同位素生产系统和回旋加速器 相关申请的交叉引用
本申请包括与以下与本申请同时提交的具有题为 “ISOTOPE PRODUCTION SYSTEM AND CYCLOTRON HAVING REDUCED MAGNETIC STRAY FIELDS” 的 代 理 人 卷 号 No.236099(553-1442US) 的 专 利 申 请 和 具 有 题 为 “ISOTOPE PRODUCTION SYSTEM AND CYCLOTRON HAVING A MAGNET YOKE WITH A PUMP ACCEPTANCE CAVITY”的代理人卷号 No.236098(553-1441US) 的专利申请中公开的主题有关的主题， 这两个申请整体通过引用 结合在本申请中。
技术领域
本发明的实施例总体涉及回旋加速器， 且更具体地涉及用于生产放射性同位素的 回旋加速器。 背景技术 放射性同位素 ( 也叫做放射性核素 ) 在医疗、 成像和研究以及与医疗无关的其它 应用方面具有若干应用。生产放射性同位素的系统典型地包括粒子加速器， 例如回旋加速 器， 其使一束带电粒子加速并将该束引入靶材以生成同位素。回旋加速器使用电场和磁场 来使粒子加速并沿加速室内的螺旋状轨道引导粒子。当使用回旋加速器时， 将加速室抽 空以去除会与加速的粒子互相作用的不希望的气体粒子。例如， 当加速的粒子是负氢离子 (H-) 时， 加速室内的氢气分子 (H2) 或水分子可从氢离子剥离弱约束电子。当从此离子剥离 该电子时， 离子变成不再受加速室内的电场和磁场影响的中性粒子。该中性粒子不可恢复 地被损失并且还可能导致加速室内其它不希望的反应。
为了维持加速室的抽空状态， 回旋加速器使用与该腔室流体联接的真空系统。然 而， 常规的真空系统可能具有不理想的质量或特性。例如， 常规的真空系统会是大型的并 需要很大的空间。这可能是有问题的， 尤其是当回旋加速器和真空系统必须在本来不是为 使用大型系统而设计的病房内使用时。此外， 现有的真空系统典型地具有若干互相连接的 构件， 例如多个泵 ( 包括不同类型的泵 )、 阀、 管道和夹具。为了有效地操作真空系统， 可能 需要监视每个构件 ( 例如， 通过传感器和仪表 ) 并单独控制这些构件中的一些。此外， 对于 若干互相连接的构件， 可能存在较多其中可能由于零件损坏或磨损而发生泄漏的接口或区 域。这可能使得真空系统的维护费钱和费时。
除以上外， 常规的真空系统可能使用扩散泵。例如， 在一种已知的真空系统中， 若 干扩散泵与加速室流体联接。扩散泵使用工作流体 ( 例如， 油 ) 以通过使油沸腾为蒸气并 引导该蒸气通过喷射组件来产生真空。然而， 扩散泵内的油可能回流到回旋加速器的加速 室内。这可能降低真空系统去除气体粒子的能力， 这又负面地影响回旋加速器的效率。此 外， 加速室内的油可导致损坏由回旋加速器用来形成电场的电气构件的放电。
因此， 需要从加速室去除不希望的气体粒子的改进的真空系统。还需要与已知的 真空系统相比空间要求较低、 维护要求较低、 复杂度较低或者较便宜的真空系统。
发明内容 根据一个实施例， 提供了一种回旋加速器， 其包括磁轭， 该磁轭具有围绕加速室的 轭体。该回旋加速器还包括磁体组件， 以产生沿期望路径引导带电粒子的磁场。该磁体组 件位于加速室中。磁场穿过加速室并在磁轭内传播， 其中磁场的一部分作为杂散场逸出磁 轭之外。该回旋加速器还包括与轭体直接联接的真空泵。该真空泵构造成将真空导入加速 室。该磁轭尺寸定制为使得真空泵不会经受超过 75 高斯的磁场。
根据另一实施例， 提供了一种回旋加速器， 其包括磁轭， 该磁轭具有围绕加速室的 轭体。该回旋加速器还包括磁体组件， 以产生沿期望路径引导带电粒子的磁场。该磁体组 件位于加速室中。磁场穿过加速室并在磁轭内传播， 其中磁场的一部分作为杂散场逸出磁 轭之外。该回旋加速器还包括与轭体直接联接的真空泵。该真空泵构造成将真空导入加速 室。该真空泵是具有用以产生真空的旋转风扇的无流体泵。
根据又一实施例， 提供了一种同位素生产系统， 其包括磁轭， 该磁轭具有围绕加速 室的轭体。 该同位素生产系统还包括磁体组件， 以产生沿期望路径引导带电粒子的磁场。 该 磁体组件位于加速室中。磁场穿过加速室并在磁轭内传播， 其中磁场的一部分作为杂散场 逸出磁轭之外。该同位素生产系统还包括与轭体直接联接的真空泵。该真空泵构造成将真 空导入加速室。该磁轭尺寸定制为使得真空泵不会经受超过 75 高斯的磁场。该同位素生 产系统还包括定位成接受用于生成同位素的带电粒子的靶系统。
附图说明
图 1 是根据一个实施例形成的同位素生产系统的框图。
图 2 是根据一个实施例形成的回旋加速器的侧视图。
图 3 是图 2 中所示的回旋加速器的底部的侧视图。
图 4 是可与图 2 中所示的回旋加速器一起使用的真空泵和涡轮分子泵的侧视图。
图 5 是可与图 2 中所示的回旋加速器一起使用的轭体的一部分的透视图。
图 6 是可与图 2 中所示的回旋加速器一起使用的磁体和轭组件的平面图。
图 7A 是回旋加速器的底部的正视截面图， 示出了其中经受的磁场。
图 7B 是回旋加速器的底部的正视截面图， 示出了其中经受的磁场。
图 8 是根据另一实施例形成的同位素生产系统的透视图。
图 9 是可与图 6 中所示的同位素生产系统一起使用的备选回旋加速器的侧视截面 图。
图 10A-10E 是示出泵接纳 (PA) 腔内沿延伸穿过该 PA 腔的平面经受的磁场的曲线 图。 具体实施方式
图 1 是根据一个实施例形成的同位素生产系统 100 的框图。系统 100 包括回旋加 速器 102， 该回旋加速器 102 具有若干子系统， 包括离子源系统 104、 电场系统 106、 磁场系统 108 和真空系统 110。在回旋加速器 102 的使用过程中， 通过离子源系统 104 将带电粒子置 于回旋加速器 102 内或喷射到回旋加速器 102 中。磁场系统 108 和电场系统 106 生成互相配合以产生带电粒子的粒子束 112 的相应场。带电粒子沿预定路径在回旋加速器 102 内被 加速和引导。系统 100 还具有提取系统 115 和包括靶材 116 的靶系统 114。
为了生成同位素， 粒子束 112 由回旋加速器 102 沿束传输路径 117 引导通过提取 系统 115 并被引入靶系统 114， 使得粒子束 112 入射在位于对应的靶区 120 的靶材 116 上。 系统 100 可具有多个靶区 120A-120C， 单独的靶材 116A-116C 位于该处。 可使用转移装置或 系统 ( 未示出 ) 来相对于粒子束 112 转移靶区 120A-120C， 使得粒子束 112 入射在不同的靶 材 116 上。在转移过程中也可维持真空。备选地， 回旋加速器 102 和提取系统 115 可以沿 不止一条路径引导粒子束 112， 而是可以针对每个不同的靶区 120A-120C 沿独特的路径引 导粒子束 112。
美 国 专 利 No.6,392,246、 No.6,417,634、 No.6,433,495 和 7,122,966 以 及 美 国 专利申请公报 No.2005/0283199 中描述了具有上述子系统中的一个或多个的同位素生产 系统和 / 或回旋加速器的实例， 所有这些专利通过引用而整体结合在本文中。美国专利 No.5,521,469、 No.6,057,655 和美国专利申请公报 No.2008/0067413 和 2008/0258653 中 还提供了另外的实例， 所有这些专利全文通过引用而整体结合在本文中。
系统 100 构造成生产可用于医学成像、 研究和治疗中的放射性同位素 ( 也叫做放 射性核素 )， 而且还用于与医学无关的其它应用， 例如科学研究和分析。当用于医学用途例 如核医学 (NM) 成像或正电子反射断层造影术 (PET) 成像时， 放射性同位素也可叫做示踪 18 物。举例而言， 系统 100 可生成用以制造液体形式的 F 同位素、 作为 CO2 的 11C 同位素和 作为 NH3 的 13N 同位素的质子。用于制造这些同位素的靶材 116 可为增浓的 18O 水、 天然 14N2 气体和 16O 水。系统 100 也可生成氘核以便生产 15O 气体 ( 氧气、 二氧化碳和一氧化碳 ) 和 15 O 标记水。
在一些实施例中， 系统 100 使用 1H- 技术并使带电粒子变成具有大约 10-30μA 的 束电流的低能量 ( 例如， 约 7.8MeV)。在此类实施例中， 负氢离子被加速并引导通过回旋加 速器 102 且进入提取系统 115。然后， 负氢离子可撞击提取系统 115 的剥离箔 ( 未示出 )， 从而去除该对电子并使粒子成为正离子 1H+。然而， 在备选实施例中， 带电粒子可为正离子， 1 + 2 + 3 + 例如 H 、 H 和 He 。 在此类备选实施例中， 提取系统 115 可包括产生将粒子束引向靶材 116 的电场的静电偏转器。
系统 100 可包括冷却系统 122， 该冷却系统 122 将冷却流体或工作流体输送到不同 系统的各种构件以便吸收相应构件所生成的热量。 系统 100 还可包括控制系统 118， 该控制 系统 118 可由技术人员用于控制各种系统和构件的操作。控制系统 118 可包括紧邻或者远 离回旋加速器 102 和靶系统 114 定位的一个或更多用户接口。虽然在图 1 中未示出， 但系 统 100 还可包括用于回旋加速器 102 和靶系统 114 的一个或更多辐射屏蔽板。
系统 100 可以以预定的量或批次生产同位素， 例如用于医学成像或治疗中的单独 的剂量。用于上列示例性同位素形式的系统 100 的生产能力可为 ： 对于 18F- 在 20μA 在少 于约 10 分钟内 50mCi ； 对于 11CO2 在 30μA 在约三十分钟内 300mCi ； 而对于 13NH3 在 20μA 在少于约 10 分钟内 100mCi。
另外， 系统 100 可使用的相对于已知的同位素生产系统减小的空间量， 使得系统 100 具有将允许系统 100 被保持在密闭空间内的尺寸、 形状和重量。例如， 系统 100 可装配 在本来不是为粒子加速器建造的预先存在的房间内， 例如医院或临床环境中。 由此， 回旋加速器 102、 提取系统 115、 靶系统 114 和冷却系统 122 的一个或更多构件可被保持在大小和 形状设置为装配在密闭空间中的公共壳体 124 内。举例而言， 壳体 124 所用的总体积可为 3 2m 。壳体 124 的可能尺寸可包括 2.2m 的最大宽度、 1.7m 的最大高度和 1.2m 的最大深度。 壳体和其中的系统的组合重量可为大约 10000kg。 壳体 124 可由聚乙烯 (PE) 和铅制成并具 有配置成从回旋加速器 102 衰减中子通量和 γ 射线的厚度。例如， 壳体 124 可沿壳体 124 的衰减中子通量的预定部分具有至少约 100mm 的厚度 ( 在围绕回旋加速器 102 的内表面与 壳体 124 的外表面之间测量 )。
该系统 100 可构造成使带电粒子加速到预定的能量水平。例如， 本文所述的一些 实施例使带电粒子加速到大约 18MeV 或更小的能量。在其它实施例中， 系统 100 使带电粒 子加速到大约 16.5MeV 或更小的能量。在特定实施例中， 系统 100 使带电粒子加速到大约 9.6MeV 或更小的能量。 在更多的特定实施例中， 系统 100 使带电粒子加速到大约 7.8MeV 或 更小的能量。
图 2 是根据一个实施例形成的回旋加速器 200 的侧视图。回旋加速器 200 包括具 有围绕加速室 206 的轭体 204 的磁轭 202。轭体 204 具有厚度 T1 在其间延伸的相对的侧面 208 和 210 并且还具有长度 L 在其间延伸的顶端 212 和底端 214。轭体 204 可包括将侧面 208 和 210 与顶端 212 和底端 214 相结合的过渡区域或拐角部 216-219。更具体而言， 顶端 212 分别通过拐角部 216 和 217 与侧面 210 和 208 相结合， 而底端分别通过拐角部 219 和 218 与侧面 210 和 208 相结合。在该示例性实施例中， 轭体 204 具有大致圆形的截面， 且由 此， 长度 L 可代表轭体 204 的直径。轭体 204 可由铁制成并且大小和形状设置为当回旋加 速器 200 操作时产生期望磁场。 如图 2 中所示， 轭体 204 可被分为限定其间的加速室 206 的相对的轭区段 228 和 230。轭区段 228 和 230 构造成沿磁轭 202 的中间平面 232 彼此相邻地定位。如图所示， 回 旋加速器 200 可竖直定向 ( 相对于重力方向 ) 使得中间平面 232 垂直于水平平台 220 延伸。 平台 220 构造成支撑回旋加速器 200 的重量， 并且例如可以是房间的地板或混凝土板。回 旋加速器 200 具有中心轴线 236， 该中心轴线 236 在轭区段 228 和 230 之间水平延伸并穿过 轭区段 228 和 230( 并分别穿过对应的侧面 210 和 208)。该中心轴线 236 垂直于中间平面 232 延伸通过轭体 204 的中心。加速室 206 具有位于中间平面 232 和中心轴线 236 的交点 处的中心区域 238。在一些实施例中， 中心区域 238 是加速室 206 的几何中心。还示出磁轭 202 包括在中心轴线 236 上方延伸的上部 231 和在中心轴线 236 下方延伸的下部 233。
轭区段 228 和 230 分别包括在加速室 206 内跨中间平面 232 彼此相对的磁极 248 和 250。磁极 248 和 250 可通过极隙 GP 彼此分离。磁极 248 包括磁极顶部 252 并且磁极 250 包括正对磁极顶部 252 的磁极顶部 254。磁极 248 和 250 以及极隙 GP 大小和形状设置 为当回旋加速器 230 操作时产生期望磁场。例如， 在一些实施例中， 极隙 GP 可为 3cm。
回旋加速器 200 还包括位于加速室 206 内或紧邻加速室 206 的磁体组件 260。磁 体组件 260 构造成有利于使用磁极 248 和 250 产生磁场以沿期望路径引导带电粒子。磁体 组件 260 包括以距离 D1 跨中间平面 232 彼此间隔开的一对相对的磁体线圈 264 和 266。磁 体线圈 264 和 266 可为例如铜合金电阻线圈。备选地， 磁体线圈 264 和 266 可以是铝合金。 磁体线圈可大致呈圆形并围绕中心轴线 236 延伸。轭区段 228 和 230 可分别形成大小和形 状设置为分别接纳对应的磁体线圈 264 和 266 的磁体线圈空腔 269 和 270。图 2 中还示出，
回旋加速器 200 可包括将磁体线圈 264 和 266 与加速室 206 隔开并有利于将磁体线圈 264 和 266 保持就位的腔室壁 272 和 274。
加速室 206 构造成允许带电粒子如 1H- 离子沿预定的弯曲路径在其中加速， 该路径 绕中心轴线 236 以螺旋方式缠绕并保持大致沿中间平面 232。带电粒子首先紧邻中心区域 238 定位。当回旋加速器 200 启动时， 带电粒子的路径可围绕中心轴线 236 形成轨道。在所 示的实施例中， 回旋加速器 200 是同步回旋加速器， 由此带电粒子的轨道具有围绕中心轴 线 236 弯曲的部分和更呈直线的部分。然而， 本文所述的实施例并不限于同步回旋加速器， 而是还包括其它类型的回旋加速器和粒子加速器。如图 2 中所示， 当带电粒子围绕中心轴 线 236 进行轨道运动时， 带电粒子可从加速室 206 的上部 231 中的页面 (page) 弹出并进入 加速室 206 的下部 233 中的页面。随着带电粒子围绕中心轴线 236 进行轨道运动， 在带电 粒子的轨道与中心区域 238 之间延伸的半径 R 扩大。当带电粒子到达沿该轨道的预定位置 时， 带电粒子被引导进入或通过提取系统 ( 未示出 ) 并离开回旋加速器 200。
加速室 206 可在粒子束 112 形成之前和形成过程中处于抽空状态。例如， 在产生 -7 粒子束之前， 加速室 206 的压力可为大约 1×10 毫巴。当粒子束激活并且 H2 气体流经位 于中心区域 238 的离子源 ( 未示出 ) 时， 加速室 206 的压力可为大约 2×10-5 毫巴。由此， 回旋加速器 200 可包括可紧邻中间平面 232 的真空泵 276。真空泵 276 可包括从轭体 204 的端部 214 径向向外突出的部分。如以下将更详细地说明的， 真空泵 276 可包括构造成抽 空加速室 206 的泵。 在一些实施例中， 轭区段 228 和 230 可朝向和远离彼此移动使得可以进入加速室 206( 例如， 为了修理或维护 )。例如， 轭区段 228 和 230 可通过在轭区段 228 和 230 旁边延 伸的铰链 ( 未示出 ) 结合。可通过使对应的轭区段绕铰链的轴线枢转来打开轭区段 228 和 230 中的任一个或两个。 作为另一个示例， 可通过使轭区段中的一个远离另一个线性地横向 移动来使轭区段 228 和 230 彼此分离。然而， 在备选实施例中， 当进入加速室 206( 例如， 通 过通向加速室 206 内的磁轭 202 的孔或开口 ) 时， 轭区段 228 和 230 可以是整体形成的或 者保持密封在一起。在备选实施例中， 轭体 204 可具有未均匀分隔的区段和 / 或可包括超 过两个区段。例如， 轭体可具有如图 8 中关于磁轭 504 所示的三个区段。
加速室 206 可具有沿中间平面 232 延伸并关于中间平面 232 大致对称的形状。例 如， 加速室 206 可为大致盘形并且包括在磁极顶部 252 和 254 之间限定的内空间区域 241 和在腔室壁 272 和 274 之间限定的外空间区域 243。粒子在回旋加速器 200 操作过程中的 轨道可在空间区域 241 内。加速室 206 也可包括远离空间区域 243 径向向外延伸的通路， 例如通向真空泵 276 的通路 P1( 在图 3 中示出 )。
图 2 中还示出轭体 204 具有限定轭体 204 的包络线 207 的外表面 205。 包络线 207 具有与由不带小的空腔、 切口或凹部的外表面 205 限定的轭体 204 的总体形状大致相同的 形状。( 出于说明的目的， 在图 2 中示出包络线 207 大于轭体 204。) 例如， 包络线 207 的一 部分通过沿由端部 214 的外表面 205 限定的平面延伸的虚线表示。如图 2 中所示， 包络线 207 的截面是由侧面 208 和 210、 端部 212 和 214 以及拐角部 216-219 的外表面 205 限定的 八边多边形。 如以下将更详细地说明的， 轭体 204 可形成允许构件或装置渗透到包络线 207 中的通路、 切口、 凹部、 空腔等。
此外， 磁极 248 和 250( 或者， 更具体而言， 磁极顶部 252 和 254) 可通过其间的空
间区域 241 分开， 带电粒子在该区域内沿期望路径被引导。磁体线圈 262 和 266 也可通过 空间区域 243 分开。特别地， 腔室壁 272 和 274 可在其间具有空间区域 243。此外， 空间区 域 243 的周边可由还限定加速室 206 的周边的壁表面 354 限定。壁表面 354 可绕中心轴线 236 周向延伸。如图所示， 空间区域 241 沿中心轴线 236 延伸等于极隙 GP( 图 3) 的距离， 而 空间区域 243 沿中心轴线 236 延伸距离 D1。
如图 2 中所示， 空间区域 243 绕中心轴线 236 围绕空间区域 241。空间区域 241 和 243 可共同形成加速室 206。因此， 在所示实施例中， 回旋加速器 200 不包括仅围绕空间区 域 241 从而限定空间区域 243 作为回旋加速器的加速室的单独的罐或壁。更具体而言， 真 空泵 276 可通过空间区域 243 与空间区域 241 流体联接。进入空间区域 241 的气体可通过 空间区域 243 从空间区域 241 抽空。真空泵 276 与空间区域 243 流体联接。
图 3 是回旋加速器 200 且更具体而言下部 233 的放大侧视截面图。轭体 204 可限 定在加速室 206 上直接敞开的端口 278。真空泵 276 可在端口 278 处与轭体 204 直接联接。 端口 278 提供通入真空泵 276 的进口或开口以便不想要的气体粒子流经其中。端口 278 可 成形 ( 连同回旋分离器 200 的其它因素和尺寸 ) 为提供气体粒子通过端口 278 的期望传导。 例如， 端口 278 可具有圆形、 正方形或另一种几何形状。
真空泵 276 定位在由轭体 204 形成的泵接纳 (PA) 空腔 282 内。PA 空腔 282 与加 速室 206 流体联接并在加速室 206 的空间区域 243 上敞开并且可包括通路 P1。当定位在 PA 空腔 282 内时， 真空泵 276 的至少一部分位于轭体 204 的包络线 207( 图 2) 内。真空泵 276 可沿中间平面 232 远离中心区域 238 或中心轴线 236 径向向外突出。真空泵 276 可以 突出或可以不突出超过轭体 204 的包络线 207。举例而言， 真空泵 276 可位于加速室 206 与 平台 220 之间 ( 即， 真空泵 276 位于加速室 206 正下方 )。在其它实施例中， 真空泵 276 也 可在另一个位置沿中间平面 232 远离中心区域 238 径向向外突出。例如， 在图 2 中真空泵 276 可在加速室 206 上方或后方。在备选实施例中， 真空泵 276 可沿平行于中心轴线 236 的 方向远离侧面 208 或 210 中的一个突出。另外， 虽然图 3 中仅示出一个真空泵 276， 但备选 实施例可包括多个真空泵。此外， 轭体 204 可具有另外的 PA 腔室。
更具体而言， 真空泵 276 可在端口 278 处与轭体 204 直接联接并定位在轭体 204 与平台 220 之间并且相对于重力方向 GF 定向。真空泵 276 可定向为使得真空泵 276 的纵向 轴线 299 随重力方向 GF 延伸 ( 即， GF 和纵向轴线 299 彼此平行地延伸 )。在备选实施例中， 真空泵 276 的纵向轴线 299 可相对于重力方向 GF 形成角度 θ。角度 θ 例如可大于 10 度。 在其它实施例中， 角度 θ 为约 90 度。在其它实施例中， 角度 θ 大于 90 度。如图所示， 角 度 θ 可沿由沿重力方向延伸的轴线和中心轴线 236 形成的平面旋转 ( 即， 角度 θ 绕伸入 和伸出页面的轴线旋转 )。然而， 角度 θ 也可沿中间平面 232 旋转。由此， 真空泵 276 可定 向为使得纵向轴线 299 沿中间平面 232 朝中心部分 238 径向延伸。
在特定实施例中， 真空泵 276 是涡轮分子泵或无流体真空泵。使用油扩散泵的已 知真空系统可以不如上所述成角度 θ 定向， 因为油可能溢入加速室。然而， 本文所述的一 些泵， 例如涡轮分子泵， 可与轭体 204 直接联接或成大于 10 度的角度 θ 定向， 因为此类泵 不需要可能溢入加速室 206 的流体。此外， 此类泵可成等于 90 度的角度 θ 或至少部分上 下颠倒定向。
真空泵 276 包括罐壁 280 和被保持在其中的真空或泵组件 283。罐壁 280 大小和形状设置为配合在 PA 空腔 282 内并且将泵组件 283 保持在其中。例如， 当罐壁 280 从回旋 加速器 200 延伸到平台 220 时罐壁 280 可具有大致圆形的截面。备选地， 罐壁 280 可具有 其它截面形状。罐壁 280 可在其中提供足够的空间用于泵组件 283 有效地操作。壁表面 354 可限定开口 356 并且轭区段 228 和 230 可形成紧邻端口 278 的对应的边沿部分 286 和 288。边沿部分 286 和 288 可限定从开口 356 延伸到端口 278 的通路 P1。端口 278 在通路 P1 和加速室 206 上开口并具有直径 D2。开口 356 具有直径 D5。直径 D2 和 D5 可构造成使得 回旋加速器 200 在生产放射性同位素的过程中以期望效率操作。例如， 直径 D2 和 D5 可基于 加速室 206 的大小和形状， 包括极隙 GP， 以及泵组件 283 的操作传导率。作为具体示例， 直 径 D2 可为约 250mm 到约 300mm。
泵组件 283 可包括有效地抽空加速室 206 使得回旋加速器 200 在生产放射性同位 素的过程中具有期望操作效率的一个或更多泵送装置 284。泵组件 283 可包括一个或更多 动量传递型泵、 正排量型泵和 / 或其它类型的泵。例如， 泵组件 283 可包括扩散泵、 离子泵、 低温泵、 旋转叶片或粗抽泵和 / 或涡轮分子泵。 泵组件 283 还可包括多个一种类型的泵或使 用不同类型的泵的组合。泵组件 283 还可具有使用前述泵的不同特征或子系统的混合泵。 如图 3 中所示， 泵组件 283 还可与可将空气释放到周围环境中的旋转叶片或粗抽泵 285 成 串联流体联接。 此外， 泵组件 283 可包括用于去除气体粒子的其它构件， 例如另外的泵、 罐或腔 室、 管道、 衬垫、 包括通气阀的阀、 仪表、 密封件、 油和排气管。另外， 泵组件 283 可包括冷却 系统或连接到冷却系统上。另外， 整个泵组件 283 可装配在 PA 空腔 282 内 ( 即， 包络线 207 内 )， 或者备选地， 仅一个或更多构件可位于 PA 空腔 282 内。在该示例性实施例中， 泵组件 283 包括至少部分位于 PA 空腔 282 内的至少一个动量传递型真空泵 ( 例如， 扩散泵或涡轮 分子泵 )。
还示出了真空泵 276 可与加速室 206 内的压力传感器 312 通信联接。当加速室 206 达到预定压力时， 泵送装置 284 可自动启动或自动关闭。虽然未示出， 但加速室 206 或 PA 空腔 282 内可有另外的传感器。
图 4 示出可用作真空泵 276( 图 2) 的根据一个实施例形成的涡轮分子泵 376 的侧 视图。涡轮分子泵 376 可与轭体 204 直接联接 ( 即， 不通过远离轭体 204 从 PA 空腔伸出的 管道或导管与轭体联接 )。涡轮分子泵 376 可在磁轭的端口 378 与平台 375 之间沿中心轴 线 290 延伸。涡轮分子泵 376 包括与旋转风扇 305 操作联接的电动机 302。旋转风扇 305 可包括转子叶片 304 和定子叶片 306 的一个或更多级。各转子叶片 304 和定子叶片 306 从 沿中心轴线 290 延伸的轴 291 径向向外突出。在使用中， 涡轮分子泵 376 作为压缩机类似 地操作。转子叶片 304、 定子叶片 306 和轴 291 绕中心轴线 290 旋转。沿通路 P2 流动的气 体粒子经端口 378 进入涡轮分子泵 376 并且最初被一组转子叶片 304 撞击。转子叶片 304 成形为推动气体粒子远离回旋加速器的加速室， 例如加速室 206( 图 3)。 定子叶片 306 定位 在对应的转子叶片 304 附近并且也推动气体粒子远离该加速室。该过程继续通过风扇 305 的转子叶片 304 和定子叶片 306 的其它级， 使得空气流沿朝涡轮分子泵 376 的底部区域 392 远离加速室的方向移动 ( 箭头 F 指示该流动方向 )。当气体粒子达到涡轮分子泵 376 的底 部区域 392 时， 可迫使气体粒子经排气管或管道 308 从涡轮分子泵 376 流出。排气管 308 引导从加速室去除的空气通过从罐壁 380 突出的出口 310。出口 310 可与旋转轮叶泵或粗
抽泵 ( 未示出 ) 流体联接。
图 5 是轭区段 228 的孤立的透视图并且更详细地示出磁极 248、 线圈空腔 268 和 通向真空泵 276( 图 2) 的端口 278( 图 2) 的通路 P1。图 5 中 X、 Y 和 Z 轴线指示轭区段 228 的定向。中间平面 232 由 X 轴线和 Y 轴线形成。中心轴线 236 沿 Z 轴线延伸。轭区段 228 具有包括等于图 2 中所示的长度 L 的直径 D3 的大致圆形本体。轭区段 228 包括在环部 321 内限定的侧面敞开的空腔 320。环部 321 具有围绕中心轴线 236 延伸并限定侧面敞开的空 腔 320 的周边的内表面 322。轭区段 228 还具有围绕环部 321 延伸的外表面 326。环部 321 的径向厚度 T2 被限定在内表面 322 与外表面 326 之间。
如图所示， 磁极 248 位于侧面敞开的空腔 320 内。 环部 321 和磁极 248 彼此同心并 具有延伸穿过其中的中心轴线 236。磁极 248 和内表面 322 在二者之间限定线圈空腔 268 的至少一部分。 在一些实施例中， 轭区段 228 包括沿环部 321 延伸并平行于由径向线 237 和 239 限定的平面的配合面 324。配合面 324 构造成当轭区段 228 和 230 沿中间平面 232( 图 2) 配合在一起时与轭区段 230 的相对配合面 ( 未示出 ) 配合。
还示出轭区段 228 可包括部分限定通路 P1 和 PA 空腔 282( 图 3) 的轭凹部 330。 轭 区段 230 可具有类似地成形的轭凹部 340( 在图 6 中示出 )， 使得轭体 204( 图 2) 形成通路 P1 和 PA 空腔 282。轭凹部 330 成形为当轭体 204 完全形成时接纳真空泵 276。例如， 轭凹 部 330 可具有切口 341， 该切口 341 可为矩形形状并朝中心轴线 236 以深度 D4 伸入轭区段 228。切口 341 也可具有沿轭区段 228 的弧形部分延伸的宽度 W1。轭区段 228 也可形成部 分限定端口 278( 图 3) 或通路 P1 的台肩 (ledge) 部分 349。包括台肩部分 349 和切口 341 的凹部 330 可大小和形状设置为在回旋加速器 200( 图 2) 操作过程中对磁场的影响最小或 没有影响。
在一个实施例中， 表面 322 的全部或一部分和可与粒子互相作用的任何其它表面 镀有铜。镀铜表面构造成减少多孔铁表面的影响。在一个实施例中， 真空泵 276 的内表面 可包括镀铜。镀铜内表面也可构造成减小表面电阻率。
虽然未示出， 但可以存在延伸穿过轭区段 228 的径向厚度 T2 的孔、 开口或通路。 例 如， 可存在延伸穿过径向厚度 T2 的 RF 导通和其它电连接。也可存在粒子束离开回旋加速 器 200( 图 2) 的束离开通道。此外， 冷却系统 ( 未示出 ) 可具有延伸穿过径向厚度 T2 以用 于冷却加速室 206 内的构件的管道。
在所示的实施例中， 回旋加速器 200 是同步回旋加速器， 其中磁极 248 的磁极顶部 252 形成包括峰部 331-334 和谷部 336-339 的扇形装置。如下文将更详细地说明的， 峰部 331-334 和谷部 336-339 与磁极 250( 图 2) 的对应的峰部和谷部互相作用， 以产生用于聚焦 带电粒子的路径的磁场。
图 6 是轭区段 230 的平面图。轭区段 230 可具有与关于轭区段 228( 图 2) 所述 类似的构件和特征。例如， 轭区段 230 包括限定具有位于其中的磁极 250 的侧面敞开的空 腔 420 的环部 421。环部 421 可包括构造成接合轭区段 228 的配合面 324( 图 5) 的配合面 424。还示出轭区段 230 包括轭凹部 340。当轭体 204( 图 2) 完全形成时， 切口 341( 图 5) 和切口 345 组合而形成 PA 空腔 282、 真空端口 278 和通路 P1。PA 空腔 282 可大致为立方体 形或箱形使得真空泵 276 可配合在其中， 并且真空端口 278 可为圆形。然而， 在备选实施例 中， PA 空腔 282 和端口 278 可具有其它形状。磁极 250 的磁极顶部 254 包括峰部 431-434 和谷部 436-439。轭区段 230 还包括 朝彼此并朝磁极 250 的中心 444 径向向内延伸的射频 (RF) 电极 440 和 442。RF 电极 440 和 442 分别包括分别从茎部 445 和 447 延伸的中空 D 形物 441 和 443。D 形物 441 和 443 分别 位于谷部 436 和 438 内。茎部 445 和 447 可与环部 421 的内表面 422 联接。还示出轭区段 230 可包括绕磁极 250 和内表面 422 布置的多个拦截屏板 471-474。拦截屏板 471-474 定 位成拦截加速室 206 内损失的粒子。拦截屏板 471-474 可包含铝。轭区段 230 还可包括也 包含铝的束刮板 481-484。
RF 电极 440 和 442 可形成 RF 电极系统， 例如参考图 1 所述的电场系统 106， 其中 RF 电极 440 和 442 使加速室 206( 图 2) 内的带电粒子加速。RF 电极 440 和 442 彼此配合并形 成共振系统， 该共振系统包括调谐为预定频率 ( 例如， 100MHz) 的感应元件和电容元件。RF 电极系统可具有可包括与一个或更多放大器通信的频率振荡器的高频发电机 ( 未示出 )。 RF 电极系统在 RF 电极 440 和 442 之间产生交流电势， 从而使带电粒子加速。
图 7A 和 7B 是指示底部 233 所经受的磁场的回旋加速器 200( 图 2) 的底部 233 的 截面图。图 7A 沿由 X 轴线和 Y 轴线形成的中间平面 232( 图 2) 截取， 而图 7B 沿由 Y 轴线 和 Z 轴线形成的平面截取。出于说明的目的， 未示出真空泵 276( 图 2)。然而， 真空泵 276 可为任何上述真空泵， 包括涡轮分子泵、 非扩散泵或具有旋转风扇的无流体泵。 在回旋加速 器 200 的操作过程中， 回旋加速器 200 所生成的磁场可能从期望区域逸散并进入不希望有 磁场的区域。一般将此类磁场称为 “杂散场” 。图 7A 和 7B 示出了影响 PA 空腔 282 的杂散 场。杂散场由磁场线 B 指示。PA 空腔 282 内的磁场可包括两个分量。也就是说， 在磁极 248 和 250( 或磁极顶部 252 和 254) 之间生成的经真空端口 278 渗透到 PA 空腔 282 中的磁场 ( 通过场线 BPOLES 表示 ) 和经 PA 空腔 282 返回的方向相反的磁场 ( 通过场线 BRETURN 表示 )。 随着磁场线 BPOLES 和 BRETURN 进一步远离真空端口 278 延伸， 场线的对应的量级减小。此外， BPOLES 和 BRETURN 具有方向相反的磁场， 这可进一步减小 PA 空腔 282 内经受的磁场的量级。
如图 7A 和 7B 中所示， 回旋加速器 200 可构造成在磁极 248 和 250 之间生成平均 磁场使得 PA 空腔 282 内出现杂散磁场。在此类实施例中， 真空泵 276 仍可至少部分地定位 在 PA 空腔 282 内和 / 或至少部分地定位在轭体 204 的包络线 207 内。例如， 可减小或限制 PA 空腔 282 内出现的杂散磁场使得真空泵 276 可在 PA 空腔 282 内有效地操作。如本文所 用的， 在定位在 PA 空腔 282 内和 / 或包络线 207 内时 “有效地操作” 包括真空泵 276 在商 业上合理的时间段操作。例如， 真空泵 276 可操作数年而不遭受明显损坏或需要更换真空 泵 276。
轭体 204 和 PA 空腔 282 的尺寸可构造为使得 PA 空腔 282 内经受的磁场不超过预 定值。更具体而言， 深度 D4、 轭体 204 的厚度 T2、 真空端口 278 的宽度 W1( 图 7A)、 宽度 W2( 图 7B) 和直径 D2 中的一个或多个可大小和形状设置为使得 PA 空腔 282 内的磁场不超过预定 值。例如， 深度 D4 可大于厚度 T2 的一半 (1/2)。此外， 轭体 204 可限定具有厚度 T3 的边沿 390， 该厚度 T3 可为例如厚度 T2 与深度 D4 之差。直径 D2 和厚度 T3 可大小和形状设置为不 仅允许预定的传导率水平， 而且将 PA 空腔 282 内经受的磁场减小为预定值。在一个实施例 中， 厚度 T2 为大约 200mm， 深度 D4 可大于 150mm， 且直径 D2 为大约 300mm。然而， 轭体 204 的 前述尺寸仅为说明性的且并非旨在加以限制。在备选实施例中， 轭体 204 的尺寸可为其它 值。由此， 回旋加速器 200 可构造为使得真空泵 276 所经受的磁场的量级不超过预定 值。例如， 磁极 248 和 250 之间的平均磁场可为至少 1 特斯拉并且真空泵 276 所经受的磁 场可小于约 75 高斯。更特别地， 磁极 248 和 250 之间的平均磁场可为至少 1 特斯拉并且真 空泵 276 所经受的磁场可小于约 50 高斯。在其它实施例中， 磁极 248 和 250 之间的平均磁 场可为至少 1.5 特斯拉并且真空泵 276 所经受的磁场可小于约 75 高斯或者可小于约 50 高 斯。更特别地， 当磁极 248 和 250 之间的平均磁场为 1 特斯拉或 1.5 特斯拉时真空泵 276 所经受的磁场可小于约 30 高斯。
真空泵 276( 例如， 涡轮分子泵 ) 可与真空端口 278 直接联接。然而， 真空泵 276 可定位在 PA 空腔 282 中一定距离处 ( 即， 远离加速室 206) 使得真空泵 276 远离真空端口 278 更大的距离。 在一些实施例中， 在真空端口 278 处经受的磁场可超过其中真空泵 276 可 有效地操作的预定值。然而， 在此类实施例中， 真空泵 276 的操作构件， 例如电动机或旋转 风扇， 可以位于真空泵 276 内， 使得这些操作构件所经受的磁场不会阻碍真空泵 276 有效地 操作。
此外， 在备选实施例中， PA 空腔 282 可具有定位在其中的围绕真空泵 276 的屏蔽 板。该屏蔽板可用于衰减真空泵 276 所经受的磁场。
图 10A-10E 是示出 PA 空腔内沿延伸穿过 PA 空腔的平面经受的磁场的曲线图。特 别地， 图 10A-10E 示出 PA 空腔在远离轭体的几何中心一定距离处 ( 即， 沿如图 5 中所示的 X 轴线 ) 和沿 PA 空腔的宽度或直径 ( 即， 沿如图 5 中所示的 Y 轴线或 Z 轴线 ) 经受的磁场。 用于图 10A-10E 的 PA 空腔具有类似于通路 P1( 图 3) 的通路， 该通路从紧邻加速室的开口 延伸到端口。在图 10A-10E 中， 该开口具有 250mm 的直径且该端口具有 300mm 的直径。图 10A 示出磁场沿中间平面例如中间平面 232( 图 2) 或 XY 平面 ( 图 5) 的量级 ； 图 10B 示出 磁场在 XY 平面中的 z 分量 ； 图 10C 示出磁场沿 YZ 平面的量级 ； 图 10D 示出磁场在 YZ 平面 中的 z 分量 ； 且图 10E 示出磁场在 YZ 平面中的 y 分量。
如图 10A-10E 中所示， PA 空腔内部的磁场具有两个分量， 也就是说， 来自穿过 PA 空 腔并穿入 PA 空腔中的磁极之间的磁场的分量和方向相反的轭磁场的分量， 该分量所取的 路径穿过 PA 空腔而不是轭体的材料 ( 例如， 铁 )。图 10A-10E 示出磁场的量级和通过端口 的两个垂直平面 ( 中间平面 z ＝ 0， 而对称平面 x ＝ 0) 中的主要场分量。
图 8 是根据一个实施例形成的同位素生产系统的透视图。系统 500 构造成在医院 或临床环境中使用并且可包括与系统 100( 图 1) 和回旋加速器 ( 图 2-6) 一起使用的类似 构件和系统。 系统 500 可包括回旋加速器 502 和靶系统 514， 其中生成用于患者的放射性同 位素。 回旋加速器 502 限定加速室 533， 其中当回旋加速器 502 启动时带电粒子沿预定路径 移动。当使用时， 回旋加速器 502 使带电粒子沿预定或期望束路径 536 加速并将粒子引入 靶系统 514 的靶阵列 532。束路径 536 从加速室 533 延伸到靶系统 514 中并用虚线表示。
图 9 是回旋加速器 502 的截面。如图所示， 回旋加速器 502 具有与回旋加速器 200( 图 2) 类似的特征和构件。然而， 回旋加速器 502 包括磁轭 504， 该磁轭 504 可包括被 夹在一起的三个区段 528-530。更具体而言， 回旋加速器 502 包括位于轭区段 528 和 530 之 间的环区段 529。当环区段和轭区段 528-530 如图所示堆叠在一起时， 轭区段 528 和 530 跨 中间平面 534 彼此正对并在其中限定磁轭 504 的加速室 506。如图所示， 环区段 529 可限定 通向真空泵 576 的端口 578 的通路 P3。真空泵 576 可具有与真空泵 276( 图 2) 类似的特征和构件并且可为涡轮分子泵， 例如涡轮分子泵 376( 图 4)。
返回图 8， 系统 500 可包括护罩或壳体 524， 该护罩或壳体 524 包括向上敞开而彼 此正对的可动隔板 552 和 554。如图 8 中所示， 两个隔板 552 和 554 都位于开启位置。壳体 524 可包括有利于屏蔽辐射的材料。例如， 壳体可包括聚乙烯和可选的铅。当关闭时， 隔板 554 可覆盖靶系统 514 的靶阵列 532 和用户接口 558。隔板 552 当关闭时可覆盖回旋加速 器 502。
还如图所示， 回旋加速器 502 的轭区段 528 可在打开位置与关闭位置之间移动。 ( 图 8 示出打开位置且图 9 示出关闭位置。) 轭区段 528 可附接到允许轭区段 528 像门或 盖子一样摆开并提供到加速室 533 的通道的铰链 ( 未示出 ) 上。轭区段 530( 图 9) 也可在 打开位置与关闭位置之间移动或者可被密封在环区段 529( 图 9) 上或与环区段 529 一体形 成。
此外， 真空泵 576 可位于环区段 529 的泵室 562 和壳体 524 内。当隔板 552 和轭 区段 528 位于打开位置时可进入泵室 562。如图所示， 真空泵 576 位于加速室 533 的中心 区域 538 下方， 使得从水平支撑物 520 延伸通过端口 578 的中心的竖直轴线将与中心区域 538 相交。还示出了轭区段 528 和环区段 529 可具有屏蔽板凹部 560。束路径 536 延伸穿 过屏蔽板凹部 560。
本文所述的实施例并未旨在局限于生成医用放射性同位素， 而是也可生成其它同 位素并使用其它靶材。此外， 在所示的实施例中， 回旋加速器 200 是竖直定向的同步回旋加 速器。然而， 备选实施例可包括其它类型的回旋加速器和其它定向 ( 例如， 水平 )。
应理解， 以上说明旨在进行说明， 而非加以限制。例如， 上述实施例 ( 和 / 或其方 面 ) 可彼此结合地使用。另外， 在不脱离其范围的前提下， 可做出许多改型以使具体情形或 材料适合本发明的教导。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数， 但它 们绝非限制并且是示例性实施例。在参看以上描述以后， 诸多其它实施例对于本领域的技 术人员来说将显而易见。因此， 本发明的范围应该参考所附权利要求和对此类权利要求赋 予的等同装置的完整范围来确定。在所附权利要求中， 术语 “包括” 和 “其中” 用作相应术 语 “包括” 和 “其中” 的通俗英语等效术语。此外， 在以下权利要求中， 术语 “第一” 、 “第二” 和 “第三” 等仅用作标签， 且并非旨在对它们的对象施加数值要求。此外， 以下权利要求的 限制不是以装置加功能的格式书写且并非旨在基于美国法律第 35 条 112 款第六段来解释， 除非且直到这种权利要求限制清楚地使用 “用于…的装置” 接着陈述功能而不存在进一步 的结构。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明， 并且还使本领域的任 何技术人员能够实施本发明， 包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方 法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定， 并且可包括本领域技术人员想到的 其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件， 或者它 们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件， 则认为此类其它实例包含在 权利要求的保护范围内。