同位素产生系统和具有减少的杂散磁场的回旋加速器

摘要

一种回旋加速器，其包括磁轭和磁体组件，该磁轭具有环绕加速室的轭体。该磁体组件配置成产生磁场来沿着期望的路径引导带电粒子。该磁体组件位于该加速室中。磁场传播通过该加速室并且在该磁轭内。磁场的一部分逃到该磁轭的外部作为杂散场。该磁轭尺寸适于使得杂散场在离外部边界1米的距离处不超出5高斯。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包括涉及在具有题名为“ISOTOPE PRODUCTION  SYSTEM AND CYCLOTRON(同位素产生系统和回旋加速器)”代 理机构卷号236102(553-1444US)和具有题名为“ISOTOPE  PRODUCTION SYSTEM AND CYCLOTRON HAVING A MAGNET  YOKE WITH A PUMP ACCEPTANCE CAVITY(同位素产生系统和具 有带有泵接纳腔的磁轭的回旋加速器)”的代理机构卷号236098 (553-1441US)的专利申请中公开的主旨的主旨，其与本申请同时提 交，两者通过全文引用并入。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及回旋加速器，并且更具体地涉及用于 产生放射性同位素的回旋加速器。

背景技术

放射性同位素(也称为放射学核素)具有在药物治疗、成像和研 究中的若干应用，以及不涉及医学的其他应用。产生放射性同位素的 系统典型地包括粒子加速器，例如回旋加速器，其具有环绕加速室的 磁轭并且包括互相间隔开的对立的极。该回旋加速器使用电场和磁场 来加速带电粒子并且沿着极与极之间类似螺旋的轨道引导带电粒子。 为了产生同位素，回旋加速器形成带电粒子束并且将该束引导到加速 室外，使得它入射到靶材上。在操作回旋加速器期间，在磁轭内产生 的磁场非常强。例如，在一些回旋加速器中，极与极之间的磁场为至 少一个特斯拉。

然而，由回旋加速器产生的磁场可产生杂散场。杂散场是从回旋 加速器的磁轭中逃离进入不期望有磁场的区域的磁场。例如，在操作 回旋加速器期间，强的杂散场可以在磁轭的几米内产生。这些杂散场 可不利地影响回旋加速器设备或附近的其他系统装置。此外，杂散场 对于回旋加速器周围的那些人(具有心脏起搏器或一些其他生物医学 装置的人)可能是危险的。

除杂散磁场之外，回旋加速器可在回旋加速器的某一距离内产生 不期望的辐射水平。腔内的离子可与其中的气体粒子碰撞并且变成不 再受加速室内的电场和磁场影响的中性粒子。这些中性粒子可与加速 室的壁碰撞并且产生二次伽玛辐射。

在一些常规的回旋加速器和同位素产生系统中，杂散场和辐射的 挑战已经通过添加大量环绕回旋加速器的屏蔽或通过将回旋加速器 放置在专门设计的房间中而解决。然而，附加的屏蔽可能是昂贵的并 且对回旋加速器设计专门的房间提出了新的挑战，尤其是对于原本不 打算用于产生同位素的已有房间而言是新的挑战。

因此，需要减少附近杂散磁场的改进的方法、回旋加速器和同位 素产生系统。还需要减少由回旋加速器发射的辐射水平的改进的方 法、回旋加速器和同位素产生系统。

发明内容

根据另一个实施例，提供回旋加速器，其包括磁轭，该磁轭具有 环绕加速室的轭体和磁体组件。该磁体组件配置成产生磁场来沿着期 望的路径引导带电粒子。该磁体组件位于加速室中。磁场传播通过加 速室并且在磁轭内。磁场的一部分逃到磁轭的外部作为杂散场。磁轭 尺寸适于使得杂散场在离外边界1米的距离处不超出5高斯。

根据另一个实施例，提供制造回旋加速器的方法。该回旋加速器 配置成产生磁场和电场用于沿着期望的路径引导带电粒子。该方法包 括提供具有环绕加速室的轭体的磁轭。磁场在该加速室中产生来引导 带电粒子。磁轭尺寸适于使得逃离磁轭的杂散场在离外边界预定距离 处不超出预定量。该方法还包括将磁体组件定位在加速室中。该磁体 组件配置成产生磁场。该磁体组件配置成操作并且磁轭尺寸适于使得 杂散场在离外边界1米的距离处不超出5高斯。

附图说明

图1是根据一个实施例形成的同位素产生系统的框图。

图2是根据一个实施例形成的磁轭的透视图。

图3是根据一个实施例形成的回旋加速器的侧视图。

图4是在图3中示出的回旋加速器的底部的侧视图。

图5是图3中的回旋加速器的顶部的侧视图，其图示回旋加速器 操作期间的磁场线。

图6是图3中的回旋加速器的顶部的侧视图，其图示在操作期间 从回旋加速器发射的辐射。

图7是根据另一个实施例形成的同位素产生系统的透视图。

图8是根据另一个实施例形成的可与在图6中示出的同位素产生 系统一起使用的回旋加速器的侧面横截面。

图9A图示根据一个实施例形成的磁轭的一部分周围的杂散磁场 分布。

图9B图示当磁轭具有环绕在图9A中示出的磁轭的那部分的屏蔽 时该部分周围的杂散磁场的分布。

具体实施方式

图1是根据一个实施例形成的同位素产生系统100的框图。该系 统100包括回旋加速器102，其具有包括离子源系统104、电场系统 106、磁场系统108和真空系统110的若干子系统。在回旋加速器102 的使用期间，带电离子通过该离子源系统104置于回旋加速器102内 或注入回旋加速器102。该磁场系统108和电场系统106在产生带电 粒子的粒子束112时产生互相配合的相应场。这些带电粒子在回旋加 速器102内加速并且沿着预定路径被引导。系统100还具有抽取系统 115和包括靶材116的靶系统114。

为了产生同位素，粒子束112由回旋加速器102沿着束传输路径 117引导通过抽取系统115并且进入靶系统114使得粒子束112入射 到位于对应的靶区域120的靶材116上。系统100可具有多个靶区域 120A-C，单独的靶材料116A-C位于这些靶区域中。移动装置或系统 (未示出)可用于使靶区域120A-C相对于粒子束112移动使得粒子 束112入射到不同的靶材116上。在移动过程中也可维持真空。备选 地，回旋加速器102和抽取系统115可不只沿着一个路径引导粒子束 112，而可沿着对于每个不同的靶区域120A-C的唯一路径引导粒子束 112。

具有上文描述的子系统中的一个或多个的同位素产生系统和/或 回旋加速器的示例在美国专利号6,392,246；6,417,634；6,433,495；和 7,122,966以及在美国专利申请出版号2005/0283199中描述，其的全 部通过全文引用并入。另外的示例还在美国专利号5,521,469； 6,057,655；以及在美国专利申请出版号2008/0067413和2008/0258653 中提供，其的全部通过全文引用并入。

系统100配置成产生放射性同位素(也称为放射性核素)，其可 在医学成像、研究和治疗中使用，而且还用于不涉及医学的其他应用， 例如科学研究或分析。当用于医学目的时，例如在核医疗学(NM) 成像或正电子发射断层扫描(PET)成像中，放射性同位素还可称作 示踪剂。通过示例，系统100可产生质子来制造采用液体形式的¹⁸F^-同位素、作为CO₂的¹¹C同位素和作为NH₃的¹³N同位素。用于制造 这些同位素的靶材116可被浓缩¹⁸O水、天然¹⁴N₂气和¹⁶O水。系统 100还可产生氘核以便产生¹⁵O气(氧气、二氧化碳和一氧化碳)和 标记¹⁵O的水。

在一些实施例中，系统100使用¹H^-技术并且使带电粒子处于具 有近似10-30μA的束电流的低能(例如，大约7.8MeV)。在这样的 实施例中，负氢离子被加速并且引导通过回旋加速器102并且进入抽 取系统115。负氢离子然后可撞击抽取系统115的剥离箔(未示出)， 由此去除电子对并且制造正离子粒子¹H⁺。然而，在备选实施例中， 带电粒子可以是正离子，例如¹H⁺、²H⁺和³He⁺。在这样的备选实施例 中，抽取系统115可包括静电偏转器，其形成引导粒子束朝向靶材116 的电场。

系统100可包括冷却系统122，其传输冷却流体或工作流体到不 同系统的各种部件以便吸收由相应部件产生的热。系统100还可包括 控制系统118，其可由技术人员使用来控制各种系统和部件的操作。 控制系统118可包括一个或多个靠近或远离回旋加速器102和靶系统 114定位的用户界面。尽管未在图1中示出，系统100还可包括用于 回旋加速器102和靶系统114的一个或多个辐射和/或磁屏蔽。

系统100可采用预定量或批次产生同位素，例如用于在医学成像 或治疗中使用的各个剂量。系统100对于上文列出的示范性同位素形 式的生产能力可以是：对于¹⁸F^-以20μA在小于大约十分钟内是 50mCi；对于¹¹CO₂，以30μA在大约三十分钟内是300mCi；对于¹³NH₃以20μA在小于大约10分钟内是100mCi。

而且，系统100可使用相对于已知的同位素产生系统减少的空间 量，使得系统100具有将允许系统100容纳在有限空间内的大小、形 状和重量。例如，系统100可装配在原本不是为粒子加速器而建造的 已有房间内，例如在医院或临床设置中。如此，回旋加速器102、抽 取系统115、靶系统114以及冷却系统122的一个或多个部件可容纳 在大小和尺寸适于装配到有限空间的共用外壳124内。作为一个示例， 外壳124使用的总体积可以是2m³。外壳124的可能的尺寸可包括2.2m 的最大宽度、1.7m的最大高度和1.2m的最大深度。外壳和其中的系 统的组合重量可以是近似10000kg。外壳124可由聚乙烯(PE)和铅 制作并且具有配置成使来自回旋加速器102的中子通量和伽马射线衰 减的厚度。例如，外壳124可具有使中子通量衰减的沿着外壳124的 预定部分至少大约100mm的厚度(在环绕回旋加速器102的内表面 和外壳124的外表面之间测量的)。

系统100可配置成使带电粒子加速到预定能级。例如，本文描述 的一些实施例使带电粒子加速到近似18MeV或更小的能量。在其他 实施例中，系统100使带电粒子加速到近似16.5MeV或更小的能量。 在特定实施例中，系统100使带电粒子加速到近似9.6MeV或更小的 能量。在更特定实施例中，系统100使带电粒子加速到近似7.8MeV 或更小的能量。

图2是根据一个实施例形成的磁轭202的透视图。该磁轭202关 于X、Y和Z轴取向。在一些实施例中该磁轭202关于重力F_g垂直取 向。磁轭202具有轭体204，其可以大致上是绕中心轴线236(其延 伸通过轭体204的中心且平行于Z轴)的圆形。轭体204可由铁和/ 或另一个铁磁性材料制造并且大小和形状可适于产生期望的磁场。

轭体204具有绕中心轴线236周向弯曲的径向部分222。该径向 部分222具有延伸了宽度W₁的外径向表面223。该外径向表面223 宽度W₁可沿着中心轴线236在轴向方向上延伸。当轭体204垂直取 向时，径向部分222可具有顶端212和底端214，其中轭体204的直 径D_Y在顶端212和底端214之间延伸。轭体204还可具有由轭体204 厚度T₁分开的相对的侧208和210。每个侧208和210分别具有对应 的侧面209和211(侧面209在图3中示出)。这些侧面209和211 可大致上互相平行地延伸并且大致上可以是平面的(即，沿着由X和 Y轴形成的平面)。径向部分222通过拐角或过渡区216和218(其 分别具有拐角表面217和219)连接到侧208和210。(过渡区218 和拐角表面219在图3中示出。)拐角表面217和219从径向表面223 远离彼此、朝向中心轴线236延伸到对应的侧面211和209。径向表 面223、侧面209和211以及拐角表面217和219共同形成轭体204 的外表面205(图3)。

轭体204可具有若干通向轭体204的切口、凹槽或通道。例如， 轭体204可具有屏蔽凹槽262，其大小和形状适于收容用于靶组件(未 示出)的辐射屏蔽。如示出的，该屏蔽凹槽262具有沿着中心轴线236 延伸的宽度W₂。该屏蔽凹槽262朝中心轴线236向内弯曲通过厚度 T₁。如此，宽度W₁小于宽度W₂。而且，该屏蔽凹槽262可具有曲率 半径，其具有位于外表面205的外部的中心(指示为点C)。该点C 可代表靶的近似位置。备选地，屏蔽凹槽262可具有其他尺寸。同样 示出的，轭体204可形成大小和形状适于收容真空泵(未示出)的泵 接纳(PA)腔282。

图3是根据一个实施例形成的回旋加速器200的侧视图。该回旋 加速器200包括磁轭202。如示出的，轭体204可分成对立的轭段228 和230，该轭段228和230在其之间限定加速室206。轭段228和230 配置成沿着磁轭202的中面232邻近彼此地安置。回旋加速器200可 依靠在水平平台220上，该水平平台220配置成支撑回旋加速器200 的重量并且可以是，例如房间的地板或水泥板。中心轴线236在轭段 228和230之间延伸并且通过轭段228和230(相应地，以及对应侧 210和208)。中心轴线236垂直于中面232延伸通过轭体204的中 心。加速室206具有位于中面232和中心轴线236的交叉处的中央区 238。在一些实施例中，该中央区238在加速室206的几何中心。同 样示出的，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。

轭段228和230分别包括横跨加速室206内的中面232互相对立 的极248和250。极248和250可由极间隙G互相分开。该极间隙G 大小和形状适于当回旋加速器200在操作中时产生期望的磁场。此外， 可基于期望的传导率(conductance)来使得该极间隙G大小和尺寸适 于去除加速室内的粒子。作为示例，在一些实施例中，该极间隙G可 以是3cm。

极248包括极顶部252并且极250包括面向该极顶部252的极顶 部254。在图示的实施例中，回旋加速器200是等时性回旋加速器， 其中极顶部252和254每个形成峰区和谷区设置(未示出)。这些峰 和谷互相作用来产生磁场用于聚焦带电粒子的路径。轭段228或230 中的一个还可包括射频(RF)电极(未示出)，其包括位于对应的谷 内的中空D形物(dee)。RF电极互相配合并且形成谐振系统，其包 括调谐到预定频率(例如，100MHz)的电感和电容元件。RF电极系 统可具有高频发电机(未示出)，其可包括与一个或多个放大器通信 的频率振荡器。RF电极系统在RF电极之间形成交流电势。

回旋加速器200还包括位于加速室206内或附近的磁体组件260。 该磁体组件260配置成便于用极248和250产生磁场来沿着期望的路 径引导带电粒子。该磁体组件260包括横跨中面232互相间隔距离 D₁的对立磁体线圈对264和266。这些磁体线圈264和266可以是， 例如铜合金电阻线圈。备选地，这些磁体线圈264和266可以是铝合 金。磁体线圈可以是大致上圆形的并且绕中心轴线236延伸。轭段228 和230可分别形成磁场线圈腔268和270，其大小和形状适于分别收 容对应的磁体线圈264和266。同样在图3中示出的，回旋加速器200 可包括室壁272和274，其使磁体线圈264和266与加速室206分开 并且便于使磁体线圈264和266保持在适当位置。

加速室206配置成允许例如¹H^-离子等带电粒子沿着预定弯曲路 径在加速室206中加速，该预定弯曲路径采用螺旋方式缠绕中心轴线 236并且大致上保持沿着中面232。带电粒子初始安置在中央区238 附近。当激活回旋加速器200时，带电粒子的路径可围绕中心轴线236 轨道运行。在图示的实施例中，回旋加速器200是等时性回旋加速器， 并且如此，带电粒子的轨道具有绕中心轴线236的弯曲部分和更线性 的部分。然而，本文描述的实施例不限于等时性回旋加速器，而且包 括其他类型的回旋加速器和粒子加速器。如在图3中示出的，当带电 粒子围绕中心轴线236轨道运行时，带电粒子可投射到加速室206的 上部231中的页面(page)外，并且延伸进入加速室206的下部233 中的页面中。当带电粒子围绕中心轴线236轨道运行时，在带电粒子 的轨道和中央区238之间延伸的半径R增加。当带电粒子到达沿着轨 道的预定位置时，带电粒子被引导进入或通过抽取系统(未示出)并 且到回旋加速器200外。

在形成粒子束112之前或期间，加速室206可处于抽空状态。例 如，在形成粒子束之前，加速室206的压力可以是近似1×10^-7毫巴。 当激活粒子束并且H₂气正流过位于中央区238处的离子源(未示出) 时，加速室206的压力可以是近似2×10^-5毫巴。如此，回旋加速器 200可包括真空泵276，其在中面232附近。该真空泵276可包括从 轭体204的末端214向外径向突出的部分。如将在下文更详细论述的， 该真空泵276可包括配置成抽空加速室206的泵。

在一些实施例中，轭段228和230可朝向彼此以及远离彼此能够 移动使得可进入加速室206(例如，用于维修或维护)。例如，轭段 228和230可通过沿着轭段228和230的边延伸的铰链(未示出)联 接。轭段228和230中的任一个或两者可通过使对应的轭段绕该铰链 的轴线枢转而打开。作为另一个示例，轭段228和230可通过使轭段 中的一个远离另一个横向地线性移动而互相分开。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的磁轭202的 孔或开口)时，轭段228和230可一体式形成或保持密封在一起。在 备选实施例中，轭体204可具有未等分的段并且/或可包括超出两个的 段。例如，轭体可具有如在图8中关于磁轭504示出的三段。

加速室206可具有沿着中面232延伸并且关于中面232大致上对 称的形状。例如，加速室206可由围绕中心轴线236延伸的内径向表 面或壁表面225环绕，使得加速室206大致上是盘形的。加速室206 可包括内和外空间区241和243。该内空间区241可限定在极顶部252 和254之间，并且外空间区243可限定在室壁272和274之间。空间 区243绕中心轴线236延伸且环绕空间区241。在回旋加速器200操 作期间，带电粒子的轨道可以在空间区241内。如此，加速室206至 少部分由极顶部252和254以及室壁272和274横向限定。加速室的 外围可由径向表面225限定。加速室206还可包括远离空间区243径 向向外延伸的通道，例如通向真空泵276的通道P₁(在图4中示出)。

外表面205限定轭体204的包络(envelope)207。该包络207具 有大约等于由外表面205限定的轭体的一般形状，但没有小的腔、切 口或凹槽。(仅为了说明目的，该包络207在图3中示出为大于轭体 204。)如在图3中示出的，该包络207的横截面是由径向表面223、 侧表面209和211以及拐角表面217和219限定的八边形。轭体204 可形成通道、切口、凹槽、腔等，其允许部件或装置穿入包络207。 屏蔽凹槽262和PA腔282是允许对应的部件穿入包络207的这样的 凹槽和腔的示例。

图4是回旋加速器200的放大的侧面横截面，并且更具体地，是 下部233。轭体204可限定直接朝着加速室206、并且更具体地，朝 着空间区243打开的端口278。真空泵276可在端口278处直接耦合 于轭体204。端口278提供进入真空泵276的入口或开口用于非期望 的气体离子从其中流过。端口278形状适于提供通过端口278的气体 粒子的期望的传导率。例如，端口278可具有圆形、类似方形或另一 个几何形状。

真空泵276安置在由轭体204形成的泵接纳(PA)腔282内。该 PA腔282射流地耦合于加速室206并且朝着加速室206的空间区243 打开并且可包括通道P₁。当安置在PA腔282内时，真空泵276的至 少一部分在轭体204(图2)的包络207内。真空泵276可沿着中面 232远离中央区238或中心轴线236径向向外突出。真空泵276可突 出超过或不超过轭体204的包络。通过示例，真空泵276可位于加速 室206和平台220之间(即，真空泵276直接位于加速室206下方)。 在其他实施例中，真空泵276还可在另一个位置沿着中面232远离中 央区238径向向外突出。例如，真空泵276可以在图3中的加速室206 的上方或后面。在备选实施例中，真空泵276可在平行于中心轴线236 的方向上远离侧面208或210中的一个突出。而且，尽管在图4中只 示出一个真空泵276，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。

真空泵276包括罐壁280和保持在其中的真空或泵组件283。该 罐壁280大小和形状适于装配在PA腔282内并且保持泵组件283在 其中。例如，当罐壁280从回旋加速器200向平台220延伸时，该罐 壁280可具有大致上圆形的横截面。备选地，罐壁280可具有其他横 截面形状。罐壁280可在其中提供足够的空间以便泵组件283有效地 操作。径向表面225可限定开口356并且轭段228和230可形成靠近 端口278的对应的缘边部分286和288。该缘边部分286和288可限 定从开口356向端口278延伸的通道P₁。端口278朝着通道P₁以及 加速室206打开并且具有直径D₂。开口356具有直径D₁₀。直径D₂和D₁₀可配置成使得回旋加速器200在产生放射性同位素中以期望的 效率操作。例如，直径D₂和D₁₀可以基于加速室206的大小和形状(其 包括极间隙G)以及泵组件283的操作传导率。作为具体示例，直径 D₂可以是大约250mm至大约300mm。

泵组件283可包括一个或多个抽运装置284，其有效地抽空加速 室206使得回旋加速器200在产生放射性同位素中具有期望的操作效 率。泵组件283可包括一个或多个动量转移型泵、正排量型泵和/或其 他类型的泵。例如，泵组件283可包括扩散泵、离子泵、低温泵、旋 片或低真空泵(roughing pump)和/或涡轮分子泵。泵组件283还可包 括多个一个类型的泵或使用不同类型的泵的组合。泵组件283还可具 有使用前面提到的泵的不同特征或子系统的混合泵。如在图4中示出 的，泵组件283还可射流地串联耦合于旋片或低真空泵285，其可释 放空气进入周围大气。

此外，泵组件283可包括用于去除气体粒子的其他部件，例如附 加的泵、罐或室、管道、衬套、包括通风阀测量表的阀、密封件、油 和排气管。另外，泵组件283可包括冷却系统或可连接到冷却系统。 而且，整个泵组件283可装配在PA腔282内(即，在包络207内)， 或备选地，仅部件中的一个或多个可位于PA腔282内。在示范性实 施例中，泵组件283包括至少一个动量转移型真空泵(例如，扩散泵 或涡轮分子泵)，其至少部分位于PA腔282内。

同样示出的，真空泵276可通信地耦合于加速室206内的压力传 感器312。当加速室206到达预定压力时，抽运装置284可自动激活 或自动关掉。尽管未示出，在加速室206或PA腔282内可存在附加 的传感器。

图5是上部231的侧视图，其图示回旋加速器200(图3)操作 期间的磁场线。当激活磁体线圈264和266时，回旋加速器200在极 顶部252和254之间产生强磁场。例如，极顶部252和254之间的平 均磁场强度可以是至少1特斯拉或至少1.5特斯拉。大多数磁通穿过 轭体204。如关于上部231示出的，场的磁通在沿着由X和Y轴(图 2)形成的平面的方向上从极250穿过过渡区218，然后在沿着中心轴 线236的方向上通过径向部分222。然后磁通返回通过过渡区216和 极248。

当回旋加速器200在操作中时，磁场的一部分逃离轭体204进入 不希望有磁场的区域(即，杂散场)。杂散场可在轭体204的区域附 近产生，其中轭体204内的材料(例如，铁)的量不足以包含磁通。 也就是说，杂散场可在轭体204的横截面面积(其在磁场的横向(垂 直于磁场))具有不足以包含磁流(B)的尺寸的地方产生。如在图5 中示出的，轭体204的横截面面积(其可影响通过其中的磁流(B)) 可在过渡区216和218、径向部分222和沿着中心轴线236向对应的 侧208或210延伸的轭体的部分或区域内找到。

过渡区216和218、径向部分222以及线圈腔和对应的侧之间的 部分或区域的每个可具有最小横截面面积，其影响轭体204包含该区 域内的磁通的能力。该最小横截面面积可通过在轭体204的外部表面 205和内部表面之间定位最短厚度而确定。例如，轭体204的最小横 截面可在侧208附近的厚度T₆从线圈腔270的腔表面271内的点向沿 着侧表面209的最近点延伸的地方找到。尽管图5只示出轭体204的 一个横截面，当轭体204包围中心轴线236时，与厚度T6关联的最 小横截面面积可以是大致上均一的。此外，过渡区218的最小横截面 面积可在测量过渡区218的厚度T₅的地方找到。例如，可从线圈腔 270的腔表面271中的另一个点到拐角表面219的最近部分测量该厚 度T₅。同样，当轭体204包围中心轴线236时，与该厚度T₅关联的 最小横截面面积可以是大致上均一的。径向部分222的最小横截面面 积可在测量径向部分222的厚度T₄的地方找到。可从沿着加速室206 的内径向表面225的点到外径向表面223的最近点测量该厚度T₄。在 一些实施例中，与厚度T₄关联的最小横截面面积在整个轭体204中可 以是大致上均一的。

然而，在其他实施例中，径向部分222可包括腔、通道和/或凹槽， 其影响径向部分222的横截面面积。例如，径向部分222包括PA腔 282(图2)和屏蔽凹槽262(图2)，其中径向部分222的横截面面 积受到影响。PA腔282和屏蔽凹槽262大小和形状可适于使得从轭 体204去除的材料不显著影响轭体204的磁流(B)或产生另外的杂 散场。PA腔282和屏蔽凹槽262还可位于径向部分222内使得电子 设备或生物医学装置将不位于附近。例如，PA腔282可位于加速室 和平台220(图3)之间的轭体204的底部。屏蔽凹槽262可位于邻 近靶组件的屏蔽(未示出)。

与厚度T₄、T₅和T₆关联的最小横截面面积可显著影响靠近轭体 204的外部表面205的杂散场的量或强度。如此，径向部分222、过 渡区218以及轭体204在腔表面271和侧208之间延伸的部分的尺寸 都适于使得杂散场在离外部表面205预定距离处不超出预定量。距离 D₄、D₅和D₆代表对于对应的最小横截面面积的预定距离。距离D₄、 D₅和D₆可从对应的表面223、219和209离开来测量(即，从轭体外 面的点离开到对应表面的最短距离)。例如，可使用由Group 3制造 的数字霍尔效应特斯拉计(高斯计)。然而，可使用用于测量杂散场 的其他装置或方法。关于径向表面223，杂散场可沿正切于外部表面 的线从径向表面223径向向外测量。

通过示例，与厚度T₄、T₅和T₆关联的最小横截面面积尺寸适于 使得杂散场在离外部表面2051米的距离处不超出5高斯。更具体地， 与厚度T₄、T₅和T₆关联的最小横截面面积的尺寸适于使得杂散场在 离外部表面205.2米的距离处不超出5高斯。在上文的示例中，极顶 部252和254之间的平均磁场强度可以是至少1特斯拉或至少1.5特 斯拉。在一些实施例中，D₄、D₅和D₆是近似相等的。此外，在一些 实施例中，距离D₄、D₅和D₆中的最大距离可小于.2米。

图6是上部231的侧视图，其图示在回旋加速器200(图3)的 操作期间正发射的辐射。回旋加速器200可单独配置成使从加速室206 (图3)发射的辐射衰减。然而，回旋加速器200还可配置成使辐射 衰减并且减小杂散场的强度。当粒子在加速室206中与材料碰撞时， 回旋加速器200的使用者可能关注的两个类型的辐射在加速室206内 产生。第一类型的辐射来自中子通量。在特定实施例中，回旋加速器 200以低能操作使得来自中子通量的辐射在轭体外面不超出预定量。 例如，可操作回旋加速器来将粒子加速到近似9.6MeV或更小的能级。 更具体地，可操作回旋加速器来将粒子加速到近似7.8MeV或更小的 能级。

当中子与轭体204碰撞时，产生第二类型的辐射，伽玛射线。图 6图示当回旋加速器200在操作中时粒子一般与轭体204碰撞所在的 若干个点X_R。伽玛射线采用各向同性的方式从对应点X_R发射(即， 采用球形方式从对应点X_R离开)。轭体204的尺寸大小适于使伽玛 射线的辐射衰减。如此，可制造轭体204来使来自伽玛射线的辐射衰 减，使得可用比回旋加速器的已知屏蔽系统少得多的材料制造任何使 用的附加屏蔽。

例如，图6分别示出延伸通过径向部分222、过渡区218和轭体 204从线圈腔270向侧208延伸的部分的厚度T₄、T₅和T₆。厚度T₄、 T₅和T₆大小适于使得离外部表面205的期望距离内(或在外部表面 205处)的剂量率低于预定量。距离D₇-D₉代表从外部表面205离开 的预定距离，在该预定距离之内持续的辐射低于期望剂量率。离外部 表面205的每个距离D₇-D₉可以是从轭体204外面的点到外部表面507 的最短距离。

因此，厚度T₄、T₅和T₆大小适于使得当靶电流以预定电流操作 时轭体204外面的剂量率在期望距离内不超出期望量。通过示例，厚 度T₄、T₅和T₆大小适于使得在从大约20至大约30μA的靶电流时剂 量率在离对应表面小于大约1米的距离处不超出2μSv/h。此外，厚度 T₄、T₅和T₆大小适于使得在从大约20至大约30μA的靶电流时剂量 率在沿对应表面的点处(即，D₄、D₅和D₆近似等于零)不超出2μSv/h。 然而，剂量率可与靶电流成正比。例如，当靶电流是10-15μA时，剂 量率在沿对应表面的点处可以是1μSv/h。

剂量率可通过使用已知方法或装置确定。例如基于离子室或盖革 弥勒(GM)管的伽玛测量计可以用于检测伽玛。中子可使用专用的 中子监测器检测，这通常基于来自与离子室或GM管周围的合适材料 (例如，塑料)相互作用的中子的能检测的伽玛。

根据一个实施例，轭体204的尺寸配置成限制或减少轭体204周 围的杂散场并且减少从回旋加速器200发射的辐射。可以由回旋加速 器200关于通过轭体204的磁场取得的最大磁流(B)可基于沿厚度 T₅找到的轭体204的最小横截面面积(或由此显著确定)。如此，轭 体204内的其他横截面面积的大小(例如与厚度T₄和T₆关联的横截 面面积等)可基于关于过渡区218的横截面面积确定。例如，为了减 少磁轭的重量，常规回旋加速器典型地减少横截面面积T₄和T₆直到 任何进一步的减少将相当大地影响回旋加速器的最大磁流(B)。

然而，厚度T₄、T₅和T₆可不仅基于通过轭体204的期望磁流(B) 而且基于辐射的期望衰减。如此，轭体204的一些部分可具有相对于 取得通过轭体204的期望平均磁流(B)所必需的材料的量而过多的 材料。例如，与厚度T₆关联的轭体204的横截面面积可具有过多的材 料厚度(指示为ΔT₁)。与厚度T₄关联的轭体204的横截面面积可具 有过多的材料厚度(指示为ΔT₂)。因此，本文描述的实施例可具有 限定成维持低于上限的磁流(B)的厚度(例如厚度T₅)，和限定成 使从加速室内发射的伽玛射线衰减的另一个厚度，例如厚度T₄和T₆。

此外，轭体204的尺寸可基于在加速室内使用的粒子的类型和这 些粒子与之碰撞的加速室206内的材料的类型。此外，轭体204的尺 寸可基于包括轭体的材料。并且，在备选实施例中，外屏蔽可与轭体 204的尺寸结合使用来使从轭体204内发射的杂散磁场和辐射两者衰 减。

图7是根据一个实施例形成的同位素产生系统500的透视图。该 系统500配置成在医院或诊所设置内使用，并且可包括与系统100(图 1)和回旋加速器200(图2-6)一起使用的相似的部件和系统。该系 统500可包括回旋加速器502和靶系统514，其中产生放射性同位素 用于患者。该回旋加速器502限定加速室533，其中当激活该回旋加 速器502时带电粒子沿预定路径移动。回旋加速器502在使用中时将 带电粒子沿预定或期望束路径536加速并且将这些粒子引导进入该靶 系统514的靶阵列532。该束路径536从该加速室533延伸进入该靶 系统514并且指示为虚线。

图8是回旋加速器502的横截面。如示出的，回旋加速器502具 有与回旋加速器200(图3)相似的特征和部件。然而，回旋加速器 502包括磁轭504，其可包括夹在一起的三段528-530。更具体地，回 旋加速器502包括位于轭段528和530之间的环段529。当这些环和 轭段528-530如示出的那样堆叠在一起时，轭段528和530跨中面534 面向彼此并且在其中限定磁轭504的加速室506。如示出的，该环段 529可限定通向真空泵576的端口578的通道P₃。该真空泵576可具 有与真空泵276(图3)相似的特征和部件，并且可以是涡轮分子泵， 例如涡轮分子泵376(图4)等。

如示出的，回旋加速器可包括环绕回旋加速器502的遮蔽或屏蔽 524。该屏蔽524可具有厚度T_s和外表面525。该屏蔽524可用聚乙 烯(PE)和铅制作并且厚度T_s可配置成使来自回旋加速器102的中 子通量衰减。外部表面205和外表面525两者可分别代表回旋加速器 200的外部边界。如本文使用的，“外部边界”包括轭体204的外部 表面205、屏蔽524的外表面525和回旋加速器200的当回旋加速器 200完全形成时在闭合位置并且在操作中可由用户触摸的区域中的一 个。从而，除磁轭202(图2)的其他尺寸之外，屏蔽524大小和形 状可适于实现期望的辐射衰减和期望的杂散场减少。例如，轭体204 的尺寸和屏蔽524的尺寸(例如，厚度T_s)可配置使得剂量率在离外 表面525小于大约1米的距离处并且更具体地在0米的距离处不超出 2μSv/h。而且，轭体204大小和形状和屏蔽524的尺寸的大小和形状 可适于使得杂散场在离外表面5251米的距离处并且更具体地在.2米 的距离处不超出5高斯。

回到图7，系统500屏蔽524可包括能移动的分隔物552和554， 其面向彼此打开。如在图7中示出的，这些分隔物552和554中的两 者都处于打开位置。当闭合时，该分隔物554可覆盖靶系统514的靶 阵列532和用户界面558。该分隔物552当闭合时可覆盖回旋加速器 502。

同样示出的，回旋加速器502的轭段528可在打开和闭合位置之 间能够移动。(图7图示打开位置并且图8图示闭合位置。)轭段528 可附连到铰链(未示出)，其允许轭段528像门或盖子一样旋转打开 并且提供对加速室533的入口。轭段530(图9)还可在打开和闭合 位置之间能够移动并且可密封到环段529(图9)或与环段529(图9) 一体式形成。

此外，真空泵576可位于环段529的泵室562和外壳524内。当 分隔物552和轭段528处于打开位置时可进入泵室562。如示出的， 真空泵576位于加速室533的中央区538下面，使得从水平支撑520 延伸通过端口578的中心的垂直轴线将与该中央区538相交。同样示 出的，轭段528和环段529可具有屏蔽凹槽560。束路径536延伸通 过该屏蔽凹槽560。

图9A和9B图示遮蔽或屏蔽610(图9B)对从根据本文描述的 实施例形成的回旋加速器发射的杂散磁场可具有的影响。图9A和9B 示出从一部分磁轭604的几何中心(由点(0，0)指示)的杂散磁场分 布。在图9A和9B中，轴线690示出从该磁轭604的中面离开的距离 (mm)并且轴线692示出沿该中面离开中心的距离(mm)。图9A 图示没有屏蔽的杂散磁场分布，并且图9B图示具有邻近该磁轭604 的平面侧表面612的屏蔽610的杂散磁场分布。该磁轭604具有大约 200mm的厚度T₇。还示出磁线圈606和极608的一部分的横截面。

关于图9A，在紧靠磁轭604外面的(即，沿磁轭604的平面侧表 面612)的点P_F1的杂散磁场完全激发时是大约40G(高斯)，而在紧 靠径向表面614或环形外围的外面的点P_F2的杂散磁场是10G。当从 平面侧表面612离开大约500mm并且从径向表面614离开大约 200mm时，杂散磁场是大约5G。

图9B示出杂散磁场分布，其中磁轭604具有环绕磁轭604的至 少一部分的屏蔽610。屏蔽610包括5mm厚的铁，其与磁轭604由 10mm的非磁性材料分开。屏蔽610可直接附连到表面612和614， 或可与磁轭604稍稍间隔开。如在图9B中示出的，屏蔽610减少杂 散磁场延伸从中面(即，沿轴线690)离开的距离。更具体地，从距 离平面表面612的500mm处到距离大约200mm处减少5G极限。此 外，如通过比较图9A和9B示出的，杂散磁场在6G或更大的等值线 之间的间距显著减小(即，挤在一起)，并且4G或更小的等值线之 间的间距增加(即，进一步间隔开)。因此，屏蔽610影响从平面表 面612离开的杂散磁场分布，使得杂散磁场可在预定距离处(例如， 200mm或更少)减小到预定水平。

本文描述的实施例不意在限于产生放射性同位素供医疗使用，而 还可产生其他同位素并且使用其他靶材。此外，在说明的实施例中， 回旋加速器200是垂直取向的等时性回旋加速器。然而，备选实施例 可包括其他种类的回旋加速器和其他取向(例如，水平的)。

要理解上文的说明意在说明性而非限制性。例如，上文描述的实 施例(和/或其的方面)可互相结合使用。另外，可做出许多修改以使 特定情况或材料适应本发明的教导而没有偏离它的范围。然而本文描 述的材料的尺寸和类型意在限定本发明的参数，它们绝不是限制性的 而是示范性的实施例。当回顾上文的说明时，许多其他的实施例对于 本领域内技术人员将是明显的。本发明的范围因此应该参照附上的权 利要求与这样的权利要求拥有的等同物的全范围而确定。在附上的权 利要求中，术语“包含”和“在...中”用作相应术语“包括”和“其 中”的易懂语的等同物。此外，在下列权利要求中，术语“第一”、 “第二”和“第三”等仅仅用作标签，并且不意在对它们的对象施加 数值要求。此外，下列权利要求的限制没有采用部件加功能格式书写 并且不意在基于35U.S.C§112的第六段解释，除非并且直到这样的权 利要求限定明确地使用后跟功能描述而无其他结构的短语“用于...的 部件”。

该书面说明使用示例来公开本发明，其包括最佳模式，并且还使 本领域内技术人员能够实践本发明，其包括制作和使用任何装置或系 统和执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且 可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果它们 具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与 权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求 的范围内。