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KR101366689B1 - 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치 - Google Patents

열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치 Download PDF

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KR101366689B1
KR101366689B1 KR1020120090901A KR20120090901A KR101366689B1 KR 101366689 B1 KR101366689 B1 KR 101366689B1 KR 1020120090901 A KR1020120090901 A KR 1020120090901A KR 20120090901 A KR20120090901 A KR 20120090901A KR 101366689 B1 KR101366689 B1 KR 101366689B1
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KR
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cavity
thermosiphon
concentrate
cooling
thin film
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KR1020120090901A
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홍봉환
황원택
양태건
정인수
강준선
박연수
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한국원자력의학원
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Abstract

본 발명에 따른 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치는, 핵 반응용 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티 부재를 구비하며, 상기 캐비티에 농축물에 조사된 양성자와 상기 농축물 간 핵반응에 의해 방사성 동위원소를 생산하기 위한 표적장치에 있어서, 상기 캐비티 부재는, 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 개구부를 막도록 배치되어 있는 전면 박막; 상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 전면 박막이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막을 지지하도록 상기 캐비티 부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되며, 상기 양성자의 조사방향으로 관통공이 복수 형성되어 있는 전면 냉각부재; 상기 후면 개구부에 연결되며 상기 캐비티 내에 수용된 농축물이 열사이펀 현상에 의해 유동이 가능하도록 상기 캐비티와 연결된 열사이펀 유로가 구비된 열사이펀 유도 부재; 및 상기 열 사이펀 유도 부재의 후면부에 결합되며 냉각수 공급 공간이 구비된 후면 냉각 부재;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치{F-18 radio isotopes water target apparatus for improving cooling performance　with internal flow channel using thermosiphon}
본 발명은 양성자와 H2 18O(중수)의 핵반응을 통해 방사성 동위원소인 18F를 생산하는 데 있어서 주어진 양성자의 에너지에서 고전류로 양성자를 조사했을 때, 캐비티 내부의 발열과 압력상승을 최소화하도록 냉각 성능이 향상된 동위원소 생산용 중수(H2 18O) 표적장치에 관한 것이다.
일반적으로 양성자 방출 단층촬영장치(Positron Emission Tomography)는 종양 및 다양한 질병의 조기 진단에 광범위하게 활용되고 있다.
최근 들어서는 양성자 방출 단층촬영술(Positron Emission Tomography)을 이용한 진단의 범위가 확대되고 있으며 이에 따라 다양한 양성자 방출 동위원소가 표지된 양성자 방출 방사성 의약품이 개발되고 있다. 이러한 방사성 의약품 중에서 가장 대표적인 것으로는 암 진단에 사용되는 FDG (2-[18F]Fluoro-2-deoxy-D-glucose), 암 종류 중 뇌종양의 진단에 유용한 L-[11C-methyl]methionine 등이 있다.
FDG의 생산은 양성자를 H2 18O(중수)에 조사하게 되면 18O(p,n)18F 핵반응에 의하여 18F가 생성되며, 생성된 18F 합성장치에서 화학적으로 합성하여 최종적으로 FDG가 생산되는 것이다. 따라서, 기본이 되는 18F를 생성하기 위한 장치가 필요하며, 이러한 장치를 H2 18O(중수) 표적장치(H2 18O water target)라고 한다. 이러한 표적장치의 일 예가 등록특허 제1065057호에 개시되어 있다.
표적장치에서 생성되는 18F의 양을 수율로 표시한다. 표적장치의 수율은 핵반응 과정에서 조사되는 일렉트론 볼트(eV) 단위인 양성자의 에너지와 전류로 표현되는 양성자의 수에 비례한다. 양성자의 총 에너지는 양성자의 단위 에너지와 양성자의 수의 곱으로 표현된다. 하지만, 핵반응 과정에서 실제로 핵반응에 이용되는 양성자는 거의 일부이고 대부분의 양성자의 에너지는 열로 바뀌게 된다. 따라서 표적장치의 수율을 높이기 위하여 양성자의 에너지 또는 전류를 높이면, 표적장치 내부의 H2 18O(중수)가 많은 에너지를 흡수하게 되어 캐비티 내의 중수가 상변화를 수반하며, 고온 및 고압의 상태가 된다. 이와 같은 가혹한 조건은 표적장치의 수명에 바람직하지 않은 영향을 미치게 된다. 즉, 표적장치에서 캐비티 내의 반응물의 상변화 및 고온의 열 섭동에 의해 부분적인 중수의 밀도 변화가 일어나서 표적장치의 수율이 떨어지게 된다.
따라서 표적장치에서 H2 18O(중수)의 냉각 효율을 향상시키는 것은 그 표적장치의 수명과 생산 수율을 높이기 위해 중요한 해결과제이다.
방사성 동위원소 생산을 위하여 액체표적 내에 입자 빔을 조사하게 되면 많은 열과 함께 내부의 압력이 상승한다. 특히 압력의 경우는 표적장치의 수명을 좌우하는 변수이다. 도 1은 종래의 표적장치에서 캐비티 내에 수용된 농축물을 냉각시키는 원리를 개념적으로 보여주는 도면이다.
방사성 동위원소의 생산수율을 증대시키기 위해서는 입자 빔의 전류량을 증가시켜야하는데 이에 따른 압력의 증가를 극복하기 위해서는 액체표적의 효과적인 냉각이 필수적이다.
본 발명은 종래의 표적장치 보다 냉각 성능이 현저하게 개선되도록 그 표적장치의 구조를 개선함으로써 핵 반응 과정에서 캐비티 내의 중수를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 구조가 개선된 표적장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치는, 핵 반응용 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티 부재를 구비하며, 상기 캐비티에 농축물에 조사된 양성자와 상기 농축물 간 핵반응에 의해 방사성 동위원소를 생산하기 위한 표적장치에 있어서,
상기 캐비티 부재는, 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 개구부를 막도록 배치되어 있는 전면 박막;
상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 전면 박막이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막을 지지하도록 상기 캐비티 부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되며, 상기 양성자의 조사방향으로 관통공이 복수 형성되어 있는 전면 냉각부재;
상기 후면 개구부에 연결되며 상기 캐비티 내에 수용된 농축물이 열사이펀 현상에 의해 유동이 가능하도록 상기 캐비티와 연결된 열사이펀 유로가 구비된 열사이펀 유도 부재; 및
상기 열 사이펀 유도 부재의 후면부에 결합되며 냉각수 공급 공간이 구비된 후면 냉각 부재;를 포함한 점에 특징이 있다.
상기 열사이펀 유도 부재는 상기 열사이펀 유로가 상기 캐비티의 천장과 바닥에 연결되도록 중앙부를 점유하는 블록 구조물이 형성된 것이 바람직하다.
상기 블록 구조물의 내부에 냉각수 유동부가 형성되며 상기 냉각수 유동부는 상기 후면 냉각 부재에 공급된 냉각수가 유입될 수 있도록 형성된 것이 바람직하다.
상기 캐비티 부재와 상기 열사이펀 유도 부재 사이에는 상기 캐비티에 수용된 농축물이 누출되지 않도록 가스켓이 배치되며, 상기 캐비티 부재와 상기 열 사이펀 유도 부재는 볼트에 의해 상호 결합된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치는 캐비티 내의 핵 반응에 의해 농축물의 온도와 압력이 상승하는 것을 냉각수와 병행하여 상기 캐비티 내에 수용된 농축물이 열사이펀 현상에 의해 자연스럽게 대류가 일어나도록 유도함으로써 냉각 성능이 현저하게 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 표적장치에서 캐비티 내에 수용된 농축물을 냉각시키는 원리를 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 표적장치에서 캐비티 내에 수용된 농축물을 냉각시키는 원리를 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 장치의 구조를 보여주는 절단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 표적 장치를 구성하는 주요 구성요소의 분리 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 구성요소들이 상호 조립된 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 Ⅵ-Ⅵ 선의 개략적 단면도이다.
도 7은 열사이펀 유로의 존부에 따른 표적장치의 냉각성능을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 표적장치에서 캐비티 내에 수용된 농축물을 냉각시키는 원리를 개념적으로 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 장치의 구조를 보여주는 절단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 표적 장치를 구성하는 주요 구성요소의 분리 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시된 구성요소들이 상호 조립된 상태를 보여주는 도면이다. 도 6은 도 5에 도시된 Ⅵ-Ⅵ 선의 개략적 단면도이다. 도 7은 열사이펀 유로의 존부에 따른 표적장치의 냉각성능을 보여주는 그래프이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치(10, 이하 "표적장치"라 함)는 핵 반응용 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티 부재를 구비하며, 상기 캐비티에 농축물에 조사된 양성자와 상기 농축물 간 핵반응에 의해 방사성 동위원소를 생산하기 위한 표적장치에 관한 것이다. 이러한 표적장치는 예컨대, H2 18O 농축물에 조사된 양성자와 상기 H2 18O 농축물간의 핵반응에 의해 18F을 생산하기 위한 것이다. 도 2에서 "Y"로 표기된 화살표는 냉각수의 유동방향을 나타내며, "S"로 표기된 화살표는 H2 18O 농축물의 유동방향을 나타낸다.
상기 표적장치(10)는 캐비티 부재(20)와, 전면 박막(30)과, 전면 냉각 부재(40)와, 열사이펀 유도 부재(60)와, 후면 냉각 부재(70)를 포함한다.
상기 캐비티 부재(20)는 캐비티(22)와, 전면 개구부(24)와, 후면 개구부(26)를 구비하고 있다. 상기 캐비티 부재(20)는 구리(Cu) 등과 같이 열전도성이 우수한 금속으로 제조될 수 있다.
상기 캐비티(22)는 상기 캐비티 부재(20)의 중앙에 형성된 공간이다. 상기 캐비티(22)에는 상기 H2 18O 농축물이 수용된다. 상기 H2 18O 농축물은 H2 18O이 95%이상 농축되어 있는 H2O을 말한다. 상기 캐비티(22)의 내주면에는 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb)이 도금 처리된 열화학적 안정층이 구비될 수 있다.
상기 캐비티(22)는 전면 개구부(24)와 후면 개구부(26)에 의해 외부로 개방되어 있다. 상기 캐비티(22)는 상기 양성자의 조사 경로에 수직인 평면에 대한 단면이 원형으로 되어 있다. 상기 캐비티(22)의 체적은 대략 1.0cc~6.0cc로 H2 18O 농축물의 체적으로 핵반응을 위하여 일반적으로 사용된다. 실질적으로 상기 캐비티(22)의 체적은 후술하는 열사이펀 유도 부재(60)에 마련된 열사이펀 유로(64)를 포함한 체적이다. 상기 캐비티 부재(20)의 외주면에는 다수의 냉각핀이 구비될 수 있다. 상기 캐비티 부재(20)는 상기 캐비티(22)의 둘레를 따라 냉각수가 유동하는 공간이 구비된다.
상기 전면 개구부(24) 및 후면 개구부(26)는 상기 캐비티(22)를 사이에 두고 상기 양성자의 조사 경로 상에 서로 반대쪽을 향하도록 배치되어 있다. 상기 전면 개구부(24) 및 후면 개구부(26)는 상기 캐비티(22)가 외부와 통하도록 그 캐비티(22)와 연결되어 있다.
양성자는 상기 전면 개구부(24)를 통해서 상기 캐비티(22)쪽으로 조사되며, 조사된 양성자는 그 에너지가 상기 캐비티(22)에 수용된 H2 18O 농축물에 모두 흡수된다.
상기 전면 박막(30)은 상기 전면 개구부(24)를 덮도록 배치되어 있다. 상기 전면 박막(30)에 의해 상기 캐비티(22)에 충전되는 H2 18O 농축물은 외부로 흘러내리지 않고 상기 캐비티(22)에 수용된 상태를 유지하게 된다. 상기 전면 박막(30)은 폴리에틸렌 등과 같은 씰링부재(미도시)에 의해 상기 캐비티(22)와 밀폐된 상태로 결합되어 있다.
상기 전면 박막(30)은 티타늄(Ti) 또는 니오븀(Nb) 등과 같은 금속으로 이루어져 있으며, 그 두께는 일반적으로 수십㎛이다. 더 구체적으로 상기 전면 박막(30)의 두께는 50㎛로 구성될 수 있다.
상기 전면 냉각 부재(40)는 상기 전면 박막(30)을 지지하도록 상기 캐비티 부재(20)에 결합되어 있다. 상기 전면 냉각 부재(40)와 상기 캐비티 부재(20) 사이에 상기 전면 박막(30)이 배치되어 있다. 상기 전면 냉각 부재(40)는 관통공(42)을 복수 구비하고 있다. 상기 관통공(42)은 상기 양성자의 조사 방향으로 그 전면 냉각 부재(40)를 관통하도록 형성되어 있다. 상기 관통공(42)들의 총면적은, 상기 전면 개구부(24)의 총면적의 80% 이상이 되는 것이 바람직하다. 상기 양성자는 전면 격자부분(44), 즉 상기 전면 냉각 부재(40) 중 상기 관통공(42)들이 형성되어 있지 않으며 상기 관통공(42)들 사이에 있는 부분을 통과하지 못하므로 상기 전면 격자부분(44)을 통과하지 못하는 양성자는 에너지 손실로 나타나게 된다. 따라서, 상기 관통공(42)들의 총면적이 상기 전면 개구부(24)의 총면적의 80% 미만이 되도록 하는 것은, 상기 양성자의 에너지 손실을 과다하게 발생시켜 상기 18F의 생산 효율을 떨어뜨리기 때문에 바람직하지 않다. 상기 관통공(42)은 상기 양성자의 조사 경로에 대해 수직인 단면 형상이 원형 또는 육각형으로 형성할 수 있다. 상기 관통공(42)들은 상기 양성자의 조사경로에 대해 수직인 단면상에서 벌집 형태로 배치되어 있다. 상기 전면 냉각 부재(40)에는 냉각수가 유동하는 공간이 형성되어 있다. 상기 양성자의 조사시 상기 전면 냉각 부재(40)의 전면 격자부분(44)에 발생되는 열뿐만 아니라 상기 핵반응 시 발생하는 열은 냉각수에 의해 냉각되게 된다. 상기 전면 냉각 부재(40)는 알루미늄(Al) 또는 동(Cu) 등과 같이 열전도성이 양호한 금속으로 제조될 수 있다. 상기 전면 냉각 부재(40)는 상기 전면 박막(30)을 지지하여 그 전면 박막(30)이 상기 캐비티(22) 내의 농축물의 온도와 압력의 상승에 의해 부풀어 오르는 것을 억제하는 역할도 한다.
상기 열사이펀 유도 부재(60)는 본 발명의 핵심적인 작용효과를 구현하는 구성요소이다. 열사이펀(thermociphon) 현상은 매질의 온도 변화에 따른 밀도차에 의해 자연 대류현상이 일어나 매질의 유동이 발생하는 것을 말한다. 일반적으로 열사이펀 현상은 유체가 어떠한 외부의 펌프 등과 같은 수단의 일이 없는 상태에서 자연대류에 의해 유체가 순환하는 메카니즘으로 예컨대 태양열 난방에 많이 이용되는 메커니즘이다.
상기 열사이펀 유도 부재(60)는 상기 후면 개구부(26)에 연결된다. 상기 열사이펀 유도 부재(60)는 하우징(62)과, 열사이펀 유로(64)와, 블록 구조물(66)과, 냉각수 유동부(68)를 구비한다.
상기 하우징(62)은 상기 캐비티 부재(20)의 후면 개구부(26)와 마주하도록 배치된다. 상기 하우징(62)에는 냉각수가 유입되어 유동하는 공간이 구비된다. 상기 하우징(62)과 상기 캐비티 부재(20) 사이에는 상기 캐비티(22)에 수용된 농축물이 유출되지 않도록 밀봉 작용을 하는 가스켓이 배치된다. 상기 하우징(62)과 상기 캐비티 부재(20)는 볼트와 같은 수단에 의해 상호 견고하게 결합될 수 있다. 즉, 상기 캐비티 부재(20)와 상기 열사이펀 유도 부재(60)는 볼트에 의해 상호 결합된다.
상기 열사이펀 유로(64)는 상기 캐비티(22) 내에 수용된 농축물이 열사이펀 현상에 의해 유동이 가능하도록 마련된 것이다. 상기 열사이펀 유로(64)는 상기 캐비티와 연결되어 있다. 더 구체적으로 상기 열사이펀 유로(64)는 후술하는 블록 구조물(66)에 의해 상기 하우징(62) 내부에 형성된 공간이 분할되어 형성된다. 상기 열사이펀 유로(64)는 상기 블록 구조물(66)과 상기 하우징(62) 사이에 형성된 공간이다. 상기 열사이펀 유로(64)는 상기 캐비티(22)의 천장과 바닥을 연결하는 유로이다. 상기 열사이펀 유로(64)는 상기 캐비티(22)의 천장 부근의 고온의 농축물이 열사이펀(자연대류현상) 현상에 의해 상기 블록 구조물(66)의 상부를 따라 유동하면서 냉각되어 비중이 커지면서 상기 캐비티(22)의 바닥 부근으로 유동하도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 열사이펀 유로(64)는 상기 캐비티(22)에 수용된 농축물이 핵반응 시 가열됨으로써 발생되는 비중의 차이에 의해 대류 현상이 원활하게 일어나도록 유도하는 통로가 된다. 상기 열사이펀 유로(64)는 농축물의 전열 면적을 증가시키는 역할을 한다.
상기 블록 구조물(66)은 상기 하우징(62) 내부의 공간에 배치된다. 상기 블록 구조물(66)에 의해 상기 열사이펀 유로(64)가 형성된다. 상기 블록 구조물(66)은 상기 하우징(62) 내주면에 용접, 볼트 등으로 고정될 수 있다. 한편, 상기 블록 구조물(66)은 상기 하우징(62)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 블록 구조물(66)의 내부는 빈 공간을 형성한다. 즉, 상기 블록 구조물(66)에 형성된 빈 공간은 후술하는 후면 냉각 부재(70)에 유입된 냉각수가 유동할 수 있도록 하는 냉각수 유동부(68)를 구성한다. 즉, 상기 냉각수 유동부(68)는 상기 캐비티(22)에 수용된 농축물이 열사이펀 현상에 의해 유동하는 과정에서 효과적인 냉각 작용을 하도록 형성된 것이다. 상기 냉각수 유동부(68)는 상기 블록 구조물(66)이 존재함으로써 구현이 가능하다. 즉, 상기 블록 구조물(66)은 상기 열사이펀 유로(64)가 상기 캐비티(22)의 천장과 바닥에 연결되도록 중앙부를 상기 하우징(62)의 내부 공간의 중앙부를 점유한다.
상기 후면 냉각 부재(70)는 상기 열사이펀 유도 부재(60)의 후면부에 결합된다. 상기 후면 냉각부재(70)는 열사이펀 유도 부재(60)와 결합된 상태에서 냉각수가 출입하여 유동하도록 되어 있다. 즉, 상기 후면 냉각 부재(70)는 상기 열사이펀 유도 부재(60)의 후면부에 결합되며 냉각수 공급 공간이 구비된다. 상기 후면 냉각 부재(70)에 유입되는 냉각수는 상기 열사이펀 유도 부재(60)에 마련된 냉각수 유동부(68)에 유입되어 상기 블록 구조물(66) 둘레를 따라 유동하는 농축물과 열교환됨으로써 농축물을 효과적으로 냉각한다.
한편, 상기 전면 냉각 부재(40), 상기 캐비티 부재(20) 또는 상기 열사이펀 유도 부재(60) 및 상기 후면 냉각부재(70)는 볼트 등의 결합수단에 의해 일체로 결합될 수 있다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시 예의 표적장치(10)를 사용하여 18F를 생산하는 과정의 일례를 설명하면서, 본 발명의 효과에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 사이클로트론 등과 같은 입자가속장비에서 적절한 에너지를 가지도록 양성자를 발생시킨 후에 그 양성자를 도 6에 도시된 표적장치(10)에 조사하면, 양성자의 일부는 전면 냉각 부재(40)의 전면 격자부분(44)을 통과하지 못하게 되고 모두 흡수되며 양성자의 나머지는 전면 냉각 부재(40)의 관통공(42)들을 통과하게 된다. 그리고, 전면 냉각 부재(40)의 관통공(42)들을 통과한 양성자는 전면 박막(30)을 통과하면서 그 에너지의 일부가 전면 박막(30)에 흡수되고 나머지 에너지가 모두 캐비티 부재(20)의 캐비티(22)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 냉각 부재(40)의 전면 격자부분(44)에 발생되는 열은 전면 냉각 부재(40)를 통해 유동하는 냉각수에 의해 냉각된다. 한편, 상기 캐비티(22) 내에서 양성자와 H2 18O 농축물간의 핵반응시 발생되는 열은 상기 캐비티 부재(20)를 통해 유동하는 냉각수에 의해 냉각된다. 이 과정에서 상기 열사이펀 유도 부재(60)는 상기 캐비티(22) 내에서 핵 반응에 의해 가열된 농축물의 비중이 달라짐에 따라 상기 열사이펀 유로(64)를 통해 농축물이 대류현상에 의해 유동한다. 이와 같이 상기 열사이펀 유로(64)를 통해 농축물이 활발하게 유동함에 따라 상기 캐비티(22) 주위를 유동하는 냉각수와 열교환이 원활하게 발생하여 농축물의 온도와 압력이 지나치게 상승하는 것을 방지한다. 또한, 상기 열사이펀 유로(64)를 유동하는 농축물은 상기 블록 구조물(66)에 마련된 냉각수 유동부(68)에 유입된 냉각수와 열교환함으로써 더욱 빠르게 냉각될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 표적장치는 캐비티의 체적을 종래와 동일하게 유지하면서, 그 캐비티와 연결되는 공간에 열사이펀 유로를 형성함으로써 핵 반응시 발생하는 열에 의해 가열된 농축물을 대류 현상에 의해 원활하게 유동시킴으로써 냉각 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 열사이펀 유로를 형성하기 위해 구비된 블록 구조물의 내부에 냉각수가 유입되도록 함으로써 농축물의 냉각효과를 극대화할 수 있다. 도 7은 열사이펀 유로의 존부에 따른 표적장치의 냉각성능을 보여주는 그래프이다. 즉, 도 7은 30MeV/20 양성자 빔이 8cc의 물에 조사되었을 때 정육면체(20mm X 20mm X 20mm)캐비티의 체적을 가진 표적장치와 동일 체적으로 캐비티를 가지며 열사이펀 유로가 구비된 표적장치의 시간에 따른 압력의 변화를 보여준다. 도 7에 따르면 열사이펀 유로가 구비된 표적장치의 내부 압력 상승이 현저하게 낮음을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 본 발명과 같이 열사이펀 유로가 구비된 경우에 냉각성능이 현저하게 향상됨을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
10 : 표적장치 20 : 캐비티 부재
22 : 캐비티 24 : 전면 개구부
26 : 후면 개구부 30 : 전면 박막 40 : 전면 냉각부재 42 : 관통공
44 : 전면 격자부분 60 : 열사이펀 유도 부재
62 : 하우징 64 : 열사이펀 유로
66 : 블록 구조물 68 : 냉각수 유동부
70 : 후면 냉각부재 S : H2 18O 농축물의 유동방향
X : 양성자의 조사 경로 방향 Y : 냉각수 유동

Claims (4)

  1. 핵 반응용 농축물이 수용되는 캐비티를 가지는 캐비티 부재를 구비하며, 상기 캐비티에 농축물에 조사된 양성자와 상기 농축물 간 핵반응에 의해 방사성 동위원소를 생산하기 위한 표적장치에 있어서,
    상기 캐비티 부재는, 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 개구부를 막도록 배치되어 있는 전면 박막;
    상기 핵반응시 상기 캐비티 내에서의 압력 상승으로 인해 상기 전면 박막이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해 상기 전면 박막을 지지하도록 상기 캐비티 부재에 결합되며, 상기 양성자의 조사 경로 상에 배치되며, 상기 양성자의 조사방향으로 관통공이 복수 형성되어 있는 전면 냉각부재;
    상기 후면 개구부에 연결되며 상기 캐비티 내에 수용된 농축물이 열사이펀 현상에 의해 유동이 가능하도록 상기 캐비티와 연결된 열사이펀 유로가 구비된 열사이펀 유도 부재; 및
    상기 열 사이펀 유도 부재의 후면부에 결합되며 냉각수 공급 공간이 구비된 후면 냉각 부재;를 포함하며,
    상기 열사이펀 유도 부재는 상기 열사이펀 유로가 상기 캐비티의 천장과 바닥에 연결되도록 중앙부를 점유하는 블록 구조물이 형성된 것을 특징으로 하는 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블록 구조물의 내부에 냉각수 유동부가 형성되며 상기 냉각수 유동부는 상기 후면 냉각 부재에 공급된 냉각수가 유입될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티 부재와 상기 열사이펀 유도 부재 사이에는 상기 캐비티에 수용된 농축물이 누출되지 않도록 가스켓이 배치되며, 상기 캐비티 부재와 상기 열 사이펀 유도 부재는 볼트에 의해 상호 결합된 것을 특징으로 하는 열사이펀 기능성 내부 유로가 구비된 방사선 동위원소 액체 표적장치.
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