CNA

Centro Nacional de Aceleradores

Acelerador Ciclotrón 18/9MeV

El ciclotrón es un acelerador de partículas circular que, mediante la aplicación combinada  de un campo eléctrico oscilante y otro magnético consigue acelerar los iones haciéndolos girar en órbitas de radio y energía crecientes.
 
El Ciclotrón fue el segundo acelerador de partículas que se instaló en el Centro Nacional de Aceleradores (año 2004). Este tipo de acelerador consigue acelerar iones en órbitas de radio y energía crecientes mediante la aplicación combinada de un campo eléctrico oscilante y de un campo magnético. Se trata de un ciclotrón Cyclone 18/9 fabricado por Ion Beam Applications (IBA, Bélgica), capaz de acelerar protones y deuterones a 18 y 9 MeV, respectivamente. Las intensidades de corriente máximas que pueden ser extraídas en el blanco son de 80 µA ± 10% para protones y de 35 µA ± 10% para deuterones.
 
Este acelerador permite la irradiación sobre un único blanco o simultáneamente con la misma partícula sobre dos blancos diametralmente opuestos (Dual Beam Mode). Este acelerador cuenta con ocho puertos de irradiación, de los cuales siete están dedicados a la producción de radionúclidos emisores de positrones. De esta forma, el CNA ofrece la posibilidad de producir los radioisótopos más empleados en la modalidad de imagen médica PET (Tomografía por Emisión de Positrones).
 
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La descripción de los blancos dispuestos en los ocho puertos disponibles es la siguiente:
 
1.- Blanco de gran volumen (2 ml) con agua enriquecida en 18O en su interior ([18O]-H2O, pureza > 95% en 18O), para producir 18F en forma de [18F]-Fluoruro mediante la reacción 18O(p,n)18F.
2-3.- Dos blancos de volumen grande (2 ml), con las cavidades fabricadas en niobio y rellenos de agua enriquecida en 18O ([18O]-H2O, pureza > 95% en 18O). Están destinados también a la producción de 18F en forma de [18F]-Fluoruro mediante la reacción nuclear 18O(p,n)18F.
4.- Blanco de 1,7 ml relleno de una mezcla agua-etanol para la obtención dentro del blanco de 13N en forma de [13N]-Amoniaco mediante la reacción 16O(p,α)13N.
5.- Blanco de 30 ml que contiene 18O2 y utilizado en la obtención de 18F en forma de [18F]-F2 mediante bombardeo con protones.
6.- Blanco gaseoso de 60 ml, en el que se bombardea una mezcla nitrógeno-oxígeno con protones para obtener 11C en forma de [11C]-CO2 mediante la reacción 14N(p,α)11C.
7.- Blanco de 60 ml relleno de una mezcla nitrógeno-oxígeno para la obtención de 15O en forma de [15O]-O2 mediante la reacción 14N(d,n)15O.
8.- En el último puerto existe una ventana de salida de haz en la que se ha instalado una línea que transporta el haz de partículas a una segunda sala blindada donde se ubica una cámara de reacción para la irradiación de materiales de interés tecnológico.
 
Línea de haz externo del Ciclotrón
Los trabajos que requieren el uso de protones y deuterones, con energía superior a 6 MeV, han de llevarse a cabo en la línea de transporte de haz del Ciclotrón. Hasta el año 2010, se había trabajado en vacío ensamblando la línea móvil de irradiación e implantación que puede ser acoplada tanto al Acelerador Tándem de 3 MV como al Ciclotrón.
 
En 2010 se realizaron una serie de modificaciones en dicha línea conducentes a ampliar la versatilidad de este acelerador. En cuanto a la energía de las partículas, el Ciclotrón compacto está limitado a suministrar protones de 18 MeV y deuterones de 9 MeV. Se ha instalado una línea de haz externo propiamente dicho, ya que el haz de partículas sale al aire antes de incidir sobre el blanco.
 
Desde el punto de vista analítico, esto presenta algunas ventajas respecto al uso de una cámara de vacío, como la disminución del fondo en los espectros de Rayos-X adquiridos mediante la técnica PIXE. Por otro lado, el montaje de algunos experimentos de irradiación se simplifica, la temperatura que se alcanza en el blanco es inferior que trabajando en vacío y el tamaño de las muestras a irradiar no está limitado por el de la cámara. Sin embargo, se dificulta la monitorización de la densidad de corriente del haz y en muchos casos hay que realizar medidas indirectas a través de calibración. En caso de trabajar con flujos de partículas en torno a microamperios, se hace una lectura directa de la corriente en diferentes colimadores de grafito y/o en el propio blanco. Para la medida de flujos muy bajos se utilizan detectores de partículas o de centelleo.
 
La línea es sencilla y versátil, pudiendo ser modificada con los elementos necesarios para cada ensayo sin mucha dificultad. Se encuentra acoplada a la línea fija del ciclotrón y en la terminación se pueden intercambiar varios colimadores con ventanas de distintos materiales adaptables a cada trabajo. Esto resulta muy interesante, ya que las muchas aplicaciones que tiene conllevan muy diferentes necesidades experimentales (energía, flujo, tamaño de haz...) implicando el uso de diversos dispositivos de degradación del haz y/o de diagnóstico. Aunque no existe posibilidad de barrido, permite tener un rango variado de áreas de irradiación, ya que se puede ajustar jugando con el material de la ventana de salida y la distancia del blanco.

 

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