KR100648408B1 - 표적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시 발생되는 고온 고압의 환경에서도 박막이 변형되거나 심지어 파손되는 것이 방지될 수 있도록 구조가 개선되어 내구성이 향상되어 있을 뿐만 아니라 ¹⁸F의 생산성도 증대시킬 수 있는 표적장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 표적장치는 H₂ ¹⁸O 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티부재를 구비하며, 상기 캐비티에 수용된 H₂ ¹⁸O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응에 의해 ¹⁸F을 생산하기 위한 표적장치에 있어서, 상기 캐비티부재에는, 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있으며 상기 캐비티가 외부와 통하도록 상기 캐비티와 연결되어 있는 전면 개구부 및 후면 개구부가 형성되어 있으며, 상기 전면 개구부 및 후면 개구부를 각각 막도록 배치되어 있는 전면 박막 및 후면 박막과, 상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 박막들이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막 및 후면 박막을 각각 지지하도록 상기 캐비티부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되는 전면 보강부재 및 후면 보강부재를 구비하며, 상기 전면 보강부재에는 상기 양성자의 조사방향으로 그 전면 보강부재를 관통하는 관통공이 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

양성자 방출 단층촬영, 표적장치, 농축물

Description

표적장치{Target apparatus}

도 1은 종래의 표적장치의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 전면 보강부재의 전면 격자부분이 오목한 곡면 형상으로 형성된 경우와 평면 형상으로 형성된 경우에 있어서 양성자의 에너지 손실을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 도 2에 도시된 표적장치의 분리 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 캐비티부재를 후방에서 바라본 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...캐비티부재

11...캐비티 12...전면 개구부

13...후면 개구부 20...전면 박막

30...후면 박막 40...전면 보강부재

41,51...관통공 42...전면 격자부분

43,61...공간부 44,62...유입구

45,63...유출구 50...후면 보강부재

52...후면 격자부분 60...냉각부재

100...표적장치 111...캐비티 본체부

112...캐비티 보조부

본 발명은 표적장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시 발생되는 고온 고압의 환경에서도 박막이 변형되거나 심지어 파손되는 것이 방지될 수 있도록 구조가 개선된 표적장치에 관한 것이다.

양성자 방출 단층촬영장치(Positron Emission Tomography)는 종양 및 다양한 질병의 조기 진단에 광범위하게 활용되고 있다.

최근 들어서는 양성자 방출 단층촬영(Positron Emission Tomography)을 이용한 진단의 범위가 확대되고 있으며 이에 따라 다양한 양성자 방출 동위원소가 표지된 양성자 방출 방사성 의약품이 개발되고 있다. 이러한 방사성 의약품중에서 가장 대표적인 것으로는 암 진단에 사용되는 FDG (2-[18F]Fluoro-2-deoxy-D-glucose) 및 암 종류 중 뇌종양의 진단에 유용한 L-[11C-methyl]methionine 등이 있다.

한편, 양성자 방출 단층촬영용 동위원소로는 ¹⁸F, ¹¹C, ¹⁵O 그리고 ¹³N 등이 있으며, 이러한 동위원소들을 생산하기 위해서는 특별히 제작된 표적장치들이 각각 사용되고 있는데, 도 1에는 상기 동위원소들 중 ¹⁸F을 생산하기 위한 종래의 표적장치의 일례가 도시되어 있다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 ¹⁸F을 생산하기 위한 종래의 표적장치(1)는, H₂ ¹⁸O이 95%이상 농축되어 있는 H₂O인 H₂ ¹⁸O 농축물이 수용되며 일측이 개방되어 있는 캐비티(71) 및 냉각수가 유동하는 공간부(72)를 가지는 캐비티부재(70)와, 상기 캐비티부재(70)의 개방구를 덮도록 배치되는 박막(73)과, 상기 박막(73)으로부터 전방으로 이격되게 배치되며 상기 박막(73)과 함께 헬륨이 유동하는 공간부(75)를 형성하는 다른 박막(74)을 구비한다. 상기 양성자는 사이클로트론 등과 같은 입자가속장비로부터 발생되어 조사되며, 박막(74)의 전방은 진공 상태로 되어 있다.

한편, 상술한 바와 같이 구성된 표적장치(1)에 있어서는, 사이클로트론 등과 같은 입자가속장비에서 발생된 양성자를 캐비티(71)에 수용되어 있는 H₂ ¹⁸O 농축물을 향해 조사시키면, 양성자가 박막들(73,74)을 통과하여 H₂ ¹⁸O 농축물과 핵반응하게 되고, 이러한 핵반응에 의해 ¹⁸F이 생산되게 된다. 그리고, 양성자가 박막들(73,74)을 통과하는 과정에서, 양성자의 에너지 일부가 박막들(73,74)에 흡수되어 박막들(73,74)의 온도가 상승하게 되며, 이와 같이 가열된 박막들(73,74)은 도 1에 도시된 화살표 방향으로 유입 및 배출되어 공간부(75)를 유동하는 헬륨기체에 의해 냉각되게 된다. 또한, 박막들(73,74)을 통과한 양성자는 그 에너지가 모두 H₂ ¹⁸O 농축물에 흡수되어 H₂ ¹⁸O 농축물과 핵반응하게 되며, 이에 따라 온도가 급상승하게 되는 H₂ ¹⁸O 농축물은 도 1에 도시된 화살표 방향으로 유입 및 배출되어 공간부(72)를 유동하는 냉각수에 의해 강제로 냉각되게 된다.

그런데, 상술한 바와 같이 구성된 표적장치에 있어서는, 캐비티부재(70)의 캐비티(71)와 공간부(72) 간의 벽두께가 일반적으로 1mm 이상이 되도록 구성되어 있으므로, 이와 같이 두꺼운 벽을 통해서는 온도가 급상승한 H₂ ¹⁸O 농축물을 냉각수와의 열전도에 의해 적절한 온도까지 냉각시키는 데에는 한계가 있었다.

그리고, 상술한 바와 같은 냉각 성능의 한계로 인해서, 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시에 H₂ ¹⁸O 농축물이 온도가 급상승하게 되고 고온에서의 압력 상승을 수반하는 상변화가 생기게 된다. 따라서, 캐비티(71)에는 고온 고압의 H₂ ¹⁸O 수증기와 액체상의 H₂ ¹⁸O 농축물이 공존하게 되고 이로 인하여 박막(73)은 고온에서 고압을 받아 변형되게 될 뿐만 아니라, 심지어 표적장치(1)를 계속적으로 사용함에 따라 박막(73)에 반복적인 하중이 가해지게 되면 박막(73)이 파손되는 경우도 종종 발생하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 박막(73)이 파손되지 않더라도, 박막(73)이 부풀어 올라 변형되게 되면, 캐비티(71)에 채워야 할 H₂ ¹⁸O 농축물의 양이 그 부풀어오른 양 만큼 증가하게 되며, H₂ ¹⁸O 농축물의 가격이 비싼점을 고려한다면 H₂ ¹⁸O 농축물의 양의 증가는 ¹⁸F의 생산비를 증가시키는 문제점이 있었다.

그리고, 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시에는 H₂ ¹⁸O 수증기의 발생으로 액체상의 H₂ ¹⁸O 농축물이 줄어들게 되고, 이에 따라 액체상의 H₂ ¹⁸O 농축물의 수면이 낮아지게 된다. H₂ ¹⁸O 농축물의 수면이 낮아지게 되면, H₂ ¹⁸O 수증기의 밀도가 액체상의 H₂ ¹⁸O 농축물의 밀도보다 작으므로, 조사되는 양성자의 에너지가 모두 흡수되지 못하고 캐비티(71)를 통과하게 된다. 이와 같이 양성자가 캐비티(71)를 통과하게 되면, 설계자가 원하는 만큼의 핵반응을 발생시킬 수 없게 되므로, 원하는 만큼의 ¹⁸F를 생산할 수 없게 되는 문제점이 있다. 또한, 양성자가 액체상의 H₂ ¹⁸O 농축물에 조사되는 경우보다 H₂ ¹⁸O 수증기에 조사되는 경우에는 더 많은 열이 발생하게 되므로, 캐비티(71) 내부의 온도와 압력이 더 증대되어 박막(73)이 더 쉽게 파손되게 되는 문제점도 발생하게 되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시 발생되는 고온 고압의 환경에서도 박막이 변형되거나 심지어 파손되는 것이 방지될 수 있도록 구조가 개선되어 내구성이 향상되어 있을 뿐만 아니라 ¹⁸F의 생산성도 증대시킬 수 있는 표적장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 표적장치는 H₂ ¹⁸O 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티부재를 구비하며, 상기 캐비티에 수용된 H₂ ¹⁸O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응에 의해 ¹⁸F을 생산하기 위한 표적장치에 있어서, 상기 캐비티부재에는, 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있으며 상기 캐비티가 외부와 통하도록 상기 캐비티와 연결되어 있는 전면 개구부 및 후면 개구부가 형성되어 있으며, 상기 전면 개구부 및 후면 개구부를 각각 막도록 배치되어 있는 전면 박막 및 후면 박막과, 상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 박막들이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막 및 후면 박막을 각각 지지하도록 상기 캐비티부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되는 전면 보강부재 및 후면 보강부재를 구비하며, 상기 전면 보강부재에는 상기 양성자의 조사방향으로 그 전면 보강 부재를 관통하는 관통공이 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 전면 보강부재의 전면 격자부분이 오목한 곡면 형상으로 형성된 경우와 평면 형상으로 형성된 경우에 있어서 양성자의 에너지 손실을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 표적장치의 분리 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 캐비티부재를 후방에서 바라본 사시도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 표적장치(100)는 H₂ ¹⁸O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응에 의해 ¹⁸F을 생산하기 위한 것이다. 상기 표적장치(100)는 캐비티부재(10)와, 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)과, 전면 보강부재(40) 및 후면 보강부재(50)과, 냉각부재(60)를 구비한다.

상기 캐비티부재(10)는 캐비티(11)와, 전면 개구부(12) 및 후면 개구부(13)를 구비한다. 상기 캐비티부재(10)는 티타늄(Ti) 등과 같은 금속으로 이루어져 있다.

상기 캐비티(11)에는 상기 H₂ ¹⁸O 농축물이 수용되어 있다. 상기 H₂ ¹⁸O 농축물은 H₂ ¹⁸O이 95%이상 농축되어 있는 H₂O을 말한다. 상기 캐비티(11)는 캐비티 본체부 (111)와, 캐비티 보조부(112)를 구비한다.

상기 캐비티 본체부(111)는 상기 양성자의 조사방향에 수직인 평면에 대한 단면이 원형으로 되어 있다.

상기 캐비티 보조부(112)는 상기 캐비티 본체부(111)의 후측으로부터 상방으로 연장되어 형성된 부분이다. 상기 캐비티 보조부(112)는 상기 양성자의 조사방향에 수직인 평면에 대한 단면이 부채꼴형상으로 되어 있다. 상기 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응에 의해 열이 발생하는 경우에 있어서, 후술하는 냉각부재(60)의 공간부를 유동하는 냉각수는 상기 캐비티 보조부(112)가 형성되어 있지 않은 경우에 비해서 상기 캐비티 보조부(112)의 단면적만큼 더 큰 면적을 냉각시키게 되므로 상기 표적장치(100)의 냉각성능이 향상되게 된다. 또한, 상기 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응에 의해 H₂ ¹⁸O 농축물이 기화하는 경우에 있어서, H₂ ¹⁸O 수증기가 상기 캐비티 보조부(112)에 모이게 되므로, 상기 캐비티 보조부(112)가 형성되어 있지 않은 경우에 비해서 H₂ ¹⁸O 농축물의 수면이 낮아지는 것이 방지된다.

상기 캐비티 보조부(112)가 부채꼴 형태로 되어 있으므로, 상기 캐비티(11) 전체의 체적을 최소화하면서도 상기 냉각수와의 전열면적을 증대시킬 수 있게 된다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 캐비티(11)의 형상이 전체적으 로 계단형으로 이루어져 있으므로, H₂ ¹⁸O 수증기가 캐비티 보조부(112)의 상부에 모일 때 그 모인 H₂ ¹⁸O 수증기를 냉각시켜 다시 H₂ ¹⁸O 농축물로 형성시키는 데에 유리하게 된다.

상기 캐비티(11)의 체적은 대략 1.5cc로 고정되어 있는데, 이는 H₂ ¹⁸O 농축물 1.5cc 체적이 핵반응을 위한 최소량으로서 일반적으로 사용되며 H₂ ¹⁸O 농축물은 그 가격이 비싸서 적은 양을 사용하는 것이 유리하기 때문이다. 상기 캐비티(11)의 깊이(D)는, 사이클로트론 등과 같은 입자가속장비에 의해 조사되어 상기 전면 박막(20)을 통과한 양성자가 그 캐비티(11)에 수용된 H₂ ¹⁸O 농축물에 모두 흡수될 수 있을 정도로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 전면 개구부(12) 및 후면 개구부(13)는 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있다. 상기 전면 개구부(12) 및 후면 개구부(13)는 상기 캐비티(11)가 외부와 통하도록 그 캐비티(11)와 연결되어 있다.

상기 전면 개구부(12)는 그 단면 형상이 상기 캐비티 본체부(111)의 단면 형상과 동일하며, 상기 후면 개구부(13)는 그 단면 형상이 상기 캐비티 본체부(111) 및 캐비티 보조부(112)의 단면 형상들을 합한 것과 동일하다. 상기 양성자는 상기 전면 개구부(12)를 통해서 상기 캐비티(11)쪽으로 조사되며, 조사된 상기 양성자는 그 에너지가 상기 캐비티(11)에 수용된 H₂ ¹⁸O 농축물에 모두 흡수된다.

상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)은 상기 전면 개구부(12) 및 후면 개구부(13)를 각각 막도록 배치되어 있다. 상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)에 의해 상기 캐비티(11)에 충전되는 H₂ ¹⁸O 농축물은 외부로 흘러내리지 않고 상기 캐비티(11)에 수용된 상태를 유지하게 된다. 상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)은 티타늄(Ti) 등과 같은 금속으로 이루어져 있으며, 그 두께는 일반적으로 수십㎛이다. 본 실시예에 있어서, 상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)의 두께는 각각 50㎛이다. 상기 후면 박막(30)은 종래에 1mm의 벽두께 보다 훨씬 얇도록 형성되어 있으므로, 핵반응시 발생된 열은 후술하는 냉각부재(60)에서 유동하는 냉각수에 의해 더 효율적으로 냉각되게 된다.

상기 전면 보강부재(40) 및 후면 보강부재(50)는 상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)을 각각 지지하도록 상기 캐비티부재(10)에 결합되어 있으며, 이에 따라 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 전면 보강부재(40)와 캐비티부재(10) 사이에는 전면 박막(20)이 배치되어 있으며, 상기 후면 보강부재(50)와 캐비티부재(10) 사이에는 후면 박막(30)이 배치되어 있다. 그리고, 상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)은 폴리에틸렌 등과 같은 실링부재(미도시)에 의해 상기 캐비티(11)와 밀폐된 상태로 결합된다. 상기 전면 보강부재(40) 및 후면 보강부재(50)는 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되어 있다. 상기 전면 보강부재(40) 및 후면 보 강부재(50)는 알루미늄(Al) 등과 같은 금속으로 이루어져 있다.

상기 전면 보강부재(40) 및 후면 보강부재(50)는, 상기 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시 상기 캐비티(11) 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)이 부풀어 오르는 것을 방지한다. 즉, 상기 핵반응시에 발생되는 열에 의해 상기 H₂ ¹⁸O 농축물은 상변화하게 되어 그 일부가 H₂ ¹⁸O 수증기로 변하게 되고, 그 H₂ ¹⁸O 수증기에 의한 압력 상승에 의하여 상기 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)이 각각 서로 반대방향, 즉 상기 전면 개구부(12) 및 후면 개구부(13)가 각각 향하고 있는 방향으로 부풀어 오르게 되는데, 상기 박막들(20,30)에는 상기 보강부재들(40,50)이 그 박막들(20,30)을 각각 지지하도록 결합되어 있으므로 상기 박막들(20,30)의 변형은 방지되게 된다. 이와 같이 상기 보강부재들(40,50)에 의해 상기 박막들(20,30)은 상기 핵반응시 발생되는 고온 고압의 환경에서도 변형되거나 파손되지 않게 될 뿐만 아니라 상기 캐비티(11) 및 박막들(20,30)에 의해 형성되는 체적에 변화가 생기는 것도 방지된다.

상기 전면 보강부재(40)에는 상기 양성자의 조사방향으로 그 전면 보강부재(40)를 관통하는 관통공(41)이 복수 형성되어 있다. 그리고, 상기 전면 보강부재(40) 중 상기 캐비티부재(10)의 전면 개구부(12)에 대응되는 부분에 형성된 관통공(41)들의 총면적은, 상기 전면 개구부(12)의 총면적의 80% 이상이 되도록 되어 있다. 상기 양성자는 전면 격자부분(42), 즉 상기 전면 보강부재(40) 중 상기 관통 공(41)들이 형성되어 있지 않으며 상기 관통공(41)들 사이에 있는 부분을 통과하지 못하므로 상기 전면 격자부분(42)을 통과하지 못하는 양성자는 에너지 손실로 나타나게 된다. 따라서, 상기 관통공(41)들의 총면적이 상기 전면 개구부(12)의 총면적의 80% 미만이 되도록 하는 것은, 상기 양성자의 에너지 손실을 과다하게 발생시켜 상기 ¹⁸F의 생산 효율을 떨어뜨리기 때문에 바람직하지 않다.

상기 전면 보강부재(40) 중 상기 양성자를 조사 받는 부분, 즉 상기 전면 격자부분(42)은 그 양성자의 조사방향에 대해 오목한 곡면 형상으로 이루어져 있다. 이처럼 상기 전면 격자부분(42)을 오목하게 형성하는 것은 다음과 같은 이유에서 이다. 상기 전면 격자부분(42)을 상기 양성자의 조사방향에 대해 평면 형상으로 형성하게 되면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 양성자의 에너지 손실이 더 많이 발생하게 되고, 그 손실된 에너지 만큼 더 많은 열이 발생하게 된다. 상기 전면 격자부분(42)의 중앙부는 그 두께가 0.5mm 이하가 되도록 형성하고 그 전면 격자부분(42)의 최외곽부는 1mm가 되도록 형성되어 있다. 이처럼, 상기 전면 격자부분(42)을 전체적으로 아치형으로 형성하면, 그 아치형의 구조는 그 강도가 우수할 뿐만 아니라 상기 양성자의 조사시 조사되어지는 에너지 손실을 줄이면서 그 발생되는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

상기 전면 보강부재(40)에는 냉각수가 유동하는 환형의 공간부(43)가 형성되어 있다. 상기 환형의 공간부(43)의 일측에는 상기 냉각수가 유입되는 유입구(44)가 형성되어 있으며, 타측에는 상기 냉각수가 유출되는 유출구(45)가 형성되어 있 다. 상기 양성자의 조사시 상기 전면 보강부재(40)의 전면 격자부분(42)에 발생되는 열뿐만 아니라 상기 핵반응시 발생되는 열은, 상기 전면 격자부분(42)을 통해서 상기 공간부(43)에서 유동하는 냉각수에 의해 냉각되게 된다.

상기 후면 보강부재(50)에는 상기 양성자의 조사방향으로 그 후면 보강부재(50)를 관통하는 관통공(51)이 복수 형성되어 있다. 후면 격자부분(52), 즉 상기 후면 보강부재(50)의 관통공(51)들이 형성되어 있지 않으며 상기 관통공(51)들 사이에 있는 부분은, 방열면적을 증대시킬 뿐만 아니라 후술하는 냉각부재(60)의 공간부(61)에서 강제 순환하는 냉각수에 와류를 형성시켜 상기 핵반응시 발생되는 열을 더 효율적으로 방출시키기 위해 형성되어 있다.

상기 냉각부재(60)는 상기 후면 보강부재(50)에 결합된다. 상기 냉각부재(60)에는, 상기 후면 박막(30)을 통과한 양성자와 상기 캐비티(11)에 수용된 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시 발생되는 열을 냉각시키기 위해서, 충돌제트에 의하여 냉각수가 강제 대류되는 공간부(61)가 형성되어 있다. 상기 냉각수는 별도의 펌핑장치(미도시)에 의해 도 2에 화살표로 지시된 바와 같이 유입구를(62) 통해 상기 공간부(61)로 유입되며 유입된 냉각수는 유출구(63)를 통해 상기 공간부(61)로부터 배출된다.

상기 전면 보강부재(40), 캐비티부재(10), 후면 보강부재(50) 및 냉각부재(60)는 볼트 결합에 의해 일체로 결합되어 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 표적장치(100)를 사용하여 ¹⁸F 를 생산하는 과정의 일례를 설명하면서, 본 발명의 효과에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

사이클로트론 등과 같은 입자가속장비에서 적절한 에너지를 가지도록 양성자를 발생시킨 후에 그 양성자를 도 2에 도시된 표적장치(100)에 조사하면, 양성자의 일부는 전면 보강부재(40)의 전면 격자부분(42)을 통과하지 못하게 되고 모두 흡수되며 양성자의 나머지는 전면 보강부재(40)의 관통공(41)들을 통과하게 된다. 그리고, 전면 보강부재의 관통공(42)들을 통과한 양성자는 전면 박막(20)을 통과하면서 그 에너지의 일부가 전면 박막(20)에 흡수되고 나머지 에너지가 모두 캐비티부재(10)의 캐비티(11)에 수용된 H₂ ¹⁸O 농축물에 흡수되게 된다. 이와 같이 양성자가 H₂ ¹⁸O 농축물에 조사되게 되면, 그 양성자는 H₂ ¹⁸O 농축물과 핵반응을 하게 되고 이에 따라 ¹⁸F가 생산되게 된다. 그리고, 양성자의 조사시 전면 보강부재(40)의 전면 격자부분(42)에 발생되는 열은 전면 보강부재(40)의 환형의 공간부(43)를 유동하는 냉각수에 의해 냉각되며, 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시 발생되는 열은 냉각부재(60)의 공간부(61)를 유동하는 냉각수에 의해 냉각된다.

한편, 상술한 바와 같이 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시, 고열이 발생하게 되며, 이러한 고열은 주로 냉각부재(60)의 공간부(61)에서 유동하는 냉각수에 의해 냉각되게 된다. 그런데, 본 실시예의 표적장치(100)에 있어서는, 종래에 1mm 이상의 벽두께를 통한 열전도에 의해 냉각되던 방식과는 달리, 50㎛의 얇은 후면 박막(30)을 통해서 전달된 열을 냉각수에 의해 냉각시킬 뿐만 아니라 후면 보강부재(50)의 후면 격자부분(52)에 의해 방열면적을 증가시키고 그 후면 격자부분(52)이 냉각수의 강제 순환시 와류를 형성시키는 구조로 되어 있다. 그리고, 본 실시예에 있어서는 캐비티(11)의 후측은 캐비티 본체부(111)와 캐비티 보조부(112)로 형성되어 있어 방열면적이 증가되도록 구성되어 있다. 따라서, 양성자가 H₂ ¹⁸O 농축물과 핵반응시 발생된 열은 종래에 비해 더욱 효율적으로 냉각되게 되며, 비록 핵반응시 발생된 열에 의해 H₂ ¹⁸O 농축물이 기화하여 수증기로 변화되더라도 냉각수에 의해 보다 빠른 시간내에 다시 액체상으로 변화하게 된다.

특히, 캐비티(11)를 원형 단면의 캐비티 본체부(111)와 부채꼴형상 단면의 캐비티 보조부(112)로 구성하여, 핵반응시 H₂ ¹⁸O 농축물이 기화하는 경우에 있어서, H₂ ¹⁸O 수증기가 캐비티 보조부(112)에 모이게 되므로, 종래에 캐비티 보조부가 형성되어 있지 않은 경우에 비해서 H₂ ¹⁸O 농축물의 수면이 낮아지는 것이 방지된다. 이와 같이 H₂ ¹⁸O 농축물의 수면이 낮아지지 않게 되면, 종래에 비해 ¹⁸F의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 왜냐하면, H₂ ¹⁸O 농축물의 수면이 낮아진 상태에서 양성자가 H₂ ¹⁸O 수증기를 통과하게 되면 H₂ ¹⁸O 수증기의 밀도가 H₂ ¹⁸O 농축물 보다 작기 때문에 양성자의 에너지는 모두 흡수되지 못하고 후면 박막(30)을 통과하게 되므로, 원하는 만큼의 핵반응을 발생시킬 수 없게 되며 이에 따라 원하는 양의 ¹⁸F를 생산할 수 없게 되기 때문이다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이 캐비티(11)의 형상이 전체적으로 계단형으로 이루어져 있으므로, 종래에 비해 H₂ ¹⁸O 수증기가 캐비티 보조부(112)의 상부에 모일 때 그 모인 H₂ ¹⁸O 수증기를 냉각시켜 다시 H₂ ¹⁸O 농축물로 형성시키는 데에 유리하다.

또한, 상술한 바와 같이 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시, H₂ ¹⁸O 농축물의 온도가 순간적으로 상승하여 그 농축물의 일부는 H₂ ¹⁸O 수증기로 변하게 되므로, 캐비티 내부는 고온 고압의 상태로 변화되어 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)은 압력을 받아 된다. 그런데, 본 실시예의 표적장치(100)에 있어서는, 전면 박막(20) 및 후면 박막(30)을 각각 지지하도록 전면 보강부재(40) 및 후면 보강부재(50)가 설치되어 있으므로, 종래와는 달리 전면 박막(40) 및 후면 박막(50)이 압력을 받아 부풀어 오르는 것 뿐만 아니라 파괴되는 것도 방지할 수 있게 된다. 따라서, 전면 박막(40) 및 후면 박막(50)을 오래 동안 사용할 수 있게 되며, 종래에 전면 박막 (40) 및 후면 박막(50)의 변형으로 인해 캐비티(11)에 채워야할 고가의 H₂ ¹⁸O 농축물의 양이 증가하는 것도 방지할 수 있게 된다.

그리고, 전면 보강부재(40)의 전면 격자부분(42)은 오목한 곡면 형상으로 이루어져 있으므로, 종래에 평면 형상으로 이루어진 구조에 비해서 에너지 손실이 더 적게 발생되게 된다. 더구나, 에너지 손실이 적은 만큼 전면 격자부분(42)에 흡수되는 열이 적기 때문에 전면 격자부분(42)에서의 발열이 감소하게 되므로, 그 전면 격자부분(42)의 중앙부쪽에서부터 외곽부쪽으로 전도되는 열은, 환형의 공간부(43)를 유동하는 냉각수에 의해 보다 효과적으로 냉각되게 된다. 따라서 전면 격자부분(42)의 중앙부가 파괴되는 현상도 발생하지 않게 된다. 더불어, 전면 격자부분(42)은 전체적으로 아치형태로 이루어져 있어서, 종래에 비해 강도면에서도 우수하다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 양성자와 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응시 발생된 열을 보다 효율적으로 방출시킬 수 있도록 구성되어 있으므로, 핵반응시 H₂ ¹⁸O 농축물이 기화하는 것을 최대한 억제하고 기화한 경우라도 빠르게 다시 응축시켜 캐비티에 수용되는 H₂ ¹⁸O 농축물의 수면이 낮아지지 않도록 할 수 있게 된다. 따라서, ¹⁸F의 생산성을 높일 수 있게 된다.

또한, 전면 박막 및 후면 박막을 각각 지지하도록 전면 보강부재 및 후면 보강부재가 설치되어 있으므로, 핵반응시 전면 박막 및 후면 박막이 변형되는 것과 심지어 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 표적장치의 내구성이 증대된다.

Claims (6)

1. H₂ ¹⁸O 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티부재를 구비하며, 상기 캐비티에 수용된 H₂ ¹⁸O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H₂ ¹⁸O 농축물간의 핵반응에 의해 ¹⁸F을 생산하기 위한 표적장치에 있어서,

   상기 캐비티부재에는, 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있으며 상기 캐비티가 외부와 통하도록 상기 캐비티와 연결되어 있는 전면 개구부 및 후면 개구부가 형성되어 있으며,

   상기 전면 개구부 및 후면 개구부를 각각 막도록 배치되어 있는 전면 박막 및 후면 박막과,

   상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 박막들이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막 및 후면 박막을 각각 지지하도록 상기 캐비티부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되는 전면 보강부재 및 후면 보강부재를 구비하며,

   상기 전면 보강부재에는 상기 양성자의 조사방향으로 그 전면 보강부재를 관통하는 관통공이 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표적장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 후면 보강부재에는 상기 양성자의 조사방향으로 그 후면 보강부재를 관통하는 관통공이 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표적장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 캐비티부재의 전면 개구부에 대응되는 상기 전면 보강부재의 부분에 형성된 관통공들의 총면적은 상기 전면 개구부의 총면적의 80% 이상인 것을 특징으로 하는 표적장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전면 보강부재 중 상기 양성자를 조사 받는 부분은 그 양성자의 조사방향에 대해 오목한 곡면 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 표적장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 캐비티부재의 캐비티는 캐비티 본체부와, 상기 캐비티 본체부의 후측으로부터 상방으로 연장되는 캐비티 보조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 표적장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 캐비티 본체부는 상기 양성자의 조사방향에 수직인 평면에 대한 단면이 원형으로 되어 있으며,

   상기 캐비티 보조부는 상기 양성자의 조사방향에 수직인 평면에 대한 단면이 부채꼴형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 표적장치.

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