(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速チャンバを囲繞するマグネットヨークを含み、前記加速チャンバから前記マグネットヨークを通じて荷電粒子ビームを誘導するように構成されたサイクロトロンと、
前記マグネットヨークに隣接して配置され、対象場所に配置される対象材料を保持するように構成された対象システムであって、
前記マグネットヨークと対象領域の間に延在する放射シールドと、
前記加速チャンバから前記対象領域まで延在し、前記マグネットヨークおよび前記対象システムの前記放射シールドによって少なくとも部分的に形成されるビーム通路とを含み、
前記放射シールドの外側表面が、前記マグネットヨークの外側表面に直接当接し、
前記荷電粒子ビームが前記マグネットヨークの外側で前記対象材料上に入射するように、前記対象場所が前記マグネットヨークの外側にあり、
前記対象システムが、前記対象場所を囲み、前記対象材料から前記マグネットヨークに向けて放出された中性子を減衰させるように構成され、
前記マグネットヨークが、シールド受け入れ凹所を形成する外側表面を有し、
前記ビーム通路が、前記加速チャンバから前記マグネットヨークを通って前記シールド受け入れ凹所中に延在し、
前記放射シールドの一部分が、前記マグネットヨークの前記シールド受け入れ凹所内に適合するように形作られ、
前記放射シールドの前記一部分が、前記対象場所に向かって前記シールド受け入れ凹所の外に延在する、
アイソトープ生成システム。
【請求項２】
前記ビーム通路が、前記対象場所から前記マグネットヨークの内側表面まで計測される長さを有し、
前記ビーム通路の前記長さが、前記加速チャンバを規定し、
前記ビーム通路が前記長さに沿って、直線状に延在する、請求項１記載のアイソトープ生成システム。
【請求項３】
前記加速チャンバ、前記ビーム通路及び、前記対象領域内を排気された状態に維持する真空ポンプを含む、請求項１または２に記載のアイソトープ生成システム。
【請求項４】
前記サイクロトロンおよび前記対象システムを収納する、共通の筺体をさらに含み、
前記筺体が、第１及び第２の可動の隔壁を有し、前記第１及び第２の隔壁が開位置にあるときに、前記第１及び第２の隔壁は、前記サイクロトロンの前記加速チャンバおよび前記対象システムへアクセスを可能にするように構成され、
前記第２の隔壁は、前記放射シールドの一部分を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載のアイソトープ生成システム。
【請求項５】
前記放射シールドが、前記対象材料から放出された放射を減衰させるように構成された材料組成を含み、
前記マグネットヨークが、前記加速チャンバから放出された放射を減衰させるように構成された異なる材料組成を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のアイソトープ生成システム。
【請求項６】
前記放射シールドが、前記凹所の形状に実質的に一致する形状を有する、請求項１乃至５のいずれかに記載のアイソトープ生成システム。
【請求項７】
前記放射シールドが、前記対象領域を直接囲繞する第１の遮蔽構造を含み、
前記第１の遮蔽構造が、前記対象材料から放出されたガンマ線を減衰させるように構成された第１の材料組成を含む、請求項１乃至６のいずれかに記載のアイソトープ生成システム。
【請求項８】
加速チャンバを囲繞するマグネットヨークを含み、前記加速チャンバから前記マグネットヨークを通じて荷電粒子ビームを誘導するように構成されたサイクロトロンと、
前記マグネットヨークに隣接して配置され、対象場所に配置される対象材料を保持するように構成された対象システムであって、
前記マグネットヨークと対象領域の間に延在する放射シールドと、
前記加速チャンバから前記対象領域まで延在し、前記マグネットヨークおよび前記対象システムの前記放射シールドによって少なくとも部分的に形成されるビーム通路とを含み、
前記放射シールドの外側表面が、前記マグネットヨークの外側表面に直接当接し、
前記荷電粒子ビームが前記マグネットヨークの外側で前記対象材料上に入射するように、前記対象場所が前記マグネットヨークの外側にあり、
前記ビーム通路の少なくとも一部が、前記マグネットヨークと前記対象システムの前記放射シールドにより形成され、
前記放射シールドが、前記対象場所を囲み、前記対象材料から放出された中性子を減衰させ、
前記放射シールドが、前記対象場所を有している対象領域を囲繞する第１の遮蔽構造を備え、
前記第１の遮蔽構造が、前記対象材料から放出されたガンマ線を減衰させるように構成された第１の材料組成を含み、
前記放射シールドが、前記第１の遮蔽構造を囲繞する第２の遮蔽構造を備え、
前記第２の遮蔽構造が、前記対象材料から放出された中性子を減衰させるように構成された第２の材料組成を含み、前記第２の材料組成が前記第１の材料組成とは異なる、
アイソトープ生成システム。
【請求項９】
プラットフォームによって支持されたサイクロトロンであって、加速チャンバを囲繞するマグネットヨークを含み、前記加速チャンバから前記マグネットヨークを通じて荷電粒子ビームを誘導するように構成されたサイクロトロンと、
前記プラットフォーム上で前記マグネットヨークに隣接して配置され、対象場所において対象材料を保持するように構成された対象領域を備える放射シールドを含む対象システムであって、前記荷電粒子ビームが前記マグネットヨークの外で前記対象材料上に入射するように前記対象場所が前記マグネットヨークの外にある、対象システムと、
前記加速チャンバから前記対象場所まで延在するビーム通路であって、前記マグネットヨークおよび前記対象システムによって少なくとも部分的に形成され、前記プラットフォームと交差するビーム軸に沿って延在するビーム通路と、
前記サイクロトロンおよび前記対象システムを収納する筺体とを備え、
前記筺体が、第１及び第２の可動の隔壁を有し、
前記第１及び第２の隔壁は、前記第１及び第２の隔壁が開位置にあるときに、前記サイクロトロンの前記加速チャンバおよび前記対象システムへアクセスを可能にするように構成され、
前記第２の部分は、前記放射シールドの一部分を含む、
アイソトープ生成システム。
【請求項１０】
加速チャンバを囲繞するマグネットヨークを含み、前記加速チャンバから前記マグネットヨークを通じて荷電粒子ビームを誘導するように構成されたサイクロトロンと、
前記マグネットヨークに隣接して配置され、対象場所に配置される対象材料を保持するように構成された対象システムであって、
前記加速チャンバから前記対象領域まで延在し、前記マグネットヨークおよび前記対象システムの前記放射シールドによって少なくとも部分的に形成されるビーム通路とを含み、
前記荷電粒子ビームが前記マグネットヨークの外側で前記対象材料上に入射するように、前記対象場所が前記マグネットヨークの外側にあり、
前記対象システムは、前記対象場所を囲み、前記対象材料から放出される中性子を減衰させるように構成された放射シールドを備える前記対象システムと、
前記マグネットヨークと前記放射シールドを通って前記加速チャンバから前記対象場所まで延在するビーム通路と、
を備え、
前記放射シールドの外側表面が、前記マグネットヨークの外側表面に直接当接し、
前記ビーム通路の少なくとも一部は、前記マグネットヨークと前記対象システムの前記放射シールドによって形成され、
前記放射シールドは、前記対象場所が保持される空間を有する対象領域を備え、
前記放射シールドは、外側表面と、前記対象領域から前記放射シールドの前記外側表面へ測定される半径方向厚さを有し、
前記放射シールドは、第１の部分と第２の部分を有し、
前記第１の部分の前記半径方向厚さは、重力方向において前記対象領域からプラットフォームへ延在し、
前記第２の部分の前記半径方向厚さは、前記重力方向と反対の方向において前記対象領域から前記プラットフォームから離れるように延在し、
前記第１の部分の前記半径方向厚さは、前記第２の部分の前記半径方向厚さよりも薄い、
アイソトープ生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載されている発明の実施形態は、一般に、アイソトープ生成システムに関し、より詳細には、病室などの比較的限定された空間中で安全に使用することができるアイソトープ生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性同位体（また、放射性核種と呼ばれる）には、医学上の治療、画像化および研究におけるいくつかの用途、ならびに医療に関連しない他の用途がある。放射性同位体を生成するシステムは、通常、サイクロトロンなどの粒子加速器を含み、加速チャンバを囲繞するマグネットヨークを有する。加速チャンバは、互いに離れて隔置された対向するポールトップを含むことができる。加速チャンバ内に電界および磁界を生成して、ポール間でらせん状の軌道に沿って、荷電粒子を加速して誘導することができる。放射性同位体を生成するために、サイクロトロンは、荷電粒子のビームを形成し、その粒子のビームを加速チャンバから対象材料を有する対象システムに誘導する。粒子ビームは、対象材料上に入射し、それによって放射性同位体を生成する。
【０００３】
アイソトープ生成システムの動作中、大量の放射（すなわち、近くの人にとって健康を害するレベルの放射）が、対象システム内で、また別にサイクロトロン内で、生成される可能性がある。たとえば、対象システムに関して、ビームが対象材料上に入射したとき、中性子およびガンマ線からの放射が、生成される可能性がある。サイクロトロンに関し、加速チャンバ内のイオンが、その中でガス粒子と衝突して、加速チャンバ内で電界および磁界からもう影響されない中性粒子になる可能性がある。次いで、これらの中性粒子は、加速チャンバの壁と衝突して、二次のガンマ線放射を発生する可能性がある。その放射から近くの人（たとえば、病院の従業員または患者）を保護するために、アイソトープ生成システムは、放射を減衰させる、または遮断するために、シールドを使用することができる。
【０００４】
いくつかの従来のアイソトープ生成システムでは、放射漏れに対して、サイクロトロンおよび対象システムの両方を囲繞する、大がかりな遮蔽を加えることによって、対処されている。しかし、大がかりな遮蔽は、費用がかかり、かつ、アイソトープ生成システムが配置されることになる部屋には重すぎる可能性がある。代替として、または大がかりな遮蔽に加えて、アイソトープ生成システムは、特別に設計された部屋、または複数の部屋内に配置することができる。たとえば、サイクロトロンおよび対象システムは、別々の部屋に置く、またはその２つの部屋を隔てる大きな壁を有することができる。しかし、アイソトープ生成システム向けに特別の部屋を設計することは、殊に、元々放射性同位体の生成を対象としていない既存の部屋に対して、新しい課題を提起する。
【０００５】
その上、放射漏れによって提示される別の課題は、たとえば、アイソトープ生成システムが、交換される、または別の場所に移動されるとき、それをどのようにして取り除くのかということである。アイソトープ生成システムを廃止するには、システムを安全に分解するステップと、放射能の部品および材料を取り除くステップと、それらを格納するステップとが、含まれる。別の心配事は、アイソトープ生成システムが配置されていた部屋を除染するステップである。場合によっては、床、天井および壁など、部屋の最初からある支持構造を取り除く必要がある。というのは、支持構造は、放射能によって汚染されているからである。そのような廃止および除染の手順は、費用がかかり、時間がかかる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００５／０９４１４２  Ａ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、部屋またはそのそばの領域にいる人に対する放射線被曝を減少させる方法、サイクロトロンおよびアイソトープ生成システムが必要である。さらに、知られているアイソトープ生成システムより容易に廃止することができるアイソトープ生成システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態によれば、加速チャンバを囲繞するマグネットヨークを有するサイクロトロンを含むアイソトープ生成システムが、提供される。サイクロトロンは、加速チャンバからマグネットヨークを通じて粒子ビームを誘導するように構成される。また、アイソトープ生成システムは、マグネットヨークに近接して配置される対象システムを含む。対象システムは、対象材料を保持するように構成され、マグネットヨークと対象場所の間に延在する放射シールドを含む。放射シールドは、対象材料からマグネットヨークに向けて放出されたガンマ線および中性子線を減衰させるようにサイズ設定され形作られる。また、アイソトープ生成システムは、加速チャンバから対象場所に延在するビーム通路を含む。ビーム通路は、マグネットヨークおよび対象システムの放射シールドによって少なくとも部分的に形成される。
【０００９】
別の実施形態によれば、プラットフォーム上に支持されるベースを有するサイクロトロンを含むアイソトープ生成システムが、提供される。サイクロトロンは、加速チャンバを囲繞するマグネットヨークを含む。サイクロトロンは、加速チャンバからマグネットヨークを通じて粒子ビームを誘導するように構成される。また、アイソトープ生成システムは、プラットフォーム上でマグネットヨークに隣接して配置される対象システムを含む。対象システムは、対象場所に対象材料を保持するように構成される。粒子ビームは、対象材料上に入射する。また、アイソトープ生成システムは、加速チャンバから対象場所まで延在するビーム通路を含む。ビーム通路は、マグネットヨークおよび対象システムによって少なくとも部分的に形成される。ビーム通路は、プラットフォームと交差するビーム軸に沿って延在する。
【００１０】
さらなる別の実施形態では、施設の部屋中に配置されるアイソトープ生成システムを廃止する方法が、提示される。この方法は、プラットフォーム上に支持されるベースを有するサイクロトロンを有するアイソトープ生成システムを設けるステップを含む。プラットフォームは、部屋の床によって支持される。サイクロトロンは、ビーム通路に沿って対象システムに粒子ビームを誘導するように構成される。対象システムは、プラットフォーム上でマグネットヨークに隣接して配置される。ビーム通路は、プラットフォームと交差するビーム軸に沿って延在する。また、この方法は、対象システムをプラットフォームから取り除くステップと、プラットフォームを施設の床から取り除くステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態によって形成されるアイソトープ生成システムのブロック図である。
【図２】一実施形態によるアイソトープ生成システムの概略側面図である。
【図３】図２に示すアイソトープ生成システムを上から見た平面図である。
【図４】一実施形態によって形成されるマグネットヨークの斜視図である。
【図５】一実施形態によって形成されるサイクロトロンの側面図である。
【図６】図５に示すサイクロトロンの一部分の拡大側面図である。
【図７】図２のアイソトープ生成システムと共に使用される対象領域の概略側面図である。
【図８】閉位置の筺体を有する、一実施形態によって形成されるアイソトープ生成システムの斜視図である。
【図９】図８のアイソトープ生成システムの、筺体が開位置にあるときの斜視図である。
【図１０】図８に示すアイソトープ生成システムと共に使用することができる、別の実施形態によって形成されるサイクロトロンの側面図である。
【図１１】代替の実施形態によって形成されるアイソトープ生成システムの概略側面図である。
【図１２】一実施形態によるアイソトープ生成システムを廃止するための方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、一実施形態によって形成されるアイソトープ生成システム１００のブロック図である。システム１００は、イオン源システム１０４、電界系１０６、磁界系１０８および真空系１１０を含む、いくつかのサブシステムを有するサイクロトロン１０２を含む。サイクロトロン１０２の使用の間、荷電粒子が、サイクロトロン１０２内に収容される、またはイオン源システム１０４を通じて、その中に送り込まれる。磁界系１０８および電界系１０６は、互いに共同して荷電粒子の粒子ビーム１１２を生成する、それぞれの場を発生させる。
【００１３】
また、図１に示すように、システム１００は、抽出システム１１５および対象材料１１６を含む対象システム１１４を有する。対象システム１１４は、サイクロトロン１０２に隣接して位置付けることができる。アイソトープを生成するために、粒子ビーム１１２は、粒子ビーム１１２が、対応する対象場所１２０に配置される対象材料１１６上に入射するように、サイクロトロン１０２によって、抽出システム１１５を通り、ビーム移送経路またはビーム通路１１７に沿って、対象システム１１４中に入るように誘導される。対象材料１１６が、粒子ビーム１１２によって照射されたとき、中性子およびガンマ線からの放射が、発生する可能性がある。
【００１４】
システム１００は、多数の対象場所１２０Ａ〜Ｃを有することができ、そこに、別々の対象材料１１６Ａ〜Ｃが配置される。粒子ビーム１１２が異なる対象材料１１６上に入射するように、粒子ビーム１１２に対して対象場所１２０Ａ〜Ｃを変位させるために、変位装置またはシステム（図示せず）を使用することができる。なおその上、変位プロセス中、真空を維持することができる。あるいは、サイクロトロン１０２および抽出システム１１５は、１つだけの経路に沿っては粒子ビーム１１２を誘導しなくてもよいが、しかし、各異なる対象場所１２０Ａ〜Ｃのための唯一の経路に沿って粒子ビーム１１２を誘導することができる。さらに、ビーム通路１１７は、サイクロトロン１０２から対象場所１２０まで、実質的に直線状とすることができる、または代替として、ビーム通路１１７は、それに沿って１つまたは複数のポイントで曲がる、または向きを変えることができる。たとえば、異なる経路に沿って粒子ビーム１１２の方向を向け直すために、ビーム通路１１７と平行して位置付けられたマグネットを構成することができる。
【００１５】
上述のサブシステムの１つまたは複数を有するアイソトープ生成システムおよび／またはサイクロトロンの例は、米国特許第６，３９２，２４６号、第６，４１７，６３４号、第６，４３３，４９５号および第７，１２２，９６６号に、ならびに、米国特許出願公開第２００５／０２８３１９９号に記載されており、それらのすべては、参照によって、その全体が組み込まれるものとする。また、さらなる例は、米国特許第５，５２１，４６９号および第６，０５７，６５５号、ならびに米国特許出願公開第２００８／００６７４１３号および第２００８／０２５８６５３号に提示されており、それらのすべては、参照によって、その全体が組み込まれるものとする。さらに、また、本明細書に記載の実施形態と共に使用することができるアイソトープ生成システムおよび／またはサイクロトロンは、同時係属中の米国特許出願第１２／４３５，９０３号、第１２／４３５，９４９号および第１２／４３５，９３１号に述べられており、それらのすべては、参照によって、その全体が組み込まれるものとする。
【００１６】
システム１００は、医学上の画像化、研究および治療に使用することができるが、しかし、また、科学的な研究または解析など、医学と関連しない他の用途にも使用することができる放射性同位体（また放射性核種とも呼ばれる）を生成するように構成される。放射性同位体は、核医学（ＮＭ：Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）の画像化またはポジトロン断層法（ＰＥＴ：Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像化など医学の目的のために使用されるとき、トレーサとも呼ばれることがある。例としてだけで、システム１００は、液体の形態の18Ｆ-アイソトープ、ＣＯ2として11ＣアイソトープおよびＮＨ3として13Ｎアイソトープを作るために、陽子を生成することができる。これらのアイソトープを作るために使用される対象材料１１６は、濃縮された18Ｏ水、天然14Ｎ2ガス、16Ｏ水および15Ｎ2ガスとすることができる。また、システム１００は、15Ｏガス（酸素、二酸化炭素および一酸化炭素）および15Ｏ標識水を生成するために、陽子または重陽子を生成することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、システム１００は、1Ｈ-技術を使用し、ビーム電流が約１０〜３０μＡで、荷電粒子を低エネルギー状態（たとえば、約７．８ＭｅＶ）にさせる。かかる実施形態では、水素負イオンが、加速され、サイクロトロン１０２を通じて抽出システム１１５中に誘導される。次いで、水素負イオンは、抽出システム１１５のストリッピング箔（図示せず）に当たり、それによって電子対を除去して、粒子を正イオン1Ｈ+にすることができる。しかし、代替の実施形態では、荷電粒子は、1Ｈ+、2Ｈ+および3Ｈｅ+などの正イオンとすることができる。かかる代替の実施形態では、抽出システム１１５は、粒子ビームを対象材料１１６に向けて誘導する電界を生成する静電デフレクタを含むことができる。
【００１８】
システム１００は、異なるシステムの様々な構成要素に冷却または作動流体を、それぞれの構成要素が発生した熱を吸収するために、搬送する冷却システム１２２を含むことができる。また、システム１００は、技術者が、様々なシステムおよび構成要素の動作を制御するために、使用することができる制御システム１１８を含むことができる。制御システム１１８は、サイクロトロン１０２および対象システム１１４に近接して、またはそれらから遠く離れて配置される、１つまたは複数のユーザインターフェースを含むことができる。また、システム１００は、図１に示していないが、サイクロトロン１０２および対象システム１１４のために、１つまたは複数の放射および／または磁気シールドを含むことができる。
【００１９】
システム１００は、医学上の画像化または治療に使用する個別の１回分など、所定の量または１回分でもって、アイソトープを生成することができる。上記に列挙した例示のアイソトープ形態に対する、システム１００の生成能力は、18Ｆ-について、約１０分より短い時間で２０μＡにおいて５０ｍＣｉ、および11ＣＯ2について、約３０分で３０μＡにおいて３００ｍＣｉとすることができる。
【００２０】
また、システム１００は、システム１００のサイズ、形状および重量によって、限定されたスペース内にシステム１００を収納するのが可能になるように、知られているアイソトープ生成システムに対して空間量を削減することができる。たとえば、システム１００は、病院または臨床環境中などの、元々粒子加速器用に建てられていない既存の部屋内に、適合することができる。そのようなので、サイクロトロン１０２、抽出システム１１５、対象システム１１４および冷却システム１２２の１つまたは複数の構成要素は、限定されたスペース中に適合するようにサイズ設定され形作られた共通の筺体１２４内に、収納することができる。一例として、筺体１２４が占める全容積は、２ｍ3とすることができる。筺体１２４の可能な寸法は、最大幅が約２．２ｍ、最大高さが約１．７ｍ、および最大奥行きが約１．２ｍとすることができる。筺体およびその中のシステムのすべてを含めた重量は、約１００００ｋｇとすることができる。しかし、本明細書に記載の実施形態は、上に記したサイズおよび重量に限定されるものではなく、サイズおよび重量がもっと大きい場合もある。筺体１２４は、ポリエチレン（ＰＥ）および鉛（Ｐｂ）から製作することができ、その厚さは、サイクロトロン１０２からの中性子束およびガンマ線を減衰させるように構成される。たとえば、筺体１２４は、厚さ（サイクロトロン１０２を囲繞する内側表面と、筺体１２４の外側表面の間で測定される）が、中性子束およびガンマ線束を減衰させる筺体１２４の所定の部分に沿って、少なくとも約１０ｍｍとすることができる。
【００２１】
システム１００は、所定のエネルギーレベルまで荷電粒子を加速するように構成することができる。本明細書に記載のいくつかの実施形態は、約１８ＭｅＶまたはそれより小さいエネルギーまで荷電粒子を加速する。他の実施形態では、システム１００は、約１６．５ＭｅＶまたはそれより小さいエネルギーまで荷電粒子を加速する。具体的な実施形態では、システム１００は、約９．６ＭｅＶまたはそれより小さいエネルギーまで荷電粒子を加速する。より具体的な実施形態では、システム１００は、約７．８ＭｅＶまたはそれより小さいエネルギーまで荷電粒子を加速する。
【００２２】
図２および３は、一実施形態によって形成されるアイソトープ生成（ＩＰ：ｉｓｏｔｏｐｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）システム３００の、それぞれ概略側面図および概略上面図である。ＩＰシステム３００は、マグネットヨーク２０２を有するサイクロトロン２００を含み、また、放射シールド３０６と、放射シールド３０６内に配置される対象領域３０８とを含む対象システム３０２を含む。マグネットヨーク２０２は、加速チャンバ２０６を含み、そこでは、粒子ビーム３１２が、生成され、マグネットヨーク２０２を通じ、ビーム通路３１４に沿って対象領域３０８に向けて誘導される。ビーム通路３１４は、マグネットヨーク２０２および放射シールド３０６によって少なくとも部分的に形成される。ＩＰシステム３００は、示していないが、サイクロトロン２００から粒子ビーム３１２を移動させ誘導するのを容易にする抽出システムを含むことができる。
【００２３】
やはり図では、サイクロトロン２００および対象システム３０２は、共通の筺体３０５内に密閉することができる。いくつかの実施形態では、また、ＩＰシステム３００は、ＩＰシステム３００が配置される領域の床または敷地３１３上に置かれた、別個のプラットフォーム２２０（図２）を含む。サイクロトロン２００、対象システム３０２および筺体３０５は、プラットフォーム２２０上に置くことができる。たとえば、サイクロトロン２００は、プラットフォーム２２０上に少なくとも部分的に支持されるベース３１５を含むことができる。ベース３１５は、マグネットヨーク２０２から形成することができる、または筺体３０５の一部分とすることができる。また、ベース３１５は、マグネットヨーク２０２とプラットフォーム２２０の間に位置付けられた真空ポンプ２７６を含むことができる。真空ポンプ２７６は、加速チャンバ２０６およびビーム通路３１４内を、ならびに対象領域３０８内を排気された状態に維持するように構成することができる。
【００２４】
本明細書に記載の実施形態は、分離された遮蔽システムを含み、そこでは、サイクロトロン２００内で発生した放射が、マグネットヨーク２０２によって少なくとも部分的に減衰され、かつ対象領域３０８内で発生した放射が、放射シールド３０６によって少なくとも部分的に減衰される。荷電粒子が加速され、加速チャンバ２０６内の所定の経路に沿って誘導されたとき、加速チャンバ２０６内のイオンは、その中でガス粒子と衝突し、電界および磁界からもう影響されない中性粒子になる可能性がある。中性粒子は、マグネットヨーク２０２の中間平面２３２（図４）に沿って、その中で加速チャンバ２０６の周辺の周りに噴霧される可能性がある。中性粒子を捕捉するのを容易にするために、加速チャンバ２０６内に、遮断パネル（図示せず）を位置付けることができる。
【００２５】
図２および３に、いくつかのポイントＸR1を示し、そこでは、粒子が、マグネットヨーク２０２と衝突して、中性子放射およびガンマ線放射を発生させることがある。ガンマ線は、等方性の様態で対応するポイントＸR1から放出される（すなわち、対応するポイントＸR1から、球面状に離れる）。マグネットヨーク２０２の寸法は、加速チャンバ２０６内でガンマ線の放射を減衰させるようにサイズ設定することができる。たとえば、従来のマグネットヨークの寸法は、通常、加速チャンバ内で粒子ビームを形成するのに必要な、所望の磁界によって決定される。しかし、マグネットヨーク２０２の寸法は、所望の磁界を形成するのに必要なものより厚くすることができる。マグネットヨーク２０２の追加の厚さによって、加速チャンバ２０６から放出された放射を減衰させるのを容易にすることができる。さらに、サイクロトロン２００は、比較的少ない量の中性粒子を生成する低エネルギーで、動作させることができる。たとえば、ＩＰシステム３００は、荷電粒子を約９．６ＭｅＶ、または、より具体的には、７．８ＭｅＶまたはそれより小さい、エネルギーレベルの状態にさせることができる。
【００２６】
対象システム３０２に関し、対象領域３０８は、対象材料が配置される対象場所３４０（図７に示す）を含む。粒子ビーム３１２が対象材料上に入射したとき、ガンマ線からの放射および中性子が生成され、対象材料から、および対象材料に近接する付属の構成要素から放出される可能性がある。さらに、また、放出された中性子は、その中性子が対象システム３０２内の物質と相互作用したとき、ガンマ線を生成することがある。そのようなので、放射シールド３０６は、放射を減衰させるように構成される。
【００２７】
対象領域３０８は、放射シールド３０６の幾何学的中心に近接して配置することができる。一例としてだけで、対象領域３０８は、ＩＰシステム３００の外側境界３０１の線量率が、所望の値より小さくなるように（たとえば、約４μＳｖ／ｈより小さい、または約２μＳｖ／ｈより小さい）、放射シールド３０６内の所定の場所に配置することができる。「外側境界」は、ＩＰシステム３００の外側表面を含み、ＩＰシステム３００が通常動作中であるとき、ユーザが触ることができる。たとえば、外側境界３０１は、図３に、筺体３０５の外側表面３０１として示してある。しかし、代替の実施形態では、外側境界３０１は、放射シールド３０６の外側表面３０４、またはサイクロトロン２００の外側表面２０５とすることができる。したがって、線量率は、筺体３０５がある場合、外側表面３０１から測定することができる、あるいは、筺体がない場合、外側表面２０５および３０４から測定することができる。
【００２８】
マグネットヨーク２０２および放射シールド３０６は、対応する領域から放出された放射を減衰させるように構成された異なる材料組成を含むことができる。たとえば、マグネットヨーク２０２は、鉄から形成することができる。マグネットヨーク２０２を形成する材料の寸法は、加速チャンバ２０６内から放出された放射を減衰させるために、大きくすることができる。他方では、放射シールド３０６は、異なる材料の別々の層または構造を含む、異なる材料組成を有することができる。たとえば、放射シールド３０６は、第１または内側の遮蔽構造３２０、ならびに第１の遮蔽構造３２０を囲繞する第２または外側の遮蔽構造３２２を含むことができる。第１の遮蔽構造３２０は、対象領域３０８を直接囲繞することができ、かつ、その中から放出されたガンマ線放射を減衰させるように構成することができる。一例では、第１の遮蔽構造３２０は、大部分の鉛（Ｐｂ）またはほぼ純粋な鉛（Ｐｂ）から形成されるケージを含む。しかし、ガンマ線放射を減衰させるように構成される他の材料を、第１の遮蔽構造３２０と共に使用することができる。
【００２９】
第２の遮蔽構造３２２は、第１の遮蔽構造３２０を囲繞することができ、かつ、対象領域３０８から放出された中性子およびガンマ線も減衰させるように、そしてまた、中性子の捕捉によって生成されたガンマ線を減衰させるように構成することができる。第２の遮蔽構造３２２は、球形状を有することができる。第２の遮蔽構造３２２を含む材料組成の大部分は、ポリエチレンを含むことができる。他の材料は、鉛（Ｐｂ）およびより少ない量でホウ素を含むことができる。１つの具体的な実施形態では、第２の遮蔽構造３２２は、約８０％のポリエチレン（３％のホウ素を含む）と、約２０％の鉛（Ｐｂ）とを含む。しかし、第１および第２の遮蔽構造３２０および３２２の材料組成に、他の要素または材料を含めることができる。
【００３０】
また、図２および３に示すように、対象システム３０２は、マグネットヨーク２０２に隣接して配置することができる。対象システム３０２およびマグネットヨーク２０２は、ここで使用されるとき、対象システム３０２およびマグネットヨーク２０２が、両者の間の距離または間隔が実質的になく、互いに近接して、またはその近傍にあるとき、互いに「隣接している」。たとえば、示した実施形態では、放射シールド３０６の一部分は、シールド受け入れカットアウトまたは凹所２６２（図４に示す）内に適合するように形作られる。さらに具体的には、放射シールド３０６の一部分は、シールド受け入れ凹所２６２の形状に一致するように、形作ることができる。さらに、外側表面３０４および２０５は、互いに直接当接することができる。しかし、対象システム３０２がマグネットヨーク２０２に隣接する、他の実施形態では、外側表面２０５は、シールド受け入れ凹所２６２を形成しなくてもよい。その代わりに、外側表面３０４および２０５は、たとえば外側表面３０４および２０５の平面部分に沿って、互いに、なお直接当接することができる。
【００３１】
代替の実施形態では、対象システム３０２およびマグネットヨーク２０２は、外側表面３０４と２０５の間にわずかな間隔だけを有して（たとえば、約２５ｃｍより小さい、または約１０ｃｍより小さい）、互いに隣接することができる。しかし、代替の実施形態では、対象システム３０２およびマグネットヨーク２０２は、互いに隣接していないが、たとえば、０．５ｍまたはそれより大きいだけ隔てることができる。
【００３２】
また、図２に示すように、放射シールド３０６は、対象領域３０８から外側表面３０４まで伸びる半径方向厚さＴRを有することができる。半径方向厚さＴRは、外側表面３０４が、多くても限定された線量率に遭遇するように構成することができる。示すように、半径方向厚さＴRは、長さまたは寸法を可変にすることができる。たとえば、半径方向厚さＴRは、対象領域３０８とプラットフォーム２２０または敷地３１３の間に延在する縮小部分３２５を有することができる。放射シールド３０６の残された部分（複数可）は、実質的に等しい半径方向厚さＴRを有することができる。放射シールド３０６の縮小部分３２５は、たとえば、対象システム３０２がプラットフォーム２２０上に置かれる、あるいは、敷地３１３上に直接置かれる場合に使用することができる。プラットフォーム２２０は、材料（たとえば、コンクリート）を含むことができ、厚さＴCは、サイクロトロン２００および対象システム３０２の少なくとも１つからの放射漏れを吸収するように構成することができる。
【００３３】
ビーム通路３１４は、マグネットヨーク２０２および対象システム３０２の放射シールド３０６によって少なくとも部分的に形成される。示した実施形態では、ビーム通路３１４は、図２および３に示すように、実質的に直線状とすることができる。あるいは、ビーム通路３１４は、それに沿って曲線または急な方向転換を有することができる。たとえば、代替の実施形態では、マグネットは、ビーム通路と平行に位置付けることができ、かつ、異なる経路に沿って粒子ビーム３１２を誘導する、または再誘導するように構成することができる。さらに、ビーム通路は、横断面直径ＤBPおよび距離または長さＬを有することができる。直径ＤBPおよび長さＬは、加速チャンバ２０６に再び入る中性子を大幅に減少させる、またはなくすために、対象材料から出てきてビーム通路３１４中に入る中性子の量を減少させるようにサイズ設定され形作られる。長さＬとして、加速チャンバ２０６の内側表面から対象場所３４０まで測定することができる（図７）。いくつかの実施形態では、長さＬは，約０．５ｍから約１．５ｍの範囲である。また、ビーム通路３１４は、示していないが、マグネットヨーク２０２および放射シールド３０６を形成する材料以外の材料から形成されるパイプまたは導管から形成することができる。
【００３４】
図２に関し、粒子ビーム３１２およびビーム通路３１４は、ビーム軸３３０に沿って延在することができる。ビーム軸３３０は、少なくとも部分的に下方に、すなわち敷地または床３１３に向けることができる。いくつかの実施形態では、ビーム軸３３０は、プラットフォーム２２０と交差することができる。かかる実施形態では、ＩＰシステム３００が廃止されることになったとき、そしてＩＰシステム３００が配置されている施設の部屋が、除染されることになったとき、筺体３０５、サイクロトロン２００および対象システム３０２は、プラットフォーム２２０から取り除くことができる。次いで、プラットフォーム２２０は、制御された方法で（すなわち、放射能物質の除去に関する安全基準に従って）、施設から取り除くことができる。したがって、プラットフォーム２２０は、部屋内の既存の支持構造を保護する、または別の方法で支持構造を取り除くことを防止することができる。たとえば、プラットフォーム２２０を使用することによって、天井、床および壁などの他の支持構造は、部屋の中に置いたままにすることができる。
【００３５】
図４〜７に、ＩＰシステム３００およびその構成要素をより詳細に述べる。図４は、一実施形態によって形成されるマグネットヨーク２０２の透視図である。マグネットヨーク２０２は、Ｘ、ＹおよびＺ軸に対して方向付けられる。いくつかの実施形態では、マグネットヨーク２０２は、重力Ｆgに対して垂直に方向付けられる。マグネットヨーク２０２は、中心軸２３６の周りで実質的に円形状とすることができるヨーク本体２０４を有し、その中心軸は、ヨーク本体２０４の中心を通りＺ軸に平行に伸びる。ヨーク本体２０４は、鉄および／または別の強磁性体材料から製造することができ、かつ、所望の磁界を発生させるようにサイズ設定され形作ることができる。
【００３６】
ヨーク本体２０４は、中心軸２３６の周りで円周方向に湾曲する半径方向部分２２２を有する。半径方向部分２２２は、幅Ｗ1で延在する外側半径方向表面２２３を有する。半径方向表面２２３の幅Ｗ1は、軸方向で中心軸２３６に沿って伸びることができる。ヨーク本体２０４が、垂直方向に方向付けられているとき、半径方向部分２２２は、上部および底部の端部２１２および２１４を有し、ヨーク本体２０４の直径ＤYが、それらの間に伸びる。また、ヨーク本体２０４は、ヨーク本体２０４の厚さＴ1だけ隔てられた、対向する側面２０８および２１０を有することができる。各側面２０８および２１０は、それぞれ、対応する側面の表面２０９および２１１を有する（側面表面２０９は、図５に示す）。側面表面２０９および２１１は、互いに対して実質的に平行に延在することができ、実質的に平面であってもよい（すなわち、ＸおよびＹ軸によって形成された平面に沿って）。半径方向部分２２２は、隅部表面２１７および２１９をそれぞれ有する隅部または移行部２１６および２１８を介して、側面２０８および２１０に接続される。（移行部２１８および隅部表面２１９は、図５に示す）。隅部表面２１７および２１９は、半径方向表面２２３から、互いに離れて中心軸２３６に向けて対応する側面の表面２１１および２０９まで延在する。半径方向表面２２３、側面表面２０９および２１１、および隅部表面２１７および２１９は、ヨーク本体２０４の外側表面２０５（図５）を共同で形成する。
【００３７】
ヨーク本体２０４は、ヨーク本体２０４中に繋がる、いくつかのカットアウト、凹所または通路を有することができる。たとえば、ヨーク本体２０４の外側表面２０５は、対象システム３０２（図２）から放射シールド３０６を受け入れるようにサイズ設定され形作られるシールド受け入れ凹所２６２を形成することができる。示すように、シールド受け入れ凹所２６２は、中心軸２３６に沿って伸びる幅Ｗ2を有する。示した実施形態では、シールド受け入れ凹所２６２は、内側に半径方向部分２２２中に、そして中心軸２３６に向けて厚さＴ1を通って湾曲する。ビーム通路３１４は、図４には示していないが、半径方向部分２２２を通りシールド受け入れ凹所２６２に近接して延在することができる。したがって、幅Ｗ1は、幅Ｗ2より狭い。また、シールド受け入れ凹所２６２は、外側表面２０５の外部にある中心（ポイントＣとして示す）を有する曲率半径を有することができる。ポイントＣは、対象場所３４０のおおよその場所を示すことができる（図７）。代替の実施形態では、シールド受け入れ凹所２６２は、放射シールドを受け入れるように構成される他の寸法を有することができる。さらに、他の実施形態では、ヨーク本体２０４は、シールド受け入れ凹所２６２を有さなくてもよいが、放射シールドに近接して位置付けることができる。やはり図では、ヨーク本体２０４は、真空ポンプ２７６（図２）を受け入れるようにサイズ設定され形作られるポンプ受け入れ（ＰＡ：ｐｕｍｐ  ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ）空洞２８２を形成することができる。
【００３８】
図５は、一実施形態によって形成されるサイクロトロン２００の側面図である。サイクロトロン２００は、図２〜４に関して上述のマグネットヨーク２０２を含む。図５に示すように、ヨーク本体２０４は、対向するヨーク部分２２８および２３０に分割することができ、それらは、それらの間に加速チャンバ２０６を画定する。ヨーク部分２２８および２３０は、互いに対して隣接し、マグネットヨーク２０２の中間平面２３２に沿って位置付けられるように構成される。サイクロトロン２００は、サイクロトロン２００の重量を支持するように構成されるプラットフォーム２２０上に置くことができる。プラットフォーム２２０は、たとえば、部屋の床、または床によって支持される、材料（たとえば、セメント）の追加の厚板とすることができる。中心軸２３６は、中間平面２３２に対して直角に、ヨーク本体２０４の中心を通って側面表面２０９と２１１の間で伸びる。加速チャンバ２０６は、中間平面２３２と中心軸２３６の交差点に配置される中央領域２３８を有する。いくつかの実施形態では、中央領域２３８は、加速チャンバ２０６の幾何学的中心にある。やはり図では、マグネットヨーク２０２は、中心軸２３６の上に延在する上部部分２３１と、中心軸２３６の下に延在する下部部分２３３とを含む。
【００３９】
ヨーク部分２２８および２３０は、加速チャンバ２０６内で中間平面２３２を横切って互いに対して対向するポール２４８および２５０をそれぞれ含む。ポール２４８および２５０は、ポールギャップＧだけ互いから隔てることができる。ポールギャップＧは、サイクロトロン２００が動作状態にあるとき、所望の磁界を発生させるようにサイズ設定され形作られる。さらに、ポールギャップＧは、加速チャンバ内の粒子を取り除くための所望のコンダクタンスに基づきサイズ設定され形作ることができる。例として、いくつかの実施形態では、ポールギャップＧは、３ｃｍとすることができる。
【００４０】
ポール２４８は、ポールトップ２５２を含み、ポール２５０は、ポールトップ２５２に面するポールトップ２５４を含む。示した実施形態では、サイクロトロン２００は、ポールトップ２５２および２５４が、それぞれ、山と谷の部分の配列を形成する同期サイクロトロンである（図示せず）。山と谷は、互いに作用し合って、荷電粒子の経路を合焦させるための磁界を発生させる。また、ヨーク部分２２８または２３０は、対応する谷内に配置される中空のＤ字型のものを含む、無線周波（ＲＦ）の電極（図示せず）を含むことができる。ＲＦ電極は、互いに協力し、所定の周波数（たとえば、１００ＭＨｚ）に変えるインダクタンスおよびキャパシタンスの要素を含む共鳴系を形成する。ＲＦ電極システムは、１つまたは複数の増幅器と交信している周波数発振器を含むことができる高周波発電機（図示せず）を有することができる。ＲＦ電極システムは、ＲＦ電極とグラウンドの間で交流電位を生成する。
【００４１】
また、サイクロトロン２００は、加速チャンバ２０６内に、またはそれに近接して配置されるマグネット組立２６０を含む。マグネット組立２６０は、所望の経路に沿って荷電粒子を誘導するための磁界を、ポール２４８および２５０によって、生成するのを容易にするように構成される。マグネット組立２６０は、互いに離れて中間平面２３２を横切り距離Ｄ1に隔置される、対向するマグネットコイル２６４および２６６の対を含む。マグネットコイル２６４および２６６は、たとえば、銅合金の抵抗性コイルとすることができる。あるいは、マグネットコイル２６４および２６６は、アルミニウム合金とすることができる。マグネットコイルは、実質的に円形状として、中心軸２３６の周りに延在することができる。ヨーク部分２２８および２３０は、マグネットコイルの空洞２６８および２７０をそれぞれ形成し、それらは、対応するマグネットコイル２６４および２６６をそれぞれ受け入れるようにサイズ設定され形作られる。また図５に示すように、サイクロトロン２００は、加速チャンバ２０６からマグネットコイル２６４および２６６を隔て、かつマグネットコイル２６４および２６６を所定位置に保持するのを容易にするチャンバ壁２７２および２７４を含むことができる。
【００４２】
加速チャンバ２０６は、その中で1Ｈ-イオンなどの荷電粒子を、中心軸２３６の周りでらせん形状に包み、かつ中間平面２３２に実質的に沿って留まる所定の湾曲した経路に沿って、加速するのが可能になるように構成される。荷電粒子は、最初、中央領域２３８に近接して位置付けられる。サイクロトロン２００が起動されたとき、荷電粒子の経路は、中心軸２３６の周りを周回することができる。示した実施形態では、サイクロトロン２００は、同期サイクロトロンであり、したがって、荷電粒子の軌道は、中心軸２３６の周りを湾曲する部分と、より直線状の部分とを有する。しかし、本明細書に記載の実施形態は、同期サイクロトロンに限定されず、また他のタイプのサイクロトロンおよび粒子加速器を含む。図５に示すように、荷電粒子が中心軸２３６の周りを周回したとき、荷電粒子は、加速チャンバ２０６の上部部分２３１中のページから突出して、加速チャンバ２０６の下部部分２３３中のページ中に延在することができる。荷電粒子が、中心軸２３６の周りで周回するので、荷電粒子の軌道と中央領域２３８の間に伸びる半径Ｒが、大きくなる。荷電粒子が、軌道に沿って所定の場所に到着したとき、荷電粒子は、抽出システム（図示せず）中に入り、または貫通し、サイクロトロン２００から出るように誘導される。
【００４３】
加速チャンバ２０６は、粒子ビーム３１２（図２）の形成前およびその間、排気状態にすることができる。たとえば、粒子ビームが生成される前、加速チャンバ２０６の圧力は、約１×１０-7ミリバールとすることができる。粒子ビームが活性化され、Ｈ2ガスが、中央領域２３８に配置されるイオン源（図示せず）を通って流れているとき、加速チャンバ２０６の圧力は、約２×１０-5ミリバールとすることができる。真空ポンプ２７６は、ヨーク本体２０４の端部２１４から半径方向で外側に突出する部分を含むことができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ヨーク部分２２８および２３０は、加速チャンバ２０６にアクセスすることができるように（たとえば、修理および保守のために）、互いに向かって、および互いに離れるように可動とすることができる。たとえば、ヨーク部分２２８および２３０は、ヨーク部分２２８および２３０と平行して延在するヒンジ（図示せず）によって連結することができる。ヨーク部分２２８および２３０のいずれか、またはその両方は、ヒンジの軸の周りで対応するヨーク部分（複数可）を枢動させることによって、開くことができる。別の例のように、ヨーク部分２２８および２３０は、ヨーク部分の一方を、互いから直線状に離すように横方向に移動することによって、互いから隔てることができる。しかし、代替の実施形態では、ヨーク部分２２８および２３０は、一体で形成することができ、または、加速チャンバ２０６にアクセスするとき（たとえば、加速チャンバ２０６中に繋がるマグネットヨーク２０２の穴または開口を通して）、一緒に貼り付けられたままにすることができる。代替の実施形態では、ヨーク本体２０４は、均等には分割されない部分を有することができ、および／または３つ以上の部分を含むことができる。たとえば、ヨーク本体は、マグネットヨーク５０４に関する図１０に示すように、３つの部分を有することができる。
【００４５】
加速チャンバ２０６は、中間平面２３２に沿って延在し、かつその周りで実質的に対称な形状を有することができる。たとえば、加速チャンバ２０６は、加速チャンバ２０６が実質的にディスク形状になるように、中心軸２３６の周りに延在する内側半径方向または壁の表面２２５によって、囲繞することができる。加速チャンバ２０６は、内側および外側の空間領域２４１および２４３を含むことができる。内側空間領域２４１は、ポールトップ２５２と２５４の間に画定することができ、外側空間領域２４３は、チャンバ壁２７２と２７４の間に画定することができる。空間領域２４３は、中心軸２３６の周りに延在して空間領域２４１を囲繞する。サイクロトロン２００の動作中の荷電粒子の軌道は、空間領域２４１内とすることができる。したがって、加速チャンバ２０６は、ポールトップ２５２および２５４、ならびにチャンバ壁２７２および２７４によって、幅方向に、少なくとも部分的に画定される。加速チャンバ２０６の外側周囲は、内側半径方向表面２２５によって、画定することができる。また、加速チャンバ２０６は、真空ポンプ２７６およびビーム通路３１４（図２）に向かって導く通路など、空間領域２４３から半径方向で外側に離れるように導く通路を含むことができる。
【００４６】
外側表面２０５は、ヨーク本体２０４のエンベロープ２０７を画定する。エンベロープ２０７は、外側表面２０５によって画定され、小さな空洞、カットアウトまたは凹所のない、ヨーク本体２０４の一般的な形状にほぼ相当する形状を有する。（示す目的のためだけに、エンベロープ２０７を、ヨーク本体２０４よりわずかに大きいように、図５に示す）。図５に示すように、エンベロープ２０７の横断面は、外側半径方向表面２２３、側面の表面２０９および２１１、ならびに隅部表面２１７および２１９によって画定される８辺の多角形である。ヨーク本体２０４は、通路、カットアウト、凹所、空洞、ならびに構成要素または装置がエンベロープ２０７中につき通るのを可能にするようなものを形成することができる。シールド受け入れ凹所２６２（図４）およびＰＡ空洞２８２は、かかる凹所および空洞の例である。
【００４７】
図６は、サイクロトロン２００（図３）の動作中に放出されている放射を示す、上部部分２３１の側面図である。サイクロトロン２００は、加速チャンバ２０６（図５）から放出された放射を減衰させるように、別々に構成することができる。しかし、また、サイクロトロン２００は、米国特許出願第１２／４３５，９３１号に述べられているように、放射を減衰させ、かつ漂遊磁界の強度を減少させるように、構成することができ、その特許出願は、参照によって、その全体が組み込まれるものとする。上記に議論したように、１つのタイプの放射は、中性子束からである。具体的な実施形態では、サイクロトロン２００は、中性子束からの放射が、ヨーク本体の外側で所定の量を超えないように、低エネルギーで運転される。たとえば、サイクロトロンは、約９．６ＭｅＶ以下のエネルギーレベルまで粒子を加速するように、運転することができる。もっと具体的には、サイクロトロンは、約７．８ＭｅＶ以下のエネルギーレベルまで粒子を加速するように、運転することができる。
【００４８】
第２のタイプの放射、すなわちガンマ線は、中性子または陽子がヨーク本体２０４と衝突したとき、生成される。図６に、サイクロトロン２００が動作中であるとき、粒子が、一般にヨーク本体２０４と衝突する、いくつかのポイントＸR1を示す。ガンマ線は、対応するポイントＸR1から等方的に放出される（すなわち、対応するポイントＸR1から、球状に離れる）。ヨーク本体２０４の寸法は、ガンマ線の放射を減衰させるようにサイズ設定することができる。たとえば、図６に、半径方向部分２２２、移行部２１８、およびコイル空洞２７０から側面２０８に延在するヨーク本体２０４の一部分を貫通して伸びる厚さＴ4、Ｔ5およびＴ6をそれぞれ示す。厚さＴ4、Ｔ5およびＴ6は、外側表面２０５から所望の距離内での（または外側表面２０５における）線量率が、所定の量より低くなるように、厚さ付けることができる。距離Ｄ7〜Ｄ9は、持続する放射が、そこでは所望の線量率より低い、外側表面２０５から離れる所定の距離を表す。外側表面２０５からの各距離Ｄ7〜Ｄ9は、ヨーク本体２０４の外側のポイントから外側表面５０７までの、最も短い距離とすることができる。
【００４９】
したがって、厚さＴ4、Ｔ5およびＴ6は、対象電流が所定の電流で動作しているとき、ヨーク本体２０４の外側での線量率が、所望の距離内で所望の量を超えないように、厚さ付けることができる。例として、厚さＴ4、Ｔ5およびＴ6は、線量率が、対応する表面から約１ｍより短い距離で、約２０〜約３０μＡの対象電流において、２μＳｖ／ｈを超えないように、厚さ付けることができる。さらに、厚さＴ4、Ｔ5およびＴ6は、線量率が、対応する表面に沿ったポイントで（すなわち、Ｄ4、Ｄ5およびＤ6が、ほぼゼロに等しい）、約２０〜約３０μＡの対象電流において、２μＳｖ／ｈを超えないように、厚さ付けることができる。しかし、線量率は、対象電流に正比例することができる。たとえば、線量率は、対象電流が１０〜１５μＡであるとき、対応する表面に沿ったポイントで１μＳｖ／ｈとすることができる。
【００５０】
線量率は、知られている方法または装置を使用して、決定することができる。たとえば、ガンマ線を検出するために、イオンチャンバまたはガイガーミューラー（ＧＭ）管ベースのガンマ線調査メータを使用することができるはずである。中性子は、イオンチャンバまたはＧＭ管の周りの適切な材料（たとえば、プラスティック）と相互作用する中性子から出てくる検出可能なガンマ線に通常基づく、専用の中性子モニタを使用して検出することができる。
【００５１】
一実施形態では、ヨーク本体２０４の寸法は、ヨーク本体２０４の周りの漂遊磁界を限定する、または減少させ、かつサイクロトロン２００から放出された放射を減少させるように構成される。ヨーク本体２０４を貫通する磁界に対して、サイクロトロン２００によって達成することができる最大電磁流量（Ｂ）は、厚さＴ5に沿って見られるヨーク本体２０４の最も狭い断面積に基づく（または、それによって有意に決定する）ことができる。したがって、厚さＴ4およびＴ6に関連する断面積など、ヨーク本体２０４内の他の断面積のサイズは、移行部２１８を伴う断面積に基づいて決定することができる。たとえば、マグネットヨークの重量を軽減するために、従来のサイクロトロンは、通常、それ以上の軽減がサイクロトロンの最大電磁流量（Ｂ）に実質的に影響を及ぼすことになるまで、断面積Ｔ4およびＴ6を減少させる。
【００５２】
しかし、厚さＴ4、Ｔ5およびＴ6は、ヨーク本体２０４を貫通する所望の電磁流量（Ｂ）だけでなく、放射の所望の減衰にも基づくことができる。したがって、ヨーク本体２０４のいくつかの部分は、ヨーク本体２０４を貫通する所望の平均電磁流量（Ｂ）を達成するために必要な材料の量に比べて、過剰な材料を有することができる。たとえば、厚さＴ6に関連するヨーク本体２０４の断面積は、過剰な材料の厚さを有することができる（ΔＴ1として示す）。厚さＴ4に関連するヨーク本体２０４の断面積は、過剰な材料厚さを有することができる（ΔＴ2として示す）。したがって、本明細書に記載の実施形態は、厚さＴ5など、上限値より低く電磁流量（Ｂ）を維持するように決定される厚さを有することができ、そして、厚さＴ6およびＴ4など、加速チャンバ内から放出されたガンマ線を減衰させるように画定される別の厚さを有することができる。
【００５３】
さらに、ヨーク本体２０４の寸法は、加速チャンバ内で使用される粒子のタイプ、および粒子が衝突する加速チャンバ２０６内の材料のタイプに基づくことができる。さらに、ヨーク本体２０４の寸法は、ヨーク本体を含む材料に基づくことができる。また、代替の実施形態では、漂遊磁界およびヨーク本体２０４内から放出された放射の両方を減衰させるために、ヨーク本体２０４の寸法と連動して、外側シールドを使用することができる。
【００５４】
図７は、対象領域３０８の拡大側面図である。示すように、対象領域３０８は、第１、または内側遮蔽構造３２０と、コリメータ３３８と、対象場所３４０Ａ〜３４０Ｃ内に対象媒体を保持する対象ホルダ３４２と、対象ホルダ３４２をコリメータ３３８（または、ビーム通路３１４）に可動に結合する回転機構３４４とを含む。粒子ビーム３１２は、ビーム通路３１４に沿って誘導され、コリメータ３３８によって狭められる、または合焦させられ、その後、粒子ビーム３１２は、対応する対象場所３４０で、対象材料にぶつかる、または衝突する。回転機構３４４は、対象場所３４０Ａ〜３４０Ｃが、粒子ビーム３１２に対して移動するように、ホルダ３４２を移動する、または回転させるために、選択的に制御することができる。より具体的には、ＩＰシステム３００（図２）の操作員は、所望の放射性同位体を作るために、対象材料を選択することができる。次いで、回転機構３４４は、所望の対象材料が粒子ビーム３１２と衝突するように、対象場所３４０Ａ〜３４０Ｃを移動させるために、ピボットポイント３４８の周りで回転することができる。代替の実施形態では、回転機構３４４は、ビーム軸３３０（図２）の周りでホルダ３４２を回転させることができる。さらに、３つの対象場所３４０Ａ〜３４０Ｃを示しているが、もっと少ない、またはもっと多い対象場所を使用することができる。
【００５５】
示すように、第１の遮蔽構造３２０は、対象場所３４０Ａ〜３４０Ｃを直接囲繞する。第１の遮蔽構造３２０は、鉛（Ｐｂ）から本質的に構成することができ、対象場所３４０で生成された即発のガンマ線放射を減衰させるように形作ることができる。いくつかの実施形態では、ホルダ３４２が様々な位置に移動するのを可能にするために、第１の遮蔽構造３２０内にスペースまたは空所をサイズ設定し形作る。したがって、第１の遮蔽構造３２０のサイズおよび形状は、ホルダ３４２が対象場所３４０を移動するために使用されるスペースによって、決定することができる。やはり図では、第１の遮蔽構造３２０は、厚さＴ7を有する。厚さＴ7は、外側境界３０１が、最大の線量率より少ない線量率を有するように、即発のガンマ線放射を減衰させるように構成される。第１の遮蔽構造３２０が対象場所（複数可）３４０を直接囲繞する、かかる実施形態では、アイソトープ生成システム３００（図２）は、サイクロトロンおよび対象システムのほとんど、またはすべてを囲繞する鉛（Ｐｂ）を有する従来のアイソトープ生成システムより少ない鉛（Ｐｂ）を使用することができる。
【００５６】
図８および９は、一実施形態によって形成されるアイソトープ生成（ＩＰ：ｉｓｏｔｏｐｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）システム５００を、閉じられた、または動作する状態で、および開かれた、またはアクセス可能な状態で、それぞれ示す斜視図である。示すように、ＩＰシステム５００は、サイクロトロン５０２（図９）および対象システム５１４（図９）を密閉する筺体５２４を含むことができる。図９を参照すると、ＩＰシステム５００は、病院または臨床環境内で使用されるように構成されており、ＩＰシステム１００（図１）およびＩＰシステム３００（図２）に関して述べたようなものと同様の構成要素およびシステムを含むことができる。サイクロトロン５０２および対象システム５１４は、患者に使用するための放射性同位体を生成することができる。サイクロトロン５０２は、サイクロトロン５０２が起動されたとき、荷電粒子が所定の経路に沿って移動する加速チャンバ５０６を画定する。サイクロトロン５０２は、使用中のとき、所定または所望のビーム経路５３６に沿って荷電粒子を加速し、そして、それらの粒子を、対象システム５１４の対象領域５３２に誘導する。ビーム経路５３６（点線として示す）は、加速チャンバ５０６から対象システム５１４中に延在する。
【００５７】
図１０は、サイクロトロン５０２の横断面図である。示すように、サイクロトロン５０２は、サイクロトロン２００（図２）と同様の特徴および構成要素を有する。しかし、サイクロトロン５０２は、一緒に挟まれた３つの部分５２８〜５３０を含むことができるマグネットヨーク５０４を含む。より具体的には、サイクロトロン５０２は、ヨーク部分５２８と５３０の間に配置されるリング部分５２９を含む。リングおよびヨークの部分５２８〜５３０が、示すように、一緒に積み重ねられたとき、ヨーク部分５２８および５３０は、中間平面５３４を跨いで互いに向かい合い、その中にマグネットヨーク５０４の加速チャンバ５０６を画定する。示すように、リング部分５２９は、真空ポンプ５７６のポート５７８に繋がる通路Ｐ3を画定することができる。真空ポンプ５７６は、作動流体がないポンプ（ｆｌｕｉｄｌｅｓｓ  ｐｕｍｐ）とすることができ、米国特許出願第１２／４３５，９３１号および第１２／４３５，９４９号に記載されたものと同様の特徴を有することができ、それらは、参照によって、その全体が組み込まれるものとする。たとえば、真空ポンプ５７６は、ターボ分子ポンプとすることができる。
【００５８】
やはり図示されているように、筺体５２４は、厚さＴSおよび外側表面５２５を有することができる。筺体５２４は、ポリエチレン（ＰＥ）および鉛（Ｐｂ）から製作することができ、厚さＴSは、サイクロトロン５０２からの中性子束を減衰させるように構成することができる。他の実施形態では、筺体５２４は、鉛（Ｐｂ）を実質的に使用しない。外側表面５２５は、アイソトープ生成システム５００の外側境界を表すことができる。筺体５２４は、マグネットヨーク５０４の他の寸法に加えて、放射の所望の減衰および漂遊磁界の所望の減少を達成するようにサイズ設定され形作ることができる。たとえば、マグネットヨーク５０４の寸法および筺体５２４の寸法（たとえば、厚さＴS）は、線量率が、外側表面５２５から約１ｍより短い距離で、より具体的には、０ｍの距離で、２μＳｖ／ｈを超えないように、構成することができる。または、マグネットヨーク５０４の寸法および筺体５２４の寸法は、漂遊磁界が、外側表面５２５から１ｍの距離で、またはより具体的には、０．２ｍの距離で、５ガウスを超えないようにサイズ設定され形作ることができる。
【００５９】
図９に戻ると、筺体５２４は、加速チャンバ５０６および対象領域５３２へのアクセスを可能にすることができる。たとえば、筺体５２４は、それぞれ加速チャンバ５０６および対象領域５３２へのアクセスを可能にする可動の隔壁５５２および５５４を含むことができる。図９に示すように、隔壁５５２および５５４の両方は、開位置にある。隔壁５５４は、対象システム５１４の対象領域およびユーザインターフェース５８４を、隔壁５５２を開くことなく、アクセスすることができるように、単独で開くことができる。隔壁５５４は、閉じられたとき、対象システム５１４の対象領域５３２およびユーザインターフェース５８４を覆うことができる。隔壁５５２は、閉じられたとき、サイクロトロン５０２を覆うことができる。
【００６０】
隔壁５５４は、放射シールド３０６などの放射シールドの一部分を含むことができる。隔壁５５４は、放射シールドの第１の部分５５５を含むことができ、ＩＰシステム５００の本体５５７は、放射シールドの第２の部分５５７を含むことができる。したがって、隔壁５５４が閉じられたとき、対象システム５１４の放射シールドは、第１および第２の部分５５５および５５７から構成することができ、かつ、放射シールド３０６に関して上述のものと同様の寸法および特徴を有することができる。
【００６１】
やはり図では、サイクロトロン５０２のヨーク部分５２８は、開位置と閉位置の間で、可動とすることができる。（図９に開位置を示し、図１０に閉位置を示す）。ヨーク部分５２８は、ヨーク部分５２８が、ドアまたは蓋のように開き、そして加速チャンバ５０６へのアクセスを可能にするのを可能にするヒンジ（図示せず）に取り付けることができる。また、ヨーク部分５３０（図１０）は、開位置と閉位置の間で、可動とすることができる、またはリング部分５２９（図１０）にしっかりと貼り付ける、またはそれと一体に形成することができる。
【００６２】
さらに、真空ポンプ５７６は、リング部分５２９および筺体５２４のポンプ受け入れチャンバ５６２内に配置することができる。ポンプ受け入れチャンバ５６２は、隔壁５５２が開位置であるとき、アクセスすることができる。示すように、真空ポンプ５７６は、水平支持部５２０からポート５７８の中心を通って伸びる垂直軸が、中央領域５３８と交差することになるように、加速チャンバ５０６の中央領域５３８の下に配置される。やはり図示されているように、ヨーク部分５２８およびリング部分５２９は、シールド受け入れ凹所５６０を有することができる。ビーム経路５３６が、シールド受け入れ凹所５６０を通って対象領域５３２まで延在する。
【００６３】
図１１は、代替の実施形態によって形成されるアイソトープ生成（ＩＰ）システム６００の概略側面図である。ＩＰシステム６００は、上述のサイクロトロンおよび対象システムと同様の特徴を有することができるサイクロトロン６０２および対象システム６０４を含む。ＩＰシステム６００は、プラットフォーム６１０によって支持し、かつ筺体６０５内に密閉することができる。示すように、サイクロトロン６０２は、ビーム通路６１４に沿って、サイクロトロン６０２の加速チャンバ６０６から、対象システム６０４の対象領域６０８まで延在する粒子ビーム６１２を設けるように構成される。示すように、サイクロトロン６０２は、対象システム６０４の放射シールド６１６上に置き、かつそれによって支持することができる。粒子ビーム６１２およびビーム通路６１４は、ビーム軸６３０がプラットフォーム６１０と交差するように、ビーム軸６３０に沿って延在することができる。
【００６４】
また、ＩＰシステム６００は、真空ポンプ６７６を含むことができる。従来のサイクロトロンおよびアイソトープ生成システムは、加速チャンバから排気するために必要な圧力を発生する目的で、作動流体（たとえば、オイル）を使用する真空ポンプ（たとえば、拡散ポンプ）を有する。しかし、サイクロトロン６０２中の真空ポンプ６７６は、サイクロトロン６０２の加速チャンバ６０６に流体的に結合される、作動流体がないポンプ（たとえば、ターボ分子ポンプ）とすることができる。真空ポンプ６７６は、重力ＦGの方向に対して角度θをなす長手方向軸６４０に沿って方向付けることができる。角度θは、示すように、ほぼ９０度とすることができる。しかし、代替の実施形態では、角度θは、重力ＦGに対して１０度より大きい、任意の角度とすることができる。一例として、真空ポンプ６７６は、長手方向軸６４０の周りを回転するファン６７８を有するターボ分子ポンプとすることができる。したがって、真空ポンプ６７６が、作動流体がない真空ポンプである、かかる実施形態では、真空ポンプ６７６は、オイルまたは他の流体が加速チャンバ６０６中にこぼれる心配なしに、異なる方向を有することができる。
【００６５】
図１２に、上述のＩＰシステム１００、３００、５００および６００などのアイソトープ生成（ＩＰ）システムを廃止するための方法７００を示す。方法７００は、７０２で、サイクロトロンおよび対象システムを含むＩＰシステムを設けるステップを含む。サイクロトロンおよび対象システムは、プラットフォーム上に支持することができる。次いで、プラットフォームは、施設中の部屋の床によって支持することができる。上述のように、サイクロトロンは、ビーム通路に沿って対象システムに向けて粒子ビームを誘導するように構成することができる。対象システムは、マグネットヨークに隣接してプラットフォーム上に配置することができる。さらに、ビーム通路は、プラットフォームと交差するビーム軸に沿って延在することができる。ビーム通路は、部屋の壁または天井中に蓄積された放射能が、閾レベルを超えないように、プラットフォームに向かわせることができる。また、方法７００は、７０４で、サイクロトロンを取り除くステップと、７０６で、プラットフォームから対象システムを取り除くステップとを含む。
【００６６】
また、方法７００は、７０８で、制御された方法で（すなわち、放射能物質の扱いに関する、確立された安全基準に従って）、施設の床からプラットフォームを取り除くステップを含む。また、方法７００は、７１０で、制御された方法でプラットフォームを処分するステップを含む。いくつかの実施形態では、方法７００は、部屋から最初からある支持構造を取り除くステップは含まない。最初からある支持構造は、天井、床および壁の１つの少なくとも一部分とすることができる。
【００６７】
ここに述べた実施形態は、医療における使用のための放射性同位体を生成することに限定するとは意図されていず、また、他のアイソトープを生成し、かつ他の対象材料を使用することができる。さらに、示した実施形態では、サイクロトロンは、垂直に方向付けられた同期サイクロトロンである。しかし、代替の実施形態は、他の種類のサイクロトロンおよび他の方向付け（たとえば、水平）を含むことができる。さらに、本明細書に記載の実施形態は、上記の述べたようなＩＰシステム、対象システムおよびサイクロトロンを製造する方法を含む。
【００６８】
上記の記載は、説明に役立てるものであって、限定するものでないと意図されていることを理解すべきである。たとえば、上述の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、特定の状況または材料を適合させるために、本発明の教示に対して多くの変更を、その範囲から逸脱せずに、実施することができる。本明細書に記載の材料の寸法およびタイプが、本発明のパラメータを定義するように意図されているが、それらは、決して限定するものではなく、例示の実施形態である。多くの他の実施形態が、上記の記載を検討した際、当業者に明らかになるはずである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照し、かかる特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に、決定すべきである。添付の特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこで（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の相当語句であるとして使用されている。さらに、次の特許請求の範囲では、用語「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」および「第３の（ｔｈｉｒｄ）」などは、ラベルとしてだけで使用されており、それらの対象物に数に関する要求を課すものではない。さらに、次の特許請求の範囲の制限事項は、ミーンズプラスファンクションの形態で書かれたものでなく、かかる特許請求の範囲の制限事項が、その後にさらなる構造がない機能の記述が続く慣用句「ための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」をはっきりと明確に使用していない限り、米国特許法１１２条第６章に基づいて解釈されるものとは意図されていない。
【００６９】
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示し、また、当業者が、装置またはシステムを製作し使用し、および組み入れられた方法を実施することを含めて、本発明を実施することを可能にするために例を使用している。特許可能な本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定され、そして当業者の心に浮かぶ他の例を含むことができる。かかる他の例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの言葉と違わない構造的な要素を有する場合、または、それらが、特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的に差がない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００７０】
１００  アイソトープ生成システム
１０２  サイクロトロン
１０４  イオン源システム
１０６  電界系
１０８  磁界系
１１０  真空系
１１４  対象システム
１１５  抽出システム
１１６  対象材料
１１７  ビーム通路
１１８  制御システム
１２０  対象場所
１２２  冷却システム
１２４  筺体
２００  サイクロトロン
２０２  マグネットヨーク
２０４  ヨーク本体
２０５  外側表面
２０６  加速チャンバ
２０７  エンベロープ
２０８  側面
２０９  側面の表面
２１０  側面
２１１  側面の表面
２１２  端部
２１４  端部
２１６  移行部
２１７  隅部表面
２１８  移行部
２１９  隅部表面
２２０  プラットフォーム
２２２  半径方向部分
２２３  外側半径方向表面
２２５  表面
２２８  ヨーク部分
２３０  ヨーク部分
２３１  上部部分
２３２  中間平面
２３３  下部部分
２３６  中心軸
２３８  中央領域
２４１  空間領域
２４３  空間領域
２４８  ポール
２５０  ポール
２５２  ポールトップ
２５４  ポールトップ
２６０  マグネット組立
２６２  シールド受け入れ凹所
２６４  マグネットコイル
２６６  マグネットコイル
２６８  空洞
２７０  空洞
２７２  チャンバ壁
２７４  チャンバ壁
２７６  真空ポンプ
２８２  ポンプ受け入れ空洞
３００  アイソトープ生成（ＩＰ）システム
３０１  外側境界
３０２  対象システム
３０４  外側表面
３０５  筺体
３０６  放射シールド
３０８  対象領域
３１２  粒子ビーム
３１３  床または敷地
３１４  ビーム通路
３１５  ベース
３２０  第１の遮蔽構造
３２２  第２の遮蔽構造
３２５  縮小部分
３３０  ビーム軸
３３８  コリメータ
３４０  対象場所
３４２  対象ホルダ
３４４  回転機構
３４８  ピボットポイント
５００  アイソトープ生成（ＩＰ）システム
５０２  サイクロトロン
５０４  マグネットヨーク
５０６  加速チャンバ
５１４  対象システム
５２０  水平支持部
５２４  筺体
５２５  外側表面
５２８  ヨーク部分
５２９  リング部分
５３０  ヨーク部分
５３２  対象領域
５３４  中間平面
５３６  ビーム通路
５３８  中央領域
５５２  隔壁
５５４  隔壁
５５５  放射シールドの第１の部分
５５７  放射シールドの第２の部分、ＩＰシステムの本体
５６０  シールド受け入れ凹所
５６２  ポンプ受け入れチャンバ
５７６  真空ポンプ
５７８  ポート
５８４  ユーザインターフェース
６００  アイソトープ生成（ＩＰ）システム
６０２  サイクロトロン
６０４  対象システム
６０５  筺体
６０６  加速チャンバ
６０８  対象領域
６１０  プラットフォーム
６１２  粒子ビーム
６１４  ビーム通路
６１６  放射シールド
６３０  ビーム軸
６４０  長手方向軸
６７６  真空ポンプ
６７８  ファン
Ｃ  ポイント
Ｄ  距離
ＤBP  横断面直径
ＤY  直径
ＦG  重力
Ｇ  ポールギャップ
Ｌ  長さ
Ｐ3  通路
Ｒ  半径
Ｔ  厚さ
ＴR  半径方向厚さ
ΔＴ  過剰な厚さ
Ｗ  幅
ＸR1  ポイント
Ｘ、Ｙ、Ｚ  軸
θ  角度
【図１】
0005623520.tif 000002
【図２】
0005623520.tif 000003
【図３】
0005623520.tif 000004
【図４】
0005623520.tif 000005
【図５】
0005623520.tif 000006
【図６】
0005623520.tif 000007
【図７】
0005623520.tif 000008
【図８】
0005623520.tif 000009
【図９】
0005623520.tif 000010
【図１０】
0005623520.tif 000011
【図１１】
0005623520.tif 000012
【図１２】
0005623520.tif 000013