Установка для одержання радіоактивного джерела та-179

Реферат: UA 83268 U UA 83268 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області ядерної технології і може бути використана для виробництва радіоактивних джерел на основі ізотопу Та-179. Ізотоп Та-179 через відносно великий період напіврозпаду (664 доби) і придатну енергію рентгенівських квантів, що випромінюються при розпаді (~54 кеВ), є перспективним для застосування у ядерній медицині, зокрема, для діагностики остеопорозу методом планарної променевої абсорбціометри. На даний час для абсорбціометрії використовують джерела на основі ізотопів І-125 та Gd153 [1]. Але їх недоліками є відносно невеликий період напіврозпаду (59 діб для 1-125 та 241 доба для Gd-153), що обумовлює необхідність частої зміни дорогих джерел. Крім того, такі джерела одержують з опромінених на ядерному реакторі мішеней шляхом радіохімічного виділення відповідних ізотопів та їх нанесення на підкладку. Ці процедури досить складні і пов'язані із значною кількістю радіоактивних відходів, а одержувані радіоактивні джерела належать до відкритого типу, що потребує особливих заходів поводження з ними. До того ж такі джерела мають зазвичай малий розмір (декілька мм у діаметрі). Тому для одержання двомірного зображення треба використовувати додатковий складний пристрій, який забезпечує синхронне переміщення з високою точністю радіоактивного джерела і детектора випромінювання - сканування. Необхідність такого пристрою значно ускладнює і підвищує вартість системи діагностики. Відома установка [див., наприклад, 2, 3] для одержання радіоактивного джерела Та-179 містить прискорювач електронів з енергією 30 МеВ та послідовно розташований уздовж осі його електронопроводу опромінюваний об'єкт. Опромінюваний об'єкт включає охолоджувані окремі шари з природного танталу (конвертер гальмівного випромінювання) та охолоджувану ізотопну мішень. Напрацювання ізотопів відбувається завдяки потоку гальмівних фотонів, який виходить з танталових шарів уздовж осі електронопроводу та діє на ізотопну мішень. Ця установка 99m призначена для отримання ізотопу Тс але в ній також може напрацьовуватись й ізотоп Та179. Ізотоп Та-179 може напрацьовуватись у природному танталі за фотоядерною реакцією 181 179 181 Та(,2n) Та, яка має енергетичний поріг 14,2 МеВ, причому вміст ізотопу Та у природному танталі складає майже 100 %. Таким чином, у вищеописаній установці Та-179 може напрацьовуватися в шарах танталу як побічний радіонуклід відносно до цільового, який виробляється в ізотопній мішені. Проте в установці, що описана вище, вихід Та-179 є малим. Крім того, для ефективної трансформації потоку високоенергетичних електронів (>10 МеВ) у гальмівне випромінювання для подальшого опромінювання ним ізотопної мішені використовують товсті шари танталу (>1 мм). Враховуючи на те, що при розпаді Та-179 утворюються рентгенівське випромінювання з енергією фотонів ~54 кеВ, то, внаслідок його самопоглинання у танталі, за межі шарів 1 мм завтовшки буде виходити не більш ніж 10 % усього випромінювання, яке утворюється в об'ємі шарів. Слід також зазначити, що поверхневий розподіл активності джерела Та-179, яке можна одержувати таким чином, відповідає розподілу щільності пучку електронів, що падає на конвертер. Внаслідок цього, одержуване на відомій установці джерело Та-179 має малий розмір (зазвичай ~1 см) і тому придатне для використання у планарній променевій діагностиці лише у купі із системою сканування. Відома установка [4] для одержання радіоактивного джерела Та-179, яка вибрана як найближчий аналог. Установка містить прискорювач електронів з енергією вищою за 14,2 МеВ та послідовно розташований уздовж осі його електронопроводу опромінюваний об'єкт. Опромінюваний об'єкт включає охолоджувані окремі шари з природного танталу, як конвертер гальмівного випромінювання, та охолоджувану ізотопну мішень. Крім того, на відміну від аналога [2, 3], прискорювач електронів забезпечений вузлом сканування пучка електронів. Сканування пучка електронів, перед виведенням його до атмосфери, сприяє рівномірному розподілу теплового навантаження, яке створює пучок, на мембрану випускного вікна прискорювача. Проте, через те, що для опромінення ізотопної мішені використовують товсті шари танталу, вихід Та-179 все одно є недостатньо високим. Тому що, при розпаді Та-179 утворюються рентгенівське випромінювання з енергією ~54 кеВ. Внаслідок його самопоглинання у танталі, за межі товстих шарів буде виходити мала кількість випромінювання, яке утворюється в об'ємі шарів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалитиустановку для одержання джерел ізотопу Та-179, яка дозволяла б підвищити напрацювання цільового ізотопу, а також забезпечити можливість одержання плоских джерел Та-179 (розміром до 100x100 мм і більше) з 1 UA 83268 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розподілом поверхневої активності, близьким до рівномірного. Це може бути здійснено шляхом модернізації опромінюваного об'єкта. Поставлена задача вирішується в установці, яка, як і найближчий аналог, містить прискорювач електронів з енергією, вищою за 14,2 МеВ, та опромінюваний об'єкт, який вміщує природний тантал у вигляді окремих охолоджуваних шарів. Згідно з корисною моделлю, шари з танталу виконані у вигляді фольги, товщина якої не перевищує 0,1 мм. Опромінюваний об'єкт може бути виконаний у вигляді фольги, змотаної у котушку, вісь якої перпендикулярна осі електронопроводу прискорювача електронів, з можливістю обертання цієї котушки навколо своєї осі. Крім того, прискорювач може бути виконаний з вихідним пристроєм для сканування пучка електронів уздовж осі опромінюваного об'єкта. Застосування прискорювача електронів з енергією вище за 14,2 МеВ, а також опромінюваного об'єкта, який вміщує природний тантал у вигляді окремих охолоджуваних шарів, товщина яких не перевищує 0,1 мм, створюють умови для генерації потоку гальмівних 181 179 фотонів, під дією яких відбувається реакція Ta(,2n) Ta у опромінюваному об'єкті із 179 забезпеченням підвищення активності одержуваного джерела Та. Підвищення активності забезпечується зниженням самопоглинання рентгенівського випромінювання, яке утворюється 179 при розпаді ізотопу Та-179. Оскільки довжина вільного пробігу фотонів, які випромінює Та, складає близько 0,1 мм, то вибір такої товщини танталу забезпечує одержання радіоактивного джерела без значних втрат рентгенівського випромінювання внаслідок його самопоглинання у танталі. Треба відзначити, що завдяки тому, що шари танталу не перевищують 0,1 мм, опромінюваний об'єкт у патентованій корисній моделі вміщує тільки шари танталу і одночасно є і конвертором і мішенню. Виконання опромінюваного об'єкта у вигляді фольги, змотаної у котушку, вісь якої перпендикулярна осі електронопроводу прискорювача електронів, з можливістю обертання цієї котушки навколо своєї осі, обумовлює можливість збільшення струму пучка прискорювача за рахунок підвищення поглинутої енергії випромінювання, що відводиться через збільшену площу опромінюваного об'єкта. Тобто забезпечується підвищення напрацювання ізотопу Та-179. Здійснення прискорювача з вихідним пристроєм для сканування пучка електронів уздовж осі опромінюваного об'єкта забезпечує не тільки можливість підвищення струму пучка внаслідок збільшення площі взаємодії останнього з вихідним вікном прискорювача, а також забезпечує збільшення площі взаємодії з опромінюваним об'єктом. Це дозволяє підвищити вихід цільового ізотопу, так і збільшити площу і рівномірність розподілу поверхневої активності одержуваного джерела Та-179. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1 зображена схема запропонованої установки з опромінюваним об'єктом. На фіг.2 зображена схема запропонованої установки, у якій опромінюваний об'єкт виконаний у вигляді фольги, змотаної у котушку з можливістю обертання котушки навколо своєї осі. На фіг.3 зображена схема запропонованої установки, в якій прискорювач має вихідний пристрій для сканування пучка електронів уздовж осі опромінюваного об'єкта. Установка для одержання радіоактивного джерела Та-179 містить (див. фіг. 1-3) прискорювач електронів 1 та послідовно розташовані уздовж осі 2 його електронопроводу вихідне вікно 3, а також розміщений у корпусі 4 опромінюваний об'єкт 5, який охолоджується водою 6. Опромінюваний об'єкт 5 може бути виготовлений у вигляді окремих шарів фольги (фіг. 1) або у вигляді фольги, змотаної у котушку (фіг.2). Прискорювач електронів 1 може бути виконаний з прямим випуском пучка (фіг. 1 та фіг.2) або з пристроєм 7 для сканування пучка електронів уздовж осі опромінюваного об'єкта (фіг.3). Приклад 1. Опромінюваний об'єкт 5 виготовлений у вигляді набору зі 100 шарів фольги з танталу кожна 0,1 мм завтовшки (фіг. 1). Об'єкт 5 розміщується у корпусі 4 уздовж осі 2 електронопроводу прискорювача 1. Через корпус 4 пропускається вода 6, яка обмиває шари опромінюваного об'єкта 5 і вмикається прискорювач 1. Потік електронів діаметром 1 см з енергією частинок 40 МеВ, що виходить з прискорювача 1 через випускне вікно 3, потрапляє на опромінюваний об'єкт 5. Як результат, частина потужності потоку електронів трансформується у гальмівне випромінення, причому під дією гальмівних фотонів з енергією вище 14,2 МеВ у опромінюваному об'єкті 5 напрацьовується ізотоп Та-179. Інша частина потужності потоку електронів поглинається у опромінюваному об'єкті 5 у вигляді тепла і повинна бути відведена. Тобто швидкість напрацювання Ізотопу Та-179 визначається допустимою величиною струму 2 UA 83268 U 5 10 15 20 25 30 35 40 пучка електронів, яка, в свою чергу, обмежена тепловідводом через поверхню опромінюваного 2 об'єкта, значення якого при охолодженні потоком води складає ~50 Вт/см . Як показали дослідження, за таких умов струм електронів не може перевищувати 2 мкА, при якому швидкість напрацювання ізотопу Та-179 у опромінюваному об'єкті складає 540 кБк на годину. Приклад 2. Опромінюваний об'єкт 5 виготовлений у вигляді танталової фольги, змотаної у котушку 0,1 мм (фіг.2). Внутрішній діаметр опромінюваного об'єкта 5 складає 1 см, а зовнішній 2 см. Опромінюваний об'єкт 5 розміщується у корпусі 4 на осі 2 електронопроводу прискорювача 1. При цьому вісь опромінюваного об'єкта 5 перпендикулярна до осі 2 електронопроводу. Через корпус 4 пропускається вода 6, яка омиває опромінюваний об'єкт 5. Після вмикання пристрою для обертання опромінюваного об'єкта біля своєї осі (на кресленні не показаний) запускається прискорювач 1. Потік електронів діаметром 1 см з енергією частинок 40 МеВ потрапляє на опромінюваний об'єкт 5, а поглинута у ньому потужність відводиться через зовнішню і внутрішню поверхні об'єкта. Як показали дослідження, у цьому випадку допустиме значення струму електронів складає 20 мкА, а швидкість напрацювання ізотопу Та-179 досягає 5,4 МБк за годину. Приклад 3. Прискорювач електронів 1 обладнується пристроєм 7 для сканування пучка електронів уздовж осі опромінюваного об'єкта 5 (фіг.3). Опромінюваний об'єкт 5 виконується у вигляді протяжної котушки, у яку змотана танталова фольга 0,1 мм завтовшки, з внутрішнім діаметром котушки 1 см і зовнішнім 2 см. При цьому довжина котушки складає 10 см і дорівнює довжині зони сканування пучка електронів. Опромінюваний об'єкт 5 розміщується у корпусі 4 на осі 2 електронопроводу прискорювача 1, причому вісь опромінюваного об'єкта перпендикулярна до осі 2 електронопроводу. Через корпус 4 пропускається вода 6, яка омиває опромінюваний об'єкт 5, вмикається пристрій для обертання опромінюваного об'єкта 5 біля своєї осі, запускається прискорювач 1 і пристрій 7 для сканування пучка електронів уздовж осі опромінюваного об'єкта 5. Як показали дослідження, за таких умов допустиме значення струму електронів складає більш ніж 200 мкА, а швидкість напрацювання ізотопу Та-179 досягає 55 МБк на годину. Таким чином, запропонована установка для одержання радіоактивного джерела Та-179 дозволяє, у порівнянні з установкою обраною як найближчий аналог, підвищити вихід цільового ізотопу, а також забезпечити можливість одержання плоских джерел Та-179 з розподілом поверхневої активності, близьким до рівномірного. Джерела інформації: 1. Gugliemi G. et al. Quantitative computed tomography at the axial and peripheral skeleton // European Radiology, 1997, v.7 (Suppl.2), p.32-42. 2. Dikiy N.P., Dovbnya A.N., Uvarov V.L. The fundamentals of Tc-99m production cycle at electron accelerator // ВАНТ, Сер.: ЯФИ (42), 2004, № 1, c.168-171. 99 67 3. Aizatsky N.I., Diky, N.P., Dovbnya A.N. et al. Mo and Cu isotope yields under production conditions of NSC KIPT electron accelerator KUT-30 // PAST, Series: NPhI (53), 2010, №2, p. 140144. 4. Уваров В.Л. Спосіб напрацювання ізотопів та пристрій для його здійснення. Патент України № 34548 А від 15.03.2001 (найближчий аналог). 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Установка для одержання радіоактивного джерела Та-179, яка містить прискорювач електронів з енергією, вищою за 14,2 МеВ, і опромінюваний об'єкт, який вміщує природний тантал у вигляді окремих охолоджуваних шарів, яка відрізняється тим, що шари з танталу виконані у вигляді фольги, товщина якої не перевищує 0,1 мм. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що опромінюваний об'єкт виконаний у вигляді фольги, змотаної у котушку, вісь якої перпендикулярна осі електронопроводу прискорювача електронів, з можливістю обертання цієї котушки навколо своєї осі. 3. Установка за п. 1 або п. 2, яка відрізняється тим, що прискорювач виконаний з вихідним пристроєм для сканування пучка електронів уздовж осі опромінюваного об'єкта. 3 UA 83268 U 4 UA 83268 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5