КОНЦЕПЦИЯ МУЛЬТИИЗОТОПНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ А

КОНЦЕПЦИЯ МУЛЬТИИЗОТОПНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ А. Н. Довбня, В. И. Никифоров, В. Л. Уваров (ННЦ ХФТИ, Харьков, Украина) uvarov@kipt. kharkov. ua

1. ВВЕДЕНИЕ 1. 1. Проблемы с обеспечением радионуклидной продукцией. 1. 2. Дефицит Тс-99 m. 1. 3. Фотоядерные методы 238 U( , f)99 Mo 99 m. Tc 100 Mo( , n)99 Mo 99 m. Tc 1. 4. Cu-67, Tc-95 g, Pt-193 m, 195 m и др. 1. 5. Сечения, выходы целевых изотопов и примесей

Таблица 1. Основные реакции получения Сu-67

Таблица 2. Сравнительные характеристики методов производства Сu-67

2. Этапы разработки фотоядерной технологии I. Получение исходных ядерно-физических данных. Предварительная оценка выхода целевого изотопа и примесей. II. Разработка оборудования и технологических режимов для генерации и выделения изотопов • разработка методов расчета фотоядерного выхода изотопов в технологических мишенях; • моделирование и оптимизация состава выходных устройств; • создание специализированного ускорителя электронов; • создание выходных устройств и систем диагностики излучения. III. Синтез и испытания РФП. IV. Лицензирование РФП.

3. Разработка методов расчета фотоядерного выхода изотопов в технологических мишенях 3. 1. МС моделирование на основе программной системы PENELOPE • прямое моделирование событий • SBSM метод a Рис. 1. Распределение ядер 67 Cu в мишени при ее облучении: а – прямым пучком электронов, b – тормозным излучением b

a b Рис. 2. Распределение активности в цинковой мишени при облучении: а – прямым пучком электронов, b – тормозным излучением (SBSM метод) a Рис. 3. Иллюстрация адекватности и эффективности DSE и SBSM методов: а –пучок электронов, b – тормозное излучение b

3. 1. Аналитический метод оценки фотоядерного выхода изотопов Рис. 4. Конфигурация основных элементов для фотоядерного производства изотопов (1) (2) а также для выхода «эффективных» фотонов ( min< E 0) (3)

Таблица 3. Выход «эффективных» фотонов при разной толщине W-конвертера ( min=7. 2 Мэ. В) Таблица 4. Выход «эффективных» фотонов для разных реакций (W-конвертер, d=4 мм)

(4) (5) где Гі – ширина сечения на полувысоте, i – энергия фотонов, соответствующая максимуму сечения . (6) где (7) Как следует из формулы (6), размеры фотоядерной мишени R r(d+a+H/2), H -1( i) являются близкими к оптимальным. Действительно, при их увеличении выход изотопа несколько возрастает, однако резко снижается удельная активность мишени. Вместе с тем оказывается, что при этих размерах мишени с ней взаимодействует лишь ~30% тормозных фотонов, имеющих энергию выше порога реакции.

Таблица 5. Значения Si, 1(E 0)-фактора

Таблица 6. Фотоядерный выход изотопов (цилиндрическая мишень 2 х 2, см)

Рис. 5. Конфигурация основных элементов для фотоядерного производства изотопов

Рис. 6. Нормированный профиль пучка (а) и энергетический спектр ускорителя КУТ-30 (b) – сплошная кривая соответствует экспериментальным данным, а пунктирная - моделируемым

Рис. 7. Сечения реакций

a c b d Рис. 8. Поглощенная мощность излучения в конвертере (а), основной мишени (b), сателлите-1 (c) и сателлите-2 (d)

Таблица 7. Суммарная активность наработанных изотопов (m. Ci/100 mk. A·hour)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ При использовании для фотоядерного производства изотопов одной мишени с размерами, оптимизированными по соотношению ее общей и удельной активности, бóльшая часть надпороговых тормозных фотонов не участвует в процессе активации. Эффективность технологии можно повысить путем применения выходного устройства в виде последовательности мишеней, первой из которых является конвертер. В нем, в зависимости от материала, можно производить 181 W, 180 Ta, 193 m, 195 m. Pt, 192 Ir и др. За основной мишенью можно разместить дополнительные мишени. В каждом случае состав мишеней и режим их активации целесообразно оптимизировать методом моделирования с учетом сечения реакции и периода полураспада целевого изотопа. Так, в рассмотренном варианте выходного устройства при его облучении в режиме (40 Мэ. В, 200 мк. А), характерном для ускорителя КУТ-30 ННЦ ХФТИ, в основной мишени из природного цинка массой 45 г за 60 часов можно нарабатывать до 240 м. Ки изотопа 67 Сu. Этой активности достаточно для терапии 10 -12 пациентов. Дополнительно можно произвести до 27 Ки 192 Ir в конвертере (за 74 дня), а также до 2 Ки 57 Со (270 суток) и 200 м. Ки 11 С (20 мин. ) в мишенях-сателлитах. Выхода 11 С, в частности, достаточно для обеспечения работы позитрон-эмиссионного томографа. При использовании в качестве сателлита-2 газовой мишени можно также нарабатывать 18 F, 15 O и 13 N для ПЭТ.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!