Sistema de producción de isótopos y ciclotrón dotado de culata del electroimán con una cavidad receptora de una bomba.

Un ciclotrón (200), que comprende:

un conjunto de electroimán (260) para producir un campo magnético para dirigir partículas cargadas a lolargo de una trayectoria deseada;

una culata del electroimán (202) que tiene un cuerpo (204) de culata que rodea una cámara (206) deaceleración, estando situado el conjunto de electroimán en el cuerpo de culata, formando el cuerpo deculata una cavidad (282) receptora de una bomba (PA) que está acoplada en comunicación de fluido con lacámara (206) de aceleración; y

una bomba (276) de vacío configurada para inducir un vacío en la cámara (206) de aceleración,caracterizado porque la bomba (276) de vacío está situada en la cavidad (282) PA.

Sistema de producción de isótopos y ciclotrón dotado de culata del electroimán con una cavidad receptora de una bomba Las realizaciones de la presente invención versan en general acerca de ciclotrones y, más en particular, acerca de ciclotrones usados para producir radioisótopos.

Los radioisótopos (también denominados radionúclidos) tienen varias aplicaciones en la terapia, la formación de imágenes y en la investigación médicas, así como en otras aplicaciones que no están relacionadas con la medicina. Los sistemas que producen radioisótopos incluyen normalmente un acelerador de partículas, tal como un ciclotrón, que acelera un haz de partículas cargadas y dirige el haz contra un material diana para generar los isótopos. El ciclotrón usa campos eléctricos y magnéticos para acelerar y guiar las partículas a lo largo de una órbita de tipo espiral dentro de una cámara de aceleración. Cuando el ciclotrón está en uso, se evacua la cámara de aceleración para eliminar cualquier partícula de gas no deseable que pueda interactuar con las partículas aceleradas. Por ejemplo, cuando las partículas aceleradas son iones negativos de hidrógeno (H-) , las moléculas de gas hidrógeno (H2) o las moléculas de agua dentro de la cámara de aceleración pueden despojar al ion de hidrógeno del electrón débilmente unido. Cuando el ion es despojado de este electrón, se convierte en una partícula neutra que ya no es afectada por los campos eléctrico y magnético que hay dentro de la cámara de aceleración. La partícula neutra se pierde irremediablemente y también puede causar otras reacciones no deseables dentro de la cámara de aceleración.

Para mantener el estado evacuado de la cámara de aceleración, los ciclotrones usan sistemas de vacío que están acoplados en comunicación de fluido con la cámara. Sin embargo, los sistemas convencionales de vacío pueden tener cualidades o propiedades poco deseables. Por ejemplo, los sistemas convencionales de vacío pueden ser grandes y requerir mucho espacio. Esto puede resultar problemático, especialmente cuando el ciclotrón y el sistema de vacío deben ser usados en una habitación de hospital que no se diseñó en origen para el uso de grandes sistemas. Además, los sistemas existentes de vacío, normalmente, tienen varios componentes interconectados, tales como varias bombas (incluyendo diferentes tipos de bombas) , válvulas, tubos y abrazaderas. Para operar de forma efectiva el sistema de vacío, puede ser necesario monitorizar cada componente (por ejemplo, mediante sensores e indicadores) y controlar individualmente algunos de estos componentes. Además, con varios componentes interconectados puede haber más superficies o zonas de contacto en las que puedan producirse fugas debido a partes dañadas o gastadas. Esto puede llevar a un mantenimiento del sistema de vacío costoso y que lleva mucho tiempo.

Se describen diversos sistemas y diversas técnicas conocidos, por ejemplo, en las siguientes publicaciones:

W02006/012467 A2 (Still River Systems Inc. (US) ; Sliski Alan (US) ; Gall Kenneth (US) 2 de febrero de 2006 (2006-02-02)

Hartwig E: “The AEG compact cyclotron”, Proceedings of the Fifth International Cyclotron Conference, Butterworths, Londres 1971, 1 de enero de 1971 (1971-01-01) , páginas 564-572, XP002599602,

“Commercial Cyclotrons. Part I: Commercial Cyclotrons in the Energy Range 10-30 MeV for Isotope Production”, Physics of Particles and Nuclei 2008, vol. 39, nº 4, 2008, páginas 597-631, XP002599603, y

US 5 646 488 A (Warburton William K (US) ) 8 de julio de 1997 (1997-07-08) .

Además de lo anterior, los sistemas complejos de vacío pueden requerir un subsistema de refrigeración. Por ejemplo, en un sistema conocido de vacío, varias bombas de difusión están acopladas en comunicación de fluido a la cámara de aceleración. Las bombas de difusión usan un fluido de trabajo (por ejemplo, aceite) para generar un vacío haciendo que el aceite hierva hasta convertirse en un vapor y dirigiendo el vapor por medio de un conjunto de chorro. Sin embargo, la gran cantidad de calor generada en el proceso debe ser eliminada del sistema de vacío para condensar y recuperar el aceite. El subsistema de refrigeración añade mayor complejidad al sistema de vacío.

En consecuencia, existe la necesidad de mejores sistemas de vacío que eliminen de la cámara de aceleración las partículas de gas, poco deseables. También existe la necesidad de sistemas de vacío que requieran menos espacio, requieran menor mantenimiento, sean menos complejos o sean menos costosos que los sistemas de vacío conocidos.

Las reivindicaciones adjuntas definen diversos aspectos y diversas realizaciones de la presente invención.

La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de producción de isótopos formado según una realización.

La Figura 2 es una vista lateral de un ciclotrón formado según una realización.

La Figura 3 es una vista lateral de una porción inferior del ciclotrón mostrado en la Figura 2.

La Figura 4 es una vista lateral de una bomba turbomolecular que puede ser usada con el ciclotrón mostrado en la Figura 2.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de una porción de un cuerpo de culata que puede ser usado con el ciclotrón mostrado en la Figura 2.

La Figura 6 es una vista en planta de un conjunto de imán y culata que puede ser usado con el ciclotrón mostrado en la Figura 2.

La Figura 7 es una vista en perspectiva de un sistema de producción de isótopos formado según otra realización.

La Figura 8 es una vista lateral de un ciclotrón formado según otra realización que puede ser usado con el sistema de producción de isótopos mostrado en la Figura 6.

La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema 100 de producción de isótopos formado según una realización. El sistema 100 incluye un ciclotrón 102 que tiene varios subsistemas, incluyendo un sistema 104 fuente de iones, un sistema 106 de campo eléctrico, un sistema 108 de campo magnético y un sistema 110 de vacío. Durante el uso del ciclotrón 102, se colocan dentro del ciclotrón 102, o se inyectan en el mismo, a través del sistema 104 de fuente de iones, partículas cargadas. El sistema 108 de campo magnético y el sistema 106 de campo eléctrico generan campos respectivos que cooperan entre sí para producir un haz 112 de partículas cargadas. Las partículas cargadas son aceleradas y guiadas dentro del ciclotrón 102 a lo largo de una trayectoria predeterminada. El sistema 100 también tiene un sistema 115 de extracción y un sistema 114 de dianas que incluye un material diana 116.

Para generar isótopos, el haz 112 de partículas es dirigido por el ciclotrón 102 a través del sistema 115 de extracción a lo largo de una trayectoria 117 de transporte del haz y al interior del sistema 114 de dianas, de modo que el haz 112 de partículas incida sobre el material diana 116 situado en una correspondiente zona diana 120. El sistema 100 puede tener múltiples zonas diana 120A-C en las que se sitúen materiales diana 116A-C separados. Puede usarse un dispositivo o sistema de desplazamiento (no mostrado) para desplazar las zonas diana 120A-C con respecto al haz 112 de partículas, de modo que el haz 112 de partículas incida en un material diana diferente 116. También puede mantenerse el vacío durante el procedimiento de desplazamiento. Alternativamente, el ciclotrón 102 y el sistema 115 de extracción pueden no dirigir el haz 112 de partículas a lo largo de una única trayectoria, sino que pueden dirigir el haz 112 de partículas a lo largo de una trayectoria única para cada zona diana 120A-C diferente.

Las patentes estadounidenses nos 6.392.246, 6.417.634, 6.433.495 y 7.122.966 y la publicación de solicitud de patente estadounidense nº 2005/0283199 describen ejemplos de sistemas y/o ciclotrones de producción de isótopos que tienen uno o más de los subsistemas descritos en lo que antecede. También se proporcionan ejemplos adicionales en las patentes estadounidenses nos 5.521.469, 6.057.655 y las publicaciones de solicitud de patente estadounidense nos 2008/0067413 y 2008/0258653.

El sistema 100 está configurado para producir radioisótopos (también denominados radionúclidos) que pueden ser usados en formación de imágenes, investigación y terapia médicas, pero también para otras aplicaciones que no están relacionadas con la medicina, tales como investigación o análisis científicos. Cuando se usan para fines médicos, tal como en formación de imágenes en medicina nuclear (NM) o en formación de imágenes de tomografía de emisión positrónica (PET) , los radioisótopos también pueden denominarse trazadores. A título de ejemplo, el sistema... [Seguir leyendo]

1. Un ciclotrón (200) , que comprende:

un conjunto de electroimán (260) para producir un campo magnético para dirigir partículas cargadas a lo largo de una trayectoria deseada;

una culata del electroimán (202) que tiene un cuerpo (204) de culata que rodea una cámara (206) de aceleración, estando situado el conjunto de electroimán en el cuerpo de culata, formando el cuerpo de culata una cavidad (282) receptora de una bomba (PA) que está acoplada en comunicación de fluido con la cámara (206) de aceleración; y una bomba (276) de vacío configurada para inducir un vacío en la cámara (206) de aceleración,

caracterizado porque la bomba (276) de vacío está situada en la cavidad (282) PA.

2. El ciclotrón (200) de la reivindicación 1 en el que la cámara (206) de aceleración tiene una forma de disco que está orientado a lo largo de un plano central de la culata del electroimán, extendiéndose el plano central a través de la cavidad (282) PA.

3. El ciclotrón (200) de la reivindicación 1 en el que el cuerpo (204) de culata incluye cavidades de bobinas de

electroimán configuradas para recibir unas bobinas de electroimán primera y segunda (264, 266) , estando situadas las bobinas de electroimán primera y segunda y separadas entre sí a ambos lados de un plano central de la culata del electroimán, incluyendo la cavidad (282) PA un pasadizo entre las bobinas de electroimán primera y segunda.

4. El ciclotrón (200) de la reivindicación 1 en el que la cavidad (282) PA está acoplada en comunicación de fluido con la cámara (206) de aceleración a través de un orificio de vacío, estando dimensionado el orificio de vacío para facilitar la conducción de las partículas de la cámara (206) de aceleración a la cavidad (282) PA.

5. El ciclotrón (200) de la reivindicación 1 en el que:

el cuerpo (204) de culata comprende un par de polos (248, 250) situados uno frente al otro a ambos lados de un plano central del cuerpo (204) de culata, teniendo los polos (248, 250) una primera zona espacial

entre los mismos en la que las partículas cargadas son dirigidas a lo largo de una trayectoria deseada; y el conjunto de electroimán (260) comprende un par de bobinas de electroimán (264, 266) situadas dentro del cuerpo (204) de culata la una frente a la otra a ambos lados del plano central, rodeando cada bobina de electroimán un correspondiente polo, teniendo las bobinas de electroimán una segunda zona espacial entre las mismas que rodea a la primera zona espacial, formando colectivamente las zonas espaciales primera y

segunda la cámara de aceleración de la culata del electroimán, estando configurada la bomba (276) de vacío para mantener un vacío entre las zonas espaciales primera y segunda.

6. El ciclotrón (200) de la reivindicación 5 que, además, comprende un par de paredes (272, 274) de cámara enfrentadas entre sí a ambos lados de la segunda zona espacial, extendiéndose cada pared de la cámara en torno a un correspondiente polo y separando una correspondiente bobina de electroimán (264, 266) de la cámara (206) de aceleración.

7. El ciclotrón (200) de la reivindicación 5 en el que el cuerpo (204) de culata está orientado con respecto a un eje central que es perpendicular al plano central, extendiéndose el eje central a través de los centros de los polos y extendiéndose el plano central a través de la bomba (276) de vacío.

8. Un sistema de producción de isótopos que comprende:

un ciclotrón (200) según se define en cualquier reivindicación precedente; y un sistema de dianas colocado para recibir las partículas cargadas para generar isótopos.