撑目标元件。

图11a至图15c中所示的目标中的每一个可包括Mo-100目标。然而，应理解，本发明不受限于此类目标材料，且在其他实施例中，可使用其他目标材料，例如，如下文所描述。

图16a至图16e示意性地示出用于产生放射性同位素的例示性方法的流程图。图16a示意性地示出用于与放射性同位素生产设备一起使用的另一例示性目标。图16a中所示的例示性目标165包括第一材料166和第二材料167，第一材料166包括用于转换成放射性同位素材料的基底材料(未示出)。第二材料167被配置成保留经转换的基底材料。第二材料167布置在或可布置于第一材料166中以形成目标165。例如，第二材料167可混合至第一材料166中或散置于第一材料166中。然而，第一材料和第二材料可仍然为不同材料。将了解，在其他实施例中，第一材料可布置于第二材料中。

第一材料166和第二材料167可包括不同材料，例如在化学上不同的物质。第一材料166与第二材料167之间的转变可界定边界168。第一材料166和第二材料167可以是不同材料和/或可由边界168分离。

该方法包括将目标165布置于放射性同位素生产设备中(步骤A)。该方法包括用电子束E(未示出)辐照目标165(步骤B)。电子束E被配置成致使基底材料的一部分转换成放射性同位素材料。电子束E被配置成致使经转换的源材料中的一些位移至第二材料167中。如上文所示，当电子束E中的电子入射于目标165上时，发射光子。由目标165发射的光子169在图16b中示意性地示出为波浪箭头。当光子入射于基底材料的原子核上时，其引起光致核反应，通过光致核反应中子从原子核射出。例如，光子169由基底材料的原子核吸收。这致使基底材料的原子核变得被激发的。被激发的原子核返回至其基态或者通过中子170的发射而变成去激发的。基底材料的原子核藉由此转换成放射性同位素原子核171。在一些实施例中，去激发或返回至原子核的基态可致使基底材料的原子裂变。当光子169入射于原子核上时，光子的动量中的一些或全部可转移于原子核上。这可被称作核反冲，且可致使原子核和/或被射出的中子例如在第一材料中位移和/或位移至第二材料167中。换言之，核反冲可致使原子核植入至第二材料167中。例如，引起上文所述的光致核反应的光子可具有在10MeV与50MeV之间的能量。如上文所述，光子的能量可取决于电子束中的电子的能量。光子的动量p＝E/c可由光子入射于其上的原子核完全吸收。由于动量守恒，可具有约100的原子质量单位(AMU)的原子核可以接收可在0.5keV与15keV之间的动能E_nucl＝p²/(2M_nucl)，其中M_nucl是原子核的质量。在通过中子的发射而去激发之后，被转移的动量中的一些随着原子核而存留。从被激发的原子核发射的中子可具有的动能。由于动量守恒，原子核可具有以下的反冲动能：

其中M_n是中子的质量。具有10keV的动能的原子核可在目标中位移约10nm。此位移或距离在图16c中由L指示。第二材料167可包括多个粒子167a。第二材料167的每一粒子167a可具有小于1μm的大小或尺寸(例如，直径)。例如，第二材料167的每一粒子167a可具有约10nm的大小或尺寸。这可允许放射性同位素原子核170从基底材料位移至第二材料167(例如，其粒子167a)中。将了解，在其他实施例中，第一材料可包括多个粒子，所述多个粒子可各自具有小于1μm(例如，约10nm)的大小或尺寸，例如直径。替代地，第一材料和第二材料两者可包括粒子，所述粒子可具有小于1μm(例如，约10nm)的大小或尺寸。位移的放射性同位素原子核170在图16c中由附图标记172指示，且位移由曲线173指示。图16c示出发射的中子170已位移至第二材料167的粒子167a中。第一材料166中的发射的中子171的轨迹在图16c中由直线174指示。将了解，发射的中子171与第一材料166之间的相互作用可以是弱的。

该方法包括将被转换的基底材料(例如，放射性同位素原子核172或放射性同位素材料)的至少一部分与第二材料167分离(步骤C)。该步骤可包括在将被转换的基底材料与第二材料167分离之前将第一材料166与第二材料167分离。可例如通过第一材料166的化学或物理蒸发或熔融而将第一材料166与第二材料167分离或从第二材料167移除。图16d示出第二材料的剩余粒子167a以及被位移或被植入的经转换的基底材料，例如放射性同位素原子核172。随后，到步骤C，可将经转换的材料(例如，放射性同位素原子核172或放射性同位素)与第二材料167分离(步骤D)，如图16e中所示。例如，可蚀刻第二材料167，使得仅留存放射性同位素材料。

第二材料167可包括在化学上为惰性或至少化学上是稳定的材料。这可有助于将第一材料布置于第二材料中。第二材料可包括可以低成本批量生产的材料。可被用作第二材料的例示性材料包括以下各项中的至少一项：石墨烯粒子或薄片、碳粒子或纳米结构(例如，纳米管)、金属粒子或纳米结构(例如，金属纳米线)、胶体或胶体溶液(例如，粒子或纳米粒子的胶体溶液，诸如沸石基质)和氧化铝(例如，铝氧化物(A1₂O₃))粒子或纳米结构(例如，氧化铝纳米纤维)。例如，氧化铝纳米纤维可具有约10nm至15nm的直径，且可以以任何长度产生，诸如10cm或更大。例示性氧化铝纳米纤维可包括结晶γ相氧化铝纤维，结晶γ相氧化铝纤维可具有约155m²/g的表面积、12GPa的拉伸强度、400GPa的拉伸模数、具有空位铝键的琢面化表面、0.1g/cm³至0.4g/cm³的容积密度、约30W/mK的热导率和/或可在高达1200℃的温度下维持γ相稳定性。例示性氧化铝纳米纤维可被配置成允许单向纤维对准、在树脂和/或液体中分散和/或是耐火的。例示性氧化铝纤维可包括NAFEN氧化铝纤维。

示例性目标165可被配置用于由镝-158(Dy-158)生产镝-157(Dy-157)，其中镝-158可被视为是稳定的，镝-157具有8小时的半衰期。Dy-157可例如在医学诊断方法中找到实用性，诸如单光子发射计算机断层摄影术(SPECT)。可通过将镝盐(例如，DyCl₃)与氧化铝纳米纤维混合或布置来产生目标。盐可占体积的约90％，且氧化铝纳米纤维可占体积的约10％。氧化铝纳米纤维(例如，平行氧化铝纳米纤维)之间的距离可在约20nm至约50nm的范围内。如上文所述，目标165可用电子束辐照，且发射的光子可由目标吸收。

图17a图示出在固体中具有10keV的能量的镝离子的轨迹。镝位移或植入至镝层中约2nm，且位移或植入至氧化铝纳米纤维(在图17a和图17b中被称作“蓝宝石”)中约10nm。图17b图示出镝离子在镝和氧化铝纳米纤维中的分布。从图17b可见，镝离子分布的最大值位于纳米纤维中。图17c图示出核素图，其中x轴指示原子核中的中子的数量，且y轴指示原子核中的质子的数量。从此图可见，产生大量Dy-157放射性同位素。在图17c中由附图标记172a指示稳定同位素。缺乏中子的放射性同位素对应于经由正电子发射或电子俘获而衰变的同位素，在图17c中由附图标记172b指示。在用电子束辐照目标165之后，可移除盐，且可例如通过使用碱性溶液(诸如，氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)溶液)来蚀刻氧化铝纳米纤维。一旦蚀刻氧化铝纳米纤维之后，可从溶液提取Dy-157放射性同位素。

另一例示性目标165可被配置用于由镭-226(Ra-226，其具有1600年的半衰期)产生镭-224(Ra-224)，Ra-224是α发射器且具有3.7天的半衰期。Ra-224可例如在医学诊断方法中找到实用性，诸如癌组织或肿瘤的靶向疗法。上文所述的方法可用于由Ra-226产生Ra-224且将Ra-224同位素与载体材料分离。反应(γ，2n)的副产品可能是镭-225(Ra-225)，Ra-225可以大量生产且可用于SPECT成像。通过用电子束辐照目标，如上文所述，与通过质子束辐照产生Ra-224相比，裂变产物的量可减少。

另一例示性目标165可被配置用于由钍-228(Th-228)产生Ra-224，Th-228具有2年的半衰期。包括钍-232(Th-232)的第一材料可与氧化铝纳米纤维混合以形成目标。目标可由电子束辐照。可重复对第一材料的辐照。如上文所述，由于Th-232与光子的光致核反应(γ，4n)，可产生Th-230、Th-229、Th-228和镁-231(Pa-231)。通过重复用电子束辐照目标，可由Th-228产生Ra-224。可随后将Ra-224同位素与氧化铝纳米纤维分离，如上文所述。这可允许通过使用与其他方法中所需的量相比减少的量的化学物质将Ra-224与钍分离。

另一例示性目标可被配置用于从可以是稳定的镍-64而产生镍-63。Ni-63可例如在高功率供电装置中找到实用性，诸如用于嵌入式电子件的β衰变驱动(β伏打)电池。提供Ni-63可允许制造可具有100年寿命的小型化供电装置。包括Ni-64的第一材料可与第二材料混合以形成目标。目标可用电子束辐照，且由于Ni-64与光子的光致核反应(γ，n)，可产生Ni-63。如上文所述，Ni-63可与载体材料分离。本文中所揭示的例示性方法可被视为用于产生Ni-63的替代方法，该方法可不依赖于反应器(诸如，高通量中子反应器等等)的使用。替代或另外地，与用反应器实现的Ni-63的产率相比，Ni-63的产率可增加。

虽然用于产生放射性同位素的以上例示性方法已描述为包括用电子束辐照目标，但将了解，在其他实施例中，可用质子、氘核或离子束辐照目标。用这种光束辐照目标可致使放射性同位素在第二材料中的位移增加。然而，源材料的一些原子可位移至第二材料中而不发生光致核反应。

尽管在上文所述的例示性方法中，中子从原子核射出，但由于光致核反应，将了解，在其他实施例中，不同光致核反应可致使质子或α粒子从原子核射出。在一些实施例中，不同光致核反应可产生裂变产物。应理解，上文所述的方法可用于由不同光致核反应产生原子核或裂变产物。

图18、图19和图21示意性地示出可与放射性同位素生产设备一起使用的另一目标布置175。目标布置包括目标176，目标176可包括多个目标板176a。目标176由支撑结构(未示出)保持。目标176安装于腔室177中。腔室177包括分离元件178，分离元件178将腔室177与电子注入器和电子源(未示出)分离。分离元件178可界定腔室177的一部分(例如，侧壁)。分离元件178包括孔隙179，电子束E可通过孔隙179进入腔室177。通过允许电子束通过分离元件中的孔隙进入腔室，可减少分离元件上的可能由电子束产生的热负荷。这可使得分离元件的使用寿命增加。在图18、图19和图21中所示的目标布置可被视为“无窗”目标布置。所描述的分离元件可被视为替代可用于将目标与电子束环境隔离的窗。

分离元件178可设置有孔隙179，以减少目标176与电子束环境180(例如，电子注入器(未示出)和/或电子加速器(未示出)或其各个部分)之间的压力差。如上文所述，目标176可例如用气体冷却剂冷却。在图18、图19和图21中所示的实例中，通过氦(He)176b的流动冷却目标176。例如，可在约75巴(7500kPa)的压力下将氦冷却剂176b供给至目标176。分离元件178可布置于腔室177中，以便允许氦冷却剂176b流动通过孔隙179至电子束环境180中。这可导致电子束环境180中的压力增加。例如，电子束环境180的压力可在真空至1巴氦的范围内。氦冷却剂176b流动通过孔隙179可允许目标176或腔室177与电子束环境180之间的压力差减小。这可防止由于目标或腔室177与电子束环境180之间的压力差而损坏分离元件，例如分离元件178的断裂。结果，可减少由于分离元件的断裂而导致的对电子束环境污染的风险。可设置一或多个泵吸或抽吸装置181(例如，一个或多个差动泵和/或增压泵)以使电子束环境中的压力最小化。

腔室177可包括电子束转向部分182，电子束转向部分182可布置于分离元件178与目标176之间。在电子束转向部分182中，电子束可例如通过使用由磁体182a形成的透镜而被散焦，以将光束放大至所需尺寸、以用于辐照目标176，如图21中所示。可在70巴(7000kPa)的压力下将氦冷却剂176b供给至电子束转向部分182。这可由于电子束的电子与氦原子碰撞而导致电子束的能量减少。对于具有约60MeV的能量的电子束，在约70巴(7000kPa)的氦压力下，电子束的能量的减少可为约3MeV。能量的这样的减少可被视为是可接受的。由于光束转向部分中的氦压力，可提供腔室177和/或目标176的冷却。

可依赖于电子束E的尺寸(例如，准直)而选择分离元件中的孔隙179的尺寸或直径。例如，电子束的尺寸可低于0.1mm，在此情况下孔隙的尺寸或直径可为约1mm。对于电子束转向部分182中的例如70巴(7000kPa)的氦压力，该尺寸可导致通过孔隙179的氦冷却剂176b的流率为约0.005kg/s。若孔隙179的尺寸增加至2mm，则氦冷却剂通过孔隙的流率可为约0.02kg/s。孔隙179可被视为临界流动限制。

在图19中所示的例示性目标布置175中，腔室177可另外包括屏蔽元件，屏蔽元件可以设置成屏蔽板183的形式。屏蔽板183可包括电子束E通过其中至目标176的孔隙184。屏蔽板183可布置于分离元件178与目标176之间。屏蔽板的孔隙184可大于分离元件178的孔隙179。例如，屏蔽板183的孔隙184可具有约20mm的尺寸或直径。由于分离元件178中的孔隙179，压力差可作用在整个目标176(例如，目标176的第一板176a)上。目标176的第一板可以布置成接近分离元件178。通过将屏蔽板183布置于腔室177中，可减少作用于目标176(例如，目标176的第一板)上的压力差。屏蔽板183可以布置成平衡通过分离板178的孔隙179从目标176至电子束环境180的氦冷却剂176b流动。腔室177可包括部分185，部分185在屏蔽板183与目标176之间延伸。可例如在与供给至目标176的氦压力相同的压力下向腔室的部分185供给氦冷却剂176b。通过在与供给至目标的氦压力相同的压力下向腔室177的部分185供给氦冷却剂176b，可增加目标176的冷却。

图20a至图20c示意性地示出腔室177中在分离元件178与屏蔽板183之间以及在屏蔽板183与目标176之间的氦冷却剂176b流动。可调整在分离元件178与屏蔽板183之间和/或在屏蔽板183与目标176之间的氦冷却剂176b流动，以在腔室177的部分185中生成压力分布，该压力分布可类似于目标176处的压力分布。

放射性同位素生产设备可包括冷却设备(未示出)。冷却设备可配置成将氦冷却剂176b提供至目标176和/或腔室177，如上文所描述。在图20a的实例中，冷却设备可被配置成将氦冷却剂176b提供至腔室177的部分185和/或从部分185提取氦冷却剂176b。冷却设备可被配置成在75巴(7500kPa)的压力下向部分185供给氦冷却剂176b。例如由冷却设备从目标176和/或部分185提取的氦冷却剂可具有约65巴(6500kPa)的压力。

在图20b的实例中，冷却设备可被配置成附加地将氦冷却剂176b供给至腔室177的另一部分186。该另一部分可在分离元件178与屏蔽板183之间延伸。冷却设备可例如在70巴(7000kPa)的压力下向另一部分186供给氦冷却剂176b。该另一部分可以是电子束转向部分182或其一部分中的一部分或包括在电子束转向部分182或其一部分中。

在图20c的实例中，冷却设备可被配置成附加地将氦冷却剂176b供给至腔室177的另一部分186和从另一部分186提取氦冷却剂176b。

图21示意性地示出目标布置175的另一实例。图21中所示的目标布置类似于图18中所示的目标布置。然而，在图21中所示的实例中，腔室177包括另一分离元件187。另一分离元件187可包括另一孔隙188。另一分离元件187的另一孔隙188可具有与分离元件178的孔隙179相同或不同的尺寸。通过布置包括另一孔隙的另一分离元件，可减少至电子束环境180的氦冷却剂176b流动。

在一实施例中，包括自由电子激光器和放射性同位素生产设备的系统可被配置成提供具有10mA或更大的电流的电子束。由系统提供的电流可例如为20mA或更大，或者可为30mA或更大。电流可例如高达100mA或更大。因为具有高电流(例如，10mA或更大)的电子束增加由放射性同位素生产设备产生的放射性同位素的放射性比度，所以该电子束是有利的。

如上文进一步所解释，可使用通过电子束碰撞电子目标产生的极硬X射线光子将Mo-100转换为Mo-99(所需放射性同位素)。Mo-99的半衰期是66小时。由于此半衰期，存在对在以Mo-100开始时可提供的Mo-99的放射性比度的限制，该限制由产生Mo-99的速率确定。若例如使用大约1mA至3mA的电子束流以相对较低的速率产生Mo-99，则可能不能够在目标中提供Mo-99的多于大约40Ci/g的放射性比度。这是因为尽管可增加辐照时间以便允许产生更多Mo-99原子，但那些原子的大部分将在辐照时间期间衰变。在欧洲用于医疗应用中的Mo-99的放射性比度的阈值应为100Ci/g，且因此具有40Ci/g或更小的放射性比度的Mo-99不适用。

当使用较高电子束流时，产生Mo-99原子的速率相应地增加(假设接收光子的Mo-99的体积保持相同)。因此，例如，对于Mo-99的给定体积，10mA的电子束流将在由1mA的电子束流提供的产生速率的10倍速率下产生Mo-99。由本发明的实施例使用的电子束流可足够高以获得超过100Ci/g的Mo-99之放射性比度。例如，本发明的实施例可提供具有大约30mA的束流的电子束。模拟指示，对于大约30mA的束流，若电子束具有大约35MeV的能量且Mo-100目标的体积为大约5000mm³，则可获得超过100Ci/g的Mo-99的放射性比度。Mo-100目标可例如包括具有大约25mm的直径和大约0.5mm的厚度的20个板。可使用其他数量的板，且板可具有非圆形形状且可具有其他厚度。

如上文进一步所提及，本发明的实施例的电子注入器可以是由脉冲式激光束照射的光电阴极。激光器可例如包括Nd：YAG激光器连同相关的光学放大器。激光器可被配置成产生皮秒激光脉冲。可通过调整脉冲式激光束的功率而调整电子束的电流。例如，增加脉冲式激光束的功率将增加自光电阴极发射的电子的数量且因此增加电子束流。

由根据本发明的实施例的放射性同位素生产设备接收的电子束可例如具有1mm的直径和1mrad的发散度。增加电子束中的电流将趋向于致使电子由于空间电荷效应而扩散开，因此可增加电子束的直径。增加电子束的电流可因此降低电子束的亮度。然而，放射性同位素生产设备不需要具有例如1mm直径的电子束，而可利用具有更大直径的电子束。因此，增加电子束的电流可不将光束的亮度降低至明显不利地影响放射性同位素生产的范围。实际上，提供具有大于1mm直径的电子束可以是有利的，因为其扩散由电子束递送的热负荷。然而，将了解，亦可使用其他注入器类型。

尽管已结合放射性同位素Mo-99的产生描述了本发明的实施例，但本发明的实施例可用于产生其他放射性同位素。一般而言，本发明的实施例可用于产生可以通过将极硬X射线引导至源材料上而形成任何放射性同位素。

本发明的优点是其提供放射性同位素的产生而无需使用高通量核反应器。另一优点是其不需要使用高度浓缩的铀(需遵守不扩散法规的危险材料)。

提供放射性同位素生产设备作为亦包括自由电子激光器的系统的一部分是有利的，因为其利用已被自由电子激光器所需要的设备。即，放射性同位素生产使用部分已提供的设备。类似地，放射性同位素生产设备可位于地下空间(其可被称为地堡)中，该地下空间包括限制辐射且防止其扩散至环境的屏蔽件。地下空间和屏蔽件中的至少一些可已作为自由电子激光器的一部分而被提供，且因此避免提供用于放射性同位素生产设备的完全分离的地下空间和相关联屏蔽件的费用。

在一实施例中，系统可包括能够独立于彼此操作的自由电子激光器和放射性同位素生产设备。例如，自由电子激光器可在无放射性同位素生产设备运行的情况下操作，且放射性同位素生产设备可能够在无自由电子激光器运行的情况下操作。自由电子激光器和放射性同位素生产设备可设置于共同地堡中。

虽然辐射源SO的实施例已被描述和示出为包括自由电子激光器FEL，但应了解，辐射源可包括任何数量的自由电子激光器FEL。例如，辐射源可包括多于一个自由电子激光器FEL。例如，两个自由电子激光器可被布置以将EUV辐射提供至多个光刻设备。这是为了允许一些冗余。这可允许在一个自由电子激光器正被修理或者进行维护时使用另一自由电子激光器。

尽管本发明的实施例已描述为使用Mo-100以产生衰变成Tc-99的Mo-99放射性同位素，但可使用本发明的实施例产生其他医疗上适用的放射性同位素。例如，本发明的实施例可用于产生衰变成Ga-68的Ge-68。本发明的实施例可用于产生衰变成Re-188的W-188。本发明的实施例可用于产生衰变成则Bi-213、Sc-47、Cu-64、Pd-103、Rh-103m、In-111、1-123、Sm-153、Er-169和Re-186的Ac-225。

应理解，根据以上教导、对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，以上图1至图9以及图11a至图21中所示的实施例可以任何适合的组合来组合。例如，参看图1和图3描述了可在光子目标的任一侧设置两个电子目标。应理解，该布置可与其他所描述的布置组合，诸如参看图1及图5至图8所描述的那些布置。

光刻系统LS(诸如，图10中所示出的那个光刻系统)可包括任何数量的光刻设备。形成光刻系统LS的光刻设备的数量可例如取决于从辐射源SO输出的辐射的量和在束传递系统BDS中损失的辐射的量。形成光刻系统LS的光刻设备的数量可另外或替代地取决于光刻系统LS的布局和/或多个光刻系统LS的布局。

光刻系统LS的实施例还可包括一或多个掩模检查设备MIA和/或一或多个空中检查测量系统(AIMS)。在一些实施例中，光刻系统LS可包括多个掩模检查设备以允许一些冗余。这可允许在一个掩模检查设备正被修理或进行维护时使用另一掩模检查设备。因此，一个掩模检查设备始终可供使用。掩模检查设备可比光刻设备使用较低功率的辐射束。另外，将了解，使用本文中所述类型的自由电子激光器FEL产生的辐射可用于除了光刻或光刻相关应用以外的应用。

将进一步了解，包括如上文所述的波荡器的自由电子激光器可用作用于多个用途(包括但不限于光刻)的辐射源。

术语“相对论电子”应被解释为表示具有相对论能量的电子。电子可被视为在其动能与其静止质能(以自然单位计511keV)相当或大于其静止质能时具有相对论能量。实际中，形成自由电子激光器的一部分的粒子加速器可将电子加速至比其静止质能大得多的能量。例如，粒子加速器可将电子加速至＞10MeV、＞100MeV、＞1GeV或更大的能量。

已在输出EUV辐射束的自由电子激光器FEL的情形中描述了本发明的实施例。然而，自由电子激光器FEL可被配置成输出具有任何波长的辐射。本发明的一些实施例可因此包括输出不是EUV辐射束的辐射束的自由电子。

术语“EUV辐射”可被视为覆盖具有在4nm至20nm范围内(例如，在13nm至14nm的范围内)的波长的电磁辐射。EUV辐射可具有小于10nm的波长，例如，在4nm至10nm的范围内的波长，诸如，6.7nm或6.8nm。

光刻设备LA_a至LA_n可用于1C的制造中。替代地，本文中所描述的光刻设备LA_a至LA_n可具有其他应用。可能的其他应用包括制造整合式光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

不同实施例可彼此组合。实施例的特征可与其他实施例的特征组合。另外，将了解，虽然上文所述的实施例涉及光刻术且尤其涉及使用自由电子激光器的光刻术，但本发明不限于这种实施例，可根据本发明的实施例在具有足够束能量的任何自由电子激光器中产生放射性同位素。

虽然上文已描述了本发明的特定实施例，但将了解，可以以与所描述的方式不同的其他方式来实践本发明。以上描述旨在进行说明，而非限制性的。因此，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，可在不脱离下文所述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (75)

1.一种放射性同位素生产设备，包括：

电子源，布置成提供电子束，所述电子源包括电子注入器和电子加速器；

目标支撑结构，配置成保持目标；和

分束器，布置成沿第一路径朝向所述目标的第一侧引导所述电子束的第一部分以及沿第二路径朝向所述目标的第二侧引导所述电子束的第二部分。

2.如权利要求1所述的放射性同位素生产设备，其中所述分束器包括偏转器。

3.如权利要求1或2所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子束包括多个脉冲，且所述分束器被布置成沿所述第一路径引导所述脉冲的大致一半且沿所述第二路径引导所述脉冲的一半。

4.如权利要求1-3中任一项所述的放射性同位素生产设备，其中所述目标包括电子目标和光子目标；并且

其中所述电子目标被布置成接收所述电子束的所述第一部分和所述第二部分中的至少一个且朝向所述光子目标发射光子。

5.如权利要求4所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子目标包括被布置成接收所述电子束的所述第一部分的第一部分和被布置成接收所述电子束的所述第二部分的第二部分。

6.如权利要求5所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子目标的所述第一部分和所述第二部分设置于所述光子目标的任一侧。

7.如前述权利要求中的任一项所述的放射性同位素生产设备，进一步包括冷却设备，所述冷却设备被布置成将流体冷却剂提供至所述目标。

8.如权利要求7所述的放射性同位素生产设备，当从属于权利要求4至6中任一项时，其中所述冷却设备被布置成将液体冷却剂提供至所述电子目标且将气体冷却剂提供至所述光子目标。

9.如权利要求8所述的放射性同位素生产设备，其中所述冷却设备被布置成在高于所述液体冷却剂的压力下提供所述气体冷却剂。

10.一种放射性同位素生产设备，包括：

电子源，布置成提供电子束，所述电子源包括电子注入器和电子加速器；

目标支撑结构，配置成保持目标；以及

第一电子束分布设备和第二电子束分布设备，所述第一电子束分布设备和第二电子束分布设备一同被布置成在所述目标的表面上方扫描所述电子束。

11.如权利要求10所述的放射性同位素生产设备，其中所述第一电子束分布设备是被布置成朝向所述第二电子束分布设备将所述电子束扫掠通过一预定角度的偏转器。

12.如权利要求10或11所述的放射性同位素生产设备，其中所述第二电子束分布设备是偏转器和透镜中的一个。

13.如权利要求10至12中任一项所述的放射性同位素生产设备，进一步包括分束器，布置成沿第一路径朝向所述目标的第一侧引导所述电子束的第一部分且沿第二路径朝向所述目标的第二侧引导所述电子束的第二部分。

14.如权利要求13所述的放射性同位素生产设备，其中所述第一束分布设备和所述第二束分布设备沿所述第一路径设置。

15.如权利要求14所述的放射性同位素生产设备，进一步包括第三束分布设备和第四束分布设备，所述第三束分布设备和所述第四束分布设备一同被布置成在所述目标的另一表面上方扫描所述电子束，并且所述第三束分布设备和所述第四束分布设备沿所述第二路径设置。

16.如权利要求10至15中任一项所述的放射性同位素生产设备，其中所述目标包括电子目标和光子目标；并且

其中所述电子目标被布置成从所述第二电子束分布设备接收所述电子束且朝向所述光子目标发射光子。

17.如权利要求16所述的放射性同位素生产设备，当从属于权利要求15时，其中所述电子目标包括被布置成接收来自所述第一分布设备和所述第二分布设备的所述电子束的所述第一部分的第一部分以及被布置成接收来自所述第三分布设备和所述第四分布设备是所述电子束的所述第二部分的第二部分。

18.一种放射性同位素生产设备，包括：

电子源，布置成提供电子束，所述电子源包括电子注入器和电子加速器；

电子目标支撑结构，配置成保持电子目标以接收所述电子束、以便产生光子；和

光子目标支撑结构，配置成保持光子目标以用于接收所述光子中的至少一些光子。

19.如权利要求18所述的放射性同位素生产设备，其中所述放射性同位素生产设备被配置成诱发所述电子目标与所述电子束之间的相对移动。

20.如权利要求19所述的放射性同位素生产设备，进一步包括电子束分布设备，所述电子束分布设备被布置成相对于所述电子目标移动所述电子束。

21.如权利要求20所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子束分布设备包括束偏转器，所述束偏转器被配置成在所述电子目标的所述表面上方扫描所述电子束。

22.如权利要求20或21所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子束分布设备包括透镜，所述透镜被配置成使所述电子束准直。

23.如权利要求18至22中任一项所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子目标支撑结构被配置成相对于所述电子束移动所述电子目标。

24.如权利要求23所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子目标支撑结构被配置成旋转所述电子目标。

25.如权利要求23所述的放射性同位素生产设备，其中所述电子目标是液体，所述电子目标支撑结构被配置成使所述电子目标流动通过电子束目标区。

26.如前述权利要求中任一项所述的放射性同位素生产设备，进一步包括冷却设备，所述冷却设备被布置成将流体冷却剂提供至所述目标。

27.如权利要求26所述的放射性同位素生产设备，其中所述冷却设备被布置成将液体冷却剂提供至所述目标的电子目标部分且将气体冷却剂提供至所述目标的光子目标部分。

28.如权利要求27所述的放射性同位素生产设备，其中所述冷却设备被布置成在高于所述液体冷却剂的压力下提供所述气体冷却剂。

29.如权利要求28所述的放射性同位素生产设备，其中所述冷却设备被布置成在大致70巴的压力下将氦冷却剂提供至所述光子目标，且在大致1巴的压力下将水冷却剂提供至所述电子目标。

30.一种放射性同位素生产设备，包括：

电子源，布置成提供电子束，所述电子源包括电子注入器和电子加速器；

腔室，容纳被配置成将目标保持于所述电子束的路径中的目标支撑结构；和

窗，所述电子束通过所述窗进入所述腔室；

其中所述窗包括碳化硅。

31.如权利要求30所述的放射性同位素生产设备，其中所述窗为穹状的。

32.如权利要求30或31所述的放射性同位素生产设备，其中所述窗通过化学气相沉积制造，使得所述腔室被密闭性密封。

33.如权利要求32所述的放射性同位素生产设备，其中所述窗具有在85mm与4000mm之间的曲率。

34.一种产生具有在所期望的范围内的放射性比度的放射性同位素的方法，包括：

使用放射性同位素生产设备来产生放射性同位素，所述放射性同位素生产设备包括：

电子源，布置成提供电子束，所述电子源包括电子注入器和电子加速器；

目标支撑结构，配置成保持目标；和

物理地分离具有在所述所期望的范围内的放射性比度的所述放射性同位素的至少一部分。

35.如权利要求34所述的产生放射性同位素的方法，进一步包括在将所述目标曝露于所述电子束、以产生所述放射性同位素之前对所述目标穿孔。

36.如权利要求34或35所述的方法，其中所述放射性同位素生产设备是根据权利要求1至33中任一项所述的放射性同位素生产设备。

37.一种系统，包括：

根据权利要求1至33中任一项所述的放射性同位素生产设备；和

自由电子激光器，包括能量回收电子加速器和波荡器；

其中所述放射性同位素生产设备的所述电子加速器被定位成在电子束已被所述能量回收电子加速器加速、接着减速之后接收所述电子束，所述放射性同位素生产设备的所述电子加速器被配置成将所述电子束的电子加速至大约14MeV或更大的能量，以用于后续传送至所述放射性同位素生产设备的所述电子目标。

38.一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标，所述目标包括多个间隔开的部分，所述目标被配置成在所述目标经受电子束时扩展，以便防止所述多个部分之间的接触。

39.如权利要求38所述的目标，其中所述目标被配置成扩展、以以便保持所述多个部分中的相邻部分之间的间隙或空间。

40.如权利要求38或39所述的目标，其中所述目标包括：多个接触点，在所述多个接触点处所述多个部分中的相邻部分接触；和，多个开口，布置成在所述多个接触点中的至少两个接触点之间延伸。

41.如权利要求38至40中任一项所述的目标，其中所述目标包括可挠性或可变形目标。

42.如权利要求38至41中任一项所述的目标，其中所述目标包括格型结构或蜂巢结构。

43.如权利要求38至40中任一项所述的目标，其中所述多个部分包括多个目标元件，所述多个目标元件被布置成形成所述目标，每一目标元件包括多个凹槽或通孔。

44.如权利要求38或39所述的目标，其中所述多个部分中的部分相对于彼此同心地布置。

45.如权利要求38或39所述的目标，其中所述多个部分被布置成形成螺旋状或螺旋形结构。

46.一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标，所述目标被配置成在所述目标经受电子束时扩展，以便允许冷却剂流动通过所述目标。

47.如权利要求46所述的目标，其中所述目标包括多孔结构或多孔材料。

48.如权利要求47所述的目标，其中所述多孔结构或多孔材料包括泡沫或烧结材料。

49.一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标布置，所述目标布置包括：

目标；和

目标支撑结构，所述目标支撑结构被配置成相对于电子束移动或旋转所述目标。

50.如权利要求49所述的目标布置，其中所述目标包括如权利要求38至48中任一项所述的目标。

51.如权利要求49或50所述的目标布置，其中所述目标支撑结构被配置成绕所述目标的横向轴线或纵向轴线移动或旋转所述目标。

52.如权利要求49至51中任一项所述的目标布置，其中所述目标布置包括外壳和用于将所述电子束透射至所述外壳中的窗。

53.如权利要求52所述的目标布置，其中所述目标支撑结构布置于所述外壳中，以相对于所述外壳和所述窗移动或旋转所述目标。

54.如权利要求52所述的目标布置，其中所述窗被布置成围绕所述目标，所述目标支撑结构被配置成使所述外壳和窗与所述目标一起移动或旋转。

55.一种放射性同位素生产设备，包括：

电子源，布置成提供电子束，所述电子源包括电子注入器和电子加速器；

目标布置，用于相对于所述电子束布置目标；和

电子束聚焦布置，配置成将所述电子束聚焦于所述目标上。

56.如权利要求55所述的放射性同位素生产设备，其中所述目标布置包括如权利要求49至55中任一项所述的目标布置。

57.一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标布置，所述目标布置包括：

目标，包括多个间隔开的目标元件；和

目标支撑结构，配置成悬置所述多个目标元件的一部分、以允许目标元件的所述一部分在至少一个方向上扩展。

58.如权利要求57所述的目标布置，其中所述多个目标元件被布置成在所述目标的至少一个方向上交错且在所述目标的至少一个其他方向上成直线。

59.如权利要求57或58所述的目标布置，其中所述目标支撑结构包括多个支撑元件，每一支撑元件被配置成悬置所述多个目标元件的一部分。

60.如权利要求57至59中任一项所述的目标布置，其中所述目标支撑结构包括用于悬置所述多个目标元件的所述一部分的第一部和用于支撑所述多个目标元件的另一部分的自由端的第二部。

61.如权利要求57至60中任一项所述的目标布置，其中选择所述多个目标元件中的相邻目标元件之间的空间以允许在至少一个其他方向上扩张或扩展所述目标元件。

62.一种用于与放射性同位素生产设备一起使用的目标，所述目标包括：

第一材料，所述第一材料包括用于转换成放射性同位素的基底材料；

第二材料，所述第二材料被配置成保持转换后的基底材料，其中所述第二材料布置或可布置于所述第一材料中以形成所述目标。

63.如权利要求62所述的目标，其中所述基底材料包括镝-158(Dy-158)、镭-226(Ra-226)、钍(Th-228)和镍-64(Ni-64)中的至少一种。

64.如权利要求62或63所述的目标，其中所述第二材料包括多个粒子，每一粒子具有约10nm的尺寸或直径。

65.如权利要求62至64中任一项所述的目标，其中所述第二材料包括石墨烯、碳和金属中的至少一种。

66.如权利要求62至64中任一项所述的目标，其中所述第二材料包括胶体或胶体溶液。

67.一种产生放射性同位素的方法，所述方法包括：

将目标布置于放射性同位素生产设备中，所述目标包括：

第一材料，所述第一材料包括用于转换成放射性同位素的基底材料；

第二材料，所述第二材料被配置成保留转换后的基底材料，其中所述第二材料布置或可布置于所述第一材料中以形成所述目标；

用电子束辐照所述目标，所述电子束被配置成使所述基底材料的一部分转换成所述放射性同位素，所述电子束被配置成使所述转换后的基底材料中的一些移位至所述第二材料中；及

将所述转换后的基底材料与所述第二材料分离。

68.如权利要求67所述的方法，其中所述分离步骤包括：在将所述转换后的基底材料与所述第二材料分离之前，将所述第二材料与所述第一材料分离。

69.一种放射性同位素生产设备，包括：

电子源，其用以提供电子束，所述电子源包括注入器和电子加速器；

腔室，其容纳被配置用于将目标保持在所述电子束的路径中的目标支撑结构；及

分离元件，其用于将所述腔室与所述电子源分离，所述分离元件包括孔隙，所述电子束通过所述孔隙进入所述腔室。

70.如权利要求70所述的放射性同位素生产设备，其中所述放射性同位素生产设备包括布置于所述分离元件与所述目标支撑结构之间的屏蔽元件，所述屏蔽元件包括孔隙，所述电子束通过所述孔隙至所述目标。

71.如权利要求70所述的放射性同位素生产设备，其中所述屏蔽元件的所述孔隙大于所述分离元件的所述孔隙。

72.如权利要求69至71中任一项所述的放射性同位素生产设备，其中所述放射性同位素生产设备包括另一分离元件，所述另一分离元件包括另一孔隙，所述束通过所述另一孔隙朝向所述目标。

73.如权利要求72所述的放射性同位素生产设备，其中所述另一分离元件的所述另一孔隙具有与所述分离元件的所述孔隙相同的尺寸或者具有与所述分离元件的所述孔隙不同的尺寸。

74.如权利要求69至73中任一项所述的放射性同位素生产设备，其中所述放射性同位素生产设备包括冷却设备，所述冷却设备被布置成将冷却剂提供至所述目标。

75.如权利要求74所述的放射性同位素生产设备，其中所述分离元件布置于所述腔室中，使得允许冷却剂通过所述孔隙朝向所述电子源流动。