一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生方法及装置

技术领域

本发明涉及核应用技术领域，具体涉及一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生方法及装置。

背景技术

作为医学的一个分支，核医学利用非天然同位素(包括放射性同位素和稳定性同位素)及核辐射来进行生物医学研究和疾病诊疗。一方面，放射性同位素产生的辐射可用于提供生物体的某个特定器官的诊断信息，目前这类诊断程序已成为例行公事；另一方面，可将放射性核素有选择性地引入病变组织，利用其发射的α、β射线杀伤生长活跃的癌细胞或其他病变组织，以达到治疗的目的。

世界范围内有超过一万家医院每年总共开展了数以千万计的核医学程序，其中90％的程序用于核医学诊断。用于放射诊断的同位素主要有⁹⁹Mo/^99mTc， ¹⁸F，¹¹C，⁶⁸Ga，^123,124I，¹³¹I，⁶⁴Cu等，以及用于放射治疗的主要有¹³¹I，¹⁷⁷Lu， ¹⁸⁶_,¹⁸⁸Re，⁹⁰Y，¹⁵³Sm，²¹³Bi，²¹²At，²²⁵Ra/²²⁵Ac，⁶⁷Cu，¹¹¹In，¹⁰³Pd，^195mPt等。这些同位素产生方式比较单一，通常由带电粒子加速器(包括直线加速器或回旋加速器)或核反应堆产生。^99mTc是上述装置生产的用于放射诊断的最常用放射性同位素，每年利用^99mTc开展的诊断程序多达四千万至四千五百万，占世界上所有核医学程序的80％。在占26％的世界人口的发达国家中，每年放射诊断的频率为1.9％，以及放射治疗的频率约为放射诊断的十分之一。在美国(3.1亿人口)，每年使用超过2千万核医学程序，欧洲(5亿人口)为1千万次，澳大利亚(0.2亿人口)为56万次。

在放射诊断中，放射性药物的使用年增长率超过10％。然而，由于现有的医用同位素产生装置的生产能力早已达到上限，再加上市场需求增长过迅，医用放射性同位素的供不应求局面日益严峻。以⁹⁹Mo/^99mTc同位素的生产装置为 例，目前世界上有5座反应堆(以中子诱发高浓缩²³⁵U)生产大约95％的⁹⁹Mo市场供应。然而，其中三座反应堆因运行年限正面临停产。加拿大Chalk River的NRU反应堆(生产约40％的⁹⁹Mo市场供应)于1957年开始运行，其中数次停堆后又陆续运行，预计于2016年最终关闭；法国Saclay的OSIRIS(70兆瓦)反应堆已被法国政府正式宣布于2015年底关闭；比利时的BR2反应堆预计运行至2016年，且没有任何技术原因不在2020年前停堆。

特别值得一提的是，由于2008年的⁹⁹Mo供应危机，大部分的病例检查因无法使用^99mTc开展SPECT而被推迟或取消。另有数十万病人被迫选用更高价位的PET，或使用成像效果差强人意的放射性同位素。由此可见，不断增加的市场需求和最近的供应中断以及计划中的核反应堆关闭，这将迫使世界各国科研人员寻求更多的有效途径来确保⁹⁹Mo及其衰变产物^99mTc的稳定供应。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生方法，与传统的同位素产生方法相比，能产生活度更高的放射性同位素，且费用较经济。

此外，本发明另一目的是提供一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生装置，具有紧凑性和便携式等优点，可安置于大型医疗机构附近，能更好地应用和服务于放射诊断和靶向治疗等医学应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生方法，采用超强超短激光和等离子体相互作用产生强流相对论电子束，利用该电子束辐照高原子序数靶产生高流强的轫致辐射伽玛光，轫致辐射伽玛光轰击感兴趣的目标靶，诱发(γ,xn+yp)光核反应或(γ,γ')光激发反应，产生目标同位素，包括伽玛射线、电子、正电子、α粒子发射体。

根据以上方案，一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生装置，包括用于产生超强超短激光脉冲的激光压缩腔、激光聚集和诊断系统、高压喷注气体发生装置、电子束诊断系统、轫致辐射转换靶(高原子序数靶)、目标靶(医用同位素产生靶)、伽玛光和中子探测器、铅屏蔽装置。

根据以上方案，所述激光聚集和诊断系统包括反转镜、反射镜或分光镜、离转抛物面镜、自相关仪、干涉仪、分辨光学开关和成像光谱仪。

根据以上方案，所述电子束诊断系统包括积分整流变压器、荧光屏和CCD。

根据以上方案，所述轫致辐射转换靶包括铅靶、钨靶、金靶。

根据以上方案，所述伽玛光和中子探测器包括氦3中子探测器、GM计数管和电离室。

本发明的有益效果是：

1)本发明的方法与传统的同位素产生方法相比，能产生活度更高的放射性同位素，且费用较经济；

2)本发明的方法能产生⁴⁷Sc、⁴⁴Ti、⁶⁴Cu、¹⁰³Pd、^117mSn、¹⁶⁵Er、¹⁶⁹Er、^195mPt、 ⁹⁹Mo/^99mTc、²²⁵Ra/²²⁵Ac等多种同位素，用于医学诊断和靶向治疗；

3)本发明的装置具有紧凑性(占地面积小)和便携式等优点，可安置于大型医疗机构附近，能更好地应用和服务于放射诊断和靶向治疗等医学应用。

附图说明

图1是本发明的装置工作原理示意图。

图中：10、激光压缩腔；21、反转镜；22、反射镜或分光镜；23、离转抛物面镜；24、自相关仪；25、干涉仪；26、分辨光学开关；27、成像光谱仪；30、高压喷注气体发生装置；41、积分整流变压器；42、荧光屏；43、CCD电荷耦合元件；50、轫致辐射转换靶；60、目标靶；71、氦3中子探测器；72、GM计数管；73、电离室；80、铅屏蔽装置。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

本发明提供一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生方法采用超强超短激光和等离子体相互作用产生强流相对论电子束，利用该电子束辐照高原子序数靶产生高流强的轫致辐射伽玛光，轫致辐射伽玛光轰击感兴趣的目标靶，诱发(γ,xn+yp)光核反应或(γ,γ')光激发反应，产生目标同位素，包括伽玛射线、电子、正电子、α粒子发射体。

根据以上方案，一种基于激光尾场加速器的医用同位素产生装置，包括用于产生超强超短激光脉冲的激光压缩腔10、激光聚集和诊断系统、高压喷注气体发生装置30、电子束诊断系统、轫致辐射转换靶50、目标靶60、伽玛光和中子探测器、铅屏蔽装置80。

进一步地，所述激光聚集和诊断系统包括反转镜21、反射镜或分光镜22、离转抛物面镜23、自相关仪24、干涉仪25、分辨光学开关26和成像光谱仪27。

进一步地，所述电子束诊断系统包括积分整流变压器41、荧光屏42和CCD电荷耦合元件43。

进一步地，所述轫致辐射转换靶为金靶。

进一步地，所述伽玛光和中子探测器包括氦3中子探测器71、GM计数管72和电离室73。

本发明方法与装置的工作原理如下：利用所述激光压缩腔10发射出超强超短激光，经过所述激光聚集和诊断系统的反射镜或分光镜22、离转抛物面镜23，入射到的所述高压喷注气体发生装置30，通过与等离子体相互作用，使其中的气体分子被激光束电离，电离的电子被高场强梯度的激光尾波捕获并被同步加速以获得十至几十兆电子伏电子束，该电子束经所述电子束诊断系统中的所述积分整流变压器41，辐照高原子序数轫致辐射转换靶50产生高流强的轫致辐射伽玛光，轫致辐射伽玛光轰击感兴趣的所述目标靶60，诱发(γ,xn+yp)光核反应或(γ,γ')光激发反应，获得感兴趣的放射性同位素，包括伽玛射线、电子、正电子、α粒子发射体，应用于放射诊断和靶向治疗等核医学应用。

所述激光聚集和诊断系统包括所述反转镜21、反射镜或分光镜22、离转抛物面镜23、自相关仪24、干涉仪25、分辨光学开关26和成像光谱仪27，主要是对所述激光压缩腔10发射出的超强超短激光进行探测聚焦与诊断；所述电子束诊断系统包括所述积分整流变压器41、荧光屏42和电荷耦合元件CCD43，主要是对产生的电子束的电荷量与相互作用后的剩余电子进行荧光屏CCD成像；所述伽玛光和中子探测器包括所述氦3中子探测器71、GM计数 管72和电离室73，主要是对伽玛光和中子的辐射探测；所铅屏蔽装置80主要是屏蔽电子束，防止对人身与周围环境造成伤害。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。