3. Производство радионуклидов на ускорителях

3.1. Циклотрон

Из всех типов ускорителей циклотроны наиболее широко используются для производства р/н. Достоинством циклотрона является отсутствие инжектора, в котором происходит предварительное ускорение протонов, достаточно простая конструкция и высокая интенсивность пучка. Вывод пучка из циклотрона происходит при достижении заряженными частицами максимальной энергии, поэтому производители выпускают циклотроны, рассчитанные на генерацию пучков строго определенной энергии. Однако диапазон возможных энергий достаточно широк и простирается от 3 МэВ для малых циклотронов до 700 МэВ для больших синхроциклотронов, предназначенных для физических исследований. Число циклотронов, работающих по программе производства р/н, в последнее время в связи с быстрым ростом ПЭТ непрерывно возрастает.

Рис. 8.2. Схема работы циклотрона

Принцип действия циклотрона иллюстрируется на рис. 8.2. Ионы, производимые дуговым источником, инжектируются в центр вакуумного промежутка между двумя полукруглыми полыми металлическим камерами, называемыми дуантами. На электроды дуантов подается разность потенциалов, вызывающая ускорение ионов в промежутке между дуантами. Большой магнит создает почти однородное магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости дуантов. Это поле вызывает закручивание траекторий ионов. Электрический потенциал подается на дуанты от высокочастотного осциллятора, который реверсирует полярность поля на дуантах перед тем, как заряженная частица достигает ускоряющего промежутка. Это вызывает новое ускорение частицы по направлению к другому дуанту. Приращение кинетической энергии при однократном прохождении промежутка равняется произведению заряда частицы на разность потенциалов и обычно находится в диапазоне от 30 до 60 кэВ. Диаметр полюсов магнита циклотронов, предназначенных для наработки р/н, как правило, изменяется от 75 до 150 см в зависимости от энергии выходящего пучка.

Таблица 8.2

Перечень наиболее важных для ям р/н, производимых на циклотронах [1]

Радионуклид	T1/2	Вид распада	Ядерная реакция
7Be	53,3 д	Э. з.	7Li(p,n)
11C	20,4 мин	β +	14N(p,α)
13N	9,98 мин	β +	16O(p,α)
15O	2,03 мин	β +	14N(d,n) или 15N(p,n)
18F	109,8 мин	β +	16O(p,n) или 20Ne(d,α)
52Fe	8,3 ч	β + (57 %), Э. з.*	50Cr(α,2n) 52Cr(3He,3n) 55Mg(p,4n)
55Co	17,6 ч	β +(77 %), Э. з.	56Fe(p,2n)
62Zn	9,1 ч	Э.з. (93 %), β-	63Cu(p,2n) 68Zn(p,2n)
67Ga	78 ч	Э.з.	67Zn(d,2n) 68Zn(d,3n) 78Se(p,2n)
77Br	56 ч	Э.з.	79Br(p,3n)77Kr 75As(α,2n)
81Rb	4,6 ч	Э.з.	82Kr(p,2n)
111In	2,8 д	Э.з.	112Cd(p,2n) 124Te(p,2n)
123I	13,2 ч	Э.з.	124Xe(p,2n)123Cs → Э. з. 123Xe → Э.з. 217I(p,5n)123Xe → Э.з.
124I	4,18 д	Э.з., β+	124Te(p,n) или 124Te(d,2n)
201Tl	73 ч	Э.з.	201Tl(p,3n)201Pb → Э.з. 202Hg(p,2n)
203Pb	51,9 ч	Э.з.	205Tl(p,3n)

^* – электронный захват.

Разнообразие ускоряемых частиц (p, d, ³He, α) и широкий энергетический диапазон делают циклотрон гибкой системой, позволяющей производить широкий набор р/н. В табл. 8.2 приводится далеко не полный список р/н, получаемых в настоящее время на циклотронах. Причем для многих р/н существует несколько реакций, дающих одинаковый продукт. Например, 16, 8, 4 и 9 реакций можно использовать для позитронных излучателей ¹¹C, ¹³N, ¹⁵O и ¹⁶F. Детальное обсуждение этих вопросов имеется в работе [3].