Система производства изотопов и циклотрон

Система производства изотопов и циклотрон

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка включает в себя изобретение, связанное с изобретением, раскрытым в патентной заявке, имеющей номер по реестру №236099 (553-1442 US) и озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ УМЕНЬШЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ», и в патентной заявке, имеющей номер по реестру №236098 (553-1441 US) и озаглавленной «СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА ИЗОТОПОВ И ЦИКЛОТРОН, ИМЕЮЩИЙ МАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ПОЛОСТЬЮ ДЛЯ ВМЕЩЕНИЯ НАСОСА», которые были поданы одновременно с настоящей заявкой и полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Варианты выполнения изобретения относятся в целом к циклотронам, а более конкретно к циклотронам для производства радиоизотопов.

[0003] Радиоизотопы (также называемые радионуклидами) имеют несколько применений в медицине при проведении терапии, в создании изображений и в исследованиях, а также в других приложениях, которые не относятся к медицине. Системы, которые производят радиоизотопы, обычно содержат ускоритель элементарных частиц, такой как циклотрон, который ускоряет пучок заряженных частиц и направляет его в вещество мишени для получения изотопов. Циклотрон использует электрические и магнитные поля для ускорения и направления частиц по спиральным траекториям в ускорительной камере. Когда циклотрон работает, газ из ускорительной камеры откачивается для удаления нежелательных частиц газа, которые могут взаимодействовать с ускоренными частицами. Например, когда ускоренные частицы представляют собой отрицательно заряженные ионы водорода (Н^-), молекулы водорода (Н₂) в виде газа или молекулы воды, находящиеся в ускорительной камере, могут отнять слабо связанный электрон от иона водорода. Когда ион лишен этого электрона, он становится нейтральной частицей, на которую больше не воздействуют электрические и магнитные поля в ускорительной камере. Нейтральные частицы безвозвратно теряются, но также они могут вызвать и другие нежелательные реакции в ускорительной камере.

[0004] Для поддержания разреженного состояния ускорительной камеры циклотроны используют вакуумные системы, которые проточно сообщаются с камерой. Тем не менее, традиционные вакуумные системы могут иметь нежелательные качества или свойства. Например, традиционные вакуумные системы могут быть большими по размеру и требуют огромного пространства. Это может быть проблематичным, особенно когда циклотрон и вакуумная система должны быть использованы в больничной палате, которая изначально не была предназначена для использования больших систем. Кроме того, существующие вакуумные системы, как правило, имеют несколько взаимосвязанных элементов, таких как некоторое количество насосов (включая насосы различных типов), клапаны, трубы и хомуты. Для того чтобы эффективно управлять вакуумной системой, может быть необходимо контролировать каждый элемент (например, с помощью датчиков и измерительных приборов), а также индивидуально управлять некоторыми из этих элементов. Кроме того, с несколькими взаимосвязанными элементами может иметься несколько интерфейсов или областей, в которых может происходить утечка из-за поврежденных или изношенных частей. Это может привести к дорогостоящему и трудоемкому обслуживанию вакуумной системы.

[0005] В дополнение к вышесказанному, традиционные системы могут использовать вакуумные диффузионные насосы. Например, в одной известной вакуумной системе несколько диффузионных насосов проточно сообщаются с ускорительной камерой. Диффузионные насосы используют рабочую текучую среду (например, масло) для создания вакуума путем выпаривания масла и направления пара через сопло. Тем не менее, масло в диффузионных насосах может переноситься обратно в ускорительную камеру циклотрона. Это может уменьшить способность вакуумной системы удалять частицы газа, которая, в свою очередь, может негативно сказаться на эффективности работы циклотрона. Кроме того, масло в ускорительной камере может вызывать электрические разряды, которые могут повредить электрические элементы, используемые циклотроном для создания электрического поля.

[0006] Соответственно, существует необходимость в усовершенствованных вакуумных системах, которые удаляют нежелательные частицы газа из ускорительной камеры. Существует также потребность в вакуумных системах, которые занимают меньше места, требуют меньшего обслуживания, являются менее сложными или более дешевыми, чем известные вакуумные системы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом выполнения предложен циклотрон, который содержит ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру. Циклотрон также содержит магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутрь ярма магнита, при этом часть магнитных полей выходит за пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Циклотрон также содержит вакуумный насос, который непосредственно соединен с корпусом ярма. Вакуумный насос выполнен с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру. Ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает действие магнитных полей свыше 75 Гс.

[0007] В соответствии с другим вариантом выполнения предложен циклотрон, который содержит ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру. Циклотрон также содержит магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутрь ярма магнита, при этом часть магнитных полей покидают пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Циклотрон также содержит вакуумный насос, который непосредственно соединен с корпусом ярма. Вакуумный насос выполнен с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру. Вакуумный насос представляет собой безжидкостный насос, который имеет вращающийся вентилятор для создания вакуума.

[0008] В соответствии с еще одним вариантом выполнения предложена система производства изотопов, содержащая ярмо магнита с корпусом, окружающим ускорительную камеру. Система производства изотопов также содержит магнитный узел, предназначенный для создания магнитных полей для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел расположен в ускорительной камере. Магнитные поля распространяются через ускорительную камеру и внутрь ярма магнита, при этом часть магнитных полей покидают пределы ярма магнита в виде полей рассеяния. Система производства изотопов также содержит вакуумный насос, который непосредственно соединен с корпусом ярма. Вакуумный насос выполнен с возможностью введения вакуума в ускорительную камеру. Ярмо магнита имеет такой размер, что вакуумный насос не испытывает действие магнитных полей свыше 75 Гс. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена для получения заряженных частиц для производства изотопов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Фиг.1 представляет собой блок-схему системы для производства изотопов, выполненную в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0010] Фиг.2 представляет собой вид сбоку циклотрона, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения.

[0011] Фиг.3 представляет собой вид сбоку нижней части циклотрона, изображенного на Фиг.2.

[0012] Фиг.4 представляет собой вид сбоку вакуумного насоса и турбомолекулярного насоса, которые могут быть использованы с циклотроном, изображенным на Фиг.2.

[0013] Фиг.5 представляет собой вид в аксонометрии части корпуса ярма, который может быть использован с циклотроном, изображенным на Фиг.2.

[0014] Фиг.6 представляет собой вид сверху магнита и ярма, которые могут быть использованы с циклотроном, изображенным на Фиг.2.

[0015] Фиг.7А представляет собой вид спереди в разрезе нижней части циклотрона, иллюстрирующий действующее на него магнитное поле.

[0016] Фиг.7В представляет собой вид спереди в разрезе нижней части циклотрона, иллюстрирующий действующее на него магнитное поле.

[0017] Фиг.8 представляет собой вид в аксонометрии системы производства изотопов, выполненной в соответствии с другим вариантом выполнения.

[0018] Фиг.9 представляет собой боковые разрезы альтернативного циклотрона, который может быть использован с системой производства изотопов, изображенной на Фиг.6.

[0019] Фиг.10А-10Е представляют собой графики, иллюстрирующие магнитные поля, которые действуют на вмещающую насос (РА) полость вдоль плоскостей, которые проходят через РА полость.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Фиг.1 представляет собой блок-схему системы 100 производства изотопов, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения. Система 100 содержит циклотрон 102, который имеет несколько подсистем, включая систему 104 ионного источника, систему 106 электрического поля, систему 108 магнитного поля и вакуумную систему 110. Во время работы циклотрона 102 заряженные частицы находятся внутри циклотрона 102 или их вводят в циклотрон 102 через систему 104 ионного источника. Система 108 магнитного поля и система 106 электрического поля генерируют соответствующие поля, которые взаимодействуют друг с другом с созданием пучка 112 из заряженных частиц. Заряженные частицы ускоряются и направляются в циклотроне 102 по заданной траектории. Система 100 также имеет систему 115 выпуска и систему 114 мишени, которая содержит материал 116 мишени.

[0021] Для производства изотопов пучок 112 частиц направляется циклотроном 102 через систему 115 выпуска по траектории 117 переноса пучка и в систему 114 мишени, так что пучок 112 частиц падает на материал 116 мишени, расположенный в соответствующей области 120 мишени. Система 100 может иметь несколько областей 120А-С мишени, где расположены отдельные материалы 116А-С мишени. Смещающее устройство или система (не показана) может быть использована для смещения областей 120А-С мишени относительно пучка 112 частиц, так что пучок 112 частиц падает на различные материалы 116 мишени. В течение всего процесса смещения также может поддерживаться вакуум. В качестве альтернативы, циклотрон 102 и система 115 выпуска могут направлять пучок 112 частиц не только по одной траектории, но могут направлять пучок 112 частиц по выделенной траектории для каждой отличающейся области 120А-С мишени.

[0022] Примеры систем производства изотопов и/или циклотроны, имеющие одну или несколько описанных выше подсистем, описаны в патентах США №6392246, №6417634, №6433495, №7122966 и в заявке на патент США №2005/0283199, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. Дополнительные примеры представлены также в патентах США №5521469, №6057655 и в заявках на патент США №2008/0067413 и №2008/0258653, которые все полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.

[0023] Система 100 выполнена с возможностью производства радиоизотопов (также называемых радионуклидами), которые могут быть использованы при получении медицинских изображений, проведении исследований и терапии, но также для других приложений, которые не являются медицинскими, таких как, например, научные исследования или анализ. При использовании в медицинских целях, например, для получения изображений в Ядерной Медицине (NM) или для получения изображений в Позитронно-Эмиссионной Томографии (PET) радиоизотопы можно также назвать изотопными индикаторами. К примеру, система 100 может генерировать протоны для производства изотопов ¹⁸F в жидкой форме, изотопов ¹¹С в виде СO₂ и изотопов ¹³N в виде NH₃. Материал 116 мишени, используемый для производства этих изотопов, может быть обогащен ¹⁸О водой, природным ¹⁴N₂ газом и ¹⁶О водой. Система 100 может также производить дейтроны с целью получения ¹⁵O газов (кислород, углекислый газ и моноксид углерода) и ¹⁵О меченую воду.

[0024] В некоторых вариантах выполнения система 100 использует ¹H^- технологию и приближает заряженные частицы к низкой энергии (например, около 7,8 МэВ) с током пучка примерно от 10 до 30 мкА. В таких вариантах выполнения отрицательные ионы водорода ускоряются и направляются через циклотрон 102 и в систему 115 выпуска. Отрицательные ионы водорода могут затем ударять в отделяющую фольгу (не показана) системы 115 выпуска, удаляя, тем самым, пары электронов и делая частицу положительным ионом, ¹Н⁺. Однако в альтернативных вариантах выполнения заряженные частицы могут быть положительными ионами, например, ¹H⁺, ²H⁺ и ³Hе⁺. В таких альтернативных вариантах выполнения система 115 выпуска может содержать электростатический дефлектор, который создает электрическое поле, которое направляет пучок частиц на материал 116 мишени.

[0025] Система 100 может содержать систему 122 охлаждения, которая переносит охлаждающую или рабочую текучую среду к различным элементам различных систем, чтобы поглощать тепло, выделяемое соответствующими элементами. Система 100 может также содержать систему 118 управления, которая может быть использована оператором для управления работой различных систем и элементов. Система 118 управления может содержать один или несколько пользовательских интерфейсов, которые расположены рядом с циклотроном 102 и системой 114 мишени или удаленно от них. Хотя это и не показано на Фиг.1, система 100 может также содержать один или несколько радиационных экранов для циклотрона 102 и системы 114 мишени.

[0026] Система 100 может производить изотопы в определенных количествах или партиях, таких как индивидуальные дозы для использования в медицинской визуализации и терапии. Производственная мощность для системы 100 для иллюстративных форм изотопов, указанных выше, может быть равна 50 мКи менее чем за десять минут при токе 20 мкА для ¹⁸F^-; 300 мКи примерно за тридцать минут при токе 30 мкА для ¹¹CO₂ и 100 мКи менее чем за десять минут при токе 20 мкА для ¹³NН₃.

[0027] Кроме того, система 100 может использовать уменьшенный объем пространства относительно известных систем производства изотопов, так что система 100 имеет такие размер, форму и вес, которые обеспечивают возможность размещения системы 100 в ограниченном пространстве. Например, система 100 может быть размещена в уже существующей комнате, которая изначально не была предназначена для размещения ускорителей частиц, например в больнице или клинике. Таким образом, циклотрон 102, система 115 выпуска, система 114 мишени и один или нескольких элементов системы 122 охлаждения могут быть размещены в общем корпусе 124, который имеет размер и форму, которые обеспечивают возможность их размещения в ограниченном пространстве. В качестве одного примера, общий объем, используемый корпусом 124, может быть равен 2 м³. Возможные размеры корпуса 124 могут включать максимальную ширину 2,2 м, максимальную высоту 1,7 м и максимальную глубину 1,2 м. Общий вес корпуса и расположенных в нем систем может быть равен приблизительно 10000 кг. Корпус 124 может быть изготовлен из полиэтилена (ПЭ) и свинца и иметь толщину, обеспечивающую возможность ослабления потока нейтронов и гамма-лучей, идущих от циклотрона 102. Например, корпус 124 может иметь толщину (измеряется между внутренней поверхностью, которая окружает циклотрон 102, и наружной поверхностью корпуса 124) по меньшей мере приблизительно 100 мм вдоль заданных частей корпуса 124, что ослабляет поток нейтронов.

[0028] Система 100 может быть выполнена с возможностью ускорения заряженных частиц до заданного уровня энергии. Например, некоторые описанные в этом документе варианты выполнения ускоряют заряженные частицы до энергии приблизительно 18 МэВ или меньше. В других вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 16,5 МэВ или меньше. В конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 9,6 МэВ или меньше. В более конкретных вариантах выполнения система 100 ускоряет заряженные частицы до энергии приблизительно 7,8 МэВ или меньше.

[0029] На Фиг.2 представлен вид сбоку циклотрона 200, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Циклотрон 200 содержит ярмо 202 магнита с корпусом 204, который окружает ускорительную камеру 206. Корпус 204 ярма имеет две противолежащие боковые стороны 208 и 210 с толщиной T_i, которые проходят между ним, а также имеет верхний и нижний концы 212 и 214 с длиной L, проходящей между ним. Корпус 204 ярма может содержать переходные области или углы 216-219, соединяющие боковые стороны 208 и 210 с верхним и нижним концами 212 и 214. В частности, верхний конец 212 соединен с боковыми сторонами 210 и 208, соответственно, по углам 216 и 217, а нижний конец соединен с боковыми сторонами 210 и 208, соответственно, по углам 219 и 218. В иллюстративном варианте выполнения корпус 204 ярма имеет по существу круглое поперечное сечение и, таким образом, длина L может представлять собой диаметр корпуса 204 ярма. Корпус 204 ярма может быть изготовлен из железа и иметь размеры и форму для получения требуемого магнитного поля, когда циклотрон 200 работает.

[0030] Как показано на Фиг.2, корпус 204 ярма может быть разделен на две противоположные секции 228 и 230 ярма, которые ограничивают межу собой ускорительную камеру 206. Секции 228 и 230 ярма выполнены с возможностью размещения рядом друг с другом вдоль серединной плоскости 232 ярма 202 магнита. Как показано, циклотрон 200 может быть ориентирован вертикально (относительно силы тяжести) так, что серединная плоскость 232 проходит перпендикулярно горизонтальной платформе 220. Платформа 220 выполнена с возможностью поддержания веса циклотрона 200 и может представлять собой, например, пол комнаты или цементную плиту. Циклотрон 200 имеет центральную ось 236, которая проходит горизонтально между секций 228 и 230 ярма (и, соответственно, соответствующих боковых сторон 210 и 208) и через них. Центральная ось 236 проходит перпендикулярно серединной плоскости 232 через центр корпуса 204 ярма. Ускорительная камера 206 имеет центральную область 238, расположенную на пересечении серединной плоскости 232 и центральной оси 236. В некоторых вариантах выполнения центральная область 238 находится в геометрическом центре ускорительной камеры 206. Как также показано, ярмо 202 магнита содержит верхнюю часть 231, проходящую над центральной осью 236, и нижнюю часть 233, проходящую ниже центральной оси 236.

[0031] Секции 228 и 230 ярма содержат полюса, соответственно, 248 и 250, которые лежат напротив друг друга относительно серединной плоскости 232 внутри ускорительной камеры 206. Полюса 248 и 250 могут быть отделены друг от друга межполюсным зазором G_P. Полюс 248 содержит концентратор 252, а полюс 250 содержит концентратор 254, который обращен к концентратору 252. Полюса 248 и 250 и межполюсный зазор G_P имеют размеры и форму для получения требуемого магнитного поля, когда циклотрон 200 работает. Например, в некоторых вариантах выполнения межполюсный зазор G_P может быть равен 3 см.

[0032] Циклотрон 200 также содержит магнитный узел 260, расположенный в пределах или вблизи ускорительной камеры 206. Магнитный узел 260 выполнен с возможностью содействия созданию магнитного поля с полюсами 248 и 250 для направления заряженных частиц вдоль заданной траектории. Магнитный узел 260 содержит противоположные пары магнитных катушек 264 и 266, которые расположены на расстоянии друг от друга поперек серединной плоскости 232 на расстоянии D₁. Магнитные катушки 264 и 266 могут представлять собой, например, резистивные катушки из сплава меди. В качестве альтернативы, магнитные катушки 264 и 266 могут быть выполнены из сплава алюминия. Магнитные катушки могут быть по существу круглыми и проходить вокруг центральной оси 236. Секции 228 и 230 ярма могут образовывать полости, соответственно, 268 и 270 магнитной катушки, имеющие размеры и форму, чтобы разместить соответствующие магнитные катушки, соответственно, 264 и 266. Как также показано на Фиг.2, циклотрон 200 может содержать стенки 272 и 274 камеры, которые отделяют магнитные катушки 264 и 266 от ускорительной камеры 206 и содействуют удержанию на месте магнитных катушек 264 и 266.

[0033] Ускорительная камера 206 выполнена с возможностью ускорения заряженных частиц, таких как ¹H^- ионы, вдоль заданной криволинейной траектории, которая закручивается по спирали вокруг центральной оси 236 и остается расположенной по существу вдоль серединной плоскости 232. Заряженные частицы изначально расположены вблизи центральной области 238. Когда циклотрон 200 приведен в действие, траектория заряженных частиц может закручиваться вокруг центральной оси 236. В показанном варианте выполнения циклотрон 200 представляет собой изохронный циклотрон и, как таковые, траектория заряженных частиц имеет участки, которые искривляются вокруг центральной оси 236, и участки, которые являются более прямолинейными. Тем не менее, описанные в этом документе варианты выполнения не ограничиваются изохронными циклотронами, но также включают и другие виды циклотронов и ускорителей частиц. Как показано на Фиг.2, когда заряженные частицы движутся по траектории вокруг центральной оси 236, они могут выступать из плоскости страницы в верхней части 231 ускорительной камеры 206 и проходят в плоскость страницы в нижней части 233 ускорительной камеры 206. Когда заряженные частицы движутся по траектории вокруг центральной оси 236, радиус R, который измеряется между траекторией заряженных частиц и центральной областью 238, увеличивается. Когда заряженные частицы достигают заданного положения вдоль траектории, заряженные частицы направляются в или через систему выпуска (не показана) и наружу из циклотрона 200.

[0034] Ускорительная камера 206 может находиться в разреженном состоянии как до, так и во время формирования пучка 112 частиц. Например, перед тем как пучок частиц будет создан, давление в ускорительной камере 206 может быть равно приблизительно 1×10^-7 миллибар. Когда пучок частиц активирован, и газ Н₂ протекает через ионный источник (не показан), расположенный в центральной области 238, давление в ускорительной камере может быть равно приблизительно 2×10^-5 миллибар. Таким образом, циклотрон 200 может содержать вакуумный насос 276, который может быть расположен вблизи серединной плоскости 232. Вакуумный насос 276 может содержать часть, которая проходит радиально наружу из конца 214 корпуса 204 ярма. Как будет обсуждаться более подробно ниже, вакуумный насос 276 может включать насос, который выполнен с возможностью создания разрежения в ускорительной камере 206.

[0035] В некоторых вариантах выполнения секции 228 и 230 ярма могут быть выполнены с возможностью перемещения в направлении друг друга и в направлении друг от друга, так что можно получить доступ в ускорительную камеру 206 (например, для ремонта или технического обслуживания). Например, секции 228 и 230 ярма могут быть соединены шарниром (не показан), который проходит вдоль секции 228 и 230 ярма. Одна или обе секции 228 и 230 ярма могут быть открыты путем выполнения шарнирного поворота соответствующей(их) секции(й) ярма вокруг оси шарнира. В качестве другого примера, секции 228 и 230 ярма могут быть отделены друг от друга путем поперечного перемещения одной из секций ярма прямолинейно друг от друга. Однако в альтернативных вариантах выполнения секции 228 и 230 ярма могут быть выполнены как одно целое или оставаться герметично закрытыми вместе, когда осуществляется доступ в ускорительную камеру 206 (например, через отверстие или отверстие или открытие в ярме 202 магнита, которое ведет в ускорительную камеру 206). В альтернативных вариантах выполнения корпус 204 ярма может иметь секции, которые неравномерно разделены, и/или может содержать более двух секций. Например, корпус ярма может иметь три секции, как показано на Фиг.8, относительно ярма 504 магнита.

[0036] Ускорительная камера 206 может иметь форму, которая проходит вдоль серединной плоскости 232 и по существу симметрично относительно нее. Например, ускорительная камера 206 может иметь форму, выполненную по существу в виде диска, и содержать внутреннюю пространственную область 241, ограниченную между концентраторами 252 и 254 и наружной пространственной областью 243, ограниченной между стенками 272 и 274 камеры. Траектория частиц во время работы циклотрона 200 может находиться в пределах пространственной области 241. Ускорительная камера 206 может также содержать проходы, ведущие радиально наружу из пространственной области 243, такой как проход P₁ (Фиг.3), который ведет к вакуумному насосу 276.

[0037] Также на Фиг.2 изображен корпус 204 ярма, имеющий наружную поверхность 205, которая ограничивает кожух 207 корпуса 204 ярма. Кожух 207 имеет форму, которая приблизительно эквивалентна общей форме корпуса 204 ярма, ограниченной наружной поверхностью 205 без небольших полостей, вырезов или углублений (для наглядности кожух 207 изображен на Фиг.2 большего размера, чем корпус 204 ярма). Например, часть кожуха 207 показана штриховой линией, которая проходит вдоль плоскости, ограниченной наружной поверхностью 205 конца 214. Как показано на Фиг.2, поперечное сечение кожуха 207 представляет собой восьмигранный многоугольник, ограниченный наружной поверхностью 205 боковых сторон 208 и 210, концами 212 и 214 и углами 216-219. Как будет обсуждаться более подробно ниже, корпус 204 ярма может образовывать проходы, вырезы, углубления, полости и тому подобное, которые позволяют элементу или устройствам проникать в кожух 207.

[0038] Кроме того, полюса 248 и 250 (или, точнее, концентраторы 252 и 254) могут быть разделены пространственной областью 241, расположенной между ними, в которой заряженные частицы направляются вдоль заданной траектории. Магнитные катушки 264 и 266 также могут быть отделены друг от друга пространственной областью 243. В частности, стенки 272 и 274 камеры могут иметь расположенную между ними пространственную область 243. Более того, периферия пространственной области 243 может быть ограничена поверхностью 354 стенки, которая также ограничивает периферию ускорительной камеры 206. Поверхность 354 стенки может проходить по окружности вокруг центральной оси 236. Как показано, пространственная область 241 проходит на расстояние, равное межполюсному зазору G_P (Фиг.3) вдоль центральной оси 236, а пространственная область 243 проходит на расстояние D₁ вдоль центральной оси 236.

[0039] Как показано на Фиг.2, пространственная область 243 окружает пространственную область 241 вокруг центральной оси 236. Пространственные области 241 и 243 могут совместно формировать ускорительную камеру 206. Соответственно, в показанном варианте выполнения циклотрон 200 не содержит отдельную емкость или стенку, которая окружает только пространственную область 241, ограничивая, тем самым, пространственную область 243 в качестве ускорительной камеры циклотрона. В частности, вакуумный насос 276 проточно сообщается с пространственной областью 241 через пространственную область 243. Газ, поступающий в пространственную область 241, может быть откачан из пространственной области 241 через пространственную область 243. Вакуумный насос 276 проточно сообщается с пространственной областью 243.

[0040] Фиг.3 представляет собой увеличенный вид сбоку в разрезе циклотрона 200 и, более конкретно, нижнюю часть 233. Корпус 204 ярма может ограничивать порт 278, который открывается непосредственно в ускорительную камеру 206. Вакуумный насос 276 может быть непосредственно соединен с корпусом 204 ярма в порту 278. Порт 278 обеспечивает вход или открытие в вакуумный насос 276 для протекания через него нежелательных частиц. Порт 278 может иметь форму (наряду с другими факторами и размерами циклотрона 200), обеспечивающую требуемую проводимость частиц газа через порт 278. Например, порт 278 может иметь круглую, квадратную или другую геометрическую форму.

[0041] Вакуумный насос 276 расположен внутри вмещающей насос (РА) полости 282, образованной корпусом 204 ярма. РА полость 282 проточно сообщается с ускорительной камерой 206 и открыта в пространственную область 243 ускорительной камеры 206, и может содержать проход P₁. Когда насос расположен в РА полости 282, по меньшей мере часть вакуумного насоса 276 находится в кожухе 207 корпуса 204 ярма (Фиг.2). Вакуумный насос 276 может выступать радиально наружу из центральной области 238 или центральной оси 236 вдоль серединной плоскости 232. Вакуумный насос 276 может выступать, а может и не выступать за пределы кожуха 207 корпуса 204 ярма. К примеру, вакуумный насос 276 может быть расположен между ускорительной камерой 206 и платформой 220 (то есть вакуумный насос 276 расположен непосредственно под ускорительной камерой 206). В других вариантах выполнения вакуумный насос 276 может также выступать радиально наружу из центральной области 238 вдоль серединной плоскости 232 в другом месте. Например, вакуумный насос 276 может быть расположен выше или позади ускорительной камеры 206, изображенной на Фиг.2. В альтернативных вариантах выполнения вакуумный насос 276 может выступать из одной из боковых сторон 208 или 210 в направлении, параллельном центральной оси 236. Также несмотря на то, что только один вакуумный насос 276 показан на Фиг.3, альтернативные варианты выполнения могут содержать несколько вакуумных насосов. Более того, корпус 204 ярма может иметь дополнительные PA полости.

[0042] В частности, вакуумный насос 276 может быть непосредственно соединен с корпусом 204 ярма в порту 278 и расположен между корпусом 204 ярма и платформой 220, и ориентирован относительно направлению G_F силы тяжести. Вакуумный насос 276 может быть ориентирован так, что продольная ось 299 вакуумного насоса 276 проходит в направлении G_F силы тяжести (т.е. G_F и продольная ось 299 проходят параллельно друг другу). В альтернативных вариантах выполнения продольная ось 299 вакуумного насоса 276 может образовывать угол θ относительно направления G_F силы тяжести. Угол θ может быть, например, больше 10 градусов. В других вариантах выполнения угол θ составляет приблизительно 90 градусов. В других вариантах выполнения угол θ больше 90 градусов. Как видно, угол θ может поворачиваться вдоль плоскости, образованной осью, которая проходит вдоль направления силы тяжести, и центральной осью 236 (т.е. угол θ поворачивается вокруг оси, которая проходит в плоскость страницы и из нее). Тем не менее, угол θ также может поворачиваться вдоль серединной плоскости 232. Таким образом, вакуумный насос 276 может быть ориентирован так, что продольная ось 299 проходит радиально к центральной части 238 вдоль серединной плоскости 232.

[0043] В конкретных вариантах выполнения вакуумный насос 276 представляет собой турбомолекулярный или безжидкостный вакуумный насос. Известные вакуумные системы, которые используют масляные диффузионные насосы, не могут быть ориентированы под углом θ, как описано выше, потому что масло может пролиться в ускорительную камеру. Однако некоторые из насосов, описанные в этом документе, например турбомолекулярный насос, могут быть непосредственно соединены с корпусом 204 ярма и ориентированы под углом θ, который больше чем 10 градусов, потому что такие насосы не требуют использования текучей среды, которая может быть пролита в ускорительную камеру 206. Более того, такие насосы могут быть ориентированы под углом θ, который составляет 90 градусов, или, по меньшей мере частично, перевернуты вверх дном.

[0044] Вакуумный насос 276 содержит стенку 280 емкости и вакуумный или насосный узел 283, размещенный в указанной емкости. Стенка 280 емкости имеет такие размер и форму, чтобы вмещаться в РА полость 282 и удерживать там насосный узел 283. Например, стенка 280 емкости может иметь по существу круглое поперечное сечение, по мере того как стенка 280 емкости проходит от циклотрона 200 к платформе 220. В качестве альтернативы, стенка 280 емкости может иметь другие формы поперечного сечения. Стенка 280 емкости может обеспечивать достаточно места, чтобы насосный узел 283 мог эффективно работать. Поверхность 354 стенки может ограничивать отверстие 356, а секции 228 и 230 ярма могут образовывать соответствующие края 286 и 288, которые расположены вблизи порта 278. Края 286 и 288 могут ограничивать проход P₁, который проходит от отверстия 356 до порта 278. Порт 278 открыт в проход P₁ и ускорительную камеру 206 и имеет диаметр D₂. Отверстие 356 имеет диаметр D₅. Диаметры D₂ и D₅ могут быть выполнены так, чтобы циклотрон 200 работал при требуемой эффективности для производства радиоизотопов. Например, диаметры D₂ и D₅ могут быть основаны на размере и форме ускорительной камеры 206, в том числе межполюсном зазоре G_P и рабочей проводимости насосного узла 283. В качестве конкретного примера, диаметр D₂ может составлять приблизительно от 250 мм до 300 мм.

[0045] Насосный узел 283 может содержать одно или несколько насосных устройств 284, которые эффективно откачивают ускорительную камеру 206, так что циклотрон 200 имеет требуемую рабочую эффективность при производстве радиоизотопов. Насосный узел 283 может содержать один или несколько насосов передачи импульса, объемных насосов и/или насосов других типов. Например, насосный узел 283 может содержать диффузионный насос, ионный насос, криогенный насос, центробежный лопастной насос или форвакуумный насос и/или турбомолекулярный насос. Насосный узел 283 может также содержать большое количество насосов одного типа или комбинацию насосов с использованием насосов различных типов. Насосный узел 283 может также иметь гибридный насос, который использует различные свойства или подсистемы вышеупомянутых насосов. Как показано на Фиг.3, насосный узел 283 также может быть проточно соединен последовательно к центробежному лопастному насосу или форвакуумному насосу 285, который может выпускать воздух в окружающую атмосферу.

[0046] Кроме того, насосный узел 283 может содержать другие элементы для удаления частиц газа, такие как дополнительные насосы, емкости или камеры, трубопроводы, вкладыши, клапаны, включая вентиляционные клапаны, датчики, уплотнения, масляные и выхлопные трубки. В дополнение к этому, насосный узел 283 может содержать или быть подключенным к системе охлаждения. Также весь насосный узел 283 может быть помещен внутрь РА полости 282 (т.е. в кожух 207) или, в качестве альтернативы, только один или несколько элементов могут быть расположены внутри РА полости 282. В иллюстративном варианте выполнения насосный узел 283 содержит по меньшей мере один вакуумный насос передачи импульса (например, диффузионный насос или турбомолекулярный насос), который находится, по меньшей мере частично, внутри РА полости 282.

[0047] Также показано, что вакуумный насос 276 может быть с возможностью обмена данными соединен с датчиком 312 давления внутри ускорительной камеры 206. Когда ускорительная камера 206 достигает заданного давления, насосное устройство 284 может быть автоматически активировано или автоматически выключено. Хотя это и не показано, могут быть предусмотрены дополнительные датчики в ускорительной камере 206 или в РА полости 282.

[0048] Фиг.4 иллюстрирует вид сбоку турбомолекулярного насоса 376, выполненного в соответствии с вариантом выполнения, который может быть использован в качестве вакуумного насоса 276 (Фиг.2). Турбомолекулярный насос 376 может быть непосредственно соединен с корпусом 204 ярма (т.е. не соединен с корпусом ярма через трубопровод или канал, который проходит от корпуса 204 ярма наружу из РА полости). Турбомолекулярный насос 376 может проходить вдоль центральной оси 290 между портом 378 ярма магнита и платформой 375. Турбомолекулярный насос 376 содержит двигатель 302, который функционально соединен с вращающимся вентилятором 305. Вращающийся вентилятор 305 может содержать одну или несколько ступеней лопаток 304 ротора и лопаток 306 статора. Каждая лопатка 304 ротора и лопатка 306 статора проходит радиально наружу от оси 291, которая проходит вдоль центральной оси 290. При использовании турбомолекулярный насос 376 работает так же, как и компрессор. Лопатки 304 ротора, лопатки 306 статора и ось 291 вращаются вокруг центральной оси 290. Частицы газа, протекающие по проходу P₂, поступают в турбомолекулярный насос 376 через порт 378 и первоначально сталкиваются с набором лопаток 304 ротора. Лопатки 304 ротора имеют форму, способствующую подталкиванию частиц газа от ускорительной камеры циклотрона, такой как ускорительная каме