بررسی تولید رادیوایزوتوپ‌های 18F و 13N با استفاده از هدف مایع چرخشی سیکلوترون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده‌ی کشاورزی هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران،

2 گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه زنجان

3 پژوهشکده‌ی کشاورزی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی

4 گروه فیزیک، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)

چکیده

 (با عرض پوزش چکیده مقاله به دلیل وجود مشکلات سایت با اشکال فراوان همراه است لطفا از روی پی دی اف مطالعه فرمایید)
دو رادیوایزوتوپ  18F (T1/2=109.7 min, Iβ+= 97%, Eβ+= 0.63 MeV) و 13N (T1/2=10min, Iβ+=100%, Eβ+=0.96 MeV)، min    کامل تقریباً از طریق گسیل پوزیترون واپاشی می­‌کنند. به همین سبب، از این دو رادیوایزوتوپ به منظور مقطع­‌نگاری گسیل پوزیترون (پی ای تی) در تشخیص سلول‌های سرطانی استفاده   می‌شود. در این مقاله، پس از محاسبه­‌ی توابع برانگیختگی برای واکنش‌­های هسته­‌ای منجر به 18F, 18O (p, n) 18F, و 13N, 16O (p, α) 13N برای تولید با شتاب‌­دهنده­‌ی سیکلوترون و میزان حرارت سپرده شده به مایع هدف تعیین شد. برای برداشت حرارت ایجاد شده‌­ی حاصل از پرتوی فرودی در هدف، یک مبدل حرارتی مینیاتوری طراحی و ساخته شد. طراحی حرارتی این مبدل با استفاده از نرم‌­افزار Aspen HTFS+ انجام شد. نقشه­ی ساخت آن نیز با نرم­‌افزار SolidWorks ترسیم شد. پس از ساخت مبدل حرارتی و جانمایی هدف مایع چرخشی در اتاق هدف مایع، تولید N13 از راه بمباران پروتونی آب خالص با انرژی MeV17.5 به منظور صحه­‌گذاری محاسبات نظری انجام گرف.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • M Mirzaii 1
  • Z Abdi 2
  • K Yousefi 3
  • M Rahimi 3
  • T kAKAVAND 4
  • SH Fazli 2
چکیده [English]

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.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • 18F
  • 13N
  • Positron Emitter
  • Cyclotron
  • Recirculation Liquid Target
  • Miniature Heat Exchanger

[1] E. Hess, S. Tak´acs, B. Scholten, F. T´ark´anyi, H.H. Coenen1, S.M. Qaim, Excitation function of the 18O (p, n) 18F nuclear reaction from threshold up to 30MeV, Radiochi. Acta 89 (2001) 357–362.

 [2] G.J. Cook, G.M. Blake, Quantification of skeletal kinetic indices in Paget’s disease using dynamic 18F-fluoride positron emission tomography. J. Bone Miner. Res. 17(5) (2002) 854-859.

 [3] M. Inubushi, JC. Wu, SS. Gambhir, G. Sundaresan, N. Satyamurthy, M. Namavari, S. Yee, JR. Barrio, D. Stout, AF. Chatziioannou, L. Wu, HR. Schelbert, Positron-Emission Tomography Reporter Gene Expression Imaging in Rat Myocardium. Circulation 107 (2003) 326-332.

 

[4] M.P. Chandler, Increased nonoxidative glycolysis despite continued fatty acid uptake during demand-induced myocardial ischemia, Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 282 (2002) 1871-1878.

 

[5] N. Tse, C. Hoh, R. Hawkins, M. Phelps, J. Glaspy, Positron emission tomography diagnosis of pulmonary metastases in osteogenic sarcoma, Am. J. Clin. Oncol. 17(1) (1994) 22–25.

 

[6] G.J.R. Cook, I. Fogelman, The role of positron emission tomography in skeletal disease, Semin. Nucl. Med. 31(1) (2001) 50-61.

 

[7] N. Satyamurthy, C. William Alvord, Tantalum [18O] Water Target for the Production of [18F] Fluoride with High Reactivity for the Preparation of 2-Deoxy-2-[18F]Fluoro-D-Glucose, Mol. Imag. Biol. 4(1) (2002) 65–70.

 

[8] R.B. Firestone, VS. Shirley, CM. Baglin, J. Zipkin, Table of isotopes. 8th Ed. New York, John Wiley and Sons (1996) 319-332.

 

[9] MG. Straatman, A look at 13N and 15O in Radiopharmaceuticals. Int. J. Appl. Radiat. Isot. 28 (1977) 13-20.

 

[10] ML. Firouzbakht, DJ. Schlyer, AP. Wolf, Cross-section measurements for the 13C (p, n) 13N and 12C (d, n) 13N nuclear reactions, Radiochi. Acta 55 (1991) 1-5.

 

[11] S.K. Zeisler, D.W. Becker, R.A. Pavan, R. Moschel, H. Ruhle, A water-cooled spherical niobium target for the production of [18F]fluoride, J. Appl. Radiat. Isot. 53 (2000) 449-453.

 

[12] W. Wieland, Recirculating Target and Method for Producing Radionuclide, patent application publication (2004).

 

[13] R. Iwata, T. Ido, F. Brady, T. Takahashi, A. Ujiee, [18F] Fluoride Production with a Circulating [18O] Water Target, Annual report of Tohoku University, J. Appl. Radiat. Isot. 38 (1987) 979-984.

 

[14] J.M. Doster, N. Elizondo, Recirculating Targets for 18F Radionuclide Production, North Carolina State University, Raleigh NC 27695-7909 (2008) 29-52.

 

[15] Y. Kiselev, Experiments with Recirculating Target for F-18 Production, Application of Accelerators: 17’th international conference (2003) 1129-1132.

 

[16] J.C. Clark, D.J. Silvester, A Cyclotron Method for the Production of Fluorine-18, J. Appl. Radiat. (1996) 151–154.

 

[17] CH. Broeders, M. Konobevev, A. Yu, A. Korovin, A. Yu, V.P. Lunev, M. Blann, ALICE/ASH-Pre-compound and Evaporation Model Code System for Calculation of Excitation Function, Energy and Angular Distributions of Emitted Particles in Nuclear Reaction at Intermediate Energies, Available at http://bibliothek.fzk.de/zb/berichte/ FZKA7183. pdf (2006).

 

[18] International Atomic Energy Agency, Experimental Nuclear Reaction Data (EXFOR), Database Version of October 07, 2014, https://www.nds.iaea.org/exfor/exfor.htm.

 

[19] SRIM, The Stopping and Range of Ions in Matter, James F. Ziegler, Jochen P. Biersack, Matthias D. Ziegler, Lulu Press Co (2010).

 

[20] Aspen Technology, Inc, http://www. aspentech. com (2014).