CN116705375B - 一种基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产同位素的技术领域，具体提供一种基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，旨在解决加速器生产同位素的产量较低，生产效率低、进而造成生产成本高的问题。为此目的，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置包括：加速器、屏蔽体和同位素生产组件；加速器用于产生质子束流；屏蔽体具有相连通的质子束流通道和内腔，用于质子束流进入；同位素生产组件设置于内腔，用于多次生产同位素。本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置包括加速器、屏蔽体和同位素生产组件，同位素生产组件能够多次生产同位素，提高生产效率，提高同位素生产产量，进而节省生产成本。

Description

一种基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置

技术领域

本发明涉及生产同位素的技术领域，具体提供一种基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置。

背景技术

医用同位素药物是重大医疗诊断治疗的关键，如Tc-99m、Lu-177、Ge-68、Y-90等医用同位素，可制成药物用于体内诊断药物、体外诊断药物、治疗用放射性药物等，在心脑血管、恶性肿瘤、神经退化等重大疾病诊断与治疗领域，具有不可替代的优势。

目前有使用加速器开展同位素生产，但通常加速器生产同位素的产量较低，生产效率低、进而造成生产成本高。

相应地，本领域需要一种新的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置解决上述问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有加速器生产同位素的产量较低，生产效率低、进而造成生产成本高的问题。

本发明提供一种基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，所述装置包括加速器、屏蔽体和同位素生产组件；所述加速器用于产生质子束流；所述屏蔽体具有相连通的质子束流通道和内腔，用于所述质子束流进入；所述同位素生产组件设置于所述内腔，以便所述质子束流辐照，用于多次生产同位素。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置包括加速器、屏蔽体和同位素生产组件，通过加速器产生质子束流，该质子束流进入屏蔽体的质子束流通道，辐照同位素生产组件，同位素生产组件能够多次生产同位素，提高同位素生产产量，进而节省生产成本。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述同位素生产组件包括第一固态靶片、第一液态靶，第一倍增层、第一慢化层和第二液态靶；所述第一固态靶片设置于所述内腔并和所述质子束流通道相抵，以便所述质子束流辐照产生第一中子；所述第一液态靶设置于所述内腔并和所述第一固态靶片相邻，用于和所述第一中子产生反应，以生产同位素和第二中子；所述第一倍增层设置于所述内腔并和所述第一液态靶相邻，用于对所述第二中子进行倍增反应；所述第一慢化层设置于所述内腔并和所述第一倍增层相邻，用于对倍增反应后的所述第二中子进行慢化处理；所述第二液态靶设置于所述内腔并和所述第一慢化层相邻，用于和所述第二中子产生反应，以生产同位素和第三中子。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，通过质子束流辐照第一固态靶片生产第一中子，利用第一中子和第一液态靶产生反应以生产同位素和第二中子，该第二中子和第一倍增层产生反应，以增加第二中子的数量，第一慢化层对增加数量后的第二中子进行反应生产同位素和第三中子，实现多次生产同位素，以提高同位素生产产量。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述同位素生产组件还包括第二倍增层、第二慢化层和第三液态靶；所述第二倍增层设置于所述内腔并和所述第二液态靶相邻，用于对所述第三中子进行倍增反应；所述第二慢化层设置于所述内腔并和所述第二倍增层相邻，用于对倍增反应后的所述第三中子进行慢化处理；所述第三液态靶设置于所述内腔并和所述第二慢化层相邻，用于和所述第三中子产生反应，以生产同位素和第四中子。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，通过第二倍增层对第三中子进行倍增反应，以增加第三中子产量，第二慢化层对增加数量后的第三中子进行反应生产同位素和第四中子，进一步地提高同位素生产产量。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述同位素生产组件还包括第二固态靶片；所述第二固态靶片设置于所述内腔并和所述第三液态靶相邻，用于和所述第四中子产生反应，以生产同位素。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，通过第二固态靶片和第四中子产生反应生产同位素，再进一步地提高同位素生产产量。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述装置还包括循环系统，其包括液态靶传输系统、换热系统和驱动泵；所述驱动泵分别和所述第一液态靶、所述第二液态靶、所述第三液态靶连接，用于将所述第一液态靶、所述第二液态靶、所述第三液态靶驱动并汇集形成整体液态靶；所述换热系统和所述驱动泵连接，用于对所述整体液态靶降温；所述液态靶传输系统和所述换热系统连接，以便降温后的所述整体液态靶进入所述屏蔽体的内腔形成新的第一液态靶、第二液态靶、第三液态靶。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，通过驱动泵将第一液态靶、第二液态靶、第三液态靶驱动并汇集形成整体液态靶，并通过换热系统做换热处理使得整体液态靶降温，液态靶传输系统将降温后的整体液态靶分流形成新的第一液态靶、第二液态靶、第三液态靶，便于再次使用，可节省成本。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述循环系统还包括同位素提取系统；所述同位素提取系统和所述换热系统连接，用于将所述整体液态靶中的同位素提取。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，通过同位素提取系统将同位素提取，便于同位素后期使用。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述换热系统具有冷却剂入口和冷却剂出口。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，通过冷却剂入口和冷却剂出口用于为换热系统降温，使得换热系统维持在设定温度内。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述装置还包括第一固体靶传输系统；所述第一固体靶传输系统延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第一固态靶片连接，用于更换所述第一固态靶片。

在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置第一固体靶传输系统可实现在线更换第一靶片，方便快捷。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述装置还包括第二固体靶传输系统；所述第二固体靶传输系统延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第二固态靶片连接，用于更换所述第二固态靶片。

在采用上述技术方案的情况下，本发明通过设置第二固体靶传输系统可实现在线更换第二靶片，方便快捷。

在上述基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的优选技术方案中，所述第一固态靶片的材质为BeO、Be、Li2O、Li中的任意一种；所述第一液态靶、所述第二液态靶、所述第三液态靶的材质均为硫酸铀酰溶液或其他含铀溶液；所述第一倍增层和所述第二倍增层的材质均为Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种；所述第一慢化层和所述第二慢化层的材质均为石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种；所述第二固态靶片的为N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的任意一种。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的侧面剖视图。

图中标记列表：

1、屏蔽体；11、质子束流通道；

2、同位素生产组件；21、第一固态靶片；22、第一液态靶；23、第一倍增层；24、第一慢化层；25、第二液态靶；26、第二倍增层；27、第二慢化层；28、第三液态靶；29、第二固态靶片；

3、第一倍增层；31、液态靶传输系统；32、换热系统；33、同位素提取系统；321、冷却剂入口；322、冷却剂出口；

4、第一固体靶传输系统；

5、第二固体靶传输系统。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参阅图1，本发明提供基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置一般包括加速器(图中未示出)、屏蔽体1和同位素生产组件2。其中，加速器用于产生质子束流，屏蔽体1具有相连通的质子束流通道11和内腔(图中未标记)，用于质子束流进入，同位素生产组件2设置于内腔，以便质子束流辐照，用于多次生产同位素。通过加速器产生质子束流，该质子束流进入屏蔽体1的质子束流通道11，辐照同位素生产组件2，该同位素生产组件2能够多次生产同位素，提高同位素生产产量，进而节省生产成本。

继续参阅图1，具体地，屏蔽体1一般为柱体，不局限于是柱体，也可以是其他形状例如，矩形体等。该屏蔽体1具有外壳、内部注有填充材料，屏蔽体1的质子束流通道11入口端和加速器对应设置，质子束流通道11的截面形状一般为圆形或矩形。

参阅图1，在一个实施例中，同位素生产组件2一般包括第一固态靶片21、第一液态靶22，第一倍增层23、第一慢化层24和第二液态靶25。其中，第一固态靶片21设置于内腔并和质子束流通道11相抵，以便质子束流辐照产生第一中子。第一液态靶22设置于内腔并和第一固态靶片21相邻，用于和第一中子产生反应，以生产同位素和第二中子。第一倍增层23设置于内腔并和第一液态靶22相邻，用于对第二中子进行倍增反应，第一慢化层24设置于内腔并和第一倍增层23相邻，用于对倍增反应后的第二中子进行慢化处理，第二液态靶25设置于内腔并和第一慢化层24相邻，用于和第二中子产生反应，以生产同位素和第三中子。通过质子束流辐照第一固态靶片21以生产第一中子，并利用第一中子和第一液态靶22产生反应以生产同位素和第二中子，该第二中子和第一倍增层23产生反应，以增加第二中子的数量，第一慢化层24对增加数量后的第二中子进行反应生产同位素和第三中子，因此实现多次生产同位素，以提高同位素生产产量。

在本实施例中，第一固态靶片21的材质为BeO、Be、Li2O、Li中的任意一种，第一液态靶22和第二液态靶25的材质均为硫酸铀酰溶液或其他含铀溶液，第一倍增层23的材质均为Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种，第一慢化层24的材质为石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种。

继续参阅图1，在本实施例中，第一固态靶片21一般为圆片或矩形片，第一液态靶22存储于第一固态靶片21和第一倍增层23之间的第一间隙(图中未标注)里，第一倍增层23可产生(n，2n)或(n，3n)反应可有效的增加中子的数量以便提高组同位素的产量。第一慢化层24用于对倍增后的中子进行慢化反应以降低中子能量。第二液态靶25存储于第一慢化层24和第二倍增层26之间的第二间隙(图中未标注)里。

参阅图1，在一个实施例中，同位素生产组件2还包括第二倍增层26、第二慢化层27和第三液态靶28。其中，第二倍增层26设置于内腔并和第二液态靶25相邻，用于对第三中子进行倍增反应。第二慢化层27设置于内腔并和第二倍增层26相邻，用于对倍增反应后的第三中子进行慢化处理。第三液态靶28设置于内腔并和第二慢化层27相邻，用于和第三中子产生反应，以生产同位素和第四中子。通过第二倍增层26对第三中子进行倍增反应，以增加第三中子产量，第二慢化层26对增加数量后的第三中子进行反应生产同位素和第四中子，进一步地提高同位素生产产量。

在本实施例中，第二倍增层26的材质均为Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种，第二慢化层27的材质为石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种，第一固态靶片21的材质为BeO、Be、Li2O、Li中的任意一种。

继续参阅图1，在本实施例中，第三液态靶28存储于第二慢化层27和第二固态靶片29之间的第三间隙(图中未标注)里，第二倍增层26可产生(n，2n)或(n，3n)反应可有效的增加中子的数量以便提高组同位素的产量。第二慢化层27用于对倍增后的中子进行慢化反应以降低中子能量。通过第二固态靶片28和第四中子产生反应生产同位素，再进一步地提高同位素生产产量。

参阅图1，在一个实施例中，同位素生产组件2还包括第二固态靶片29。其中，第二固态靶片29设置于内腔并和第三液态靶28相邻，用于和第四中子产生反应，以生产同位素。该第二固态靶片29的形状相同、一般为圆片或矩形片，第二固态靶片29和第一固态靶片21的形状保持一致。

继续参见图1，在一个实施例中，第一固态靶片21、第一液态靶22、第一倍增层23、第一慢化层24、第二液态靶25、第二倍增层26、第二慢化层27、第三液态靶28和第二固态靶片29的整体形状基本相同，结构整洁，便于实现各自功能。且第一固态靶片21、第一液态靶22、第一倍增层23、第一慢化层24、第二液态靶25、第二倍增层26、第二慢化层27、第三液态靶28和第二固态靶片29的高度和宽度基本相同，结构整洁。

参阅图1，在一个实施例中，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置还包括循环系统3，该循环系统3一般包括液态靶传输系统31、换热系统32和驱动泵33。其中，驱动泵33分别和第一液态靶22、第二液态靶25、第三液态靶28连接，用于将第一液态靶22、第二液态靶25、第三液态靶28驱动并汇集形成整体液态靶。换热系统32和驱动泵33连接，用于对整体液态靶降温。液态靶传输系统31和换热系统32连接，以便降温后的整体液态靶进入屏蔽体1的内腔形成新的第一液态靶、第二液态靶、第三液态靶，便于再次使用，可节省成本。

其中，换热系统32具有冷却剂入口321和冷却剂出口322。

需要说明的是，液态靶传输系统31、换热系统32和驱动泵33均为现有的，具体结构在此不再赘述。

继续参见图1，在本实施例中，驱动泵33通过三根管路分别和盛有第一液态靶22的第一间隙连通，盛有第二液态靶25的第二间隙连通，盛有第三液态靶28的第三间隙连通，用于驱动第一液态靶22、第二液态靶25、第三液态靶28汇集形成整体液态靶，该驱动泵33还通过管路和换热系统32连接，用于整体液态靶换热，以降温。液态靶传输系统31与换热系统32连接通过管路连接，以便降温后的整体液态靶进入液态靶传输系统31内，该液态靶传输系统31通过另外三根管路分别和第一间隙、第二间隙和第三间隙联通，使得降温后的整体液态靶进入第一间隙、第二间隙和第三间隙以形成新的第一液态靶、第二液态靶、第三液态靶以便继续使用。

参阅图1，在一个实施例中，循环系统3还包括同位素提取系统34，该同位素提取系统34和换热系统32连接，用于将整体液态靶中的同位素提取。通过同位素提取系统将同位素提取，便于同位素后期使用。

参阅图1，在一个实施例中，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置还包括第一固体靶传输系统4。其中，该第一固体靶传输系统4延伸于屏蔽体1的内腔并和第一固态靶片21连接，用于更换第一固态靶片21。通过设置第一固体靶传输系统4可实现在线更换第一固态靶片21，方便快捷，不需要频繁停机，设备利用率高，经济性好。

需要说明的是，该第一固体靶传输系统4为现有的固体靶传输系统，具体结构在此不再赘述。

参阅图1，在一个实施例中，本发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置还包括第二固体靶传输系统5。其中，该二固体靶传输系统5延伸于屏蔽体1的内腔并和第二固态靶片29连接，用于更换第二固态靶片29。通过设置第二固体靶传输系统5可实现在线更换第二固态靶片29，方便快捷，不需要频繁停机，设备利用率高，经济性好。

需要说明的是，该第二固体靶传输系统5为现有的固体靶传输系统，具体结构在此不再赘述。

具体实施过程：

本方发明的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置的同位素生产组件2为多层结构，即第一固态靶片21、第一液态靶22、第一倍增层23、第一慢化层24、第二液态靶25、第二倍增层26、第二慢化层27、第三液态靶28和第二固态靶片29。

第一固态靶片21的材料为BeO或Be或Li2O或Li，该第一固态靶片21的材料与质子束流通道11传输的强流高能质子发生核反应，通过9Be(p，n)9B、7Li(p，n)7Be等核反应产生中子。

第一液态靶22的材料为硫酸铀酰溶液或其他含铀溶液，该其他含铀溶液可以是硫酸铀酰溶液，硝酸铀酰溶液，通过第一液态靶22中的铀与第一固态靶片21产生的中子发生核反应，可生产同位素和中子，同时通过酸铀酰溶液或其他含铀溶液的流动，可带走第一固态靶片21、第一液态靶22、第一倍增层23核反应产生的热量。

第一倍增层23的材料为Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种，通过(n，2n)或(n，3n)反应倍增中子，以提高中子的数量。

第一慢化层24的材料为石墨或氢化锆或聚乙烯，通过慢化反应降低中子能量，以提高第二液态靶25中铀与中子的反应率，以提高同位素产量。

第二液态靶25的材料为硫酸铀酰溶液或其他含铀溶液，通过第二液态靶25中的铀与中子发生核反应生产同位素，同时通过酸铀酰溶液或其他含铀溶液的流动，可带走第一慢化层24、第二液态靶25、第二倍增层26核反应产生的热量。

第二倍增层26的材料为Be或BeO或Pb或Bi或PbO或Pb-Bi合金，通过(n，2n)或(n，3n)反应倍增中子，以提高中子的数量；

第二慢化层27的材料为石墨或氢化锆或聚乙烯，通过慢化反应降低中子能量，以提高第三液态靶28中铀与中子的反应率，以提高同位素产量。

第三液态靶28的材料为硫酸铀酰溶液或其他含铀溶液，通过第三液态靶28中的铀与中子发生核反应生产同位素，同时通过酸铀酰溶液或其他含铀溶液的流动，可带走第二慢化层27、第三液态靶28、第二固态靶片29中核反应产生的热量。

第二固态靶片29的材料为N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的一种，通过中子与第二固态靶片29材料的核反应可生产对应同位素N-15、Co-60、Y-90、Lu-177中的一种。

本发明通过设置第一固态靶片21、第二固态靶片29、第一液态靶22、第二液态靶25、第三液态靶28，第一倍增层23、第一慢化层24、第二倍增层26和第二慢化层27，可提升第一液态靶22、第二液态靶25、第三液态靶28的同位素生产机率、提高第一固态靶片21、第二固态靶片29的核反应机率，进而提升同位素生产率，通过固态靶与液态靶的结合，实现了中子源强增强与中子高效利用，提高同位素产量。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，其特征在于，所述装置包括加速器、屏蔽体和同位素生产组件；

所述加速器用于产生质子束流；

所述屏蔽体具有相连通的质子束流通道和内腔，用于所述质子束流进入；

所述同位素生产组件设置于所述内腔，以便所述质子束流辐照，用于多次生产同位素；

所述同位素生产组件包括第一固态靶片、第一液态靶，第一倍增层、第一慢化层和第二液态靶；

所述第一固态靶片设置于所述内腔并和所述质子束流通道相抵，以便所述质子束流辐照产生第一中子；

所述第一液态靶设置于所述内腔并和所述第一固态靶片相邻，用于和所述第一中子产生反应，以生产同位素和第二中子；

所述第一倍增层设置于所述内腔并和所述第一液态靶相邻，用于对所述第二中子进行倍增反应；

所述第一慢化层设置于所述内腔并和所述第一倍增层相邻，用于对倍增反应后的所述第二中子进行慢化处理；

所述第二液态靶设置于所述内腔并和所述第一慢化层相邻，用于和所述第二中子产生反应，以生产同位素和第三中子；

所述同位素生产组件还包括第二倍增层、第二慢化层和第三液态靶；

所述第二倍增层设置于所述内腔并和所述第二液态靶相邻，用于对所述第三中子进行倍增反应；

所述第二慢化层设置于所述内腔并和所述第二倍增层相邻，用于对倍增反应后的所述第三中子进行慢化处理；

所述第三液态靶设置于所述内腔并和所述第二慢化层相邻，用于和所述第三中子产生反应，以生产同位素和第四中子；

所述同位素生产组件还包括第二固态靶片；

所述第二固态靶片设置于所述内腔并和所述第三液态靶相邻，用于和所述第四中子产生反应，以生产同位素；

所述装置还包括循环系统，其包括液态靶传输系统、换热系统和驱动泵；

所述驱动泵分别和所述第一液态靶、所述第二液态靶、所述第三液态靶连接，用于将所述第一液态靶、所述第二液态靶、所述第三液态靶驱动并汇集形成整体液态靶；

所述换热系统和所述驱动泵连接，用于对所述整体液态靶降温；

所述液态靶传输系统和所述换热系统连接，以便降温后的所述整体液态靶进入所述屏蔽体的内腔形成新的第一液态靶、第二液态靶、第三液态靶。

2.根据权利要求1所述的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，其特征在于，所述循环系统还包括同位素提取系统；

所述同位素提取系统和所述换热系统连接，用于将所述整体液态靶中的同位素提取。

3.根据权利要求2所述的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，其特征在于，所述换热系统具有冷却剂入口和冷却剂出口。

4.根据权利要求1所述的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，其特征在于，所述装置还包括第一固体靶传输系统；

所述第一固体靶传输系统延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第一固态靶片连接，用于更换所述第一固态靶片。

5.根据权利要求1所述的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，其特征在于，所述装置还包括第二固体靶传输系统；

所述第二固体靶传输系统延伸于所述屏蔽体的内腔并和所述第二固态靶片连接，用于更换所述第二固态靶片。

6.根据权利要求1所述的基于加速器的同位素生产固液耦合靶装置，其特征在于，所述第一固态靶片的材质为BeO、Be、Li2O、Li中的任意一种；

所述第一液态靶、所述第二液态靶、所述第三液态靶的材质均为硫酸铀酰溶液或其他含铀溶液；

所述第一倍增层和所述第二倍增层的材质均为Be、BeO、Pb、Bi、PbO、Pb-Bi合金中的任意一种；

所述第一慢化层和所述第二慢化层的材质均为石墨、氢化锆、聚乙烯中的任意一种；

所述第二固态靶片的为N-14、Co-59、Y-89、Lu-176中的任意一种。