بررسي توليد راديوايزوتوپ هاي F18 و N13 با استفاده از هدف مايع چرخشي سيكلوترون

Investigation of 18F and 13N Radioisotopes Production Using Cyclotron Recirculating Liquid Target

دو راديوايزوتوپ F18 (MeV 63/0=Eβ+، 97%=Iβ+، min 109=2/1T) و N13 (MeV 96/0=Eβ+، 100%=Iβ+، min 10=2/1T) تقريباً به طور كامل از طريق گسيل پوزيترون واپاشي مي­ كنند. به همين سبب، از اين دو راديوايزوتوپ به منظور مقطع ­نگاري گسيل پوزيترون (PET) در تشخيص سلول­هاي سرطاني استفاده مي­شود. در اين مقاله، پس از محاسبه­ ي توابع برانگيختگي براي واكنش­هاي هسته ­اي منجر به F18، F18O (p, n)18 و N13، N13O (p, α)16، با استفاده از كد هسته ­اي ALICE-91 و مقايسه با داده­ هاي تجربي، بهترين بازه­ي انرژي براي توليد با شتاب­ دهنده ­ي سيكلوترون و ميزان حرارت سپرده شده به مايع هدف تعيين شد. براي برداشت حرارت ايجاد شده­ ي حاصل از پرتوي فرودي در هدف، يك مبدل حرارتي مينياتوري طراحي و ساخته شد. طراحي حرارتي اين مبدل با استفاده از نرم­ افزار Aspen HTFS+ انجام شد. نقشه­ ي ساخت آن نيز با نرم ­افزار SolidWorks ترسيم شد. پس از ساخت مبدل حرارتي و جانمايي هدف مايع چرخشي در اتاق هدف مايع، توليد N13 از راه بمباران پروتوني آب خالص با انرژي MeV5/17 به منظور صحه ­گذاري محاسبات نظري انجام گرفت.

Two radioisotopes of 18F (T1/2=109.7 min, Iβ+= 97%, Eβ+= 0.63 MeV), and 13N (T1/2=10min, Iβ+=100%, Eβ+=0.96 MeV) decay almost completely via positron emission. Due to this characteristic, these radioisotopes are used in PET (positron emission tomography) camera for detection of cancer cells. In this article, after calculating the excitation function for nuclear reactions leading to the 18F, 18O (p, n) 18F, and 13N, 16O (p, α) 13N formation using the ALICE-91 nuclear code and by a comparison of the results with the experimental data, the best range of energy to produce with a cyclotron accelerator and the amount of heat deposited to the target material, was determined. For the waste heat removal, a miniature heat exchanger was designed and manufactured. A thermal design of the heat exchanger by the Aspen HTFS+ software was created, and its mechanical plan sheet was drawn using the SolidWorks software. After the fabrication of the heat exchanger and recirculation liquid target located at the liquid target room, 13N was produced via pure water proton bombardment with 17.5 MeV energies verifying the theoretical calculations.