使用電子束生產(chǎn)鉬-99的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)設(shè)及用于生產(chǎn)鋼-99的方法、系統(tǒng)W及裝置。更具體而言，本公開(kāi)設(shè)及使用 大功率電子線性加速器由鋼-100祀生產(chǎn)鋼-99。
【背景技術(shù)】
[0002] 得-99m，W下稱(chēng)為""Tc，是在核醫(yī)學(xué)診斷過(guò)程中最為廣泛使用的放射性追蹤劑之 一。""Tc通常用于探測(cè)多種形式的癌癥、用于屯、臟壓力測(cè)試、用于評(píng)估骨骼密度、用于對(duì)選 擇的器官進(jìn)行成像，W及其他診斷測(cè)試。"mjc容易地放射出可檢測(cè)的140keV的伽馬射線，并 且具有僅約六小時(shí)的半衰期，從而限制患者暴露于放射。由于其極短的半衰期，配備有核醫(yī) 療設(shè)施的醫(yī)療中屯、使用""Tc發(fā)生器由 9叫〇的母同位素鋼-99(W下稱(chēng)為99Mo)獲得99mTc"99Mo 具有66小時(shí)的相對(duì)較長(zhǎng)的半衰期，運(yùn)允許將其從核反應(yīng)堆設(shè)施世界范圍地運(yùn)輸至醫(yī)療中 屯、，在所述核反應(yīng)堆設(shè)施中，"Mo的大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)自于高濃縮 235軸的裂變。"Mo的核生產(chǎn)的 問(wèn)題在于，其世界范圍的供給源自五個(gè)核反應(yīng)堆，運(yùn)些核反應(yīng)堆建于20世紀(jì)60年代，并且接 近它們的壽命末期。目前"Mo的世界供給的幾乎Ξ分之二來(lái)自于兩個(gè)反應(yīng)堆：（i)加拿大安 大略省喬克河實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家研究通用反應(yīng)堆，W及（ii)荷蘭的佩滕核反應(yīng)堆。在過(guò)去的幾 年里，由于兩個(gè)主要生產(chǎn)反應(yīng)堆的計(jì)劃或非計(jì)劃的停工，已經(jīng)非常短缺"Mo。因此，在反應(yīng)堆 停工的數(shù)周內(nèi)，醫(yī)療設(shè)施出現(xiàn)了嚴(yán)重短缺，造成醫(yī)療診斷測(cè)試的提供嚴(yán)重減少，而且對(duì)剩余 的核反應(yīng)堆產(chǎn)生大的產(chǎn)品需求。盡管兩個(gè)設(shè)施現(xiàn)在已經(jīng)再次運(yùn)行，但是對(duì)于"Mo的可依賴(lài)的 長(zhǎng)期供給仍然存在大的整體不確定性。
[0003] 懸
[0004] 本公開(kāi)的示例性的實(shí)施方式設(shè)及通過(guò)使用線性加速器進(jìn)行高能電子福照而由鋼-IOO(iwMo)生產(chǎn)鋼-99("Mo)的裝置、系統(tǒng)和方法。一些示例性的實(shí)施方式設(shè)及進(jìn)行本公開(kāi)的 方法的系統(tǒng)。一些示例性的實(shí)施方式設(shè)及包括本公開(kāi)的系統(tǒng)的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 本公開(kāi)將連同參考下面的附圖進(jìn)行描述，其中：
[0006] 圖1是本公開(kāi)的示例性系統(tǒng)的透視圖示，其顯示為具有在適當(dāng)位置處的防護(hù)屏蔽；
[0007] 圖2是圖1的示例性系統(tǒng)的透視圖，其顯示為移除了防護(hù)屏蔽；
[000引圖3是圖2的示例性系統(tǒng)的側(cè)視圖，其顯示為從所述系統(tǒng)的線性加速器部件移除了 防護(hù)屏蔽；
[0009] 圖4是圖3中顯示的示例性系統(tǒng)的俯視圖；
[0010] 圖5是圖3的端視圖，從端部顯示為具有線性加速器部件；
[0011] 圖6(A)是顯示了圖2的示例性系統(tǒng)的祀組裝部件的透視圖，所述祀組裝部件部分 未覆蓋防護(hù)屏蔽部件，而圖6(B)是顯示了裸露的祀組裝部件的透視圖；
[0012] 圖7是祀驅(qū)動(dòng)組件(垂直于由線性加速器產(chǎn)生的電子束)的側(cè)視圖；
[0013] 圖8是祀驅(qū)動(dòng)組件的主視圖，其顯示了由線性加速器電子束生成的執(zhí)致福射光子 束的入口；
[0014] 圖9是圖8中顯示的祀驅(qū)動(dòng)組件的橫截面主視圖；
[0015] 圖10是在冷卻塔部件與用于光束線的外殼的連接處的圖8中顯示的祀驅(qū)動(dòng)組件的 橫截面俯視圖；
[0016] 圖11是圖8中顯示的祀驅(qū)動(dòng)組件的橫截面俯視圖，其顯示了安裝于光束線中的祀 座；
[0017] 圖12是將大功率電子束轉(zhuǎn)換成用于福照多個(gè)i^Mo祀的執(zhí)致福射光子簇射的示意 圖；
[0018] 圖13是圖9的特寫(xiě)橫截面主視圖，其顯示了安裝的祀座；
[0019] 圖14是圖11的特寫(xiě)橫截面俯視圖，其顯示了安裝的祀座；
[0020] 圖15(A)是示例性祀座的透視圖，而圖15(B)是祀座的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0021] 圖16(A)是來(lái)自示例性冷卻管部件的頂部的透視圖，而圖16(B)是來(lái)自冷卻管部件 的底部的透視圖，且圖16(C)是冷卻管部件的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0022] 圖17(A)和17(B)顯示了安裝至圖9的祀組裝部件中的冷卻管部件的另一個(gè)實(shí)施方 式；
[0023] 圖18(A)和18(B)顯示了圖17的冷卻管部件，所述冷卻管部件在祀組裝部件內(nèi)合適 的位置被夾緊；
[0024] 圖19是示例性的遠(yuǎn)程控制鋼處理裝置的透視圖，所述遠(yuǎn)程控制鋼處理裝置安裝在 圖1中顯示的示例性系統(tǒng)的祀組裝臺(tái)部件的防護(hù)屏蔽覆層上；
[0025] 圖20是用于圖19中顯示的示例性的遠(yuǎn)程控制鋼處理裝置的示例性的框架支撐底 座的透視圖；
[0026] 圖21是示例性的穿梭托盤(pán)的透視圖，所述穿梭托盤(pán)與圖20中顯示的示例性的框架 支撐底座相配合；
[0027] 圖22是示例性的屏蔽桶的透視圖，所述屏蔽桶可安裝在圖21中顯示的示例性的穿 梭托盤(pán)上；
[00%]圖23是圖19中顯示的示例性的遠(yuǎn)程控制鋼處理裝置的另一透視圖；
[0029] 圖24(A)是來(lái)自圖19和圖23中顯示的示例性的遠(yuǎn)程控制鋼處理裝置的示例性抓鉤 部件的透視圖，其顯示為與吊車(chē)吊鉤接合，而圖24(b)是示例性抓鉤部件的透視圖，其顯示 為與示例性的鋼祀座接合；
[0030] 圖25是示例性的傾卸塔的透視圖，所述傾卸塔用于與圖19和圖23中顯示的示例性 的遠(yuǎn)程控制鋼處理裝置可拆卸地接合，其中所述示例性的傾卸塔配置成用于接收和保持冷 卻管組件；W及
[0031] 圖26是圖25中顯示的示例性?xún)A卸塔的水平橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本公開(kāi)的示例性實(shí)施方式設(shè)及使用由線性粒子加速器生成的電子束進(jìn)行的高能 福射而由1>〇祀產(chǎn)生"Mo的系統(tǒng)、裝置和方法。
[003：3]線性粒子加速器(通常稱(chēng)為"線性加速器(Linac)")是一種粒子加速器，其通過(guò)使 帶電粒子沿著直線光束線經(jīng)受一系列振蕩電位而大大增加帶電亞原子粒子的速度。使用線 性加速器產(chǎn)生電子束通常需要w下要素：（i)產(chǎn)生電子的來(lái)源，通常為陰極裝置，（ii)高壓 電源，其用于將電子初始注入（iii)空屯、管真空室，所述空屯、管真空室的長(zhǎng)度取決于電子束 期望的能量，（iv)沿管的長(zhǎng)度放置的多個(gè)電隔離圓柱形電極，（V)射頻能量源，其用于給圓 柱形電極中的每一個(gè)通電，即每個(gè)電極一個(gè)能量源，（Vi)圍繞管真空室的多個(gè)四極磁鐵，W 聚焦電子束，（Vii)合適的祀，W及(viii)冷卻系統(tǒng)，其用于在使用電子束福射的過(guò)程中冷 卻祀。線性加速器已通常被用于各種用途，例如用于X射線的產(chǎn)生，W及用于產(chǎn)生高能電子 束W為癌癥患者提供放射治療。
[0034] 線性加速器也常用作更高能量的加速器(比如同步加速器）的注射器，并且也可W 直接用于通過(guò)執(zhí)致福射而獲得用于粒子物理學(xué)的輕粒子可能的最高動(dòng)能。執(zhí)致福射是當(dāng)帶 電粒子被另一帶電粒子偏斜(通常為電子被原子核偏斜)時(shí)，通過(guò)該帶電粒子的減速而產(chǎn)生 的電磁福射。移動(dòng)的電子損失動(dòng)能，所述動(dòng)能由于能量守恒而轉(zhuǎn)換成光子。執(zhí)致福射具有連 續(xù)光譜，隨著加速電子的能量變化的增加，該連續(xù)光譜變得更強(qiáng)，并且其峰值強(qiáng)度朝更高頻 率轉(zhuǎn)移。
[0035] 然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，使用電子線性加速器通過(guò)執(zhí)致福射產(chǎn)生高能光子， W隨后通過(guò)光核反應(yīng)產(chǎn)生放射性同位素，似乎是一種效率低下的生產(chǎn)放射性同位素的方 法，因?yàn)殡娮优c原子核的電磁相互作用通常顯著小于其與作為入射粒子的質(zhì)子的強(qiáng)相互作 用。然而我們已經(jīng)確定，i^Mo具有用于在約15MeV的光子能下的光中子反應(yīng)的寬的"巨偶極 共振(giant dipole resonance)" (GDR)，運(yùn)導(dǎo)致在和99Mo之間的反應(yīng)橫截面顯著增大。 另外，i?Mo中10至30MeV范圍內(nèi)的高能光子的福射長(zhǎng)度為約10mm，運(yùn)顯著長(zhǎng)于相同能量的質(zhì) 子的范圍。因此，與質(zhì)子反應(yīng)相比，光中子反應(yīng)的有效祀厚度也更大。與線性加速器產(chǎn)生的 電子束相關(guān)的減少的反應(yīng)通道數(shù)限制了不需要的同位素的產(chǎn)生。相比之下，使用質(zhì)子束 由1>〇直接生產(chǎn)"Mo經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致由可存在于濃縮1>〇祀中的其他穩(wěn)定的Mo同位素產(chǎn)生其他 Tc同位素。醫(yī)學(xué)應(yīng)用對(duì)可能與99Tc 一同存在的其他放射性同位素的量具有嚴(yán)格的限制，并且 使用線性加速器生成的電子由i?Mo生產(chǎn)99Tc似乎更為優(yōu)選，因?yàn)楫a(chǎn)生其他Tc同位素的風(fēng)險(xiǎn) 顯著更低。此外，與存在于i?Mo祀中的其他Mo同位素的光中子反應(yīng)似乎通常產(chǎn)生穩(wěn)定的Mo。
[0036] 因此，本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施方式設(shè)及一種用于由多個(gè)i?Mo祀通過(guò)在所述i?Mo祀上的 光核反應(yīng)而生產(chǎn)"Mo的示例性高能線性加速器電子束裝置。所述裝置通常至少包括(i)電子 線性加速器，所述電子線性加速器能夠產(chǎn)生電子束，所述電子束具有至少化W的功率，約 1 OkW的功率、約15kW的功率、約20kW的功率、約25kW的功率、約30kW的功率、約35kW的功率、 約45kW的功率、約60kW的功率、約75kW的功率、約lOOkW的功率，（ii)經(jīng)水冷的轉(zhuǎn)換器，所述 經(jīng)水冷的轉(zhuǎn)換器用W由所述線性加速器生成的電子束產(chǎn)生至少20MeV的高能執(zhí)致福射光子 的高通量、約25MeV的執(zhí)致福射光子通量、約30MeV的執(zhí)致福射光子通量、約35MeV的執(zhí)致福 射光子通量、約40MeV的執(zhí)致福射光子通量、約45MeV的執(zhí)致福射光子通量，（iii)經(jīng)水冷的 祀組裝部件，其用于在其中安裝容納多個(gè)i?Mo祀的祀座，并且用于精確定位和對(duì)齊所述祀 座W用于攔截由經(jīng)水冷的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高能執(zhí)致福射光子福射束，W及（iv)多個(gè)屏蔽部 件，所述多個(gè)屏蔽部件用于包覆經(jīng)水冷的祀組裝部件W將伽瑪福射和/或中子福射限制在 祀組裝部件之內(nèi)，并防止福射泄漏出裝置之外。取決于被屏蔽的部件及其在裝置內(nèi)的位置， 所述屏蔽可W包含鉛、鋼、銅W及聚乙締中的一種或多種。所述裝置還包括(V)集成祀轉(zhuǎn)移 組件，所述集成祀轉(zhuǎn)移組件具有用于將多個(gè)祀座(祀座中的每一個(gè)裝載有多個(gè)i?Mo祀)遠(yuǎn)程 控制裝載和傳送至祀驅(qū)動(dòng)部件的部件。單獨(dú)的經(jīng)裝載的祀座可通過(guò)遠(yuǎn)程控制而從裝載/傳 送部件轉(zhuǎn)移至包含于經(jīng)水冷的祀組裝部件內(nèi)的祀驅(qū)動(dòng)部件中。使用祀驅(qū)動(dòng)部件將祀座傳送 至攔截執(zhí)致福射光子福射的位置。祀驅(qū)動(dòng)部件的底座與祀對(duì)齊居中部件接合，所述祀對(duì)齊 居中部件精確地定位和對(duì)齊經(jīng)裝載的祀座，W最大程度地?cái)r截執(zhí)致福射光子福射。集成祀 轉(zhuǎn)移組件另外配置用于將被福照的祀座從祀驅(qū)動(dòng)部件遠(yuǎn)程控制去除，并且轉(zhuǎn)移至鉛屏蔽熱 室W用于""Tc的分離和回收，所述""Tc衰變自與被福照的i?Mo祀相關(guān)的"Mo?？蛇x擇地，可 將被福照的i?Mo祀轉(zhuǎn)移至鉛屏蔽的船運(yùn)集裝箱中，W轉(zhuǎn)移至裝置外的熱室。
[0037] 顯然，可獲得的最