Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET

Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của cyclotron dùng để sản xuất đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán YHHN với máy PET

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NH N  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CỦA CYCLOTRON DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHĨNG XẠ TRONG CHUẨN ĐỐN YHHN VỚI MÁY PET SVTH: Ngô Văn Cát CBHD: TS Nguyễn Đông Sơn CBPB: ThS Lê Công Hảo -Tp HỒ CH MINH – 2009 LỜI CẢM ƠN Lời em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình em, ln quan tâm động viên em Em xin cảm ơn tới quý thầy cô khoa Vật Lý quý thầy cô môn Vật Lý Hạt Nhân, truyền đạt kiến thức quý báu để tạo hành trang cho em bước vào đời Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đông Sơn, thầy trực tiếp hướng dẫn em, để em thực hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Công Hảo, thầy truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa luận Tôi cảm ơn tới tất bạn lớp 05VLHN, giúp đỡ suốt thời gian tơi theo học làm đề tài khóa luận Kính chúc quý thầy cô bạn gia quyến dồi sức khỏe, hạnh phúc đạt nhiều thành công đường chọn Ngô Văn Cát Trang Mục lục………………………………………………………………………………… Danh mục chữ viết tắt………………………………………………………………… Danh mục kí hiệu……………………………………………………………………… Danh mục bảng biểu, hình vẽ………………………………………………………… Tổng quan………………………………………………………………………………6 CHƯƠNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ DÙNG VỚI MÁY PET…………………… 1.1 Nguyên tắc ghi ảnh máy PET…………………………………………… 1.2 Một số đồng vị dùng máy PET………………………………………… 1.3 Một số yêu cầu đồng vị…………………………………………………… 1.4 Cách tạo nguồn đồng vị y học………………………………………… 10 1.4.1 Chế tạo lò phản ứng……………………………………………10 1.4.1.1 Tách lọc từ sản phẩm phân hạch lò phản ứng…….10 1.4.1.2 Kích hoạt Neutron………………………………………… 11 1.4.1.3 Chế tạo đồng vị phóng xạ khác……………………… 12 1.4.2 Sản xuất máy gia tốc………………………………………… 13 CHƯƠNG VIỆC SẢN XUẤT CÁC ĐỒNG VỊ BẰNG MÁY CYCLOTRON 14 2.1 Sản xuất đồng vị máy Cyclotron…………………………………… 14 2.2 Giới thiệu Cyclotron………………………………………………………… 14 2.2.1 Nguyên lý Cyclotron……………………………………………………14 2.2.2 Nguyên lý cấu tạo máy Cyclotron………………………………………22 2.2.3 Nguyên lý hoạt động máy Cyclotron………………………………… 23 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MÁY RDS111…………………………………………26 3.1 Tóm lược lý thuyết vận hành………………………………………………… 26 3.2 Cấu tạo máy RDS111………………………………………………………… 27 3.2.1 Hệ thống chân không……………………………………………………28 3.2.2 Hệ thống nam châm…………………………………………………… 29 3.2.3 Hệ thống tần số RF……………….…………………………………… 31 3.2.4 Hệ thống nguồn Ion………………………………….………………… 32 3.2.5 Hệ thống tách…………………………………….………….………… 33 3.2.6 Tổng quan hệ thống bia…………………………….………………… 34 3.2.6.1 Ống chuẩn trực…………………………… …………………… 36 3.2.6.2 Bộ phận thay đổi bia……………………… …………………… 36 3.2.6.3 Bia………………………………………………… …………… 37 3.2.6.4 Thiết bị hỗ trợ bia……………………………………… ……… 38 3.2.7 Hệ thống hóa học……………………… ……………………………… 38 3.2.7.1 GPU…………………… ……………………………………… 39 3.2.7.2 Bia [O15]……………………… ……………………………… 39 3.2.7.3 CPCU……………………………… ……………………………39 3.2.7.4 FDG 4-RX ………………………… …………………………… 40 3.2.8 Sự che chắn…………………………………….……………………… 40 3.2.8.1 Hệ điều khiển che chắn………………… ……………………… 41 3.2.8.2 Khóa an tồn…………………………… ……………………… 41 3.3 Về người sử dụng…………………………………………………… … 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………………… 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Danh mục chữ viết tắt Ý nghĩa Chữ viết tắt RDS111 Hệ thống cấp liều xạ PIG Nguồn ion YHHN Y học hạt nhân PET Máy ghi ảnh cắt lớp LOR Sự trùng phùng ghi EC Sự bắt điện tử IT Sự chuyển đồng phân FDG Dược chất phóng xạ RF Tần số vơ tuyến U Thanh nam châm hình chữ U Dee Thanh nam châm Danh mục kí hiệu Eamu Năng lượng tương đương đơn vị khối lượng nguyên tử f RF Tần số góc hệ ω Vận tốc góc h Mode điều hòa Etot Năng lượng tổng hạt  Góc phương vị Rextr eff Bán kính phóng hạt hiệu dụng Danh mục bảng biểu hình vẽ Bảng 1.1 Một số nguồn đồng vị phản ứng kích hoạt……………………… 11 Bảng 1.2 Một số đồng vị phóng xạ…………………………………………… 12 Hình 1.1 Xác định tọa độ phân hủy positron máy PET………………… Hình 1.2 Nhiều LOR qua nhiều điểm……………………………………… Hình 2.1 Mơ hình đơn giản Cyclotron……………………………………… 22 Hình 2.2 Dạng khác Dee máy gia tốc đại………………… 23 Hình 2.3 Mặt cắt nhìn từ phía vùng gia tốc cho thấy Cyclotron với Dee mặt phẳng……………………………………………………………… 24 Hình 2.4 Cyclotron dùng vách ngăn tĩnh điện để chiết ion lượng cao ………………………………………………………………………………… 25 Hình 3.1 Hệ thống chân khơng………………………………………………… 29 Hình 3.2 Hệ thống cực nam châm…………………………………………… 30 Hình 3.3 Hệ thống bia………………………………………………………… 36 Hình 3.4 Bộ phận xử lý khí…………………………………………………… 39 Hình 3.5 Bộ phận xử lí hóa học……………………………………………… 40 Hình 3.6 Hệ thống che chắn…………………………………………………… 41 TỔNG QUAN Máy PET dùng để ghi ảnh cắt lớp dùng đồng vị phát positron Việc tạo đồng vị phát positron sản xuất với máy gia tốc Cyclotron Trong khóa luận này, chúng tơi tìm hiểu ngun lý cấu tạo, hoạt động hệ máy Cyclotron cụ thể RDS111, dùng để sản xuất nguồn đồng vị phóng xạ chuẩn đoán YHHN với máy PET Chương 1: Nguyên tắc ghi ảnh máy PET Một số yêu cầu nguồn đồng vị Các phương pháp tạo nguồn đòng vị phóng xạ dùng YHHN, lò phản ứng máy gia tốc Chương 2: Sản xuất đồng vị phóng xạ phát positron Cyclotron Tìm hiểu ngun lý cấu tạo nguyên lý hoạt Cyclotron Chương 3: Giới thiệu cụ thể hệ thống cấp liều xạ hạt nhân RDS111 CHƯƠNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ DÙNG VỚI MÁY PET 1.1 Nguyên tắc ghi ảnh máy PET Máy PET (positron emission tomography) máy ghi ảnh cắt lớp dùng đồng vị phát positron Đồng vị phóng xạ phát positron (β+) thay photon (gamma) Trong chuẩn đốn với máy PET, người ta lợi dụng cặp gamma sinh từ hủy cặp positron-electron để xác định vị trí có nguồn phát xạ Do hạt hạt nhân sử dụng phải chất phát positron (β+) [1] Các hạt nhân phát (β+) hạt nhân có số lượng proton thừa so với neutron Để tạo hạt nhân có số lượng proton thừa, người ta bắn proton (1p), hạt deutron (2H, bao gồm protron neutron) hay hạt anpha (4α) vào hạt nhân khác (phản ứng hạt nhân) Muốn lọt vào hạt nhân bị bắn, hạt (p, d, α) phải có động đủ lớn (khoảng 10 MeV) Cách thức máy PET xác định tọa độ phân hủy positron miêu tả hình 1.1 Theo máy PET, detector bố trí thành vòng tròn, mẫu đặt Khi ghi nhận hai gamma phát có phương gần ngược chiều xác nhận trùng phùng, máy PET xác nhận vị trí phát hai tia gamma Detector Tia gamma tạo Sự va chạm positron-electron Hình 1.1 Xác định tọa độ phân hủy positron máy PET Mỗi kiện trùng phùng ghi tương ứng với LOR (light of response) xác định Mỗi LOR đặc trưng cho tọa độ hủy positron mô Trong tọa độ cực LOR tương ứng với góc nghiêng θ khoảng cách r đến gốc tọa độ Gọi n số detector vòng tròn, số LOR tối đa cặp detector vòng tròn n2/2 Các máy PET đại có nhiều vòng tròn, detector vòng tròn khác ghi nhận trùng phùng, số LOR tổng cộng lớn, đến hàng triệu LOR 31 3.2.3 Hệ thống tần số RF Hệ thống tần số RF cung cấp điện luân phiên cho cấu trúc Dee để truyền lượng cho ion H- Cấu trúc Dee cấu thành điện cực dạng hình tròn cắm vào vùng trũng từ trường hỗ trợ chân dee kéo xuống từ đỉnh kẹp nam châm Ion nhận lượng cách bị hút vào, đẩy đường biên dee qua Dòng hạt qua dee quỹ đạo, tạo nên gia tốc lần quỹ đạo dòng hạt (4 dee, hai lần gia tốc dee) Qua lần gia tốc, dòng hạt nhận lượng bán kính quỹ đạo tăng dần đạt ngưỡng lượng 11MeV Hệ thống RF điều chỉnh thô nơi sản xuất để tạo điều kiện hoạt động tốt Việc tinh chỉnh làm cách tự động hệ thống Điều chỉnh người sử dụng không cần thiết Hệ thống RF bao gồm điện tử quan sát điều khiển, máy phát tần số, máy khuếch đại tầng trung, máy khuếch đại lượng RF, đường truyền qua đồng trục, mạng cặp đôi cấu trúc dee (thiết bị cộng hưởng) Tần số RF danh nghĩa 72.2MHz điều chỉnh tự động liên tục điện tử điều khiển RF nhằm trì cộng hưởng cấu trúc dee Trong suốt vận hành thơng thường, cấu trúc dee phát tia lửa điện ngẫu nhiên điện cao áp tác dụng lên Hệ điều khiển RF tự động hạn chế lượng kết hợp với cấu trúc dee thời gian ngắn cho lần tia lửa điện bị dập tắt Sự giảm lượng tức thời này, gọi crowbar, dập tắt tia lửa điện ngăn chặn hư hại hệ thống Khi phóng lửa điện giảm (đặc biệt sau vài phần giây) mức lượng hoạt động RF thông thường hồi phục Crowbar chứa khoang máy gia tốc không nguy hiểm cho nhân viên Khi hệ thống RF khởi động, tần số truyền tín hiệu cho cấu trúc dee biến thiên tự động thơng qua giới hạn thích hợp để đặt khóa tần số cộng hưởng cấu trúc dee 32 Điều khiển tĩnh điện Dee trì điều chỉnh chủ động tín hiệu RF tầm thấp trước khuếch đại cuối 3.2.4 Hệ thống nguồn ion Hệ thống nguồn ion tạo ion hydro âm (H-) nguồn ion PIG nội tại, gắn vào trục đối xứng hệ thống, phục vụ việc tạo ion âm Sự xếp định hướng học cho nguồn ion thực trình cân chỉnh máy Nguồn ion điều khiển phần mềm suốt trình vận hành thông thường Người sử dụng không điều chỉnh hay can thiệp vào trình Hệ thống nguồn ion bao gồm nguồn ion PIG làm mát nước, nguồn cung cấp điện arc, nguồn cung cấp điện phân cực hệ điều khiển thông lượng hydrogen Nguồn ion PIG chứa hai cathod tantali đặt khoảng cách phía phía mặt phẳng máy gia tốc chỗ trũng Anod có dạng hình trụ đặt hai cathode Hiệu điện cathode anode lên tới 3kV giúp ion hóa khí hydro thành dạng plasma, từ sinh ion âm H- Chúng đưa vào gia tốc Nguồn ion làm lạnh nước để thoát nhiệt Một plasma tạo cách di chuyển dòng điện qua mơi trường khí áp suất thấp (trong trường hợp khí hydro) Dòng điện điều khiển nguồn cấp điện Arc Trong plasma, trung hòa điện, có nhiều loại ion tích điện, bao gồm electron dạng ion tích điện khác hydro (H-, H+, H) Ion H- tạo môi trường kéo khỏi plasma điện phân cực thơng qua khe nhỏ mặt buồng plasma Khi buồng plasma, ion H- gia tốc điện phân cực (14  16kV) Nguồn ion vận hành mức điện tăng cường so với puller, phần máy gia tốc hoạt động điện Điện tăng cường cấp nguồn phân cực Vào lúc ion tiến đến puller, chúng đạt lượng 33 14  16kV Chúng dọc qua buồng đường cong định hình lượng chúng từ trường vùng trung tâm, chí chúng tiến đến đầu dee vùng gia tốc Khí hydro cung cấp cho nguồn ion điều chỉnh điều khiển thông lượng khối Bộ cung cấp hệ thống điều khiển khả để tối ưu hóa thông lượng hydro phù hợp với nguồn ion khác điều kiện hoạt động máy gia tốc Năng lượng cấp cho plasma (hay arc) cung cấp nguồn điện loại vặn, điều chỉnh dòng Trong suốt q trình vận hành, hệ điều khiển chỉnh dòng arc để trì dòng bia mong đợi Những ion tiến vào vùng gia tốc hệ RF ngắt điện di chuyển đường cong hẹp, nơi chúng bị chặn cột dòng đứng yên Dòng ion tập trung cột theo cách đo biểu diễn hệ điều khiển cho sử dụng trình trì sửa chữa nguồn ion Trong trình vận hành với hệ RF bật, ion vào vùng gia tốc gia tốc bán kính quỹ đạo vượt qua bán kính cột dòng 3.2.5 Hệ thống tách Hệ thống tách bao gồm hai tách dòng chặn dòng ion H- với cacbon, mà giữ lại electron liên kết yếu với hạt nhân hydro Sự phân cực thay đổi từ âm sang dương đối nghịch với lực uốn cong mà từ trường tác dụng lên dòng hạt electron phóng ra, dòng hạt tích điện dương uốn cong với chiều theo cổng bia Lá tách cacbon cắm vào carousel, quay, di chuyển vào khỏi dòng hạt Sự thay đổi nhỏ vị trí quay carousel máy tách suốt tác động tách dòng, nơi cacbon chặn dòng hạt Điều tác động đến đường cong dòng hạt tách Đường dòng hạt tách điều chỉnh tự động theo cách vào phần trung tâm dòng hạt bia 34 Mỗi carousel giữ tách dự phòng, cho phép tách nhanh chóng thay đổi trường hợp hư hại nhiệt xạ tách có Nếu tách có bị hủy hoại, hệ thống xác định rõ tách khác thay carousel tự động quay để mang tách thay vào vị trí tách Mỗi tách cacbon mong đợi hoạt động khoảng 250 Một carousel quay để đảm bảo khơng có tách đường dòng hạt Trong trường hợp này, tách vị trí truyền qua Các carousel tách đặt vị trí truyền qua cho phép tách dòng hạt bia thay phiên hệ thống với lựa chọn tách song song Chức tách dòng hạt song song cho phép hai chắn di chuyển vào dòng hạt, tách dòng hạt hai bia 3.2.6 Tổng quan hệ thống bia Hệ thống bia RDS111 bao gồm thành phần sau:  Bộ phận thay đổi bia  Một hệ quay vòng helium  Sự phân hạng chức bia Bộ phận thay đổi bia bao gồm máy chuẩn trực hệ cửa sổ chân khơng đơn giản Nó có điều khiển di chuyển để quay bia chọn vào vị trí bắn phá chỉnh cho bia bia sản xuất đồng vị cung cấp cho carousel bia, hai cổng lại cup Faraday Bất kỳ cổng khơng có bia sản xuất đồng vị chiếm cup Faraday, sử dụng để khảo sát điều chỉnh thơng số dòng hạt trước chiếu xạ bia đồng vị Lưu ý: Bộ phận thay đổi bia có lựa chọn chùm tia song song mà bao gồm lắp đặt hai phận thay đổi bia, hai hệ quay vòng helium, hai hệ tách chức bia phụ thêm 35 Nước helium quay vòng qua thay đổi bia để tải nhiệt khỏi bia Mặt dù lần có bia chiếu xạ, dòng làm lạnh nước helium thông thường tất bia gắn vào thay đổi bia, đơn giản kết nối ống với bia Các phận hỗ trợ bia (TSUs) đảm nhận việc tải không tải vật liệu bia áp suất bia khảo sát trình chương trình chạy Khí [15N]N2 sử dụng TSU đắt sử dụng khơng có lợi Trong hầu hết trường hợp vật liệu thô modul TSU không che chắn, ngọai trừ lựa chọn khí [18F]Flourine CO2 Khí Flourine đòi hỏi hỗn hợp Flourine/argon lỗng giữ khu riêng biệt thơng Vật liệu bia khí CO2 lưu giữ vùng có dạng chai kích thước lớn khối trụ khí tiêu chuẩn Nếu khơng che chắn, TSUs lạnh giá đỡ Nếu che chắn, phần nóng vật che chắn Chẳng hạn, TSU F- bao gồm hệ phân phối che chắn modul TSU không che chắn Buồng bia cách điện với Cyclotron cho phép dòng xạ đo đạc điều khiển hệ điều khiển 36 Thân bia Bộ đổi bia Hình 3.3 Hệ thống bia 3.2.6.1 Ống chuẩn trực Một ống chuẩn trực gắn vào lối vào phận thay đổi bia để đảm bảo profile dòng hạt đồng tương đối qua đường kính bia Profile dòng hạt lối vào tới bia lõi có đường kính 0,8cm Ống chuẩn trực đĩa cacbon với lỗ trống đường kính 0,8cm để dòng hạt bay qua Ống chuẩn trực làm từ cacbon chịu nhiệt độ cao phát triển từ dòng hạt bị chặn đứng Ống chuẩn trực đóng góp tối thiểu vào xạ nhanh chóng thừa Cyclotron cacbon khơng kích hoạt thích hợp phơi trần với dòng hạt Trong q trình vận hành thơng thường, hệ điều khiển điều chỉnh vị trí carousel máy tách dòng từ trường để tối đa dòng hạt bia, để tối thiểu dòng ống chuẩn trực 3.2.6.2 Bộ phận thay đổi bia Bộ phận thay đổi bia đưa đến thiết lập bia riêng biệt đường dòng hạt đơn Nó quay bia chọn vào dòng hạt để tạo đồng vị phóng xạ cung cấp 37 làm lạnh nước helium cho bia Bất kỳ bia quay vào vị trí khoảng thời gian 30s hệ điều khiển máy tính từ thiết bị điều khiển Vật liệu bia tách biệt với chân không Cyclotron vòi phun làm lạnh helium, hệ hai cửa sổ phần phận thay đổi bia Trong q trình chiếu xạ bia dòng hạt băng qua cửa sổ chân không cô lập làm nhơm có bề dày 0.001”, khoảng khơng helium lạnh áp suất thấp, cửa sổ bia vật liệu bia Khi dòng hạt chạy qua cửa sổ lượng Sự lượng biểu dạng nhiệt cần tải khỏi cửa sổ vòi phun helium lạnh Bộ phận cửa sổ chân khơng gờ cửa sổ bia chứa 3.2.6.3 Bia Tất chức bia bao gồm :  Bia hình trụ gắn vào phận thay đổi bia  Một TSU che chắn TSU không che chắn  Các dây cáp ống dài liên quan Bia RDS111 gắn vào phận thay đổi bia lỗ trống mặt sau phận thay đổi bia Về chất bia phận tháo lắp dễ dàng, kết hợp bia thực phận thay đổi bia Sự nối ống dài tới bia làm trực tiếp đến bia mặt sau phận thay đổi bia.Bất kỳ vị trí phận thay đổi bia khơng gắn bia gắn cup Faraday sử dụng lúc dòng hạt khơng chiếu xạ bia, chẳng hạn trình kiểm tra biểu dòng hạt Có lựa chọn cho bia RDS111:  Ion Flouride (18F)  Khí Flourine (18F)  Khí CO2 (11C) 38  Khí O2 (15O)  Khí Ammonium (13N) Tất bia (Flourine, Oxi CO2) sử dụng thân bia Mỗi cổng (có cổng) phận thay đổi bia phải có bia ion Flouride, bia ion ammonium, bia khí hay cup Faraday Mỗi bia đồng vị phần lựa chọn bia bao gồm thiết bị hỗ trợ bia định cho việc tải, quan sát khơng tải bia Cup Faraday u cầu khơng có TSUs 3.2.6.4 Thiết bị hỗ trợ bia Các thiết bị hỗ trợ bia có nhiều chức năng, bao gồm tự động tải hồi phục vật liệu bia, khảo sát thông số bia, tự động không tải phân phối đồng vị tạo TSUs thiết bị gắn thêm vào tự động gửi đồng vị tạo đến phân tử hóa học thích hợp cho q trình sử lý Những thành phần xác TSU khác phụ thuộc vào lựa chọn bia Việc tải không tải bia thực cách tự động nhờ hệ điều khiển Chu trình sản xuất khác theo loại bia phương thức phân liều yêu cầu Các quy ước tải không tải tương ứng chứa tập tin điều khiển mà tự động chạy q trình vận hành thơng thường 3.2.7 Hệ thống hóa học Hệ thống hóa học RDS111 sử dụng với nhiều nguyên tố hóa học để lựa chọn xử lý đồng vị thành sản phẩm cuối Những lựa chọn bao gồm:  GPU  Bia [15O]  CPCU  FDG 4-RX  Bia [11C] 39 3.2.7.1 GPU Bộ phận xử lý khí (GPU) tổng hợp hóa học biến đổi hóa học cacbon dioxide cacbon monoxide tinh chế khí có tính chọn lọc Nó sử dụng để gửi sản phẩm bia khí đến phân tử trình xử lý khí đến vị trí khác định yêu cầu đặt GPU điều khiển thông qua hệ điều khiển Cyclotron cung cấp phần mềm điều khiển để tự động tạo [15O]CO, [15O]CO2, [11C]CO Hình 3.4 Bộ phận xử lý khí 3.2.7.2 Bia [O15] Bia [O15] dùng với PET sử dụng thông thường Bia cho phép việc không tải phần [O15]O2 cho phép việc tạo nước với nhiều kích cỡ khác Việc không tải 10% bia [O15]O2 tạo nước 70-80mCi 3.2.7.3 CPCU Bộ phận điều khiển xử lý hóa học (CPCU) dùng để tạo [F18]FDG cách sử dụng hai phương pháp sau:  Phương pháp hai thùng tạo hỗn hợp cài đặt, sử dụng hai thùng phản ứng riêng biệt để thực trình tổng hợp 40  Phương pháp thùng sử dụng cho tổng hợp hồi tiếp mà không can thiệp vào hệ thống, sử dụng thùng Hình 3.5 Bộ phận xử lí hóa học 3.2.7.4 FDG 4-RX FDG 4-RX dùng để tạo tổng hợp hồi tiếp [F18]FDG mà không can thiệp vào hệ thống 3.2.8 Sự che chắn Việc che chắn RDS111 bao gồm khối polyethylene chất gắn boroncarbide kết vào Hai che chắn mở cách sử dụng máy lăn điều khiển điện Việc mở che chắn đưa đến lối vào khu vực bia, thành phần Cyclotron, GPU, TSUs che chắn bơm chân khơng cho việc phục vụ trì hệ thống Ba phận lăn ghép vào che chắn Bộ phận lăn gắn vào phía mặt bên phải bên trái che chắn dịch chuyển hệ quay với động dịch chuyển đặt mặt sau 41 Tấm chắn di động Tấm chắn cố định Tấm chắn cố định Điều khiển chắn Hình 3.6 Hệ thống che chắn Sự xạ tạo bia máy gia tốc hấp thụ đến mức an toàn cách che chắn Mặc dù việc vận hành Cyclotron phòng khơng khuyến khích, việc che chắn thiết kế để chiếu xạ trần cho người phù hợp với hướng dẫn US Những văn hướng dẫn xây dựng cho nhân viên khảo sát, chẳng hạn người vận hành nhân viên kỹ thuật làm việc môi trường điều khiển, nơi mà vật liệu phóng xạ chuẩn bị phân bố Tấm che chắn chống lại hiệu nhiều loại xạ neutron nhanh, xạ gamma nhanh lượng cao,etc…cung cấp cho hệ thống vận hành chu trình quy ước định mơ tả Những bia dịch chuyển bao gồm hai thành phần chức chính: Một lõi bên trong, dày 30cm, mật độ cao tạo từ hỗn hợp chì, epoxy cacbon carbide Những mặt làm suy giảm lượng neutron với lượng 42 1-2 MeV, hấp thụ hầu hết xạ nhanh từ phản ứng bia hấp thụ neutron nhiệt sinh va chạm lõi che chắn nằm sâu Bên lõi bên mặt che chắn nằm dày 70cm tạo thành từ polyethylene chất kết dính boron-carbide Chức mặt nhiệt hóa neutron thơng qua va chạm đàn tính với nguyên tử hydro nước thành phần polyethylene, làm chậm neutron tới lượng nhiệt Thậm chí che chắn hấp thụ neutron nhiệt boron, hạn chế xạ gamma thứ cấp tạo phản ứng bắt neutron hydro nguyên tố khác 3.2.8.1 Hệ điều khiển che chắn Việc di chuyển che chắn Cyclotron điều khiển từ bảng gắn vào mặt che chắn Các điều khiển chứa nút điều khiển che chắn vào 3.2.8.2 Khóa an tồn Máy gia tốc RDS111 gắn ăn khớp để cửa che chắn phải đóng hồn tồn trước dòng hạt gia tốc đến bán kính tách Khi che chắn mở, nguồn cấp điện phân cực hoạt động hai cung cấp hồ quang nguồn ion máy khuếch đại RF bật Điều ngăn chặn gia tốc dòng hạt đến 11MeV Nếu máy khuếch đại RF tắt, nguồn cấp điện phân cực nguồn cung cấp hồ quang nguồn ion hoạt động Điều cung cấp cho người sử dụng hội chạy dòng ion H- cổng dòng tai trung tâm Cyclotron cho mục đích chẩn đốn với che chắn mở Năng lượng chùm ion H- trường hợp khơng thích hợp cho chiếu xạ may rủi 43 3.3 Về người sử dụng Người vận hành RDS111 phải có kiến thức cần thiết sau:  Kỹ sử dụng phần mềm Microsoft WindowsTM NT  Kiến thức vật lý tổng quát khả hiểu Cyclotron, hệ bia tổng hợp hóa học  Các quy định an tồn phóng xạ 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bài khóa luận giới thiệu cho nhìn bao quát Cyclotron, tìm hiểu nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy Cyclotron Máy Cyclotron sản xuất đồng vị phóng xạ phát positron thơng qua việc gia tốc hạt mang điện Các đồng vị phóng xạ dùng với máy ghi ảnh cắt lớp PET để chụp phận thể người nhằm chuẩn đốn bệnh Kiến nghị: Cyclotron gia tốc đến 10% lượng nghỉ giới hạn cổ điển Do vậy, cần tìm hiểu thêm Cyclotron đẳng thời (isoschonous cyclotron) cyclotron đồng (synchrocyclotron) 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] TS Nguyễn Đơng Sơn (2007), Giáo Trình Y Học Hạt Nhân Tiếng Anh [2] Simon R Cherry, Ph.D professor, “Physics in Nuclear Medicine” [3] T Stammbach, “Introduction To Cyclotron” [3] E.O Lawrence (1930), science 72, 376 (1930) [4] John G Hoffman (2000), “RDS111 Cyclotron” ... tạo đồng vị phát positron sản xuất với máy gia tốc Cyclotron Trong khóa luận này, chúng tơi tìm hiểu nguyên lý cấu tạo, hoạt động hệ máy Cyclotron cụ thể RDS111, dùng để sản xuất nguồn đồng vị. .. Chế tạo đồng vị phóng xạ khác 1.4.1.3 Một số đồng vị phóng xạ phân hủy tạo sản phẩm phân rã phóng xạ Các sản phẩm cháu số dùng ứng dụng y học Bảng 1.2 trình số đồng vị phóng xạ dùng y học đồng vị. .. xuất đồng vị phóng xạ phát positron Cyclotron Tìm hiểu nguyên lý cấu tạo nguyên lý hoạt Cyclotron Chương 3: Giới thiệu cụ thể hệ thống cấp liều xạ hạt nhân RDS111 7 CHƯƠNG ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ DÙNG