1、陈英茂解放军总医院核医学科核医学大型设备培训2010-6-18l19291929年，劳伦斯年，劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence(Ernest Orlando Lawrence；1901190119581958；美国物理学家美国物理学家)提出了回旋加速器的理论。提出了回旋加速器的理论。l用磁场使带电粒子沿圆轨道旋转，多次反复地通过高频加速用磁场使带电粒子沿圆轨道旋转，多次反复地通过高频加速电场，直至达到高能量。电场，直至达到高能量。l劳伦斯因回旋加速器的一系列成果获得了劳伦斯因回旋加速器的一系列成果获得了19391939年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖。学奖。l19381938
2、年，托马斯（年，托马斯（L.H.ThomasL.H.Thomas）的研究，解决了相对论及）的研究，解决了相对论及横向聚焦的问题，为后来的等时性回旋加速器奠定了基础。横向聚焦的问题，为后来的等时性回旋加速器奠定了基础。l磁场沿方位角周期性变化，使加速粒子沿平衡轨道受到一个磁场沿方位角周期性变化，使加速粒子沿平衡轨道受到一个方位角周期性变化的磁场力，以维持轴向运动的稳定。同时，方位角周期性变化的磁场力，以维持轴向运动的稳定。同时，磁场沿粒子轨道一周的平均值也随半径逐渐增强，满足等时磁场沿粒子轨道一周的平均值也随半径逐渐增强，满足等时性场的要求。性场的要求。l19451945年，通过改变加速电压的频
3、率，解决相对论的限制。年，通过改变加速电压的频率，解决相对论的限制。l6060年代后，等时性回旋加速器得到了迅速发展。年代后，等时性回旋加速器得到了迅速发展。l加速粒子的带电性质：加速粒子的带电性质：l1 1 正离子回旋加速器；正离子回旋加速器；2 2 负离子回旋加负离子回旋加速器速器l加速粒子的种类数：加速粒子的种类数：l1 1 单粒子回旋加速器；单粒子回旋加速器；2 2 多粒子回旋加多粒子回旋加速器速器l加速器的构造：加速器的构造：l1 1 卧式回旋加速器；卧式回旋加速器；2 2 立式回旋加速器立式回旋加速器l医用回旋加速器多为负离子回旋加速器医用回旋加速器多为负离子回旋加速器l电场力：电
4、场力：l带电粒子在电场中跨过电位差带电粒子在电场中跨过电位差U U时，时，l获动能获动能Ek=qUEk=qUl洛伦兹力：洛伦兹力：l带电粒子以速度带电粒子以速度 v v 在磁场在磁场 B B 中运动时，中运动时，l会受到一个力会受到一个力-洛伦兹力洛伦兹力 F F 的作用：的作用：F=q(v x B)F=q(v x B)F=qvB sinF=qvB sinl洛伦兹力总是与洛伦兹力总是与 v v 和和 B B 垂直，因此不做功，但使粒子不断垂直，因此不做功，但使粒子不断改变运动方向改变运动方向l带电粒子在磁场中的圆周运动：带电粒子在磁场中的圆周运动：l粒子以初速度粒子以初速度 v v 垂直进入均
5、匀磁场中，在洛伦兹力作用下作垂直进入均匀磁场中，在洛伦兹力作用下作圆周运动，向心加速度圆周运动，向心加速度v2/rv2/r，向心力为洛伦兹力，向心力为洛伦兹力qvBqvB，l qvB=mv2/r|v/r=qB/qvB=mv2/r|v/r=qB/m|v=Bq/m rm|v=Bq/m rl粒子回旋频率：粒子回旋频率：fc=v/(2r)=qB/(2m)fc=v/(2r)=qB/(2m)：与：与v v、r r无关，取决无关，取决于于B B和和q/mq/ml相对论中的质量与能量相对论中的质量与能量l粒子的静止质量为粒子的静止质量为m0m0，运动质量为，运动质量为m m；根据相对论原理；根据相对论原理l粒
6、子的静止能量为粒子的静止能量为00，总能量为，总能量为l磁场磁场l毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律=电流通过螺线管中：电流通过螺线管中：B=0nIB=0nIl磁介质增强磁场：安培分子环流假说磁介质增强磁场：安培分子环流假说-电子绕核旋电子绕核旋转，自旋转，自旋谐振电路元件谐振电路元件交流电路中元件的特性：阻抗交流电路中元件的特性：阻抗 Z=U0/I0 ;相位相位差差 =u-i 电阻电阻 R u(t)=U0 cos t;i(t)=I0 cos t ;u=i ZR=R；=0电容电容 C 充电电量充电电量 q(t)=Q0cos t;u(t)=q(t)/C=Q0/C cos t;i(t)=dq(t)/d
7、t=Q0 cos(t+/2);u=0;i=/2 ZC=U0/I0=1/C；=-/2 电感电感 L 自感电动势自感电动势 L=-Ldi/dt;i(t)=I0 cos t;u(t)=-L=Ldi/dt=LI0 cos(t+/2);u=/2;i=0;ZL=U0/I0=L；=/2 串联谐振串联谐振在电感、电容、电阻串联电路中在电感、电容、电阻串联电路中电容电容 C 与与 电感电感 L 上的电压相位差为上的电压相位差为180度度总阻抗总阻抗 Z=R2+(L-1/C)21/2;相位差相位差=tan-1(L-1/C)/R 谐振时：谐振时：L=1/C;总阻抗总阻抗 最小最小=R ;相相位差位差 =0 谐振频率
8、谐振频率 f0=0/2=1/2(LC)1/2品质因数品质因数 Q=0L/R=1/0CR 电压分配：电压分配：Uc/U=UL/U=Q频率选择性：频率选择性：f0/f=Qu加速器最关键部件加速器最关键部件u磁极和电极；磁极和电极；u产生两个基本场：偏转磁场和加产生两个基本场：偏转磁场和加速电场；速电场；u决定加速器的基本结构。决定加速器的基本结构。u经典回旋加速器的基本构造：u1.核心部件为D形盒，形如扁圆金属盒沿直径剖开的两半，因形得名“D盒”。u2.两D盒之间留有窄缝，中心放置离子源提供被加速的带电粒子。u3.两D盒之间接交流电源，在缝隙里形成交变电场。u因金属D盒屏蔽在每个D盒内的电场为零。
9、u4.D盒装在真空容器里，并位于巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场方向垂直于D盒表面。加速运动过程加速运动过程由离子源来的带电粒子在两由离子源来的带电粒子在两D D盒缝隙中被电盒缝隙中被电场加速进入场加速进入D D盒内，在洛仑兹力作用下转向盒内，在洛仑兹力作用下转向做圆周运动再次来到做圆周运动再次来到D D盒缝隙，调整交变电盒缝隙，调整交变电场的频率使其这时电场的方向正好使粒子再场的频率使其这时电场的方向正好使粒子再次加速，随后进入另一边的次加速，随后进入另一边的D D盒内作圆周运盒内作圆周运动，再次转向来到动，再次转向来到D D盒缝隙，再次加速盒缝隙，再次加速。粒子圆周运动半径粒子圆周运
10、动半径 r r 随速度随速度 v v 增加增加v/(2r)=qB/(2m)v/(2r)=qB/(2m)，到边缘时被引出，到边缘时被引出到靶到靶谐振条件谐振条件保证粒子每次通过保证粒子每次通过D D盒缝隙均被加速的条件盒缝隙均被加速的条件是：交变电场的频率是：交变电场的频率 fD fD 为带电粒子的回旋为带电粒子的回旋频率频率 fC fC 的整倍数的整倍数h h：fD=h fC fD=h fC，h h 称为称为谐波数。谐波数。l等时性加速器等时性加速器l不考虑相对论效应，由不考虑相对论效应，由 fc=v/(2r)=qB/(2m)可知，对均匀的磁场，可知，对均匀的磁场，fC 是恒定的。只要电是恒定
11、的。只要电场满足场满足 fD=h fC，粒子就可不断地被加速。，粒子就可不断地被加速。l相对论效应使相对论效应使 fC 随随 m 增加而减小，逐渐增加而减小，逐渐 fD=h fC 不再满足，粒子的速度达到极限。不再满足，粒子的速度达到极限。l突破相对论效应限制的思路：为使突破相对论效应限制的思路：为使 fC 不随不随 m 增加而减小，可设计磁场的分布使其强度增加而减小，可设计磁场的分布使其强度 B 随粒子轨道半径随粒子轨道半径 r 的增加而增加，并刚好抵的增加而增加，并刚好抵消消 m 的增加，从而使的增加，从而使 fC 保持恒定。保持恒定。l磁钢度磁钢度G：lG=B rmax 磁感应强度磁感应
12、强度B与最大轨道半径与最大轨道半径rmax的乘积的乘积l对确定的粒子，磁刚度决定了粒子的最高加速能量对确定的粒子，磁刚度决定了粒子的最高加速能量l粒子的能量：粒子能被加速的最高动能。常用单位为粒子的能量：粒子能被加速的最高动能。常用单位为 MeVlEk=(Gqc)2+02)1/2 -0l粒子束流的品质参数粒子束流的品质参数l能散度能散度：束流中粒子能量分散的程度：束流中粒子能量分散的程度 l发射度：束流横截面尺寸与发散角的乘积。发射度：束流横截面尺寸与发散角的乘积。l常用单位是常用单位是 毫米毫米毫弧度毫弧度l亮度：粒子束通过单位截面、单位立体角的束流强度亮度：粒子束通过单位截面、单位立体角的
13、束流强度 l束流强度：单位时间通过的粒子数或电荷数。束流强度：单位时间通过的粒子数或电荷数。l 常用单位为常用单位为 微安微安l基本组成及主要功能基本组成及主要功能l磁场系统：为加速粒子提供向心力磁场系统：为加速粒子提供向心力洛伦洛伦兹力兹力l射频系统：为加速粒子提供能量射频系统：为加速粒子提供能量-加速电加速电场场l离子源系统：提供要加速的带电粒子离子源系统：提供要加速的带电粒子l引出系统：使加速粒子脱离回旋加速轨道引出系统：使加速粒子脱离回旋加速轨道射向靶射向靶l靶系统：靶系统：为生产核素进行特定核反应的为生产核素进行特定核反应的场所场所l真空系统：降低束流丢失；高压电场绝缘真空系统：降低
14、束流丢失；高压电场绝缘l冷却系统：为各个高产热部件降温冷却系统：为各个高产热部件降温l控制系统：监控各个系统，并发出各种指控制系统：监控各个系统，并发出各种指令使加速器令使加速器l 协调正常运行，以完成用协调正常运行，以完成用户的相应任务户的相应任务磁场系统磁场系统由磁铁、线圈、电源配给系统等组成。由磁铁、线圈、电源配给系统等组成。磁场结构设计根据：粒子动力学和磁场结构设计根据：粒子动力学和LHThomas的轴向聚焦理论。的轴向聚焦理论。结构采用扇形磁极，形成峰结构采用扇形磁极，形成峰-谷磁场。常用的扇谷磁场。常用的扇形磁极有直边扇形、螺旋扇形和分离扇形等。形磁极有直边扇形、螺旋扇形和分离扇形
15、等。磁铁由含碳量极低的纯铁或低碳钢制成。磁铁由含碳量极低的纯铁或低碳钢制成。磁感应强度的选择磁感应强度的选择磁铁设计的目标：在于满足加速粒子达到磁铁设计的目标：在于满足加速粒子达到终能量所必需的磁钢度终能量所必需的磁钢度G。磁场磁场B愈高，造价愈低。然而磁场过高时，愈高，造价愈低。然而磁场过高时，钢材的导磁率将迅速下降，发生钢材的导磁率将迅速下降，发生“磁饱和磁饱和”现象，激磁效率大降；并且磁场将随激励现象，激磁效率大降；并且磁场将随激励水平而显著变化，给加速离子能量和品种水平而显著变化，给加速离子能量和品种的调节造成巨大的困难。的调节造成巨大的困难。通常通常B在在1.22.0T之间。离子种类
16、和能量固之间。离子种类和能量固定的加速器的磁感应强度往往选在定的加速器的磁感应强度往往选在2.0T附附近，离子和能量可变的加速器则选择在低近，离子和能量可变的加速器则选择在低限附近。限附近。l磁体设计磁体设计l等时性：等时性：要求磁场必须沿半径方向逐渐增加要求磁场必须沿半径方向逐渐增加l磁场满足上述等时性条件，将导致粒子的轴向运动的不稳磁场满足上述等时性条件，将导致粒子的轴向运动的不稳定定lThomasThomas指出：磁场沿方位角周期性变化，可产生轴向的聚指出：磁场沿方位角周期性变化，可产生轴向的聚焦力焦力l磁场的调变度磁场的调变度f f：l调变度愈高、轴向聚焦能力愈强调变度愈高、轴向聚焦能
17、力愈强l激励效率：磁铁气隙中的实际磁通量与理想值之比激励效率：磁铁气隙中的实际磁通量与理想值之比ll激磁功率取决于气隙的平均高度激磁功率取决于气隙的平均高度l随着气隙的增大，造价和运行费用将迅速上升。随着气隙的增大，造价和运行费用将迅速上升。常数00)(BBr)rc(B )rc(BB(r)cc22202122202111)cos1)(),(NfrBrBBBBBBBfminmaxlRFRF是回旋加速器中关键而复杂的系统是回旋加速器中关键而复杂的系统l二个功能：加速电场；从离子源中拉出离子电场二个功能：加速电场；从离子源中拉出离子电场l主要由下列的子系统构成主要由下列的子系统构成lRFRF谐振腔谐
18、振腔(RF Cavity RCAV)(RF Cavity RCAV)lRFRF电源发生器电源发生器(RF power generator RFPG)(RF power generator RFPG)lRFRF馈通电缆（馈通电缆（RF Feeder cableRF Feeder cable）l RF RF谐振腔谐振腔 安装于真空室内部安装于真空室内部l主要由主要由D D电极、耦合电容或电感、调节电容、附属金属腔组电极、耦合电容或电感、调节电容、附属金属腔组成。成。l现代等时性加速器中，采用单现代等时性加速器中，采用单D D（=180o=180o）、双）、双D D（90o90o）、）、4 4个个D
19、 D（90o =cos(h+)=1cos(h+)=1lh h 的选择：使的选择：使 sin(h/2)=1 sin(h/2)=1；也要兼顾频率过高的代价。；也要兼顾频率过高的代价。对进入D电极时初相位满足 =(n+1/2)-h/2 的离子，其每圈获得的最大能量HM-20S,h=2，=35o，V=40kV，Ek=91.77 keV 需218圈达20MeV等效等效RLC串联谐振电路串联谐振电路电容电容 C 与与 电感电感 L 上的电压相位差为上的电压相位差为180度度总阻抗总阻抗 Z=R2+(L-1/C)21/2;谐振时：谐振时：L=1/C;总阻抗总阻抗 最小最小=R 谐振频率谐振频率 f0=0/2
20、=1/2(LC)1/2品质因数品质因数 Q=0L/R=1/0CR 加速电压加速电压：Uc1=QU-Uc2lRFRF馈通电缆馈通电缆lRFRF电缆由同轴的中空铜外壳和铜心导体构成，并用螺旋电缆由同轴的中空铜外壳和铜心导体构成，并用螺旋型的塑胶间隔装置固定铜心和铜外壳型的塑胶间隔装置固定铜心和铜外壳l电缆的长度是一个重要参数：当不匹配时，电缆的长度是一个重要参数：当不匹配时，RFRF谐振腔失谐振腔失调谐调谐RF电源发生器电源发生器产生产生Dee电压电压主要部件和功能主要部件和功能由振荡器、晶体管放大器、真空管放大器、回路控制器及工由振荡器、晶体管放大器、真空管放大器、回路控制器及工作电源组成作电源
21、组成振荡器：振荡器：RF发生器，驱动晶体管放大器发生器，驱动晶体管放大器晶体管放大器：放大晶体管放大器：放大RF，驱动真空管放大器，驱动真空管放大器真空管放大器：真空管放大器：RF放大，通过放大，通过RF馈通电缆将其传输到谐振馈通电缆将其传输到谐振腔耦合元件腔耦合元件回路控制器：包括真空管放大器的输入、输出相位检测调节回路控制器：包括真空管放大器的输入、输出相位检测调节系统；系统；D电极电压提取反馈调节系统电极电压提取反馈调节系统电源配给器：主要为真空管放大器提供工作电压电源配给器：主要为真空管放大器提供工作电压真空管的工作电源：阴极、屏极、栅极、板极真空管的工作电源：阴极、屏极、栅极、板极4
22、个电源系统个电源系统l离子源系统离子源系统 是加速器关键部件之一是加速器关键部件之一l产生带电粒子，为加速器提供离子束产生带电粒子，为加速器提供离子束l许多性能指标（如束流强度、发射度、能散度、离许多性能指标（如束流强度、发射度、能散度、离子种类等）主要取决于离子源系统子种类等）主要取决于离子源系统l由离子源，离子源电源和气体管理系统组成由离子源，离子源电源和气体管理系统组成l离子源多为冷阴极型离子源多为冷阴极型(Penning ionization gauge(Penning ionization gauge，PIG)PIG)，阴极连接到离子源电源，离子源室（阳极，阴极连接到离子源电源，离子
23、源室（阳极）接地。）接地。D D电极的中心区充当离子拉出器（电极的中心区充当离子拉出器（PullerPuller），当，当D D电极电压为正时，离子被拉出并在磁场的轨道电极电压为正时，离子被拉出并在磁场的轨道中被加速，束流脉冲与中被加速，束流脉冲与RFRF同频率。同频率。l离子源与束流性能离子源与束流性能l束流强度：由阴极电流调节；束流强度：由阴极电流调节；l 发射度、亮度：与等离子体温度、等离子体的发发射度、亮度：与等离子体温度、等离子体的发射面有关，还与离子源在引出区的空间电荷、气体射面有关，还与离子源在引出区的空间电荷、气体原子的散射有关。原子的散射有关。l能散度：与离子游离方式和电流的
24、波动等因素有能散度：与离子游离方式和电流的波动等因素有关。离子源的能量分散造成轨道分散，被捕获到的关。离子源的能量分散造成轨道分散，被捕获到的离子数减少离子数减少l离子源气体的质量离子源气体的质量l是影响电离效率、发射度和离子源阴极寿命的重要是影响电离效率、发射度和离子源阴极寿命的重要因素因素l气体纯度大于气体纯度大于99.995%99.995%，CH2CH2含量小于含量小于1.0ppm1.0ppml更换离子源气体后，须用气体冲排干净管道更换离子源气体后，须用气体冲排干净管道l负氢形成的机理负氢形成的机理 主要是通过离解吸附和分离复合形成主要是通过离解吸附和分离复合形成l离解吸附是等离子体内部
25、形成负离子的主要过程，对于氢离解吸附是等离子体内部形成负离子的主要过程，对于氢分子这一过程为：分子这一过程为：e+H2 e+H2 H2-H2-H-+H H-+Hl分离复合反应：热灯丝发射的电子在弧压加速下与分离复合反应：热灯丝发射的电子在弧压加速下与H2H2分子分子（或（或H H原子）碰撞，使分子处于激发态（原子）碰撞，使分子处于激发态（H2H2*），），H2H2*与与1eV1eV的电子作用产生的电子作用产生H-H-、H H。这种反应的几率较小：。这种反应的几率较小：H2 +e H2 +e H2 H2*；H2 H2*+e(1eV)+e(1eV)H-+H H-+H l离子源放电腔真空度不高，离子
26、源放电腔真空度不高，H-H-与气体碰撞很易丢失电子，与气体碰撞很易丢失电子，难以获取高强度难以获取高强度H-H-离子束。（相比之下离子束。（相比之下 H+H+需要的真空度需要的真空度要低一些。）要低一些。）l等离子体建立在两个相对的阴极之间，在磁场中将保持等等离子体建立在两个相对的阴极之间，在磁场中将保持等离子体浓聚。离子体浓聚。l在电场中，电子和在电场中，电子和H-H-离子获得的动能相等：离子获得的动能相等：meve2=mHvH2 meve2=mHvH2 ve/vH=(mH/me)1/2 =47 ve/vH=(mH/me)1/2 =47，在引出区电子流在引出区电子流约是约是H-H-离子流的离
27、子流的5050倍。因此，倍。因此，H-H-离子源的引出系统，应兼离子源的引出系统，应兼有抑制或消除电子的功能。有抑制或消除电子的功能。主要包括剥离碳膜、装载碳膜的圆盘转动器、马达等装置。被加速的负离子在通过剥离膜时被剥去二个电子，转变为正离子，在磁场中的运行轨道将向相反的方向偏转。根据磁场强度，合理地设计剥离碳膜的位置和引出管道的出口位置，就可引导束流进入任意靶。用剥离膜引出束流，其效率可以接近百分之百。18F-13N15O11C18F2132456H-D-Ion SourceExtraction System双束流引出Fixed target同时生产两种核素l靶系统：完成特定核反应的装置靶系
28、统：完成特定核反应的装置l靶系统由靶载体、靶、控制系统组成靶系统由靶载体、靶、控制系统组成l靶载体分固定和转动两类靶载体分固定和转动两类l固定靶载体的靶位一字排开，固定不动，需要的束流引出系统复杂固定靶载体的靶位一字排开，固定不动，需要的束流引出系统复杂l转动靶载体就像左轮手枪，束流引出通道固定，通过转动靶载体将目转动靶载体就像左轮手枪，束流引出通道固定，通过转动靶载体将目标靶送入通道，需要的束流引出系统简单。标靶送入通道，需要的束流引出系统简单。l每个靶有下列主要部分：每个靶有下列主要部分：l 靶体，包括靶的前后法兰（靶体，包括靶的前后法兰（flangeflange），水冷却和氦冷却管路，靶
29、），水冷却和氦冷却管路，靶室窗，支撑连接部件等。靶室窗箔膜一般为室窗，支撑连接部件等。靶室窗箔膜一般为HavarHavar合金或钛；合金或钛；l 靶室，装载靶物质，完成核反应的空腔。靶室，装载靶物质，完成核反应的空腔。l靶体由水冷却，靶室窗与真空窗由氦气冷却靶体由水冷却，靶室窗与真空窗由氦气冷却-l靶分为气体靶、液体靶和固体靶。靶分为气体靶、液体靶和固体靶。l气体靶的靶室材料通常是铝，如碳气体靶的靶室材料通常是铝，如碳-11-11靶，氧靶，氧-15-15靶，靶，氟氟-18-18气体靶；气体靶；l而液体靶的靶室材料通常是银，如氮而液体靶的靶室材料通常是银，如氮-13-13靶，氟靶，氟-18-18
30、靶靶。l液体靶又分为低压靶和高压靶。液体靶又分为低压靶和高压靶。l在低压状态下，辐解和靶水沸腾会造成靶物质的较大在低压状态下，辐解和靶水沸腾会造成靶物质的较大损失，影响产额。因此，必须考虑密封和冷却，使辐损失，影响产额。因此，必须考虑密封和冷却，使辐解产生的氧和氢复合。低压靶可以对丰度低于解产生的氧和氢复合。低压靶可以对丰度低于50%50%的的18O-18O-水进行可靠轰击。水进行可靠轰击。l高压靶室内无膨胀空间，使水的辐解降低或辐解后的高压靶室内无膨胀空间，使水的辐解降低或辐解后的氧和氢容易复合，故产量显著提高。高压靶对氧和氢容易复合，故产量显著提高。高压靶对18O-18O-水水的纯度和丰度
31、要求较高，丰度大于的纯度和丰度要求较高，丰度大于90%90%，纯度要求其，纯度要求其电阻率大于电阻率大于18.0Mcm18.0Mcm，因为杂质分子能够阻碍水，因为杂质分子能够阻碍水的辐解产物氧原子和氢原子的复合，也可能会引起爆的辐解产物氧原子和氢原子的复合，也可能会引起爆炸。炸。l降低束流的丢失（较低的气体剥离）；对高频高压电场提供绝缘。l包括真空室、真空泵、高真空阀和高、低真空计。l真空系统24小时运行，保持10-7mbar（10-5Pa）的真空度l开真空腔维修规则：l降低真空室的操作时间，维修后，应尽快关闭真空室；l尽可能使用干燥空气或氮气代替周围空气对真空室进行泄气；l在一次真空室的泄气
32、后，对回旋加速器进行短时间的空靶运行。l冷却系统冷却系统 包括水冷却系统和包括水冷却系统和HeHe冷却系统。冷却系统。l水冷却系统主要用于从各系统中将热量带出，带出的热量在二级水水冷却系统主要用于从各系统中将热量带出，带出的热量在二级水冷却系统中进行热交换，将热量传送到初级冷却系统。冷却系统中进行热交换，将热量传送到初级冷却系统。lHeHe冷却系统主要在打靶期间对真空窗和靶窗的冷却系统主要在打靶期间对真空窗和靶窗的HavarHavar箔膜和钛箔膜箔膜和钛箔膜进行冷却。进行冷却。l水冷却系统：由两个彼此独立的单元组成，即一级水冷却系统和二水冷却系统：由两个彼此独立的单元组成，即一级水冷却系统和二
33、级水冷却系统。级水冷却系统。l一级水冷却系统为热交换器提供冷却的水源，有足够能力发散掉由一级水冷却系统为热交换器提供冷却的水源，有足够能力发散掉由二级水冷却系统带出的热负荷。可使用自来水。二级水冷却系统带出的热负荷。可使用自来水。l二级水冷却系统提供加速器各系统及相关设备的冷却水，要求其水二级水冷却系统提供加速器各系统及相关设备的冷却水，要求其水温相对恒定，使用去离子水，电导率温相对恒定，使用去离子水，电导率 5 S 5 S。l氦冷却系统：由氦冷却系统：由HeHe气体、压缩机、热交换器和流量计等组成。气体、压缩机、热交换器和流量计等组成。lHeHe气在气在HavarHavar箔膜和钛箔膜之间高
34、速循环，使箔膜间产生的热能快箔膜和钛箔膜之间高速循环，使箔膜间产生的热能快速地经速地经HeHe气传送到热交换器并由二级冷却水将热量带出。气传送到热交换器并由二级冷却水将热量带出。l如果如果HeHe冷却循环有空气被充入，有可能变化为放射性臭氧，可损害冷却循环有空气被充入，有可能变化为放射性臭氧，可损害O-O-环和隔膜。因此维修保养后须填充环和隔膜。因此维修保养后须填充HeHe气，确保在循环中仅存在气，确保在循环中仅存在HeHe气。气。l控制系统：控制系统：l根据根据Master SystemMaster System的命令执行加速器的不同程的命令执行加速器的不同程序。序。l由加速器控制单元、真空
35、控制单元和界面控制由加速器控制单元、真空控制单元和界面控制单元组成。单元组成。l加速器控制单元：控制和调节加速器和外围设加速器控制单元：控制和调节加速器和外围设备。备。l界面控制系统：加速器控制单元和加速器其他界面控制系统：加速器控制单元和加速器其他子系统间的一种连接界面。子系统间的一种连接界面。l真空控制单元：控制回旋加速器真空系统的所真空控制单元：控制回旋加速器真空系统的所有功能。有功能。l自屏蔽装置：通常有两个屏蔽层部分自屏蔽装置：通常有两个屏蔽层部分l内屏蔽层内屏蔽层l由混有环氧树脂和碳硼化合物的高密度铅构成由混有环氧树脂和碳硼化合物的高密度铅构成l能使高能中子的能量降低至热中子水平能
36、使高能中子的能量降低至热中子水平l吸收放射性核素产生的吸收放射性核素产生的射线射线l外屏蔽层外屏蔽层l加聚乙烯和碳硼化合物的水泥块加聚乙烯和碳硼化合物的水泥块l通过热中子的弹性碰撞，继续减缓中子的运动，最终吸收通过热中子的弹性碰撞，继续减缓中子的运动，最终吸收l将产生的次级将产生的次级射线的辐射减至最小射线的辐射减至最小诊断系统（有些加速器的诊断系统不完整）监测分析束流轨道上几个位置的束流。并发出调整优化靶束流的指令由3-4个探测器和一个束流分析器组成一个探测器位于加速器内靠近中心区的轨道上方，可伸出探测（有的加速器无）；另一是束流出口处的上下准直器上（或束流引出碳膜上)的电流计；第三个是束流
37、出口处“闸门”上（或靶上）的电流计。束流分析器-接受分析各个探测器的信息，并发出相应的调节指令l不可选则的参数：束流的能量是固定参数。不可选则的参数：束流的能量是固定参数。l可选择的生产条件可选择的生产条件l核反应、束流的强度、轰击时间。核反应、束流的强度、轰击时间。l核素产额的影响因素核素产额的影响因素l束流强度越高，核素产额越高。束流强度越高，核素产额越高。l轰击时间一般在核素的轰击时间一般在核素的1212个半衰期内完成，个半衰期内完成，轰击时间太长，由于衰变，产额增加不明显。轰击时间太长，由于衰变，产额增加不明显。l产额的高低也依赖于靶的设计和构造以及靶物产额的高低也依赖于靶的设计和构造
38、以及靶物质的化学形式。质的化学形式。l产额也与束流的能量有关。产额也与束流的能量有关。l半衰期：半衰期：110 min110 minl18O18O（p p，n n）18F18F核反应生产核反应生产18F-18F-最常用最常用l靶材料为丰度靶材料为丰度95%95%的的18O-H2O18O-H2Ol与其他正电子核素（与其他正电子核素（11C11C、13N13N、15O15O）相比，）相比，18F18F有如下优点：有如下优点：l半衰期较长，有相对较充足的标记和显像时间半衰期较长，有相对较充足的标记和显像时间；l 标记灵活，可标记芳烃，烷烃和含氨基、羟标记灵活，可标记芳烃，烷烃和含氨基、羟基、巯基的化
39、合物等多种类型的有机化合物；基、巯基的化合物等多种类型的有机化合物；l 可取代有机分子中的氢原子、羟基和其他卤可取代有机分子中的氢原子、羟基和其他卤原子等。原子等。l半衰期：半衰期：20 min20 minl最常用的核反应为最常用的核反应为14N14N（P P，）11C11C。l靶材料为含有痕量靶材料为含有痕量O2O2的高纯的高纯N2N2气。气。l在在11C-CO211C-CO2的生产中应注意的影响因素：的生产中应注意的影响因素：l 靶气体氮气的纯度应大于靶气体氮气的纯度应大于99.9995%99.9995%l 与靶材料和辐射剂量有关，经质子轰击后会得到以与靶材料和辐射剂量有关，经质子轰击后会
40、得到以11C-CO11C-CO和和11C-CO211C-CO2两种形式存在的核素。当辐射剂量很两种形式存在的核素。当辐射剂量很低时，有利于前者的生成；而在中、高剂量的情况下，低时，有利于前者的生成；而在中、高剂量的情况下，则利于后者的形成，适当延长轰击时间，利于则利于后者的形成，适当延长轰击时间，利于11C-CO211C-CO2生产。生产。l 靶系统的处理靶系统的处理 在洗涤靶室后，可用无水乙醇脱水在洗涤靶室后，可用无水乙醇脱水干燥替代真空干燥。安装后，用靶气体进行多次冲排。干燥替代真空干燥。安装后，用靶气体进行多次冲排。l11C11C的化学活性很强，经适当的化学反应可得到各种类的化学活性很强
41、，经适当的化学反应可得到各种类型的型的11C11C标记的放射性药物。标记的放射性药物。l半衰期：半衰期：10 min10 minl多以多以16O16O（p,p,）13N13N核反应生产核反应生产13N13Nl靶材料为靶材料为16O-H2O16O-H2O加加1mmol/L1mmol/L乙醇的水溶液。乙醇的水溶液。l经质子照射的靶水中经质子照射的靶水中13N13N主要以主要以13N-NO3-13N-NO3-、13N-NO2-13N-NO2-、13N-NH4+13N-NH4+和和13N-13N-羟胺形式存在。羟胺形式存在。l较高氧化态较高氧化态13N13N的比例随辐射剂量的增加而增的比例随辐射剂量的
42、增加而增加，较低氧化态则随之减少加，较低氧化态则随之减少l半衰期：半衰期：2.05 min2.05 minl在低能加速器中，用在低能加速器中，用15N15N（p p，n n）15O15O核反应生产核反应生产15O15O，l靶材料为高度富集的靶材料为高度富集的15N-N215N-N2。l在中能加速器中，用在中能加速器中，用16O16O（p p，pnpn）15O15O核反应生产核反应生产15O15Ol靶材料是高纯氧气（靶材料是高纯氧气（6 6个个9 9）。在轰击过程中会产生大）。在轰击过程中会产生大量臭氧和少量的量臭氧和少量的13N-13N-氮氧化物。氮氧化物。l在氘核加速器中，以在氘核加速器中，以14N14N（d d，n n）15O15O核反应生产核反应生产15O15Ol靶材料为靶材料为N 2(5N 2(5个个9)+1%O29)+1%O2。l15O15O的主要标记化合物是的主要标记化合物是15O-O215O-O2、15O-CO15O-CO、15O-H2O15O-H2O。
