粒子产生装置

技术领域

本公开涉及一种惯性静电约束型的粒子产生装置，特别是一种具有阳极结构、阴极结构和第一富集表面的粒子产生装置，该第一富集表面富集有可聚变同位素物质，其中该第一富集表面是阳极结构的表面或阴极结构的表面的至少一部分。

背景技术

在人造聚变中，其利用了力来向可聚变同位素物质(FIS)传递恰当的动能。FIS由氢同位素(氕、氘和氚)以及氦-3组成，其分别以产生中子和质子为目的。可替代的FIS是可能的，例如硼和锂与前述同位素的结合。力采用磁性等离子体约束、粒子束加速器、脉冲激光加热和电磁约束场的任意组合的形式，用于将离子聚焦到冲撞区域中。第一个成功商用的基于聚变的技术是惯性静电约束(IEC)中子发生器。在IEC中，反应堆容器的中心含有网状阴极并且其内壁作为阳极。腔室充满FIS气体，并向阴极施加高电压，在腔室内产生强电场来加速离子，在生成聚变的阴极中心激发等离子体。IEC中子发生器展现出了可靠的能力：连续数万小时地产生高达每秒5×10

产生离子以及减轻仅造成损失的冲撞的手段已知有数个。产生低能离子的方法包含电子发射器或分散器阴极，其提供能够关于一个或两个外部栅极振荡的电子。阳极壁附近的外部区域中的离子化有助于离子进入“接受区域”以引导到条或束中。其对于可能引入的例如散焦的损失，有着一些问题。而对于性能的收益来说，复杂性和结果上的制造成本太高。额外绝缘体阻断的可靠性和寿命、精密的大型栅极、通过密封系统中的穿透的额外真空电力供应、加之以电子发射器的短运行寿命以及侵蚀性氢气等离子体环境对分散器阴极的有害影响都是朝着更具成本效益的技术的驱使力。此外，电子发射器在IEC操作环境中需要相当大的功率。

现有的IEC布置为了次级电子发射性质、耐热性、低成本和易于制造，使用铝或不锈钢作为阳极材料，使用钼或钨作为阴极材料。然而，对于需要高粒子产生速率的应用，可以使用更适合的材料来改善这些性质，并因而增加粒子产生速率。特别是，对能够容纳高浓度轻离子并体现出实质性的次级电子发射的材料有需求。

许多不同的多粒子相互作用可用于发生核子。这种聚变反应和产生的粒子动能的一些例子是：

1.

2.

3.

4.

其中，

以上的等式1-4中的反应展示了依据于FIS的混合可用粒子和能量的变化。当聚变可以在例如粒子发生器或聚变反应器的受控环境中产生时，较高能量和较低质量的反应可以被准直和衰减而以许多不同的方式使用。特别是，等式3和4中的较高能量的中子和质子是独特的，因为它们很难或不可能通过聚变以外的方式产生。等式1和2中的粒子可以通过其中有大量2.45MeV中子的裂变反应或通过其中质子可以通过电磁场加速到3.02MeV的粒子加速器所发生。

虽然中子明显是有用的，但围绕其廉价、可靠、安全以及按需产生则有着困难。在历史上，锎-252中子源已经是标杆，但持续不可控的中子发射则强加之以复杂的操作安全要求。另外，该材料的半衰期为2.5年，意味着该源的寿命短以及固有的处置复杂性和成本。

目前可用的可替代技术是先进的管中子发生器或紧凑型直线加速器。通常，这采用了氘离子源的形式，其以电场作线性加速成为集中束来进入固态或气态氚目标，以引发聚变反应和中子产生。这样的系统已经商用化，但由于大的前期和运营成本，其使用受到限制。这主要是由于运营加速器所需的基础设施、杂散高能氘注量的材料的意外活化以及需要定期更换的氚目标的侵蚀或烧毁。这也意味着系统不是可长时间连续运行的。

现有技术

WO03019996中讨论了粒子发生器设备。WO03019996中的发生器集中说明了与线性几何长寿命等离子体-气体目标线源拓扑粒子发生设备的差异。

WO03019996公开了一种中子产生速率低、可靠性高且简单的柱状IEC设备。此文件还建议使用铝来作为阳极壁，因为当暴露于强烈的紫外线辐射时它发射电子，其促进了以上论述的离子化过程。

发明内容

根据本公开的一些实施方式，提供了一种惯性静电约束型的粒子发生装置，包括：容器；阳极结构；阴极结构，其中阳极结构和阴极结构位于容器内；以及第一富集表面，该第一富集表面富集有可聚变同位素物质。第一富集表面是阳极结构的表面或阴极结构的表面的至少一部分。该富集表面可以促进晶格约束聚变。

此装置可被配置为含有离子和中性气体混合物，并且在操作中使该离子和中性气体混合物形成等离子体。

所述装置的容器可包括中心轴。阳极结构和阴极结构可定位成使得阳极结构和阴极结构与容器是实质性地同轴的，阳极结构具有的距中心轴线的平均距离大于距阴极结构的中心轴线的平均半径。该阳极结构和阴极结构可以沿着它们的长度的至少一部分是实质性地同心的，并且被配置为使得在操作中，在阳极结构和阴极结构之间提供电场并且该第一富集表面被电子屏蔽。此电子屏蔽可以鼓励晶格约束聚变。该容器还可以具有沿着该阴极结构的长度同轴的实质性地恒定的截面。该阳极可以由多个阳极单元所形成。

该第一富集表面可以由碱性金属或过渡金属所形成。此金属可以是原子序数大于40的元素，且更具体地可以是钛、锆、钯或铒之一。优选地，该金属可以是锆。可替代地，第一富集表面可以由半导体材料形成。此半导体材料可以是CVD金刚石。

第一富集表面可以作为阳极结构或阴极结构上的涂层而提供。可替代地，第一富集表面可以与电极一体地形成，该电极形成该表面的至少一部分。

该装置可以被配置为使得在操作中该装置产生核子。这些核子可以是中子或质子。

对于被配置成使得在操作中该装置产生质子的装置，该装置可以进一步包括靠近于阳极结构的流体传导结构。这些流体传导结构可以由金属合金构成。另外，这些流体传导结构可以包括沿着该流体传导结构的长度的波纹。

该第一富集表面可被配置为覆盖该阳极结构或该阴极结构的表面区域的一部分，使得在操作中所产生的粒子具有有着预定几何形状的局部通量。

在一些实施例中，该第一富集表面可形成该阳极结构的表面的至少一部分，并且第二富集表面可形成该阴极结构的表面的至少一部分，该第二富集表面富集有可聚变同位素物质。

根据本公开，提供了一种包括多个粒子产生装置的系统，其中，每个粒子产生装置是如上所述的粒子产生装置，其被配置为使得单个电源可服务于数个系统。

附图说明

为了更好地理解本公开并且展示其可以如何带来效果，现在将以附图为例的方式作参照，其中：

图1示出了根据一些实施例的惯性静电晶格约束(IELC)设备的剖切图。

图2示出了根据一些实施例的用于IELC的质子发生器配置的阳极和阴极的几何布局的截面示意图。

图3示出了根据一些实施例的用于PET放射性同位素的发生的另一质子发生器IELC的截面示意图。

图4示出了根据一些实施例的用于医用同位素产生配置的质子发生器系统功能示意图。

图5示出了根据一些实施例的并联布置的多个单元配置，其包含局部阳极富集。

图6进一步示出了根据一些实施例的串联布置的多个单元配置，其包含局部阳极富集。

具体实施方式

晶格约束聚变(LCF)的理论和测量已展现出在电子屏蔽条件下的固体金属中会进行聚变反应。在这里，导电金属中出现的带负电的电子云中和了位于金属晶格中的可聚变离子的正电荷。入射加速离子不会被两个带正电粒子之间所常见的静电力排斥，而允许以下所见的聚变反应以更少的所需能量和增强的速率来发生。Prados-Estévez，F.、Subashiev，A.和Nee，H.的“晶格约束的强屏蔽和所致的聚变反应速率”讨论了给定金属中的前10个价电子如何可以消除可聚变同位素物质间的库仑电势，从而增加聚变反应截面并且允许固体金属以高速率聚变。饱和效应也是被预期并且可见生成的。

LCF效应在FIS或其相关的反应之间少有变化，但由于其内含的屏蔽电势，对不同的主体金属则有所不同。对于IELC系统，聚合的氢物质在高温和辐射存在下的稳定性至关重要。这将适合的候选材料从其他材料中限制为钯、铒和锆等的这些。对锆的氢化物性质已经进行了广泛的研究，研究涉及其在裂变反应器中用作燃料包壳合金，这突显了其在高温和高剂量辐射存在下的稳定性。

电解代表了一种快速且有效的方法，其可以将任何氘或氚的混合物以原子百分比水平加载到锆晶格中，而不用到离子束或复杂的冶金技术。这代表了如本公开中所描述的FIS富集阴极或FIS富集阳极的可能的制造路径。

此外，阴极栅极的电子发射会显著影响聚变速率。使用由不同金属制成的相同几何网格在所有其他参数相同之下给出了聚变速率的显著差异。用于阳极或阴极的优势性的材料候选是单晶或多晶CVD金刚石，其在高功率输入、高热导率、高热及辐射硬度上体现出优异的性能以及体现出强热电子发射性质。另外，可以使用氘和/或氚等离子体混合物在钨上生长CVD金刚石，该混合物将材料富集到FIS的原子百分比浓度。

在本公开的实施例中，阳极处的电势为正，阴极处的电势为负，因此一旦中性气体被离子化，它们就变成正离子，该正离子从阳极表面被排斥并且被吸引到阴极表面，也因此被加速朝向等离子体。通过热离子效应和光电效应的结合，可以在该阴极表面发生电子发射。从阴极发射的电子由于其负电荷而从阴极被排斥并向阳极加速。这些高能量的电子导致次级电子将阳极壁的中性气体离子化，然后由于其正电荷而向阴极加速并且添加到等离子体。

由于被电场以更大距离加速来进入阴极内的势阱，在阳极表面诞生的离子可以对聚变贡献更大。通过使用富含FIS的材料作阳极或阴极，与传统的IEC相比，不仅可以增加材料中的晶格约束聚变，而且在恰当的温度下，FIS可以扩散到反应器腔室中，被离子化并显著贡献于系统的粒子产生速率。通过精确冷却而仔细控制该阳极的温度，可使FIS受控地释放到腔室中，以保持增加的粒子产生速率。这可以由自动化系统来管理，该系统管理功率、粒子产生速率以及温度来提供稳定的输出。

众所周知地，所有系统都可在粒子产生恒定的稳定状态下饱和。在本公开中，生成饱和的另一原因是在给定温度下，由于氢化物表面层的衰减以及氢同位素同化到晶格体中的离子的稳定释放之间有着平衡。此过程可能对粒子生产速率有益或有害，其具体依据于阳极和阴极所用的材料。无论如何，仔细控制阴极和阳极温度是最大化系统的粒子产生速率的关键。对于接近1MW裂变反应器中子通量密度的非常高的粒子产生速率，其使用低温系统可能是有利的。

本公开的实施例的特定优点是，如以上所讨论的，当以固定功率输入运行时，中子输出在达到稳定状态后，可使该中子输出极其一致，这意味着在此公开的实际应用中，通过适当的噪声消除过程，其相对容易去除外来噪音的影响。因此，本公开的实施例可以提供用于产生有着高稳定性的核聚变反应速率的装置，该高稳定性由在特定电压、电流和温度的条件下的可测量中子通量所限定。

根据本公开，可包含高浓度可聚变离子物质的材料例如Zr或CVD金刚石促进LCF以及次级电子发射。对于CVD金刚石而言尤其如是，其是一种在紫外线区域中有着间接带隙的半导体，但有着远远更优的热性质和应用于使用在工具制造中的复杂几何表面的相对简单的技术。因此，通过阳极和阴极材料表面的增强，可以将增加次级电子发射和晶格约束聚变的粒子产生技术相配对。轴向柱状IELC系统也可以具有增强的聚变速率。这样的手段可以并入到本公开的实施例中。

电极可以由这些材料制成或者可以具有适当材料的涂层。这样的材料包含CVD金刚石、钼、钨、锆和其他碱性或过渡金属元素，可能是稀土元素。

因而，本公开的实施例可以提供用于通过利用惯性静电晶格约束(IELC)设备的特性来产生核聚变反应的装置，该装置中离子最初是通过反应气体的辉光放电分解加上在等离子体气体混合中的离子撞击和电子撞击过程而产生，并且也有低能量的次级电子的有利产生，其非常适合在高能量的电子和离子撞击位于阳极壁处或其附近的结构上之后进一步产生离子，以及从阳极壁产生FIS。两种互补现象可作用来增加粒子产生速率：

1.从阴极表面产生的次级电子，通过材料的选择来增加。这些电子从电场中获得大量的能量并被加速进入阳极壁。阴极材料还可以富集可聚变物质，以促进晶格约束聚变事件并且增加等离子体密度。

2.在阳极的内表面富集例如钛、锆、钯、铒的适当金属或例如CVD金刚石的半导体材料中的可聚变物质，其中材料经过电子屏蔽，诱导晶格约束聚变事件并产生次级电子，从而允许使阳极诞生的离子进行离子化并贡献于中心阴极区域内的粒子产生速率。

阳极和阴极的操作温度通常与它们提高粒子产生速率的能力有关。

图1展示了用于IELC粒子发生设备的中子发生配置的剖切模型视图。图1展示了以下部件：外腔室壁1、高电压阻断部件15、阴极组件17以及局部可聚变同位素物质富集的内阳极表面34。

具体地，图1展现了IELC的剖切图，其示出了凸缘柱状阴极、该凸缘柱状阴极包围阳极表面以及在包含电压供应的任一端处所附加的陶瓷绝缘体。本公开中所及的IELC设备可以包含可聚变离子物质富集的阳极34和/或阴极17的材料。这些材料可以按次级电子发射性质以及在高温下保有高浓度的可聚变离子物质并同时维持稳定的能力来被选中，包含并且不限于锆、钛、铝、其他稀土金属、高熵合金以及它们所相关的氧化物和氢化物。图1代表了简化的中子发生器配置，其中氘或氚气体物质被释放并存储在密封容器内的吸气材料中。

本公开的实施例可以提供用于通过利用所谓的星状模式操作的特性来产生核聚变反应的装置。星状操作模式是指在装置内部产生等离子体的操作模式。作为结果，在设想的实施例中，该装置被配置为含有离子和中性气体混合物，并且在操作中使该离子和中性气体混合物形成等离子体。

另外，本公开的实施例可以提供用于通过利用被称为“接受区域”的离子捕获现象来产生核聚变反应的装置，由此每个星状束中心处有着空间区域并且其具有弯曲漏斗状的形状，且该空间区域的最宽端在阳极壁限定了一个区域，在该区域中，以相对低的动能诞生的离子可以从气体等离子体、阳极和/或阴极表面被拉入到局部星状束中。

阴极栅极17的形状可以被调配为，使得星状模式束的形成和形状特性以及接受区域被控制以最大化或至少改善用于聚变冲撞的离子的以上描述的产生和利用。栅极17可以由面板所建造成并且可以成形为使得面板纵长地行进以形成中空圆柱或柱状骨架。阴极栅极17可以包括凸缘，并且凸缘可以由所述面板制成。这些凸缘可以将电场分布在阴极栅极和阳极之间，使得电场集中在凸缘附近来产生束或通道。例如，这些通道可以形成在邻近的、相邻的或靠近的凸缘之间。这些束或通道可导致产生的离子朝向等离子体的改善的加速，等离子体可位于电场的中心和/或束或通道相交处。这些电场通道可以被认为是接受区域。因此，提供了本公开的实施例，其中产生的核子可以从起源区域在所有方向从密封装置逸出，该起源区域是细长的并且能够替代由例如锎-252的放射性中子发射同位素的许多离散颗粒所制成的线源，或替代如点源中子发生器装置的离散点源。

因此，本公开的实施例可以提供用于在如上所定义的体积或区域中产生核聚变反应的装置，该体积或区域从中心线延伸到阳极并且包含内部的阴极和其外部的大约一半阴极17的半径径向距离的空间，以及阳极34的内表面壁，该阳极34的内表面壁处已适合地富含了可聚变同位素物质。此外，本公开的实施例可以提供用于在反应器容器内的曲线几何形状的情况下在细长区域或多个区域片段中产生核聚变反应的装置。换而言之，本公开的实施例可以提供用于在以反应器容器的中心线轴或柱状对称的线为中心的体积中产生核聚变反应的装置。

与通常的线性加速器不同，由本公开的实施例所产生的核子可以是多方向的。本公开的实施例寻求替换由粒子加速器装置制成的加速附能质子的多毫米直径强单向束，其冲击目标造成了相对快的损坏。与线性加速器相比，本公开可以将质子产生散开在较大的前体材料体积上，其可以轻易地被处理以容易地提取纯同位素以供使用。因此，本公开的实施例可以提供用于在数千小时至几年的时段产生核聚变反应的装置，包含FIS富集的阳极和/或阴极的反应器腔室很少或无需维护。类似地，本公开的实施例可以提供用于产生核聚变反应的装置，其有着：对于中心电极17或相关的高电压功率输入结构的很少或无需维护、对于内部安装的反应器腔室气体储存和压力调节设备的很少或无需维护，和/或对于在基本真空的容器壁1和普遍为薄箔厚度的面向内的壁之间的，用于水性流体的内部安装的导管结构很少或无需维护。被选中的用于阴极和阳极的材料可以被选择来促进次级电子发射、抗热损伤和晶格约束聚变。

再进一步地，如上所述的设备可被调配成使得在阳极壁和阴极栅17的周边之间的接受区域内诞生或产生离子，该离子可被拉入到接受区域基本居中围绕的星状模式束中，并且该设备具有阴极孔窗侧段曲率，该曲率可适于静电场中的等势面的形状，以增加接受区域的大小，并且从而捕获大多数或实质性地所有的，由中性子与阳极壁34附近的次级电子相互作用所产生的离子。

图2示出了集成容器。具体地，图2展示了IELC的质子发生器配置的阳极和阴极的几何布局的截面代表图。图2展示了以下部件：波纹腔室壁2、波纹薄FIS富集阳极表面3、外腔室表面4、阳极壁部件5、阳极支撑结构6以及阴极组件17。壁和热传递部件1可以提供降低制造成本的优势。因此，本公开的实施例可以提供有着数个与低维护和低成本系统相兼容的反应气体离子化增强的，用于产生增加的核聚变反应速率的装置。该部件可以通过公知手段而生产为铝合金挤压件，例如通过适合的孔挤压出的铝。组合功能流体或气体导管和阳极壁可以由不锈钢或有类似性质的材料制作，以实现可制造性和功能。优势性的容器拓扑结构是八边的多边状形式，换而言之，有着八边形截面。相对于有着更大数量的顶点的拓扑，此拓扑可以具有改善的鲁棒性。例如，具有更多数量的顶点的截面可以允许更高程度的对称性，并且因此允许流体传导结构的数量增加。这些流体传导结构可以作为用于设备的冷却通道。然而，有着更多数量的顶点的截面可能是建造更贵并且更不坚实。由于流体传导结构的数量减少以及材料杂质的影响增加，有着较少数量的顶点的截面可能易受到温度变化损害。八边形截面可能是这两个极端之间的适宜折衷。因此，本公开的实施例可以提供用于产生核聚变反应的装置，该装置对于在移动车辆中的操作而言是结构坚实的。类似地，本公开的实施例可以提供用于产生中子或质子的核聚变反应的装置，其在结构上对于在静态或可移动系统中的医院场所中的操作而言是结构坚实的。

中心阴极17、阳极结构3/6以及外腔室或容器4可以是同轴的。具体地，容器4可包括中心轴线，并且阳极结构和阴极结构可定位成使得阳极结构3/6和阴极结构17与容器是实质性地同轴的。阳极结构3/6可具有的距中心轴线的平均距离大于阴极结构17距中心轴线的平均半径，其中，阳极结构和阴极结构沿着它们的长度的至少一部分是实质性地同心的，并且被配置为使得在操作中，在阳极结构和阴极结构之间提供电场并且所述第一富集表面被电子屏蔽。该容器4可以具有沿着该阴极结构的长度同轴的实质性地恒定的截面。因此，本公开的实施例可以提供用于在曲线源配置中产生核聚变反应的装置，该曲线源配置可以与要被照射的特定物体的曲线线性形式相共形。

外部可具有集成的冷却翅片2，其大小适合装配在柱状壳体4内。壳体4可以服务为冷却剂流体(例如空气)的罩或管线，使其可以有助于从翅片2到流过的流体的热传递。使用液体冷却剂用来传递更大的热通量是可行的。使用液体冷却剂，例如在钎焊至容器壁1的管道系统中循环的水也是可行的。

在本实施例中，在质子产生模式中，阳极壁可以被建造成来提供用于前体流体的导管。因此，其特征在于，内壁服务为反应器的电阳极。导管的不直接暴露于阴极的侧面可以具有结构功能。内壁可具有的功能对本改善的预期功能而言是中心所在。

图2的详细插入视图A(2:1)出于阐释性目的展示了插入的流体导管和富集阳极壁部件5的示例的截面，富集阳极壁部件5可以位于容器1的内壁的表面上。如以上论述的，可以充分利用公知的现象来增加低能量的电子的产生。反应气体物质(未展示)的离子化可提供可以与容器壁1相遇的UV光子的高强度通量。已被本公开的强静电场加速了的高能量的电子的入射可以引起低能次级电子的发射。这些低能量的电子可能非常适于氢和氦的离子化。富集阳极1附近的离子总量可以大大增加。为了确保在局部径向方向的流向阳极的高能量的电子的低入射角的增加，表面可以被塑形为所展示的波纹3。峰的高度可以是低的，以便将它们保持在可以实现最大离子化效率的静电场电势区域内。脊3的宽度也可以小，以便将尽可能多的脊装配在可用区域中。设计考虑因素可能会受到制造成本的影响。如果容器壁1和阳极结构6是基于柱状管段的，则将离子化增强脊3作为内壁表面上的螺纹或螺旋管也是可接受的。它们可以按周的方向行进，而不是如挤压形式的情况那样按纵向方向行进。

如图2中所展示的，阳极结构6可以由多个阳极壁部件6和增强脊3所形成。换而言之，阳极结构6可以被认为是由多个阳极单元所形成并且包括一个或多个孔和/或窗。阴极栅极的孔或窗与阳极壁结合，可服务于确定相等静电势的平面。当装置以星状模式操作时，可以用离子和电子的电荷空间的叠加来产生透镜效应。静电透镜的形状可以通过改变阳极和阴极的几何形状来改变，例如通过结合：

a)阴极和阳极实质性地是同心圆。

b)用于阳极内壁的多边形的边数为正偶数，并且阴极上有相应数量的窗，窗侧的圆周大致是：

1.凸面

2.平面

3.凹面

4.以上三者的复合组合

并且每个都有着被限定为在整个阴极栅极电池堆中重复使用的圆弧段的曲率半径和长度，使得所形成的星状束可以被优化或适于在阳极处的次级电子的产生并且减轻离子与阴极栅极的碰撞。

阴极的例如3D打印的技术可以改善透明度并且促进电场引导离子和电子撞击阳极表面。而且，具有高温和高次级电子产率的适宜冶金特性也意味着，在阳极和阴极的表面上用CVD金刚石作处理并与可聚变离子物质富集的结合是有优势的。

另外，可以通过被动手段来处理阳极壁，以促进相对低能量的电子的多次发射的产生。当阳极壁的表面被由星状模式辉光放电离子化期间出现的施加静电场所加速的高能量的电子击中时，该低能量的电子最容易离子化反应物气体物质同位素。这样的被动手段可以包含用有着有益性质的稀土元素或CVD金刚石涂覆基底金属和/或通过施加具有纹理或微观几何形状的表面完成度以促进次级电子的产生。为了实现这一点，在通过电解富集可聚变同位素物质期间，阳极和/或阴极还可以作为电极，其是通过以足够的重水(氘化的和/或氚化的)填入腔室，插入电极并且施加足够的电流密度到内表面来促进水解的。这在内阳极壁上形成了氢化物的富集层。此后可以通过使用氘和/或氚气体混合物的CVD等离子体对其作处置，以在材料表面上生长数微米的金刚石。

可替代于以上的方法，可以用水解来执行富含FIS的阳极和/或阴极材料的制作，其中反应器容器可以填充有含有用于电解的导电盐的氘化或氚化重水溶液。另一个由例如铂的材料以纱网式所制成的阴极可以插入容器中，以便在施加电压时内部电场均等地分布，从而使氢化物均匀地形成。在水解之前，可以进行化学蚀刻以去除表面氧化物。此过程可以用数个反应器单元并联地使用同一电源来完成，该电源可能需要数个千瓦的能力，其中液体冷却可能有益于反应器容器，以便限制加热对电解溶液电导的不利影响。过渡金属氢化物也可用于阴极材料，在这种情况下，出于同一目的，在具有围绕铂丝网的适当反应容器中作同一过程。还可以预见的是，本公开的实施例可能需要金属丝网以通过增加表面积来最大化LCF效应，在这种情况下，金属丝可以以持续的方式经历电解，同时在适当的速度和施加的电压下穿线入U形铂丝网。通过控制穿线速度和施加的电压，可以使氢化物层在其整个长度上是均匀的。

绝缘表面的任何金属涂层的失效模式可以通过提供气体原子、分子和金属粒子的离子化粒子和中性粒子两者的普遍性径向轨迹来减轻，使得金属原子向电极堆的任一端迁移，其中，非导电电极支撑结构被定位，使得故障模式可以被防止或至少减少。

波纹富集阳极壁可以具有增加富集阳极的表面积的次级效果，其可以允许可聚变离子物质到设备中的更高的负载。这可能具有增加阳极诞生的离子数量的额外效果，并且因此进一步增加粒子生产速率。当前公开不限于所展示的可替代设计的结构，其可能是可以产出更高的表面积的，可以存在增加的表面积与增加的复杂性和成本的权衡。

波纹富集阳极壁3可具有由附能质子的能量损失所确定的厚度，该厚度可允许确保剩余的能量对于质子与并入流体分子中的指定目标核或导管5内含的溶质分子的相互作用是最佳的。这一壁厚可以在0.01至0.5mm的范围内。

阳极、次级电子产生装置、容器壁和外部热传递翅片等可以集成为适于通过挤压或3D打印过程来制造的截面形式，以便制造装置的成本降低的部件。因此，本公开的实施例可以提供有着数个与低维护和低成本系统相兼容的反应气体离子化增强的，用于产生增加的核聚变反应速率的装置。

对于包含图2所展现的实施例的多个实施例，管道富集阳极壁5可以通过制作不锈钢背板和不锈钢或是金属FIS富集波纹前壁来制造。背板可以被机加工或铣削，其产生至少2mm的通常的壁厚。富集阳极壁3可通过公知技术的手段来被处理，以在公差范围内轧制或压制所需壁厚的所需波纹。这样的过程可以通过选择性加强条来提供设计选项，以抵消由于操作压力差而导致的变形。当材料兼容于电子束、激光或其他强聚焦能量焊接技术时，这两个部件可以被焊接在一起，以便形成阳极壁流体导管子组件6。在图2所展示的实施例中，这样的子组件可以被滑入容器壁1中的位置。

在实施例中，流体导管结构可以由铣削钢背板和薄板所制作，该铣削钢背板具有与实质性的容器壁内部的挤压槽兼容的截面轮廓，该薄板是压制的或以其他方式形成为波状轮廓阳极壁，两个组件焊接在一起以实现超高真空兼容密封。

在本公开的实施例中，流体导管阳极壁结构可以具有相对薄的阳极壁，其特征厚度可以在0.05mm至0.5mm之间的范围内。此厚度可以由14.7MeV质子的动能的减少来决定，这是允许的，以便剩余能量范围足以用于与应该集中在流体内的某些同位素产生核相互作用，并且其也可以被应用为以90度以外的入射角穿入阳极壁的质子的穿过路径的长度。这可以包含通过晶格约束聚变在阳极壁中所发生的质子，其可以体现来自内表面曲度的发射。

在本公开的实施例中，导管结构的薄阳极壁可以具有复杂的化学蚀刻表面，其中可以或也可以不富集FIS的加强件特征与阴极栅格单元对齐，以便更好地抵抗由星状模式束的撞击所强加的热应力。

导管结构的薄阳极壁可以通过例如化学蚀刻和保护性掩模的公知技术来实现，这样的话，如果认为是必要的，可以在导管结构的阳极壁上限定和产生结构加强件特征和相对薄的窗。虽然化学蚀刻可用于实现薄的阳极壁，在此助力于水解过程的是其具有一个额外的益处，即促进阳极表面纯度并最大化可聚变同位素物质的富集。

图3示出了本公开的实施例的反应器腔室和集成流体导管子系统组件。具体地，图3展现了用于PET放射性同位素的产生的质子发生器IELC的截面示意图。以下标记的部件是：外室壁1，阳极支撑结构6，流体导管终端块7，连接短管8，歧管组件9，管道接头配件10，前体流体入口/出口11，端盖组件12，气体供应端盖组件13，密封垫圈14，高电压阻断部件15，FIS气体配件法兰16以及阴极组件17。长度已被图示性地切割，以便反应腔室的末端可以出现在一页上。总长度可以在1-2米的范围内。容器壁1可保持8个富集阳极壁流体导管组件6，其中两个以截面作展示。中心阴极组件17被象征性地展示了。每个端的内部特征可以被铣掉以提供对流体导管组件的更好的接近和容纳。每个流体导管可具有由终端块7和短管8所组成的终端组件，短管8可被钎焊或以其他方式附接，以便实现无泄漏或超高真空标准密封。短管8可插入腔室1的每一端处的歧管组件9中。每个短管的高真空密封连接可以通过适当的管道配件10来实现，管道配件10是可以焊接到不锈钢歧管9的焊接配件类型。

入口和出口11可以相类似地通过焊接管道接头配件10来实施。

歧管9可以由端盖组件13所关闭。通过端盖组件12所供应的高电压可提供高真空密封，并且气体供应端盖组件13也可以提供高真空密封。密封垫圈14可以是“金属O形环”设备。可以提供一系列抵靠法兰工作的夹紧螺钉，其未被展示，以抵靠在“金属O形环”密封件上夹紧法兰面，从而实现特定的形变和高真空密封。

气体供应端盖组件13可以连接至气体管理子系统，该气体管理子系统可以被实施为用于每个反应气体类型的单独的气压调节器或者用于氦3的气压调节器和用于氘的吸气泵的组合。气体供应端盖组件13可以封装高电压阻断部件15，其允许气体在主腔室和气体端口16之间的自由移动。

本公开的实施例可以并入有将目标流体循环通过聚变燃料加载的阳极壁部件的导管结构的装置，使得其可以实施流体、阳极壁和相关的反应器容器结构的必要的流体冷却，以及将新形成的带有产物同位素的化合物输送到外部位置，其中，化学手段的提取和集中可以定位于闭合的再循环回路内。因此，所述目标流体可以被认为是包括质子捕获区域的。

圆形或多边形反应腔室也可以被改变产生为宽腔室，其中流体导管6被布置在两个平行平面中，其中任何实际的宽度可由并排容纳的流体导管6的数量所确定，突出在图3的平面之外。但是，这可能导致流体导管6的质子捕获区域的减少。

在脉冲功率模式下操作还有着粒子生产速率上的益处。这可能是由于晶格约束聚合，随附的电子屏蔽效应和次级电子发射的组合。电压的周期性弛豫可以允许更高浓度的价电子短暂地返回到表面，这增加了次级电子产率以及更强的电子屏蔽效应来增加晶格约束聚变。因此，为了最大限度地提高脉冲模式操作的增益，脉冲频率必须与电子在广泛离子化后重新充入富集表面所需的弛豫时间相吻合。因此，本公开的实施例可以提供可以利用脉冲功率输入的装置，由此电流在脉冲期间依次是数个至几十个的安培，从而充分利用与所施加的电流成超线性比例的观察到的聚变速率增强特性。

图4示出了系统功能示意图。具体地，图4展现了用于医用同位素产生配置的质子发生器系统功能示意图。以下标记的部件是：高电压电源18、低电压脉冲驱动器19、气体管理歧管子系统20、氦-3储存器21、涡轮分子真空泵22、残余储存器23、初级真空泵24、吸气泵25、密封容器26、阴极组件27、歧管组件28、热交换器29、同位素提取系统30、流体流动回路泵31、氦-3剂量阀32以及控制计算机系统33。

本公开的实施例可以具有与其对接的外围设备功能以进行有效操作。重要的外围设备可以是非常高电压的脉冲电流电源，其通常由高电压变压器部分18和低电压脉冲驱动器部分19组成。对于现有技术中描述的IEC设备，产生的粒子的数量与功率输入成线性比例。相反，本公开的实施例可产生增加的粒子产生率，其超出例如现有技术的那些等效IEC系统的粒子产生率，同时具有较低的电源要求。因此，不再必要有支持高瓦数电源的外围设备支持设施，而可以在较小的功率输入下产生大量粒子。本公开的实施例可以提供用于以最少或减少数量的外围设备支持设施功能来产生增加的核聚变反应速率的装置。

吸气泵组件25可以位于图4的反应腔室组件的外部，并且可以在象征性地展示在边界线20内的歧管组件中。非蒸发吸气泵可以由电源、加热元件和温度测量回路(未展示)所支持。电源可提供足以为可嵌入吸气泵吸气材料内的加热器元件所供电的电压和电流。加热器可以将吸气材料升高到400℃至600℃范围内的温度。加热器可以被控制来使得吸气材料维持在稳定的温度。容器26可以在其被正确烘烤之后被密封并抽空以消除残留的例如水的挥发性物质。调节后的适当材料的吸气物可以释放氢或其同位素，使得当其处在上述温度范围内时，分压可以提高到5x10

吸气泵25存储反应气体(氘)的容量可以是确定密封反应器腔室的最大操作小时数的因素。实际配置可以允许以每秒高达1×110

除了用于氘气的吸气泵之外，被配置有用于利用氦-3的实施例可以具有储藏和调节氦-3，并且最终处理并分离氦-4的外部手段。

整个气体歧管子系统可以包含用于初始抽空和支持后续操作步骤的主真空泵24。可以包含大量的剂量阀和截止阀(普遍性地展示出了)来支持自动配置控制实施方式。

富集阳极和容器壁可以包括组合功能元件，并且可以并入有外部的翅片或其他热传递结构或表面，通过通常为冷却流体的热传递流体在翅片或其他结构或表面上的流动以作热传递。

更具体地，用于同位素产生的实施例可具有腔室组件26，在腔室组件26内的容器壁或阳极壁可衬有流体导管组件27，在实施例中有8个该流体导管组件27。这些可以在每一端连接至歧管组件28，以确保所含有的水性流体被从反应腔室的类真空环境作紧密密封。歧管组件可配备有端口以使其能够配置流体流动回路。流体流动回路可包含热交换器29的主要功能特征，以去除由高电压电源输送至腔室的实质性部分的热量。流体回路中的进一步功能特征可以是P.E.T同位素提取装置30和粒子过滤系统。流体流动回路可由泵31完成。所有组件可能必须是医疗设施标准的。

为了本实施例的目的，可以有控制着高电压电源18、19可以传递的辉光放电电压、脉冲电流和脉冲占空比的软件。电压可以由腔室26中的气压所确定。气体压力可由吸气泵温度所确定，吸气泵温度可通过温度测量电路所测量并发送至软件。吸气泵温度可以确定氘分压。软件可以命令吸气泵加热器电源输送更多或更少的功率，以便保持吸气泵温度。软件还可以命令剂量伺服阀控制单元保持压力。此软件功能可以控制由吸气泵25和氦-3剂量阀32所确定的氘分压，使得两种气态元素的混合比可以在原子数层面相等。可以向必要的子系统发出命令或控制信号，使得反应器在或非常接近于最佳的同位素产生所需的参数下作操作。由于一些非线性特性，控制算法并非是无足轻重的；然而，响应时间可以是足够长的，使得有着必要的输入和输出端口的通常的计算机或专门的微处理器控制计算机33可以容易地重复循环监视和控制任务。最终结果可以是实现稳定的质子产生速率。

本公开的进一步特征是其可自动化所有过程并且确保高可靠性、存冗余性和安全标准的能力。图4示出的辅助设备可以由中心控制单元33的计算机系统监视和控制。例如，这样的系统可以具有用户界面，使得合格的操作员可以监督PET同位素产生系统并向其给出高层级的命令。中心控制单元33最终可以由软件程序所自动驱动，该软件程序监督安全联锁、启动和关闭顺序、正常稳态操作参数以及轻微和重大异常的管理。操作者还可以输入某些的控制参数并命令质子发生器系统启动预热模式、启动质子发生模式、停止或从质子发生模式进入待机、恢复质子发生模式、以及最后启动系统的完全关闭。流体循环子系统的控制也可以是可控的，但优势性地，其可以是自动化的，以便支持反应器腔室冷却功能。这可以是与同位素过滤器30的操作所相关的功能子集。

IELC的独特功能是低成本的可扩展性。通常性地，使用两点源时，中子源的成本会增一倍。对于某些商用的中子分析系统而言，这是可以容忍的，其中Cf-252是唯一实际的来源。然而，对于使用两个中子发生器设备的中子应用系统来说，问题更大。由于每个独立的中子发生器系统都由反应器设备、高电压功率子系统、电子控制器子系统和辅助冷却子系统所组成，因而需要设备的多个副本。相比于两个单独的密封管道中子发生器组，与一组适当地指定的辅助子系统并联连接的两个或多个密封管道设备的操作可能只是其边际成本降低。IELC系统可以通过连续的管道被电并联地以及物理地串联连接。这使得系统、电源和陶瓷绝缘体中的更昂贵的零件的成本显著节省。这意味着相反于可替代的基于加速器的发生器，扩大这样的系统时成本降低。另外，这样的几何配置在大样本区域上提供了更均匀的中子注量，用于聚变材料测试或在大体积容器中的同位素发生，其中使用基于加速器的系统来复制类似的注量则将是极其昂贵的。

优选地，该装置可被调配为“宏观”线性或曲线几何形状上产生中子，其中“宏观”一表述用于区分相对小的“微观”大小的中子源几何形状，例如放射性同位素的单个颗粒和例如裂变反应器芯或星状的“巨型”大小的中子源。换而言之，“宏观”意味着对工业应用有用的大小或规模。该范围可以从用于设想的医疗中子束源应用的约1cm的线源长度，直至用于地雷搜索、土壤分析或其他类似应用的数米。宏观特征还意味着宏观规模设备可以由微观大小的单元的有序集合所建立。通过平行或垂直排列实现更高的通量密度，其中阳极壁的受控富集允许对宏观系统的指定区域的颗粒产生速率作加权。这是本公开的某些实施例中的情况，其有效地将微星状束单元堆叠成线性布置，该线性布置可以由两个或更多个单元所组成，通常是由几十个单元所组成。

图5代表系统35的并联配置，其表达了用于紧凑、高体积放射性同位素的产生或材料照射的实施例，其中面向照射区域的内阳极表面34局部式地来富集FIS，促进靠近高通量照射区域的LCF和粒子的产生。以下标记的部件是：局部可聚变同位素物质富集的内阳极表面34、外容器壁35以及阴极组件36。这一几何配置可以在更宽泛的体积区域上作更均匀的通量，使其在对增殖厚层、超导磁体和排热系统这样的关键子系统作聚变材料测试时是理想的。因此，本公开的实施例可以提供用于在批量生产实施例中产生高速且高可再现性的核聚变反应速率的装置。

优势性地，阴极结构或阴极组件36可以在其周上具有开口面并且被阳极和容器壁结构所包围。阴极结构可包括多个棱柱端对棱柱端堆叠的阴极，该阴极有着普遍地相同的电极结构以建立细长阵列，该细长阵列在星状模式操作中可建立稳定的等离子气体动态结构，该星状模式操作中的星状模式束通常径向振荡离子，该径向振荡离子可能发生高概率的核聚变反应，其逃逸的中子对于有着适合的中子检测仪器的外部观察者来说可能显得源自于由阳极电极的内部体积空间和容器的内表面或壁所限定的区域。电极的棱柱端指的是当电极形成为例如圆柱的棱柱形状时，电极的端部处的平坦表面。在本公开中，质子可表现类似但不从反应器容器逸出。因此，本公开的实施例可以提供用于包含核聚变反应，以产生包含在反应器容器壁内的质子和其他反应产物以及能够从原点被拉长的区域的所有方向上从密封的装置逸出的相对小的中子通量的装置。图6代表了系统的串联配置，其表达了用于扫描例如沿传送带或火车高速移动的行李内或运输集装箱内的大型移动物体的实施例。换而言之，图6展现了串联布置的多单元配置，其包含局部阳极富集。以下标记的部件是：局部可聚变同位素组富集的内阳极表面37、外容器壁38、阴极组件39、中心高通量照射区域40。优先的FIS富集内阳极壁表面39可以允许跨越六边形轴平面的集中且均匀的通量。串联连接的阴极结构38可以包含与单独的陶瓷绝缘体40重叠的高电压供应，以避免短路电弧。

串联连接的多个阴极结构38可以被独立指代为阴极笼单元。因此，本公开的实施例可以提供用于在其长度可被特定为单个阴极笼单元长度的倍数的区域中，产生核聚变反应的装置。

可能的实施例特性尺寸的示例：

I.1阳极和容器壁的内径是8cm

II.1阴极栅极的直径是3cm

III.1阴极栅极的长度是80cm

IV.1质子线源的长度是80cm

V.1反应器腔室

VI.1和电源组件的总长度是180cm

作为发生器的本公开的实施例非常适合于将铍、镍或铅布置为形成在槽入式阳极壁结构中，从而所产生的中子或质子可以与这些元素或其他相类似地并入到反应器腔室壁中的其他元素间具有核相互作用，以进一步产生核粒子。

作为质子发生器的本公开的实施例非常适合于在正电子发射断层成像中所使用的放射性同位素的产生。这是因为氘和氦-3聚变反应释放出能量为14.7MeV的质子。已经发现8至18MeV范围内的质子能量对于与氧-18反应以产生氟-18是必要的，该氟-18是一种P.E.T.同位素。质子穿过金属制成的膜或箔会导致质子动能的减少。例如，给定能量的质子在铝中的穿透大约是其在钢中的穿透的1.5倍深。实际上，对于14.7MeV质子，阳极壁厚可能需要小于约0.3mm，以便具有8MeV的离开质子能量。更薄的阳极壁厚度可以提升可用于与目标同位素核作预期的相互作用的剩余质子能量。如果工程评估因不锈钢在制作上的更优性质而导致了选择不锈钢，则通常壁厚可以在0.05-0.5mm范围内，优选值为0.1mm。

P.E.T扫描设施必须非常靠近产生例如附能质子的质子加速器的设备。本改进可以提供一种附能质子源和目标照射设备，其具有显著更低的制造和操作成本的潜力，且有着可以支持患者P.E.T扫描协议的性能。关键的子系统可以包含聚变反应器容器、紧凑型高电压脉冲电源、反应气体压力调节和储存系统、目标流体循环和/或冷却系统、同位素回收、分离和精炼系统。

前体聚变燃料气体普遍可以由适合引起辉光放电的低压下的可聚变同位素所组成。低分压(5×10

由于中子的缺失电荷，本公开将自己导向于快中子成像和诊断技术，其中在调查后，所检测的材料是很少以至没有经受可测量的损伤的，因为绝大多数粒子穿过，并且测量到的扰动是来自动力弹性相互作用，这倾向于使材料相对不受损伤。同一元素的同位素之间的这些弹性相互作用有所不同，使得该技术对于调查可疑包裹、有价值的考古文物或不明技术的原子组成特别有用。当总剂量保持在恰当水平以下时，生物目标也是如此。

在经过材料时，中子可以引起与目标核素的核反应，释放例如伽马射线的次级粒子，该核反应通过在恰当的能量下核分裂成残余核素的阈值反应或者将核素转变为不同的同位素或元素的热中子俘获事件。中子俘获反应的次级伽马发射光谱是被良好记载的，并为例如中子活化分析、热中子分析和瞬发伽马中子活化分析的应用作奠基。即使对于中子产生速率(NPR)为1×10

在一些应用中，必须精确地限定中子通量才能被普遍接受为批准的医学治疗的一部分。来自加速器源或密封管道中子发生器的中子通量的质量被认作是不理想的。加速器散裂中子源可以产生一定范围的中子能量，使得它们比起单附能中子源在慢化和热化上更具挑战性。密封管设备确实提供单能中子，但与加速器散裂中子源一样，中子输出的可靠性差。这些设备使用的固体目标由于在使用中受损伤而遭受特性改变。因为损伤被跨越分布在阳极和阴极表面上，其中扩散和聚合过程在操作期间达到平衡，所以来自中性气体和离子混合等离子体的可聚变离子的组合静电晶格约束聚变不会遭受目标衰减，。另外，FIS在等离子体中以稳定状态不断更新。可以减轻反应气体污染，使得中子输出质量对于给定组的可控操作参数可以是恒定的。

组合式惯性静电晶格约束(IELC)聚变设备代表了一种非常泛用的粒子发生器，其中所选中的同位素可聚变物质产生可见于等式1-4的单附能粒子能量谱。然后，可以通过改变例如直接或脉冲配置中的电压和电流的功率输入以及阳极的操作温度操作条件来进一步调整这些模式，这意味着每个设定的总粒子产生速率可以根据发生器所被建立的指定应用而量身打造。IELC不同应用的示例包含作为产生PET医用放射性同位素的质子发生器、用于诊断和成像或中子活化应用的中子发生器以及用于检测爆炸物和裂变材料的脉冲模式中子。

与连续中子输出的能力相对地，任何带电中子发生器都应该给出的一个优点是可重复地打开和关闭来制成脉冲操作模式。脉冲模式占空比的范围可以从“开启”时间的分钟或秒钟以及类似的“关闭”时间的间隔，直至毫秒、微秒甚至纳秒。在每一个中子发生器中给出整个脉冲占空比的范围可能没有必要、没有成本效益或不切实际的。脉冲模式的主要优势是切断由较高能量中子相互作用所引起的噪音，然后检测热中子或检测其他不立即发射的瞬发伽马光子的延迟相互作用。机械快门的实施方式，来使Cf-252或基于裂变的束孔源成为伪脉冲中子源是不切实际或不经济的。另外，从安全角度来看，有着内置终止开关的粒子发生器的概念是非常有吸引力的。

非点源几何形状可能对中子准直系统的设计是有优势的。这样的外围系统可以包含中子慢化以降低准直中子通量的平均能量。中子准直的目的是建立具有指定通量密度和中子能量特性的中子束。由于中子不是带电粒子，因此它们不会对静电或磁场做出响应。准直设备依赖于中子与某些材料的相互作用来获得反射和类折射速度变化。可以设想，本公开的实施例可以给出用于指定应用的中子源和准直系统的新概念配置。铍、铅和镍可以作为用于中子准直的倍增器、慢化器和反射器。中子的注量可以在某些程度上被强制、被遮蔽和被引导，以制成用于不同目的的特定通量类型。在聚变工业中，这对于部件照射测试特别有用，其中反应器中在那一点的预期注量可以通过掩蔽、慢化和准直的组合来复制。

密封管道中子发生器技术由于固体目标的不可避免的腐蚀而受到固有的寿命限制。该部件是已经渗有氚或氘气的，例如钛的金属。入射的高能氘核具有引起目标的溅射腐蚀的作用。溅射产物在密封管道设备的内表面上凝结成金属膜。使用近于100kV的电压会导致金属膜建立时出现短路情况。即使在这种最终的故障模式之前，高度局部化的束也会在目标内引起热点和相关的气体耗尽。即便已经采用了各种中子产额衰减减轻方案，但留下的事实则是密封管道中子发生器的最佳保险寿命仅为4000小时。本发明将操作期间的热和辐射损伤散开到阳极和阴极的更宽的表面积上，致使其与基于加速器的竞争者相比在耐久性上具有固有的优势。

关于球状和柱状IELC设备两者的寿命的一个常见问题是基于对实验单元的观察，其中不锈钢丝电极在20至60千伏的电压下和约5至30毫安的施加电流下操作大概10-20小时后会遭受结构故障。失效模式是金属汽化或侵蚀并且沉积在绝缘体部件的表面，这将不可避免地导致短路情况。根据本公开的系统的寿命可以超出商用密封管道束-固体目标中子发生器所声明的寿命的50％，并且被预期能够无限期地运行。对于本公开的一些实施例，可以预期20000小时或更长的平均故障间隔时间。

为了商业成功，本公开的实施例足够简单，作为组件中的零件数量减少、低零件制造成本、快速组装和低价的质量保证检查的结果，使得制造、操作和维护成本低于与其竞争的基于加速器的粒子发生器所相关的生命周期成本。在本公开的实施例中，独立的部件或子组件在其预期功能上具有高耐久性。子系统及其功能的组合优选地减少了对可变参数的操作控制，由而增加的自动化程度使得有着较少培训的人员能够进行系统的操作。

本公开能够被配置为用于某些同位素的产生的紧凑型系统的核心部，该同位素由例如正电子发射断层成像(P.E.T.)扫描的医学或非生物断层成像扫描过程所使用。该正电子发射断层扫描利用某些放射性或不稳定同位素的正电子(正电荷电子或反物质电子)衰变所产生的511keV伽马光子对，其中正电子和电子的湮灭通常将剩余质量(即2MeC

可用于P.E.T的同位素的选择扫描是由生物医学考虑因素所确定的，该考虑因素太复杂，不能在此进行有用的讨论。常被列出的P.E.T.同位素，它们的半衰期和它们的发生反应是：

5.

6.

7.

历史上，这样的医用放射性同位素是在商用反应器或加速器中以中心化设置所产生的，其中例如Mo-99的传统同位素的半衰期较长，使之在三个半衰期内进行化学处理并运送到医院。这意味着成像技术被限制为已经旅行数天来到达医院的低比活度放射性同位素。而较新的同位素，例如碳-11和氮-13，具有更高的比活度，并且是更易于并入人体或目标器官所接受的分子中，其只能由与反应器或加速器在极近距离内的设施所使用。这阻碍了成熟的先进技术与治疗的采用和使用，将其限制在世界上能够负担得起大型加速器或裂变反应器的地区。由于供应链的普遍挑战，原本可从这些治疗中受益的患者可能无法被供以这些治疗。本公开允许了在使用同位素的医院内使它们产生，并且成本为建立可替代的粒子发生能力的一部分。

产生这些同位素的传统方式是将源同位素富集在例如水基溶液的目标介质中。目标溶液受到高附能质子流的轰击，其能量足以使之穿透障壁，并且仍然具有足够的剩余能量来用于所需的核相互作用，导致所需的同位素的形成。壁厚通常为金属箔的壁厚(0.1至5mm)。

质子源常是回旋或线性加速器型的粒子加速器，其中所赋予的质子能量普遍大于5MeV。一些线性加速器供以12MeV的质子能量。质子束强度为数个毫安的电流，有着数个毫米的直径的焦点特性尺寸。这成了辐射和热量发生的痛点。此类PET同位素产生系统的设计者面临的一个工程问题是目标介质中所产生的极其局部且强烈的热能。这可以包含水的过热，其需要加压以使水保持液态形式，以作最有效的质子-核冲撞。本公开提供了一种有着明显较低运行成本的系统，因为离子仅需要加速到少于100keV的能量便能够产生大约14MeV的聚变粒子。另外，设备上的以及含有前体同位素的容器上的热应力散开在更大的区域，这意味着较低的复杂性，并且需要定期地更换部件。对于基于加速器的粒子发生器来说，通过直接加速或从散裂聚变反应将质子束散开到大范围上均是挑战性的。因此，这样的系统具有较高的维护成本，并且由于溅射腐蚀和质子损伤而需要作照射材料的定期更换，因此难以连续运行。

因此，本公开给出了在本质上较低的制造成本，有着每次服务组合的粒子发生器和目标子系统之间较长的间隔。因为不使用质子束，每单位面积或单位体积的目标上所强加的热通量要低得多，并且质子通量均匀地分布在反应器腔室壁的整个内表面区域上。这进一步降低了与冷却子系统相关的复杂性和成本。

本公开具有服务于管片区域内一群医院的放射性同位素需求的能力。许多医院中心位于世界各地的城市中心，出于后勤目的，每个医院中心坐落在与其他医院中心的短距离中。可以在后备区域中的一家医院的地下室中设立氘-氘或氘-氚中子模式的系统，为在管片区域中的其他医院产生例如钼-99和镥-177。可替代地，氘-氦-3模式质子发生系统可以与安全车辆的移动PET扫描仪配对。这样的系统非常适合于同时发生多同位素，例如，其中单独的通道含有氧-18或氧-16水以分别发生氟-18或氮-13。每种同位素都可以依需要从循环流体中被化学提取。

虽然本公开的示例性实施例的各种方面可以被示出和描述为块状图、流程图或使用一些其他的图示性代表，但是很好理解的是，在此描述的这些块、装置、系统、技术或方法可以以非限制性的示例来实施，该非限制性的示例可以是硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备、或其的一些组合。

本公开中对“一个实施例(one1embodiment)”、“一实施例(an1embodiment)”等的指代，表达的是所描述的实施例可以包含特定特征、结构或特性，但是不必各实施例都包含特定特征、结构、或特性。而且，这样的用语不是必须指代同一实施例。进一步地，当结合以实施例来描述特定特征、结构或特性时，应当承认结合其他实施例来实施这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识内的，无论是否作了明确描述。

应当理解，尽管于此可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如在此所使用的，术语“和/或”包含任一个或多个相关列出的术语的任何和所有组合。

在此所使用的术语仅以描述特定的实施例为目的，并且不预期于限制本公开。如于此所用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”也预期于包含复数形式，除非文中清楚地另有表达。还应当理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”，当在此使用时，指定所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、元素、部件和/或其组合的存在或添加。于此所使用的术语“连接(connect)”、“连接(connects)”、“连接(connecting)”和/或“被连接(connected)”包纳了两个元件之间的直接和/或间接连接。

本公开包含在此明确公开的任何新颖特征或特征的组合或其任何衍生。当结合附图阅读时，鉴于前文的描述，对本公开前文的示例性实施例的各种修改和调配对于相关领域的技术人员来说可变得显而易见。然而，任何和所有的修改仍将落入此公开的非限制性和示例性实施例的范围内。为了避免疑义，本公开的范围由权利要求书所限定。