АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Лекция 4. Циклотрон

Циклотрон состоит из двух полых полукруглых металлических электродов (называемых ду антами), которые расположены между полюсами большого электромагнита (не показан на рисунке). Дуанты разделены между собой узким зазором. Вблизи от центра дуантов располагается источник ионов (как правило электрическая дуга в газе), который служит в качестве генератора заряженных частиц.

Рис.1. Схема циклотрона (показаны дуанты и источник ионов)

В момент работы, частицы, например ионы водорода - протоны (как показано на рисунке) импульсно генерируются источником ионов. Нить накала, расположенная в источнике ионов создает отрицательный заряд на ионах водорода путем присоединения двух электронов к водороду (на последующих иллюстрациях электроны изображены желтым цветом).

По мере того как отрицательно заряженные ионы влетают в вакуумную камеру они приобретают энергию благодаря высокочастотному переменному электрическому полю, индуцированному на дуантах.

По мере движения отрицательных ионов от источника, они подвергаются воздействию описанного электрического поля и сильного магнитного поля, генерируемого двумя магнитными полюсами (сверху и снизу от вакуумной камеры). Так как они являются заряженными частицами в магнитном поле, негативные ионы двигаются по циркулярной траектории.

Когда отрицательно заряженные ионы долетают до края дуанта и влетают в зазор, РЧ-осциллятор меняет полярность на дуантах. Отрицательно заряженные ионы отталкиваются по мере входа в ранее положительно, а теперь отрицательно заряженный дуант. С каждым проходом зазора, энергия частиц увеличивается, таким образом постепенно увеличивается орбитальный радиус и частицы двигаются по траектории расширяющейся к наружи спирали. Частицы отталкиваются от одного дуанта, двигаются по циркулярной траектории пока не начинают притягиваться другим дуантом заряд которого стал положительным. В результате, отрицательно заряженные ионы циркулярно двигаются по спирали к наружи.

Рис.2. Перезарядка дуантов

Поток отрицательных ионов направляется по направлению к первой карусели, расположенной между ускорителями и камерой мишени А. Карусели состоят из тонких угольных пластин, которые оделяют оба электрона от иона Н-. Когда отрицательные ионы теряют два электрона, они становятся ионами Н+ или протонами (на иллюстрации это показано утратой двух электронов желтого цвета).

Рис.2. Карусель

Путем перемещения экстрактора, управление которым реализуется при помощи компьютера, пучок протонов может быть разделен и направлен к двум различным мишеням. Разделяющая пластина располагается частично на пути пучка, таким образом, часть пучка экстрагируется. Оставшиеся частицы продолжают циркулярно двигаться, завершая дополнительный оборот.

Р ис.3. Система разделения ионов водорода. Carbon stripping foil - отделяющая угольная пластина ion beam - пучок ионов

В системах отрицательных ионов, протонный пучок разделяется путем пропускания его (Н-) через тонкую угольную пластину, расположенную на одной из четырех каруселях. Разделяющие пластины отделяют оба электрона от каждого атома Н^-.

Рис.4. Камера мишени

Когда отрицательно заряженные ионы водорода теряют оба электрона, они становятся ионами Н⁺ или протонами. Протоны проходят через пластину. Однако, несмотря на то, что их заряд сменился на противоположный, они все еще находятся под влиянием магнитного поля, двигаются по циркулярной орбите, по касательной к своей прежней траектории, от центра циклотрона. Этот поток протонов направляется к камере мишени. Разделяющие пластины имеют толщину от 5 до 25 микрон и имеют срок службы порядка 100 часов.

Камеры мишени интегрированы в общую систему производства радиоизотопов для оптимизации производительности обоих мишеней и других частей системы (циклотрона, линии переноса пучка, защиты и компьютерной системы управления). Камеры мишени компактны, что упрощает экранирование, установку и деинсталляцию для обслуживания и имеют простую и надежную конструкцию.

При подготовке к бомбардировке, внутрь камеры мишени помещают стабильный химический изотоп. Протонный пучок из циклотрона влетает в камеру мишени и путем ядерной реакции преобразует стабильный материал мишени в радиоактивный изотоп. Радиоизотопы нестабильны и распадаются, вызывая при этом эмиссию позитронов. Эта особенность и используется при визуализирующих исследованиях позитронно-эмиссионной томографии.

Вся работа системы производства радиоизотопов, включая циклотрон и биосинтезатор, управляется компьютером. Производство изотопа реализуется путем прохождения через серии меню на консоли управления. Оператор выбирает из меню требуемый для производства изотоп. Все остальные процессы проводятся автоматически. Управление системой производства радиоизотопов направлено на получение конечного продукта, а не на промежуточный ввод параметров для ускорителя. Существует отдельный режим технического обслуживания, предназначенный для мониторирования и контроля каждого компонента системы в отдельности. Полностью компьютерное управление позволяет значительно снизить требования к персоналу, оставляя больше времени для более важных задач.

Дата добавления: 2015-05-19 | Просмотры: 879 | Нарушение авторских прав