本發(fā)明涉及同位素生產(chǎn)的，具體而言，涉及一種高功率束流下同時生產(chǎn)ge-68與pet核素的固體靶系統(tǒng)。

背景技術：

1、國際原子能機構（iaea）推薦應用?natga?(p,xn)?68ge?核反應生產(chǎn)ge-68，國際上現(xiàn)有的基于加速器的ge-68同位素生產(chǎn)裝置包括美國布魯克海文實驗室的blip、美國洛斯阿拉莫斯實驗室的ipf、加拿大triumf實驗室的isac、南非ithembalabs的saif等，這些高能加速器裝置的束流流強都在百微安量級。由于每種核素激發(fā)曲線的不同，只有在相應能量段里輻照才能得到最優(yōu)的核素產(chǎn)額，而加速器的能量范圍遠遠大于單一靶材的能量范圍，如果每個加速器的能量一次只能給金屬ga一種靶材使用，則加速器的能量范圍只有少部分能夠被利用。因此，美國布魯克海文國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室以及南非國家加速器中心針對高能加速器設計了sr-82/ge-68與ac-225/ge-68/pd-103等級聯(lián)靶方案。而目前20-30mev能區(qū)的中能回旋加速器，由于高可靠性、高開機率、低運行成本和易于生產(chǎn)spet核素與pet核素而備受關注，目前如何更好的利用質(zhì)子束的能量，設計適用于中能回旋加速器的高效ge-68固體靶生產(chǎn)系統(tǒng)成了目前的一個挑戰(zhàn)。

2、由于金屬ga的化學性質(zhì)十分特殊，其熔點低，化學活性高，美國布魯克海文國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室以及南非國家加速器中心生產(chǎn)ge-68常選用nb膠囊包裹金屬ga靶輻照制備ge-68。同位素生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子束流通常集中在ga靶某點上，導致ga靶熔融并和nb發(fā)生反應，從原子尺度上破壞了nb膠囊，導致靶在輻照下出現(xiàn)小孔、裂痕等現(xiàn)象，進而使靶材損失，冷卻系統(tǒng)受到沾污，同位素產(chǎn)量下降。而過往生產(chǎn)正電子核素的低能固體靶系統(tǒng)，主要以未密封固體靶和橡膠圈密封的固體靶為主。高功率輻照產(chǎn)生的高熱量，使靶材層與金屬基底層脫離，靶材損失到水冷或氦冷系統(tǒng)中，造成目標核素產(chǎn)額下降與循環(huán)冷卻污染的問題。而橡膠密封性差，耐受溫度上限低，因此，傳統(tǒng)nb膠囊靶和pet橡膠密封固體靶，并不適用于高功率質(zhì)子束流下同時生產(chǎn)ge-68與pet核素的固體靶系統(tǒng)。

3、據(jù)此，目前急需設計出一種適用于中能回旋加速器的高功率質(zhì)子束流下同時生產(chǎn)ge-68與pet核素的固體靶系統(tǒng)。該系統(tǒng)的膠囊靶組件的設計應能滿足長時間強流輻照生產(chǎn)同位素ge-68的需求，減少靶材的熔融，降低熔融ga直接與nb化學反應的概率，避免靶體損傷，提高ge-68的產(chǎn)額。該系統(tǒng)的pet核素固體靶組件的設計應簡單實用，密封性良好，減少靶材泄露，能夠高效利用穿透ga靶后的低能質(zhì)子生產(chǎn)pet核素，從而增加核素生產(chǎn)的種類。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是如何實現(xiàn)能滿足長時間強流輻照生產(chǎn)同位素ge-68需求的膠囊靶組件，減少靶材的熔融，降低熔融ga直接與nb化學反應的概率，以及如何實現(xiàn)能簡單實用、密封性良好、減少靶材泄露的密封靶組件，增加核素生產(chǎn)的種類，為克服以上現(xiàn)有技術（或相關技術）的缺陷，本發(fā)明提供一種高功率束流下同時生產(chǎn)ge-68與pet核素的固體靶系統(tǒng)。

2、本發(fā)明提供一種高功率束流下同時生產(chǎn)ge-68與pet核素的固體靶系統(tǒng)，包括：

3、一中能回旋加速器，用于持續(xù)發(fā)射中能強流質(zhì)子束；

4、一級聯(lián)靶，設于所述中能回旋加速器的旁側，所述級聯(lián)靶包括外殼、第一鋁靶體、第二鋁靶體、ga4ni合金膠囊靶和金屬密封靶，所述第一鋁靶體固定于所述外殼上朝向所述中能回旋加速器的一端，所述第二鋁靶體固定于所述外殼上背向所述中能回旋加速器的一端，所述ga4ni合金膠囊靶和所述金屬密封靶均通過支架固定于所述外殼內(nèi)，且所述ga4ni合金膠囊靶和所述金屬密封靶沿所述中能強流質(zhì)子束的發(fā)射方向依次設置，所述外殼內(nèi)填充有冷卻水；

5、一靶膜，架設于所述中能回旋加速器和所述第一鋁靶體之間；

6、一氦冷單元，架設于所述靶膜和所述第一鋁靶體之間，用于持續(xù)釋放氦氣至所述靶膜和所述第一鋁靶體之間以對所述靶膜和所述第一鋁靶體進行冷卻；

7、一控制單元，分別連接所述中能回旋加速器和所述氦冷單元，用于控制所述氦冷單元持續(xù)釋放氦氣，并控制所述中能回旋加速器發(fā)射所述中能強流質(zhì)子束，使所述中能強流質(zhì)子束依次穿過所述靶膜、所述第一鋁靶體、所述外殼和所述冷卻水后入射到所述ga4ni合金膠囊靶上生產(chǎn)得到ge-68核素，隨后穿過所述ga4ni合金膠囊靶后入射到所述金屬密封靶上生產(chǎn)得到pet核素。

8、本技術一種高功率束流下同時生產(chǎn)ge-68與pet核素的固體靶系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

9、本技術中高效利用質(zhì)子在ga靶中穿透能力與不同靶材的激發(fā)曲線，合理設計ga4ni?合金膠囊靶厚度，使第二階段的質(zhì)子入射能量恰好匹配pet核素的生產(chǎn)反應能量窗口，增加核素生產(chǎn)的種類，而包容性良好的ga4ni合金膠囊靶能夠利用外殼內(nèi)冷卻水與自身之間的強制對流換熱，實現(xiàn)高功率生產(chǎn)下的熱移除，滿足長時間強流輻照生產(chǎn)同位素ge-68需求；并且相較于傳統(tǒng)的金屬ga靶，本技術中將ga合金化，提高了靶材的熔點，避免靶材的熔融，降低熔融ga直接與nb化學反應的概率。

10、在一種可能的實施方式中，所述ga4ni合金膠囊靶包括：

11、一第一金屬基底層，所述第一金屬基底層的頂端開設有一第一圓形凹槽；

12、一ga4ni合金層，設于所述第一金屬基底層的所述第一圓形凹槽內(nèi)；

13、一第一金屬蓋板層，與所述第一金屬基底層的頂端固定連接以密封所述第一圓形凹槽。

14、在一種可能的實施方式中，所述ga4ni合金膠囊靶包括：

15、兩個第一金屬基底層，兩個所述第一金屬基底層的相對一端分別開設有一第一圓形凹槽，所述第一圓形凹槽的內(nèi)壁上設有金屬保護涂層；

16、兩個ga4ni合金層，分別設于兩個所述第一金屬基底層的所述第一圓形凹槽內(nèi)；

17、兩個所述第一金屬基底層的相對一端固定連接以密封兩個所述第一圓形凹槽。

18、與現(xiàn)有技術相比，采用上述技術方案能夠提供兩種ga4ni合金膠囊靶的結構方案，供技術人員選擇，以便滿足不同的需求。

19、在一種可能的實施方式中，所述第一金屬基底層和所述第一金屬蓋板層的材質(zhì)為nb或ti或inconel。

20、與現(xiàn)有技術相比，采用上述技術方案能夠使得第一金屬基底層和第一金屬蓋板層具備導電、導熱、高硬度、耐腐蝕的特性。

21、在一種可能的實施方式中，所述金屬保護涂層的材質(zhì)為re或ta，且所述金屬保護涂層的厚度大于5?μm。

22、與現(xiàn)有技術相比，采用上述技術方案能夠使得金屬保護涂層具備導電、導熱、耐ga金屬化學腐蝕的特性。

23、在一種可能的實施方式中，所述金屬密封靶包括：

24、一第二金屬基底層，所述第二金屬基底層的頂端開設有同圓心的一第二圓形凹槽和一環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽的內(nèi)徑大于所述第二圓形凹槽的直徑；

25、一靶材層，設于所述第二圓形凹槽內(nèi)；

26、一銦環(huán)，嵌設于所述環(huán)形凹槽內(nèi)；

27、一第二金屬蓋板層，蓋設于所述第二金屬基底層的頂端以密封所述第二圓形凹槽和所述環(huán)形凹槽。

28、與現(xiàn)有技術相比，采用上述技術方案后，基于銦環(huán)柔軟可塑的特性，將其填充在預留的環(huán)形凹槽內(nèi)，壓制形成氣密密封，僅需施壓，無需加熱，解決了過往的未密封固體靶在輻照過程中靶層與金屬基底層脫離，損失掉冷卻水，造成目標核素產(chǎn)額下降與循環(huán)水污染的問題，且相較于橡膠圈密封的固體靶，密封性更好，耐受溫度上限遠高于橡膠密封，因此可以耐受更強束流和更高功率的輻照，實現(xiàn)能簡單實用、密封性良好、減少靶材泄露的密封靶組件。

29、在一種可能的實施方式中，所述第二金屬基底層和所述第二金屬蓋板層的材質(zhì)為al、cu、ag、au、nb、ta、ti、inconel中的任意一種。

30、與現(xiàn)有技術相比，采用上述技術方案能夠使得第二金屬基底層和第二金屬蓋板層具備導電、導熱、高硬度、耐腐蝕的特性。

31、在一種可能的實施方式中，所述靶材層的材質(zhì)為68zn、64ni、naty、124teo2、44caco3中的任意一種。

32、在一種可能的實施方式中，所述金屬密封靶固定于所述外殼內(nèi)時，所述第二金屬蓋板層朝向所述ga4ni合金膠囊靶。

33、在一種可能的實施方式中，所述pet核素包括68ga、64cu、89zr、124i和44sc。