up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله سيکلوترون هاي IBA PDF
QR code - سيکلوترون هاي IBA

سيکلوترون هاي IBA

سيکلوترون هاي IBA و ويژگي آنها

(Ion Beam Application) IBA کارخانه ساخت و طراحي سيکلوترون در کشور بلژيک است. اين کارخانه يکي از بزرگ ترين سازندگان شتاب دهنده ذرات، براي توليد راديوايزوتوپ هاي مورد استفاده در سيستم هاي پزشکي هسته اي ( PET, SPECT ) است. هدف اين کارخانه دسترسي به راديوايزوتوپ هاي ارزان تر، تخصصي تر، قابل اعتماد و با کيفيت بالا جهت استفاده در بخش هاي پزشکي هسته اي و راديوتراپي است. برخي از دستگاه هاي اين کارخانه مربوط به حوزه اي خاص و برخي نيز چند منظوره هستند. به عنوان مثال سيکلون ۳۰ اساساً براي توليد راديوايزوتوپ هاي مورد استفاده در SPECT مورد توجه است. سيکلون ۱۸ ۹ و ۱۰ ۵ و ۳ براي توليدات راديوايزوتوپ مورد استفاده در PET و SPECT مورد توجه قرار گرفته اند.
در مباحث زير به خصوصيات هر يک از اين سيکلوترون پرداخته شده است.
سيکلوترون هاي IBA و تقسيم بندي آنها بر اساس توليدات اين کارخانه:
به طور کلي IBA سيکلوترون هاي زير را طراحي، توليد و به بازار تجارت عرضه داشته است.
Cyclone ۳۰
Cyclone ۱۸ ۹
Cyclone ۱۰ ۵
Cyclone ۱۸
Cyclone ۲۳۰
سيکلوترون هاي C۱۸ ۹ و C۱۰ ۵
سيستم هاي سيکلون ۱۸ ۹ و ۱۰ ۵ شامل سيکلوترون هاي متراکم و شامل طيف وسيعي از هدف ها و روش هاي اتوماسيون شيميايي هستند.
اين سيستم ها براي توليد راديوايزوتوپ هاي ۱۸F، ۱۵O، ۱۱Cو ۱۳N در PET طراحي شده اند. علاوه بر مصارف بيمارستاني نوع ۱۸ ۹ قادر به تأمين مواد راديوايزوتوپ براي توزيع نيزهستند.
● جنبه هاي اساسي C۱۸ ۹ و مزاياي آن
۱) شتاب دادن به ذرات دوگانه و دستيابي به دسته اشعه دوتروني ما را قادر به توليدات زير مي کند.
۱۵O ۲ با استفاد ه از هدف گاز خنثي و پرهيز از به کار بردن ماده خالص به عنوان هدف (هزينه کمتر).
۱۸F (۳ از طريق واکنش مورد نياز (گاز خنثي نئون). شتاب دادن به Mev پروتون، ۹ Mev و بهره بالايي اين سيستم از خصوصيات آن است.
دسته اشعه دوترون با انرژي ۹ Mev از طريق هدف گاز خنثي نئون موجب توليد مقدار زيادي از F اهميت خاصي به اين نوع سيستم داده است.
۴) هشت هدف (Eight Target) : وجود هشت پورت خروجي در اين سيکلوترون، قابليت تطبيق بالايي برحسب تعداد هدف هاي آماده براي توليد و اجازه استفاده از هدف هاي اضافي را در اين سيستم ايجاد کرده است.
۵) بمباران همزمان دو هدف: با اين عمل بازدهي دستگاه افزايش مي يابد و اجازه توليد همزمان دو راديوايزوتوپ را فراهم مي کند.
۶) اکسپوزکم: سيستم از شتاب دادن به يون هاي منفي بهره مي گيرد. اين عمل موجب کاهش دز کارکنان و فعال سازي ابزارهاي مجاور در کمترين ميزان ممکن مي شود.
۷) امکان دستيابي به خطوط دسته اشعه خارجي: C۱۸ ۹ امکان نصب يک خط دسته اشعه خارجي. متصل به يکي از ۸ پورت يا گذرگاه خروجي را براي توليدات ويژه فراهم مي کند. اين هدف مي تواند جدا از سيستم باشد. C۱۸ ۹ تنها سيکلوترون PET است که چنين قدرت انطباقي را دارد.
۸) مقرون به صرفه بودن: طراحي آهنرباي واحد در IBA قيمت را پايين آورده است. به علاوه توان مصرفي مورد نياز را نيز کاهش داده است. با کنترل مدار منطقي برنامه ريزي شده براي سيکلوترون و روش شيميايي وابسته، نياز به کمترين کارکنان بخش را ايجاد کرده است. هيچ فاکتور محدودکننده اي در حال حاضر براي اين سيستم وجود ندارد. زيرا تمام امکانات براي توليدات PET در آينده و توزيع آنها را پيش بيني کرده است.
● سيکلون نوع C۱۰ ۵ و ويژگي هاي آن
۱) شتاب دادن به ذرات دوگانه. توليد دوترون و شتاب آنها براي توليد ۱۵O اساسي است . هدف از گاز خنثي تشکيل شده است.
۲) هشت هدف جداگانه با هشت گذرگاه (port ) خروجي (مانند C۱۸ ۹ ).
۳) قابليت بمباران هدف هاي دوگانه (مانند C۱۸ ۹ )
۴) اکسپوزرکم (مانند C۱۸ ۹ )
۵) انتخاب عمل خود حفاظ (self shielded ). سيکلون C b s را مي توان به گونه اي نصب کرد که در يک آرايش خود حفاظ باشد. دز در اطراف آن به کمترين مقدار ممکن مي رسد سيستم را مي توان در داخل اتاقکي با ضخامت استاندارد قرار داد.
۶) مقرون به صرفه بودن
۷) کمترين فضاي مورد نياز براي نگهداري: اين سيستم نيز مخصوص PET است و کمتر از ۱۲ تن وزن دارد. به راحتي براي توليد ترکيبات مورد نياز PET استفاده مي شود.
● سيکلون C۳۰ و ويژگي هاي آن
۱) شتاب دادن به پروتون تا ۳۰ Mev : اين سيکلوترون داراي ميدان ثابت، فرکانس ثابت، دسته اشعه پروتوني دوتايي با انرژي متغير است که براي توليد راديوايزوتوپ ها مفيد است. انرژي پروتون در هر دو دسته اشعه توليدي به طور مستقل قابل تنظيم است.
۲) توليدات ايزوتوپ هاي مهم مورد استفاده PET و SPECT : وجود بيش از ۱۰ گذرگاه (پورت Port ) خروجي با تنوعي از هدف ها و سيستم شيمي مدرن آن، اين امکان را فراهم مي آورد که طيف وسيعي از ايزوتوپ هاي مورد استفاده PET و Speet توليد کند.
۳) به طور همزمان دو هدف را مي توان بمباران کرد. دو ايزوتوپ مختلف يا دو ايزوتوپ يکسان توليد کرد.
۴) اکسپوزکم
۵) خطوط بيم خروجي: در اين سيکلوترون بيش از ۱۰ خط بيم خروجي را براي اهداف مختلف مي توان به دست آورد.
۶) شتاب دوگانه ذرات: شتاب اختياري دوترون بين ۹ تا ۱۵ Mev اجازه توليد ترکيبات O، F را مي دهد. اين سيستم براي کاربردهاي تحقيقاتي نيز مفيد است.
۷) مقرون به صرفه بودن
۸) مدل هاي استاندارد اين سيکلوترون جريان هاي ۳۵۰ ، ۷۰۰ و تا ۱۵۰۰ ميکروآمپر را فراهم مي کند.
طرح نصب استاندارد اين سيستم درآمده است.
● سيکلون ۲۳۰ و ويژگي هاي آن
▪ اصول کاربردي
يون هاي منفي از يک منبع يوني با زائده هاي چندگانه ( Multicaps ) خارجي توليد و به طور محوري در داخل سيکلوترون تزريق مي شود. يک ميدان الکتريکي متناوب با ولتاژ بالا به يک زوج الکترود به نام Dها القا مي شود و در داخل Dها يک ميدان مغناطيسي ثابت برقرار است. يون منفي از اين ميدان انرژي کسب مي کند. فرکانس راديويي براي پروتون و دوترون در اين سيستم ثابت است. يون ها در هر يک چهارم هارمونيک شتاب دار مي شوند. هنگام استخراج شعاع، الکترون ها از يون ها جدا مي شوند (برهنه مي شوند.) (با عبور از ورقه هاي نازک کربني).
بارهاي مثبت توليدي P+ و D+ با يک ميدان مغناطيسي خارجي با بازده ۹ ۹۹% منحرف و استخراج مي شوند. با اين روش مي توان به طور همزمان دو دسته اشعه را استخراج کرد و از آن به طور همزمان براي بمباران دو هدف استفاده کرد.
● ويژگي ها و مزاياي سيکلون ۲۳۰
اين سيکلوترون از نوع ايزوکرونيوز ( Iso chronous ) يا همزون است. ساده ترين، ارزان ترين و مؤثرترين راه براي توليد پرتوهاي ۲۳۰ Mev است. به طور وسيعي مورد استفاده قرار مي گيرند و بيشتر در جنبه تحقيقات فيزيک انرژي بالا و راديوتراپي مورد توجه هستند. ويژگي هاي بارز اين نوع عبارتند از:
۱) ساده بودن، قابل اعتماد بودن و کاربردي بودن با امواج پيوسته است. برخلاف سينکروترونها پارامترهاي ماشين با زمان ثابت است تنها تعدادي از پارامترهاي آن قابل تنظيم است.
۲) قابليت اسکن دارد. شدت تمرکز بالا دسته اشعه پيوسته و قابليت کنترل دسته اشعه در فاصله زماني ۱۵ ميکروثانيه، و دسته اشعه پس از ؟؟ منبع در مدت ۴۵ ميکروثانيه به مريض مي رسد.
۳) دسته اشعه کامل براي اسکن کردن: شدت در اختيار، به طور ساده اي اجازه گيت ( gate ) تنفس را بدون طولاني کردن زمان درمان براي ميدان خيلي بزرگ را فراهم مي کند (درماني).
۴) ايمني و پايداري يکي از خصوصيات اين سيکلوترون است. وجود دسته اشعه با انرژي ثابت، تفرق پايين از خصوصيات اين تيم است.
سيکلوترون هاي توليد کوچک ( small production cyclotrons )
سيکلوترون TR۳۰ : اين نوع سيکلوترون يک سيکلوترون توليد کوچک است و قادر است پرون ها را تا انرژي ۳۰ Mev شتاب بدهد. توسط TRIMF طراحي شده است و قادر به توليد راديوايزوتوپ مورد استفاده در صنعت و پزشکي است. طرح اوليه آن با جريان ۳۵۰ ميکروآمپر ولي امروزه تا جريان ۵۰۰ ميکروآمپر افزايش يافته است. اين سيکلوترون از نوع تجاري است که مورد توجه قرار گرفته است.
TRIUMF در سال ۱۹۹۵ با بروز کردن يا توليد جريان آن را تا ۱ ميلي آمپر افزايش داده است. در بخش فرکانس راديويي و در منبع توليد يون هيدروژن و سيستم تزريق آن تحول ايجاد شده است.
سيکلوترون TR۱۳ در سال ۱۹۹۵ اين شرکت نوعي از سيکلوترون کوچک به نام TR۱۳ توليد نمود، اين ماشين قادر است پروتون ها را تا ۱۳ Mev شتاب دهد. اين سيستم براي توليدات PET در بيمارستان ها استفاده وسيعي دارد و قادر است تا ۶۰ Mev جريان دسته اشعه دوگانه به طور همزمان براي دو هدف ايجاد کند. اين سيکلوترون يکي از سيکلوترون هايي است که در بيمارستان استفاده وسيعي دارد. (شکل ).
سيکلوترون نوع ( PET trace )اين سيکلوترون هم پروتون و هم دوترون را شتاب مي دهد. براي يک هدف F, ۲.۵ را توليد مي کند. علاوه بر ۱۸F بسياري از راديوايزوتوپ هاي تحقيقاتي را مي توان با آن توليد کرد. از قابليت دو دسته اشعه با خروجي جداگانه برخوردار است.
علاوه بر هدف هاي گازي از هدف هاي جامد نيز استفاده مي کند. توليد ۱۲۴I، ۸۶Y، ۶۴CU نيز از توليدات اين سيکلوترون است. دو آرايش آن موجود است يکي آرايش خود حفاظ که نيازي به ساختارهاي خارج از ساختمان خود براي حفاظ ندارد و ديگري آرايش حفاظ نشده که به راحتي اجازه حفاظت هدف را فراهم مي آورد و در داخل بونکري از بتن قرار مي گيرد.
● نوع MIN trace يا ( MIN trace Proton Acceleration sys )
اين نوع سيکلوترون يک سيستم فشرده و جمع و جوري با سيستم خود حفاظ براي مصارف کلينيکي و مصارف و پخش مواد راديوايزوتوپ استفاده مي شود. همه ردياب هاي مورد استفاده PET را مي تواند توليد کند. در اين سيکلوترون مي توان را به دست آورد.
سيکلوترون هاي CTI، IBA و Ebco آکسفورد
اين سه مرکز سه نوع سيکلوترون مختص مطالعات PET را معرفي کرده اند. نوع RDS ۱۱ که توسط CTI ساخته شده است. اين سيکلوترون داراي ويژگي هاي زير است. شتاب دادن به يون منفي هيدروژن تا ۱۱ Mev داراي تسهيلات خود حفاظ و مختص کارهاي مربوط به PET است. نوع IBA cylcone ۳ D که دوترون ها را تا انرژي ۳ ۸ Mev شتاب مي دهد و براي توليد O مورد استفاده قرار مي گيرد. مدل MC۴۰II که قادر است پروتون ها را تا ۴۰ Mev شتاب دهد، دوترون را پيش از ۲۰ Mev ، هليوم ۳ ، تا انرژي Mev و هليوم ۴، He، تا انرژي ۴۰ Mev شتاب مي دهد.
● جمع بندي، نيازهاي بازار، بهينه سازي سيستم ها و پيشرفت هاي آتي در سيکلوترون
در دهه هاي گذشته، شتاب دهنده ها براي توليد راديوايزوتوپ ها مورد استفاده قرار گرفته اند، اين وسايل به عنوان وسايل مکمل آکنورها که در توليد راديوايزوتوپ هاي غني از نوترون به کار مي روند. مطرح بوده و هستند. ابتدا ساخت شتاب دهنده به منظور تحقيقات در حوزه فيزيک هسته اي صورت گرفت. در طول دو دهه اخير اخير بحث توليد راديوايزوتوپ ها در حوزه هاي ديگر از جمله پزشکي نياز به توليد راديوايزوتوپ هاي کوتاه عمر را نيز علني ساخت. که وجود سيکلوترون در اين قسمت از اين زنجيره توليد را غيرقابل انکار ساخت. با معرفي سيستم PET و راديوايزوتوپ هاي مورد استفاده در آن از جمله F و ديگر راديوايزوتوپ هاي کوتاه عمر استفاده از سيکلوترون در محل قطعي کرد.
اولين نسل سيکلوترون هاي تجاري که ماشين هاي پروتون نيز ناميده مي شدند، خيلي شبيه ماشين هاي تحقيقاتي اوليه بودند. به خاطر کاربرد آسان و پايين آوردن قيمت، توليد راديوايزوتوپ در داخل مگنت ماشين انجام مي شد. در سال ۱۹۷۰ مشخص شد که شتاب دادن يون منفي H با فرآيند برهنه کردن آن، مفيد بودن جداسازي هدف و شتاب دهنده را بدون مشکلات موجود در يون هاي مثبت مد نظر قرار گرفت. سيستم هاي مختلفي ساخته شد. از جمله CP۴۲ توسط TCC، IBA در بلژيک، Ebco در Vencouver و ساخت TR۳۰ يا cyclone ۳۰ توسط TR۳۰ . اين ماشين ها به عنوان نسل سوم سيکلوترون ها مطرح شدند. با معرفي اولين اين ماشين ها، نياز بازار روز به روز موجب ساخت انواع مختلفي از آرايش هاي متنوع آنها شد و اکنون نيز در بازار دنيا موجودند.
▪ نيازهاي بازار
در آمريکاي شمالي و آسيا توليد راديوايزوتوپ ها با استفاده از سيکلوترون رشد ۲۰% در سال را به خود اختصاص داده است. بيشترين رشد توليد مربوط به ۲۰۱ TL در آمريکا و ۱۲۵ I در ژاپن بوده است. ژاپني ها قبول کرده اند که در دهه آينده نيز رشد ۱۰% در سال را داشته باشند. بيشتر محققان معتقدند رشد ۲۰۱ TL در آمريکا در دهه آينده افزايش خواهد يافت. بنابراين مصرف بازار براي چند سال آتي نيز با رشد چند درصدي مواجه است. گرچه پيش بيني دقيق آن ممکن نيست. از طرفي توليد راديوايزوتوپ هاي کوتاه عمر در سيکلوترون ها از نظر تجاري قدري متفاوتند، چون در همان لحظه بايستي مصرف شوند. از جمله خصوصيات اين راديوايزوتوپ ها عبارتند از: ۱ تابش، پردازش و حمل آنها در زمان صورت مي گيرد ۲ مصرف معمولاً ثابت است. ۳ دز تابش تجمعي آنها با نگهداري و بازيافت براي پرسنل با هزينه بالايي همراه است۴ ) به محض توليد بايستي مصرف شوند.
با توجه به اين موارد، سيکلوترون بايستي در محل مصرف باشد. بنابراين قابل دسترس بودن، متنوع بودن و کمترين دز توليدي براي پرسنل از جمله خصوصيات سيکلوترون ها است.
▪ بهينه سازي
بنابراين براي پاسخ به تقاضاي بازار، توليدکننده با بهينه سازي توليدات خود درصدد کسب سود بيشتر و ارزش افزوده آن با بهينه سازي است.
از جمله اصول افزايش توليد در نسل سوم سيکلوترون عبارتند از:
۱) طراحي مغناطيس که کانوني کردن عمودي شديدي را براي جلوگيري از کاهش شتاب ذرات فراهم مي کند.
۲) شتاب دادن به يون هاي منفي H و D که اجازه استخراج با فرايند برهنه کردن را فراهم مي کند.
۳) هدف ها در مکان هاي جداگانه درون حفره هاي جايگذاري مي شوند و با اين کار بيشترين ترکيب راديواکتيو را مي توان به دست آورد.
۴) خلأ خوب (کمتر از ۷ ۱۰) داخل تانک شتاب براي کاهش افت انرژي دسته اشعه برهنه شده.
۵) منبع يون خارجي که خلأ را بهبود مي بخش دو دستيابي را راحت تر مي کند.
۶) سيستم هاي قياسي (Modulator ) با نرم افزارهاي خاص که در خارج از سيستم فعاليت دارد.
۷) استفاده از فعال سازي مواد کمتر و کاهش وابستگي سيستم به موادي که در اثر آسيب تابشي از بين مي روند.
۸) استفاده از طراحي هاي با بازده توان بيشتر.
۹) بهينه سازي کيفيت بيم و پايداري بيم براي کاهش نقاط داغ در هدف.
۱۰) سيستم کنترل پيشرفته با استفاده از plcs و گرافيک هاي تجاري مورد استفاده جدول (ضميمه ۲) تعدادي از سيکلوترون هاي تجاري براي توليد راديوايزوتوپ را نشان مي دهد.
با مقايسه سيکلوترون هاي CP۴۲ (نسل دوم) و TR۳۰ (نسل سوم) ملاحظه مي شود که هر دو سيستم داراي برنامه يکسان، هستند. تنها تفاوت آنها در بار آزاد شده توسط آنها است. با پيشرفت در نسل سوم خروجي جريان افزايش يافته است. جدول (ضميمه ۲). برخي از اين خصوصيات را نشان مي دهد.در حال حاضر TR ۳۰ با بهينه سازي به جريان ۱ mA رسيده است. اين سيکلوترون در ابتدا براي جريان ۳۵۰ ميلي آمپر طراحي شده بود. دز کارکنان نيز در اين سيکلوترون ها روز به روز بهبود يافته است.
▪ پيشرفت هاي آينده
دستيابي به جريان بيشتر، اجازه مانور بيشتر، برنامه ريزي زمان بندي دقيق، مقرون به صرفه بودن و کاهش فشار بر سيستم در هنگام عدم استفاده، استفاده بهينه در ظرفيت، پيک از برنامه هاي آتي سازندگان سيستم هاي سيکلوترون است. به عنوان مثال بهينه سازي سيستم TR ۳۰ در کارخانه TRIumf نشان داد که جريان را مي توان تا ۲ mA از يون هاي H به دست آورد. کار و فعاليت روي منبع يون و سيستم هاي تزريق انرژي اين امکان را فراهم مي کند که اين جريان را توليد کنيم. به هر حال سازندگان سيکلوترون روز به روز دنبال بهينه سازي سيستم هاي خود هستند تا هر چه بيشتر قابليت آنها را افزايش دهند.

سيکلوترون يک شتاب دهنده ذرات باردار است که در سال ۱۹۲۹ توسط Ernesto Lawrence با کمک همکاران و دانشجويانش در دانشگاه کاليفرنيا طرحي کرد و در سال ۱۹۳۰ ب ...

در اين آزمايش اثر غلظت‎هاي مختلف ايندول بوتيريک اسيد (IBA) و بسترهاي ريشه‎زايي بر ريشه‎دار شدن قلمه‎هاي ساقه برگدار ژينکو بيلوبا در گلخانه مجهز به سيس ...

دستيابي به انرژي بالا يکي از آرزوهاي فيزيکدانان ، شيميدانان ، دانشمندان طب و ... و حتي با وجود امکان دست رسي به انرژي بالا هنوز هم تلاشها براي فراهم آ ...

جيوه که آن را سيماب ( quicksilver ) هم مي نامند عنصر شيميايي است که در جدول تناوبي داراي نشان Hg و عدد اتمي ۸۰ مي باشد. جيوه که فلزي سبک ، نقره اي ، س ...

Cernيک لابراتورار اروپايي براي ذرات فيزيک است. در اين لابراتوار بزرگترين وعميق ترين آزمايشات و تحقيقات از سال ۱۹۵۴ برروي ذرات فيزيکي انجام مي گرفته اس ...

مشکل کمبود آب در سطح جهان و به تبع آن خشکسالي و از بين رفتن منابع طبيعي، باعث شده است که کمبود علوفه و غذاي دام، به يکي از مهمترين دغدغه هاي صنعت دامپ ...

اندازه گيري گازهاي خطرناك روز به روز در صنعت امروز اهميت بيشتري پيدا مي كند. كارخانه ها كميته اي براي ايجاد استانداردهاي محيطي تشكيل داده اند و شرايط ...

دانلود نسخه PDF - سيکلوترون هاي IBA