Isotope production systems and the cyclotron having a magnet yoke having a pump housing fossa

本発明の各実施形態は一般的には、サイクロトロンに関し、さらに具体的には、放射性同位体を生成するのに用いられるサイクロトロンに関する。

放射性同位体（放射性核種とも呼ぶ）は、医用の治療、撮像及び研究における幾つかの応用、並びに医学に関係しない他の応用を有する。 放射性同位体を生成するシステムは典型的には、荷電粒子のビームを加速し、ターゲット物質まで導いて同位体を生成するサイクロトロンのような粒子加速器を含んでいる。 サイクロトロンは電場及び磁場を用いて粒子を加速し、加速室の内部の渦状軌道に沿って粒子を誘導する。 サイクロトロンの利用時には、加速室を排気して、加速された粒子と相互作用し得る望ましくない気体粒子を除去する。 例えば、加速された粒子が水素の陰イオン（Ｈ ^- ）であるときには、加速室の内部の水素ガス分子（Ｈ ₂ ）又は水分子が水素イオンから弱結合電子を取り去り得る。 イオンはこの電子を取り去られると中性粒子となって、加速室の内部の電場及び磁場には最早影響されなくなる。 中性粒子は失われて回収不能となり、また加速室の内部で他の望ましくない反応を招き得る。

加速室の排気状態を保つために、サイクロトロンは加速室に流体結合された真空システムを利用する。 しかしながら、従来の真空システムは、望ましくない品質又は特性を有し得る。 例えば、従来の真空システムは大型であって広い空間を必要とし得る。 このことは、特に大型システムを用いるように本来設計されていない病院の室内でサイクロトロン及び真空システムを用いなければならないときに問題となり得る。 さらに、既存の真空システムは典型的には、多数のポンプ（異なる形式のポンプを含む）、弁、管、及びクランプのような幾つかの相互接続された構成要素を有する。 真空システムを実効的に運転するために、各々の構成要素を監視し（例えばセンサ及び計器を通して）、これらの構成要素の幾つかを個々に制御する必要がある場合がある。 さらに、幾つかの相互接続された構成要素によって、損傷部品又は消耗部品のため漏れが生じ得る界面又は領域がさらに多くなり得る。 このため、費用及び時間の掛かる真空システムの保守を招く場合がある。

以上のことに加えて、複雑な真空システムは冷却サブシステムを必要とし得る。 例えば、一つの公知の真空システムでは、幾つかの拡散ポンプが加速室に流体結合される。 拡散ポンプは作動流体（例えば油）を用いており、油を沸騰させて蒸気にし、蒸気を噴射アセンブリに通すことにより真空を生成する。 しかしながら、油を凝縮して回収するために、この過程において発生される大量の熱を真空システムから除去しなければならない。 冷却サブシステムは真空システムにさらなる複雑さを加える。

従って、加速室から望ましくない気体粒子を除去する改良型真空システムが必要とされている。 また、公知の真空システムよりも小さい空間を要求し、少ない保守を要求し、複雑さが小さく、又は費用が掛からない真空システムが必要とされている。

一実施形態によれば、荷電粒子を所望の経路に沿って導くように磁場を発生する磁石アセンブリを含むサイクロトロンが提供される。 このサイクロトロンはまた、加速室を包囲するヨーク本体を有する磁石ヨークを含んでいる。 磁石アセンブリはヨーク本体に位置する。 ヨーク本体は、加速室に流体結合されているポンプ収容（Pump Acceptance、ＰＡ）窩を形成する。 このサイクロトロンはまた、加速室に真空を導入するように構成されている真空ポンプを含んでいる。 真空ポンプはＰＡ窩に配置される。

もう一つの実施形態によれば、同位体生成システムが提供される。 このシステムは、荷電粒子を所望の経路に沿って導くように磁場を発生する磁石アセンブリを含んでいる。 このシステムはまた、加速室を包囲するヨーク本体を有する磁石ヨークを含んでいる。 磁石アセンブリはヨーク本体に位置する。 ヨーク本体は、加速室に流体結合されているポンプ収容（ＰＡ）窩を形成する。 このシステムはまた、ヨーク本体のＰＡ窩に結合されている真空ポンプを含んでいる。 真空ポンプは、加速室に真空を導入するように構成されている。 加えて、このシステムは、同位体を生成するために荷電粒子を受け取るように配置されたターゲット・システムを含んでいる。

さらにもう一つの実施形態によれば、ヨーク本体を有する磁石ヨークを含むサイクロトロンが提供される。 ヨーク本体は、当該ヨーク本体の中央面を挟んで互いに対向して位置する一対の磁極を含んでいる。 これらの磁極は、荷電粒子が所望の経路に沿って導かれる第一の空間領域を間に有する。 このサイクロトロンはまた、ヨーク本体の内部で中央面を挟んで互いに対向して位置する一対の磁石コイルを含んでいる。 各々の磁石コイルが対応する磁極を包囲している。 これらの磁石コイルは、第一の空間領域を包囲する第二の空間領域を間に有する。 第一及び第二の空間領域は、磁石ヨークの加速室を集合的に形成する。 また、このサイクロトロンは、加速室に流体結合されて第一及び第二の空間領域の内部に真空を保つように構成されている真空ポンプを含んでいる。

一実施形態に従って形成される同位体生成システムのブロック図である。

一実施形態に従って形成されるサイクロトロンの側面図である。

図２に示すサイクロトロンの底部の側面図である。

図２に示すサイクロトロンと共に用いられ得るターボ分子ポンプの側面図である。

図２に示すサイクロトロンと共に用いられ得るヨーク本体の一部の遠近図である。

図２に示すサイクロトロンと共に用いられ得る磁石及びヨーク・アセンブリの平面図である。

もう一つの実施形態に従って形成される同位体生成システムの遠近図である。

もう一つの実施形態に従って形成されて、図６に示す同位体生成システムと共に用いられ得るサイクロトロンの側面図である。

図１は、一実施形態に従って形成される同位体生成システム１００のブロック図である。 システム１００は、イオン生成源システム１０４、電場システム１０６、磁場システム１０８、及び真空システム１１０を含めた幾つかのサブシステムを有するサイクロトロン１０２を含んでいる。 サイクロトロン１０２の利用時に、荷電粒子はイオン生成源システム１０４を通してサイクロトロン１０２の内部に配置され又は注入される。 磁場システム１０８及び電場システム１０６はそれぞれの場を発生し、これらの場は互いに協働して荷電粒子の粒子ビーム１１２を発生する。 荷電粒子はサイクロトロン１０２の内部で加速されて、予め決められた経路に沿って誘導される。 システム１００はまた、引き出しシステム１１５と、ターゲット物質１１６を含むターゲット・システム１１４とを有する。

同位体を生成するために、粒子ビーム１１２はサイクロトロン１０２によって引き出しシステム１１５を通してビーム輸送路１１７に沿ってターゲット・システム１１４の内部まで導かれると、粒子ビーム１１２は対応するターゲット域１２０に位置するターゲット物質１１６に入射する。 システム１００は、別個のターゲット物質１１６Ａ〜１１６Ｃが位置する多数のターゲット域１２０Ａ〜１２０Ｃを有し得る。 変移装置又はシステム（図示されていない）を用いて、粒子ビーム１１２が異なるターゲット物質１１６に入射するようにターゲット域１２０Ａ〜１２０Ｃを粒子ビーム１１２に関して変移させることができる。 変移過程でも真空が保たれ得る。 代替的には、サイクロトロン１０２及び引き出しシステム１１５は、１本の経路のみに沿って粒子ビーム１１２を導くのではなく、各々の異なるターゲット域１２０Ａ〜１２０Ｃ毎に一意の経路に沿って粒子ビーム１１２を導いてもよい。

上述のサブシステムの１又は複数を有する同位体生成システム及び／又はサイクロトロンの例は、米国特許第６，３９２，２４６号、同第６，４１７，６３４号、同第６，４３３，４９５号及び同第７，１２２，９６６号、並びに米国特許出願第２００５／０２８３１９９号に記載されており、これらの特許及び出願の全てを参照によりその全体として本出願に援用する。 また、さらに他の例が米国特許第５，５２１，４６９号、同第６，０５７，６５５号、並びに米国特許出願第２００８／００６７４１３号及び同第２００８／０２５８６５３号にも記載されており、これらの特許及び出願の全てを参照によりその全体として本出願に援用する。

システム１００は、医用の撮像、研究及び治療に用いられ得る放射性同位体（放射性核種とも呼ぶ）を生成するように構成されているが、科学研究又は解析のような医学に関係しない他の応用にも用いられ得る。 核医学（ＮＭ）撮像又は陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）撮像のような医用の目的に用いられるときには、放射性同位体をトレーサとも呼ぶ。 例として述べると、システム１００は、 ¹⁸ Ｆ ^-同位体を液体形態として製造し、 ¹¹ Ｃ同位体をＣＯ ₂として製造し、 ¹³ Ｎ同位体をＮＨ ₃として製造するようなプロトンを生成し得る。 これらの同位体を製造するのに用いられるターゲット物質１１６は、濃縮¹⁸ Ｏ水、天然¹⁴ Ｎ ₂ガス、及び¹⁶ Ｏ水であってよい。 システム１００はまた、 ¹⁵ Ｏガス（酸素、二酸化炭素、及び一酸化炭素）並びに¹⁵ Ｏで標識された水を生成するために重陽子を生成することができる。

幾つかの実施形態では、システム１００は¹ Ｈ ^-技術を用いて、ビーム電流を近似的に１０μＡ〜３０μＡとして荷電粒子を低エネルギ（例えば約７．８ＭｅＶ）にする。 かかる実施形態では、水素の陰イオンは加速されてサイクロトロン１０２を通して引き出しシステム１１５まで誘導される。 次いで、水素の陰イオンは引き出しシステム１１５のストリッピング・フォイル（図示されていない）に衝突し、これにより一対の電子を除去して粒子を陽イオン化しすなわち¹ Ｈ ⁺にすることができる。 但し、代替的な実施形態では、荷電粒子は¹ Ｈ ⁺ 、 ² Ｈ ⁺ 、及び³ Ｈｅ ⁺のような陽イオンであってもよい。 かかる代替的な実施形態では、引き出しシステム１１５は粒子ビームをターゲット物質１１６へ向けて誘導する電場を生成する静電デフレクタを含み得る。

システム１００は、異なるシステムの様々な構成要素によって発生される熱を吸収するために冷却流体又は作動流体をそれぞれの構成要素に輸送する冷却システム１２２を含み得る。 システム１００はまた、技術者によって様々なシステム及び構成要素の動作を制御するのに用いられ得る制御システム１１８を含み得る。 制御システム１１８は、サイクロトロン１０２及びターゲット・システム１１４に近接して又は遠隔して位置する１又は複数のユーザ・インタフェイスを含み得る。 図１には示していないが、システム１００はまた、サイクロトロン１０２及びターゲット・システム１１４のための１又は複数の放射線遮蔽を含み得る。

システム１００は、医用の撮像又は治療に用いられる個々の線量のような予め決められた量又はバッチで同位体を生成し得る。 上に列挙した同位体形態例についてシステム１００の生成容量は、 ¹⁸ Ｆ ^-の場合には２０μＡにおいて約１０分間未満に５０ｍＣｉ、 ¹¹ ＣＯ ₂の場合には３０μＡにおいて約３０分間に３００ｍＣｉ、 ¹³ ＮＨ ₃の場合には２０μＡにおいて約１０分間未満に１００ｍＣｉであり得る。

また、システム１００は、当該システム１００が限られた空間内に保持されることを可能にする寸法、形状、及び重量を有するように公知の同位体生成システムに関して縮小した空間量を利用し得る。 例えば、システム１００は、病院環境又は臨床環境のように粒子加速器のために本来構築されていない既存の室内に収まる。 このようなものとして、サイクロトロン１０２、引き出しシステム１１５、ターゲット・システム１１４、及び冷却システム１２２の１又は複数の構成要素は、限られた空間に収まる寸法及び形状を有する共通の筐体１２４の内部に保持され得る。 一例として、筐体１２４によって用いられる合計容積は２ｍ ³であってよい。 筐体１２４の可能な寸法は、２．２ｍの最大幅、１．７ｍの最大高さ、及び１．２ｍの最大奥行きを含み得る。 筐体及び内部のシステムの合計重量は、近似的に１００００ｋｇであってよい。 筐体１２４はポリエチレン（ＰＥ）及び鉛から作製されることができ、サイクロトロン１０２からの中性子線束及びγ線を減弱するように構成された厚みを有し得る。 例えば、筐体１２４は、中性子線束を減弱する筐体１２４の予め決められた部分に沿った厚み（サイクロトロン１０２を包囲する内面と筐体１２４の外面との間で測定される）が少なくとも約１００ｍｍであってよい。

システム１００は、荷電粒子を予め決められたエネルギ・レベルまで加速するように構成され得る。 例えば、本書に記載される幾つかの実施形態は、近似的に１８ＭｅＶ以下のエネルギまで荷電粒子を加速する。 他の実施形態では、システム１００は近似的に１６．５ＭｅＶ以下のエネルギまで荷電粒子を加速する。 特定的な実施形態では、システム１００は近似的に９．６ＭｅＶ以下のエネルギまで荷電粒子を加速する。 さらに特定的な実施形態では、システム１００は近似的に７．８ＭｅＶ以下のエネルギまで荷電粒子を加速する。

図２は、一実施形態に従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、加速室２０６を包囲するヨーク本体２０４を有する磁石ヨーク２０２を含んでいる。 ヨーク本体２０４は、間に厚みＴ ₁が延在する対向面２０８及び２１０を有し、また間に長さＬが延在する上端及び下端２１２及び２１４を有する。 ヨーク本体２０４は、面２０８及び２１０を上端及び下端２１２及び２１４に接合する移行領域又は隅部２１６〜２１９を含み得る。 さらに明確に述べると、上端２１２は隅部２１６及び２１７によってそれぞれ面２１０及び２０８に接合され、下端は隅部２１９及び２１８によってそれぞれ面２１０及び２０８に接合される。 この実施形態の例では、ヨーク本体２０４は、実質的に円形断面を有し、このようなものとして長さＬはヨーク本体２０４の径を表わし得る。 ヨーク本体２０４は鉄から製造されて、サイクロトロン２００が動作しているときに所望の磁場を発生するような寸法及び形状を有し得る。

図２に示すように、ヨーク本体２０４は、間に加速室２０６を画定する相対向するヨーク区画２２８及び２３０に分割され得る。 ヨーク区画２２８及び２３０は、磁石ヨーク２０２の中央面２３２に沿って互いに隣接して配置されるように構成されている。 図示のように、サイクロトロン２００は、中央面２３２が水平のプラットフォーム２２０に垂直に延在するように鉛直に（重力に関して）配向され得る。 プラットフォーム２２０はサイクロトロン２００の重量を支持するように構成されており、例えば部屋の床又はセメント板であってよい。 サイクロトロン２００は、ヨーク区画２２８及び２３０（並びにそれぞれ対応する面２１０及び２０８）の間を通って水平に延在する中心軸２３６を有する。 中心軸２３６は、ヨーク本体２０４の中心を通って中央面２３２に垂直に延在する。 加速室２０６は、中央面２３２と中心軸２３６との交差部に位置する中心領域２３８を有する。 幾つかの実施形態では、中心領域２３８は加速室２０６の幾何学的中心に位置する。 また図示のように、磁石ヨーク２０２は、中心軸２３６から上方に延在する上部２３１と、中心軸２３６から下方に延在する下部２３３とを含んでいる。

ヨーク区画２２８及び２３０は、加速室２０６の内部で中央面２３２を挟んで互いに対向する磁極２４８及び２５０をそれぞれ含んでいる。 磁極２４８及び２５０は、磁極間隙Ｇによって互いから分離され得る。 磁極２４８は磁極頂２５２を含んでおり、磁極２５０は磁極頂２５２に対面する磁極頂２５４を含んでいる。 磁極２４８及び２５０、並びに磁極間隙Ｇは、サイクロトロン２００が動作しているときに所望の磁場を発生するような寸法及び形状を有する。 例えば、幾つかの実施形態では、磁極間隙Ｇは３ｃｍであってよい。

サイクロトロン２００はまた、加速室２０６の内部に又は加速室２０６に近接して位置する磁石アセンブリ２６０を含んでいる。 磁石アセンブリ２６０は、荷電粒子を所望の経路に沿って導くように磁極２４８及び２５０によって磁場を発生するのを容易にするように構成されている。 磁石アセンブリ２６０は、中央面２３２を挟んで距離Ｄ ₁において互いから隔設されている相対向する一対の磁石コイル２６４及び２６６を含んでいる。 磁石コイル２６４及び２６６は、例えば銅合金抵抗コイルであってよい。 代替的には、磁石コイル２６４及び２６６はアルミニウム合金であってよい。 磁石コイルは実質的に円形であって、中心軸２３６の周りに延在し得る。 ヨーク区画２２８及び２３０は、対応する磁石コイル２６４及び２６６をそれぞれ収容するような寸法及び形状を有する磁石コイル窩２６８及び２７０をそれぞれ形成し得る。 また図２に示すように、サイクロトロン２００は、磁石コイル２６４及び２６６を加速室２０６から分離して所定位置に保持することを容易にする室壁２７２及び２７４を含み得る。

加速室２０６は、中心軸２３６の周りを渦状態様で巻回しつつ中央面２３２に実質的に沿って留まる予め決められた彎曲経路に沿って、 ¹ Ｈ ^-イオンのような荷電粒子を内部で加速することを可能にするように構成されている。 荷電粒子は最初は中心領域２３８に近接して配置される。 サイクロトロン２００が起動されると、荷電粒子の経路は中心軸２３６の周りに軌道を描くことができる。 図示の実施形態では、サイクロトロン２００は等時型サイクロトロンであり、このようなものとして、荷電粒子の軌道は中心軸２３６の周りで彎曲している部分と相対的に線形の部分とを有する。 但し、本書に記載される実施形態は等時型サイクロトロンに限定されず、他の形式のサイクロトロン及び粒子加速器も含む。 図２に示すように、荷電粒子が中心軸２３６の周りに軌道を描くときに、荷電粒子は加速室２０６の上部２３１において紙面から突出し、加速室２０６の下部２３３において紙面の奥へ延在し得る。 荷電粒子が中心軸２３６の周りに軌道を描くにつれて、荷電粒子の軌道と中心領域２３８との間に延在する半径Ｒが増大する。 荷電粒子が軌道に沿って予め決められた位置に到達すると、荷電粒子は引き出しシステム（図示されていない）に入り又は引き出しシステムを通過してサイクロトロン２００を出るように導かれる。

加速室２０６は、粒子ビーム１１２の形成の前及び最中に排気された状態にあってよい。 例えば、粒子ビームが生成される前には、加速室２０６の圧力は近似的に１×１０ ^-7ミリバールであってよい。 粒子ビームが活性化されてＨ ₂ガスが中心領域２３８に位置するイオン生成源（図示されていない）を通って流れると、加速室２０６の圧力は近似的に２×１０ ^-5ミリバールとなり得る。 このようなものとして、サイクロトロン２００は、中央面２３２に近接して位置し得る真空ポンプ２７６を含み得る。 真空ポンプ２７６は、ヨーク本体２０４の端部２１４から半径方向外向きに突出する部分を含み得る。 後にあらためて詳述するように、真空ポンプ２７６は、加速室２０６を排気するように構成されているポンプを含み得る。

幾つかの実施形態では、ヨーク区画２２８及び２３０は、加速室２０６に接近し易い（例えば修理又は保守のために）ように互いへ向けて互いから分離するように移動自在であり得る。 例えば、ヨーク区画２２８及び２３０は、当該ヨーク区画２２８及び２３０の側辺に沿って延在するヒンジ（図示されていない）によって接合され得る。 ヨーク区画２２８及び２３０の何れか又は両方を、ヒンジの軸を中心として対応するヨーク区画（１又は複数）を回動させることにより開くことができる。 もう一つの例として、ヨーク区画２２８及び２３０は、ヨーク区画の一方を他方から線形に遠ざけるように線形に横方向に移動させることにより互いから分離され得る。 但し、代替的な実施形態では、ヨーク区画２２８及び２３０は、一体成形されていてもよいし、加速室２０６に接近する（例えば加速室２０６の内部に通じる磁石ヨーク２０２の孔又は開口を通して）ときにも共に密着されたままであってもよい。 代替的な実施形態では、ヨーク本体２０４は、等分割されていない区画を有していてもよいし且つ／又は２よりも多い区画を含んでいてもよい。 例えば、ヨーク本体は、磁石ヨーク５０４に関して図８に示すように三つの区画を有し得る。

加速室２０６は、中央面２３２に沿って延在して中央面２３２に関して実質的に対称である形状を有し得る。 例えば、加速室２０６は実質的に円板形を有し、磁極頂２５２及び２５４の間に画定されている内空間領域２４１と、室壁２７２及び２７４の間に画定されている外空間領域２４３とを含み得る。 サイクロトロン２００の動作時の粒子の軌道は空間領域２４１の内部に位置し得る。 加速室２０６はまた、真空ポンプ２７６へ向けて通じる通路Ｐ ₁ （図３に示す）のように空間領域２４３から半径方向外向きに離隔して通じる通路を含み得る。

また図２に示すように、ヨーク本体２０４は、当該ヨーク本体２０４の外被２０７を画定する外面２０５を有する。 外被２０７は、小窩部、切除部、又は凹部を含めない外面２０５によって画定されるヨーク本体２０４の全体的な形状に略同等の形状を有する。 例えば、外被２０７の一部を、端部２１４の外面２０５によって画定される平面に沿って延在する破線によって示す。 図２に示すように、外被２０７の断面は、面２０８及び２１０、端部２１２及び２１４、並びに隅部２１６〜２１９から成る外面２０５によって画定される八面の多角形である。 後にあらためて詳述するように、ヨーク本体２０４は、外被２０７に貫入する通路、切除部、凹部、及び窩部等を形成し得る。

さらに、磁極２４８及び２５０（又はさらに明確に述べると磁極頂２５２及び２５４）は、荷電粒子が所望の経路に沿って導かれる空間領域２４１によって間を離隔され得る。 また、磁石コイル２６４及び２６６は空間領域２４３によって離隔され得る。 具体的には、室壁２７２及び２７４は、間に空間領域２４３を有し得る。 さらに、空間領域２４３の周辺は壁面３５４によって画定されることができ、壁面３５４はまた加速室２０６の周辺を画定している。 壁面３５４は、中心軸２３６の周りに円周方向に延在し得る。 図示のように、空間領域２４１は、中心軸２３６に沿って磁極間隙Ｇ（図３）に等しい距離にわたり延在し、空間領域２４３は中心軸２３６に沿って距離Ｄ ₁にわたり延在する。

図２に示すように、空間領域２４３は、中心軸２３６の周りで空間領域２４１を包囲している。 空間領域２４１及び２４３は集合的に加速室２０６を形成し得る。 従って、図示の実施形態では、サイクロトロン２００は、空間領域２４１を包囲するのみでこれにより空間領域２４１をサイクロトロンの加速室として画定するような別個の槽も壁も含まない。 さらに明確に述べると、真空ポンプ２７６は、空間領域２４３を通じて空間領域２４１に流体結合される。 空間領域２４１に入った気体は空間領域２４１から空間領域２４３を通って排気され得る。 図示の実施形態では、真空ポンプ２７６は空間領域２４３に流体結合されて、空間領域２４３に隣接して位置している。

図３は、サイクロトロン２００、さらに明確に述べると下部２３３の拡大側断面である。 ヨーク本体２０４は、加速室２０６へ向けて直接開いている真空口２７８を画定し得る。 真空ポンプ２７６は、真空口２７８においてヨーク本体２０４に直接結合され得る。 真空口２７８は、真空ポンプ２７６への入口又は開口を提供しており、望ましくない気体粒子が真空口２７８を通過して流れるようにしている。 真空口２７８は、当該真空口２７８を通る気体粒子の所望のコンダクタンス（流通性）を提供するように成形され得る（他の因子、及びサイクロトロン２００の寸法と共に）。 例えば、真空口２７８は、円形、方形状、又は他の幾何学的形状を有し得る。

真空ポンプ２７６は、ヨーク本体２０４によって形成されるポンプ収容（ＰＡ）窩２８２の内部に配置される。 ＰＡ窩２８２は加速室２０６に流体結合されて加速室２０６の空間領域２４３へ向けて開き、通路Ｐ ₁を含み得る。 ＰＡ窩２８２の内部に配置されると、真空ポンプ２７６の少なくとも一部がヨーク本体２０４（図２）の外被２０７の内部に入る。 真空ポンプ２７６は、中央面２３２に沿って中心領域２３８又は中心軸２３６から半径方向外向きに離隔して突出し得る。 真空ポンプ２７６は、ヨーク本体２０４の外被２０７を越えて突出していてもいなくてもよい。 例として述べると、真空ポンプ２７６は、加速室２０６とプラットフォーム２２０との間に位置し得る（すなわち真空ポンプ２７６は加速室２０６の直下に位置する）。 他の実施形態では、真空ポンプ２７６はまた、他の位置において中央面２３２に沿って中心領域２３８から半径方向外向きに離隔して突出していてもよい。 例えば、真空ポンプ２７６は、図２において加速室２０６の上方に又は後方に位置し得る。 代替的な実施形態では、真空ポンプ２７６は、中心軸２３６に平行な方向に面２０８又は２１０の一方から離隔して突出し得る。 また、一つのみの真空ポンプ２７６を図３に示しているが、代替的な実施形態は多数の真空ポンプを含み得る。 さらに、ヨーク本体２０４は追加のＰＡ窩を有し得る。

真空ポンプ２７６は、槽壁２８０及び内部に保持された真空又はポンプ・アセンブリ２８３を含んでいる。 槽壁２８０は、ＰＡ窩２８２の内部に収まってポンプ・アセンブリ２８３を内部に保持するような寸法及び形状を有する。 例えば、槽壁２８０は、当該槽壁２８０がサイクロトロン２００からプラットフォーム２２０まで延在するときに実質的に円形断面を有し得る。 代替的には、槽壁２８０は他の断面形状を有していてもよい。 槽壁２８０は、ポンプ・アセンブリ２８３が実効的に動作するのに十分な空間を内部に提供し得る。 壁面３５４は開口３５６を画定することができ、ヨーク区画２２８及び２３０は真空口２７８に近接して位置する対応する辺縁部２８６及び２８８を形成し得る。 辺縁部２８６及び２８８は、開口３５６から真空口２７８まで延在する通路Ｐ ₁を画定し得る。 真空口２７８は通路Ｐ ₁及び加速室２０６へ向けて開いており、径Ｄ ₂を有する。 開口３５６は径Ｄ ₅を有する。 径Ｄ ₂及びＤ ₅は、サイクロトロン２００が放射性同位体の生成時に所望の効率で動作するように構成され得る。 例えば、径Ｄ ₂及びＤ ₅は、磁極間隙Ｇを含めた加速室２０６の寸法及び形状、並びにポンプ・アセンブリ２８３の動作コンダクタンスに基づき得る。 特定的な例として、径Ｄ ₂は約２５０ｍｍ〜約３００ｍｍであってよい。

ポンプ・アセンブリ２８３は、サイクロトロン２００が放射線同位体の生成時に所望の動作効率を有するように加速室２０６を実効的に排気する１又は複数の吸排気装置２８４を含み得る。 ポンプ・アセンブリ２８３は、１又は複数の運動量輸送型ポンプ、容積移送型ポンプ、及び／又は他の形式のポンプを含み得る。 例えば、ポンプ・アセンブリ２８３は、拡散ポンプ、イオン・ポンプ、クライオポンプ、ロータリー・ポンプ若しくは粗引きポンプ、及び／又はターボ分子ポンプを含み得る。 ポンプ・アセンブリ２８３はまた、複数の同一形式のポンプ、又は異なる形式を用いた複数ポンプの組み合わせを含み得る。 ポンプ・アセンブリ２８３はまた、上述のポンプの異なる特徴又はサブシステムを用いた混成型ポンプを有し得る。 図３に示すように、ポンプ・アセンブリ２８３はまた、空気を周囲雰囲気に放出し得るロータリー・ポンプ又は粗引きポンプ２８５と直列に流体結合されていてもよい。

さらに、ポンプ・アセンブリ２８３は、付加的なポンプ、槽又はチェンバ、コンジット、ライナ、換気弁を含めた弁、計器、シール、油、及び排気管のように気体粒子を除去する他の構成要素を含み得る。 加えて、ポンプ・アセンブリ２８３は、冷却システムを含み又は冷却システムに接続され得る。 また、ポンプ・アセンブリ２８３全体は、ＰＡ窩２８２の内部（すなわち外被２０７の内部）に収まっていてもよいし、代替的には、構成要素の一つのみ又は複数がＰＡ窩２８２の内部に位置していてもよい。 この実施形態の例では、ポンプ・アセンブリ２８３は、ＰＡ窩２８２の内部に少なくとも部分的に位置する少なくとも一つの運動量輸送型真空ポンプ（例えば拡散ポンプ又はターボ分子ポンプ）を含んでいる。

また図示のように、真空ポンプ２７６は、加速室２０６の内部で圧力センサ３１２に結合されて連絡し得る。 加速室２０６が予め決められた圧力に達すると、吸排気装置２８４が自動的に起動され又は自動的に停止され得る。 図示していないが、加速室２０６又はＰＡ窩２８２の内部に付加的なセンサが存在していてもよい。

図４は、実施形態に従って形成されて真空ポンプ２７６（図２）として用いられ得るターボ分子ポンプ３７６の側面図を示す。 ターボ分子ポンプ３７６は、真空口２７８においてヨーク本体２０４に直接結合され得る（すなわちヨーク本体２０４から離隔してＰＡ窩から外に延在するコンジット又はダクトを通してヨーク本体２０４に結合されているのではない）。 ターボ分子ポンプ３７６は、中心軸２９０に沿って磁石ヨークの口３７８とプラットフォーム３７５との間に延在し得る。 ターボ分子ポンプ３７６は、回転ファン３０５に結合されて動作するモータ３０２を含んでいる。 回転ファン３０５は、１又は複数の段を成すロータ・ブレード３０４及びステータ・ブレード３０６を含み得る。 各々のロータ・ブレード３０４及びステータ・ブレード３０６は、中心軸２９０に沿って延在する心棒２９１から半径方向外向きに突出している。 利用時には、ターボ分子ポンプ３７６は圧縮器と同様に動作する。 ロータ・ブレード３０４、ステータ・ブレード３０６、及び心棒２９１は中心軸２９０の周りを回転する。 通路Ｐ ₂に沿って流れる気体粒子は口３７８を通ってターボ分子ポンプ３７６に入り、最初にロータ・ブレード３０４の組によって衝突される。 ロータ・ブレード３０４は、加速室２０６（図３）のようなサイクロトロンの加速室から離隔するように気体粒子を押し出す形状を有する。 ステータ・ブレード３０６は対応するロータ・ブレード３０４に隣接して配置され、やはり加速室から離隔するように気体粒子を押し出す。 この過程は、ファン３０５のロータ・ブレード及びステータ・ブレード３０４及び３０６の残りの各段を通して続行し、空気の流れは加速室から離隔してターボ分子ポンプ３７６の底部領域３９２へ向かう方向に移動する（矢印Ｆが流れの方向を示す）。 気体粒子がターボ分子ポンプ３７６の底部領域３９２に到達すると、気体粒子はターボ分子ポンプ３７６から強制排出されて排気管又はコンジット３０８を通ることができる。 排気管３０８は、加速室から除去された空気を、槽壁３８０から突出した出口３１０に通すように導く。 出口２１０は、ロータリー・ポンプ又は粗引きポンプ（図示されていない）に流体結合され得る。

図５は、ヨーク区画２２８の単体遠近図であって、磁極２４８、コイル窩２６８、及び真空ポンプ２７６（図２）の真空口２７８（図２）に通じる通路Ｐ ₁をさらに詳細に示す。 ヨーク区画２２８は、図２に示す長さＬに等しい径Ｄ ₃を含む実質的に円形の本体を有する。 ヨーク区画２２８は、環部３２１の内部に画定されている側面開放窩３２０を含んでいる。 環部３２１は、中心軸２３６の周りに延在して側面開放窩３２０の周辺を画定する内面３２２を有する。 ヨーク区画２２８はまた、環部３２１の周りに延在する外面３２６を有する。 環部３２１の半径方向厚みＴ ₂が、内面３２２と外面３２６との間に画定される。

図示のように、磁極２４８は側面開放窩３２０の内部に位置する。 環部３２１及び磁極２４８は互いに同心であり、貫通して延在する中心軸２３６を有する。 磁極２４８及び内面３２２は間にコイル窩２６８の少なくとも一部を画定している。 幾つかの実施形態では、ヨーク区画２２８は、環部３２１に沿って延在して半径方向線２３７及び２３９によって画定される平面に平行に延在する対を成す表面３２４を含んでいる。 対を成す表面３２４は、ヨーク区画２２８及び２３０が中央面２３２（図２）に沿って合体されるときにヨーク区画２３０の対向する対を成す表面（図示されていない）と合体するように構成されている。

また図示のように、ヨーク区画２２８は、通路Ｐ ₁及びＰＡ窩２８２（図３）を部分的に画定するヨーク凹部３３０を含み得る。 ヨーク区画２３０は、ヨーク本体２０４（図２）が通路Ｐ ₁及びＰＡ窩２８２を形成するように類似の形状を有するヨーク凹部３４０（図６に示す）を有し得る。 ヨーク凹部３３０は、ヨーク本体２０４が完全に形成されたときに真空ポンプ２７６を収容するような形状を有する。 例えば、ヨーク凹部３３０は、矩形形状を有して中心軸２３６へ向けてヨーク区画２２８の内部まで奥行きＤ ₄にわたり延在し得る切除部３４１を有し得る。 切除部３４１はまた、ヨーク区画２２８の弧部分に沿って延在する幅Ｗ ₁を有し得る。 ヨーク区画２２８はまた、真空口２７８（図３）又は通路Ｐ ₁を部分的に画定する押縁（レッジ）部３４９を形成し得る。 押縁部３４９及び切除部３４１を含む凹部３３０は、サイクロトロン２００（図２）の動作時に磁場に最小の影響を有するか又は全く影響を有しないような寸法及び形状を有し得る。 ヨーク本体２０４が完全に形成されたときに、ヨーク区画２２８の切除部３４１及びヨーク区画２３０の切除部３４５が組み合わさってＰＡ窩２８２、真空口２７８、及び通路Ｐ ₁を形成する。 このようなものとして、ＰＡ窩２８２は、真空ポンプ２７６が内部に収まり真空口２７８が円形になり得るように、立方体形状又は箱形状を有し得る。 但し、代替的な実施形態では、ＰＡ窩２８２及び真空口２７８は他の形状を有し得る。

一実施形態では、表面３２２の全て又は一部、及び粒子と相互作用し得る他の任意の表面が銅めっきを施される。 銅めっきを施した表面は、多孔質の鉄表面の影響を低減するように構成される。 一実施形態では、真空ポンプ２７６の内面は銅めっきを含み得る。 銅めっきを施した内面はまた、表面抵抗を減少させるように構成され得る。

図示していないが、ヨーク区画２２８の半径方向厚みＴ ₂を通して延在する付加的な孔、開口、又は通路が存在し得る。 例えば、半径方向厚みＴ ₂を通して延在するＲＦフィードスルー及び他の電気的接続が存在し得る。 また、粒子ビームがサイクロトロン２００（図２）を出るビーム出口通路も存在し得る。 さらに、冷却システム（図示されていない）が、加速室２０６の内部の構成要素を冷却するために半径方向厚みＴ ₂を通して延在するコンジットを有し得る。

図示の実施形態では、サイクロトロン２００は、磁極２４８の磁極頂２５２が山３３１〜３３４及び谷３３６〜３３９を含む扇形構成を形成しているような等時型サイクロトロンである。 後にあらためて詳述するように、山３３１〜３３４及び谷３３６〜３３９は磁極２５０（図２）の対応する山及び谷と相互作用して、荷電粒子の経路を集束させるための磁場を形成する。

図６は、ヨーク区画２３０の平面図である。 ヨーク区画２３０は、ヨーク区画２２８（図２）に関して記載したものと同様の構成要素及び特徴を有し得る。 例えば、ヨーク区画２３０は、内部に磁石の磁極２５０を配置した側面開放窩４２０を画定する環部４２１を含んでいる。 環部４２１は、ヨーク区画２２８の対を成す表面３２４（図５）と係合するように構成されている対を成す表面４２４を含み得る。 また図示のように、ヨーク区画２３０はヨーク凹部３４０を含んでいる。

磁極２５０の磁極頂２５４は、山４３１〜４３４及び谷４３６〜４３９を含んでいる。 ヨーク区画２３０はまた、互いへ向けて、且つ磁極２５０の中心４４４へ向けて半径方向内向きに延在する無線周波数（ＲＦ）電極４４０及び４４２を含んでいる。 ＲＦ電極４４０及び４４２は、支持軸（ステム）４４５及び４４７からそれぞれ延在する中空のＤ字形部材４４１及び４４３をそれぞれ含んでいる。 Ｄ字形部材４４１及び４４３は、谷４３６及び４３８の内部にそれぞれ位置している。 支持軸４４５及び４４７は、環部４２１の内面４２２に結合され得る。 また図示のように、ヨーク区画２３０は、磁極２５０及び内面４２２の周囲に配置されている複数の遮断パネル４７１〜４７４を含み得る。 遮断パネル４７１〜４７４は、加速室２０６の内部の逸失粒子を遮断するように配置される。 遮断パネル４７１〜４７４はアルミニウムを含み得る。 ヨーク区画２３０はまた、やはりアルミニウムを含み得るビーム・スクレーパ４８１〜４８４を含み得る。

ＲＦ電極４４０及び４４２は、図１に関して記載されている電場システム１０６のようなＲＦ電極システムを形成することができ、このシステムにおいてＲＦ電極４４０及び４４２は加速室２０６（図２）の内部の荷電粒子を加速する。 ＲＦ電極４４０及び４４２は互いに協働して、予め決められた周波数（例えば１００ＭＨｚ）に同調された誘導素子と容量素子とを含む共振系を形成する。 ＲＦ電極システムは、１又は複数の増幅器と連絡した周波数発振器を含み得る高周波電力発生器（図示されていない）を有し得る。 ＲＦ電極システムは、ＲＦ電極４４０及び４４２の間に交流電位を生成し、これにより荷電粒子を加速する。

図７は、一実施形態に従って形成される同位体生成システムの遠近図である。 システム５００は、病院設定又は臨床設定の範囲内で用いられるように構成されており、システム１００（図１）及びサイクロトロン２００（図２〜図６）と共に用いられる類似の構成要素及びシステムを含み得る。 システム５００は、サイクロトロン５０２と、患者と共に用いられる放射性同位体を発生するターゲット・システム５１４とを含み得る。 サイクロトロン５０２は、当該サイクロトロン５０２が起動されたときに荷電粒子が予め決められた経路に沿って移動する加速室５３３を画定している。 利用時には、サイクロトロン５０２は予め決められた又は所望のビーム経路５３６に沿って荷電粒子を加速して、粒子をターゲット・システム５１４のターゲット・アレイ５３２に導く。 ビーム経路５３６は加速室５３３からターゲット・システム５１４の内部まで延在しており、破線として示されている。

図８は、サイクロトロン５０２の断面である。 図示のように、サイクロトロン５０２は、サイクロトロン２００（図２）と類似の特徴及び構成要素を有する。 但し、サイクロトロン５０２は、共に介設されている三つの区画５２８〜５３０を含み得る磁石ヨーク５０４を含んでいる。 さらに明確に述べると、サイクロトロン５０２は、ヨーク区画５２８及び５３０の間に位置する環区画５２９を含んでいる。 環区画及びヨーク区画５２８〜５３０は図示のように共に積層されており、ヨーク区画５２８及び５３０は中央面５３４を挟んで互いに対面して内部に磁石ヨーク５０４の加速室５０６を画定している。 図示のように、環区画５２９は、真空ポンプ５７６の口５７８に通じる通路Ｐ ₃を画定し得る。 真空ポンプ５７６は真空ポンプ２７６（図２）と類似の特徴及び構成要素を有することができ、ターボ分子ポンプ３７６（図４）のようなターボ分子ポンプであってよい。

図７に戻り、システム５００は、開いて互いに対面する可動式隔壁５５２及び５５４を含むシュラウド又は筐体５２４を含み得る。 図７に示すように、隔壁５５２及び５５４は両方とも開放位にある。 筐体５２４は、放射線を遮蔽するのを容易にする材料を含み得る。 例えば、筐体は、ポリエチレン及び選択随意で鉛を含み得る。 閉じたときには、隔壁５５４はターゲット・システム５１４のターゲット・アレイ５３２及びユーザ・インタフェイス５５８を覆うことができる。 隔壁５５２は、閉じたときにサイクロトロン５０２を覆うことができる。

また図示のように、サイクロトロン５０２のヨーク区画５２８は、開放位と閉鎖位との間で移動自在であり得る。 （図７は開放位を示し、図８は閉鎖位を示す。）ヨーク区画５２８は、当該ヨーク区画５２８が扉又は蓋のように回動して開いて加速室５３３への接近を提供することを可能にするヒンジ（図示されていない）に取り付けられ得る。 ヨーク区画５３０（図８）もまた、開放位と閉鎖位との間で移動自在であってもよいし、環区画５２９（図８）と密着され又は一体形成されていてもよい。

さらに、真空ポンプ５７６は、環区画５２９及び筐体５２４のポンプ室５６２の内部に位置し得る。 ポンプ室５６２は、隔壁５５２及びヨーク区画５２８が開放位にあるときに接近され得る。 図示のように、真空ポンプ５７６は、水平の支持体５２０から口５７８の中心を通って延在する鉛直軸が中心領域５３８と交差するように加速室５３３の中心領域５３８の下方に位置する。 また図示のように、ヨーク区画５２８及び環区画５２９は、遮蔽凹部５６０を有し得る。 ビーム経路５３６は遮蔽凹部５６０を通って延在している。

本書に記載される実施形態は、医療用途のための放射性同位体を生成することに限定されるものではなく、他の同位体を生成し、他のターゲット物質を用いてもよい。 さらに、図示の実施形態では、サイクロトロン２００は鉛直配向の等時型サイクロトロンである。 しかしながら、代替的な実施形態は、他種のサイクロトロン及び他の配向（例えば水平）を含み得る。

以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。 例えば、上述の各実施形態（及び／又は各実施形態の諸観点）を互いに組み合わせて用いてよい。 加えて、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料を発明の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施すことができる。 本書に記載されている材料の寸法及び形式は、本発明の各パラメータを定義するためのものであるが、限定するものではなく例示する実施形態である。 以上の記載を吟味すれば、当業者には他の多くの実施形態が明らかとなろう。 従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に関連して、かかる特許請求の範囲が網羅する等価物の全範囲と共に決定されるものとする。 特許請求の範囲では、「including包含する」との用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」との用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。 また、特許請求の範囲では、「第一」、「第二」及び「第三」等の用語は単にラベルとして用いられており、これらの用語の目的語に対して数値的要件を課すものではない。 さらに、特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」形式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきではない。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。 特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。 かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１００：同位体生成システム １０２：サイクロトロン １０４：イオン生成源システム １０６：電場システム １０８：磁場システム １１０：真空システム １１２：荷電粒子ビーム １１４：ターゲット・システム １１５：引き出しシステム １１６：ターゲット物質 １１７：ビーム輸送路 １１８：制御システム １２０：ターゲット域 １２２：冷却システム １２４：筐体 ２００：サイクロトロン ２０２：磁石ヨーク ２０４：ヨーク本体 ２０５：外面 ２０６：加速室 ２０７：外被 ２０８、２１０：側面 ２１２：上端 ２１４：下端 ２１６、２１７、２１８、２１９：隅部 ２２０：プラットフォーム ２２８、２３０：ヨーク区画 ２３１：上部 ２３２：中央面 ２３３：下部 ２３６：中心軸 ２３７、２３９：半径方向線 ２３８：中心領域 ２４１：内空間領域 ２４３：外空間領域 ２４８、２５０：磁極 ２５２、２５４：磁極頂 ２６０：磁石アセンブリ ２６４、２６６：磁石コイル ２６８、２７０：磁石コイル窩 ２７２、２７４：室壁 ２７６：真空ポンプ ２７８：真空口 ２８０：槽壁 ２８２：ポンプ収容窩 ２８３：ポンプ・アセンブリ ２８４：吸排気装置 ２８５：粗引きポンプ ２８６、２８８：辺縁部 ２９０：中心軸 ２９１：心棒 ３０２：モータ ３０４：ロータ・ブレード ３０５：回転ファン ３０６：ステータ・ブレード ３０８：排気管 ３１０：出口 ３１２：圧力センサ ３２０：側面開放窩 ３２１：環部 ３２２：内面 ３２４：対を成す表面 ３２６：外面 ３３０、３４０：ヨーク凹部 ３３１、３３２、３３３、３３４：山 ３３６、３３７、３３８、３３９：谷 ３４０：凹部 ３４１、３４５：切除部 ３４９：押縁部 ３５４：壁面 ３５６：開口 ３７５：プラットフォーム ３７６：ターボ分子ポンプ ３７８：磁石ヨークの口 ３８０：槽壁 ３９２：底部領域 ４２０：側面開放窩 ４２１：環部 ４２２：内面 ４２４：対を成す表面 ４３１、４３２、４３３、４３４：山 ４３６、４３７、４３８、４３９：谷 ４４０、４４２：無線周波数電極 ４４１、４４３：Ｄ字形部材 ４４４：中心 ４４５、４４７：支持軸 ４７１、４７２、４７３、４７４：遮断パネル ４８１、４８２、４８３、４８４：ビーム・スクレーパ ５００：同位体生成システム ５０２：サイクロトロン ５０４：磁石ヨーク ５０６：加速室 ５１４：ターゲット・システム ５２０：支持体 ５２４：筐体 ５２８、５３０：ヨーク区画 ５２９：環区画 ５３２：ターゲット・アレイ ５３３：加速室 ５３４：中央面 ５３６：ビーム経路 ５３８：中心領域 ５５２、５５４：可動式隔壁 ５５８：ユーザ・インタフェイス ５６０：遮蔽凹部 ５６２：ポンプ室 ５７６：真空ポンプ ５７８：真空ポンプの口