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

1.ВВЕДЕНИЕ 1.1.Проблемы с обеспечением радионуклидной продукцией. 1.2.Дефицит Тс-99m. 1.3.Фотоядерные методы 238 U(,f) 99 Mo 99m Tc 100 Mo(,n) 99 Mo 99m Tc 1.4.Cu-67, Tc-95g, Pt-193m,195m 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.

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

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

(1) а также для выхода «эффективных» фотонов ( min < E 0 ) (3) 3.1. Аналитический метод оценки фотоядерного выхода изотопов Рис.4. Конфигурация основных элементов для фотоядерного производства изотопов (2)

Таблица 3. Выход «эффективных» фотонов при разной толщине W-конвертера ( min =7.2МэВ) Таблица 4. Выход «эффективных» фотонов для разных реакций (W-конвертер, d=4мм)

(5) где Г і – ширина сечения на полувысоте, i – энергия фотонов, соответствующая максимуму сечения. (4) (6) (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. где

Таблица 5. Значения S i,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

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

Таблица 7. Суммарная активность наработанных изотопов (mCi/100mkA·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, 193m,195m 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 МэВ, 200мкА), характерном для ускорителя КУТ- 30 ННЦ ХФТИ, в основной мишени из природного цинка массой 45 г за 60 часов можно нарабатывать до 240 мКи изотопа 67 Сu. Этой активности достаточно для терапии 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 мКи 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!