(57)【要約】      （修正有）【課題】サイクロトロン、サイクロトロンの制御システム、およびそれらを製造または使用する方法を提供する。【解決手段】サイクロトロン１０１は、加速チャンバ１２０と、真空システム１６０と、イオン源システム１０６と、粒子ビームがサイクロトロン１０１のビーム経路に沿って誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを決定するように構成される制御システム１１２とを含む。少なくとも１つの動作パラメータは、加速チャンバ１２０内のガス分子の量に関連する。制御システム１１２は、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて粒子ビームの荷電粒子の供給を減少させるように構成される。粒子ビームは、荷電粒子の供給を減少させた後も継続する。制御システム１１２は、所定の時間後に、または少なくとも１つの動作パラメータに基づいてガス分子の量が低減したと決定したことに応答して粒子ビームの荷電粒子の供給を増加させるように構成される。【選択図】図１
2019023994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速チャンバ（１２０）と、
前記加速チャンバ（１２０）と流れ連通し、前記加速チャンバ（１２０）を排気するように構成された真空システム（１６０）と、
荷電粒子を前記加速チャンバ（１２０）に供給するように構成されたイオン源システム（１０６）と、
前記荷電粒子から形成された粒子ビーム（２１５）を誘導するように構成され、前記粒子ビーム（２１５）は、前記加速チャンバ（１２０）内のビーム経路に沿って誘導される電場システム（１０４）および磁場システム（１０２）と、
前記粒子ビーム（２１５）が前記ビーム経路に沿って誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを決定するように構成され、前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記加速チャンバ（１２０）内のガス分子の量に関連する制御システム（１１２）とを備え、前記制御システム（１１２）は、
前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記粒子ビーム（２１５）の前記荷電粒子の供給を減少させ、前記粒子ビーム（２１５）は、前記荷電粒子の前記供給を減少させた後に前記ビーム経路に沿って引き続き誘導され、
所定の時間後に、および／または前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記ガス分子の量が低減したと決定したことに応答して前記粒子ビーム（２１５）の前記荷電粒子の前記供給を増加させるように構成される、サイクロトロン（１０１）。
【請求項２】
前記荷電粒子の前記供給を減少させることが、前記荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含み、前記制御システム（１１２）が、計画された動作モードに従って前記サイクロトロン（１０１）を動作させるように構成され、前記制御システム（１１２）が、前記荷電粒子の前記供給を減少させるときに前記計画された動作モードを中断する、請求項１に記載のサイクロトロン（１０１）。
【請求項３】
前記制御システム（１１２）によって前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることの少なくとも１つが、最近交換された前記サイクロトロン（１０１）の１つまたは複数の部品に基づき、前記制御システム（１１２）が、交換された前記１つまたは複数の部品を検出すること、または交換された前記１つまたは複数の部品を示すユーザ入力を受信することの少なくとも１つを行う、請求項１に記載のサイクロトロン（１０１）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの動作パラメータが、前記加速チャンバ（１２０）のチャンバ圧力、イオン源電流、前記ビーム経路に沿ってまたは前記ビーム経路の近傍で検出された１つまたは複数のビーム電流、前記粒子ビーム（２１５）のビームプロファイル、またはビーム品質係数の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のサイクロトロン（１０１）。
【請求項５】
前記動作パラメータが、前記加速チャンバ（１２０）のチャンバ圧力または抽出システム（１０８）のビーム電流の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のサイクロトロン（１０１）。
【請求項６】
前記制御システム（１１２）によって前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることが、前記イオン源システム（１０６）の電流、前記イオン源システム（１０６）の電圧、前記イオン源システム（１０６）のガスの圧力、または前記イオン源システム（１０６）の前記ガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のサイクロトロン（１０１）。
【請求項７】
第１の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させた後、前記制御システム（１１２）が、前記第１の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させた後に前記動作パラメータが実質的に変化しなかったと決定したことに応答して第２の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させるように構成される、請求項１に記載のサイクロトロン（１０１）。
【請求項８】
電場システム（１０４）および磁場システム（１０２）を使用して加速チャンバ（１２０）の荷電粒子の粒子ビーム（２１５）を誘導することであって、前記加速チャンバ（１２０）は、真空システム（１６０）によって排気され、前記荷電粒子は、イオン源システム（１０６）によって前記加速チャンバ（１２０）に供給される誘導することと、
前記粒子ビーム（２１５）が前記加速チャンバ（１２０）内で誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを監視することであって、前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記加速チャンバ（１２０）内のガス分子の量に関連する監視することとを含む方法であって、
前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記加速チャンバ（１２０）への前記荷電粒子の供給を減少させることであって、前記粒子ビーム（２１５）は、前記荷電粒子の前記供給を減少させた後に前記ビーム経路に沿って引き続き誘導される減少させることと、
所定の時間後に、および／または前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記ガス分子の量が低減したと決定したことに応答して前記荷電粒子の前記供給を増加させることとをさらに含む、方法。
【請求項９】
前記荷電粒子の前記供給を減少させることが、前記荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含み、前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることが、前記イオン源システム（１０６）の電流、前記イオン源システム（１０６）の電圧、前記イオン源システム（１０６）のガスの圧力、または前記イオン源システム（１０６）の前記ガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子ビーム（２１５）が、計画された動作モードに従って誘導され、前記計画された動作モードが、前記荷電粒子の前記供給を減少させるときに中断される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の主題は、一般に、サイクロトロンに関し、より具体的には、サイクロトロン内の表面または構成要素の照射を低減するための機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロンは、荷電粒子ビーム（例えば、Ｈ荷電粒子またはＤ荷電粒子）が螺旋軌道に沿って外側に加速される一種の粒子加速器である。サイクロトロンは、医学的な治療、撮像、および研究、ならびに医学に関連しない他の用途においていくつかの用途を有する放射性同位元素（放射性核種とも呼ばれる）を生成するために使用することができる。そのようなシステムでは、サイクロトロンは、ビームをターゲット材料に向けて同位体を生成する。
【０００３】
サイクロトロンは、荷電粒子をサイクロトロンの加速チャンバに供給するイオン源を含む。サイクロトロンは、電場および磁場を使用して加速チャンバ内の所定の軌道に沿って荷電粒子を加速させて誘導する。磁場は、電磁石、および加速チャンバを囲む磁石ヨークによって提供される。電場は、加速チャンバ内に位置する一対の無線周波数（ＲＦ）電極（またはディー）によって生成される。ＲＦ電極は、ＲＦ電極を励起して電場を提供するＲＦ電力発生器に電気的に結合される。電場および磁場により、荷電粒子は半径が増加する螺旋状の軌道をとる。荷電粒子が軌道の外側部分に到達すると、荷電粒子は電子を除去され、同位体生成のためにターゲット材料に向けられる粒子ビームを形成する。
【０００４】
しかし、荷電粒子が軌道に沿って誘導されると、荷電粒子は、イオン源からの残留ガス分子または加速チャンバ内でのガス放出、脱ガス、もしくは脱離によって生成された他のガス分子などの他の粒子と衝突することがある。イオンは、他の粒子と衝突して中性粒子になることがある。中性粒子は、イオンが他の粒子と衝突した軌道における点に本質的に接する軌跡を有する。次いで、中性粒子は、ＲＦ電極または抽出システムなどの加速チャンバの他の表面と衝突する。ＲＦ電極の場合、これらの部品は、しばしば銅（または他の導電性材料）を含む。陽子または中性水素が銅と衝突すると、比較的多量のガンマ線や中性子線が生成され、長寿命同位体（例えば、Ｚｎ−６５）を生成することがある。これは、加速チャンバ内の主な放射線源であることが多い。加速チャンバのサイクロトロンの幾何学的形状のために、ＲＦ電極は、特に中性粒子に曝される。
【０００５】
作業員が加速チャンバを開くと、作業員は、作動部品に曝される。このように、放射線から誘発された副生成物の蓄積は、個人にとって危険となり得る。さらに、過剰な放射線量は、予想よりも早く部品を交換することを必要とする可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０２３８９１８号
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態では、加速チャンバと、加速チャンバと流れ連通する真空システムとを含むサイクロトロンが提供される。真空システムは、加速チャンバを排気するように構成される。サイクロトロンはまた、荷電粒子を加速チャンバに供給するように構成されるイオン源システムを含む。サイクロトロンはまた、荷電粒子から形成された粒子ビームを誘導するように構成される電場システムおよび磁場システムを含む。粒子ビームは、加速チャンバ内のビーム経路に沿って誘導される。サイクロトロンはまた、粒子ビームがビーム経路に沿って誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを決定するように構成される制御システムを含む。制御システムは、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて粒子ビームの荷電粒子の供給を減少させるように構成される。粒子ビームは、荷電粒子の供給を減少させた後にビーム経路に沿って引き続き誘導される。制御システムはまた、所定の時間後に、または少なくとも１つの動作パラメータに基づいてガス分子の量が低減したと決定したことに応答して粒子ビームの荷電粒子の供給を増加させるように構成される。
【０００８】
いくつかの態様では、少なくとも１つの動作パラメータは、加速チャンバ内のガス分子の量に関連する。例えば、少なくとも１つの動作パラメータは、加速チャンバのチャンバ圧力であってもよいし、チャンバ圧力を含んでもよい。
【０００９】
いくつかの態様では、荷電粒子の供給を低減させることは、荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含む。
【００１０】
いくつかの態様では、制御システムは、計画された動作モードに従ってサイクロトロンを動作させるように構成される。制御システムは、荷電粒子の供給を減少させるときに計画された動作モードを中断する。
【００１１】
いくつかの態様では、制御システムによって荷電粒子の供給を減少または増加させることの少なくとも１つは、最近交換されたサイクロトロンの１つまたは複数の部品に基づく。制御システムは、交換された１つまたは複数の部品を検出すること、または交換された１つまたは複数の部品を示すユーザ入力を受信することの少なくとも１つを行う。
【００１２】
いくつかの態様では、少なくとも１つの動作パラメータは、加速チャンバのチャンバ圧力、イオン源電流、ビーム経路に沿ってまたはビーム経路の近傍で検出された１つまたは複数のビーム電流、粒子ビームのビームプロファイル、またはビーム品質係数の少なくとも１つを含む。
【００１３】
いくつかの態様では、動作パラメータは、加速チャンバのチャンバ圧力または抽出システムのビーム電流の少なくとも１つを含む。
【００１４】
いくつかの態様では、制御システムによって荷電粒子の供給を減少または増加させることは、イオン源システムの電流、イオン源システムの電圧、イオン源システムのガスの圧力、またはイオン源システムのガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む。
【００１５】
いくつかの態様では、第１の時間で荷電粒子の供給を減少させた後、制御システムは、第１の時間で荷電粒子の供給を減少させた後に動作パラメータが実質的に変化しなかったと決定したことに応答して第２の時間で荷電粒子の供給を減少させるように構成される。例えば、供給は、指定の時間後にチャンバ圧力が増加した場合には第２の時間で減少させてもよい。供給はまた、指定の時間後にチャンバ圧力が所定のレベルより減少していない場合には第２の時間で減少させてもよい。
【００１６】
いくつかの態様では、サイクロトロンはまた、サイクロトロンのユーザにサイクロトロンが低減した供給量の荷電粒子で動作したことを通知するように構成されるユーザインターフェースを含む。
【００１７】
いくつかの態様では、サイクロトロンはまた、ユーザ入力を受信するように構成されるユーザインターフェースを含み、制御システムは、ユーザ入力の受信に基づいて、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて荷電粒子の供給を減少させることを無効にするように構成される。
【００１８】
一実施形態では、加速チャンバと、加速チャンバと流れ連通し、加速チャンバを排気するように構成された真空システムと、荷電粒子を加速チャンバに供給するように構成されたイオン源システムとを含むサイクロトロンが提供される。サイクロトロンはまた、荷電粒子から形成された粒子ビームを誘導するように構成された電場システムおよび磁場システムを含む。粒子ビームは、加速チャンバ内のビーム経路に沿って誘導されるように構成される。サイクロトロンはまた、粒子ビームがビーム経路に沿って誘導されるときに加速チャンバのチャンバ圧力を決定するように構成された制御システムを含む。制御システムは、チャンバ圧力が過剰であると決定したことに応答して加速チャンバへの荷電粒子の供給を減少させるように構成される。制御システムは、チャンバ圧力が許容値まで低減したと決定したことに応答して加速チャンバへの荷電粒子の供給を増加させるように構成される。
【００１９】
いくつかの態様では、チャンバ圧力は、チャンバ圧力が指定の時間内に指定の値以下である場合には許容値に低減していてもよい。
【００２０】
いくつかの態様では、荷電粒子の供給を低減させることは、荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含む。
【００２１】
いくつかの態様では、制御システムによって荷電粒子の供給を減少または増加させることはまた、動作パラメータに基づく。動作パラメータは、イオン源電流、ビーム経路に沿ってまたはビーム経路の近傍で検出された１つまたは複数のビーム電流、粒子ビームのビームプロファイル、またはビーム品質係数の少なくとも１つを含む。
【００２２】
いくつかの態様では、制御システムによって荷電粒子の供給を減少または増加させることは、イオン源システムの電流、イオン源システムの電圧、イオン源システムのガスの圧力、またはイオン源システムのガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む。
【００２３】
いくつかの態様では、制御システムは、計画された動作モードに従ってサイクロトロンを動作させるように構成される。制御システムは、荷電粒子の供給を減少させるときに計画された動作モードを中断するように構成される。
【００２４】
いくつかの態様では、第１の時間で荷電粒子の供給を減少させた後、制御システムは、第１の時間で荷電粒子の供給を減少させた後にチャンバ圧力が実質的に変化しなかったと決定したことに応答して第２の時間で荷電粒子の供給を減少させるように構成される。
【００２５】
一実施形態では、電場システムおよび磁場システムを使用して加速チャンバの荷電粒子の粒子ビームを誘導することを含む方法が提供される。加速チャンバは、真空システムによって排気される。荷電粒子は、イオン源システムによって加速チャンバに供給される。方法は、粒子ビームが加速チャンバ内で誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを監視することを含む。少なくとも１つの動作パラメータは、加速チャンバ内のガス分子の量に関連する。方法はまた、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて加速チャンバへの荷電粒子の供給を減少させることを含む。粒子ビームは、荷電粒子の供給を減少させた後にビーム経路に沿って引き続き誘導される。方法はまた、所定の時間後に、または少なくとも１つの動作パラメータに基づいてガス分子の量が低減したと決定したことに応答して荷電粒子の供給を増加させることを含む。
【００２６】
いくつかの態様では、荷電粒子の供給を低減させることは、荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含む。
【００２７】
いくつかの態様では、荷電粒子の供給を減少または増加させることは、イオン源システムの電流、イオン源システムの電圧、イオン源システムのガスの圧力、またはイオン源システムのガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む。
【００２８】
いくつかの態様では、粒子ビームは、計画された動作モードに従って誘導され、計画された動作モードは、荷電粒子の供給を減少させるときに中断される。
【００２９】
一実施形態では、サイクロトロンの動作を制御するための制御システムが提供される。制御システムは、例えば、メモリに記憶されたプログラムされた命令を実行するように構成される１つまたは複数のプロセッサを有する処理ユニットを含んでもよい。あるいは、または上記に加えて、処理ユニットは、ハードワイヤードロジックに基づいて動作を実行するハードワイヤードデバイス（例えば、電子回路）である。制御システムは、電場システムおよび磁場システムを使用して加速チャンバの荷電粒子の粒子ビームを誘導するように構成される。加速チャンバは、真空システムによって排気される。制御システムは、イオン源システムを使用して荷電粒子の供給を制御するように構成されてもよい。制御システムはまた、少なくとも１つの動作パラメータに関するデータを受信するように構成される。制御システムは、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて粒子ビームの荷電粒子の供給を減少させるように構成される。制御システムは、制御システムが荷電粒子の供給を減少させた後も粒子ビームを誘導し続ける。制御システムはまた、所定の時間後に、または少なくとも１つの動作パラメータに基づいてガス分子の量が低減したと決定したことに応答して粒子ビームの荷電粒子の供給を増加させるように構成される。
【００３０】
一実施形態では、（例えば、サイクロトロンの１つまたは複数の動作を制御するための）記憶されたプログラムされた命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。処理ユニットは、粒子ビームが加速チャンバ内で誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを監視するようにプログラムされた命令を実行するように構成される。少なくとも１つの動作パラメータは、加速チャンバ内のガス分子の量に関連する。処理ユニットはまた、プログラムされた命令を実行して、少なくとも１つの動作パラメータに基づいて加速チャンバへの荷電粒子の供給を減少させるように構成される。粒子ビームは、荷電粒子の供給を減少させた後にビーム経路に沿って引き続き誘導される。処理ユニットはまた、プログラムされた命令を実行して、所定の時間後に、または少なくとも１つの動作パラメータに基づいてガス分子の量が低減したと決定したことに応答して荷電粒子の供給を増加させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施形態によるサイクロトロンを有する放射性同位体製造システムの側面図である。
【図２】一実施形態によるイオン源システムの概略図である。
【図３】図１の放射性同位体製造システムと共に使用することができるプローブの側面図である。
【図４】図１の放射性同位体製造システムと共に使用することができる抽出サブシステムおよびターゲットサブシステムの側面図である。
【図５】図１の放射性同位体製造システムと共に使用することができるコリメータアセンブリの側面断面図である。
【図６】図１の放射性同位体製造システムと共に使用することができる監視システムのブロック図である。
【図７】図１のサイクロトロンによって実施することができる一実施形態による方法のフローチャートである。
【図８】一実施形態による図１のサイクロトロンの電磁石の外側部分を示す図である。
【図９】図７の方法が実施されるときのチャンバ圧力のグラフおよびターゲット電流のグラフである。
【図１０】一実施形態に従って交換することができるサイクロトロン部品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本明細書に記載の実施形態は、サイクロトロン、サイクロトロンの制御システム、およびそれらを製造または使用する方法を含む。特定の実施形態では、サイクロトロンは、放射性同位体製造システムの一部である。実施形態は、少なくとも１つの動作パラメータに基づいてサイクロトロンの少なくとも１つの動作パラメータおよび制御動作を決定するように構成される。少なくとも１つの動作パラメータは、加速チャンバ内のガス分子の量に関連してもよい。チャンバ圧力は、１つまたは複数の実施形態によって監視され得る動作パラメータの一例である。比較的高いチャンバ圧力は、荷電粒子と衝突し得る加速チャンバ内のより多くの量の残留ガス分子に関連する。これらの衝突のために、残留ガス分子は一般的に望ましくなく、より低いチャンバ圧力が望ましい。
【００３３】
監視され得る他の動作パラメータは、イオン源電流、ビーム経路に沿ったまたはビーム経路の近傍の指定の位置で検出されるビーム電流（例えば、抽出システムのビーム電流）、粒子ビームのビームプロファイル、またはビーム品質係数を含む。複数の動作パラメータを、監視することができる。より具体的には、サイクロトロンの動作を変更するための意思決定は、単一の動作パラメータに基づいてもよいし、複数の動作パラメータに基づいてもよい。例えば、サイクロトロンは、動作パラメータが指定の値を超える場合に異なる動作モードに変更することができる。いくつかの実施形態では、意思決定は、複数の動作パラメータ、および任意選択で他の要因に基づく多変数関数によって決定される。改善された結果を見出すために、多変数関数（例えば、目的関数、コスト関数、利益関数など）を使用することができる。本明細書で使用する場合、「改善された」という用語は、より望ましいことを意味する。改善された結果は、増加または低減するものであり得る。この用語は、改善されたメトリックまたは結果が最適化される（例えば、最大化または最小化される）ことを含んでもよいが、必要ではない。多変数関数が基づき得る他の要因は、交換部品のコスト、ターゲット材料のコスト、規制などを含む。
【００３４】
簡略化のために、以下の説明は、「動作パラメータ」のみを参照することができる。それにもかかわらず、「動作パラメータ」という用語は、「少なくとも１つの動作パラメータ」に置き換えることができることを理解されたい。例えば、「動作パラメータ」は、「少なくとも１つの動作パラメータ」に置き換えることができる。
【００３５】
動作パラメータは、サイクロトロンの動作中に監視される。例えば、動作パラメータは、粒子ビームが生成されてサイクロトロンによって誘導されるときに監視することができる。本明細書で使用する場合、「監視する」もしくは「監視」という用語またはその派生語は、連続的、周期的、または非周期的な監視を含む。例えば、動作パラメータは、少なくとも１．０秒毎に（例えば、１．０秒毎、０．５秒毎、０．１秒毎、またはそれより多い頻度で）動作パラメータを決定することによって連続的に監視することができる。動作パラメータは、多くの場合２０秒毎に１回（例えば、３０秒毎に１回、６０秒毎に１回、またはそれより少ない頻度で）動作パラメータを決定することによってより少ない頻度で監視されてもよい。動作パラメータはまた、非周期的に（例えば、定期的な間隔ではなく）監視されてもよい。例えば、動作パラメータは、ビーム電流が過剰であると決定された場合など、指定の事象が発生した場合にのみ監視されてもよい。
【００３６】
実施形態は、動作パラメータに基づいてサイクロトロンの動作を変更または調整することができる。例えば、実施形態は、粒子ビームを生成するために使用される荷電粒子の生成を減少させることができる。生成は、イオン源システムの電気的特性（例えば、電流または電圧）を変更することによって、および／またはガス特性（例えば、流量または圧力）を変更することによって減少され得る。特定の実施形態では、多数の動作パラメータが監視される。そのような実施形態は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年２月１６日に出願された米国特許出願第１５／０４４，３９７号（代理人整理番号第２８３９９７−１ＵＳ号（５５３−１９６５ＵＳ１））に記載の実施形態と同様であり得る。
【００３７】
１つまたは複数の実施形態は、医学的な撮像、研究、および治療に使用することができる放射性同位元素（放射性核種とも呼ばれる）を生成するように構成されるが、科学的な研究または分析などの医学に関連しない他の用途にも使用することができる。核医学（ＮＭ）撮像または陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）撮像などの医療目的で使用される場合には、放射性同位元素は、「トレーサ」と呼ばれることもある。例として、放射性同位体製造システムは、陽子を生成して、液体形態の１８Ｆ−同位体、ＣＯ２としての１１Ｃ同位体、およびＮＨ３としての１３Ｎ同位体を作製することができる。これらの同位体を作製するために使用されるターゲット材料は、１８Ｏ富化水、天然の１４Ｎ２ガス、１６Ｏ水であってもよい。放射性同位体製造システムはまた、１５Ｏガス（酸素、二酸化炭素、および一酸化炭素）および１５Ｏでラベルした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。
【００３８】
１つまたは複数の実施形態の技術的効果は、サイクロトロンの動作を自動的に中断しないサイクロトロンと比較してサイクロトロンのより効率的な動作である。あるいは、または上記に加えて、１つまたは複数の実施形態の技術的効果は、サイクロトロンの近傍の個人への暴露のレベルを低減させることができる。あるいは、または上記に加えて、１つまたは複数の実施形態の技術的効果は、サイクロトロンがメンテナンスを受ける頻度を低減することができる。あるいは、または上記に加えて、１つまたは複数の実施形態の技術的効果は、サイクロトロンの部品をより少ない回数および／または減少した頻度で交換することができる。
【００３９】
メンテナンス中やサイクロトロンの修理時に交換することができるサイクロトロンの部品は、プローブ（例えば、フリップインプローブ）、遮断パネル（例えば、中性ビームバッフル）、ダミーディー、ディー点、クランプ、ケーブル、ハードウェア、継手、ホース、バルブ、フィラメント、フォイル、カルーセル、キャリア、コリメータ、エアフィルタ、ポンプ、センサ（例えば、ペニングまたはピラニ）、圧電素子（例えば、圧電ビーム抽出ドライバ）を含む内部電気機械モータなどを含む。そのような部品は、「交換可能なサイクロトロン部品」と呼ばれることがある。ディーに隣接して配置される接地プレートも、交換することができる。接地プレートおよびディーは、共振周波数を調節するために使用することができる可変コンデンサを形成する。
【００４０】
交換可能なサイクロトロン部品はまた、フォイル、フォイルホルダ（例えば、カルーセル）、スイッチ、アーム、またはフォイル、フォイルホルダ、およびアームを移動させるモータのような抽出システムからのものであってもよい。部品は、アノード、カソード、および荷電粒子が供給される開口部を含む本体など、イオン源システムの部品を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、イオン源システムは、荷電粒子が引っ張られるスリットを有する管を含む。イオン源システムはまた、他の部品を保持するより大きな構造（例えば、ブロック）を含むことができる。
【００４１】
ある特定の実施形態では、交換可能なサイクロトロン部品は、加速チャンバ内で少なくとも部分的に露出され、かつ／またはビーム経路内もしくはビーム経路の近傍に位置する。交換可能なサイクロトロン部品の少なくともいくつかは、サイクロトロンの動作中に平均より多い量のガス放出、脱ガス、または脱離を受けることがある。例えば、サイクロトロンおよび／または漂遊粒子によって生成された熱は、特に新しい部品からのガス放出、脱ガス、または脱離を引き起こし得る。
【００４２】
図１０は、交換可能な部品の少なくともいくつかの例を示す。部品は、剥離フォイル３６０と、複数のフォイル３６０を保持することができる図１０のカルーセルであるフォイルホルダ３６２とを含む。部品はまた、イオン源アセンブリの１つまたは複数のアノードを保持するように構成されるソース本体３６４を含む。部品はまた、サイクロトロンの共振周波数を調節するために使用され得る接地プレート３６８を含むフラップユニット３６６を含む。部品はまた、遮断パネル３７０（例えば、中性ビームバッフル）を含む。
【００４３】
新たに追加されたサイクロトロン部品から発生する可能性があるガス生成量の近似量は、既知であるか、または新たに追加されたサイクロトロン部品の組成に基づいて推定することができる。そのような場合、サイクロトロンの制御は、ガス生成量を考慮して調整することができる。いくつかの実施形態では、制御システムは、サイクロトロンを所定の方法で制御して、新しいサイクロトロン部品からの予想されるガス生成量を考慮するように構成されてもよい。
【００４４】
ある特定の実施形態についての以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むと、より良く理解されよう。図が様々な実施形態の機能ブロックの図を示す程度まで、機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間の分割を示しているわけではない。例えば、機能ブロック（例えば、プロセッサ、メモリ）の１つまたは複数は、単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサまたはランダムアクセスメモリ、ハードディスクなどのブロック）、または複数のハードウェアで実現することができる。同様に、プログラムは、例えば、スタンドアロン型プログラムとしてもよく、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込んでもよく、インストールしたソフトウェアパッケージの機能としてもよい。様々な実施形態は、図面に示す配置および手段に限定されないことを理解されたい。
【００４５】
本明細書で使用する場合、単数形で列挙され、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という単語に続けられる要素またはステップは、このような除外が明示的に述べられない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないと理解されるべきである。さらにまた、「一実施形態」の参照は、列挙した特徴も組み込む付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図しない。さらに、そうではないと明示的に述べられない限り、特定の特性を有する１つまたは複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有さない付加的なこのような要素を含んでもよい。
【００４６】
図１は、一実施形態によるサイクロトロン１０１を有する放射性同位体製造システム１００の側面図である。図示の実施形態では、サイクロトロン１０１は、コンパクトな等時性セクタ集束型サイクロトロンである。しかし、実施形態は、他のサイクロトロン構成または他の放射性同位体製造システムに適し得ることを理解されたい。サイクロトロン１０１は、荷電粒子から粒子ビームを形成し、軌道またはビーム経路に沿って粒子ビームを誘導するように構成される。加速された粒子は、例えば、ＨまたはＤ荷電粒子を含むことができ、これは、抽出プロセスによって、それぞれ陽子および重陽子に変換され得る。いくつかの実施形態では、サイクロトロン１０１は、第１のモードでＨ荷電粒子で動作し、第２のモードでＤ荷電粒子で動作するように構成することができる。他の実施形態では、サイクロトロン１０１は、正荷電粒子を有する粒子ビームを形成することができる。
【００４７】
放射性同位体製造システム１００（またはサイクロトロン１０１）は、複数のサブシステムを含み、これは、単にシステムまたはアセンブリと呼ばれることがある。サイクロトロン１０１のシステムは、磁場システム１０２と、電場システム１０４（例えば、無線周波数（ＲＦ）システム）と、イオン源システム１０６とを含む。放射性同位体システムはまた、抽出システム１０８と、ターゲットシステム１１０とを含む。任意選択で、放射性同位体製造システム１００は、放射性核種を提供するためにターゲット材料を精製するように構成される放射化学システムを含むことができる。上記サブシステムのリストは、限定することを意図するものではなく、実施形態は、より少ないまたは追加のサブシステムを含むことができることを理解されたい。さらに、１つもしくは複数のサブシステムが、構成要素を共有してもよく、および／または１つもしくは複数のサブシステムが、他のサブシステムが実行するものとして本明細書で説明される機能を実行してもよい。放射性同位体製造システム１００および／またはサイクロトロン１０１はまた、様々なサブシステムの動作を制御するための制御システム１１２を含む。
【００４８】
磁場システム１０２は、ビーム経路に沿って荷電粒子を誘導する磁束（または磁場）を生成する。図示の実施形態のビーム経路は、中心軸１２６の周りを循環する螺旋状の軌道である。磁場システム１０２は、磁石ヨーク１１４と、電磁石またはコイル１１６と、磁石電源（ＭＰＳ）１１８とを含む。ＭＰＳ１１８は、制御システム１１２の一部と考えることができる。図１には、磁石ヨーク１１４の開放側セクション１１５のみが示されている。荷電粒子がビーム経路に沿って誘導される加速チャンバ１２０を囲むために、別のセクション（図示せず）をセクション１１５と並べて配置することができる。
【００４９】
磁石ヨーク１１４は、例えば、大型の工業用鋼からなることができる。磁石ヨーク１１４は、例えば、炭素含量の低い高品質鋼を含む磁極１２２を形成することができる。磁極１２２は、磁極表面に沿って生成される渦電流のためのコンダクタンスを提供するために銅の薄層でめっきされ得る磁極頂部１２３を含む。図１において、磁石ヨーク１１４は、中間平面が垂直であり、ＸおよびＹ軸に平行に延びるように配向される。いくつかの実施形態では、磁極頂部１２３は、対向する磁極頂部１２３間の磁極ギャップが変化するように丘部１４０および谷部１４２を含む。ヨークセクションが互いに対向し、動作のために閉じられているとき、磁極頂部１２３は、荷電粒子が粒子軌道に沿って誘導される内部空間領域によって分離される。
【００５０】
電磁石１１６の外側部分のみが、図１に示されている。電磁石１１６もまた図８に示され、一対のコイル１１７Ａ、１１７Ｂを含む。図８は、抽出システム１０８を含む放射性同位体製造システム１００の一側面の斜視図である。コイル１１７Ａ、１１７Ｂは、中心軸１２６（図１）の回りに多数の巻数を有する。
【００５１】
図１に戻ると、ＭＰＳ１１８は、定電流電源であってもよい。一例として、ＭＰＳ１１８は、５００Ａ以上の電流をコイル１１７Ａ、１１７Ｂに供給することができる。以下、この電流は、駆動電流または磁石電流と呼ばれる。加速チャンバ１２０内の磁束の強度は、駆動電流が増加するにつれて増加する。しかし、磁束の強度は、磁石ヨーク１１４および、特に磁極１２２の温度が上昇するにつれて減少する。変化する磁束は、粒子ビームのビーム品質を変える可能性がある。実施形態は、駆動電流を制御して、放射性同位元素の所望の生成および／または粒子ビームの性能についてビーム品質を制御するように構成されてもよい。そのような実施形態は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年２月１６日に出願された米国特許出願第１５／０４４，３９７号（代理人整理番号第２８３９９７−１ＵＳ号（５５３−１９６５ＵＳ１））に記載の実施形態と同様であり得る。
【００５２】
ＭＰＳ１１８は、例えば、変圧器、サイリスタブリッジ、ＬＣフィルタ、ＤＣ電流変圧器、および制御回路を含むことができる。特定の例が上に示されているが、磁場システム１０２は、異なるパラメータおよび／または異なる構成要素で動作してもよいことを理解されたい。
【００５３】
電場システム１０４は、高周波数（例えば、ＲＦ）で振動する加速電圧を生成するように構成される。図示の実施形態では、電場システム１０４は、荷電粒子に１回転当たり４つのエネルギーステップを提供することによって加速チャンバ１２０内の粒子ビームを加速するように構成される。電場システム１０４はまた、イオン源システム１０６から荷電粒子を引き出すように構成することができる。電場システム１０４は、加速チャンバ１２０内に配置される２つの電極（またはディー）１３０、１３２によって形成された共振器システムを含む。電極１３０、１３２は、それぞれの１／４波長線を形成し、互いに誘導結合される。しかし、ディーの数に基づいて、ディーと、１回転当たり４つより多いまたは少ないエネルギーステップとの間に他のタイプの結合が存在し得ることが理解される。
【００５４】
電場システム１０４はまた、発電機１３４（またはＲＦＰＧ）と、発電機１３４からのＲＦ電力を電極１３０、１３２に伝達する給電ケーブル１３６とを含む。発電機１３４は、ＲＦ信号を生成し、また、ＲＦ信号を電場システム１０４の損失をサポートするのに必要な電力レベルに増幅することができる。特定の例が上に示されているが、電場システム１０４は、異なる電力パラメータおよび／または異なる構成要素で動作してもよいことを理解されたい。磁場システム１０２および電場システム１０４は、本明細書で説明するように、制御システム１１２によって制御される。
【００５５】
放射性同位体製造システム１００の動作中、荷電粒子は、イオン源システム１０６を通って加速チャンバ１２０に供給される。イオン源システム１０６は、１つまたは複数のガス源を含むことができる。例えば、イオン源システム１０６は、第１のガス（例えば、水素ガスＨ２）を有する第１の供給源１９０と、第２のガス（例えば、重水素ガスＤ２）を有する第２の供給源１９２とを含むことができる。荷電粒子は、中央平面に位置して中心軸１２６に近接する開口部またはスリット１９４（図３に示す）を通して供給されてもよい。スリット１９４は、粒子ビームの開始点を表すことができる。イオン源システム１０６の１つまたは複数のバルブ１９６は、荷電粒子を生成するために使用されるガスの流量または圧力を制御することができる。
【００５６】
荷電粒子が加速チャンバ１２０に供給された後、磁場システム１０２および電場システム１０４は、荷電粒子の粒子ビームを生成する際に協働するそれぞれの場を生成するように構成される。荷電粒子は加速され、中央平面と一致するかまたは概して中央平面に沿って延びるビーム経路に沿って、加速チャンバ１２０内で誘導される。
【００５７】
放射性同位体製造システム１００の動作中、加速チャンバ１２０は、真空（または排気）状態にあり、大きな磁束を受ける。例えば、加速チャンバ１２０の磁極頂部間の平均磁場強度は、少なくとも１テスラとすることができる。粒子ビームが生成された後、加速チャンバ１２０の圧力は、例えば、５×１０−７±２×１０−７ミリバール（または５×１０−５±２×１０−５Ｐａ）とすることができる。ここでも、上記の値は単なる例であり、様々な実施形態が異なるパラメータ内で動作してもよい。
【００５８】
真空状態は、真空システム１６０によって提供される。真空システム１６０は、ポンプアセンブリ１６２と、センサアセンブリ（またはゲージアセンブリ）とを含む。ポンプアセンブリ１６２は、サイクロトロン１０１が所望の作動効率を有するように加速チャンバ１２０を効果的に排気する１つまたは複数のポンプ装置（またはポンプ）を含むことができる。ポンプアセンブリ１６２は、１つもしくは複数の運動量伝達型ポンプ、容積型ポンプ、および／または他のタイプのポンプを含み得る。例えば、ポンプアセンブリ１６２は、１つもしくは複数の拡散ポンプ、１つもしくは複数のイオンポンプ、１つもしくは複数の低温ポンプ、１つもしくは複数の回転ベーンまたは粗引きポンプ、および／または１つもしくは複数のターボ分子ポンプを含み得る。したがって、ポンプアセンブリ１６２は、複数の１つのタイプのポンプ、または異なるタイプを使用するポンプの組合せを含むことができる。図１に示すように、ポンプアセンブリ１６２は、加速チャンバ１２０と流れ連通する。図示されていないが、真空システム１６０および／またはポンプアセンブリ１６２は、追加のポンプ、タンクまたはチャンバ、導管、ライナ、換気バルブを含むバルブ、ゲージ、シール、オイル、および排気パイプなどのガス粒子を除去するための他の構成要素を含んでもよい。
【００５９】
真空システム１６０はまた、ポンプアセンブリ１６２の動作を監視し、かつ／または加速チャンバ１２０の排気状態を監視するセンサアセンブリ１６４を含む。センサアセンブリ１６４は、単一または複数のセンサのみを含むことができる。例えば、センサアセンブリ１６４は、１つまたは複数の熱伝導率ゲージ（例えば、ピラニゲージまたは熱電対ゲージ）を含むことができる。センサアセンブリ１６４は、１つまたは複数のイオンゲージ（またはイオン化ゲージ）を含むことができる。イオンゲージは、例えば、熱陰極イオンゲージ（例えば、ベアードアルパート、三極管、またはシュルツ−フェルプスゲージ）または冷陰極ゲージ（例えば、ペニングゲージまたは逆マグネトロン）であってもよい。センサアセンブリ１６４は、１つもしくは複数の静電容量マノメータおよび／または１つもしくは複数のマクラウドゲージおよび／または１つもしくは複数のピエゾ抵抗圧力センサを含むことができる。センサアセンブリ１６４はまた、１つまたは複数の残留ガス分析器を含むことができる。実施形態は、異なるタイプのセンサの組合せを使用することができることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、センサアセンブリ１６４は、熱電対ゲージと、イオンゲージとを含む。
【００６０】
１つまたは複数のセンサは、制御システム１１２と通信する（例えば、信号を制御システム１１２に送信し、場合によっては信号を制御システム１１２から受信する）ように構成される。例えば、センサは、値を制御システム１１２に送信することができる。値は、動作パラメータを表してもよく、または動作パラメータを決定するために使用されてもよい。例えば、圧力センサは、加速チャンバの測定された圧力を送信することができる。圧力センサは、圧力を決定するために使用することができる電圧を送信することができる。圧力センサは、センサ内のイオン電流の変化を表す値を送信することができ、これは次に圧力を計算するために使用することができる。
【００６１】
図１は、加速チャンバ１２０とポンプアセンブリ１６２との間に流体配置されるセンサアセンブリ１６４を示しているが、センサアセンブリ１６４の１つまたは複数のセンサは、加速チャンバ１２０およびポンプアセンブリ１６２に対して他の位置を有することができることを理解されたい。例えば、センサをポンプアセンブリ１６２の下流に配置してもよく、別のセンサをポンプアセンブリ１６２の上流に配置してもよい。
【００６２】
放射性同位元素を生成するために、粒子ビームは、粒子ビームが対応するターゲット位置に位置するターゲット材料に入射するように、放射性同位体製造システム１００によって抽出システム１０８を通して、ビーム輸送経路に沿ってターゲットシステム１１０に誘導される。図示の実施形態では、ターゲットシステム１１０は、６つの潜在的なターゲット位置１５０を含むが、他の実施形態は、１つのターゲット位置のみまたは７つ以上のターゲット位置を含む、異なる数のターゲット位置１５０を含むことができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、放射性同位体製造システム１００および抽出システム１０８は、ターゲット位置１５０に向かって異なる経路に沿って粒子ビームを誘導するように構成されてもよい。
【００６３】
本明細書で説明するように、放射性同位体製造システム１００は、サイクロトロン１０１の動作中に（例えば、粒子ビームがターゲット材料に誘導されている間に）１つまたは複数の動作パラメータを検出することができる。動作パラメータは、例えば、チャンバ圧力、ビーム電流、ビームプロファイル、またはイオン源駆動電流であってもよい。特定の実施形態では、複数の動作パラメータが検出される。例えば、ビーム電流は、ビーム経路の開始点（図１のＡで示す）、抽出点（Ｂで示す）、コリメート点（Ｃで示す）、またはターゲット点（Ｄで示す）で検出することができる。点Ａ〜Ｄは、一般に、検出点と呼ばれることもある。放射性同位体製造システムのタイプおよび放射性同位体製造システムの動作モードに応じて、検出点Ａ〜Ｄは、異なる位置で生じ得ることを理解されたい。図示の実施形態では、コリメート点Ｃは、１つまたは複数の異なる位置（例えば、各コリメータに対して１つ）で生じてもよく、ターゲット点Ｄは、１つまたは複数の異なる位置（例えば、各ターゲットに対して１つ）で生じてもよい。
【００６４】
他の実施形態では、動作パラメータは、別の検出点で検出されてもよい。例えば、ビームプロファイルモニタは、抽出システム１０８とターゲットシステム１１０との間に配置されてもよい（Ｅで示す）。
【００６５】
特定の実施形態では、放射性同位体製造システム１００は、荷電粒子を指定のエネルギーレベルにし、指定のビーム電流を生成する。例えば、放射性同位体製造システム１００は、荷電粒子を、例えば、１０〜２００μＡのビーム電流を有する指定のエネルギーにすることができる。他のビーム電流も、可能とすることができることを理解されたい。エネルギーレベルに関して、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、荷電粒子を約３０ＭｅＶ以下のエネルギーに加速することができる。例えば、Ｈ荷電粒子は、約１７ＭｅＶのエネルギーにされてもよく、Ｄ荷電粒子は、約８．５ＭｅＶのエネルギーにされてもよい。ここでも、代替の実施形態では、他のエネルギーが達成され得ることを理解されたい。例えば、放射性同位体製造システム１００は、荷電粒子を約７．８ＭｅＶ以下のエネルギーに加速することができる。しかし、代替の実施形態は、１００ＭｅＶ、５００ＭｅＶまたはそれ以上のエネルギーを有してもよい。
【００６６】
任意選択で、システム１００またはサイクロトロン１０１は、ユーザインターフェース１５２を含むことができる。ユーザインターフェース１５２は、個人と情報を通信し、かつ／またはユーザ入力を受信するように構成されてもよい。例えば、個人は、荷電粒子の供給が変化する本明細書に記載の製造制御方法を無効にすることを許可されてもよい。
【００６７】
図２は、一実施形態によるイオン源システム２００を示す。イオン源システム１０６（図１）は、イオン源システム２００と同様または同一であってもよい。図示のように、イオン源システム２００は、アノードを表すことができるイオン源管２０４と、２つのカソード２０２とを含む。イオン源管２０４は、２つのカソード２０２の間に配置される。イオン源管２０４は接地され、２つのカソード２０２は電源２１２によって負電位にバイアスされてもよい。イオン源管２０４は、１つまたは複数のガスが流れることができるキャビティ２０８を有することができる。例えば、水素（Ｈ２）ガスをキャビティ２０８に流すことができる。カソード２０２とイオン源管２０４との間の電圧差は、水素ガス中にプラズマ放電２１０を生じさせ、正水素荷電粒子（陽子）および負水素荷電粒子（Ｈ−）を生成する。荷電粒子は、イオン源管２０４の長さに沿って課される磁場２２１によって閉じ込められてもよい。交番電位で電源２１４でバイアスされたプラー２１６は、次いで、イオン源管２０４のスリット開口部２０６を通して負水素荷電粒子を抽出することができる。抽出された負水素荷電粒子２１９は、加速チャンバ内にさらに加速される。イオン源システム２００は、ペニング源システムと呼ばれることがある。
【００６８】
図１に戻ると、荷電粒子は、２つの対向するカソード（カソード２０２（図２）など、図示せず）の間にプラズマを形成することによって供給することができる。カソードは、駆動電流（またはイオン源駆動電流）を供給するイオン源電源１４４に接続される。負荷電粒子の濃度がスリット１９４に現れ、荷電粒子は、電極１３０、１３２によって提供される正電位によってイオン源システム１０６から抽出することができる。荷電粒子は、スリット１９４を出て、磁束によって案内される軌道内に、電極１３０、１３２によって形成される電場によって加速される。
【００６９】
上記では１つのタイプのイオン源システムについて説明しているが、荷電粒子を加速チャンバ１２０に供給するために他の方法およびシステムを使用することができることを理解されたい。例えば、イオン源システム１０６は、アノードによって囲まれた中央の円筒形カソードを含むマグネトロンを含むことができる。ペニング源またはマグネトロンのいずれの場合も、放電電圧は、典型的には、１５０Ｖより大きく、電流ドレインは、約４０Ａである。約０．２テスラの磁場は、カソード軸に平行である。任意選択で、セシウムを使用してカソードの仕事関数を低下させ、生成される荷電粒子の量を増強することができる。
【００７０】
図３は、放射性同位体製造システム１００と共に使用することができるプローブ２３１の側面図である。プローブ２３１は、位置Ａに位置し、ビーム電流バルブおよびビーム電流センサとして動作することができる。ブロック位置（図３に示す）では、プローブ２３１は、遮断された荷電粒子のビーム電流を監視することができる。プローブ２３１は、ビームを低エネルギーでブロックするために、図３に示されているイオン源システム１０６のスリット１９４に近接して配置され、それによりプローブ２３１の過熱の可能性を低減する。プローブ２３１は、荷電粒子をブロックするように構成されるブロックプレート２３３を含む。ブロックプレート２３３は、例えば、タンタルおよび／または他の材料を含むことができる。プローブ２３１は、グランドから絶縁されて点Ａのビーム電流を測定することができる。プローブ２３１は、ブロックプレート２３３をブロック位置と開位置との間で移動させるためのアクチュエータ機構（例えば、コイルアクチュエータ）（図示せず）を含むことができる。開位置では、荷電粒子は、ビーム経路上で継続し、ターゲットシステムに向かって誘導させることができる。プローブ２３１によって得られるビーム電流データは、イオン源システム１０６が十分に動作していることを検証するために使用することができる。
【００７１】
図４は、抽出システム１０８およびターゲットシステム１１０の側面図である。図示の実施形態では、抽出システム１０８は、各々がフォイルホルダ２２４と、１つまたは複数の抽出フォイル（図示せず）とを含む第１および第２の抽出ユニット２２０、２２２を含む。抽出プロセスは、ストリッピングフォイルの原理に基づくことができる。より具体的には、荷電粒子の電子（例えば、加速された負荷電粒子）は、荷電粒子が抽出フォイルを通過する際に除去される。粒子の電荷は、負電荷から正電荷に変化し、それにより磁場中の粒子の軌跡を変化させる。抽出フォイルは、正荷電粒子を含む外部粒子ビーム２１５の軌跡を制御するように配置されてもよく、外部粒子ビーム２１５を指定のターゲット位置１５０に向けて導くために使用されてもよい。
【００７２】
図示の実施形態では、フォイルホルダ２２４は、１つまたは複数の抽出フォイルを保持することができる回転可能なカルーセルである。しかし、フォイルホルダ２２４は、回転可能である必要はない。フォイルホルダ２２４は、トラックまたはレール２２６に沿って選択的に配置することができる。抽出システム１０８は、１つまたは複数の抽出モードを有することができる。例えば、抽出システム１０８は、１つの外部粒子ビーム２１５のみが出口ポート２１８に誘導される単一ビーム抽出用に構成することができる。図４には、６つの出口ポート２１８があり、それらは１〜６として列挙されている。
【００７３】
抽出システム１０８はまた、２つの外部ビーム２１５が２つの出口ポート２１８に同時に誘導されるデュアルビーム抽出用に構成されてもよい。デュアルビームモードでは、抽出システム１０８は、各抽出ユニットが粒子ビームの一部（例えば、上半分および下半分）を遮断するように、抽出ユニット２２０、２２２を選択的に配置することができる。抽出ユニット２２０、２２２は、異なる位置の間でトラック２２６に沿って移動するように構成される。例えば、駆動モータを使用して、抽出ユニット２２０、２２２をトラック２２６に沿って選択的に配置することができる。各抽出ユニット２２０、２２２は、出口ポート２１８の１つまたは複数をカバーする動作範囲を有する。例えば、抽出ユニット２２０を出口ポート４、５、および６に割り当て、抽出ユニット２２２を出口ポート１、２、および３に割り当てることができる。各抽出ユニットを使用して、粒子ビームを割り当てられた出口ポートに誘導することができる。
【００７４】
フォイルホルダ２２４は、除去された電子の電流測定を可能にするように絶縁されてもよい。抽出フォイルは、ビームが最終エネルギーに到達したビーム経路の半径に位置する。図示の実施形態では、フォイルホルダ２２４の各々は、複数の抽出フォイル（例えば、６つのフォイル）を保持し、ビーム経路内に異なる抽出フォイルを配置することを可能にするために軸２２５の周りに回転可能である。
【００７５】
ターゲットシステム１１０は、複数のターゲットアセンブリ２３０を含む。全部で６つのターゲットアセンブリ２３０が示され、各々はそれぞれの出口ポート２１８に対応する。粒子ビーム２１５が選択された抽出フォイルを通過すると、粒子ビーム２１５は、それぞれの出口ポート２１８を通って対応するターゲットアセンブリ２３０に入る。粒子ビームは、対応するターゲット本体２３２のターゲットチャンバ（図示せず）に入る。ターゲットチャンバはターゲット材料（例えば、液体、ガス、または固体材料）を保持し、粒子ビームはターゲットチャンバ内のターゲット材料に入射する。粒子ビームは、最初にターゲット本体２３２内の１つまたは複数のフォイルに入射することができる。ターゲットアセンブリ２３０は、電気的に絶縁され、ターゲット材料、ターゲット本体２３２、および／またはターゲット本体内のフォイルに入射するときに粒子ビームの電流を検出することができる。
【００７６】
図５は、対応する出口ポート２１８に配置することができる例示的なコリメータアセンブリ２４０の側面断面図である。図示のように、コリメータアセンブリ２４０は、ターゲットシステム１１０に取り付けられる２つのビームコリメータ２４２、２４４を含む。他の実施形態は、１つのビームコリメータのみまたは３つ以上のビームコリメータを含むことができる。ビームコリメータ２４２、２４４は、それぞれ上側および下側ビームコリメータ２４２、２４４呼ばれることがある。図示の実施形態では、ビームコリメータ２４２、２４４の各々は、２つの機能を有する。第１に、ビームコリメータ２４２、２４４は、ビーム境界を画定することができる。より具体的には、上側および下側コリメータ２４２、２４４の各々を通る孔のサイズは、粒子ビームの外側境界の一部、したがって、ターゲットチャンバのフォイルに入射するビームスポットのサイズを画定することができる。第２に、コリメータは、グランドから絶縁されている。コリメータ２４２、２４４によって遮断される粒子ビームの部分は、検出することができ、全ターゲット電流の一部を表すことができる。さらに、監視システム２５０（図６に示す）は、コリメータ２４２、２４４によって検出された電流に基づいて粒子ビームにおける不均衡の可能性を測定することができる。次いで、監視システム２５０は、コリメータによって得られた測定値が、粒子ビームが十分に平衡化していることを示すまで粒子ビームを再配置することができる。例えば、粒子ビームは、コリメータが同じ電流値を検出するときに平衡化され得る。
【００７７】
図６は、放射性同位体製造システム１００と共に使用することができる監視システム２５０の概略図である。監視システム２５０は、制御システム１１２（図１）の一部とすることができる。図示のように、監視システム２５０は、処理ユニット２５２を含む。処理ユニット２５２は、１つまたは複数のセンサから１つまたは複数の動作パラメータに関するデータを受信するように構成される。図示の実施形態では、処理ユニット２５２は、プローブ２３１（図３に図示）のセンサ２６１からのビーム電流読み取り値、抽出ユニット２２０、２２２（図４に図示）のセンサ２６２、２６３からの１つまたは複数のビーム電流読み取り値、コリメータ２４２または２４４（図５に図示）のセンサ２６４、２６５からのビーム電流読み取り値、および対応するターゲット本体２３２（図４に図示）のセンサ２６６からのビーム電流読み取り値を受信することができる。イオン源電流は、センサ２６７によって検出することができる。センサ２６１〜２６７は、例えば、粒子ビームから電流を受信する導電性表面に各々が動作可能に結合される電流−電圧変換器であってもよい。
【００７８】
上記読み取り値の１つまたは複数に代えて、またはそれに加えて、処理ユニット２５２は、センサアセンブリ１６４から読み取り値を受信することができる。例えば、読み取り値は、センサアセンブリ１６４の１つまたは複数のセンサによって提供されてもよい。そのようなセンサは、熱伝導率ゲージ（例えば、ピラニゲージまたは熱電対ゲージ）、マクラウドゲージ、ピエゾ抵抗圧力センサ、残留ガス分析器、もしくは熱陰極イオンゲージ（例えば、ベアードアルパート、三極管、またはシュルツ−フェルプスゲージ）または冷陰極ゲージなどのイオンゲージを含んでもよい。センサアセンブリ１６４が複数のセンサを含む場合、センサアセンブリ１６４は、同時に、もしくはほぼ同時に複数の読み取り値を通信することができ、または同時に、もしくはほぼ同時に複数のセンサからの複数の測定値に基づく単一の読み取り値を通信することができる。
【００７９】
上記のビーム電流読み取り値の１つまたは複数に代えて、またはそれに加えて、処理ユニット２５２は、ビームプロファイルモニタ２６８からのビームプロファイル読み取り値を受信することができる。ビームプロファイルは、ビームの指定の断面積にわたる相対的なビーム分布を記述する。指定の面積は、例えば、ターゲットシステム内、ターゲットシステムに近接して、または抽出システムの直後にあってもよい。ビームプロファイルは、粒子ビームが入射する１つまたは複数のワイヤまたは電極を含むことができる。一部のビームプロファイルモニタは、粒子ビームを遮断するように配置されるワイヤのアレイまたはメッシュを含む。
【００８０】
読み取り値は、明細書および特許請求の範囲においてより具体的に参照され得る。例えば、センサアセンブリ１６４からの読み取り値は、真空読み取り値または圧力読み取り値と呼ばれることがある。プローブ２３１のセンサ２６１からのビーム電流読み取り値は、プローブ電流と呼ばれることがある。抽出システム１０８からのビーム電流読み取り値は、抽出電流（またはフォイル電流）と呼ばれることがある。コリメータ２４２、２４４からのビーム電流読み取り値は、コリメータ電流と呼ばれることがあり、ターゲット本体２３２からのビーム電流読み取り値は、ターゲット電流と呼ばれることがある。監視システム２５０は、粒子ビームの品質または状態を決定するために読み取り値を分析するように構成される。本明細書で説明するように、監視システム２５０はまた、磁場システム１０２の所望の駆動電流を決定するために読み取り値を分析することができる。
【００８１】
本明細書で使用する場合、「処理ユニット」は、本明細書で説明されるような１つまたは複数のタスク、機能、またはステップを実行するように構成された処理回路を含む。例えば、処理ユニットは、メモリ２５３などの有形の非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された命令に基づいて動作を実行する論理ベースのデバイスであってもよい。処理ユニットはまた、本明細書に記載のアルゴリズムおよび／または方法を実行するように構成されるハードワイヤードロジックに基づいて動作を実行するハードワイヤードデバイス（例えば、電子回路）であってもよい。処理ユニットは、１つまたは複数のＡＳＩＣおよび／またはＦＰＧＡを含むことができる。「処理ユニット」は、本明細書で使用する場合、必ずしも単一のプロセッサまたは単一のハードワイヤードデバイスに限定されるものではないことに留意されたい。例えば、処理ユニットは、単一のプロセッサ（例えば、１つまたは複数のコアを有する）、複数の個別プロセッサ、１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または１つもしくは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、処理ユニットは、本明細書に記載のアルゴリズムなどの動作を実行するように適切にプログラムまたは命令された既製のデバイスである。
【００８２】
処理ユニットによって実行される動作（例えば、本明細書に記載の方法／アルゴリズムに対応する動作、またはその態様）は、動作が放射性同位体製造システムの意図された用途に基づいて、妥当な時間内に人間が実行することができないほど複雑なものであってもよいことに留意されたい。処理ユニットは、様々なサブシステムから信号（例えば、データまたは情報）を受信するように構成されてもよい。処理ユニットはまた、本明細書に記載の方法の１つまたは複数のステップを実行するように構成されてもよい。
【００８３】
処理ユニットはまた、メモリ２５３を含むか、またはメモリ２５３に通信可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、メモリ２５３は、不揮発性メモリを含むことができる。例えば、メモリは、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリなどであってもよく、またはそれらを含んでもよい。メモリ２５３は、システムの様々なパラメータに関するデータを記憶するように構成することができる。
【００８４】
図７は、放射性同位体製造システム１００（図１）および／またはサイクロトロン１０１（図１）によって実行することができる一実施形態による方法３００のフローチャートである。方法３００は、本明細書に記載の様々な実施形態（例えば、システムまたはサイクロトロン）の構造または態様を用いることができる。様々な実施形態では、方法のある特定のステップを省略または追加することができ、ある特定のステップを組み合わせることができ、ある特定のステップを同時に実行することができ、ある特定のステップを並行して実行することができ、ある特定のステップを複数のステップに分割することができ、ある特定のステップを異なる順序で実行することができ、あるいはある特定のステップまたは一連のステップを反復的な形式で再実行することができる。
【００８５】
任意選択で、方法３００は、３０２において、使用済みサイクロトロン部品を新しいサイクロトロン部品と交換することを含むことができる。あるいは、方法は、設置されたサイクロトロンが新しいサイクロトロン部品を有するサイクロトロンを設置することを含むことができる。例えば、方法３００は、サイクロトロンを設置、保守、または修理する技術者によって少なくとも部分的に実行または管理されてもよい。方法３００は、サイクロトロンの動作を試験および／または調節するために実行されてもよい。ガスの生成は、ガス放出、脱ガス、脱離および／または漏出によって引き起こされ得る。
【００８６】
いくつかの実施形態では、方法３００は、サイクロトロンの動作全体を通じて用いることができる。例えば、加速チャンバへの小さな漏出が経時的に発生した場合、それにより加速チャンバの圧力が増加し、サイクロトロンの生産能力が低下することがある。したがって、実施形態は、許容できないレベルの圧力が加速チャンバに存在する場合に生産を低減する場合がある。
【００８７】
方法３００は、３０４において、始動手順を開始することを含むことができる。始動手順は、とりわけ、チャンバ圧力が許容範囲内、例えば５×１０−７±２×１０−７ミリバール（または５×１０−５±２×１０−５Ｐａ）になるまで加速チャンバを排気することを含むことができる。許容範囲は、個人によって調整されてもよい。例えば、オペレータは、チャンバ圧力の許容範囲を（例えば、ユーザインターフェースを介して）入力することができる。場合によっては、許容範囲は、選択された動作モードによって自動的に決定される。しかし、動作モードを選択した後、オペレータは、許容範囲を変更することを許可されてもよい。
【００８８】
いくつかの実施形態では、加速チャンバは、第１の製造サイクルを実行する前に少なくとも２０分間排気される。しかし、加速チャンバは、より長い時間（例えば、少なくとも３０分間）またはより短い時間（例えば、２０分間未満）排気されてもよい。
【００８９】
３０６において、荷電粒子の粒子ビームは、サイクロトロンの電場システムおよび磁場システムによって生成され、ビーム経路に沿って誘導される。３０６において誘導は、計画された動作モードでサイクロトロンを動作させることを含むことができる。計画された動作モードは、粒子ビームのビーム経路ならびに品質および／または形状を決定する特定のパラメータを含む。上述したように、磁場システムは、駆動電流によって励起されて磁束を生成することができる。磁束の強度は、動作パラメータの１つである駆動電流の関数である。粒子ビームを決定する他のパラメータは、荷電粒子の供給（例えば、流量および／または圧力）、電場の振動周波数、および磁極の形状を含む。計画された動作モードは、第１の製造サイクルを実行する準備をしている放射性同位体製造の実施形態のための始動モードであってもよい。
【００９０】
３０８において、粒子ビームの動作パラメータは、粒子ビームがサイクロトロンによって誘導されるときに監視することができる。場合によっては、動作パラメータは、粒子ビームがターゲットシステムに入射するときに繰り返し決定することができる。動作パラメータは、例えば、加速チャンバのチャンバ圧力であってもよい。別の動作パラメータは、点Ａ、Ｂ、Ｃ、またはＤの１つまたは複数のような、粒子ビームのビーム経路に沿った１つまたは複数の点におけるビーム電流であってもよい。サイクロトロンはまた、デュアルビームモードで動作させることもできる。動作パラメータは、イオン源システムに供給されるイオン源電流であってもよい。動作パラメータは、ビームプロファイルモニタによって提供されるデータから導出されてもよい。動作パラメータは、複数の動作パラメータに基づくことができるビーム品質係数であってもよい。例えば、ビーム品質係数は、ビーム経路に沿った１つまたは複数の点で検出されたビーム電流およびイオン源駆動電流に基づくことができる。ビーム品質係数はまた、ビームプロファイルモニタからのデータに基づくことができる。ビーム品質係数はまた、強度、エミッタンス、および変調などの様々なビームパラメータに基づくことができる。
【００９１】
しかし、動作パラメータは、チャンバ圧力、ビーム電流、イオン源駆動電流、またはビームプロファイルモニタからのデータに限定されないことを理解されたい。代わりに、過剰量の残留ガス分子が加速チャンバ内に存在するかどうかを決定するために使用され得る任意の測定可能なまたは決定可能な（例えば、計算可能な）動作パラメータが使用されてもよい。実施形態は、動作パラメータの任意の組合せを使用することができる。
【００９２】
３０８において、動作パラメータの監視は、１つの動作パラメータ（例えば、加速チャンバのチャンバ圧力）のみを決定することを含むことができるか、または複数の動作パラメータ（例えば、加速チャンバのチャンバ圧力、抽出システムのビーム電流、コリメータのビーム電流、およびイオン源電流）を決定することを含むことができる。動作パラメータ（または複数のパラメータ）は、加速チャンバ内のガス分子の量に関連してもよい。このように、サイクロトロンの動作をいつどのように変更するかの決定は、動作パラメータまたは複数のパラメータに基づくことができる。
【００９３】
したがって、３０８において動作パラメータを監視することは、複数の動作パラメータを監視することを含むことができる。一例として、第１の動作パラメータは、チャンバ圧力であってもよい。第２の動作パラメータは、抽出システムで検出されたビーム電流（または複数のビーム電流）であってもよい。第３の動作パラメータは、コリメータの１つが検出したビーム電流であってもよく、第４の動作パラメータは、他のコリメータのビーム電流であってもよい。第５の動作パラメータは、イオン源システムのイオン源電流であってもよい。
【００９４】
３０８において、動作パラメータが監視されると、制御システムは、３１０において、過剰量のガスが加速チャンバ内に存在するかどうかを決定することができる。この決定は、動作パラメータを分析することによって実行することができる。例えば、加速チャンバの圧力が指定の閾値を超えていない場合、過剰量のガスが加速チャンバ内に現在存在しないと決定することができる。方法３００は、動作パラメータを３０８において監視することに戻ることができる。加速チャンバの圧力が指定の閾値を超えた場合、過剰量のガスが加速チャンバ内に存在すると決定することができる。例えば、加速チャンバの圧力読み取り値は、許容範囲外（例えば、高すぎる）であってもよい。
【００９５】
過剰量のガスが加速チャンバ内に存在すると決定した後、方法３００は、３１２において、荷電粒子の加速チャンバへの供給を減少（低減）することができる。荷電粒子の供給を減少させた後、粒子ビームは、３０２においてビーム経路に沿って引き続き誘導されてもよい。計画された動作モードで動作する実施形態では、計画された動作モードは、中断されてもよい。減少の量は、予め決定されていてもよいし、動作パラメータに基づいていてもよい。供給を減少させるために、イオン源システムの電気的特性（例えば、イオン源電流）は、変更されてもよい。イオン源電流を低減する代わりに、またはそれに加えて、荷電粒子を生成するために使用されるガスの圧力または流量は、調整（例えば、低減）することができる。一例として、３１２において荷電粒子の供給を減少させることは、荷電粒子の供給を少なくとも２０％減少させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、供給は、少なくとも２５％または少なくとも３０％減少される。ある特定の実施形態では、供給は、少なくとも３５％または少なくとも５０％減少される。特定の実施形態では、供給は、少なくとも６０％減少される。しかし、他の実施形態では、供給は、２０％未満減少されてもよい。
【００９６】
いくつかの実施形態では、供給は、徐々に低減させることができる。例えば、供給は、制御システムが、加速チャンバの圧力が減少していると決定するまで徐々に低減させることができる。いくつかの実施形態では、供給は、増分的に減少させることができる。例えば、供給は、制御システムが、加速チャンバの圧力が減少していると決定するまで最初に２０％低減させてから３０秒毎にさらに５％低減させることができる。
【００９７】
場合によっては、３１２において供給を減少させることは、イオン源システムの電流、イオン源システムの電圧、イオン源システムのガスの圧力、またはイオン源システムのガスの流量を変更することの少なくとも１つを含んでもよい。他の動作が、荷電粒子の供給を減少させるために実施されてもよいことが理解される。
【００９８】
３１４において、制御システムは、許容量のガスが加速チャンバ内に存在するかどうかを決定することができる。ガスの量は、１つまたは複数の動作パラメータを分析することによって決定することができる。動作パラメータは、３０８で監視された動作パラメータを含んでも含まなくてもよい。許容量のガスが加速チャンバ内に存在する場合、方法３００は、３１６において、荷電粒子の供給を増加させることができる。許容できない量のガスが加速チャンバ内に存在する場合、方法３００は、３１８において、荷電粒子の供給をさらに減少させることができる。
【００９９】
いくつかの実施形態では、供給は、指定の時間（例えば、５分、１０分、２０分、またはそれ以上）の後にのみ増加する。指定の時間後に供給を増加させる代わりに、またはそれに加えて、荷電粒子の供給は、ガス分子の量が許容レベルに低減したことを示す動作パラメータを決定することに応答して増加させることができる。動作パラメータは、３０８で使用された動作パラメータと同じであっても異なっていてもよい。
【０１００】
３１２、３１６それぞれで供給を減少させるまたは供給を増加させるための決定は、制御システムによって（例えば、制御システムの処理回路によって）決定されてもよい。決定は、少なくとも１つの動作パラメータに基づくことができる。本明細書で使用する場合、「少なくとも１つの動作パラメータに基づく」という語句は、１つの動作パラメータのみに基づいて、または複数の動作パラメータに基づいて決定を行うことを含む。「少なくとも１つの動作パラメータに基づく」という語句はまた、１つまたは複数の動作パラメータを限界値もしくは閾値と比較することによって、または１つもしくは複数の動作パラメータを目的関数に適用することによって決定を行うことを含む。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、動作パラメータは、ビーム品質係数である。ビーム品質係数は、所望の粒子ビームに対する粒子ビームの状態または粒子ビームの所望の品質を表す。例えば、動作中、粒子ビームの位置がずれたり、粒子ビームのプロファイルの形が悪くなったり、粒子ビームの強度が減少したりすることがある。粒子ビームの位置がよりずれたり、より形が悪くなったり、強度が減少すると、ビーム品質係数が減少する。粒子ビームが良好に整列して良好に成形されると、ビーム品質係数が増加し得る。
【０１０２】
ビーム品質係数は、監視システム２５０によって得られた読み取り値を使用して計算することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ビーム品質係数（ＢＱＦ）は、次の式を使用して計算することができる：
【０１０３】
【数１】
2019023994.tif 000003
式中、ＩＴは、ターゲット電流であってもよく、ＩＣ１は、コリメータ電流であってもよく、ＩＣ２は、別のコリメータ電流であってもよく、ＩＩＳは、イオン源システムの駆動電流であってもよい。イオン源システムの駆動電流は、イオン源システムの出力を示す。上記の式は単なる一例に過ぎず、式を修正してもよいし、別の式をシステムの適用に基づいて使用してもよいことに留意されたい。例えば、２つのビーム抽出の間、式は、二対のコリメータ電流と２つのターゲット電流の関数とすることができる。
【０１０４】
３２０において、任意選択で、サイクロトロン（または放射性同位体製造システム）のユーザインターフェースは、サイクロトロンまたはシステムのユーザにサイクロトロンシステムが低減した供給量の荷電粒子で動作したことを通知することができる。通知には、サイクロトロンが減少した供給量で動作した時間のような情報が含まれてもよい。
【０１０５】
任意選択で、ユーザインターフェースは、粒子ビームを制御するためのユーザ入力を受信するように構成されてもよい。例えば、制御システムは、ユーザ入力に基づいて、荷電粒子の供給を減少させる製造制御機能を無効にするように構成されてもよい。
【０１０６】
図９は、図７の方法の一例を示す。図９は、チャンバ圧力のグラフおよびターゲット電流のグラフを示す。個人は、ユーザ入力によって、チャンバ圧力の所望の動作値を設定することができる。図９において、Ｙ１は、方法の製造制御部分がトリガされるときのチャンバ圧力の値であり、Ｙ２は、サイクロトロンが通常の製造に戻るチャンバ圧力の値である（例えば、製造制御部分の前の動作モードがトリガされる）。Ｙ２は、許容値と呼ばれることがある。Ｙ１およびＹ２は、例えば、５×１０−５±２×１０−５Ｐａ内であってもよい。Ｙ１は、Ｙ２より大きい。Ｚは、動作中にターゲットで検出されたターゲット電流である。上述したように、制御システム（または監視システム）は、チャンバ圧力が上限Ｙ１を超えると、３１０（図７）において、過剰量のガスがチャンバ内に存在すると決定することができる。しかし、本明細書で説明するように、方法の製造制御部分は、他の動作パラメータを使用してトリガされてもよい。
【０１０７】
過剰量のガスがチャンバ内に存在すると決定したことに応答して、イオン源電流は、ガスの供給が低減されるように３１２（図７）において制御される（例えば、規制される）。例えば、イオン源電流は、ターゲット電流Ｚが指定の値を得るまで減少させてもよい。指定の値は、製造制御部分がトリガされたときのターゲット電流のパーセンテージであってもよい。あるいは、指定の値は、製造制御部分がトリガされたときのターゲット電流によらず、所定の値であってもよい。特定の例として、新たなターゲット電流は、以前のターゲット電流の５０％であってもよいが、他の値が選択されてもよい。サイクロトロンが２つのターゲット（例えば、デュアルビーム）を使用している場合、イオン源電流は、（ａ）ターゲット電流の少なくとも１つが指定の値を得るまで、または（ｂ）ターゲット電流の各々が指定の値を得るまで低減されてもよい。
【０１０８】
サイクロトロンは、新たなターゲット電流を得た後に、あるいは製造制御がトリガされた後に、指定の時間Ｘ１（例えば、２分間）にわたって動作を継続することができる。時間Ｘ１の後、チャンバ圧力を決定することができる。様々な状況が、発生する可能性がある。一例では、最初にターゲット電流を低減した後にチャンバ圧力が上昇したと決定された場合、イオン源電流は、ターゲット電流がより低い指定の値（例えば、新たな開始点の５０％）を得るまで再び低減させることができる。（セグメント３５２によって示すように）第２の時間で低減した後にチャンバ圧力が増加し続ける場合、サイクロトロンは、例えば、チャンバ圧力が上限を超えた後、またはチャンバ圧力が指定の時間内に減少しなかった後、すぐにシャットダウンまたは自動的にシャットダウンすることができる。セグメント３５４は、ターゲット電流が第２の時間で低減した後にのみチャンバ圧力が減少する例を示す。
【０１０９】
例えば、チャンバ圧力が指定の試験時間Ｘ２（例えば、１０分）内にＹ２を得ない場合（セグメント３５６によって示すように）、イオン源電流は、ターゲット電流が指定の値（例えば、再び５０％）を得るまで再び低減させることができる。上記いずれの例においても、チャンバ圧力がＹ２を下回ったと決定された場合には、イオン源電流は、ターゲット電流が元の動作ターゲット電流に達するまで制御する（例えば、増加させる）ことができる。これは、時間Ｘ１の後にいつでも発生し得る。セグメント３５８は、試験時間Ｘ２が経過する前に、チャンバ圧力がすぐに減少し始め、Ｙ２よりも減少した例を示す。
【０１１０】
上記の説明は例示するものであって、限定することを意図したものではないことを理解すべきである。例えば、上記の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて用いることができる。さらに、本発明の範囲を逸脱せずに特定の状況または材料を本発明の主題の教示に適応させるために、多くの修正を行うことができる。本明細書に記載した様々な構成要素の寸法、材料の種類、方向、ならびに数および位置は、ある特定の実施形態のパラメータを規定するためのものであって、決して限定するものではなく、単に例示的な実施形態にすぎない。特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれる多くの他の実施形態および修正は、上記の説明を精査すれば、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の主題の範囲は、添付した特許請求の範囲に与えられる均等物の完全な範囲と共に、添付した特許請求の範囲によって決定されなければならない。添付した特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の平易な英語に相当するものとして用いられる。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は、単にラベルとして用いており、それらの対象物に対して数の要件を課すことを意図するものではない。また、以下の特許請求の範囲の制限は、このようなクレームの制限が、さらなる構造を欠いた機能の記述の後に、明示的に「〜する手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という語句を用いていない限り、ミーンズプラスファンクションの形式では書かれておらず、米国特許法１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることを意図していない。
【０１１１】
本明細書は、様々な実施形態を開示するために実施例を用いており、また、当業者が様々な実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。様々な実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にある。
【０１１２】
本発明の主題のある特定の実施形態の前述の説明は、添付の図面と併せて読めばより良く理解されるであろう。図が様々な実施形態の機能ブロックの図を示す程度まで、機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間の分割を示しているわけではない。したがって、例えば、機能ブロック（例えば、プロセッサまたはメモリ）の１つまたは複数は、単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサ、マイクロコントローラ、ランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）内に実装することができる。同様に、プログラムは、例えば、スタンドアロン型プログラムとしてもよく、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込んでもよく、インストールしたソフトウェアパッケージの機能としてもよい。様々な実施形態は、図面に示す配置および手段に限定されない。
［実施態様１］
加速チャンバ（１２０）と、
前記加速チャンバ（１２０）と流れ連通し、前記加速チャンバ（１２０）を排気するように構成された真空システム（１６０）と、
荷電粒子を前記加速チャンバ（１２０）に供給するように構成されたイオン源システム（１０６）と、
前記荷電粒子から形成された粒子ビーム（２１５）を誘導するように構成され、前記粒子ビーム（２１５）は、前記加速チャンバ（１２０）内のビーム経路に沿って誘導される電場システム（１０４）および磁場システム（１０２）と、
前記粒子ビーム（２１５）が前記ビーム経路に沿って誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを決定するように構成され、前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記加速チャンバ（１２０）内のガス分子の量に関連する制御システム（１１２）とを備え、前記制御システム（１１２）は、
前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記粒子ビーム（２１５）の前記荷電粒子の供給を減少させ、前記粒子ビーム（２１５）は、前記荷電粒子の前記供給を減少させた後に前記ビーム経路に沿って引き続き誘導され、
所定の時間後に、および／または前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記ガス分子の量が低減したと決定したことに応答して前記粒子ビーム（２１５）の前記荷電粒子の前記供給を増加させるように構成される、サイクロトロン（１０１）。
［実施態様２］
前記荷電粒子の前記供給を減少させることが、前記荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含む、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様３］
前記制御システム（１１２）が、計画された動作モードに従って前記サイクロトロン（１０１）を動作させるように構成され、前記制御システム（１１２）が、前記荷電粒子の前記供給を減少させるときに前記計画された動作モードを中断する、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様４］
前記制御システム（１１２）によって前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることの少なくとも１つが、最近交換された前記サイクロトロン（１０１）の１つまたは複数の部品に基づき、前記制御システム（１１２）が、交換された前記１つまたは複数の部品を検出すること、または交換された前記１つまたは複数の部品を示すユーザ入力を受信することの少なくとも１つを行う、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様５］
前記少なくとも１つの動作パラメータが、前記加速チャンバ（１２０）のチャンバ圧力、イオン源電流、前記ビーム経路に沿ってまたは前記ビーム経路の近傍で検出された１つまたは複数のビーム電流、前記粒子ビーム（２１５）のビームプロファイル、またはビーム品質係数の少なくとも１つを含む、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様６］
前記動作パラメータが、前記加速チャンバ（１２０）のチャンバ圧力または抽出システム（１０８）のビーム電流の少なくとも１つを含む、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様７］
前記制御システム（１１２）によって前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることが、前記イオン源システム（１０６）の電流、前記イオン源システム（１０６）の電圧、前記イオン源システム（１０６）のガスの圧力、または前記イオン源システム（１０６）の前記ガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様８］
第１の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させた後、前記制御システム（１１２）が、前記第１の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させた後に前記動作パラメータが実質的に変化しなかったと決定したことに応答して第２の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させるように構成される、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様９］
前記サイクロトロン（１０１）のユーザに前記サイクロトロン（１０１）が低減した供給量の前記荷電粒子で動作したことを通知するように構成されるユーザインターフェース（１５２）をさらに備える、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様１０］
ユーザ入力を受信するように構成されるユーザインターフェース（１５２）をさらに備え、前記制御システム（１１２）が、前記ユーザ入力の受信に基づいて、前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記荷電粒子の前記供給を減少させることを無効にするように構成される、実施態様１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様１１］
加速チャンバ（１２０）と、
前記加速チャンバ（１２０）と流れ連通し、前記加速チャンバ（１２０）を排気するように構成された真空システム（１６０）と、
荷電粒子を前記加速チャンバ（１２０）に供給するように構成されたイオン源システム（１０６）と、
前記荷電粒子から形成された粒子ビーム（２１５）を誘導するように構成され、前記粒子ビーム（２１５）は、前記加速チャンバ（１２０）内のビーム経路に沿って誘導されるように構成される電場システム（１０４）および磁場システム（１０２）と、
前記粒子ビーム（２１５）が前記ビーム経路に沿って誘導されるときに前記加速チャンバ（１２０）のチャンバ圧力を決定するように構成された制御システム（１１２）とを備え、前記制御システム（１１２）は、
前記チャンバ圧力が過剰であると決定したことに応答して前記加速チャンバ（１２０）への前記荷電粒子の供給を減少させ、
前記チャンバ圧力が許容値まで低減したと決定したことに応答して前記加速チャンバ（１２０）への前記荷電粒子の前記供給を増加させるように構成される、サイクロトロン（１０１）。
［実施態様１２］
前記荷電粒子の前記供給を減少させることが、前記荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含む、実施態様１１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様１３］
前記制御システム（１１２）によって前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることがまた、動作パラメータに基づき、前記動作パラメータが、イオン源電流、前記ビーム経路に沿ってまたは前記ビーム経路の近傍で検出された１つまたは複数のビーム電流、前記粒子ビーム（２１５）のビームプロファイル、またはビーム品質係数の少なくとも１つを含む、実施態様１１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様１４］
前記制御システム（１１２）によって前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることが、前記イオン源システム（１０６）の電流、前記イオン源システム（１０６）の電圧、前記イオン源システム（１０６）のガスの圧力、または前記イオン源システム（１０６）の前記ガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む、実施態様１１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様１５］
前記制御システム（１１２）が、計画された動作モードに従って前記サイクロトロン（１０１）を動作させるように構成され、前記制御システム（１１２）が、前記荷電粒子の前記供給を減少させるときに前記計画された動作モードを中断する、実施態様１１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様１６］
第１の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させた後、前記制御システム（１１２）が、前記第１の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させた後に前記チャンバ圧力が実質的に変化しなかったと決定したことに応答して第２の時間で前記荷電粒子の前記供給を減少させるように構成される、実施態様１１に記載のサイクロトロン（１０１）。
［実施態様１７］
電場システム（１０４）および磁場システム（１０２）を使用して加速チャンバ（１２０）の荷電粒子の粒子ビーム（２１５）を誘導することであって、前記加速チャンバ（１２０）は、真空システム（１６０）によって排気され、前記荷電粒子は、イオン源システム（１０６）によって前記加速チャンバ（１２０）に供給される誘導することと、
前記粒子ビーム（２１５）が前記加速チャンバ（１２０）内で誘導されるときに少なくとも１つの動作パラメータを監視することであって、前記少なくとも１つの動作パラメータは、前記加速チャンバ（１２０）内のガス分子の量に関連する監視することとを含む方法であって、
前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記加速チャンバ（１２０）への前記荷電粒子の供給を減少させることであって、前記粒子ビーム（２１５）は、前記荷電粒子の前記供給を減少させた後に前記ビーム経路に沿って引き続き誘導される減少させることと、
所定の時間後に、および／または前記少なくとも１つの動作パラメータに基づいて前記ガス分子の量が低減したと決定したことに応答して前記荷電粒子の前記供給を増加させることとをさらに含む、方法。
［実施態様１８］
前記荷電粒子の前記供給を減少させることが、前記荷電粒子の供給を少なくとも２０％低減することを含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
前記荷電粒子の前記供給を減少または増加させることが、前記イオン源システム（１０６）の電流、前記イオン源システム（１０６）の電圧、前記イオン源システム（１０６）のガスの圧力、または前記イオン源システム（１０６）の前記ガスの流量を変更することの少なくとも１つを含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様２０］
前記粒子ビーム（２１５）が、計画された動作モードに従って誘導され、前記計画された動作モードが、前記荷電粒子の前記供給を減少させるときに中断される、実施態様１７に記載の方法。
【符号の説明】
【０１１３】
１  出口ポート
２  出口ポート
３  出口ポート
４  出口ポート
５  出口ポート
６  出口ポート
１００  放射性同位体製造システム、システム
１０１  サイクロトロン
１０２  磁場システム
１０４  電場システム
１０６  イオン源システム
１０８  抽出システム
１１０  ターゲットシステム
１１２  制御システム
１１４  磁石ヨーク
１１５  開放側セクション、セクション
１１６  電磁石、コイル
１１７Ａ  コイル
１１７Ｂ  コイル
１１８  ＭＰＳ
１２０  加速チャンバ
１２２  磁極
１２３  磁極頂部
１２６  中心軸
１３０  電極
１３２  電極
１３４  発電機
１３６  給電ケーブル
１４０  丘部
１４２  谷部
１４４  イオン源電源
１５０  ターゲット位置
１５２  ユーザインターフェース
１６０  真空システム
１６２  ポンプアセンブリ
１６４  センサアセンブリ
１９０  第１の供給源
１９２  第２の供給源
１９４  スリット
１９６  バルブ
２００  イオン源システム
２０２  カソード
２０４  イオン源管
２０６  スリット開口部
２０８  キャビティ
２１０  プローブ、プラズマ放電
２１２  電源
２１４  電源
２１５  外部ビーム、外部粒子ビーム、粒子ビーム
２１６  プラー
２１９  負水素荷電粒子
２１８  出口ポート
２２０  抽出ユニット、第１の抽出ユニット
２２１  磁場
２２２  抽出ユニット、第２の抽出ユニット
２２４  フォイルホルダ
２２５  軸
２２６  トラック、レール
２３０  ターゲットアセンブリ
２３１  プローブ
２３２  ターゲット本体
２３３  ブロックプレート
２４０  コリメータアセンブリ
２４２  ビームコリメータ、コリメータ、下側コリメータ
２４４  ビームコリメータ、コリメータ、下側コリメータ
２５０  監視システム
２５２  処理ユニット
２５３  メモリ
２６１  センサ
２６２  センサ
２６３  センサ
２６４  センサ
２６５  センサ
２６６  センサ
２６７  センサ
２６８  ビームプロファイルモニタ
３００  方法
３０２  サイクロトロン部品を交換する
３０４  サイクロトロンの始動を開始する
３０６  サイクロトロン内で粒子ビームを誘導する
３０８  サイクロトロンの動作パラメータを監視する
３１０  過剰ガス
３１２  荷電粒子の供給を減少させる
３１４  許容量のガス
３１６  荷電粒子の供給を増加させる
３１８  さらに減少させる
３２０  ユーザに通信する
３５２  セグメント
３５４  セグメント
３５６  セグメント
３５８  セグメント
３６０  剥離フォイル
３６２  フォイルホルダ
３６４  ソース本体
３６６  フラップユニット
３６８  接地プレート
３７０  遮断パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2019023994000001.pdf