TAEK Proton Hızlandırıcı Tesisi (PHT) (E<30 MeV için) SAĞLIK, MÜHENDİSLİK VE NÜKLEER UYGULAMALARI

Transkript

1 TAEK Proton Hızlandırıcı Tesisi (PHT) (E<30 MeV için) SAĞLIK, MÜHENDİSLİK VE NÜKLEER UYGULAMALARI E.Tel, S. Yaşar, A.Kara, H. Sahan, M. Sahan, S. Akça

2 Bu Çalışmada PHT için 3 MeV lik bir test standından başlayarak 30 MeV lik enerji bölgesine uyarlanabilecek reaksiyonlar düşünülmektedir. Bu amaçla, enerjisi 30 MeV e kadar olan bir proton hızlandırıcısının potansiyel (mühendislik ve nükleer) uygulamaları tartışılacaktır.

3

4 3 MeV lik PHT İçin Uygulamalar İlk aşamada göz veya yüzey tümörlerinin tedavisi 3 MeV enerjili protonlar daha çok nükleer reaksiyon deneylerinde ve nötron ışını elde etme reaksiyonlarında kullanılmaktadır. 10 Be(p,n) 10 B 14 C(p,n) 14 N Nötron ışınları, tıptan radyografiye uzanan çok çeşitli uygulama alanlarında kullanılmaktadır.

5 Nötronlar; yüksüz parçacıklar olmaları nedeniyle, hızlı nötronlar parçacık hızlandırıcılarında direk elde edilememektedirler. Bu nedenle, yüksek akılı nötron demetleri ya nükleer reaktörlerde Uranyum ( 235 U) elementinin fisyonundan ya da parçacık hızlandırıcılarında hızlandırılmış protonların uygun bir hedefe çarptırılmaları sonucu ortaya çıkan nükleer reaksiyonlar sonucu elde edilirler.

6 3 MeV enerjiye kadar hızlandırılan protonlar bir Lityum hedefe çarptırılırsa, 7 Li(p,n) 7 Be nükleer reaksiyonu sonucunda kararlı Berilyum elementinin yanında birde nötron oluşmaktadır. Oluşan nötronlar; kev enerji aralığına sahiptir ve nötronlar bir yavaşlatıcı ile epitermal enerji (1 ev-1 kev) seviyesine yavaşlatılmaları durumunda, 10 B(n,α) 7 Li nükleer reaksiyonu ile Bor Nötron Yakalama Tedavisinde (BNYT) kullanılabilmektedirler.

7 3 MeV lik test standından elde edilen protonların uygun hedeflerde bombardıman edilmesi sonucunda ortaya çıkan nötronlar yavaşlatılarak, bazı malzemelerin içyapısının görüntülenmesinde yani, nötron radyografi de kullanılabilir. Nötronlar; diğer radyografi tekniklerine göre özellikle, X-ışınlarına göre madde içerisindeki giriciliği oldukça yüksek olduğundan çok etkili bir yöntemdir.

8 Termal nötron radyografinin birçok kullanım alanı vardır: Malzeme biliminde: malzeme örneklerinde, kompozit malzemelerde, alaşımlarda İnşaat mühendisliğinde: toprak, beton, ahşap, çini örneklerinde Biyolojide: bitkiler, fosil örneklerinde, Elektronik ve Elektrik Mühendisliğinde: devre anahtarları, izolatörler, pillerde Hava ve Uzay Sanayi Otomobil Endüstrisinde:motorlar, dökümler, kompozit malzemelerde Nükleer endüstrisinde:yakıt elemanlarında Arkeoloji: tarihi eser incelenmesinde Petrol ve gaz aramalarında Türbin motorlar ve türbin bıçaklarının görüntülenmesi gibi alanlardır.

9 Kısa yarı ömürlü izotoplar üretilebilir Gama-üretim tesir kesitleri hesaplanabilir 19 F(p,a+g) 16 O (p,a) tesir kesiti deneyleri yapılabilir Proton Yakalama 6 Li(p,a) 3 He 21 Ne(p,a) 18 F 7 Be(p,g) 8 B (p,g) Tesir kesiti deneyleri 13 C(p,g) 14 N Kalın hedefler için tesir kesiti deneyleri yapılabilir 27 Al(p,g) 28 Si

10 Coulomb Uyartması Bu olay, yüklü bir taneciğin esnek olmayan saçılma sonucu çekirdeğe uyartma enerjisi verdiği reaksiyondur. Gelen yüklü taneciğin kinetik enerjisi, Coulomb potansiyel engelini aşmaya yetmeyecek kadar zayıf ise, tanecik yolundan sapar ve kazandığı ivme sonucu meydana gelen elektromagnetik ışınım çekirdek tarafından soğurulur. Uyartılmış duruma çıkan çekirdeğin tekrar taban durumuna dönmesi sırasında yayınladığı gamma ışınlarını incelemek suretiyle, çekirdeğin enerji seviyeleri hakkında bilgi edinilebilir.

11 Saçılma deneyleri, Saçılma reaksiyonları, Reaksiyon tesir kesiti ve parçacık yayınlanma spektrumları incelenebilir.

12 MeV İçin Uygulama Alanları 3 MeV den 30 MeV e kadar protonlarla öncelikle tıpta birtakım teşhis ve tedavi amacıyla kullanılan bazı radyoizotopların üretimi yapılabilir (PET ve SPECT için), üretimi yapılan bu izotoplar endüstride de kullanılabilir. Tıbbi uygulamaların amacı; yapay radyoizotoplar kullanılarak, insan organizmasını araştırmak, hastalıklara tanı koyabilmek ve tedavi etmektir. Bu işlevdeki en önemli bileşen, şüphesiz yapay radyoizotoplardır.

13 Kısa ömürlü PET izotopların üretimi çoğunlukla (p,n) reaksiyonu yoluyladır ve tercih edilen proton enerjisi ~15 MeV dir. Klasik SPECT izotopları (p,2n) reaksiyonu yolu ile üretilir ve proton enerjileri ~25 MeV civarındadır.

14 PET (Positron Emission Tomography)

15 Dört önemli PET izotopu 11 C - 14 N(p,α) 11 C / 20,39 dakika Beyinin olağan ve olağan dışı faaliyetlerinin izlenmesi 13 N - 13 C(p,n) 13 N / 9,96 dakika 16 O(p,α) 13 N Çok kısa ömürlü, PET olarak beyin fizyoloji ve patolojisinde, ayrıca nörofarmolojik, psikiyatri, akıl hastalıkları ile ilgili çalışmalarda 15 O - 15 N(p,n) 15 O / 122,24 saniye PET görüntüleme 18 F - 18 O(p,n) 18 F / 109,77 dakika Beyin üzerine yapılan araştırmalarda radyoizleyici ve PET görüntüleme

16 25 MeV e kadar proton gelme enerjili faydalı diğer izotopların üretimi İzotop Isotope T 1/2 Reaksiyon Reaction 45Ti 3.08 h 55Co h 64 Cu 12.7 h 67Cu 66 Ga 61.9 h 9.4 h 66 Zn 76Br 16 h 76Se 81Rb/81mKr 4.58 h 86Y 14.7 h 86 Sr 89Zr 78.4 h 89Y 90Nb 14.6 h 90Zr 94Tc 4.9 h 94Mo 110In 69.1 m 110Cd 120I 1.35 h 120Te (p,n) 123I 13.2 h 123 Te 124I 4.15 d 124 Te nat.sc nat natfe Uygulama Applicationalanı (p,n) 45Ti GBq PET: bioconjugates (p,2n) 55Co GBq PET, encymes, vitamines 40 GBq PET & therapy, GBq therapy, bioconjugates 10 GBq PET (p,n) 76Br 2 GBq PET (p,2n) 81Rb GBq Generator, SPECT 5-10 GBq PET, bioconjugates (p,n) 89Zr 10 GBq PET, bioconjugates (p,n) 90Nb 10 GBq PET, bioconjugates (p,n) 94 Tc 10 GBq PET (p,n) 110In 5-10 GBq PET 120I 10 GBq PET (p,n) 123I 10 GBq SPECT (p,n) 124I 1 GBq PET 64 Ni (p,n) 64 Cu 70Zn (p, α) 67Cu 82Kr Batch size (p,n) 165Er 10.3 h nat Ho 186Re 90.6 h 186W 66 Ga (p,n) 86Y (p,n) 165Er 20 GBq Auger Therapy (p,n) 186Re 5 GBq Therapy UPHC, Nisan 2013, ANKARA

17 57 Co - 58 Fe(p,2n) 57 Co / 271,79 gün Nükleer tıpta radyoizotop doz kalibratörleri, gama kameralar ve ölçüm sistemlerinde kaynak olarak, kalite kontrol detektörü ve gama ışını detektörlerinin kalibrasyonu 67 Ga - 68 Zn(p,2n) 67 Ga / 3,26 gün Abdonominal enfeksiyonların tespiti, Hodgkins/non-hodgkins lenf kanseri (lenfoma) tespiti, 111 In ile birlikte kullanıldığında yumuşak doku enfeksiyonlarının ve tehdidinin tespiti, akciğerlerdeki partikül etkili hastalıkların tespiti; yumuşak doku, baş boyun, akciğer, karaciğer tümörleri, melanom ve nöroblastom da galyum tutuluşu gösteren tümörlerdir

18 103 Pd Rh(p,n) 103 Pd /16,99 gün Prostat kanseri tedavisi (brakiterapi) 111 In Cd(p,2n) 111 In / 2,80 gün Organ nakli kabulünün tespiti, abdonominal (mideye ait) enfeksiyonların tespiti, antikor etiketleme ve vücudun bağışıklık sisteminin takibi

19 Sağlık alanındaki kullanımlarının yanı sıra, Yüklü parçacık demeti taşınmasında konvansiyonel ve süper iletken magnet tasarımı, yapımı gibi magnet ve kavite teknolojisi konularında Kristal yapı kusurlarının incelenmesi ve radyasyonla malzeme modifikasyonu gibi mikroelektronik teknolojisi alanında Turbomoleküler vakum sistemleri ve radyasyona dayanıklı malzeme üretimi gibi konularda araştırmalar yapılabilecektir.

20 Proton tedavi üniteleriyle, ayrıca ileride geliştirilecek bir MeV lik proton demeti ile göz kanseri tedavisi yapılabilir (PSI da 72 MeV lik ön hızlandırıcıyla). Protonlarla oluşturulan nükleer reaksiyon tesir kesitlerinin dedektörler kullanılarak doğrudan ölçülmesi yapılabilir.

21 Aktivasyon çalışmaları yapılabilir ve elde edilen ürün çekirdeğin aktifliğini ölçerek gelen proton demet akımının yardımıyla ortalama tesir kesiti deneysel olarak ölçülebilir. Ölçülen tesir kesiti verileri; mevcut teorik hesaplamalarla karşılaştırılarak, yeni ampirik (deneysel) ve yarı-ampirik tesir kesiti formüllerini araştırma alanı açacaktır. Düşük enerjilerde (ileride geliştirilecek 100 MeV e kadar) bir proton hızlandırıcısıyla orta ağırlıktaki hedef çekirdeklerle radyoizotop üretimi ile birlikte nötron üretimide gerçekleştirilebilir.

22 NÖTRONLARIN UYGULAMA ALANLARI *Fizik *Yer bilimleri *Sıvı ve amorf sistemler *Polimer bilimi *Mühendislik uygulamaları *Materyal bilimi araștırmaları *Enerji Yükselteci *Kimya *Kristalize malzemeler *Düzensiz malzemeler *Magnetizma ve süperiletkenlik *Yapısal Biyoloji *Tirityum Üretimi Ticari uygulamalar * Patlayıcı ve zararlı maddelerin dedeksiyonu * Medikal izotop üretimi * Nötron Radiography * Nötron aktivasyon analizi * Kanser terapi

23 Ayrıca; deneysel veriler ve teorik öngörüler birleştirilerek değerlendirme çalışmaları yapılarak, NEA/ENDF kütüphanelerinin geliştirilmesine katkı sağlanabilir.

24 TEŞEKKÜRLER

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34