Производство радионуклидов на ускорителях

Циклотрон

Из всех типов ускорителей циклотроны наиболее широко используются для производства р/н. Достоинством циклотрона является отсутствие инжектора, в котором происходит предварительное ускорение протонов, достаточно простая конструкция и высокая интенсивность пучка. Вывод пучка из циклотрона происходит при достижении заряженными частицами максимальной энергии, поэтому производители выпускают циклотроны, рассчитанные на генерацию пучков строго определенной энергии. Однако диапазон возможных энергий достаточно широк и простирается от 3 МэВ для малых циклотронов до 700 МэВ для больших синхроциклотронов, предназначенных для физических исследований. Число циклотронов, работающих по программе производства р/н, в последнее время в связи с быстрым ростом ПЭТ непрерывно возрастает.

Принцип действия циклотрона иллюстрируется на рис. 7.2. Ионы, производимые дуговым источником, инжектируются в центр вакуумного промежутка между двумя полукруглыми полыми металлическими камерами, называемыми дуантами. На электроды дуантов подается разность потенциалов, вызывающая ускорение ионов в промежутке между дуантами. Большой магнит создает почти однородное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости дуантов. Это поле вызывает закручивание траекторий ионов. Электрический потенциал подается на дуанты от высокочастотного осциллятора, который реверсирует полярность поля на дуантах перед тем, как заряженная частица достигает ускоряющего промежутка. Это вызывает новое ускорение частицы по направлению к другому дуанту. Приращение кинетической энергии при однократном прохождении промежутка равняется произведению заряда частицы на разность потенциалов и обычно находится в диапазоне от 30 до 60 кэВ. Диаметр полюсов магнита циклотронов, предназначенных для наработки р/н, как правило, изменяется от 75 до 150 см в зависимости от энергии выходящего пучка.

Рис. 7.2. Схема работы циклотрона.

Разнообразие ускоряемых частиц (р, d, ³Не, а) и широкий энергетический диапазон делают циклотрон гибкой системой, позволяющей производить широкий набор р/н. В табл. 7.2 приводится далеко не полный список р/н, получаемых в настоящее время на циклотронах. Причем для многих р/н существует несколько реакций, дающих одинаковый продукт. Например, 16, 8, 4 и 9 реакций можно использовать для позитронных излучателей ^ИС, ¹³N, ¹⁵0 и ¹⁶F. Детальное обсуждение этих вопросов имеется в работе [3].

Линейный ускоритель

Принцип работы линейного ускорителя основан на повторяющемся небольшом ускорении ионов высокочастотным полем при прохождении ионами зазоров между последовательными волноводами. Внутри трубы электрическое поле отсутствует, поэтому частицы движутся с постоянной скоростью к следующему зазору. При фиксированной частоте ускоряющего поля частицы должны достигать следующего зазора синхронно с ускоряющей волной. Достоинством линейных ускорителей является стабильность, высокое качество и большой ток пучков, возможность ускорения различных ионов до больших энергий. Вместе с тем линейные ускорители ионов потребляют большую электрическую мощность, а их линейные размеры значительно (почти линейно) возрастают с увеличением энергии генерируемого пучка ионов. Это препятствует их применению непосредственно в клиниках, и они используются главным образом в физике высоких энергий.

Таблица 7.2

Перечень наиболее важных для ЯМ р/н, производимых на циклотронах [1].

Радионуклид	Tl/2.	Вид распада	Ядерная реакция
	53,3 д.
	20,4 мин.
	9,98 мин.
	2,03 мин.
	109,8 мин.
	8,3 ч.
	17,6 ч.
	9,1 ч.
	78 ч.
	56 ч.
	4,6 ч.

Радионуклид	Tl/2.	Вид распада	Ядерная реакция
	2,8 д.
	13,2 ч.
	4,18 д.
	73 ч.
	51,9 ч.

* Электронный захват.

В настоящее время только три линейных ускорителя в мире (один из них в Дубне) производят заметное количество р/н, в основном тех, реакции получения которых идут при высоких энергиях бомбардируемых частиц. Перечень р/н, нарабатываемых данными ускорителями, представлен в табл. 7.3, наиболее важными из них являются ⁸²Sr и ⁶⁸Ge.

Рис. 7.3. Схема работы линейного ускорителя.

Таблица 7.3

Перечень полезных для ЯМ р/н, получаемых линейных на ускорителях [1].

Радионуклид	Tl/2.	Вид распада	Ядерная реакция
	2,6 г.
	21 ч.
	8,3 ч.
	244,3 ч.
	61,9 ч.
	270,8 д.

Радионуклид	Tl/2.	Вид распада	Ядерная реакция
	26 ч.
	80,3 ч.
	25,4 д.
	106,6 д.
	4,3 д.
	2,89 д.
	36,4 д.