МИШЕННОЕ УСТРОЙСТВО К ЦИКЛОТРОНУ С ЭНЕРГИЕЙ ПРОТОНОВ 12-18 МЭВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА ФТОР-18

Область техники
Заявленное техническое решение относится к медицинской технике, а именно к средствам наработки радионуклидов для производства радиофармпрепаратов, используемых для проведения диагностики широкого спектра заболеваний методом позитронно-эмиссионной томографии.
Уровень техники
18
18
18
18
18
2
Радионуклид F производится по ядерной реакции O(p,n)F при облучении протонами кислорода, обогащенного изотопом О в химической форме H O.
2
2
Из уровня техники известно мишенное устройство, в котором в качестве материала корпуса мишени выбран тантал. Конструктивно корпус выполнен из диска и кольца толщиной 2 мм. Со стороны входа пучка объем мишени закрывается титановой фольгой толщиной 50 мкм. Рабочий объем мишени герметизируется прокладками из фторопласта толщиной 20 мкм. Выбранные материалы не взаимодействуют с ионами фтора, образующимися в воде, и практически не вносят примесных загрязнений. Вода в мишени облучается при избыточном давлении, создаваемом гелием. Мишень выдерживает избыточное давление в объеме не менее 6 кг/см при рабочем давлении 2 кг/см. Данное мишенное устройство позволяет получить до 0,8 Ки фтора-18 за 2 часа облучения. (Радионуклидные методы визуализации: Учебное пособие. СПб.; СПб. гос. политехи, университет, 2006, 75 с. Авторы: Б.В. Забродин, В.Н. Ломасов, А.В. Моторный)
Недостатками данного технического решения являются:
1. малая глубина полости тела мишени для облучаемого материала (2 мм) приводит к неполному поглощению протонов и тем самым к снижению производительности мишенного устройства;
2. применение фторопластовых прокладок может привести к попаданию продуктов деструкции фторопласта в облученную воду и снижению радиохимического выхода РФП при использовании радионуклида, полученного с помощью данного мишенного устройства;
3. конструкция тела мишени выполнена так (малая конденсационная поверхность камеры для облучаемого материала, отсутствие оребрения, прокладка между задней стенкой мишени и телом мишени), что не обеспечивает достаточного охлаждения его и приводит к снижению производительности мишенного устройства.
Прототип
В качестве прототипа было выбрано мишенное устройство для получения радионуклида фтор-18 содержащее, тело мишени с полостью для облучаемого материала, расположенной в центральной части передней поверхности тела, фланец, его заднюю стенку и фольги. Мишенное устройство дополнительно содержит зажимную пластину, тело мишени выполнено цельным, из ниобия, сверху и снизу имеет резьбы 10-32 UNF, высота полости для облучаемого материала составляет 41 мм, полость имеет овальную форму, дно ее выполнено скошенным под углом 45 градусов, задняя стенка тела мишени имеет оребрение, по форме и местоположению совпадающее с овальной полостью на передней поверхности тела мишени, фланец имеет углубление для крепления тела мишени, расположенное таким образом, что центр тела мишени расположен на 11 мм выше центра отверстия для пучка протонов, задняя стенка фланца имеет выемку для циркуляции охлаждающей воды, в верхней и нижней части которой имеются резьбы G1/4, фольги расположены одна между телом мишени и фланцем, другая - между фланцем и зажимной пластиной (Патент на полезную модель МИШЕННОЕ УСТРОЙСТВО К ЦИКЛОТРОНУ С ЭНЕРГИЕЙ ПРОТОНОВ 18 МэВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА ФТОР-18 В ВИДЕ ФТОРИД-АНИОНА №114260).
Недостатком данного технического решения является недостаточное охлаждение корпуса мишени, связанное с тем, что снятие тепла происходит только с задней стенки мишени, в следствии чего при повышении тока пучка мишень перегревается.
Задача
Задача, на решение которой направлено техническое решение, представленное в полезной модели МИШЕННОЕ УСТРОЙСТВО К ЦИКЛОТРОНУ С ЭНЕРГИЕЙ ПРОТОНОВ 12-18 МэВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА ФТОР-18 заключается в оптимизации охлаждения корпуса мишени.
2
18
Данная задача решается за счет того, что водяная полость корпуса мишени (1) выполнена тонкостенной конусной или сферической формы с толщиной стенки от 0,5 до 2 мм. За счет этого появляется возможность подать охлаждающую воду на большую площадь поверхности корпуса мишени, а также улучшается теплообмен между рабочим телом (HO) и охлаждающей водой за счет уменьшения толщины стенки, выполненной из плохо проводящего тепло ниобия или тантала.
Технический результат
Техническим результатом данного решения является увеличение производительности мишени за счет оптимизации теплообмена между рабочим телом и охлаждающей водой. Максимальная производительность мишени при токе пучка 50 мкА составляет 7 Ки за 2 часа облучения.
Раскрытие полезной модели
Мишенное устройство содержит коллиматор (2), корпус коллиматора с охлаждением (3), выходную фольгу (4), фольгу мишени (5), узел гелиевого охлаждения межфольгового пространства (6), заднюю крышку (7) с узлом охлаждения корпуса мишени (8), корпус мишени (9). Корпус мишени выполнен цельным из ниобия или тантала (данные материалы используются по причине их высокой химической инертности). Водяная полость мишени тонкостенная, конусной или сферической формы (9). Вверху над водяной полостью расположен демпфирующий объем (10) для компенсации теплового расширения воды и выделяющейся газовой фазы при испарении и радиолизе воды, в демпфирующий объем введен канал подачи гелия для продувки мишени (11), в нижней части водяной полости находится канал для заправки и выпуска воды из мишени (12).
Осуществление полезной модели
18
18
Процесс получения радионуклида фтор-18 осуществляется следующим образом. Проходя через коллиматор (2), пучок ускоренных протонов обрезается, при этом остается та часть пучка, которая может быть эффективно использования для протекания O(p,n)F реакции. Далее пучок проходит через выходную фольгу (4) и фольгу мишени (5). Выделенная в виде тепла на фольгах мощность снимается потоком гелия, подаваемого в полость между двумя фольгами. Далее пучок проникает непосредственно в водяную полость мишени (1) и поглощается рабочим телом. При этом, чем больше ток пучка, тем большая мощность поглощается рабочим телом. Чтобы максимально улучшить теплоотвод от корпуса мишени, водяная полость выполнена тонкостенной конусной или сферической формы с толщиной стенки от 0,5 до 2 мм. При этом большая часть внешней стороны водяной полости омывается охлаждающей водой через систему охлаждения мишени (8), а ее тонкостенная конструкция позволяет максимально улучшить теплопередачу между рабочим телом и охлаждающей водой.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания конструкции мишенного устройства, приведены сборочный чертеж мишенного устройства (Фиг. 1) и чертеж корпуса мишени (Фиг. 2):
1 - водяная полость корпуса мишени; 2 - коллиматор; 3 - корпус коллиматора с охлаждением; 4 - выходная фольга; 5 - фольга мишени; 6 - узел гелиевого охлаждения межфольгового пространства; 7 - задняя крышка; 8 - узел охлаждения корпуса мишени; 9 - корпус мишени; 10 - демпфирующий объем; 11 - канал подачи гелия; 12 - канал для заправки и выпуска воды из мишени.