阅读说明：本技术 液体靶装置 (Liquid target device ) 是由 鹈野浩行 越智重治 F·圭拉 于 2020-03-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种液体靶装置,即使在靶箔破损时也可防止靶液体向装置外流出。该液体靶装置(1)具备：靶容纳部(23),作为液体容纳部而容纳靶液体；射束通道(11),使从粒子加速器(3)出射的带电粒子束(B)通过至液体容纳部；靶箔(33),对射束通道(11)与液体容纳部之间进行划分；及真空箔(31),对设置于射束通道(11)的上游侧的真空区域(A1)与射束通道(11)进行划分,在射束通道(11)上设置有在真空箔(31)侧供给冷却气体的第1气体室(R1)及在比第1气体室(R1)靠靶箔(33)侧供给冷却气体的第2气体室(R2),第1气体室(R1)与所述第2气体室(R2)之间通过中间箔(32)被划分。(The invention provides a liquid target device, which can prevent target liquid from flowing out of the device even if a target foil is damaged. The liquid target device (1) is provided with: a target accommodating section (23) as a liquid accommodating section for accommodating a target liquid; a beam passage (11) through which a charged particle beam (B) emitted from the particle accelerator (3) passes to the liquid container; a target foil (33) that divides the space between the beam passage (11) and the liquid storage section; and a vacuum foil (31) that divides a vacuum region (A1) provided on the upstream side of the beam passage (11) from the beam passage (11), wherein the beam passage (11) is provided with a1 st gas chamber (R1) that supplies a cooling gas on the vacuum foil (31) side and a 2 nd gas chamber (R2) that supplies a cooling gas on the target foil (33) side with respect to the 1 st gas chamber (R1), and the space between the 1 st gas chamber (R1) and the 2 nd gas chamber (R2) is divided by an intermediate foil (32).)

液体靶装置

技术领域

本申请主张基于2019年3月22日申请的日本专利申请第2019-054739号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种液体靶装置。

背景技术

以往，作为这种领域的技术，已知有下述专利文献1、2中记载的液体靶装置。在该液体靶装置中容纳有靶液体，通过粒子加速器加速的带电粒子束照射于靶液体而生成靶液体的放射性同位素(RI)。

专利文献1：日本专利第4541445号公报

专利文献2：日本专利第5442523号公报

上述液体靶装置中，靶的容纳部的上游侧的开口被所谓靶箔覆盖。当为这种装置结构的情况下，在照射带电粒子束时靶箔有时会破损。若靶箔破损，则靶液体有可能流入粒子加速器侧。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使在靶箔破损时也能够防止靶液体向粒子加速器侧流出的液体靶装置。

为了实现上述目的，本发明的一方式所涉及的液体靶装置具备：液体容纳部，容纳靶液体；射束通道，使从粒子加速器出射的带电粒子束通过至所述液体容纳部；靶箔，对所述射束通道与所述液体容纳部之间进行划分；及真空箔，对设置于所述射束通道的上游侧的真空区域与所述射束通道进行划分，在所述射束通道上设置有在所述真空箔侧供给冷却气体的第1气体室及在比所述第1气体室靠所述靶箔侧供给冷却气体的第2气体室，所述第1气体室与所述第2气体室之间通过中间箔被划分。

根据上述液体靶装置，在液体容纳部的靶箔与真空区域之间设置有将射束通道进行划分的真空箔和中间箔。因此，倘若因靶箔破损致使保持于液体容纳部中的靶液体流出到第2气体室，也可通过中间箔限制该靶液体的移动，因此可防止靶液体经过第1气体室向真空区域移动。因此，即使在靶箔破损时也能够防止靶液体向粒子加速器侧流出。

在此，能够将液体靶装置设为如下方式：所述第1气体室的冷却气体的流通系统与所述第2气体室的冷却气体的流通系统相互独立。

通过设为上述结构，倘若靶液体流出到第2气体室并伴随冷却气体的移动而排出到系统外，由于第2气体室的冷却气体的流通系统与第1气体室的冷却气体的流通系统为相互独立，也能够防止靶液体误供给至第1气体室等。

能够将液体靶装置设为如下方式：该液体靶装置还具有：配管，使从所述第2气体室排出的流体流过；及回收部，设置于所述配管且用于回收所述流体中所含的杂质。

如上所述，通过设为在使从第2气体室排出的流体流过的配管上设置有用于回收该流体中所含的杂质的回收部的结构，倘若靶液体泄漏到第2气体室并伴随冷却气体的移动而流到配管，也能够在回收部回收靶液体，因此能够防止靶液体向后段流出。

能够将液体靶装置设为如下方式：与不同于自装置的其他液体靶装置共享所述第1气体室的冷却气体的流通系统。

在一个粒子加速器设置有多个液体靶装置时，能够与其他液体靶装置共享冷却气体的流通系统。此时，若在共享的流通系统中混入靶液体等与冷却气体不同的杂质，则其影响范围有可能扩大。相对于此，通过设为与其他液体靶装置共享远离容纳靶液体的液体容纳部的一侧的第1气体室的冷却气体的流通系统的结构，即使在发生靶箔破损的情况下，也能够防止对其他液体靶装置等造成影响。

发明的效果

根据本发明，提供一种即使在靶箔破损时也可防止靶液体向粒子加速器侧流出的液体靶装置。

附图说明

图1为实施方式所涉及的液体靶装置的剖视图。

图2为说明液体靶装置的冷却气体的供给系统的图。

符号的说明

1、1A、1B、1C-液体靶装置，3-粒子加速器，10-冷却单元，11-射束通道，12、12a、12b、13、13a、13b-冷却流路，20-靶保持单元，21-靶容器部，22-冷却机构，23-靶容纳部，24-缓冲部，31-真空箔，32-中间箔，33-靶箔，61-氦冷却加压装置，62-汽水分离装置，63-过滤器。

具体实施方式

以下，参考附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，附图说明中对相同要件标注相同符号，并省略重复说明。

图1为在放射性同位素制造系统中使用的液体靶装置的概略结构图。包括液体靶装置1的放射性同位素制造系统(以下，称为“RI制造系统”)为将带电粒子束B照射于靶液体T来制造放射性同位素(以下，称为“RI”)的装置。利用该系统制造的RI例如用于制造作为放射性同位素标记化合物的放射性药剂(包括放射性医药品)。靶液体T例如为包含¹⁸O水及⁶⁸Zn、⁶⁵Ni、^natY等金属元素的酸性溶液等。作为由这些靶液体T生成的放射性同位素标记化合物，作为在医院等的PET检查(正电子发射断层扫描)中使用的化合物，存在¹⁸F-FDG(氟脱氧葡萄糖)、⁶⁸Ga-PSMA、⁶⁴Cu-DOTA-曲妥珠单抗、⁸⁹Zr-曲妥珠单抗等。

RI制造系统中除了液体靶装置1之外还包括粒子加速器。粒子加速器为出射带电粒子束B的加速器。作为带电粒子，例如可列举质子、重粒子(重离子)等。另外，作为粒子加速器，例如使用回旋加速器、线性加速器(直线加速器)等。作为带电粒子束，例如使用质子束、氘核束、α射线等。以下说明中，与从粒子加速器3出射的带电粒子束的上游、下游对应而使用“上游侧”、“下游侧”等术语。

液体靶装置1安装于歧管90，该歧管90设置于出射带电粒子束的端口，该端口设置于对应的回旋加速器。回旋加速器调整加速空间内的带电粒子束的轨道，并从端口取出带电粒子束。被取出的带电粒子束入射于歧管90并到达液体靶装置1。

液体靶装置1包括冷却单元10及靶保持单元20而构成。另外，在本实施方式中对冷却单元10和靶保持单元20分别进行说明，但单元的区分方式能够适当变更。

冷却单元10设置成从回旋加速器的歧管90突出的状态。冷却单元10在与带电粒子束B的照射轴相对应的位置具备用于使该带电粒子束B通过的射束通道11。射束通道11以带电粒子束B的照射轴为中心线而形成为截面为圆形的形状，且形成为沿该照射轴延伸。

冷却单元10在射束通道11上具备两组箔。真空箔31在射束通道11中将比真空箔31更靠近上游侧的区域保持为真空。换言之，比真空箔31更靠近上游侧的区域成为真空区域A1。并且，中间箔32在射束通道11中设置于比真空箔31更靠下游侧的区域。真空箔31及中间箔32为由钛或铬等金属或其合金形成的圆形形状的薄箔，厚度为10μm～100μm左右。作为箔，例如能够使用含有铁、钴、镍、铬、钼、锰、钨等的Havar箔(ハーバーフォイル)等，但并不限定于这些。并且，中间箔32也可以重叠两片上述箔来设置。图1中，示出重叠两片箔32a、32b来形成中间箔32的状态。若重叠两片箔32a、32b来形成中间箔32，则能够提高中间箔32的机械强度。

并且，冷却单元10具有向射束通道11吹出氦等冷却气体的两组冷却流路12、13。冷却流路12包括一对冷却流路12a、12b而构成。并且，冷却流路13包括一对冷却流路13a、13b而构成。

冷却流路12设置于射束通道11上的真空箔31与中间箔32之间。冷却流路12a、12b隔着射束通道11对置设置。并且，冷却流路12a、12b分别分支为朝向上游侧的部分和朝向下游侧的部分。冷却流路12a中朝向上游侧的部分对上游侧的真空箔31喷吹冷却气体，朝向下游侧的部分对中间箔32喷吹冷却气体(还参考图2)。冷却流路12b作为用于从射束通道11排出从冷却流路12a喷吹的冷却气体的流路而设置。

冷却流路13设置于比射束通道11上的中间箔32更靠近下游侧的位置。冷却流路13a、13b隔着射束通道11对置设置。并且，冷却流路13a、13b分别分支为朝向上游侧的部分和朝向下游侧的部分。冷却流路13a中朝向上游侧的部分对上游侧的中间箔32喷吹冷却气体，朝向下游侧的部分对后述靶容纳部23(液体容纳部)喷吹冷却气体(还参考图2)。冷却流路13b作为用于从射束通道11排出从冷却流路13a喷吹的冷却气体的流路而设置。

靶保持单元20为大致圆柱状，其具备靶箔33、靶容器部21及冷却机构22。靶保持单元20在比冷却流路13更靠下游侧的位置与冷却单元10连结。

靶容器部21配置于靶保持单元20的上游侧。在靶容器部21与上游侧的冷却单元10之间夹入有靶箔33。另外，也可以设为由构成靶保持单元20的部件夹入靶箔33以进行支承的结构，如图1所示，也可以设为由构成冷却单元10的部件夹入靶箔33以进行支承的结构。

在构成为图1所示的结构时，靶箔33的正面侧的一部分面暴露于射束通道11。靶箔33允许射束通过，另一方面阻断靶液体T或氦气体之类的流体通过。靶箔33例如为Havar箔或由铌等金属或合金形成的圆形状的薄箔，其厚度为10μm～50μm左右。

靶容器部21具备：靶容纳部23，正面观察时形成于中央部且能够容纳靶液体T；及缓冲部24，位于靶容纳部23的上方且与靶容纳部23连通。靶容纳部23及缓冲部24由靶容器部21的正面侧被靶箔33堵塞而形成的封闭空间构成。该封闭空间的一部分为储存靶液体T的靶容纳部23，上述封闭空间中比靶液体T的液面更靠近上方的部分为缓冲部24。换言之，靶容纳部23及缓冲部24与射束通道11之间通过靶箔33被划分。靶液体T通过配管41供给并填充于靶容纳部23，处理之后的靶液体T再次通过配管41被回收。

在比构成靶容纳部23及缓冲部24的背面壁43更靠背面侧的位置设置有冷却机构22。冷却机构22供给与背面壁43接触的冷却水并冷却靶容纳部23及缓冲部24。冷却机构22具有：背面水道45，处于紧挨着背面壁43的背面侧；引水道47，将冷却水导入到该背面水道45；及排水道49，从背面水道45排出冷却水。冷却水通过连接于引水道47的冷却水供给配管而从外部供给。通过这种冷却机构22，靶容纳部23内的靶液体T被冷却。并且，通过冷却机构22而缓冲部24被冷却，从而从靶容纳部23内的靶液体T蒸发的蒸汽在缓冲部24中被冷凝，并通过自身重量而返回到靶容纳部23内。另外，靶容纳部23及缓冲部24被通过配管51供给的非活性气体(例如He)加压，由此靶液体T的沸点上升。

如此，液体靶装置1中，通过真空箔31、中间箔32及靶箔33而在射束通道11上形成供冷却气体通过的两个气体室。即，在射束通道11上形成通过冷却流路12(12a、12b)供给冷却气体的第1气体室R1及通过冷却流路13(13a、13b)供给冷却气体的第2气体室R2。第1气体室R1与第2气体室R2之间通过中间箔32被划分。

接着，参考图2对供给至第1气体室R1和第2气体室R2的冷却气体的流动进行说明。液体靶装置1中，能够使供给至第1气体室R1的冷却气体的流通系统与供给至第2气体室R2的冷却气体的流通系统相互独立。另外，冷却气体的流通系统是指对气体室供给冷却气体及从气体室排出冷却气体的配管系统。

图2中示出三个液体靶装置1(1A、1B、1C)。图1中，对一个液体靶装置1进行了说明，但实际上有时相对于一个粒子加速器安装有多个液体靶装置1。例如，粒子加速器为回旋加速器时，有时在回旋加速器中设置有多个端口，经由歧管在各端口安装有液体靶装置1。在这种情况下，多个液体靶装置1以彼此在一定程度上靠近的状态设置。图2中示意地示出平行配置有三个液体靶装置1(1A、1B、1C)的状态，但实际上，根据粒子加速器的结构等，有时相邻的液体靶装置1之间的设置角度不同。

在这种情况下，能够与相邻的液体靶装置1之间共享供给至上游侧的第1气体室R1的冷却气体。即，与其他液体靶装置共享对第1气体室R1供给的冷却气体的流通系统S1。为图2所示的例子时，供给至液体靶装置1A的冷却气体从冷却流路12b排出之后，经由配管L1从液体靶装置1B的冷却流路12a供给至液体靶装置1B的射束通道11(第1气体室R1)。之后，供给至液体靶装置1B的第1气体室R1的冷却气体，在从冷却流路12b排出之后，经由配管L2而从液体靶装置1C的冷却流路12a供给至液体靶装置1C。如此，针对第1气体室R1的冷却气体的流通系统能够设为如下结构：通过配管来连接对多个液体靶装置1中相邻的液体靶装置1的第1气体室R1设置的冷却流路彼此，并经由该配管供给冷却气体。

另一方面，针对第2气体室R2的冷却气体的流通系统S2，能够与相邻的液体靶装置1独立设置。图2中示出供给至液体靶装置1B的冷却气体的流通系统S2。该供给系统中，在氦冷却加压装置61中被冷却的冷却气体(氦气体)经由配管L3被送至冷却流路13a，并从冷却流路13a供给至第2气体室R2。如此，能够将第1气体室R1的冷却气体的流通系统与第2气体室R2的冷却气体的流通系统设为相互独立。

另外，从第2气体室R2经过冷却流路13b排出的冷却气体经由配管L4被返送至氦冷却加压装置61。另外，在配管L4上设置有汽水分离装置62及过滤器63。在因靶箔33破损致使靶液体T流入配管L4时，汽水分离装置62及过滤器63发挥回收包括靶液体T在内的杂质的回收部的作用。在此的“杂质”是指与作为本来在流通系统S1、S2中流动的流体的冷却气体不同的所有物质。本来在配管L4中流动的流体只有氦气。

当在配管L4中流动的流体(氦气)中因靶箔33破损而含有靶液体T时，为了防止该液体流向后段而设置汽水分离装置62。用于汽水分离的装置结构并无特别限定，也可以如图2那样变更水箱的形状而设为能够进行汽水分离的结构。并且，也可以具有对在汽水分离装置62中回收的液体或气体进行中和处理的功能。

为了去除在配管L4中流动的气体中所含的水蒸气等而设置过滤器63。并且，气体中含有与氦气不同成分的气体等时，也可以使用能够吸附该成分的过滤器。

从第2气体室R2流出的气体经由配管L4上的汽水分离装置62及过滤器63而返送至氦冷却加压装置61。气体经过汽水分离装置62及过滤器63，由此即使在靶箔33破损时也能够去除所流入的靶液体T，因此能够防止氦冷却加压装置61受损。

如上所述，本实施方式所涉及的液体靶装置1中，在将靶容纳部23(液体容纳部)进行划分的靶箔33与上游侧的真空区域A1之间，设置有将射束通道11进行划分的真空箔31和中间箔32。因此，倘若因靶箔33破损而致使保持于靶容纳部23的靶液体流出到第2气体室R2，也可以通过中间箔32限制该靶液体的移动。因此，可防止靶液体经过第1气体室R1向上游侧的真空区域移动。因此，即使在靶箔33破损时也能够防止靶液体向粒子加速器侧流出。

在以往的结构中，并未设置中间箔32，且供冷却气体通过的气体室由一个室构成，因此在因靶箔33破损而致使靶液体T泄漏到气体室的情况下，靶液体T有可能流至真空箔31的下游侧。此时，倘若真空箔31破损，则靶液体T有可能流至上游的真空区域A1。若靶液体T流至真空区域A1，则有可能对上游侧的粒子加速器造成影响。尤其，在使用酸性的靶液体T时，真空区域A1有可能被酸腐蚀而造成重大影响。相对于此，本实施方式所涉及的液体靶装置1中，在射束通道11上设置了通过中间箔32划分的两个气体室，由此防止靶液体T的泄漏到达真空箔31。因此，即使靶箔33破损，也能够抑制靶液体T向粒子加速器侧移动。

并且，能够将液体靶装置设为如下方式：第1气体室R1的冷却气体的流通系统S1与第2气体室R2的冷却气体的流通系统S2相互独立。通过设为这种结构，倘若靶液体T流出到第2气体室R2，且伴随冷却气体的移动而经过流通系统S2排出到系统外，由于第2气体室R2的冷却气体的流通系统S2与第1气体室R1的冷却气体的流通系统S1相独立，也能够防止靶液体T被误供给到第1气体室R1等。即，仅使第2气体室R2与靶液体T接触，从而能够防止第1气体室R1与靶液体T接触，因此能够防止靶液体T向粒子加速器侧移动。

并且，能够将液体靶装置设为如下方式：该液体靶装置还具有：配管L4，使从第2气体室R2排出的流体流过；及汽水分离装置62及过滤器63，设置于配管L4，作为用于回收流体中所含的杂质的回收部。通过设为这种结构，倘若靶液体T泄漏到第2气体室R2且伴随冷却气体的移动而流到配管L4，也能够在回收部中回收与靶液体T有关的杂质，因此能够防止靶液体T向后段流出。即，能够防止向系统外排出与靶液体T有关的杂质，同时能够防止用于对氦冷却加压装置61等的第2气体室R2供给冷却气体的泵及配管等与靶液体T的物质接触。

并且，如上所述，与不同于自装置的其他液体靶装置共享第1气体室R1的冷却气体的流通系统S1。对于一个粒子加速器设置有多个液体靶装置时，能够与其他液体靶装置共享冷却气体的流通系统。在这种情况下，若在共享的流通系统中混入靶液体T等与冷却气体不同的杂质，则有可能扩大影响范围，但如上述液体靶装置1那样，设为与其他液体靶装置共享远离靶容纳部23的一侧的第1气体室R1的冷却气体的流通系统的结构，即使在发生靶箔33破损的情况下，也能够防止对其他液体靶装置等造成影响。

以上述实施方式为首，能够以根据本领域技术人员的知识进行各种变更、改进的各种方式来实施本发明。并且，也能够利用上述实施方式中记载的技术事项来构成变形例。也可以适当组合而使用各实施方式的结构。

例如，能够适当变更构成液体靶装置1的各部的形状等。例如，将第2气体室R2作为冷却单元10的一部分进行了说明，但也可以将第2气体室R2的结构作为靶保持单元20的一部分而构成。

并且，支承箔的结构等并不限定于上述实施方式中说明的结构。并且，也可以无需重叠两片中间箔32，也可以由一片箔构成。

并且，设置于射束通道11上的气体室的个数也可以是3个以上。但是，可以认为，每当气体室的个数增加，则用于将气体室进行划分的部件(与中间箔32相对应的部件)的个数也增加，因此带电粒子对靶液体T的照射效率会下降。

并且，也可以设为第1气体室R1的冷却气体的流通系统S1与第2气体室R2的冷却气体的流通系统S2不独立的结构。但是，例如通过设为防止从第2气体室R2排出的冷却气体直接供给至第1气体室R1的结构，由此如上所述在向第2气体室R2泄漏了靶液体T时，能够防止与靶液体T有关的杂质流向第1气体室R1。并且，也可以设为不与其他液体靶装置1共享第1气体室R1的冷却气体的流通系统S1的结构。

并且，也可以将作为回收部的汽水分离装置62及过滤器63设为在液体靶装置1中未发生异常时、即靶箔33未破损时不作为回收部的发挥作用的状态。此时，通过设为以在检测到任何异常的阶段作为回收部发挥作用的方式进行控制的结构，能够实现上述实施方式中说明的作为回收部的作用。